発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明者らは鋭意検討の結果、ＳｉＣエピタキシャル膜の均一性を高めるためには、炉体内のガスの対流や拡散を考慮しなければならないことを見出した。また結晶欠陥の原因となるパーティクルの多くは、ガス導入管内でも発生しており、ガス導入管内での反応ガスの分解等も制御しなければならないことを見出した。 特許文献１のＣＶＤ処理装置では、シャワーヘッド内の温度をＣＶＤ用反応ガスの反応温度より低く、かつ、ＣＶＤ用反応ガスを構成する成分の液化温度より高い温度とすることが記載されている（段落００４６）。ＣＶＤ用反応ガスの反応温度より低くすると、ＣＶＤ用反応ガスの分解は抑制することができる。しかし、ＳｉＣ化学気相成長装置において当該構成を用いると、ＳｉＣは高温での成長を必要とするため、炉体内のＳｉＣウェハの載置面とガス導入口付近で温度差が非常に大きくなる。すなわち、温度勾配によるガスの対流や拡散がより促進されてしまい、均一なＳｉＣエピタキシャル膜を形成することができない。また原料ガスの流れが乱れると、壁面やガス導入管に付着した堆積物がパーティクルとして発生し、ＳｉＣエピタキシャル膜の欠陥を生み出すという問題があった。つまり、特許文献１のような構成は、比較的成長温度の低いＳｉ薄膜等の化学気相成長装置においては利用することができるが、ＳｉＣ等の高温の成長温度を必要とする化学気相成長装置においては、原料ガスが全く分解しない温度に維持することは困難である。また、炉体内に温度勾配の急峻な部分があると、対流や拡散を助長し、弊害を生み出す。
なお、ＣＶＤ用反応ガスを構成する成分の液化温度は、例えばトリクロロシランの場合大気圧下で３２℃であり、当該温度より高くすることは化学気相成長装置において当然の条件である。 また、特許文献２の成膜装置では、反応に使用するガスを分離して導入している。そのため、分解した異なる反応ガス同士が反応することを阻害し、副生成物が発生することを抑制できることが記載されている。しかしながら、第１及び第２のガス供給路は、輻射の影響を受け高温になるため、供給されるガスはガス供給路内で分解する。これらの分解したガスは、異なるガスと反応しなくても堆積物を生み出す可能性があり、この堆積物はパーティクルの原因となる。具体的には、例えば、第１の反応ガスを供給する第１のガス供給路内には、Ｓｉの堆積物が付着していると考えられる。このような堆積物が剥離すると、ＳｉＣエピタキシャル膜の欠陥の原因となりうる。 本発明は問題に鑑みてなされたものであり、原料ガス起因のパーティクルを抑制し、かつ炉体内のガスの対流や拡散を抑制したＳｉＣ化学気相成長装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管の周囲に配置されたヒートシールドを備える。ＳｉＣ化学気相成長装置は、ヒートシールドを備えることで、輻射を低減し、ガス導入管の温度が高温になりすぎることを抑制できる。またこのヒートシールドは貫通孔を有しており、冷却ガス供給口から供給された冷却ガスを、貫通孔に供給することができる。そのため、ヒートシールド自体が熱を有し、ヒートシールドからの熱伝導によりガス導入管の温度が高くなることを抑制できる。
すなわち、ガス導入管内で原料ガスが分解し、原料ガス起因のＳｉＣ付着物の生成を抑制することができる。また、輻射の低減による温度上昇の抑制であるため、例えば、ガス導入管を水冷等で冷却するような極端な温度変化を生じさせない。そのため、緩やかな温度勾配による温度上昇の抑制が可能となり、炉体内のガスの対流や拡散を抑制することができる。 本発明の一態様に係るＳｉＣ化学気相成長装置は、貫通孔のガスの流れ方向に対して垂直な方向の断面積が、貫通孔１個あたり１００ｍｍ^２以下であってもよい。貫通孔の断面積が小さければ、それだけ輻射によりガス導入管が高温になることを抑制する効果を高めることができる。 本発明のＳｉＣ化学気相成長装置は、貫通孔が、ヒートシールドの厚さ方向に対して傾きを有していてもよい。貫通孔がヒートシールドの厚さ方向に対して傾きを有していることで、平面視した際にヒートシールドが形成されていない部分の面積をより狭くすることができ、輻射によるガス導入管が高温になることをより抑制することができる。また貫通孔の内表面の面積が大きくなるため、ヒートシールドをより効率的に冷やすことができる。そのため、熱伝導によりガス導入管が高温になることを抑制することができる。 本発明のＳｉＣ化学気相成長装置は、ヒートシールドを複数備えてもよい。ヒートシールドを複数備えることで、ヒートシールド毎に輻射低減効果を得ることができ、より段階的かつ効率的に温度変化を行うことができる。そのため、急激な温度変化を避けることができ、炉体内のガスの対流や拡散を抑制することができる。 本発明のＳｉＣ化学気相成長装置は、ヒートシールドが複数あり、隣り合うヒートシールドの貫通孔が平面視で重ならないことが好ましい。ヒートシールドが複数あり、隣り合うヒートシールドの貫通孔が平面視で重ならなければ、輻射を伝播する電磁波が障壁無く通過できる部分を無くすことができ、輻射によりガス導入管が高温になることをより抑制できる。 本発明の一ＳｉＣ化学気相成長装置は、ヒートシールドが平面視円形であり、円形のヒートシールドの中央部から外周部に渡ってスリットが設けられていてもよい。ＳｉＣ化学気相成長装置は、高温でＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるため、ヒートシールドも加熱により熱応力を受ける。このような熱応力は、ヒートシールドの破損等を招く。しかしながら、ヒートシールドがスリットを有すれば、このスリットにより熱応力を緩和することができるため、装置の耐久性を高めることができる。またこのスリットは、貫通孔を兼ねることができる。 本発明の一ＳｉＣ化学気相成長装置は、冷却ガスとして、Ｈ_２、Ａｒ、Ｈｅからなる群から選ばれる１種以上のガスを用いてもよい。これらのガスは、炉体内に供給された場合、キャリアガス等として機能することができる。そのため、冷却用に特別なガスを準備する必要が無く、経済的な面で効率的である。 本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管を複数有していてもよい。ガス導入管を複数有すれば、原料ガスを炉体内へ分散導入することができる。そのため、ガス導入管ごとに付着する堆積物の量を少なくすることができる。また、導入されるガスの面内均一性を高めることができる。 本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、複数のガス導入管が、その一部がＳｉ系原料ガスを炉体内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管であり、別の一部がＣ系原料ガスを炉体内へ導入するＣ系原料ガス導入管であり、Ｓｉ系原料ガス導入管とＣ系原料ガス導入管はそれぞれ分離されていてもよい。原料ガスを分離して導入することで、不要なＳｉＣ生成物がガス導入管や炉体内壁面等に形成されることを抑制することができる。 本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管を覆う外管を備え、ガス導入管と外管が二重管構造を構成し、ガス導入管と外管の間からガス導入管の周囲に冷却ガスを供給することができる構成としてもよい。二重管構造の外側に冷却ガスを供給することで、内管であるガス導入管がヒートシールドと直接接触することを防ぎ、熱伝導によりガス導入管の温度が高くなることをより抑制することができる。またガス導入管の周囲に供給した冷却ガスを、そのまま炉体内に流す構成とすると、冷却ガスにより導入される原料ガスが、ガス導入管に再度回り込むことを防ぐことができる。すなわち、ガス導入管の導入口に堆積物が付着することを効果的に抑制することができる。 本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管が載置台の上部に配置された縦型の炉体構造でもよい。温度勾配による対流は、上下の温度差によって生じることが多い。従って、対流はガス導入管と載置台に温度差が生じやすい縦型の炉体構造において発生しやすいため、本発明は縦型の炉体構造において特に有用である。またガス導入管の導入口に堆積した付着物は、重力により下部にパーティクルとして落下することが考えられるため、この点においても縦型の炉体構造において特に有用である。