気相成長方法
【課題】エピタキシャル膜の形成に際し、半導体基板を支持するサセプタへの、原料ガスに起因する膜の付着を低減し、サセプタのエッチング処理の時間の低減する気相成長方法を提供する。
【解決手段】半導体基板であるシリコンウェハ１０１を支持するサセプタ１０２の表面の少なくとも一部をＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などの金属の酸化膜や窒化膜で被覆する。そして、サセプタ１０２上でシリコンウェハ１０１を加熱しながら、シリコンウェハ１０１上に原料ガスを供給し、サセプタ１０２上への原料ガスに起因する膜の付着を抑制して、シリコンウェハ１０１上にエピタキシャル膜を成長させるようにする。
【解決手段】半導体基板であるシリコンウェハ１０１を支持するサセプタ１０２の表面の少なくとも一部をＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などの金属の酸化膜や窒化膜で被覆する。そして、サセプタ１０２上でシリコンウェハ１０１を加熱しながら、シリコンウェハ１０１上に原料ガスを供給し、サセプタ１０２上への原料ガスに起因する膜の付着を抑制して、シリコンウェハ１０１上にエピタキシャル膜を成長させるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造工程では、ウェハ等の半導体基板に単結晶薄膜を気相成長させるエピタキシャル成長技術が利用される。
【０００３】
エピタキシャル成長技術に使用される気相成長方法では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部に、例えば、ウェハを載置し、このウェハを加熱しながら成膜室内に原料ガスを供給する。すると、ウェハの表面で原料ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、半導体基板上にエピタキシャル膜が成膜される。
【０００４】
膜厚の大きなエピタキシャルウェハを高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハの表面に新たな原料ガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。そこで、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ウェハの高速の回転には、ウェハを保持するための基板保持冶具が利用される。特許文献１では、ウェハを支持する基板保持冶具としてリング状のサセプタがサセプタ支えに嵌着されており、サセプタ支えに接続する回転軸が回転することによって、ウェハが回転する。ここで、サセプタは、その内周側に設けられた座ぐり内にウェハの外周部を受け入れる構造となっている。つまり、ウェハの裏面は、外周部の極狭い部分のみがサセプタに接触しており、残りの部分は、ウェハを裏面から加熱する均熱板の表面に向けて露出している。
【０００６】
また、ウェハの外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、第１のサセプタ部の開口部に密嵌される円盤状の第２のサセプタ部とからなるサセプタも提案されている。このサセプタによれば、第２のサセプタ部によって第１のサセプタ部の開口部が塞がれるので、ウェハ裏面側の加熱部や回転部で発生した汚染物質によってウェハが汚染されるのを防ぐことができる。
【０００７】
ところで、エピタキシャル成長技術においては、成膜室内で気相成長させると、ウェハの表面以外にも原料ガスに起因する膜が付着することがある。例えば、ウェハを支持する基板保持冶具であるサセプタ、成膜室の内壁、成膜室内のガスを排気するための配管などに膜が付着する。特に、サセプタに膜が付着すると、ウェハがサセプタに貼り付いてしまい、ウェハ搬送時の障害となることがあった。
【０００８】
また、サセプタへの膜の付着は、ウェハの破損や、膜の剥離によるダストの発生を引き起こすことがあり、歩留り低下や、信頼性低下の原因にもなっていた。
【０００９】
こうしたことから、サセプタ等に付着した膜を除去する作業が必要であり、従来は、例えば、成膜室内でウェハ上にＳｉ（シリコン）エピタキシャル膜を形成した後、ＨＣｌ（塩化水素）を用いたエッチング処理によって、サセプタに付着した膜を除去することが行われていた。
【００１０】
また、特許文献２には、Ｓｉ（シリコン）エピタキシャル膜を形成する際にサセプタに形成された被膜を除去するため、成膜室とは別のエッチング室を備えた製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１５２２０７号公報
【特許文献２】特開２００７−７３６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、エッチング処理を成膜室内で行う場合、サセプタをエッチング処理する間はウェハ上での成膜処理をすることができない。そのため、エピタキシャルウェハの生産性を低下させるという問題があった。
【００１３】
一方、特許文献２では独立したエッチング室を設けているが、この場合、装置全体が大がかりなものになるという問題がある。
【００１４】
こうしたことから、成膜装置の規模を変えずにエッチング処理の回数や時間を低減することのできる技術が求められている。本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、原料ガスに起因した膜がサセプタに付着するのを低減し、エッチング処理の時間を短縮することのできる気相成長方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の態様は、半導体基板を加熱しながらその半導体基板の上方から原料ガスを供給して、その半導体基板上に所定の膜を成長させる気相成長方法であって、
半導体基板は、基板保持冶具に支持されており、
その基板保持冶具は、その少なくとも上面が、酸化膜または窒化膜で被覆されていることを特徴とする気相成長方法に関する。
【００１７】
本発明の態様において、基板保持冶具の上面から半導体基板に至る面も酸化膜または窒化膜で被覆されていることが好ましい。
【００１８】
本発明の態様において、半導体基板はシリコン基板であり、基板保持冶具はＳｉＯ２膜またはＳｉ３Ｎ４膜で被覆されていることが好ましい。
【００１９】
本発明の態様において、半導体基板はＧａＮ基板であり、基板保持冶具はＳｉ３Ｎ４膜で被覆されていることが好ましい。
【００２０】
本発明の態様において、原料ガスとともにＨＣｌガスを供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の気相成長方法によれば、サセプタへの、原料ガスに起因する膜の付着を低減することができ、サセプタのエッチング処理の時間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１における成膜装置の模式的な断面図である。
【図２】実施の形態２における成膜装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
エピタキシャル膜の成長については、基板を構成する物質の結晶性が影響する。例えば、シリコンエピタキシャル膜の場合、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）とＳｉ（シリコン）の結晶性の違いにより、Ｓｉ層上に比べてＳｉＯ２層上ではＳｉが成長し難いことが知られている。本発明では、こうしたエピタキシャル膜の成長に関する性質に着目し、例えば、シリコンウェハ上と比較して、ＳｉＯ２膜上でのシリコンエピタキシャル膜の成長が抑制される現象を利用する。ウェハを支持するサセプタには、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって高耐熱なＳｉＣ（炭化珪素）を被覆したものを用いることが可能である。本発明では、このＳｉＣで被覆されたサセプタの表面に、さらにＣＶＤ法などを用い、例えば、ＳｉＯ２膜を形成する。特に、サセプタの上面や、サセプタの上面からシリコンウェハに至る面など、エピタキシャル膜形成のための原料ガスに起因する膜の付着が多い部分を選択してＳｉＯ２膜で被覆する。こうすることにより、シリコンウェハ上でのエピタキシャル膜の成長と比較して、ウェハを支持するサセプタ上へのシリコン膜の堆積は抑制される。そして、従来の成膜装置を使用した従来の気相成長方法と比較して、基板保持冶具であるサセプタのエッチング処理の回数や時間を減らすことが可能となる。
【００２４】
同様にシリコンウェハ上でシリコンエピタキシャル膜を成膜する場合、結晶性の違いに着目し、サセプタの表面をＳｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）膜で被覆することも可能である。こうすることにより、シリコンウェハ上でのエピタキシャル膜の成長と比較して、ウェハを支持するサセプタ上への、原料ガスに起因する膜の堆積を抑制することができる。
【００２５】
さらに、本発明では、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板上と比較して、結晶性の違いにより、Ｓｉ３Ｎ４膜上へのＧａＮ膜の堆積が抑制される現象を利用することも可能である。半導体基板を支持するサセプタには、上記と同様の等方性黒鉛の表面にＣＶＤ法によって高耐熱のＳｉＣを被覆したものを用いることが可能である。本発明では、ＳｉＣで被覆されたサセプタの表面に、さらにＳｉ３Ｎ４膜を形成する。特に、サセプタの上面や、サセプタの上面からＧａＮ基板に至る面など、エピタキシャル膜形成時において、原料ガスに起因する膜の付着が多い部分をＳｉ３Ｎ４膜で被覆する。こうすることにより、ＧａＮ基板へのＧａＮエピタキシャル膜の成長に対して、それを支持するサセプタ上への原料ガスに起因する膜の堆積は抑制される。その結果、従来の成膜装置を用いた従来の気相成長方法と比較して、サセプタのエッチング回数や時間を減らすことが可能となる。
【００２６】
以上のように、本発明では、例えば、Ｓｉに対するＳｉＯ２、Ｓｉに対するＳｉ３Ｎ４並びにＧａＮに対するＳｉ３Ｎ４など、エピタキシャル材料に対する酸化物や窒化物の結晶性の違いを利用する。そして、エピタキシャル膜の成膜時に半導体基板を支持するサセプタの表面をＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などの金属の酸化膜や窒化膜で被覆する。その場合、サセプタの構造に別段の制限はなく、多様な構造のサセプタに対して、その表面の少なくとも一部を酸化膜や窒化膜で被覆することができる。そうして、サセプタ上への原料ガスに起因する膜の付着を低減する。以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置１００の模式的な断面図である。
【００２８】
本実施の形態においては、半導体基板としてシリコンウェハ１０１を用いる。但し、これに限られるものではなく、後述するように、場合に応じて、他の材料からなるウェハを用いてもよい。図１では、成膜装置１００のサセプタ１０２にシリコンウェハ１０１を載置した状態を示している。
【００２９】
成膜装置１００は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。
【００３０】
チャンバ１０３の内部には、本実施の形態のサセプタ１０２が、回転部１０４の上方に設けられている。サセプタ１０２は、高温下にさらされることから、上述したように、例えば、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ法によって高耐熱のＳｉＣを被覆して構成される。そして、図１に示すように、サセプタ１０２は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとを有する。サセプタ１０２をチャンバ１０３内に設置すると、第２のサセプタ部１０２ｂによって第１のサセプタ部１０２ａの開口部が塞がれるので、Ｐ２領域で発生した汚染物質によってシリコンウェハ１０１が汚染されるのを防ぐことができる。
【００３１】
尚、サセプタの構造については、図１に示すサセプタ１０２は一例であり、サセプタ１０２の構造に限られるものではなく、成膜室内でシリコンウェハ等の半導体基板を支持できるものであれば特に制限されない。例えば、サセプタを上述の第１のサセプタ部１０２ａと同様に、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状とすることが可能である。また、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとが一体となった構造とすることも可能である。
【００３２】
本実施の形態のサセプタ１０２は、その表面の少なくとも一部がＳｉＯ２膜で被覆されている。
サセプタ１０２におけるＳｉＯ２膜の被覆については、サセプタ１０２を構成する第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂのそれぞれの全表面をＳｉＯ２膜で被覆することが可能である。また、図１に示すように、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが組み合わされた状態で、外部に向けて露出するサセプタ１０２の表面のみをＳｉＯ２膜で被覆することも可能である。さらに、図１に示すように、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが組み合わされた状態で、サセプタ１０２の上面のみをＳｉＯ２膜で被覆することも可能である。さらにまた、エピタキシャル膜の堆積の多い、サセプタ１０２の第１のサセプタ部１０２ａについてのみ、その全表面または上面のみをＳｉＯ２膜で被覆することも可能である。
サセプタ１０２へのＳｉＯ２膜の被覆は、ＣＶＤ法を用いて行うことができ、その膜厚は５μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
【００３３】
このようにサセプタ１０２の上面やサセプタ１０２の上面からシリコンウェハ１０１に至る面など、サセプタ１０２の表面の少なくとも一部をＳｉＯ２膜で被覆することにより、サセプタ１０２上でシリコン膜など、原料ガスに起因する膜の付着を抑制できる。そして、シリコンウェハ１０１とサセプタ１０２との間にエピタキシャル膜が形成されるなどして、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２に貼り付いたり、スリップと称される結晶欠陥がシリコンウェハ１０１上のエピタキシャル膜に発生したりするのを低減できる。
【００３４】
成膜装置１００のチャンバ１０３の上部には、加熱されたシリコンウェハ１０１の表面にエピタキシャル膜を成長させるための原料ガスを供給するガス供給部１２３が設けられている。また、ガス供給部１２３には、原料ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１２４が接続している。シャワープレート１２４をシリコンウェハ１０１の表面と対向して配置することにより、シリコンウェハ１０１の表面に原料ガスが供給される。
【００３５】
チャンバ１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するためのガス排気部１２５が複数設けられている。ガス排気部１２５は、調整弁１２６および真空ポンプ１２７からなる排気機構１２８に接続している。また、排気機構１２８は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ１０３内を所定の圧力に調整する。
【００３６】
回転部１０４は、円筒部１０４ａと回転軸１０４ｂを有している。回転軸１０４ｂが図示しないモータによって回転することにより、円筒部１０４ａを介してサセプタ１０２が回転する。
【００３７】
図１において、円筒部１０４ａは、上部が解放された構造であるが、サセプタ１０２が配置されることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ２領域と称す。）を形成する。ここで、チャンバ１０３内をＰ１領域とすると、Ｐ２領域は、サセプタ１０２によって実質的にＰ１領域と隔てられた領域となる。
【００３８】
Ｐ２領域には、加熱部としてのインヒータ１２０とアウトヒータ１２１が設けられている。これらのヒータは、回転軸１０４ｂ内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト１０８の内部を通る配線１０９によって給電され、サセプタ１０２を介してシリコンウェハ１０１をその裏面から加熱する。
【００３９】
加熱により変化するシリコンウェハ１０１の表面温度は、チャンバ１０３の上部に設けられた放射温度計１２２によって計測される。尚、シャワープレート１２４を透明石英製とすることによって、放射温度計１２２による温度測定が、シャワープレート１２４で妨げられないようにすることができる。計測した温度データは、図示しない制御機構に送られた後、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の出力制御にフィードバックされる。これにより、シリコンウェハ１０１を所望の温度となるように加熱できる。
【００４０】
回転部１０４の回転軸１０４ｂは、チャンバ１０３の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。円筒部１０４ａが所定の回転数で回転することにより、サセプタ１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１０２に支持されたシリコンウェハ１０１を回転させることができる。円筒部１０４ａは、シリコンウェハ１０１の中心を通り、且つ、シリコンウェハ１０１に直交する軸を中心として回転することが好ましい。
【００４１】
本実施の形態の成膜装置１００は以上のような構造を有し、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜に際し、サセプタ１０２への原料ガスに起因する膜の付着を低減することができる。また、サセプタ１０２にシリコンウェハ１０１を載置した状態でサセプタ１０２とシリコンウェハ１０１との間に形成される隙間２０２などにおいても、原料ガスに起因する膜が付着することを低減することができ、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。
【００４２】
実施の形態２．
本発明の第２の実施形態の成膜装置は、サセプタの少なくとも一部が、ＳｉＯ２膜に代えてＳｉ３Ｎ４膜で被覆されたことを除き、上記した成膜装置１００と同様の構造を有している。したがって、共通する構成要素については同一の符号を用い、重複する説明は省略することにする。
【００４３】
図２は、本発明の第２の実施の形態における枚葉式の成膜装置３００の模式的な断面図である。
【００４４】
本実施の形態においては、半導体基板としてＧａＮ基板３０１を用いる。図２では、成膜装置３００のサセプタ３０２にＧａＮ基板３０１を載置した状態を示している。
【００４５】
成膜装置３００は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。
サセプタ３０２は、高温下にさらされることから、上述したように、例えば、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ法によって高耐熱のＳｉＣを被覆して構成される。そして、図２に示すように、サセプタ３０２は、ＧａＮ基板３０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部３０２ａと、第１のサセプタ部３０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部３０２ｂとを有する。サセプタ３０２をチャンバ１０３内に設置すると、第２のサセプタ部３０２ｂによって第１のサセプタ部３０２ａの開口部が塞がれるので、Ｐ２領域で発生した汚染物質によってＧａＮ基板３０１が汚染されるのを防ぐことができる。
【００４６】
尚、サセプタ３０２の構造については、上記構造に限られるものではなく、成膜室内でＧａＮ基板等の半導体基板を支持できるものであれば特に制限されない。例えば、サセプタを上述の第１のサセプタ部３０２ａと同様に、ＧａＮ基板３０１の外周部を支持するリング状とすることが可能であり、また、上述の、ＧａＮ基板３０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部３０２ａと、第１のサセプタ部３０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部３０２ｂとが一体となった構造とすることも可能である。
【００４７】
本実施の形態のサセプタ３０２はその表面の少なくとも一部がＳｉ３Ｎ４膜で被覆されている。
サセプタ３０２におけるＳｉ３Ｎ４膜の被覆については、サセプタ３０２を構成する第１のサセプタ部３０２ａと第２のサセプタ部３０２ｂのそれぞれの全表面をＳｉ３Ｎ４膜で被覆することが可能である。また、図２に示すように、第１のサセプタ部３０２ａと第２のサセプタ部３０２ｂとが組み合わされた状態で、外部に向けて露出するサセプタ３０２の表面のみをＳｉ３Ｎ４膜で被覆することも可能である。さらに、図２に示すように、第１のサセプタ部３０２ａと第２のサセプタ部３０２ｂとが組み合わされた状態で、サセプタ３０２の上面のみをＳｉ３Ｎ４膜で被覆することも可能である。そしてさらに、エピタキシャル膜の堆積の多い、サセプタ３０２の第１のサセプタ部３０２ａについてのみ、その全表面または上面のみをＳｉ３Ｎ４膜で被覆することも可能である。
サセプタ３０２へのＳｉ３Ｎ４膜の被覆の膜厚は５μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
【００４８】
このようにサセプタ３０２の上面やサセプタ３０２の上面からＧａＮ基板３０１に至る面など、サセプタ３０２の所望とする少なくとも一部をＳｉ３Ｎ４膜で被覆することにより、サセプタ３０２上で原料ガスに起因する膜の付着を抑制できる。そして、ＧａＮ基板３０１とサセプタ３０２の間に原料ガスに起因する膜が形成されるなどして、ＧａＮ基板３０１がサセプタ３０２に貼り付いたり、スリップと称される結晶欠陥がＧａＮ基板３０１上のエピタキシャル膜に発生したりするのを低減できる。
【００４９】
尚、本実施の形態の成膜装置３００では、ＧａＮ基板３０１の代わりにシリコンウェハを用い、シリコンウェハ上でシリコンエピタキシャル膜を成膜することも可能である。その場合、ＳｉとＳｉ３Ｎ４との結晶性の違いにより、シリコンウェハ上でのエピタキシャル膜の成長と比較して、シリコンウェハを支持するサセプタ３０２上への原料ガスに起因する膜の堆積を抑制することができる。
【００５０】
実施形態３．
本実施の形態の気相成長方法の一例について説明する。本実施の形態の気相成長方法は、図１に示した成膜装置１００を用いて行うことが可能である。この気相成長方法によれば、サセプタ１０２への、原料ガスに起因する膜の付着を低減しつつ、シリコンウェハ等の半導体基板の上に、膜厚など、均一な特性の膜を成膜することができる。
【００５１】
まず、図１のようにサセプタ１０２の上にシリコンウェハ１０１を載置する。具体的には、シリコンウェハ１０１の外周部をリング状の第１のサセプタ部１０２ａで支持し、外周部以外の部分を第２のサセプタ部１０２ｂで支持する。第２のサセプタ部１０２ｂは、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽するように配置される。サセプタ１０２はその表面の少なくとも一部がＳｉＯ２膜で被覆されている。具体的には、図１に示すように、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが組み合わされた状態で、外部に向けて露出するサセプタ１０２の表面がＳｉＯ２膜で被覆されている。尚、シリコンウェハ１０１の直径は、例えば、２００ｍｍまたは３００ｍｍとすることができる。
【００５２】
次いで、常圧下または適当な減圧下で水素ガスを流しながら、回転部１０４に付随させて、シリコンウェハ１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００５３】
次に、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１によってシリコンウェハ１０１を１１００℃〜１２００℃に加熱する。例えば、成膜温度である１１５０℃まで徐々に加熱する。
【００５４】
放射温度計１２２による測定でシリコンウェハ１０１の温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にシリコンウェハ１０１の回転数を上げていく。そして、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して原料ガスをチャンバ１０３の内部に供給する。本実施の形態においては、原料ガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。尚、原料ガスとしてはトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）を用いることも可能である。
【００５５】
チャンバ１０３の内部に導入された原料ガスは、シリコンウェハ１０１の方に流下する。そして、シリコンウェハ１０１の温度を１１５０℃に維持し、サセプタ１０２を９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して次々に新たな原料ガスをシリコンウェハ１０１に供給する。これにより、高い成膜速度で効率よくエピタキシャル膜を成膜させることができる。
【００５６】
このように、原料ガスを導入しつつサセプタ１０２を回転させることにより、シリコンウェハ１０１の上に均一な厚さのシリコンのエピタキシャル層を成長させることができる。例えば、パワー半導体の用途では、３００ｍｍのシリコンウェハ上に１０μｍ以上、多くは１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜が形成される。厚膜を形成するには、成膜時の基板の回転数を高くするのがよく、例えば、上記のように９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
【００５７】
このとき、サセプタ１０２の外部に向けて露出する表面またはサセプタ１０２の上面からシリコンウェハ１０１に至る面はＳｉＯ２膜で被覆されており、シリコン膜など、原料ガスに起因する膜の付着を抑制することができる。また、サセプタ１０２とシリコンウェハ１０１との間の隙間２０２などでも、原料ガスに起因する膜の付着を低減することができ、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。
【００５８】
尚、シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入、あるいは、チャンバ１０３外への搬出には、公知の方法を適用することができる。
【００５９】
次に、上述したように、本実施の形態の気相成長方法では、原料ガスとしてＳｉＨ２Ｃｌ２を用い、キャリアガスである水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。このとき、ＳｉＨ２Ｃｌ２とともにエッチングガスであるＨＣｌ（塩化水素）ガスを混合してチャンバ１０３内に導入することが可能である。ＳｉＨ２Ｃｌ２はＳｉＯ２膜に付着し難いものの、それが分解した場合、ＳｉやＳｉＣｌ２となって、ＳｉＯ２膜に付着することがある。そうした付着物が種となって、サセプタ１０２の表面に原料ガスに起因する多結晶／アモルファス膜が堆積することがある。そのため、原料ガスにエッチングガスであるＨＣｌガスを混合し、ＨＣｌガスの作用によって、サセプタ１０２のＳｉＯ２膜上に付着した付着物をエッチング除去する。原料ガスにエッチングガスを混合することにより、エピタキシャル膜成長とエッチング反応とが、エピタキシャル膜および多結晶／アモルファス膜に対して同時に相対的に異なる反応速度で生じる。しかし、堆積された多結晶／アモルファス膜は、エピタキシャル膜より高速にエッチングされる傾向がある。したがって、エッチングガスの濃度を適宜選択することによって、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル材料の堆積を可能とするとともに、サセプタ１０２上では多結晶材料の堆積の制限または堆積しないようにすることが可能となる。
【００６０】
そのため、原料ガスに混合されるＨＣｌガスは、シリコンウェハ１０１上でのシリコンエピタキシャル膜の成長速度を若干遅くするものの、大きく影響することはなく、一方で、サセプタ１０２上に堆積した原料ガスに起因する膜を効率的に除去することができる。そして、その表面の少なくとも一部がＳｉＯ２膜で被覆されたサセプタを用いる本実施の形態の気相成長方法では、原料ガスにＨＣｌガスを混合する方法を組み合わせることにより、サセプタへの原料ガスに起因する膜の堆積をより効果的に抑制することができる。そして、サセプタのエッチング処理回数と時間を大きく低減することができる。
【００６１】
尚、本実施の形態の気相成長方法では、半導体基板にシリコンウェハを用い、図１の成膜装置１００に代えて、図２の成膜装置３００を用いてもよい。
また、本実施の形態の気相成長方法では、半導体基板にＧａＮ基板を用い、図１の成膜装置１００に代えて、図２の成膜装置３００を用いてもよい。その場合、原料ガスとしてＧａ（ＣＨ３）３とアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。エピタキシャル膜成膜時のＧａＮ基板の加熱温度は１０００℃〜１２００℃とすることが好ましい。
【００６２】
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００６３】
例えば、上記各実施の形態では、シリコンウェハ等の半導体基板を回転させながら成膜する構成としたが、半導体基板を回転させずに成膜してもよい。
【００６４】
また、上記各実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に原料ガスを供給し、成膜室内に載置される半導体基板を加熱して半導体基板の表面に膜を形成する成膜装置であれば、ＣＶＤ装置などの他の成膜装置であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１００、３００ 成膜装置
１０１ シリコンウェハ
１０２、３０２ サセプタ
１０２ａ、３０２ａ 第１のサセプタ部
１０２ｂ、３０２ｂ 第２のサセプタ部
１０３ チャンバ
１０４ 回転部
１０４ａ 円筒部
１０４ｂ 回転軸
１０８ シャフト
１０９ 配線
１２０ インヒータ
１２１ アウトヒータ
１２２ 放射温度計
１２３ ガス供給部
１２４ シャワープレート
１２５ ガス排気部
１２６ 調整弁
１２７ 真空ポンプ
１２８ 排気機構
２０２ 隙間
３０１ ＧａＮ基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造工程では、ウェハ等の半導体基板に単結晶薄膜を気相成長させるエピタキシャル成長技術が利用される。
【０００３】
エピタキシャル成長技術に使用される気相成長方法では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部に、例えば、ウェハを載置し、このウェハを加熱しながら成膜室内に原料ガスを供給する。すると、ウェハの表面で原料ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、半導体基板上にエピタキシャル膜が成膜される。
【０００４】
膜厚の大きなエピタキシャルウェハを高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハの表面に新たな原料ガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。そこで、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ウェハの高速の回転には、ウェハを保持するための基板保持冶具が利用される。特許文献１では、ウェハを支持する基板保持冶具としてリング状のサセプタがサセプタ支えに嵌着されており、サセプタ支えに接続する回転軸が回転することによって、ウェハが回転する。ここで、サセプタは、その内周側に設けられた座ぐり内にウェハの外周部を受け入れる構造となっている。つまり、ウェハの裏面は、外周部の極狭い部分のみがサセプタに接触しており、残りの部分は、ウェハを裏面から加熱する均熱板の表面に向けて露出している。
【０００６】
また、ウェハの外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、第１のサセプタ部の開口部に密嵌される円盤状の第２のサセプタ部とからなるサセプタも提案されている。このサセプタによれば、第２のサセプタ部によって第１のサセプタ部の開口部が塞がれるので、ウェハ裏面側の加熱部や回転部で発生した汚染物質によってウェハが汚染されるのを防ぐことができる。
【０００７】
ところで、エピタキシャル成長技術においては、成膜室内で気相成長させると、ウェハの表面以外にも原料ガスに起因する膜が付着することがある。例えば、ウェハを支持する基板保持冶具であるサセプタ、成膜室の内壁、成膜室内のガスを排気するための配管などに膜が付着する。特に、サセプタに膜が付着すると、ウェハがサセプタに貼り付いてしまい、ウェハ搬送時の障害となることがあった。
【０００８】
また、サセプタへの膜の付着は、ウェハの破損や、膜の剥離によるダストの発生を引き起こすことがあり、歩留り低下や、信頼性低下の原因にもなっていた。
【０００９】
こうしたことから、サセプタ等に付着した膜を除去する作業が必要であり、従来は、例えば、成膜室内でウェハ上にＳｉ（シリコン）エピタキシャル膜を形成した後、ＨＣｌ（塩化水素）を用いたエッチング処理によって、サセプタに付着した膜を除去することが行われていた。
【００１０】
また、特許文献２には、Ｓｉ（シリコン）エピタキシャル膜を形成する際にサセプタに形成された被膜を除去するため、成膜室とは別のエッチング室を備えた製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１５２２０７号公報
【特許文献２】特開２００７−７３６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、エッチング処理を成膜室内で行う場合、サセプタをエッチング処理する間はウェハ上での成膜処理をすることができない。そのため、エピタキシャルウェハの生産性を低下させるという問題があった。
【００１３】
一方、特許文献２では独立したエッチング室を設けているが、この場合、装置全体が大がかりなものになるという問題がある。
【００１４】
こうしたことから、成膜装置の規模を変えずにエッチング処理の回数や時間を低減することのできる技術が求められている。本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、原料ガスに起因した膜がサセプタに付着するのを低減し、エッチング処理の時間を短縮することのできる気相成長方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の態様は、半導体基板を加熱しながらその半導体基板の上方から原料ガスを供給して、その半導体基板上に所定の膜を成長させる気相成長方法であって、
半導体基板は、基板保持冶具に支持されており、
その基板保持冶具は、その少なくとも上面が、酸化膜または窒化膜で被覆されていることを特徴とする気相成長方法に関する。
【００１７】
本発明の態様において、基板保持冶具の上面から半導体基板に至る面も酸化膜または窒化膜で被覆されていることが好ましい。
【００１８】
本発明の態様において、半導体基板はシリコン基板であり、基板保持冶具はＳｉＯ２膜またはＳｉ３Ｎ４膜で被覆されていることが好ましい。
【００１９】
本発明の態様において、半導体基板はＧａＮ基板であり、基板保持冶具はＳｉ３Ｎ４膜で被覆されていることが好ましい。
【００２０】
本発明の態様において、原料ガスとともにＨＣｌガスを供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の気相成長方法によれば、サセプタへの、原料ガスに起因する膜の付着を低減することができ、サセプタのエッチング処理の時間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１における成膜装置の模式的な断面図である。
【図２】実施の形態２における成膜装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
エピタキシャル膜の成長については、基板を構成する物質の結晶性が影響する。例えば、シリコンエピタキシャル膜の場合、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）とＳｉ（シリコン）の結晶性の違いにより、Ｓｉ層上に比べてＳｉＯ２層上ではＳｉが成長し難いことが知られている。本発明では、こうしたエピタキシャル膜の成長に関する性質に着目し、例えば、シリコンウェハ上と比較して、ＳｉＯ２膜上でのシリコンエピタキシャル膜の成長が抑制される現象を利用する。ウェハを支持するサセプタには、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって高耐熱なＳｉＣ（炭化珪素）を被覆したものを用いることが可能である。本発明では、このＳｉＣで被覆されたサセプタの表面に、さらにＣＶＤ法などを用い、例えば、ＳｉＯ２膜を形成する。特に、サセプタの上面や、サセプタの上面からシリコンウェハに至る面など、エピタキシャル膜形成のための原料ガスに起因する膜の付着が多い部分を選択してＳｉＯ２膜で被覆する。こうすることにより、シリコンウェハ上でのエピタキシャル膜の成長と比較して、ウェハを支持するサセプタ上へのシリコン膜の堆積は抑制される。そして、従来の成膜装置を使用した従来の気相成長方法と比較して、基板保持冶具であるサセプタのエッチング処理の回数や時間を減らすことが可能となる。
【００２４】
同様にシリコンウェハ上でシリコンエピタキシャル膜を成膜する場合、結晶性の違いに着目し、サセプタの表面をＳｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）膜で被覆することも可能である。こうすることにより、シリコンウェハ上でのエピタキシャル膜の成長と比較して、ウェハを支持するサセプタ上への、原料ガスに起因する膜の堆積を抑制することができる。
【００２５】
さらに、本発明では、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板上と比較して、結晶性の違いにより、Ｓｉ３Ｎ４膜上へのＧａＮ膜の堆積が抑制される現象を利用することも可能である。半導体基板を支持するサセプタには、上記と同様の等方性黒鉛の表面にＣＶＤ法によって高耐熱のＳｉＣを被覆したものを用いることが可能である。本発明では、ＳｉＣで被覆されたサセプタの表面に、さらにＳｉ３Ｎ４膜を形成する。特に、サセプタの上面や、サセプタの上面からＧａＮ基板に至る面など、エピタキシャル膜形成時において、原料ガスに起因する膜の付着が多い部分をＳｉ３Ｎ４膜で被覆する。こうすることにより、ＧａＮ基板へのＧａＮエピタキシャル膜の成長に対して、それを支持するサセプタ上への原料ガスに起因する膜の堆積は抑制される。その結果、従来の成膜装置を用いた従来の気相成長方法と比較して、サセプタのエッチング回数や時間を減らすことが可能となる。
【００２６】
以上のように、本発明では、例えば、Ｓｉに対するＳｉＯ２、Ｓｉに対するＳｉ３Ｎ４並びにＧａＮに対するＳｉ３Ｎ４など、エピタキシャル材料に対する酸化物や窒化物の結晶性の違いを利用する。そして、エピタキシャル膜の成膜時に半導体基板を支持するサセプタの表面をＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などの金属の酸化膜や窒化膜で被覆する。その場合、サセプタの構造に別段の制限はなく、多様な構造のサセプタに対して、その表面の少なくとも一部を酸化膜や窒化膜で被覆することができる。そうして、サセプタ上への原料ガスに起因する膜の付着を低減する。以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置１００の模式的な断面図である。
【００２８】
本実施の形態においては、半導体基板としてシリコンウェハ１０１を用いる。但し、これに限られるものではなく、後述するように、場合に応じて、他の材料からなるウェハを用いてもよい。図１では、成膜装置１００のサセプタ１０２にシリコンウェハ１０１を載置した状態を示している。
【００２９】
成膜装置１００は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。
【００３０】
チャンバ１０３の内部には、本実施の形態のサセプタ１０２が、回転部１０４の上方に設けられている。サセプタ１０２は、高温下にさらされることから、上述したように、例えば、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ法によって高耐熱のＳｉＣを被覆して構成される。そして、図１に示すように、サセプタ１０２は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとを有する。サセプタ１０２をチャンバ１０３内に設置すると、第２のサセプタ部１０２ｂによって第１のサセプタ部１０２ａの開口部が塞がれるので、Ｐ２領域で発生した汚染物質によってシリコンウェハ１０１が汚染されるのを防ぐことができる。
【００３１】
尚、サセプタの構造については、図１に示すサセプタ１０２は一例であり、サセプタ１０２の構造に限られるものではなく、成膜室内でシリコンウェハ等の半導体基板を支持できるものであれば特に制限されない。例えば、サセプタを上述の第１のサセプタ部１０２ａと同様に、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状とすることが可能である。また、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとが一体となった構造とすることも可能である。
【００３２】
本実施の形態のサセプタ１０２は、その表面の少なくとも一部がＳｉＯ２膜で被覆されている。
サセプタ１０２におけるＳｉＯ２膜の被覆については、サセプタ１０２を構成する第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂのそれぞれの全表面をＳｉＯ２膜で被覆することが可能である。また、図１に示すように、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが組み合わされた状態で、外部に向けて露出するサセプタ１０２の表面のみをＳｉＯ２膜で被覆することも可能である。さらに、図１に示すように、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが組み合わされた状態で、サセプタ１０２の上面のみをＳｉＯ２膜で被覆することも可能である。さらにまた、エピタキシャル膜の堆積の多い、サセプタ１０２の第１のサセプタ部１０２ａについてのみ、その全表面または上面のみをＳｉＯ２膜で被覆することも可能である。
サセプタ１０２へのＳｉＯ２膜の被覆は、ＣＶＤ法を用いて行うことができ、その膜厚は５μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
【００３３】
このようにサセプタ１０２の上面やサセプタ１０２の上面からシリコンウェハ１０１に至る面など、サセプタ１０２の表面の少なくとも一部をＳｉＯ２膜で被覆することにより、サセプタ１０２上でシリコン膜など、原料ガスに起因する膜の付着を抑制できる。そして、シリコンウェハ１０１とサセプタ１０２との間にエピタキシャル膜が形成されるなどして、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２に貼り付いたり、スリップと称される結晶欠陥がシリコンウェハ１０１上のエピタキシャル膜に発生したりするのを低減できる。
【００３４】
成膜装置１００のチャンバ１０３の上部には、加熱されたシリコンウェハ１０１の表面にエピタキシャル膜を成長させるための原料ガスを供給するガス供給部１２３が設けられている。また、ガス供給部１２３には、原料ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１２４が接続している。シャワープレート１２４をシリコンウェハ１０１の表面と対向して配置することにより、シリコンウェハ１０１の表面に原料ガスが供給される。
【００３５】
チャンバ１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するためのガス排気部１２５が複数設けられている。ガス排気部１２５は、調整弁１２６および真空ポンプ１２７からなる排気機構１２８に接続している。また、排気機構１２８は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ１０３内を所定の圧力に調整する。
【００３６】
回転部１０４は、円筒部１０４ａと回転軸１０４ｂを有している。回転軸１０４ｂが図示しないモータによって回転することにより、円筒部１０４ａを介してサセプタ１０２が回転する。
【００３７】
図１において、円筒部１０４ａは、上部が解放された構造であるが、サセプタ１０２が配置されることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ２領域と称す。）を形成する。ここで、チャンバ１０３内をＰ１領域とすると、Ｐ２領域は、サセプタ１０２によって実質的にＰ１領域と隔てられた領域となる。
【００３８】
Ｐ２領域には、加熱部としてのインヒータ１２０とアウトヒータ１２１が設けられている。これらのヒータは、回転軸１０４ｂ内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト１０８の内部を通る配線１０９によって給電され、サセプタ１０２を介してシリコンウェハ１０１をその裏面から加熱する。
【００３９】
加熱により変化するシリコンウェハ１０１の表面温度は、チャンバ１０３の上部に設けられた放射温度計１２２によって計測される。尚、シャワープレート１２４を透明石英製とすることによって、放射温度計１２２による温度測定が、シャワープレート１２４で妨げられないようにすることができる。計測した温度データは、図示しない制御機構に送られた後、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の出力制御にフィードバックされる。これにより、シリコンウェハ１０１を所望の温度となるように加熱できる。
【００４０】
回転部１０４の回転軸１０４ｂは、チャンバ１０３の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。円筒部１０４ａが所定の回転数で回転することにより、サセプタ１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１０２に支持されたシリコンウェハ１０１を回転させることができる。円筒部１０４ａは、シリコンウェハ１０１の中心を通り、且つ、シリコンウェハ１０１に直交する軸を中心として回転することが好ましい。
【００４１】
本実施の形態の成膜装置１００は以上のような構造を有し、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜に際し、サセプタ１０２への原料ガスに起因する膜の付着を低減することができる。また、サセプタ１０２にシリコンウェハ１０１を載置した状態でサセプタ１０２とシリコンウェハ１０１との間に形成される隙間２０２などにおいても、原料ガスに起因する膜が付着することを低減することができ、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。
【００４２】
実施の形態２．
本発明の第２の実施形態の成膜装置は、サセプタの少なくとも一部が、ＳｉＯ２膜に代えてＳｉ３Ｎ４膜で被覆されたことを除き、上記した成膜装置１００と同様の構造を有している。したがって、共通する構成要素については同一の符号を用い、重複する説明は省略することにする。
【００４３】
図２は、本発明の第２の実施の形態における枚葉式の成膜装置３００の模式的な断面図である。
【００４４】
本実施の形態においては、半導体基板としてＧａＮ基板３０１を用いる。図２では、成膜装置３００のサセプタ３０２にＧａＮ基板３０１を載置した状態を示している。
【００４５】
成膜装置３００は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。
サセプタ３０２は、高温下にさらされることから、上述したように、例えば、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ法によって高耐熱のＳｉＣを被覆して構成される。そして、図２に示すように、サセプタ３０２は、ＧａＮ基板３０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部３０２ａと、第１のサセプタ部３０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部３０２ｂとを有する。サセプタ３０２をチャンバ１０３内に設置すると、第２のサセプタ部３０２ｂによって第１のサセプタ部３０２ａの開口部が塞がれるので、Ｐ２領域で発生した汚染物質によってＧａＮ基板３０１が汚染されるのを防ぐことができる。
【００４６】
尚、サセプタ３０２の構造については、上記構造に限られるものではなく、成膜室内でＧａＮ基板等の半導体基板を支持できるものであれば特に制限されない。例えば、サセプタを上述の第１のサセプタ部３０２ａと同様に、ＧａＮ基板３０１の外周部を支持するリング状とすることが可能であり、また、上述の、ＧａＮ基板３０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部３０２ａと、第１のサセプタ部３０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部３０２ｂとが一体となった構造とすることも可能である。
【００４７】
本実施の形態のサセプタ３０２はその表面の少なくとも一部がＳｉ３Ｎ４膜で被覆されている。
サセプタ３０２におけるＳｉ３Ｎ４膜の被覆については、サセプタ３０２を構成する第１のサセプタ部３０２ａと第２のサセプタ部３０２ｂのそれぞれの全表面をＳｉ３Ｎ４膜で被覆することが可能である。また、図２に示すように、第１のサセプタ部３０２ａと第２のサセプタ部３０２ｂとが組み合わされた状態で、外部に向けて露出するサセプタ３０２の表面のみをＳｉ３Ｎ４膜で被覆することも可能である。さらに、図２に示すように、第１のサセプタ部３０２ａと第２のサセプタ部３０２ｂとが組み合わされた状態で、サセプタ３０２の上面のみをＳｉ３Ｎ４膜で被覆することも可能である。そしてさらに、エピタキシャル膜の堆積の多い、サセプタ３０２の第１のサセプタ部３０２ａについてのみ、その全表面または上面のみをＳｉ３Ｎ４膜で被覆することも可能である。
サセプタ３０２へのＳｉ３Ｎ４膜の被覆の膜厚は５μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
【００４８】
このようにサセプタ３０２の上面やサセプタ３０２の上面からＧａＮ基板３０１に至る面など、サセプタ３０２の所望とする少なくとも一部をＳｉ３Ｎ４膜で被覆することにより、サセプタ３０２上で原料ガスに起因する膜の付着を抑制できる。そして、ＧａＮ基板３０１とサセプタ３０２の間に原料ガスに起因する膜が形成されるなどして、ＧａＮ基板３０１がサセプタ３０２に貼り付いたり、スリップと称される結晶欠陥がＧａＮ基板３０１上のエピタキシャル膜に発生したりするのを低減できる。
【００４９】
尚、本実施の形態の成膜装置３００では、ＧａＮ基板３０１の代わりにシリコンウェハを用い、シリコンウェハ上でシリコンエピタキシャル膜を成膜することも可能である。その場合、ＳｉとＳｉ３Ｎ４との結晶性の違いにより、シリコンウェハ上でのエピタキシャル膜の成長と比較して、シリコンウェハを支持するサセプタ３０２上への原料ガスに起因する膜の堆積を抑制することができる。
【００５０】
実施形態３．
本実施の形態の気相成長方法の一例について説明する。本実施の形態の気相成長方法は、図１に示した成膜装置１００を用いて行うことが可能である。この気相成長方法によれば、サセプタ１０２への、原料ガスに起因する膜の付着を低減しつつ、シリコンウェハ等の半導体基板の上に、膜厚など、均一な特性の膜を成膜することができる。
【００５１】
まず、図１のようにサセプタ１０２の上にシリコンウェハ１０１を載置する。具体的には、シリコンウェハ１０１の外周部をリング状の第１のサセプタ部１０２ａで支持し、外周部以外の部分を第２のサセプタ部１０２ｂで支持する。第２のサセプタ部１０２ｂは、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽するように配置される。サセプタ１０２はその表面の少なくとも一部がＳｉＯ２膜で被覆されている。具体的には、図１に示すように、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが組み合わされた状態で、外部に向けて露出するサセプタ１０２の表面がＳｉＯ２膜で被覆されている。尚、シリコンウェハ１０１の直径は、例えば、２００ｍｍまたは３００ｍｍとすることができる。
【００５２】
次いで、常圧下または適当な減圧下で水素ガスを流しながら、回転部１０４に付随させて、シリコンウェハ１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００５３】
次に、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１によってシリコンウェハ１０１を１１００℃〜１２００℃に加熱する。例えば、成膜温度である１１５０℃まで徐々に加熱する。
【００５４】
放射温度計１２２による測定でシリコンウェハ１０１の温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にシリコンウェハ１０１の回転数を上げていく。そして、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して原料ガスをチャンバ１０３の内部に供給する。本実施の形態においては、原料ガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。尚、原料ガスとしてはトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）を用いることも可能である。
【００５５】
チャンバ１０３の内部に導入された原料ガスは、シリコンウェハ１０１の方に流下する。そして、シリコンウェハ１０１の温度を１１５０℃に維持し、サセプタ１０２を９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して次々に新たな原料ガスをシリコンウェハ１０１に供給する。これにより、高い成膜速度で効率よくエピタキシャル膜を成膜させることができる。
【００５６】
このように、原料ガスを導入しつつサセプタ１０２を回転させることにより、シリコンウェハ１０１の上に均一な厚さのシリコンのエピタキシャル層を成長させることができる。例えば、パワー半導体の用途では、３００ｍｍのシリコンウェハ上に１０μｍ以上、多くは１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜が形成される。厚膜を形成するには、成膜時の基板の回転数を高くするのがよく、例えば、上記のように９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
【００５７】
このとき、サセプタ１０２の外部に向けて露出する表面またはサセプタ１０２の上面からシリコンウェハ１０１に至る面はＳｉＯ２膜で被覆されており、シリコン膜など、原料ガスに起因する膜の付着を抑制することができる。また、サセプタ１０２とシリコンウェハ１０１との間の隙間２０２などでも、原料ガスに起因する膜の付着を低減することができ、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。
【００５８】
尚、シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入、あるいは、チャンバ１０３外への搬出には、公知の方法を適用することができる。
【００５９】
次に、上述したように、本実施の形態の気相成長方法では、原料ガスとしてＳｉＨ２Ｃｌ２を用い、キャリアガスである水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。このとき、ＳｉＨ２Ｃｌ２とともにエッチングガスであるＨＣｌ（塩化水素）ガスを混合してチャンバ１０３内に導入することが可能である。ＳｉＨ２Ｃｌ２はＳｉＯ２膜に付着し難いものの、それが分解した場合、ＳｉやＳｉＣｌ２となって、ＳｉＯ２膜に付着することがある。そうした付着物が種となって、サセプタ１０２の表面に原料ガスに起因する多結晶／アモルファス膜が堆積することがある。そのため、原料ガスにエッチングガスであるＨＣｌガスを混合し、ＨＣｌガスの作用によって、サセプタ１０２のＳｉＯ２膜上に付着した付着物をエッチング除去する。原料ガスにエッチングガスを混合することにより、エピタキシャル膜成長とエッチング反応とが、エピタキシャル膜および多結晶／アモルファス膜に対して同時に相対的に異なる反応速度で生じる。しかし、堆積された多結晶／アモルファス膜は、エピタキシャル膜より高速にエッチングされる傾向がある。したがって、エッチングガスの濃度を適宜選択することによって、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル材料の堆積を可能とするとともに、サセプタ１０２上では多結晶材料の堆積の制限または堆積しないようにすることが可能となる。
【００６０】
そのため、原料ガスに混合されるＨＣｌガスは、シリコンウェハ１０１上でのシリコンエピタキシャル膜の成長速度を若干遅くするものの、大きく影響することはなく、一方で、サセプタ１０２上に堆積した原料ガスに起因する膜を効率的に除去することができる。そして、その表面の少なくとも一部がＳｉＯ２膜で被覆されたサセプタを用いる本実施の形態の気相成長方法では、原料ガスにＨＣｌガスを混合する方法を組み合わせることにより、サセプタへの原料ガスに起因する膜の堆積をより効果的に抑制することができる。そして、サセプタのエッチング処理回数と時間を大きく低減することができる。
【００６１】
尚、本実施の形態の気相成長方法では、半導体基板にシリコンウェハを用い、図１の成膜装置１００に代えて、図２の成膜装置３００を用いてもよい。
また、本実施の形態の気相成長方法では、半導体基板にＧａＮ基板を用い、図１の成膜装置１００に代えて、図２の成膜装置３００を用いてもよい。その場合、原料ガスとしてＧａ（ＣＨ３）３とアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。エピタキシャル膜成膜時のＧａＮ基板の加熱温度は１０００℃〜１２００℃とすることが好ましい。
【００６２】
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００６３】
例えば、上記各実施の形態では、シリコンウェハ等の半導体基板を回転させながら成膜する構成としたが、半導体基板を回転させずに成膜してもよい。
【００６４】
また、上記各実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に原料ガスを供給し、成膜室内に載置される半導体基板を加熱して半導体基板の表面に膜を形成する成膜装置であれば、ＣＶＤ装置などの他の成膜装置であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１００、３００ 成膜装置
１０１ シリコンウェハ
１０２、３０２ サセプタ
１０２ａ、３０２ａ 第１のサセプタ部
１０２ｂ、３０２ｂ 第２のサセプタ部
１０３ チャンバ
１０４ 回転部
１０４ａ 円筒部
１０４ｂ 回転軸
１０８ シャフト
１０９ 配線
１２０ インヒータ
１２１ アウトヒータ
１２２ 放射温度計
１２３ ガス供給部
１２４ シャワープレート
１２５ ガス排気部
１２６ 調整弁
１２７ 真空ポンプ
１２８ 排気機構
２０２ 隙間
３０１ ＧａＮ基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を加熱しながら前記半導体基板の上方から原料ガスを供給して、前記半導体基板上に所定の膜を成長させる気相成長方法であって、
前記半導体基板は、基板保持冶具に支持されており、
前記基板保持冶具は、その少なくとも上面が、酸化膜または窒化膜で被覆されていることを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】
前記基板保持冶具の前記上面から前記半導体基板に至る面も前記酸化膜または前記窒化膜で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項３】
前記半導体基板はシリコン基板であり、前記基板保持冶具はＳｉＯ２膜またはＳｉ３Ｎ４膜で被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の気相成長方法。
【請求項４】
前記半導体基板はＧａＮ基板であり、前記基板保持冶具はＳｉ３Ｎ４膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の気相成長方法。
【請求項５】
前記原料ガスとともにＨＣｌガスを供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相成長方法。
【請求項１】
半導体基板を加熱しながら前記半導体基板の上方から原料ガスを供給して、前記半導体基板上に所定の膜を成長させる気相成長方法であって、
前記半導体基板は、基板保持冶具に支持されており、
前記基板保持冶具は、その少なくとも上面が、酸化膜または窒化膜で被覆されていることを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】
前記基板保持冶具の前記上面から前記半導体基板に至る面も前記酸化膜または前記窒化膜で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項３】
前記半導体基板はシリコン基板であり、前記基板保持冶具はＳｉＯ２膜またはＳｉ３Ｎ４膜で被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の気相成長方法。
【請求項４】
前記半導体基板はＧａＮ基板であり、前記基板保持冶具はＳｉ３Ｎ４膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の気相成長方法。
【請求項５】
前記原料ガスとともにＨＣｌガスを供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相成長方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１６５６２（Ｐ２０１３−１６５６２Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６８０２（Ｐ２０１１−１４６８０２）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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