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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024094170
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】炭化珪素ウェハの製造装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/205 20060101AFI20240702BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20240702BHJP
C23C 16/42 20060101ALI20240702BHJP
【ＦＩ】
H01L21/205
C23C16/455
C23C16/42
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022210956
(22)【出願日】2022-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤林 裕明
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030AA03
4K030AA06
4K030AA09
4K030AA13
4K030AA17
4K030BA27
4K030BA29
4K030BA37
4K030BB02
4K030CA04
4K030CA12
4K030EA04
4K030EA06
4K030KA05
4K030LA12
5F045AA03
5F045AB06
5F045AC01
5F045AC07
5F045AC12
5F045AC13
5F045AC16
5F045AC17
5F045AC19
5F045AD18
5F045AF02
5F045BB08
5F045DP03
5F045DP28
5F045EE14
5F045EF05
5F045EJ04
5F045EJ09
5F045EK07
5F045EM10
(57)【要約】
【課題】シャワーヘッドの構成の簡略化を図ることができるＳｉＣウェハの製造装置を提供する。
【解決手段】冷却部４０は、分離空間２０１を４００℃以下に冷却可能とされ、供給管５１～５３は、反応ガスに含まれるアンモニア系ガスが供給されるドーパントガス用供給管５１と、反応ガスに含まれるシラン系ガスおよび塩素系ガスを含む成長ガスが供給される成長ガス用供給管５３と、分離空間２０１のうちの、アンモニア系ガスが供給される部分と、塩素系ガスが供給される部分との間に、反応ガスに含まれる不活性ガスを供給する不活性ガス用供給管５２と、を有する構成とする。
【選択図】図１
【解決手段】冷却部４０は、分離空間２０１を４００℃以下に冷却可能とされ、供給管５１～５３は、反応ガスに含まれるアンモニア系ガスが供給されるドーパントガス用供給管５１と、反応ガスに含まれるシラン系ガスおよび塩素系ガスを含む成長ガスが供給される成長ガス用供給管５３と、分離空間２０１のうちの、アンモニア系ガスが供給される部分と、塩素系ガスが供給される部分との間に、反応ガスに含まれる不活性ガスを供給する不活性ガス用供給管５２と、を有する構成とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭化珪素ウェハの製造装置であって、
反応ガスが供給され、炭化珪素で構成される種基板（１０）の表面（１０ａ）側に、炭化珪素で構成されたエピタキシャル層（１１）を成長させる反応室（２００）を構成し、上部（２１）および下部（２２）を有する筒状とされたチャンバ（２０）と、
前記チャンバ内の下部側に配置され、前記種基板が配置されるサセプタ（７０）と、
前記チャンバの上部に連結され、前記反応室に前記反応ガスを供給する供給管（５１～５３）と、
前記反応室を、前記下部側の成長空間（２０２）と、前記上部側の分離空間（２０１）とに区画するように配置されると共に、前記成長空間と前記分離空間とを連通させる複数の貫通孔（３１）が形成されたシャワーヘッド（３０）と、
前記分離空間を冷却する冷却部（４０）と、を備え、
前記冷却部は、前記分離空間を４００℃以下に冷却可能とされ、
前記供給管は、前記反応ガスに含まれるアンモニア系ガスが供給されるドーパントガス用供給管（５１）と、前記反応ガスに含まれるシラン系ガスおよび塩素系ガスを含む成長ガスが供給される成長ガス用供給管（５３）と、前記分離空間のうちの、前記アンモニア系ガスが供給される部分と、前記塩素系ガスが供給される部分との間に、前記反応ガスに含まれる不活性ガスを供給する不活性ガス用供給管（５２）と、を有している炭化珪素ウェハの製造装置。
反応ガスが供給され、炭化珪素で構成される種基板（１０）の表面（１０ａ）側に、炭化珪素で構成されたエピタキシャル層（１１）を成長させる反応室（２００）を構成し、上部（２１）および下部（２２）を有する筒状とされたチャンバ（２０）と、
前記チャンバ内の下部側に配置され、前記種基板が配置されるサセプタ（７０）と、
前記チャンバの上部に連結され、前記反応室に前記反応ガスを供給する供給管（５１～５３）と、
前記反応室を、前記下部側の成長空間（２０２）と、前記上部側の分離空間（２０１）とに区画するように配置されると共に、前記成長空間と前記分離空間とを連通させる複数の貫通孔（３１）が形成されたシャワーヘッド（３０）と、
前記分離空間を冷却する冷却部（４０）と、を備え、
前記冷却部は、前記分離空間を４００℃以下に冷却可能とされ、
前記供給管は、前記反応ガスに含まれるアンモニア系ガスが供給されるドーパントガス用供給管（５１）と、前記反応ガスに含まれるシラン系ガスおよび塩素系ガスを含む成長ガスが供給される成長ガス用供給管（５３）と、前記分離空間のうちの、前記アンモニア系ガスが供給される部分と、前記塩素系ガスが供給される部分との間に、前記反応ガスに含まれる不活性ガスを供給する不活性ガス用供給管（５２）と、を有している炭化珪素ウェハの製造装置。
【請求項2】
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、前記チャンバの軸方向において、前記ドーパントガス用供給管と前記成長ガス用供給管との間に前記不活性ガス用供給管が配置されている請求項１に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【請求項3】
前記シャワーヘッドには、前記不活性ガス用供給管と対向する位置に、前記分離空間側に突き出す凸部（３２）が備えられている請求項１に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【請求項4】
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、前記ドーパントガス用供給管および前記成長ガス用供給管の一方の供給管が筒状とされ、前記不活性ガス用供給管が前記ドーパントガス用供給管を囲む枠筒状とされ、前記ドーパントガス用供給管および前記成長ガス用供給管の他方の供給管が前記不活性ガス用供給管を囲む枠筒状とされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【請求項5】
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、それぞれ筒状とされて点在されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【請求項6】
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、同心円状に点在されている請求項５に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【請求項7】
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、前記上部の面方向の一方向における第１方向および前記第１方向と交差する第２方向に沿って点在されている請求項５に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭化珪素（以下では、単にＳｉＣともいう）で構成されるＳｉＣウェハの製造装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、原料ガスを含む反応ガスが導入される反応室において、種基板をサセプタに載置した状態で回転させながら加熱して当該種基板の表面に半導体層であるエピタキシャル層を成長させるＳｉＣウェハの製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
具体的には、このＳｉＣウェハの製造装置では、反応室を反応ガスが始めに供給される分離空間と、種基板が配置される成長空間とに略区画するシャワーヘッドが備えられている。シャワーヘッドには、分離空間と成長空間とを連通させる複数の貫通孔が形成されている。そして、このＳｉＣ半導体装置では、分離空間に供給された反応ガスが複数の貫通孔を通じて成長空間に供給されるようにすることにより、種基板上に反応ガスが均一に供給され易くなるようにしている。
【0004】
なお、反応ガスは、エピタキシャル層を成長させるための塩素系ガスと、ドーパントガスとしてのアンモニア系ガス等を含んで構成される。このため、分離空間で塩素系ガスとアンモニア系ガスとが反応して固体の塩化アンモニウムが生成される可能性があり、この塩化アンモニウムによってシャワーヘッドの貫通孔が根詰まりする可能性がある。
【0005】
したがって、このＳｉＣウェハの製造装置では、分離空間を複数の空間に分割するための仕切壁が備えられている。そして、このＳｉＣ半導体装置では、塩素系ガスとアンモニア系ガスとを別々の空間に供給することにより、分離空間で固体の塩化アンモニウムが生成され難くなるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００２－１６００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、このようなＳｉＣ半導体装置では、壁部を備えるためにシャワーヘッドの構成が複雑になり易い。
【0008】
本発明は上記点に鑑み、シャワーヘッドの構成の簡略化を図ることができるＳｉＣウェハの製造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】
【0009】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、ＳｉＣウェハの製造装置であって、反応ガスが供給され、ＳｉＣで構成される種基板（１０）の表面（１０ａ）側に、ＳｉＣで構成されたエピタキシャル層（１１）を成長させる反応室（２００）を構成し、上部（２１）および下部（２２）を有する筒状とされたチャンバ（２０）と、チャンバ内の下部側に配置され、種基板が配置されるサセプタ（７０）と、チャンバの上部に連結され、反応室に反応ガスを供給する供給管（５１～５３）と、反応室を、下部側の成長空間（２０２）と、上部側の分離空間（２０１）とに区画するように配置されると共に、成長空間と分離空間とを連通させる複数の貫通孔（３１）が形成されたシャワーヘッド（３０）と、分離空間を冷却する冷却部（４０）と、を備え、冷却部は、分離空間を４００℃以下に冷却可能とされ、供給管は、反応ガスに含まれるアンモニア系ガスが供給されるドーパントガス用供給管（５１）と、反応ガスに含まれるシラン系ガスおよび塩素系ガスを含む成長ガスが供給される成長ガス用供給管（５３）と、分離空間のうちの、アンモニア系ガスが供給される部分と、塩素系ガスが供給される部分との間に、反応ガスに含まれる不活性ガスを供給する不活性ガス用供給管（５２）と、を有している。
【0010】
これによれば、冷却部にて分離空間が４００℃以下となるように冷却されるため、分離空間でシランガスが分解して固体のシリコンが生成されることを抑制でき、シャワーヘッドの貫通孔で根詰まりが発生することを抑制できる。また、不活性ガス用供給管は、分離空間のうちの、アンモニア系ガスが供給される部分と、塩素系ガスが供給される部分との間に、不活性ガスを供給するように配置されている。このため、分離空間では、分離空間に仕切壁等を配置しなくても、アンモニア系ガスと塩素系ガスとが反応することを抑制でき、シャワーヘッドの貫通孔で根詰まりが発生することを抑制できる。したがって、このＳｉＣウェハの製造装置では、分離空間内を複数の空間に仕切る仕切壁等を配置しなくてもシャワーヘッドの貫通孔で根詰まりが発生することを抑制でき、シャワーヘッドの構成の簡略化を図ることができる。
【0011】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態におけるＳｉＣウェハの製造装置を示す模式図である。
【図3】第２実施形態におけるＳｉＣウェハの製造装置を示す模式図である。
【図4】第３実施形態におけるチャンバの上面図である。
【図5】第４実施形態におけるＳｉＣウェハの製造装置を示す模式図である。
【図7】第５実施形態におけるＳｉＣウェハの製造装置を示す模式図である。
【図9】第６実施形態におけるチャンバの上面図である。
【0013】
図１中のII－II線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0015】
【0016】
製造装置１は、図１に示されるように、種基板１０の表面１０ａ側に半導体層としてのエピタキシャル層１１を成長させてＳｉＣウェハ１２を製造する反応室２００を構成するチャンバ２０を有する。
【0017】
チャンバ２０は、上部２１、下部２２、および上部２１と下部２２とを繋ぐ側部２３を有する略円筒状とされている。そして、チャンバ２０には、反応室２００を上部２１側の分離空間２０１と、下部２２側の成長空間２０２とに略区画するようにシャワーヘッド３０が備えられている。シャワーヘッド３０は、例えば、ＳＵＳ等の金属によって構成されており、分離空間２０１と成長空間２０２とを連通させる複数の貫通孔３１が形成されている。
【0018】
なお、後述するように、種基板１０は、成長空間２０２に配置される。そして、シャワーヘッド３０は、種基板１０の上方に配置され、貫通孔３１が種基板１０の表面１０ａに対向する位置を含むように形成される。このため、分離空間２０１に供給された反応ガスは、貫通孔３１を通じて種基板１０の表面１０ａに交差する方向（すなわち、表面１０ａと略直交する方向）から種基板１０の表面１０ａに向けて供給される。したがって、本実施形態の製造装置１は、種基板１０の表面１０ａに向けて反応ガスを吹き降ろすダウンフロー型のガス供給構造であるといえる。
【0019】
チャンバ２０のうちの分離空間２０１の周囲には、分離空間２０１を冷却するための冷却部４０が備えられている。冷却部４０は、例えば、冷却通路４１を冷却水４２が循環する構成とされている。なお、実際には、冷却部４０は、図示しない流水入口と流水出口が形成されており、流水入口から冷却水４２が導入され、冷却水４２が流水出口より排出されることで分離空間２０１を冷却できるように構成されている。本実施形態では、後述するように、反応ガスとしてのシランガスが分離空間２０１に供給される。そして、冷却部４０は、分離空間２０１でシランガスが分解しないように、分離空間２０１が４００℃以下となるように制御される。なお、ここでは、分離空間２０１の周囲に冷却部４０が備えられる構成を説明したが、冷却部４０は、例えば、チャンバ２０の側部２３に所定の空間が構成され、当該空間を冷却通路４１として冷却水４２が循環する構成とされていてもよい。
【0020】
そして、チャンバ２０には、分離空間２０１側に、エピタキシャル層１１を成長させるための反応ガスを供給する第１～第３供給管５１～５３が備えられている。本実施形態では、チャンバ２０が円筒状とされており、上部２１も平面円状とされている。そして、第１供給管５１は、筒状とされて上部２１の略中央部に備えられ、第２供給管５２は、円環筒状（すなわち、枠筒状）とされて第１供給管５１を囲むように備えられている。第３供給管５３は、円環筒状（すなわち、枠筒状）とされて第２供給管５２を囲むように備えられている。なお、本実施形態では、第２供給管５２および第３供給管５３が円環筒状とされている例を説明するが、第２供給管５２および第３供給管５３は、多角形枠状とされていてもよい。
【0021】
反応ガスは、例えば、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよびプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを含む成長用ガスとしての原料ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを含む成長用ガスとしてのエッチングガスを含んでいる。また、反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含むドーパントガス、および水素ガスを含むキャリーガスを含んでいる。
【0022】
なお、キャリーガスは、シランガスやアンモニアガスと反応し難いガスであり、不活性ガスであるともいえる。言い換えると、不活性ガスは、シランガスに対してアンモニアガスよりも反応し難いガスであると共に、アンモニアガスに対してシランガスよりも反応し難いガスであるともいえる。また、本実施形態では、キャリーガスとして水素ガスを例に挙げて説明するが、キャリーガスは、アルゴン（Ａｒ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスであってもよい。本実施形態では、アンモニアガスがアンモニア系ガスに相当し、塩化水素ガスが塩素系ガスに相当し、シランガスがシラン系ガスに相当する。
【0023】
そして、本実施形態では、第１供給管５１からドーパントガス（すなわち、アンモニアガス）が供給される。第３供給管５３から原料ガス（すなわち、シランガスおよびプロパンガス）、およびエッチングガス（すなわち、塩化水素ガス）が供給される。第１～第３供給管５１～５３からキャリーガス（すなわち、水素ガス）が供給される。つまり、本実施形態では、チャンバ２０の軸方向において（以下では、単に軸方向ともいう）、アンモニアガスが供給される第１供給管５１と、塩化水素ガスが供給される第３供給管５３との間に、アンモニアガスおよび塩化水素ガスと反応し難い水素ガスが供給される第２供給管５２が配置されている。なお、チャンバ２０の軸方向においてとは、言い換えると、上部２１の面方向に対する法線方向においてともいうことができ、上部２１の面方向に対する法線方向から視たときということもできる。また、本実施形態では、第１供給管５１がドーパントガス用供給管に相当し、第２供給管５２が不活性ガス用供給管に相当し、第３供給管５３が成長ガス用供給管に相当する。
【0024】
そして、反応ガスは、第１～第３供給管５１～５３から分離空間２０１に供給された後、貫通孔３１を通じて成長空間２０２に供給される。この際、軸方向において第１供給管５１と第３供給管５３との間に第２供給管５２が配置されている。このため、分離空間２０１では、第１供給管５１から供給されるアンモニアガスと、第３供給管５３から供給される塩化水素ガスとの間に、第２供給管５２から供給される水素ガスが存在する状態となる。したがって、第２供給管５２は、分離空間２０１のうちの、アンモニアガスが供給される部分と、塩化水素ガスが供給される部分との間に、不活性ガスを供給するように配置されているともいえる。そして、分離空間２０１では、アンモニアガスと塩化水素ガスとの間に水素ガスが存在するため、分離空間２０１に仕切壁等を配置しなくても、アンモニアガスと塩化水素ガスとが反応することを抑制できる。また、分離空間２０１から貫通孔３１を通じて成長空間２０２へと供給される各ガスは、第２供給管５２を配置しない場合と比較して、第２供給管５２からもキャリーガスが供給されているため、チャンバ２０の軸方向に対する径方向での流量の差が小さくなる。したがって、貫通孔３１から供給されるガスに対流が発生することを抑制できる。
【0025】
チャンバ２０には、下方側に、種基板１０が配置される回転装置６０が配置されている。本実施形態では、種基板１０は、回転装置６０に配置されたサセプタ７０上に配置される。
【0026】
回転装置６０は、筒部６１、回転軸６２、および駆動部６３等を有する構成とされている。筒部６１は、有底円筒形状の部材であって中空室６１ａを構成するものであり、開口端部側の端部にサセプタ７０が配置されるようになっている。そして、筒部６１は、開口端部側がチャンバ２０の上方側（すなわち、上部２１側）に向けられて配置されている。
【0027】
回転軸６２は、駆動部６３の出力によって回転する軸であり、筒部６１と一体的に回転可能なように筒部６１に連結されている。駆動部６３は、回転力を出力するモータ等で構成されており、回転軸６２を回転させるものである。そして、このように構成される回転装置６０では、駆動部６３の出力によって回転軸６２が回転し、筒部６１およびサセプタ７０が一体的に回転する。
【0028】
サセプタ７０は、筒部６１の開口端部に合わせた外形とされており、筒部６１の開口端部に配置されることで筒部６１を略閉塞する。これにより、筒部６１の中空室６１ａが略閉塞される。
【0029】
具体的には、サセプタ７０は、一面７０ａおよび他面７０ｂを有する板状とされており、一面７０ａ側の中央部に、種基板１０を収容するための凹部７１が形成されている。また、サセプタ７０は、他面７０ｂ側の外縁部に、筒部６１の開口端部と嵌合されるための段差部７２が形成されている。そして、サセプタ７０は、段差部７２が筒部６１の開口端部に嵌合されることにより、筒部６１に配置される。
【0030】
種基板１０は、サセプタ７０における凹部７１の底面７１ａを載置面とし、裏面１０ｂ側が底面７１ａと対向するようにサセプタ７０に載置されている。
【0031】
中空室６１ａには、種基板１０（すなわち、反応室２００）を加熱する加熱装置としてのヒータ８０が配置されている。ヒータ８０は、例えば、カーボン製の抵抗加熱ヒータが用いられ、図示を省略しているが、制御部等と接続されて所定温度に加熱される。
【0032】
さらに、チャンバ２０には、下方側に反応後のガスや未反応ガスを排気するための排気管９０が設けられている。排気管９０は、チャンバ２０側と反対側の部分が図示しない真空ポンプと接続されている。これにより、反応室２００は、所定圧力に維持される。
【0033】
なお、特に図示しないが、中空室６１ａには、搬送用ロボットによる反応室２００への種基板１０が載置されたサセプタ７０の搬入や、反応室２００からのサセプタ７０の搬出を補助するための昇降機器が配置されている。この昇降機器は、例えば、サセプタ７０の搬出時にサセプタ７０を上昇させて筒部６１から引き離すことで搬送用ロボットにサセプタ７０を受け渡す機能を有するものが用いられる。但し、製造装置１は、種基板１０が載置されたサセプタ７０の搬入および搬出を行うものではなく、サセプタ７０を移動させずに種基板１０のみの搬入および搬出を行うようなものであってもよい。
【0034】
以上が本実施形態における製造装置１の構成である。次に、上記の製造装置１を用いて種基板１０の表面１０ａ上にエピタキシャル層１１を成長させる方法について説明する。
【0035】
まず、上記のような製造装置１では、種基板１０が載置されたサセプタ７０を回転装置６０によって例えば２００ｒｐｍで回転させつつ、ヒータ８０を駆動して成長空間２０２を約１６００～１７５０℃にする。また、冷却部４０を駆動して分離空間２０１が４００℃以下となるようにする。
【0036】
そして、第１～第３供給管５１～５３から分離空間２０１に向けて反応ガスを供給することにより、シャワーヘッド３０の各貫通孔３１から各ガスが成長空間２０２に供給される。例えば、第１供給管５１から供給されるアンモニアガスの流量が３０ｓｃｃｍとされる。第３供給管５３から供給されるシランガスの流量が５００ｓｃｃｍとされ、プロパンガスの流量が１５０ｓｃｃｍとされ、塩化水素ガスの流量が５０００ｓｃｃｍとされる。第１～第３供給管５１～５３から供給される水素ガスの流量が全体で１００ｓｌｍとされる。
【0037】
そして、成長空間２０２では、シランガスとプロパンガスとが反応しつつアンモニアガスが取り込まれ、種基板１０上にｎ型のＳｉＣで構成されるエピタキシャル層１１が成長してＳｉＣウェハ１２が製造される。
【0038】
この際、冷却部４０にて分離空間２０１が４００℃以下となるように冷却されるため、分離空間２０１でシランガスが分解して固体のシリコンが生成されることを抑制できる。このため、シャワーヘッド３０の貫通孔３１が根詰まりすることを抑制できる。
【0039】
また、冷却部４０にて分離空間２０１が４００℃以下となるように冷却されるため、分離空間２０１では、アンモニアガスとシランガスとが反応して固体の塩化アンモニウムが生成される可能性がある。しかしながら、本実施形態では、上記のように、軸方向において第１供給管５１と第３供給管５３との間に第２供給管５２が配置されているため、分離空間２０１では、アンモニアガスと、塩化水素ガスとの間に水素ガスが存在する状態となる。このため、分離空間２０１では、分離空間２０１に仕切壁等を配置しなくても、アンモニアガスと塩化水素ガスとが反応することを抑制でき、シャワーヘッド３０の貫通孔３１が根詰まりすることを抑制できる。したがって、本実施形態では、分離空間２０１内を複数の空間に仕切る仕切壁等を配置しなくても貫通孔３１が根詰まりすることを抑制でき、シャワーヘッド３０の構成の簡略化を図ることができる。
【0040】
さらに、分離空間２０１から貫通孔３１を通じて成長空間２０２へと供給される各ガスは、第２供給管５２を配置しない場合と比較して、第２供給管５２からもキャリーガスが供給されているため、チャンバ２０の軸方向に対する径方向での流量の差が小さくなる。したがって、貫通孔３１から供給されるガスに対流が発生することを抑制できる。
【0041】
以上説明したように、本実施形態では、冷却部４０にて分離空間２０１が４００℃以下となるように冷却されるため、分離空間２０１でシランガスが分解して固体のシリコンが生成されることを抑制でき、シャワーヘッド３０の貫通孔３１が根詰まりすることを抑制できる。
【0042】
また、第２供給管５２は、分離空間２０１のうちの、アンモニアガスが供給される部分と、塩化水素ガスが供給される部分との間に、不活性ガスを供給するように配置されている。このため、分離空間２０１では、分離空間２０１に仕切壁等を配置しなくても、アンモニアガスと塩化水素ガスとが反応することを抑制でき、シャワーヘッド３０の貫通孔３１が根詰まりすることを抑制できる。
【0043】
さらに、分離空間２０１から貫通孔３１を通じて成長空間２０２へと供給される各ガスは、第２供給管５２を配置しない場合と比較して、第２供給管５２からもキャリーガスが供給されているため、チャンバ２０の軸方向に対する径方向での流量の差が小さくなる。したがって、貫通孔３１から供給されるガスに対流が発生することを抑制できる。
【0044】
（１）本実施形態では、軸方向において第１供給管５１と第３供給管５３との間に第２供給管５２が配置されている。このため、分離空間２０１のうちの、アンモニアガスが供給される部分と、塩化水素ガスが供給される部分との間に、不活性ガスを供給し易くなり、さらにアンモニアガスと塩化水素ガスとが反応することを抑制できる。
【0045】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、シャワーヘッド３０に凸部を形成したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、シャワーヘッド３０に凸部を形成したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0046】
本実施形態のシャワーヘッド３０は、図３に示されるように、第２供給管５２と対向する部分に、分離空間２０１側に突出する凸部３２が設けられている。言い換えると、シャワーヘッド３０には、第２供給管５２から分離空間２０１に供給されるキャリーガスの流路を狭くする凸部３２が形成されている。
【0047】
以上説明した本実施形態によれば、分離空間２０１のうちのアンモニアガスが供給される部分と、塩化水素ガスが供給される部分との間に、不活性ガスを供給する第２供給管５２が配置されている。このため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0048】
（１）本実施形態では、シャワーヘッド３０は、第２供給管５２と対向する部分に、分離空間２０１側に突出する凸部３２が設けられている。このため、第２供給管５２から供給される水素ガス（すなわち、キャリーガス）は、分離空間２０１のうちの、凸部３２上の部分から、第１供給管５１との連結部分側および第３供給管５３との連結部分側に流れ出る際に流速が増加する。したがって、第１供給管５１から供給されるアンモニアガスが凸部３２上の部分を通じて第３供給管５３側へ流れることを抑制できると共に、第３供給管５３から供給される塩化水素ガスが凸部３２上の部分を通じて第１供給管５１側へ流れることを抑制できる。これにより、分離空間２０１でアンモニアガスとシランガスとが反応することをさらに抑制できる。
【0049】
（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、第２、第３供給管５２、５３の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、第２、第３供給管５２、５３の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0050】
本実施形態の第２供給管５２および第３供給管５３は、図４に示されるように、上記第１実施形態と比較すると、軸方向を基準とした周方向に分離した構成とされている。言い換えると、第２供給管５２および第３供給管５３は、同心円状に複数備えられている。なお、本実施形態では、第２供給管５２および第３供給管５３は、それぞれ円筒状とされているが、それぞれ多角柱状とされていてもよいし、円筒状と多角柱状とが混合していてもよい。
【0051】
以上説明した本実施形態によれば、分離空間２０１のうちのアンモニアガスが供給される部分と、塩化水素ガスが供給される部分との間に、不活性ガスを供給する第２供給管５２が配置されている。このため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0052】
（１）本実施形態では、第２供給管５２および第３供給管５３は、それぞれ同心円状に複数備えられている。このため、第２供給管５２および第３供給管５３を円環枠状に備える場合と比較して、各供給管５１～５３を加工し易くできる。
【0053】
（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対し、第１～第３供給管５１～５３の配置箇所を変更したものである。その他に関しては、第３実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対し、第１～第３供給管５１～５３の配置箇所を変更したものである。その他に関しては、第３実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0054】
本実施形態の第１～第３供給管５１～５３は、図５および図６に示されるように、軸方向において、それぞれ点在するように配置されている。但し、第１～第３供給管５１～５３は、軸方向において、同心円状に配置されていると共に、第１供給管５１と第３供給管５３との間に第２供給管５２が位置するように配置されている。本実施形態では、第２供給管５２が上部２１の略中央部に配置され、この第２供給管５２囲むように、第１～第３供給管５１～５３が同心円状に配置されている。なお、図５は、図６中のV－V線に沿った断面図である。
【0055】
以上説明した本実施形態によれば、分離空間２０１のうちのアンモニアガスが供給される部分と、塩化水素ガスが供給される部分との間に、不活性ガスを供給する第２供給管５２が配置されている。このため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0056】
（１）本実施形態では、第１～第３供給管５１～５３が点在して配置されている。このため、種基板１０上にさらに均一に成長ガスおよびドーパントガスを供給でき、エピタキシャル層１１の品質の向上を図ることができる。
【0057】
（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、第１～第３供給管５１～５３の配置箇所を変更したものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、第１～第３供給管５１～５３の配置箇所を変更したものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0058】
本実施形態の第１～第３供給管５１～５３は、図７および図８に示されるように、上部２１の面方向における第１方向および第１方向と交差する第２方向に沿って点在されている。そして、第１～第３供給管５１～５３は、軸方向において、第１供給管５１と第３供給管５３との間に第２供給管５２が位置するように配置されている。なお、本実施形態では、第３供給管５３が上部２１の略中央部に位置するように配置されている。なお、図７は、図８中のVII－VII線に沿った断面図である。
【0059】
以上説明した本実施形態によれば、分離空間２０１のうちのアンモニアガスが供給される部分と、塩化水素ガスが供給される部分との間に、不活性ガスを供給する第２供給管５２が配置されている。このため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0060】
（１）本実施形態のように、第１～第３供給管５１～５３を第１方向および第２方向に沿って点在させても、軸方向において第１供給管５１と第３供給管５３との間に第２供給管５２が位置するように配置されていれば、上記第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0061】
（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態と４実施形態とを組み合わせたものである。その他に関しては、第２、４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態と４実施形態とを組み合わせたものである。その他に関しては、第２、４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0062】
本実施形態では、図９に示されるように、シャワーヘッド３０のうちの第２供給管５２と対向する部分に凸部３２が設けられている。なお、第１～第３供給管５１～５３は、点在するように配置されているが、上記第２実施形態と比較すると、凸部３２を設けやすいように配置場所が適宜変更されている。但し、第１～第３供給管５１～５３は、軸方向において第１供給管５１と第３供給管５３の間に第２供給管５２が位置するように配置されている。
【0063】
以上説明した本実施形態によれば、分離空間２０１のうちのアンモニアガスが供給される部分と、塩化水素ガスが供給される部分との間に、不活性ガスを供給する第２供給管５２が配置されている。このため、上記第２、４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0064】
（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【0065】
例えば、上記各実施形態において、成長ガスは、三塩化シランガスを含むガスとされていてもよい。この場合、塩化水素ガスは含まれていなくてもよい。このような構成では、三塩化シランガスがシラン系ガスおよび塩素系ガスに相当する。
【0066】
さらに、上記各実施形態において、第３供給管５３が複数備えられ、シランガスと塩化水素ガスとが別々の供給管から供給されるようにしてもよい。この場合、例えば、上記第３実施形態等では、複数の第３供給管５３のうちの一部からシランガスが供給され、残部から塩化水素ガスが供給されるようにしてもよい。
【0067】
そして、上記各実施形態において、水素ガス（すなわち、不活性ガス）は、少なくとも第２供給管５２から供給されていればよい。
【0068】
また、上記第３～第６実施形態において、第１～第３供給管５１～５３の配置箇所は適宜変更可能である。
【0069】
そして、上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、上記第２実施形態を上記第３実施形態や上記第５実施形態に組み合わせてシャワーヘッド３０に凸部３２を備えるようにしてもよい。
【0070】
（本発明の特徴）
【0071】
［請求項１］
炭化珪素ウェハの製造装置であって、
反応ガスが供給され、炭化珪素で構成される種基板（１０）の表面（１０ａ）側に、炭化珪素で構成されたエピタキシャル層（１１）を成長させる反応室（２００）を構成し、上部（２１）および下部（２２）を有する筒状とされたチャンバ（２０）と、
前記チャンバ内の下部側に配置され、前記種基板が配置されるサセプタ（７０）と、
前記チャンバの上部に連結され、前記反応室に前記反応ガスを供給する供給管（５１～５３）と、
前記反応室を、前記下部側の成長空間（２０２）と、前記上部側の分離空間（２０１）とに区画するように配置されると共に、前記成長空間と前記分離空間とを連通させる複数の貫通孔（３１）が形成されたシャワーヘッド（３０）と、
前記分離空間を冷却する冷却部（４０）と、を備え、
前記冷却部は、前記分離空間を４００℃以下に冷却可能とされ、
前記供給管は、前記反応ガスに含まれるアンモニア系ガスが供給されるドーパントガス用供給管（５１）と、前記反応ガスに含まれるシラン系ガスおよび塩素系ガスを含む成長ガスが供給される成長ガス用供給管（５３）と、前記分離空間のうちの、前記アンモニア系ガスが供給される部分と、前記塩素系ガスが供給される部分との間に、前記反応ガスに含まれる不活性ガスを供給する不活性ガス用供給管（５２）と、を有している炭化珪素ウェハの製造装置。
炭化珪素ウェハの製造装置であって、
反応ガスが供給され、炭化珪素で構成される種基板（１０）の表面（１０ａ）側に、炭化珪素で構成されたエピタキシャル層（１１）を成長させる反応室（２００）を構成し、上部（２１）および下部（２２）を有する筒状とされたチャンバ（２０）と、
前記チャンバ内の下部側に配置され、前記種基板が配置されるサセプタ（７０）と、
前記チャンバの上部に連結され、前記反応室に前記反応ガスを供給する供給管（５１～５３）と、
前記反応室を、前記下部側の成長空間（２０２）と、前記上部側の分離空間（２０１）とに区画するように配置されると共に、前記成長空間と前記分離空間とを連通させる複数の貫通孔（３１）が形成されたシャワーヘッド（３０）と、
前記分離空間を冷却する冷却部（４０）と、を備え、
前記冷却部は、前記分離空間を４００℃以下に冷却可能とされ、
前記供給管は、前記反応ガスに含まれるアンモニア系ガスが供給されるドーパントガス用供給管（５１）と、前記反応ガスに含まれるシラン系ガスおよび塩素系ガスを含む成長ガスが供給される成長ガス用供給管（５３）と、前記分離空間のうちの、前記アンモニア系ガスが供給される部分と、前記塩素系ガスが供給される部分との間に、前記反応ガスに含まれる不活性ガスを供給する不活性ガス用供給管（５２）と、を有している炭化珪素ウェハの製造装置。
【0072】
［請求項２］
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、前記チャンバの軸方向において、前記ドーパントガス用供給管と前記成長ガス用供給管との間に前記不活性ガス用供給管が配置されている請求項１に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、前記チャンバの軸方向において、前記ドーパントガス用供給管と前記成長ガス用供給管との間に前記不活性ガス用供給管が配置されている請求項１に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【0073】
［請求項３］
前記シャワーヘッドには、前記不活性ガス用供給管と対向する位置に、前記分離空間側に突き出す凸部（３２）が備えられている請求項１または２に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
前記シャワーヘッドには、前記不活性ガス用供給管と対向する位置に、前記分離空間側に突き出す凸部（３２）が備えられている請求項１または２に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【0074】
［請求項４］
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、前記ドーパントガス用供給管および前記成長ガス用供給管の一方の供給管が筒状とされ、前記不活性ガス用供給管が前記ドーパントガス用供給管を囲む枠筒状とされ、前記ドーパントガス用供給管および前記成長ガス用供給管の他方の供給管が前記不活性ガス用供給管を囲む枠筒状とされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、前記ドーパントガス用供給管および前記成長ガス用供給管の一方の供給管が筒状とされ、前記不活性ガス用供給管が前記ドーパントガス用供給管を囲む枠筒状とされ、前記ドーパントガス用供給管および前記成長ガス用供給管の他方の供給管が前記不活性ガス用供給管を囲む枠筒状とされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【0075】
［請求項５］
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、それぞれ筒状とされて点在されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、それぞれ筒状とされて点在されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【0076】
［請求項６］
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、同心円状に点在されている請求項５に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、同心円状に点在されている請求項５に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【0077】
［請求項７］
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、前記上部の面方向の一方向における第１方向および前記第１方向と交差する第２方向に沿って点在されている請求項５に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
前記ドーパントガス用供給管、前記成長ガス用供給管、および前記不活性ガス用供給管は、前記上部の面方向の一方向における第１方向および前記第１方向と交差する第２方向に沿って点在されている請求項５に記載の炭化珪素ウェハの製造装置。
【符号の説明】
【0078】
１０ 種基板
１０ａ 表面
１１ エピタキシャル層
２０ チャンバ
２１ 上部
２２ 下部
３０ シャワーヘッド
３１ 貫通孔
４０ 冷却部
５１ 第１供給管（ドーパントガス用供給管）
５２ 第２供給管（不活性ガス用供給管）
５３ 第３供給管（成長ガス用供給管）
７０ サセプタ
２００ 反応室
２０１ 分離空間
２０２ 成長空間
１０ａ 表面
１１ エピタキシャル層
２０ チャンバ
２１ 上部
２２ 下部
３０ シャワーヘッド
３１ 貫通孔
４０ 冷却部
５１ 第１供給管（ドーパントガス用供給管）
５２ 第２供給管（不活性ガス用供給管）
５３ 第３供給管（成長ガス用供給管）
７０ サセプタ
２００ 反応室
２０１ 分離空間
２０２ 成長空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】