JP6320831B2 - サセプタ処理方法及びサセプタ処理用プレート - Google Patents

Description

本発明は、サセプタ処理方法及びサセプタ処理用プレートに関する。

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、ウェーハ等の基板に単結晶薄膜を気相成長させて成膜するエピタキシャル成長技術が利用される。

エピタキシャル成長技術に使用される成膜装置では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部に、例えば、ウェーハを載置する。そして、このウェーハを加熱しながら成膜室内に、成膜のための原料となるガス（以下、単に原料ガスとも言う。）を供給する。すると、ウェー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、ウェーハ上にエピタキシャル膜が成膜される。

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ーハの表面に新たな原料ガスを次々に接触させて、気相成長の速度を向上させる必要がある。そこで、ウェーハを高速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。

従来のＳｉＣエピタキシャル装置では、ウェーハ上だけでなく、ウェーハを保持するサセプタの表面にもＳｉＣ膜が堆積していた。表面にＳｉＣ膜が堆積したサセプタは、表面部と裏面部の熱膨張率の違いにより変形するため、ウェーハを安定して保持することができず、高速回転することができない。

このようにサセプタに付着したＳｉＣ膜、特にＳｉＣ以外の材質から構成されるサセプタに付着したＳｉＣ膜は剥がれやすく、ＨＣｌ等を用いて剥がすことができる。しかしながら、サセプタのみならずチャンバ内壁に付着したＳｉＣ膜や、成膜室内のＳｉＣ部品、ＳｉＣを被覆した部品のＳｉＣも剥がされ、剥がれたＳｉＣ膜がパーティクル源になるという問題があった。

特開２００１−３４５２６８号公報

本発明は、サセプタに付着したＳｉＣを除去するとともに、除去したＳｉＣがパーティクル源となることを防止できるサセプタ処理方法及びサセプタ処理用プレートを提供することを目的とする。

本発明の一態様によるサセプタ処理方法は、成膜室内に設置されたサセプタ上にプレートを載置し、このサセプタの下方に設けられた主ヒータ及び前記成膜室の上部に設けられた補助ヒータを用いて、プレートよりもサセプタが高温となるように加熱し、サセプタの表面に形成されていたＳｉＣ膜を昇華させて前記プレートに付着させることによってサセプタからＳｉＣ膜を除去し、ＳｉＣが付着したプレートを成膜室から搬出することを特徴とする。

本発明の一態様によるサセプタ処理用プレートは、成膜室内のサセプタの表面に形成されたＳｉＣ膜を除去するサセプタ処理用プレートであって、カーボン、ＳｉＣ、又はＳｉＣを被覆したカーボンからなることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、サセプタに付着したＳｉＣを除去するとともに、除去したＳｉＣがパーティクル源となることを防止できる。

本発明の実施形態による成膜装置の概略構成図。 本発明の実施形態による成膜時のサセプタ断面図。 本発明の実施形態によるサセプタ処理用プレートの断面図。 変形例によるサセプタ処理用プレートの断面図。 変形例によるサセプタ処理用プレートの断面図。 変形例によるサセプタ処理用プレートの断面図。 変形例によるサセプタ処理用プレートの断面図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態による成膜装置の概略構成図である。成膜処理の対象である試料として、ＳｉＣからなる基板１０１が用いられる。図１では、サセプタ１０２に基板１０１を載置した状態を示している。そして、サセプタ１０２上に載置された基板１０１上に、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成するための原料となる複数種類のガス（プロセスガス）を供給し、基板１０１上で気相成長反応させて成膜を行う。

成膜装置１００は、基板１０１上で気相成長をさせてＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う成膜室として、チャンバ１０３を有する。

チャンバ１０３の内部において、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、開口部を有して構成されたリング状の形状を有する外周サセプタ１０２ａと、外周サセプタ１０２ａの内側に開口部を塞ぐように設けられた内部サセプタ１０２ｂとを有する。外周サセプタ１０２ｂの内周側には座ぐりが設けられ、この座ぐり内に基板１０１の外周部を受け入れて支持する構造を有する。サセプタ１０２は、ＳｉＣ、ＴａＣを用いて構成されることが好ましい。あるいは、カーボンの表面にＴａＣを被覆してサセプタ１０２を構成してもよい。

なお、サセプタ１０２の構造は、図１に示すものに限定されない。例えば、内部サセプタ１０２ｂを省略した構成としてもよい。

回転部１０４は、円筒部１０４ａと回転軸１０４ｂを有している。回転部１０４では、円筒部１０４ａの上部でサセプタ１０２を支持している。そして、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。こうして、サセプタ１０２の上に基板１０１が載置された場合、その基板１０１を回転させることができる。

図１において、円筒部１０４ａは、上部が開口する構造を有し、上部が開放された構造である。円筒部１０４ａ内には、ヒータ（主ヒータ）１２０が設けられている。ヒータ１２０には、例えば不純物がドープされたカーボン（Ｃ）材で構成される抵抗加熱ヒータが用いられる。ヒータ１２０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の内部を通る電極（図示せず）によって給電され、基板１０１をその裏面から加熱する。

また、円筒部１０４ａ内には、ヒータ１２０による加熱を効率的に行うために、ヒータ１２０の下方にリフレクタ１１０が設けられている。リフレクタ１１０は、カーボン、ＳｉＣ、又はＳｉＣを被覆したカーボンなどの耐熱性の高い材料を用いて構成される。また、リフレクタ１１０の下方には断熱材１１１が設けられており、ヒータ１２０からの熱がシャフト１０８等に伝わることを防止することができ、加熱時のヒータ電力を抑制することもできる。

シャフト１０８の内部には、基板昇降手段として昇降ピン（図示せず）が配置されている。昇降ピンの下端は、シャフト１０８の下部に設けられた図示されない昇降装置まで伸びている。そして、その昇降装置を動作させて昇降ピンを上昇または下降させることができる。この昇降ピンは、基板１０１をチャンバ１０３内へ搬入する時と、基板１０１をチャンバ１０３外へ搬出する時に使用される。昇降ピンは基板１０１を下方から支持し、持ち上げる。そして、搬送用ロボット（図示されない）との間で基板１０１の受け渡しができるように、基板１０１を回転部１０４上方の所定の位置で保持するように動作する。

また、この昇降ピンは、後述するプレート１７０（図３参照）をチャンバ１０３内へ搬入する時やチャンバ１０３外へ搬出する時にも使用される。

チャンバ１０３の下部には、ガスを排気するためのガス排気部１２５が設けられている。ガス排気部１２５は、調整バルブ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。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。

また、チャンバ１０３内には、成膜処理が行われる成膜領域と、チャンバ１０３の側壁（内壁）１０３ａとを仕切る円筒型のライナ１３０が設けられている。ライナ１３０は、カーボン又はＳｉＣを被覆したカーボン、ＳｉＣなどの耐熱性の高い材料を用いて構成される。

ライナ１３０と側壁１０３ａとの間には、基板１０１を上方から加熱する補助ヒータ１３１が設けられている。補助ヒータ１３１は例えば抵抗加熱型のヒータである。また、補助ヒータ１３１と側壁１０３ａとの間には断熱材１３２が設けられており、補助ヒータ１３１からの熱がチャンバ１０３に伝わることを防止する。このことにより、加熱時のヒータ電力を抑制することができる。

成膜装置１００のチャンバ１０３の上部には、熱効率を上げるために、ヒータ１２０や補助ヒータ１３１からの輻射を反射するリフレクタユニットＲＵ１、ＲＵ２が設けられている。リフレクタユニットＲＵ２はリフレクタユニットＲＵ１の下方に設けられている。

リフレクタユニットＲＵ１、ＲＵ２は、カーボン、ＳｉＣ、又はＳｉＣを被覆したカーボンを用いた薄板により構成されている。リフレクタユニットＲＵ１、ＲＵ２は１枚の薄板で構成してもよいし、複数枚の薄板を積層してもよい。

図１に示すように、成膜装置１００のチャンバ１０３の上部には、ガス供給部１６０が設けられている。ガス供給部１６０は、ガス流路（ガスパイプ）１６１〜１６３を介して、成膜領域にパージガスやＳｉＣソースガス等のプロセスガスを供給する。例えば、ガス流路１６１を介して成膜領域１０３ｂにパージガスとしてのアルゴンガス又は水素ガスが供給される。また、ガス流路１６２、１６３を介して、成膜領域１０３ｂにＳｉＣソースガスとしてシランガスやプロパンガスが供給される。図１では、各ガスに対して１本のガス流路が設けられているが、複数のガス流路を設けてもよい。

なお、チャンバ１０３の上部には放射温度計（図示せず）が設けられ、基板１０１の温度を測定することができる。この場合、チャンバ１０３の一部に石英ガラス窓を設け、石英ガラス窓を介して放射温度計で基板１０１の温度を測定する。

図２は、基板１０１が載置されたサセプタ１０２の概略構成図である。基板１０１上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する場合、基板１０１上だけでなくサセプタ１０２ａの表面にもＳｉＣエピタキシャル膜が形成される。

次に、このようなサセプタ１０２の表面に形成されたＳｉＣエピタキシャル膜を除去する方法について説明する。

まず、基板１０１上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成した後、基板１０１をチャンバ１０３外へ搬出する。

次に、図３に示すように、プレート１７０をチャンバ１０３内に搬入し、サセプタ１０２上に載置する。プレート１７０は、例えば、サセプタ１０２と同程度の大きさを有し、厚さが１ｍｍ程度の、カーボン、ＳｉＣ、ＳｉＣを被覆したカーボン、又はＴａＣを被覆したカーボンにより構成される。

サセプタ１０２上にプレート１７０を載置した後、チャンバ１０３内の温度を１５００〜１７００℃程度のＳｉＣが昇華する温度まで加熱する。このとき、ヒータ１２０の出力を大きくし、補助ヒータ１３１の出力を抑えることで、サセプタ１０２の温度がプレート１７０の温度よりも高くなるようにする。例えば、サセプタ１０２の温度がプレート１７０の温度よりも３０〜１００℃程度高くなるようにする。このとき、チャンバ１０３内には水素ガスを２０〜１００リットル／分程度供給し、チャンバ１０３内の圧力を５０〜４００Ｔｏｒｒ程度にすることが好ましい。

ＳｉＣは昇華すると低温の物体に付着（吸着）する。そのため、サセプタ１０２に形成されていたＳｉＣ膜が昇華すると、昇華したＳｉＣはプレート１７０に付着する。また、プレート１７０に接触している部分だけでなく、プレート１７０の近傍に位置するＳｉＣも昇華によりプレート１７０に付着する。そのため、外周サセプタ１０２ａの内周側に形成されていたＳｉＣも昇華してプレート１７０に付着する。

このことにより、サセプタ１０２の表面に形成されていたＳｉＣ膜をサセプタ１０２から除去することができる。

その後、チャンバ１０３内の温度を８００℃程度まで降温し、サセプタ１０２から除去されたＳｉＣが付着しているプレート１７０をチャンバ１０３外へ搬出する。

このように、本実施形態によれば、サセプタ１０２に形成されたＳｉＣ膜を昇華させ、プレート１７０に付着させることで、サセプタ１０２からＳｉＣを除去することができる。従って、エッチングによりＳｉＣを除去する必要がなく、サセプタや、チャンバ１０３の内壁１０３ａに形成されたＳｉＣ膜が剥がれてパーティクル源になることを防止できる。

上記実施形態では、図３に示すように平坦な形状のプレート１７０を使用したが、図４に示すように、外周サセプタ１０２ａの開口部に合わせた凸部を有する形状のプレート１７１を使用してもよい。このようなプレート１７１を用いることで、外周サセプタ１０２ａの開口部に形成されたＳｉＣを効率良く除去することができる。

また、図５に示すように、外周サセプタ１０２ａの上面及び外壁面（外周面）を覆うようなカップ型のプレート１７２を使用してもよい。このようなプレート１７２を用いることで、外周サセプタ１０２ａの上面だけでなく、外壁面に形成されたＳｉＣも除去することができる。

また、図６に示すように、外周サセプタ１０２ａの上面及び内壁面（内周面）を覆うリング状のプレート１７３を使用してもよい。このようなプレート１７３を用いることで、外周サセプタ１０２ａの開口部に形成されたＳｉＣを効率良く除去することができる。

また、図７に示すように、プレート１７２とプレート１７３とを組み合わせたプレート１７４を使用してもよい。このようなプレート１７３を用いることで、外周サセプタ１０２ａの上面だけでなく、外壁面に形成されたＳｉＣや、外周サセプタ１０２ａの開口部に形成されたＳｉＣを効率良く除去することができる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００ 成膜装置
１０１ 基板
１０２ サセプタ
１０３ チャンバ
１０３ａ 側壁（内壁）
１２０ 主ヒータ
１６０ ガス供給部
１７０〜１７４ プレート

Claims (6)

1. 成膜室内に設置されたサセプタ上にプレートを載置し、
   前記サセプタの下方に設けられた主ヒータ及び前記成膜室の上部に設けられた補助ヒータを用いて、前記プレートよりも前記サセプタが高温となるように加熱し、
   前記サセプタの表面に形成されていたＳｉＣ膜を昇華させて前記プレートに付着させることによって前記サセプタからＳｉＣ膜を除去し、
   ＳｉＣが付着した前記プレートを前記成膜室から搬出するサセプタ処理方法。
2. 前記サセプタはＳｉＣ、ＴａＣ、又はＴａＣを被覆したカーボンからなることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ処理方法。
3. 前記プレートは、カーボン、ＳｉＣ、ＳｉＣを被覆したカーボン、又はＴａＣを被覆したカーボンからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のサセプタ処理方法。
4. 前記主ヒータ及び前記補助ヒータによる加熱中は前記成膜室内に水素ガスを供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサセプタ処理方法。
5. 前記プレートは、前記サセプタの上面に接触することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のサセプタ処理方法。
6. 成膜室内のサセプタの表面に形成されたＳｉＣ膜を除去するために用いられるサセプタ処理用プレートであって、カーボン、ＳｉＣ、ＳｉＣを被覆したカーボン、又はＴａＣを被覆したカーボンからなることを特徴とするサセプタ処理用プレート。

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