シリコン膜の製造方法
【課題】 高品質なシリコン膜を高速で結晶成長させる技術を提供する。
【解決手段】 １２００℃〜１４００℃に加熱されているとともに１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転している基板６に向けて、基板の表面に直交する方向から、塩化シランガス１８を供給する。このときの塩化シランガス１８の供給量を、基板６の表面１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上とする。
【解決手段】 １２００℃〜１４００℃に加熱されているとともに１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転している基板６に向けて、基板の表面に直交する方向から、塩化シランガス１８を供給する。このときの塩化シランガス１８の供給量を、基板６の表面１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にシリコン膜を気相成長方法させてシリコン膜を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、シリコン膜の製造方法の一例が開示されている。特許文献１の技術では、気相成長室内に配置されている載置台上に基板を載置し、気相成長室の上方から基板に向けて原料ガスを供給する。原料ガスは塩化シランガスであり、キャリアガスに混合して供給される。基板は、加熱された状態で回転している。原料ガスが基板の表面に接すると、原料ガスに含まれているシリコン原子が基板と結合し、基板上にシリコン膜が成膜される。基板上にシリコン膜が成膜された後は、原料ガスに含まれているシリコン原子がシリコン膜を構成しているシリコン原子と結合し、シリコン膜の厚みが増していく。すなわち、シリコン膜が結晶成長する。シリコン膜の結晶成長に利用されなかった原料ガスは、基板の表面に沿って基板の端部側に移動し、気相成長装置の外部に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０６８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
他の条件が同じであれば、基板温度を高くするほど、基板上に結晶成長するシリコン膜の成長速度が速くなる。その一方において、原料ガスに含まれている塩化シランガスの一部は、基板の表面に達する前に気相中で分解され、塩化水素ガスを生成する。シリコン膜が結晶成長する際に生じる副生成物も塩化水素ガスである。そのため、気相中で分解する塩化シランガス量が増加すると、シリコン膜の成長速度が鈍る。塩化シランガスは、基板周囲の高温空間内で分解する。基板温度を高くするほど、高温空間の範囲は広がり、塩化シランガスの分解が促進する。基板の温度をむやみに高くしても、シリコン膜の成長速度を速くすることができない。
【０００５】
そこで、従来は、基板温度を１０００℃〜１１００℃の範囲としていた。その温度範囲であれば、塩化シランガスの熱分解を抑制することと、他の条件が同じであれば基板温度が高温であるほど結晶成長速度が高速化するという両現象をバランスよく活用することができ、実際に得られる結晶成長速度が最大化される。その方式で得られる結晶成長速度のためには、塩化シランガスの供給量が基板１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分程度であれば十分である。それ以上のガス量は無用であるばかりか、熱分解で生じる塩化水素ガス量が増加することから不利とされてきた。
【０００６】
本発明は、従来よりも高品質なシリコン膜を従来よりも高速で結晶成長させることができる気相成長技術を提供するために開発された。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示するシリコン膜の製造方法では、基板の回転速度を従来よりも高速化する。すると、塩化シランガスの熱分解が抑制され、基板温度を従来よりも高温にすることができるという現象を利用する。
本明細書で開示するシリコン膜の製造方法では、１２００℃〜１４００℃に加熱されているとともに１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転している基板に向けて、基板の表面に直交する方向から原料ガスを供給する原料ガスの供給工程を備えている。その方法によると、原料ガスに含まれている塩化シランガスの供給量を、基板１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上とすることができ、その供給量に見合った結晶成長速度が得られる。
【０００８】
基板の回転速度が速くなると、原料ガスの流れが乱れ易くなり、結晶成長するシリコン膜の品質の低下が懸念される。しかしながら、実際には、基板回転数を１５００ｒｐｍ以上にしても、３５００ｒｐｍ以下でさえあれば、結晶成長するシリコン膜の品質が低下しないことが見出された。
基板の回転速度が速くなると、加熱されている基板により原料ガスが加熱されて高温となる気相範囲が狭くなる。すなわち、基板の回転速度が速くなると、塩化シランガスが高温範囲（熱分解する温度以上に加熱される範囲）を通過して基板表面に到達する時間が短くなり、塩化シランガスの熱分解が抑制される。塩化シランガスの熱分解を抑制できれば、基板温度を上昇させることが可能となる。
本方法では、これらの技術要素を組みあわせ、基板１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上の塩化シランガスを供給することが必要となるほどに高速な結晶成長速度を得ることに成功したものである。
【０００９】
上記の方法では、シリコンの融点よりも高い融点の基板を利用することが好ましい。シリコンの融点は１４１２℃である。そのため、融点が１４１２℃よりも高い基板を使用すれば、基板を１４００℃まで加熱したときに、基板が溶融することを確実に防止することができる。そのような材料の例として、III族窒化物半導体（ＧａＮ,ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等），サファイア（Ａｌ２Ｏ３），炭化シリコン（ＳｉＣ）等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書で開示する技術によると、従来よりも高品質なシリコン膜を従来よりも高速で結晶成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の気相成長方法で使用する気相成長装置の断面図を示す。
【図２】図１の部分拡大断面図を用いて、シリコン膜が結晶成長している状態を示す。
【図３】図１の部分拡大断面図を用いて、シリコン堆積比が２０％を超えた状態を示す。
【図４】基板の回転速度を一定にしたときの、基板の温度とシリコン堆積率との関係を示す。
【図５】基板の温度を一定にしたときの、基板の回転速度とシリコン堆積率との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書で開示される技術的特徴の幾つかを以下に整理して記す。
（特徴１）基板１ｃｍ２あたり２００〜３００μｍｏｌ／分の原料ガスを気相成長室に供給する。
（特徴２）基板の回転速度を２０００〜３０００ｒｐｍに維持した状態で、原料ガスを基板に供給する。
（特徴３）基板の温度を１２５０〜１３５０℃に維持した状態で、原料ガスを基板に供給する。
【実施例】
【００１３】
図１に示すように、気相成長装置１は、気相成長室４と、載置台１０と、ヒータ８を備えている。気相成長室４の上部に、原料供給口２が設けられている。原料供給口２は、載置台１０の表面に直交する方向に設けられている。気相成長室４の下部に、排気口１２が設けられている。原料ガス１８は塩化シランガスであり、原料ガス槽（図示省略）から原料供給口２を通じて気相成長室４内に導入される。原料ガス１８とともにキャリアガス（図示省略）も気相成長室４内に導入される。排気ガス１６は、気相成長室４内から排気口１２を通じて気相成長装置１の外に排出される。載置台１０は、モータ（図示省略）によって、矢印１４に示すように回転することができる。載置台１０の表面には、基板６を載置することができる。載置台１０の内部に、ヒータ８が設けられている。ヒータ８によって、基板６を所定の温度まで加熱することができる。破線１７で囲った部分は、気相温度が９００℃を超えている高温空間１７の範囲を示している。高温空間１７については後述する。
【００１４】
次に、基板の表面にシリコン膜を気相成長させる方法について説明する。本実施例では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板６上にシリコン膜を成長させる方法について説明する。まず、載置台１０の表面に窒化アルミニウム基板６を載置した後、載置台１０を２５００ｒｐｍの速度で回転させながら、窒化アルミニウム基板６を１２７０℃まで加熱する。その後、窒化アルミニウム基板６の温度を１２７０℃に維持したまま、原料ガス１８を、キャリアガスとともに原料供給口２から気相成長室４に導入する。詳細は後述するが、窒化アルミニウム基板６の温度は、１２００〜１４００℃の範囲内に維持されていればよく、好ましくは、１２５０〜１３５０℃の範囲内に維持されていればよい。また、窒化アルミニウム基板６の回転速度は、１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍに維持されていればよく、好ましくは、２０００〜３０００ｒｐｍに維持されていればよい。なお、従来の技術では、基板の表面にシリコン膜を結晶成長させる場合、基板を１０００〜１１００℃の範囲に加熱した状態で気相成長を行う。本実施例では、従来よりも基板の温度を高く維持した状態で気相成長を行う。
【００１５】
原料ガス１８は、三塩化シラン（トリクロロシラン：ＳｉＨＣｌ３）ガスであり、窒化アルミニウム基板６の表面に１ｃｍ２（以下、基板単位面積と称する）当たり２００〜３００μｍｏｌ／分で供給する。原料ガス１８とともに水素（Ｈ２）ガスも供給する。水素ガスはキャリアガスの一例である。なお、キャリアガスは、必要に応じて不活性ガスを含んでいてもよい。また、原料ガス１８とともに、不純物のドーパントガスを供給してもよい。原料ガス１８とともに不純物のドーパントガスを供給すれば、ｎ型又はｐ型のシリコン膜を結晶成長させることができる。理由は後述するが、従来の気相成長技術では、原料ガスの供給量は、基板単位面積当たり１００〜２００μｍｏｌ／分が限界であった。一般的に、原料ガスの供給量が多いほど、シリコン膜の成長速度も速くなる。本実施例の気相成長では、従来の気相成長技術では採用することができなかった多量の原料ガスを基板に供給することができる。
【００１６】
原料供給口２は、窒化アルミニウム基板６の表面に直交する方向に設けられている。そのため、気相成長室４内に導入された原料ガス１８は、窒化アルミニウム基板６の表面に直交する方向から、窒化アルミニウム基板６の表面に移動する。この方法は、原料ガス１８を窒化アルミニウム基板６の表面に平行な方向から供給する方法に比べ、原料ガス１８が高温空間１７を通過する距離を短くすることができる。その結果、原料ガス１８の温度が上昇することを抑制することができる。原料ガス１８が分解する温度に曝される時間を短くすることができる。また、窒化アルミニウム基板６を高速で回転させるほど、高温空間１７の範囲を縮小させることができる。本実施例では、窒化アルミニウム基板６を２５００ｒｐｍで回転させて高温空間１７の範囲を縮小させることにより、従来技術よりも原料ガス１８が分解する温度に曝される時間を短くしている。
【００１７】
図２に示すように、原料ガス１８が窒化アルミニウム基板６の表面に達すると、シリコン膜２０が、窒化アルミニウム基板６上に結晶成長する。結晶成長に利用されなかった原料ガス１８は、窒化アルミニウム基板６の表面に沿って窒化アルミニウム基板６の径方向外側に移動する。結晶成長に利用されなかった原料ガス１８、及び、結晶成長により発生した副生成物は、排気ガス１６として気相成長装置１の外に排出される。排気ガス１６は、気相成長装置１の外に排出される途中で、載置台１０のうちの窒化アルミニウム基板６が載置されていない部分に接する。排気ガス１６中には結晶成長に利用されなかった原料ガス１８が含まれているので、載置台１０の表面にもシリコンの堆積膜２２が形成される。なお、シリコン堆積膜２２は、窒化アルミニウム基板６上に形成されるシリコン膜２０のような単結晶シリコンではなく、多結晶シリコン、非晶質シリコン又はシリコン化合物であることが多い。
【００１８】
ここで、原料ガス１８からシリコン膜２０が形成されるまでの反応について説明する。下記式（１）の反応は、原料ガス１８（三塩化シラン）の分解反応を示している。式（１）の反応は、原料ガス１８の温度が９００℃を超えると起こり始め、原料ガス１８の温度が上昇するほど活発になる。上記したように、窒化アルミニウム基板６は、予め１２７０℃に加熱されている。そのため、窒化アルミニウム基板６の周囲に、温度が９００℃を超える高温空間１７が形成される。式（１）の反応は、窒化アルミニウム基板６の表面上だけでなく、原料ガス１８が窒化アルミニウム基板６の表面に接するよりも前に、高温空間１７でも起こる。
式（１）：ＳｉＨＣｌ３→ＳｉＣｌ２＋ＨＣｌ
【００１９】
窒化アルミニウム基板６の表面では、上記式（１）に続いて下記式（２）の反応が起こる。式（２）の反応は、式（１）で生じたＳｉＣｌ２とキャリアガス（Ｈ２ガス）が反応し、Ｓｉと塩化水素ガス（ＨＣｌガス）が生じることを示している。式（１）で生じたＳｉＣｌ２のＳｉ原子は、窒化アルミニウム基板６の表面、又は、シリコン膜２０表層部のＳｉ原子に結合する。窒化アルミニウム基板６又はシリコン膜２０表層部に結合したＳｉＣｌ２のＣｌ原子がＨ２ガスによって除去されると、窒化アルミニウム基板６上にＳｉ原子の成長膜が形成され、シリコン膜２０の厚みが増していく。
式（２）：ＳｉＣｌ２＋Ｈ２→Ｓｉ＋２ＨＣｌ
【００２０】
窒化アルミニウム基板６の表面では、上記式（２）の反応に加え、一定の割合で下記式（３）の反応も起こる。式（３）の反応は、式（２）の逆反応である。式（３）の反応が活発になると、シリコン膜２０の成長速度は遅くなる。式（３）から明らかなように、式（３）の反応は、気相成長室４内のＨＣｌガスの濃度が濃くなるほど起こり易くなる。そのため、気相成長室４内で式（１）の反応が過剰に起こると、シリコン膜２０の成長速度は遅くなる。
式（３）：Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２
【００２１】
窒化アルミニウム基板６の加熱温度を高くするほど、式（２）の反応が起こり易くなり、シリコン膜２０の結晶成長が速くなる。しかしながら、窒化アルミニウム基板６の加熱温度を高くするほど、高温空間１７の範囲が広がり、式（１）の反応が起こり易くなる。従来の気相成長技術では、原料ガス１８を基板単位面積当たり２００μｍｏｌ／分以上で供給すると、式（１）の反応により塩化水素ガスの量が増加し、式（３）に示す逆反応が活発化する。シリコン膜２０の結晶成長に消費される原料ガス１８の量が減少する。その結果、排気ガス１６に含まれる原料ガス１８の濃度が濃くなる。排気ガス１６中の原料ガス１８の濃度が濃くなると、載置台１０の表面にシリコンが堆積し、シリコン堆積膜２２の厚みｔ２２が厚くなる。窒化アルミニウム基板６の加熱温度、窒化アルミニウム基板６の回転速度を調整することにより、シリコン堆積膜２２の厚みｔ２２を調整することは可能であるが、シリコン堆積膜２２の発生をゼロにすることはできない。
【００２２】
シリコン膜２０の厚みｔ２０に対するシリコン堆積膜２２の厚みｔ２２（シリコン堆積率：ｔ２２／ｔ２０×１００）が２０％を超えると、図３に示すように、シリコン膜２０とシリコン堆積膜２２が連結部２１によって繋がる。シリコン膜２０とシリコン堆積膜２２が繋がると、窒化アルミニウム基板６を載置台１０から取り外すことが困難になる。すなわち、窒化アルミニウム基板６が載置台１０に張り付いてしまう。その結果、載置台１０から窒化アルミニウム基板６を取り外すときに、窒化アルミニウム基板６又はシリコン膜２０が破損することがある。また、シリコン堆積率が大きくなると、窒化アルミニウム基板６とシリコン堆積膜２２の熱膨張係数の違いにより、窒化アルミニウム基板６に歪みが発生することがある。窒化アルミニウム基板６に歪みが発生すると、スリップ転位が発生し、シリコン膜２０の表面に窪みが形成されることがある。
【００２３】
従来の気相成長技術では、原料ガス１８を基板単位面積当たり２００μｍｏｌ／分以上で供給すると、式（１）の反応により塩化水素ガスの量が増加し、式（３）に示す逆反応が活発化する。載置台１０の表面にシリコンが堆積し易くなり、上記した「張り付き」、「スリップ転位」等の不具合が発生する。そのため、従来の気相成長技術では、原料ガス１８を基板単位面積当たり２００μｍｏｌ／分以上で供給することはなかった。
【００２４】
上記したように、「張り付き」、「スリップ転位」等の不具合は、シリコン堆積率が２０％を超えると発生する。これらの不具合が発生することを防止するためには、シリコン堆積率を２０％以下に調整することが必要である。本実施例の気相成長方法では、窒化アルミニウム基板６を１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転させ、高温空間１７の範囲を縮小させる。基板を高速で回転することにより、気相中における上記式（１）の反応を抑制し、上記式（３）に示す逆反応を抑制する。それにより、シリコン膜２０の結晶成長に利用される原料ガス１８量を増大させ、シリコン膜２０を高速で結晶成長させる。その結果、シリコン堆積率が２０％を超えないレベルまで排気ガス１６に含まれる原料ガス１８の濃度が低減する。なお、窒化アルミニウム基板６が３５００ｒｐｍを超えると、高温空間１７の範囲は縮小するものの、原料ガス１８の流れに乱れが生じる。原料ガス１８が窒化アルミニウム基板６に達しないで、載置台１０の表面に直接接することがある。それにより、上記した不具合が発生し、シリコン膜２０の品質が低下する。なお、実験の結果、シリコン堆積率が１５％のときは、「張り付き」及び「スリップ転位」は発生しなかった。シリコン堆積率が２０％のときも、「張り付き」及び「スリップ転位」は発生しなかった。シリコン堆積率が２５％のときは、「張り付き」は発生しなかったものの「スリップ転位」が発生した。シリコン堆積率が３０％のときは、「張り付き」及び「スリップ転位」が発生した。シリコン堆積率が５０％まで増加すると、「張り付き」及び顕著な「スリップ転位」が発生した。
【００２５】
図４は、窒化アルミニウム基板６を２５００ｒｐｍで回転させたときのシリコン堆積率を示す。図４の横軸は窒化アルミニウム基板６の温度を示し、縦軸はシリコン堆積率を示す。気相成長室１への原料ガス１８の供給量は単位面積当たり３００μｍｏｌ／分である。図４の曲線３２に示すように、基板の回転速度が２５００ｒｐｍの場合、基板温度が１２００〜１４００℃の範囲でシリコン堆積率が２０％以下を満足する。なお、基板の回転速度を１５００〜３５００ｒｐｍにすれば、基板温度が１２００〜１４００℃の範囲の全てでシリコン堆積率が２０％以下を満足することが確認されている。すなわち、原料ガス１８を窒化アルミニウム基板６に供給するときに、基板温度を１２００〜１４００℃に維持するとともに基板の回転速度を１５００〜３５００ｒｐｍに維持すれば、シリコン堆積率を２０％以下に抑制することができる。
【００２６】
なお、基板温度１２００℃，基板回転速度１５００ｒｐｍのときのシリコン堆積率は２０％であり、基板温度１２００℃，基板回転速度３５００ｒｐｍのときのシリコン堆積率は２０％であった。また、基板温度１４００℃，基板回転速度１５００ｒｐｍのときのシリコン堆積率は２０％であり、基板温度１４００℃，基板回転速度３５００ｒｐｍのときのシリコン堆積率は２０％であった。プロット３０は、従来技術の製造条件（基板温度１１００℃，基板回転速度１０００ｒｐｍ）において、気相成長室１への原料ガス１８の供給量を単位面積当たり３００μｍｏｌ／分とした結果である。従来技術の製造条件では、シリコン堆積率は５０％である。すなわち、基板温度と基板の回転速度を従来条件のままとし、原料ガスを単位面積当たり３００μｍｏｌ／分で供給すると、「張り付き」、「スリップ転位」等の不具合が発生する。
【００２７】
上記したように、基板温度を１２００〜１４００℃に維持するとともに基板の回転速度を１５００〜３５００ｒｐｍに維持すれば、シリコン堆積率を２０％以下に抑制することができる。窒化アルミニウム基板６上で消費される原料ガス１８の量が増大し、シリコン膜２０を高速で結晶成長させることができる。図５は、窒化アルミニウム基板６を１２７０℃に加熱したときの、シリコン堆積率を示す。図５の横軸は窒化アルミニウム基板６の回転速度を示し、縦軸はシリコン堆積率を示す。気相成長室への原料ガス１８の供給量は単位面積当たり３００μｍｏｌ／分である。図５の曲線３６に示すように、基板の回転速度を１５００〜３５００ｒｐｍにすると、シリコン堆積率が２０％以下を満足することが確認される。プロット３４は、従来技術の製造条件におけるシリコン堆積率を示している。プロット３４は、図４のプロット３０と同じ結果を示している。
【００２８】
上記したように、本実施例では、１２００℃〜１４００℃に加熱されているとともに１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転している基板に向けて、基板の表面に直交する方向から原料ガスを供給する。それにより、原料ガスを基板単位面積当たり２００μｍｏｌ／分以上で供給しても、シリコン堆積率を２０％以下に抑制することができる。シリコン膜を高速で結晶成長させながら、基板が載置台に張り付いたり、スリップ転位が生じることを抑制することができる。なお、原料ガスの供給量が基板単位面積当たり３００μｍｏｌ／分を超えると、シリコン膜の結晶成長速度が速くなりすぎ、スパイクと呼ばれる異常成長部が形成される等、高品質なシリコン膜が得られなくなることがある。よって、原料ガスの供給量は、基板単位面積当たり２００〜３００μｍｏｌ／分であることが好ましい。
【００２９】
上記したように、基板を高温に加熱すればシリコン膜の成長速度が速くなることは、従来から知られていた。しかしながら、基板を高温に加熱すると、気相中で式（１）の分解反応が過剰に起こり、式（３）の逆反応が活発化する。そのため、従来技術では基板の加熱温度の上限を１１００℃程度に抑えていた。そのため、シリコン膜の成長速度を速くすることができず、原料ガスの供給量は、基板単位面積当たり１００〜２００μｍｏｌ／分に抑えられていた。一方で、シリコン膜を結晶成長させる場合に、基板の張り付き、スリップ転位等が生じることは経験的に知られていた。これらの現象が発生すると、シリコン膜の品質が低下する。しかしながら、シリコン堆積率が２０％を超えない程に高速でシリコン膜を結晶成長させることで、これらの不具合を抑制する検討は行われていなかった。そのため、従来は、基板の加熱温度、基板の回転速度を適当な範囲に調整し、高品質なシリコン膜を高速で結晶成長させる検討が不充分であった。本実施例で開示した気相成長方法により、従来よりも高品質なシリコン膜を高速で結晶成長させることができる。本実施例の気相成長方法を用いれば、基板上に１００〜２００μｍの厚いシリコン膜を高品質に製造することができる。
【００３０】
以下に、基板を加熱する温度、及び、基板の回転速度について、より好ましい数値範囲を説明する。図４に示すように、基板温度１３５０℃付近までは、基板温度が高くなるに従ってシリコン堆積率は減少している。基板温度が１３５０℃を超えると、シリコン堆積率は急速に増加し始める。シリコン堆積率を確実に２０％以下に抑制するためには、基板温度を１３５０℃以下に維持することが好ましい。また、シリコン堆積率は、基板温度１２５０℃以上では、基板温度が高くなっても緩やかに減少する。しかしながら、基板温度１２５０℃までは、基板温度１２５０℃以上に比べ、基板温度が高くなるに従って比較的急速に減少している。よって、シリコン堆積率を確実に２０％以下に抑制するためには、基板温度を１２５０℃以上に維持することが好ましい。すなわち、基板を加熱する温度は、１２５０〜１３５０℃であることが好ましい。
【００３１】
また、図５に示すように、基板の回転速度が２０００〜２５００ｒｐｍまでの間は、シリコン堆積率はほぼ最小値を示している。基板の回転速度が２０００ｒｐｍよりも遅くなるとシリコン堆積率が増加し始めている。また、基板の回転速度が２５００ｒｐｍより速くなるとシリコン堆積率が増加し始めている。そのため、シリコン堆積率を確実に２０％以下に抑制するためには、基板の回転速度が２０００〜２５００ｒｐｍであることが好ましい。
【００３２】
上記実施例では、窒化アルミニウム基板上にシリコン膜を結晶成長させる例について説明した。窒化アルミニウム基板に代えて、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、スピネル、他のIII族窒化物半導体（ＧａＮ，ＡｌＧａＮ等）の材料の基板を用いてもよい。これらの基板の融点は、シリコンの融点よりも高い。そのため、基板を加熱する温度をシリコンの融点近くに設定しても、基板に変形等が生じにくい。なお、窒化アルミニウムと炭化シリコンは、熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に近い。よって、これらの基板の中では、窒化アルミニウム基板と炭化シリコン基板が特に好ましい。また、基板の材料はシリコンでもよい。すなわち、シリコン基板の表面に、シリコン膜を結晶成長させてもよい。
【００３３】
上記実施例では、原料ガスとして三塩化シランガスを使用する例について説明した。三塩化シランガスに代えて、二塩化シラン（ジクロロシラン：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、四塩化ケイ素ガス（テトラクロロシラン：ＳｉＣｌ４）等を使用することもできる。
【００３４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３５】
６：基板
１８：原料ガス
２０：シリコン膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にシリコン膜を気相成長方法させてシリコン膜を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、シリコン膜の製造方法の一例が開示されている。特許文献１の技術では、気相成長室内に配置されている載置台上に基板を載置し、気相成長室の上方から基板に向けて原料ガスを供給する。原料ガスは塩化シランガスであり、キャリアガスに混合して供給される。基板は、加熱された状態で回転している。原料ガスが基板の表面に接すると、原料ガスに含まれているシリコン原子が基板と結合し、基板上にシリコン膜が成膜される。基板上にシリコン膜が成膜された後は、原料ガスに含まれているシリコン原子がシリコン膜を構成しているシリコン原子と結合し、シリコン膜の厚みが増していく。すなわち、シリコン膜が結晶成長する。シリコン膜の結晶成長に利用されなかった原料ガスは、基板の表面に沿って基板の端部側に移動し、気相成長装置の外部に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０６８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
他の条件が同じであれば、基板温度を高くするほど、基板上に結晶成長するシリコン膜の成長速度が速くなる。その一方において、原料ガスに含まれている塩化シランガスの一部は、基板の表面に達する前に気相中で分解され、塩化水素ガスを生成する。シリコン膜が結晶成長する際に生じる副生成物も塩化水素ガスである。そのため、気相中で分解する塩化シランガス量が増加すると、シリコン膜の成長速度が鈍る。塩化シランガスは、基板周囲の高温空間内で分解する。基板温度を高くするほど、高温空間の範囲は広がり、塩化シランガスの分解が促進する。基板の温度をむやみに高くしても、シリコン膜の成長速度を速くすることができない。
【０００５】
そこで、従来は、基板温度を１０００℃〜１１００℃の範囲としていた。その温度範囲であれば、塩化シランガスの熱分解を抑制することと、他の条件が同じであれば基板温度が高温であるほど結晶成長速度が高速化するという両現象をバランスよく活用することができ、実際に得られる結晶成長速度が最大化される。その方式で得られる結晶成長速度のためには、塩化シランガスの供給量が基板１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分程度であれば十分である。それ以上のガス量は無用であるばかりか、熱分解で生じる塩化水素ガス量が増加することから不利とされてきた。
【０００６】
本発明は、従来よりも高品質なシリコン膜を従来よりも高速で結晶成長させることができる気相成長技術を提供するために開発された。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示するシリコン膜の製造方法では、基板の回転速度を従来よりも高速化する。すると、塩化シランガスの熱分解が抑制され、基板温度を従来よりも高温にすることができるという現象を利用する。
本明細書で開示するシリコン膜の製造方法では、１２００℃〜１４００℃に加熱されているとともに１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転している基板に向けて、基板の表面に直交する方向から原料ガスを供給する原料ガスの供給工程を備えている。その方法によると、原料ガスに含まれている塩化シランガスの供給量を、基板１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上とすることができ、その供給量に見合った結晶成長速度が得られる。
【０００８】
基板の回転速度が速くなると、原料ガスの流れが乱れ易くなり、結晶成長するシリコン膜の品質の低下が懸念される。しかしながら、実際には、基板回転数を１５００ｒｐｍ以上にしても、３５００ｒｐｍ以下でさえあれば、結晶成長するシリコン膜の品質が低下しないことが見出された。
基板の回転速度が速くなると、加熱されている基板により原料ガスが加熱されて高温となる気相範囲が狭くなる。すなわち、基板の回転速度が速くなると、塩化シランガスが高温範囲（熱分解する温度以上に加熱される範囲）を通過して基板表面に到達する時間が短くなり、塩化シランガスの熱分解が抑制される。塩化シランガスの熱分解を抑制できれば、基板温度を上昇させることが可能となる。
本方法では、これらの技術要素を組みあわせ、基板１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上の塩化シランガスを供給することが必要となるほどに高速な結晶成長速度を得ることに成功したものである。
【０００９】
上記の方法では、シリコンの融点よりも高い融点の基板を利用することが好ましい。シリコンの融点は１４１２℃である。そのため、融点が１４１２℃よりも高い基板を使用すれば、基板を１４００℃まで加熱したときに、基板が溶融することを確実に防止することができる。そのような材料の例として、III族窒化物半導体（ＧａＮ,ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等），サファイア（Ａｌ２Ｏ３），炭化シリコン（ＳｉＣ）等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書で開示する技術によると、従来よりも高品質なシリコン膜を従来よりも高速で結晶成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の気相成長方法で使用する気相成長装置の断面図を示す。
【図２】図１の部分拡大断面図を用いて、シリコン膜が結晶成長している状態を示す。
【図３】図１の部分拡大断面図を用いて、シリコン堆積比が２０％を超えた状態を示す。
【図４】基板の回転速度を一定にしたときの、基板の温度とシリコン堆積率との関係を示す。
【図５】基板の温度を一定にしたときの、基板の回転速度とシリコン堆積率との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書で開示される技術的特徴の幾つかを以下に整理して記す。
（特徴１）基板１ｃｍ２あたり２００〜３００μｍｏｌ／分の原料ガスを気相成長室に供給する。
（特徴２）基板の回転速度を２０００〜３０００ｒｐｍに維持した状態で、原料ガスを基板に供給する。
（特徴３）基板の温度を１２５０〜１３５０℃に維持した状態で、原料ガスを基板に供給する。
【実施例】
【００１３】
図１に示すように、気相成長装置１は、気相成長室４と、載置台１０と、ヒータ８を備えている。気相成長室４の上部に、原料供給口２が設けられている。原料供給口２は、載置台１０の表面に直交する方向に設けられている。気相成長室４の下部に、排気口１２が設けられている。原料ガス１８は塩化シランガスであり、原料ガス槽（図示省略）から原料供給口２を通じて気相成長室４内に導入される。原料ガス１８とともにキャリアガス（図示省略）も気相成長室４内に導入される。排気ガス１６は、気相成長室４内から排気口１２を通じて気相成長装置１の外に排出される。載置台１０は、モータ（図示省略）によって、矢印１４に示すように回転することができる。載置台１０の表面には、基板６を載置することができる。載置台１０の内部に、ヒータ８が設けられている。ヒータ８によって、基板６を所定の温度まで加熱することができる。破線１７で囲った部分は、気相温度が９００℃を超えている高温空間１７の範囲を示している。高温空間１７については後述する。
【００１４】
次に、基板の表面にシリコン膜を気相成長させる方法について説明する。本実施例では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板６上にシリコン膜を成長させる方法について説明する。まず、載置台１０の表面に窒化アルミニウム基板６を載置した後、載置台１０を２５００ｒｐｍの速度で回転させながら、窒化アルミニウム基板６を１２７０℃まで加熱する。その後、窒化アルミニウム基板６の温度を１２７０℃に維持したまま、原料ガス１８を、キャリアガスとともに原料供給口２から気相成長室４に導入する。詳細は後述するが、窒化アルミニウム基板６の温度は、１２００〜１４００℃の範囲内に維持されていればよく、好ましくは、１２５０〜１３５０℃の範囲内に維持されていればよい。また、窒化アルミニウム基板６の回転速度は、１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍに維持されていればよく、好ましくは、２０００〜３０００ｒｐｍに維持されていればよい。なお、従来の技術では、基板の表面にシリコン膜を結晶成長させる場合、基板を１０００〜１１００℃の範囲に加熱した状態で気相成長を行う。本実施例では、従来よりも基板の温度を高く維持した状態で気相成長を行う。
【００１５】
原料ガス１８は、三塩化シラン（トリクロロシラン：ＳｉＨＣｌ３）ガスであり、窒化アルミニウム基板６の表面に１ｃｍ２（以下、基板単位面積と称する）当たり２００〜３００μｍｏｌ／分で供給する。原料ガス１８とともに水素（Ｈ２）ガスも供給する。水素ガスはキャリアガスの一例である。なお、キャリアガスは、必要に応じて不活性ガスを含んでいてもよい。また、原料ガス１８とともに、不純物のドーパントガスを供給してもよい。原料ガス１８とともに不純物のドーパントガスを供給すれば、ｎ型又はｐ型のシリコン膜を結晶成長させることができる。理由は後述するが、従来の気相成長技術では、原料ガスの供給量は、基板単位面積当たり１００〜２００μｍｏｌ／分が限界であった。一般的に、原料ガスの供給量が多いほど、シリコン膜の成長速度も速くなる。本実施例の気相成長では、従来の気相成長技術では採用することができなかった多量の原料ガスを基板に供給することができる。
【００１６】
原料供給口２は、窒化アルミニウム基板６の表面に直交する方向に設けられている。そのため、気相成長室４内に導入された原料ガス１８は、窒化アルミニウム基板６の表面に直交する方向から、窒化アルミニウム基板６の表面に移動する。この方法は、原料ガス１８を窒化アルミニウム基板６の表面に平行な方向から供給する方法に比べ、原料ガス１８が高温空間１７を通過する距離を短くすることができる。その結果、原料ガス１８の温度が上昇することを抑制することができる。原料ガス１８が分解する温度に曝される時間を短くすることができる。また、窒化アルミニウム基板６を高速で回転させるほど、高温空間１７の範囲を縮小させることができる。本実施例では、窒化アルミニウム基板６を２５００ｒｐｍで回転させて高温空間１７の範囲を縮小させることにより、従来技術よりも原料ガス１８が分解する温度に曝される時間を短くしている。
【００１７】
図２に示すように、原料ガス１８が窒化アルミニウム基板６の表面に達すると、シリコン膜２０が、窒化アルミニウム基板６上に結晶成長する。結晶成長に利用されなかった原料ガス１８は、窒化アルミニウム基板６の表面に沿って窒化アルミニウム基板６の径方向外側に移動する。結晶成長に利用されなかった原料ガス１８、及び、結晶成長により発生した副生成物は、排気ガス１６として気相成長装置１の外に排出される。排気ガス１６は、気相成長装置１の外に排出される途中で、載置台１０のうちの窒化アルミニウム基板６が載置されていない部分に接する。排気ガス１６中には結晶成長に利用されなかった原料ガス１８が含まれているので、載置台１０の表面にもシリコンの堆積膜２２が形成される。なお、シリコン堆積膜２２は、窒化アルミニウム基板６上に形成されるシリコン膜２０のような単結晶シリコンではなく、多結晶シリコン、非晶質シリコン又はシリコン化合物であることが多い。
【００１８】
ここで、原料ガス１８からシリコン膜２０が形成されるまでの反応について説明する。下記式（１）の反応は、原料ガス１８（三塩化シラン）の分解反応を示している。式（１）の反応は、原料ガス１８の温度が９００℃を超えると起こり始め、原料ガス１８の温度が上昇するほど活発になる。上記したように、窒化アルミニウム基板６は、予め１２７０℃に加熱されている。そのため、窒化アルミニウム基板６の周囲に、温度が９００℃を超える高温空間１７が形成される。式（１）の反応は、窒化アルミニウム基板６の表面上だけでなく、原料ガス１８が窒化アルミニウム基板６の表面に接するよりも前に、高温空間１７でも起こる。
式（１）：ＳｉＨＣｌ３→ＳｉＣｌ２＋ＨＣｌ
【００１９】
窒化アルミニウム基板６の表面では、上記式（１）に続いて下記式（２）の反応が起こる。式（２）の反応は、式（１）で生じたＳｉＣｌ２とキャリアガス（Ｈ２ガス）が反応し、Ｓｉと塩化水素ガス（ＨＣｌガス）が生じることを示している。式（１）で生じたＳｉＣｌ２のＳｉ原子は、窒化アルミニウム基板６の表面、又は、シリコン膜２０表層部のＳｉ原子に結合する。窒化アルミニウム基板６又はシリコン膜２０表層部に結合したＳｉＣｌ２のＣｌ原子がＨ２ガスによって除去されると、窒化アルミニウム基板６上にＳｉ原子の成長膜が形成され、シリコン膜２０の厚みが増していく。
式（２）：ＳｉＣｌ２＋Ｈ２→Ｓｉ＋２ＨＣｌ
【００２０】
窒化アルミニウム基板６の表面では、上記式（２）の反応に加え、一定の割合で下記式（３）の反応も起こる。式（３）の反応は、式（２）の逆反応である。式（３）の反応が活発になると、シリコン膜２０の成長速度は遅くなる。式（３）から明らかなように、式（３）の反応は、気相成長室４内のＨＣｌガスの濃度が濃くなるほど起こり易くなる。そのため、気相成長室４内で式（１）の反応が過剰に起こると、シリコン膜２０の成長速度は遅くなる。
式（３）：Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２
【００２１】
窒化アルミニウム基板６の加熱温度を高くするほど、式（２）の反応が起こり易くなり、シリコン膜２０の結晶成長が速くなる。しかしながら、窒化アルミニウム基板６の加熱温度を高くするほど、高温空間１７の範囲が広がり、式（１）の反応が起こり易くなる。従来の気相成長技術では、原料ガス１８を基板単位面積当たり２００μｍｏｌ／分以上で供給すると、式（１）の反応により塩化水素ガスの量が増加し、式（３）に示す逆反応が活発化する。シリコン膜２０の結晶成長に消費される原料ガス１８の量が減少する。その結果、排気ガス１６に含まれる原料ガス１８の濃度が濃くなる。排気ガス１６中の原料ガス１８の濃度が濃くなると、載置台１０の表面にシリコンが堆積し、シリコン堆積膜２２の厚みｔ２２が厚くなる。窒化アルミニウム基板６の加熱温度、窒化アルミニウム基板６の回転速度を調整することにより、シリコン堆積膜２２の厚みｔ２２を調整することは可能であるが、シリコン堆積膜２２の発生をゼロにすることはできない。
【００２２】
シリコン膜２０の厚みｔ２０に対するシリコン堆積膜２２の厚みｔ２２（シリコン堆積率：ｔ２２／ｔ２０×１００）が２０％を超えると、図３に示すように、シリコン膜２０とシリコン堆積膜２２が連結部２１によって繋がる。シリコン膜２０とシリコン堆積膜２２が繋がると、窒化アルミニウム基板６を載置台１０から取り外すことが困難になる。すなわち、窒化アルミニウム基板６が載置台１０に張り付いてしまう。その結果、載置台１０から窒化アルミニウム基板６を取り外すときに、窒化アルミニウム基板６又はシリコン膜２０が破損することがある。また、シリコン堆積率が大きくなると、窒化アルミニウム基板６とシリコン堆積膜２２の熱膨張係数の違いにより、窒化アルミニウム基板６に歪みが発生することがある。窒化アルミニウム基板６に歪みが発生すると、スリップ転位が発生し、シリコン膜２０の表面に窪みが形成されることがある。
【００２３】
従来の気相成長技術では、原料ガス１８を基板単位面積当たり２００μｍｏｌ／分以上で供給すると、式（１）の反応により塩化水素ガスの量が増加し、式（３）に示す逆反応が活発化する。載置台１０の表面にシリコンが堆積し易くなり、上記した「張り付き」、「スリップ転位」等の不具合が発生する。そのため、従来の気相成長技術では、原料ガス１８を基板単位面積当たり２００μｍｏｌ／分以上で供給することはなかった。
【００２４】
上記したように、「張り付き」、「スリップ転位」等の不具合は、シリコン堆積率が２０％を超えると発生する。これらの不具合が発生することを防止するためには、シリコン堆積率を２０％以下に調整することが必要である。本実施例の気相成長方法では、窒化アルミニウム基板６を１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転させ、高温空間１７の範囲を縮小させる。基板を高速で回転することにより、気相中における上記式（１）の反応を抑制し、上記式（３）に示す逆反応を抑制する。それにより、シリコン膜２０の結晶成長に利用される原料ガス１８量を増大させ、シリコン膜２０を高速で結晶成長させる。その結果、シリコン堆積率が２０％を超えないレベルまで排気ガス１６に含まれる原料ガス１８の濃度が低減する。なお、窒化アルミニウム基板６が３５００ｒｐｍを超えると、高温空間１７の範囲は縮小するものの、原料ガス１８の流れに乱れが生じる。原料ガス１８が窒化アルミニウム基板６に達しないで、載置台１０の表面に直接接することがある。それにより、上記した不具合が発生し、シリコン膜２０の品質が低下する。なお、実験の結果、シリコン堆積率が１５％のときは、「張り付き」及び「スリップ転位」は発生しなかった。シリコン堆積率が２０％のときも、「張り付き」及び「スリップ転位」は発生しなかった。シリコン堆積率が２５％のときは、「張り付き」は発生しなかったものの「スリップ転位」が発生した。シリコン堆積率が３０％のときは、「張り付き」及び「スリップ転位」が発生した。シリコン堆積率が５０％まで増加すると、「張り付き」及び顕著な「スリップ転位」が発生した。
【００２５】
図４は、窒化アルミニウム基板６を２５００ｒｐｍで回転させたときのシリコン堆積率を示す。図４の横軸は窒化アルミニウム基板６の温度を示し、縦軸はシリコン堆積率を示す。気相成長室１への原料ガス１８の供給量は単位面積当たり３００μｍｏｌ／分である。図４の曲線３２に示すように、基板の回転速度が２５００ｒｐｍの場合、基板温度が１２００〜１４００℃の範囲でシリコン堆積率が２０％以下を満足する。なお、基板の回転速度を１５００〜３５００ｒｐｍにすれば、基板温度が１２００〜１４００℃の範囲の全てでシリコン堆積率が２０％以下を満足することが確認されている。すなわち、原料ガス１８を窒化アルミニウム基板６に供給するときに、基板温度を１２００〜１４００℃に維持するとともに基板の回転速度を１５００〜３５００ｒｐｍに維持すれば、シリコン堆積率を２０％以下に抑制することができる。
【００２６】
なお、基板温度１２００℃，基板回転速度１５００ｒｐｍのときのシリコン堆積率は２０％であり、基板温度１２００℃，基板回転速度３５００ｒｐｍのときのシリコン堆積率は２０％であった。また、基板温度１４００℃，基板回転速度１５００ｒｐｍのときのシリコン堆積率は２０％であり、基板温度１４００℃，基板回転速度３５００ｒｐｍのときのシリコン堆積率は２０％であった。プロット３０は、従来技術の製造条件（基板温度１１００℃，基板回転速度１０００ｒｐｍ）において、気相成長室１への原料ガス１８の供給量を単位面積当たり３００μｍｏｌ／分とした結果である。従来技術の製造条件では、シリコン堆積率は５０％である。すなわち、基板温度と基板の回転速度を従来条件のままとし、原料ガスを単位面積当たり３００μｍｏｌ／分で供給すると、「張り付き」、「スリップ転位」等の不具合が発生する。
【００２７】
上記したように、基板温度を１２００〜１４００℃に維持するとともに基板の回転速度を１５００〜３５００ｒｐｍに維持すれば、シリコン堆積率を２０％以下に抑制することができる。窒化アルミニウム基板６上で消費される原料ガス１８の量が増大し、シリコン膜２０を高速で結晶成長させることができる。図５は、窒化アルミニウム基板６を１２７０℃に加熱したときの、シリコン堆積率を示す。図５の横軸は窒化アルミニウム基板６の回転速度を示し、縦軸はシリコン堆積率を示す。気相成長室への原料ガス１８の供給量は単位面積当たり３００μｍｏｌ／分である。図５の曲線３６に示すように、基板の回転速度を１５００〜３５００ｒｐｍにすると、シリコン堆積率が２０％以下を満足することが確認される。プロット３４は、従来技術の製造条件におけるシリコン堆積率を示している。プロット３４は、図４のプロット３０と同じ結果を示している。
【００２８】
上記したように、本実施例では、１２００℃〜１４００℃に加熱されているとともに１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転している基板に向けて、基板の表面に直交する方向から原料ガスを供給する。それにより、原料ガスを基板単位面積当たり２００μｍｏｌ／分以上で供給しても、シリコン堆積率を２０％以下に抑制することができる。シリコン膜を高速で結晶成長させながら、基板が載置台に張り付いたり、スリップ転位が生じることを抑制することができる。なお、原料ガスの供給量が基板単位面積当たり３００μｍｏｌ／分を超えると、シリコン膜の結晶成長速度が速くなりすぎ、スパイクと呼ばれる異常成長部が形成される等、高品質なシリコン膜が得られなくなることがある。よって、原料ガスの供給量は、基板単位面積当たり２００〜３００μｍｏｌ／分であることが好ましい。
【００２９】
上記したように、基板を高温に加熱すればシリコン膜の成長速度が速くなることは、従来から知られていた。しかしながら、基板を高温に加熱すると、気相中で式（１）の分解反応が過剰に起こり、式（３）の逆反応が活発化する。そのため、従来技術では基板の加熱温度の上限を１１００℃程度に抑えていた。そのため、シリコン膜の成長速度を速くすることができず、原料ガスの供給量は、基板単位面積当たり１００〜２００μｍｏｌ／分に抑えられていた。一方で、シリコン膜を結晶成長させる場合に、基板の張り付き、スリップ転位等が生じることは経験的に知られていた。これらの現象が発生すると、シリコン膜の品質が低下する。しかしながら、シリコン堆積率が２０％を超えない程に高速でシリコン膜を結晶成長させることで、これらの不具合を抑制する検討は行われていなかった。そのため、従来は、基板の加熱温度、基板の回転速度を適当な範囲に調整し、高品質なシリコン膜を高速で結晶成長させる検討が不充分であった。本実施例で開示した気相成長方法により、従来よりも高品質なシリコン膜を高速で結晶成長させることができる。本実施例の気相成長方法を用いれば、基板上に１００〜２００μｍの厚いシリコン膜を高品質に製造することができる。
【００３０】
以下に、基板を加熱する温度、及び、基板の回転速度について、より好ましい数値範囲を説明する。図４に示すように、基板温度１３５０℃付近までは、基板温度が高くなるに従ってシリコン堆積率は減少している。基板温度が１３５０℃を超えると、シリコン堆積率は急速に増加し始める。シリコン堆積率を確実に２０％以下に抑制するためには、基板温度を１３５０℃以下に維持することが好ましい。また、シリコン堆積率は、基板温度１２５０℃以上では、基板温度が高くなっても緩やかに減少する。しかしながら、基板温度１２５０℃までは、基板温度１２５０℃以上に比べ、基板温度が高くなるに従って比較的急速に減少している。よって、シリコン堆積率を確実に２０％以下に抑制するためには、基板温度を１２５０℃以上に維持することが好ましい。すなわち、基板を加熱する温度は、１２５０〜１３５０℃であることが好ましい。
【００３１】
また、図５に示すように、基板の回転速度が２０００〜２５００ｒｐｍまでの間は、シリコン堆積率はほぼ最小値を示している。基板の回転速度が２０００ｒｐｍよりも遅くなるとシリコン堆積率が増加し始めている。また、基板の回転速度が２５００ｒｐｍより速くなるとシリコン堆積率が増加し始めている。そのため、シリコン堆積率を確実に２０％以下に抑制するためには、基板の回転速度が２０００〜２５００ｒｐｍであることが好ましい。
【００３２】
上記実施例では、窒化アルミニウム基板上にシリコン膜を結晶成長させる例について説明した。窒化アルミニウム基板に代えて、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、スピネル、他のIII族窒化物半導体（ＧａＮ，ＡｌＧａＮ等）の材料の基板を用いてもよい。これらの基板の融点は、シリコンの融点よりも高い。そのため、基板を加熱する温度をシリコンの融点近くに設定しても、基板に変形等が生じにくい。なお、窒化アルミニウムと炭化シリコンは、熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に近い。よって、これらの基板の中では、窒化アルミニウム基板と炭化シリコン基板が特に好ましい。また、基板の材料はシリコンでもよい。すなわち、シリコン基板の表面に、シリコン膜を結晶成長させてもよい。
【００３３】
上記実施例では、原料ガスとして三塩化シランガスを使用する例について説明した。三塩化シランガスに代えて、二塩化シラン（ジクロロシラン：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、四塩化ケイ素ガス（テトラクロロシラン：ＳｉＣｌ４）等を使用することもできる。
【００３４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３５】
６：基板
１８：原料ガス
２０：シリコン膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にシリコン膜を気相成長方法させるシリコン膜の製造方法であって、
１２００℃〜１４００℃に加熱されているとともに１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転している基板に向けて、基板の表面に直交する方向から原料ガスを供給する原料ガスの供給工程を備えており、
その原料ガスに含まれている塩化シランガスの供給量が、基板１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上であることを特徴とするシリコン膜の製造方法。
【請求項２】
シリコンの融点よりも高い融点の基板を利用することを特徴とする請求項１に記載のシリコン膜の製造方法。
【請求項１】
基板上にシリコン膜を気相成長方法させるシリコン膜の製造方法であって、
１２００℃〜１４００℃に加熱されているとともに１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転している基板に向けて、基板の表面に直交する方向から原料ガスを供給する原料ガスの供給工程を備えており、
その原料ガスに含まれている塩化シランガスの供給量が、基板１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上であることを特徴とするシリコン膜の製造方法。
【請求項２】
シリコンの融点よりも高い融点の基板を利用することを特徴とする請求項１に記載のシリコン膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１９４２２（Ｐ２０１２−１１９４２２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６６４２１（Ｐ２０１０−２６６４２１）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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