特許 5719710 気相成長装置および気相成長方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5719710

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月20日

(54)【発明の名称】気相成長装置および気相成長方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20150430BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20150430BHJP

   C01B 31/36 20060101ALN20150430BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/46

   !C01B31/36 601F

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-152846(P2011-152846)

(22)【出願日】2011年7月11日

(65)【公開番号】特開2013-21113(P2013-21113A)

(43)【公開日】2013年1月31日

【審査請求日】2014年3月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100144967

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100120569

【弁理士】

【氏名又は名称】大阿久 敦子

(74)【代理人】

【識別番号】100078019

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 一

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100144967

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100120569

【弁理士】

【氏名又は名称】大阿久 敦子

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 裕輔

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１９６３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６０５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２４０９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２３２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０３１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２４３０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２７２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２１５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１０６７５８７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６２１５１０６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０６０４６４３９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／４６

Ｃ０１Ｂ ３１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ基板の上にＳｉＣ膜の気相成長反応を行う反応室と、
前記反応室に載置されるＳｉＣ基板を加熱するヒータと、
前記ＳｉＣ基板の温度を測定する温度測定部と、
前記ＳｉＣ基板の周辺にガス噴出部が設けられたガス流路と、
前記ガス流路に熱伝導率の異なるガスを供給するガス供給部と、
前記温度測定部での測定結果に応じて、前記ガス供給部から前記ガス流路に供給するガスの種類と供給の有無を制御する制御部と、
前記ＳｉＣ基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタを上部で支持し、前記ヒータを内部に配置する回転筒と、
前記反応室の下部に配置されて前記回転筒を回転させる回転軸とを有し、
前記ガス流路は、前記回転筒の周囲に配置されており、
前記ガス噴出部は、前記ガスが前記サセプタの外周部から前記反応室の内壁へ向かう方向に噴出するよう設けられており、
前記ガスは、前記反応室に設けられ反応ガスを排気する排気部から排気されることを特徴とする気相成長装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記温度測定部による前記ＳｉＣ基板の温度の測定結果に基づいて、前記ＳｉＣ基板の周辺部に供給するガスの種類と供給の有無を制御することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。

【請求項3】

前記ガス供給部は、アルゴンガスおよび窒素ガスの少なくとも一方を貯蔵するガス貯蔵部と、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方を貯蔵するガス貯蔵部とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の気相成長装置。

【請求項4】

ＳｉＣ基板を加熱して前記ＳｉＣ基板の上にＳｉＣ膜を形成する気相成長方法において、
前記ＳｉＣ基板を昇温する際には、前記ＳｉＣ基板を回転させながら、前記ＳｉＣ基板が載置されたサセプタの外周部から反応室の内壁へ向かう方向に噴出するように、前記ＳｉＣ基板の周辺部にアルゴンガスおよび窒素ガスの少なくとも一方を供給し、
前記アルゴンガスまたは窒素ガスは、前記反応室に設けられ反応ガスを排気する排気部から排気され、
前記ＳｉＣ基板を降温する際には、前記ＳｉＣ基板を回転させながら、前記ＳｉＣ基板が載置されたサセプタの外周部から前記反応室の内壁へ向かう方向に噴出するように、前記ＳｉＣ基板の周辺部に水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方を供給し、
前記水素ガスおよびヘリウムガスは、前記反応室に設けられ前記反応ガスを排気する排気部から排気されることを特徴とする気相成長方法。

【請求項5】

前記ＳｉＣ基板の温度を測定し、この測定結果に基づいて前記ＳｉＣ基板の周辺部に供給するガスの種類と供給の有無を制御することを特徴とする請求項４に記載の気相成長方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気相成長装置および気相成長方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）など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には、エピタキシャル成長技術が利用されている。

【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、反応室内に基板を載置した状態で反応室内の圧力を常圧または減圧にする。そして、基板を加熱しながら、反応室内に反応性のガスを供給する。すると、基板の表面でガスが熱分解反応または水素還元反応を起こして気相成長膜が形成される。

【0004】

膜厚の大きな気相成長膜を製造するには、基板を均一に加熱するとともに、外部から供給される反応性のガスを基板表面に次々と接触させる必要がある。そこで、従来の気相成長装置においては、基板を高速で回転させながら気相成長反応を行う技術が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0005】

従来の気相成長装置は、反応室内に回転体ユニットを備えており、回転体ユニットの上面に設けられた環状の保持部に基板が載置される。保持部の下方には、基板を加熱するためのヒータが設けられている。ヒータに電流を導入するための端子や電線、ヒータを支持する電極などは、回転体ユニットを構成する回転軸の内部に配置される。

【0006】

気相成長膜を形成する際には、基板を例えば１０００℃以上に加熱する必要がある。基板がこうした高温に達するには相応の時間を要し、中でもＳｉＣ（シリコンカーバイド）の場合、基板は１５００℃以上に加熱されるために待ち時間が長くなる。また、気相成長膜を形成した後は、基板を気相成長装置の外部に搬出するが、この作業は基板が所定の温度まで冷却されてからでないと行えない。高温に加熱された基板を冷却するにも相応の時間が必要となることから、昇温時に要する時間と併せて、気相成長膜形成にかかる時間を長くする要因となっていた。

【0007】

上記問題に対して、特許文献１には、基板と平行な上面を有する下部ヒータと、下部ヒータの上方に対向配置され、基板と平行な下面を有する上部ヒータと、上部ヒータと下部ヒータとの間で基板を保持する保持機構と、保持機構を上下に駆動させる第１の駆動機構と、上部ヒータと下部ヒータの少なくとも一方を上下に駆動させる第２の駆動機構とを備えた半導体製造装置が開示されている。

【0008】

特許文献１の装置によれば、予め加熱した上部ヒータと下部ヒータで基板を接触加熱することで急速に昇温することができ、また、熱処理後は直ちに基板をこれらのヒータから離すことで急速に降温できるとされる。しかしながら、特許文献１では、イオン注入後における拡散層の活性化アニールや、ＣＶＤ法によるＳｉ（シリコン）膜またはＷ（タングステン）膜の形成について述べており、さらなる高温処理が必要な場合、かかる装置では不十分である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００５−１２３２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、基板の昇温時間と冷却時間を短縮することのできる気相成長装置および気相成長方法を提供することにある。

【0011】

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】

【0012】

ＳｉＣ基板の上にＳｉＣ膜の気相成長反応を行う反応室と、
反応室に載置されるＳｉＣ基板を加熱するヒータと、
ＳｉＣ基板の温度を測定する温度測定部と、
ＳｉＣ基板の周辺にガス噴出部が設けられたガス流路と、
ガス流路に熱伝導率の異なるガスを供給するガス供給部と、
温度測定部での測定結果に応じて、ガス供給部からガス流路に供給するガスの種類と供給の有無を制御する制御部と、
ＳｉＣ基板が載置されるサセプタと、
サセプタを上部で支持し、ヒータを内部に配置する回転筒と、
反応室の下部に配置されて回転筒を回転させる回転軸とを有し、
ガス流路は、回転筒の周囲に配置されており、
ガス噴出部は、ガスがサセプタの外周部から反応室の内壁へ向かう方向に噴出するよう設けられており、
ガスは、反応室に設けられ反応ガスを排気する排気部から排気されることを特徴とする気相成長装置に関する。

【0013】

本発明の第１の態様において、制御部は、温度測定部によるＳｉＣ基板の温度の測定結果に基づいて、ＳｉＣ基板の周辺部に供給するガスの種類と供給の有無を制御することが好ましい。

【0014】

本発明の第１の態様において、ガス供給部は、アルゴンガスおよび窒素ガスの少なくとも一方を貯蔵するガス貯蔵部と、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方を貯蔵するガス貯蔵部とを有することが好ましい。

【0015】

本発明の第２の態様は、ＳｉＣ基板を加熱して前記ＳｉＣ基板の上にＳｉＣ膜を形成する気相成長方法において、ＳｉＣ基板を昇温する際には、ＳｉＣ基板を回転させながら、ＳｉＣ基板が載置されたサセプタの外周部から反応室の内壁へ向かう方向に噴出するように、ＳｉＣ基板の周辺部にアルゴンガスおよび窒素ガスの少なくとも一方を供給し、
アルゴンガスまたは窒素ガスは、反応室に設けられ反応ガスを排気する排気部から排気され、
ＳｉＣ基板を降温する際には、ＳｉＣ基板を回転させながら、ＳｉＣ基板が載置されたサセプタの外周部から反応室の内壁へ向かう方向に噴出するように、ＳｉＣ基板の周辺部に水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方を供給し、
水素ガスおよびヘリウムガスは、反応室に設けられ前記反応ガスを排気する排気部から排気されることを特徴とするものである。

【0016】

本発明の第２の態様においては、ＳｉＣ基板の温度を測定し、この測定結果に基づいて前記ＳｉＣ基板の周辺部に供給するガスの種類と供給の有無を制御することが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明の第１の態様によれば、基板の昇温時間と冷却時間を短縮することのできる気相成長装置が提供される。

【0018】

本発明の第２の態様によれば、基板の昇温時間と冷却時間を短縮することのできる気相成長方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施の形態の気相成長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】

【0020】

図１は、本実施の形態の気相成長装置の模式的な断面図である。尚、この図では、説明のために必要な構成以外を省略している。また、縮尺についても、各構成部を明確に視認できるよう原寸大のものとは変えている。

【0021】

図１に示すように、気相成長装置１００は、反応室としてのチャンバ１と、チャンバ１の内部を仕切る中空筒状のライナ２と、チャンバ１を冷却する冷却水の流路３と、反応ガス４を導入する供給口５と、反応後の反応ガス４を排気する排気部６と、基板７を支持するサセプタ８と、チャンバ１の上下部を連結するフランジ１０と、フランジ１０をシールするパッキン１１と、排気部６と配管１２を連結するフランジ１３と、フランジ１３をシールするパッキン１４とを有する。パッキン１１、１４には、耐熱温度が３００℃のフッ素ゴムを用いることができる。

【0022】

ライナ２は、チャンバ１の内壁１ａと、基板７上への気相成長反応が行われる空間Ａとを仕切る目的で設けられる。チャンバ１の内壁１ａは、例えばステンレスで構成されるので、ライナ２を設けることで、内壁１ａが反応ガスによって腐食されるのを防ぐことができる。

【0023】

気相成長反応は高温下で行われるので、ライナ２は、高い耐熱性を備える材料によって構成される。例えば、ＳｉＣ部材またはカーボンにＳｉＣをコートして構成された部材の使用が可能である。

【0024】

本実施の形態では、便宜上、ライナ２を胴部２ａと頭部２ｂの２つの部分に分けて称する。胴部２ａは、内部にサセプタ８が配置される部分であり、頭部２ｂは、胴部２ａより内径の小さい部分である。胴部２ａと頭部２ｂは、一体となってライナ２を構成しており、頭部２ｂは胴部２ａの上方に位置する。

【0025】

頭部２ｂの上部開口部には、シャワープレート１５が設けられている。シャワープレート１５は、基板７の表面に反応ガス４を均一に供給するガス整流板として働く。シャワープレート１５には、複数個の貫通孔１５ａが設けられており、供給口５からチャンバ１に導入された反応ガス４は貫通孔１５ａを通って基板７の方へ流下する。ここで、反応ガス４は、無駄に拡散することなく、効率よく基板７の表面に到達することが好ましい。このため、頭部２ｂの内径は胴部２ａより小さく設計されている。具体的には、頭部２ｂの内径は、貫通孔１５ａの位置と基板７の大きさを考慮して決められる。

【0026】

基板７を支持するサセプタ８は、胴部２ａに配置される。例えば、基板７の上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる場合、基板７は１５００℃以上の高温にする必要がある。このため、サセプタ８には高耐熱性の材料を用いる必要があり、具体的には、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものなどが用いられる。サセプタ８の形状は、基板７を載置可能な形状であれば特に限定されるものではなく、リング状や円盤状などから適宜選択して用いられる。

【0027】

ライナ２の胴部２ａには、回転軸１６と、回転軸１６の上端に設けられた回転筒１７とが配置されている。サセプタ８は、回転筒１７に取り付けられており、回転軸１６が回転すると、回転筒１７を介してサセプタ８が回転するようになっている。気相成長反応時においては、基板７をサセプタ８上に載置することにより、サセプタ８の回転とともに基板７が回転する。

【0028】

一方、シャワープレート１５を通過した反応ガス４は、頭部２ｂを通って基板７の方へ流下する。基板７が回転していることにより、反応ガス４は基板７に引きつけられ、シャワープレート１５から基板７に至る領域で縦フローになる。基板７に到達した反応ガス４は、基板７の表面で乱流を形成することなく、水平方向に略層流となって流れる。このようにして、基板７の表面には、新たな反応ガス４が次々と接触する。そして、基板７の表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてエピタキシャル膜を形成する。尚、気相成長装置１００では、基板７の外周部からライナ２までの距離を狭くして、基板７の表面における反応ガス４の流れがより均一になるようにしている。

【0029】

反応ガス４の内で気相成長反応に使用されなかったガスや、気相成長反応により生成したガスは、チャンバ１の下部に設けられた排気部６から排気される。

【0030】

以上の構成とすることで、基板７を回転させながら気相成長反応を行うことができる。つまり、基板７を回転させることにより、基板７の表面全体に効率よく反応ガス４が供給され、膜厚均一性の高いエピタキシャル膜を形成することが可能となる。また、新たな反応ガス４が次々と供給されるので、成膜速度の向上が図れる。

【0031】

ところで、基板７の表面にエピタキシャル膜を形成するには、基板７を加熱する必要がある。特に、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する場合などは、基板７を例えば１６５０℃以上の高温に加熱する必要がある。本実施の形態では、ヒータ９によって基板７を加熱する。ヒータ９は、抵抗加熱型のヒータとすることができる。

【0032】

ヒータ９は、回転筒１７の内部に配置されて、基板７をその下方から加熱する。また、ヒータ９は、円盤状のインヒータ９ａと、環状のアウトヒータ９ｂとを有する。インヒータ９ａは、基板７に対応する位置に配置される。アウトヒータ９ｂは、インヒータ９ａの上方であって、基板７の外周部に対応する位置に配置される。基板７の外周部は中央部に比べて温度が低下しやすいため、アウトヒータ９ｂを設けることで外周部の温度低下を防ぐことができる。

【0033】

インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂは、アーム形状をした導電性のブースバー２０によって支持されている。ブースバー２０は、例えば、カーボンをＳｉＣで被覆してなる部材によって構成される。また、ブースバー２０は、インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂを支持する側とは反対の側で、石英製のヒータベース２１によって支持されている。そして、モリブデンなどの金属からなる導電性の連結部２２によって、ブースバー２０と電極棒２３が連結されることにより、電極棒２３からインヒータ９ａとアウトヒータ９ｂへ給電が行われる。具体的には、電極棒２３からこれらのヒータの発熱体に通電がされて発熱体が昇温する。

【0034】

基板７の表面温度は、温度測定部としての放射温度計２４ａ、２４ｂによって測定することができる。図１において、放射温度計２４ａは、基板７の中央部付近の温度を測定するのに用いられる。一方、放射温度計２４ｂは、基板７の外周部の温度を測定するのに用いられる。これらの放射温度計は、図１に示すように、チャンバ１の上部に設けることができる。この場合、シャワープレート１５を透明石英製とすることにより、放射温度計２４ａ、２４ｂによる温度測定がシャワープレート１５によって妨げられないようにすることができる。

【0035】

測定した温度データは、図示しない制御機構に送られ、インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂの各出力制御にフィードバックされる。一例として、ＳｉＣエピタキシャル成長を行う場合、各ヒータの設定温度は次のようにすることができる。これにより、基板７を１６５０℃程度に加熱することが可能である。
インヒータ９ａの温度：１６８０℃
アウトヒータ９ｂの温度：１７５０℃

【0036】

気相成長装置１００には、回転筒１７の周囲にガス流路１８が設けられている。このガス流路１８へは、供給口２５から所定のガスが供給される。供給されたガスは、ガス流路１８を通ってガス噴出部１９から噴出する。ここで、ガス噴出部１９は基板７の周辺部に設けられており、ガスは、サセプタ８の外周部からチャンバ１の内壁１ａへ向かう方向に噴出する。

【0037】

供給口２５には、ガス供給管３０が接続している。また、ガス貯蔵部２８には、熱伝導率の低いガスが貯蔵されており、ガス貯蔵部２９には、熱伝導率の高いガスが貯蔵されている。本実施の形態では、ガス供給管３０に供給されるガスをバルブ３１で選択できるようになっている。すなわち、バルブ３１により、ガス貯蔵部２８およびガス貯蔵部２９のいずれか一方のガスが、ガス供給管３０を通じて、供給口２５からガス流路１８へ供給される。本実施の形態においては、ガス貯蔵部２８、２９と、バルブ３１と、ガス供給管３０と、供給口２５とによって、ガス流路１８に熱伝導率の異なるガスを供給するガス供給部が構成される。

【0038】

本実施の形態では、基板７を昇温する際に、供給口２５からガス流路１８へ熱伝導率の低いガスを供給する。具体的には、ガス貯蔵部２８からガス供給管３０へガスが供給されるようにバルブ３１を調整し、供給口２５を通じてガス流路１８へガスを供給する。

【0039】

熱伝導率の低いガスとしては、Ａｒ（アルゴン）およびＮ_２（窒素）などが挙げられる。本実施の形態では、これらのガスの内の１種類を供給してもよく、あるいは、これらの混合ガスを供給してもよい。尚、３００Ｋにおいて、Ａｒガスの熱伝導率は、１７．７２×１０^−３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、Ｎ_２ガスの熱伝導率は、２５．８３×１０^−３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。

【0040】

供給口２５から供給された熱伝導率の高いガスは、ガス流路１８を通ってガス噴出部１９から噴出する。その後、チャンバ１の下部に設けられた排気部６から排気される。

【0041】

上記構成によれば、ヒータ９によって基板７を昇温している際に、基板７の周辺部に熱伝導率の低いガスが噴き出し、基板７の周辺部には熱伝導率の低いガスが充満することになる。熱伝導率の低いガスは、基板７から熱を奪う効果が小さいので、基板７が目的の温度に加熱されるまでの時間を短くすることができる。

【0042】

例えば、基板７の周辺にＨ_２（水素）ガスが充満している場合の基板７の昇温速度は、１００℃／分である。これに対して、基板７の周辺にＡｒ（アルゴン）ガスが充満している場合の基板７の昇温速度は、１５０℃／分である。

【0043】

また、本実施の形態では、基板７を降温する際に、供給口２５からガス流路１８へ熱伝導率の高いガスを供給する。具体的には、ガス貯蔵部２９からガス供給管３０へガスが供給されるようにバルブ３１を調整し、供給口２５を通じてガス流路１８へガスを供給する。

【0044】

熱伝導率の高いガスとしては、Ｈ_２（水素）およびＨｅ（ヘリウム）などが挙げられる。本実施の形態では、これらのガスの内の１種類を供給してもよく、あるいは、これらの混合ガスを供給してもよい。尚、３００Ｋにおいて、Ｈ_２ガスの熱伝導率は、０．１８０５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、Ｈｅガスの熱伝導率は、０．１５１３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。

【0045】

供給口２５から供給された熱伝導率の低いガスは、ガス流路１８を通ってガス噴出部１９から噴出する。その後、チャンバ１の下部に設けられた排気部６から排気される。

【0046】

上記構成によれば、ヒータ９によって基板７を降温している際に、基板７の周辺部に熱伝導率の高いガスが噴き出し、基板７の周辺部には熱伝導率の高いガスが充満することになる。熱伝導率の高いガスは、基板７から熱を奪う効果が大きいので、基板７が目的の温度まで冷却されるまでの時間を短くすることができる。

【0047】

例えば、基板７の周辺にＡｒ（アルゴン）ガスが充満している場合の基板７の降温速度は、５０℃／分である。これに対して、基板７の周辺にＨ_２（水素）ガスが充満している場合の基板７の降温速度は、１００℃／分である。

【0048】

次に、図１を参照しながら、本実施の形態における気相成長方法の一例について述べる。

【0049】

本実施の形態の気相成長装置１００は、例えば、ＳｉＣエピタキシャル成長膜の形成に好適である。そこで、以下では、ＳｉＣエピタキシャル膜の形成を例にとる。

【0050】

基板７としては、例えば、ＳｉＣウェハを用いることができる。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハなどを用いてもよい。例えば、Ｓｉウェハ、ＳｉＯ_２（石英）などの他の絶縁性基板、高抵抗のＧａＡｓなどの半絶縁性基板などを用いることもできる。

【0051】

反応ガス４としては、例えば、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、シラン（ＳｉＨ_４）およびキャリアガスとしての水素ガスを用いることができる。この場合、シランに代えて、ジシラン（ＳｉＨ_６）、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）などを使用することも可能である。

【0052】

まず、サセプタ８の上に基板７を載置する。

【0053】

次に、チャンバ１の内部を常圧または適当な減圧にした状態で、基板７を回転させる。基板７が載置されたサセプタ８は、回転筒１７の上端に配置されている。したがって、回転軸１６を通じて回転筒１７を回転させると、サセプタ８が回転し、同時に基板７も回転する。回転数は、例えば５０ｒｐｍ程度とすることができる。

【0054】

次に、ヒータ９によって基板７を加熱する。ＳｉＣエピタキシャル成長では、基板７は、例えば、１５００℃〜１７００℃までの間の所定の温度に加熱される。またこのとき、ガス貯蔵部２８からガス供給管３０にガスを流し、供給口２５を通じてガス流路１８へ熱伝導率の低いガスが供給されるようにする。供給口２５から供給されたガスは、ガス流路１８を通ってガス噴出部１９から噴出する。すると、基板７の周辺部に熱伝導率の低いガスが噴き出し、基板７の周辺部には熱伝導率の低いガスが充満する。これにより、基板７が上記温度に達するまでの時間を短くすることができる。

【0055】

尚、基板７の加熱によってチャンバ１内は高温になるので、チャンバ１の壁に設けた流路３に冷却水を流す。これにより、チャンバ１が過度に昇温するのを防止できる。

【0056】

放射温度計２４ａ、２４ｂにより、基板７の温度が例えば１６５０℃に達したことを確認した後は、供給口２５へのガスの供給を停止する。

【0057】

本実施の形態では、放射温度計２４ａ、２４ｂで測定した温度データを制御部２６へ送り、制御部２６によって供給口２５へのガス供給を停止する。ここで、制御部２６は、放射温度計２４ａ、２４ｂからのデータに基づいて、供給口２５からガス流路１８へ供給されるガスの種類と供給の有無を制御するものである。具体的には、制御部２６でバルブ３１の開閉を制御し、ガス貯蔵部２８からガス供給管３０へガスが流れないようにする。尚、ガス貯蔵部２９からガス供給管３０へガスが流れないようにするのは当然である。

【0058】

基板７が所定の温度に達した後は、基板７の回転数を徐々に上げていく。例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数まで上げることができる。また、供給口５より反応ガス４を導入する。

【0059】

反応ガス４は、シャワープレート１５の貫通孔１５ａを通り、基板７への気相成長反応が行われる空間Ａへ流入する。シャワープレート１５を通過することで、反応ガス４は整流され、下方で回転する基板７へ向かって略鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成する。

【0060】

基板７の表面に到達した反応ガス４は、この表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。気相成長反応に使用されなかった反応ガス４や、気相成長反応により生成したガスは、チャンバ１の下方に設けられた排気部６を通じて外部に排気される。

【0061】

基板７の上に、所定の膜厚のＳｉＣ膜を形成した後は、反応ガス４の供給を終了する。続いて、ヒータ９による加熱を停止し、基板７が所定の温度まで下がるのを待つ。このとき、ガス貯蔵部２９からガス供給管３０にガスを流し、供給口２５を通じてガス流路１８へ熱伝導率の高いガスが供給されるようにする。供給口２５から供給されたガスは、ガス流路１８を通ってガス噴出部１９から噴出する。すると、基板７の周辺部に熱伝導率の高いガスが噴き出し、基板７の周辺部には熱伝導率の高いガスが充満する。これにより、基板７が冷却されるまでの時間を短くすることができる。尚、基板７が所定の温度以下となるまで、供給口５からキャリアガスの供給を続けてもよい。

【0062】

放射温度計２４ａ、２４ｂにより、基板７の温度が所定の温度まで冷却されたことを確認した後は、供給口２５へのガスの供給を停止する。

【0063】

本実施の形態では、放射温度計２４ａ、２４ｂで測定した温度データを制御部２６へ送り、制御部２６によって供給口２５へのガス供給を停止する。具体的には、制御部２６でバルブ３１の開閉を制御し、ガス貯蔵部２９からガス供給管３０へガスが流れないようにする。尚、ガス貯蔵部２８からガス供給管３０へガスが流れないようにするのは当然である。

【0064】

その後、チャンバ１の外部に基板７を搬出する。

【0065】

本実施の形態では、昇温時に基板の周囲に熱伝導率の低いガスを供給することにより、基板の昇温速度を速めることができる。また、降温時に基板の周囲に熱伝導率の高いガスを供給することにより、基板の降温速度を速めることができる。したがって、本実施の形態によれば、基板の昇温時間と降温時間を短縮して、気相成長膜形成にかかる時間全体を短くすることができる。

【0066】

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、基板を回転させながら基板上に膜を形成する例について述べたが、本発明では、基板を回転させない状態で膜を形成してもよい。

【0067】

また、上記実施の形態では、気相成長装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げ、ＳｉＣ結晶膜の形成について説明したが、これに限られるものではない。反応室内に反応ガスを供給し、反応室内に載置される基板を加熱して基板の表面に膜を形成するものであれば、他の気相成長装置であってもよく、また、他のエピタキシャル膜の形成に用いることもできる。

【0068】

また、上記実施の形態では、気相成長反応時における供給口２５へのガス供給を停止したが、これに限られるものではない。すなわち、気相成長反応時においても、熱伝導率の低いガスの供給を続けることができる。これにより、気相成長反応時に基板７の温度が低下するのを防ぐことができる。この場合、気相成長反応を終えた後は、バルブ３１によってガス供給管３０へ供給されるガスを熱伝導率の高いものに切り替える。

【0069】

尚、ガス噴出部１９からは、サセプタ８の外周部からチャンバ１の内壁１ａへ向かう方向にガスが噴出する。この方向は、基板７の表面に供給された反応ガス４や、反応ガス４の内で気相成長反応に使用されなかったガス、気相成長反応により生成したガスが流れる方向に沿うものである。したがって、気相成長反応中に供給口２５へのガス供給を続けても、それによって反応ガス４の流れなどが変わることはほとんどないと考えられ、気相成長反応へ及ぼす影響を無視することができる。

【0070】

さらに、装置の構成や制御の手法など、本発明に直接必要としない部分などについては記載を省略したが、必要とされる装置の構成や、制御の手法などを適宜選択して用いることができる。

【0071】

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全ての気相成長装置および各部材の形状は、本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0072】

１ チャンバ
１ａ 内壁
２ ライナ
２ａ 胴部
２ｂ 頭部
３ 流路
４ 反応ガス
５、２５ 供給口
６ 排気部
７ 基板
８ サセプタ
９ ヒータ
９ａ インヒータ
９ｂ アウトヒータ
１０、１３ フランジ
１１、１４ パッキン
１２ 配管
１５ シャワープレート
１５ａ 貫通孔
１６ 回転軸
１７ 回転筒
１８ ガス流路
１９ ガス噴出部
２０ ブースバー
２１ ヒータベース
２２ 連結部
２３ 電極棒
２４ａ、２４ｂ 放射温度計
２６ 制御部
２８、２９ ガス貯蔵部
３０ ガス供給管
３１ バルブ
１００ 気相成長装置

【図1】