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JP7593124B2 - Method and apparatus for manufacturing binary compound semiconductors - Google Patents
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Description

本発明は、炭化珪素(以下、SiCという)や窒化ガリウム(以下、GaNという)などの二元系化合物半導体の製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing binary compound semiconductors such as silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) and gallium nitride (hereinafter referred to as GaN).

従来、二元系化合物半導体の製造方法の1つとして、特許文献1に、SiCなどで構成される半導体基板上にエピタキシャル膜を成長させる化合物半導体装置の製造方法が提案されている。この製造方法では、ドーパントガスを事前に導入するプレドープを伴う昇温期間のステップと、原料ガスを導入し始め徐々に増加していく遷移期間のステップと、原料ガス導入量を一定に保つ定常成長期間のステップとを有したレシピでエピタキシャル膜を形成する。SiCのエピタキシャル膜を形成する場合には、原料ガスとしてシラン(SiH)とプロパン(C)を用いているが、原料ガス供給を安定して行えるように水素(H)などのキャリアガスを原料ガスと共に導入してエピタキシャル膜を成長させている。 Conventionally, as one of the methods for manufacturing binary compound semiconductors, Patent Document 1 proposes a method for manufacturing a compound semiconductor device in which an epitaxial film is grown on a semiconductor substrate made of SiC or the like. In this manufacturing method, an epitaxial film is formed using a recipe having a step of a temperature rise period accompanied by pre-doping in which a dopant gas is introduced in advance, a step of a transition period in which the introduction of a raw material gas starts and gradually increases, and a step of a steady growth period in which the amount of the raw material gas introduced is kept constant. When forming an epitaxial film of SiC, silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as raw material gases, and a carrier gas such as hydrogen (H 2 ) is introduced together with the raw material gas to stably supply the raw material gas to grow the epitaxial film.

特開2017-152487号公報JP 2017-152487 A

一般的に、原料ガスが収容された原料ガスボンベは、希釈ガスによって希釈されており、狙いのガス濃度に対して所定のガス濃度公差を有したものになっている。例えば、原料ガスと希釈ガスの混合ガスの全体積に対する原料ガスの体積比率が10%となるガス濃度が狙い濃度であるとすると、その±5%が許容公差とされている。このため、原料ガスの狙い濃度が10%であったとしても、9.5~10.5%のガス濃度となっている原料ガスボンベがエピタキシャル膜の形成に用いられることになる。 In general, raw gas cylinders that contain raw gas are diluted with dilution gas and have a certain gas concentration tolerance relative to the target gas concentration. For example, if the target gas concentration is one where the volume ratio of raw gas to the total volume of the mixed gas of raw gas and dilution gas is 10%, the allowable tolerance is ±5%. For this reason, even if the target concentration of raw gas is 10%, a raw gas cylinder with a gas concentration of 9.5 to 10.5% will be used to form the epitaxial film.

SiCなどの2次元化合物半導体でのエピタキシャル膜の形成において、アルミニウム(Al)や窒素(N)等のドーパント取込効率は、Si系材料とC系材料の含有されるSiとCの元素比率に大きく依存することが知られているが、原料ガスボンベの交換毎にそれが変わる。このため、原料ガスボンベの交換毎に、参照用の試料となる半導体基板を用意し、その上にエピタキシャル膜を形成したのち、半導体基板上におけるエピタキシャル膜の膜厚の面内分布、ドーパントの取込効率把握実験、濃度プロファイル測定を行っている。そして、その結果に基づいて検量線を求め、エピタキシャル膜を形成する際の原料ガスの濃度制御を行っている。 When forming epitaxial films on two-dimensional compound semiconductors such as SiC, it is known that the efficiency of dopant incorporation, such as aluminum (Al) or nitrogen (N), is highly dependent on the elemental ratio of Si and C contained in the Si-based material and the C-based material, but this changes every time the raw gas cylinder is replaced. For this reason, every time the raw gas cylinder is replaced, a semiconductor substrate is prepared as a reference sample, an epitaxial film is formed on it, and then the in-plane distribution of the epitaxial film thickness on the semiconductor substrate, an experiment to grasp the dopant incorporation efficiency, and concentration profile measurements are performed. Then, a calibration curve is obtained based on the results, and the raw gas concentration is controlled when forming the epitaxial film.

ところが、原料ガスボンベの交換前のエピタキシャル膜の成長条件での流量から始めて、少しずつ流量を変化させて、エピタキシャル膜の膜厚の面内分布やドーパントの取込効率および濃度プロファイルが狙いの値となるまで実験を行って検量線を求めることになる。このため、煩雑な実験が必要になるのに加えて、エピタキシャル膜の成膜レシピの固定が困難である。したがって、煩雑な実験を行わなくても良く、エピタキシャル膜の成膜レシピを容易に固定できるようにすることが望まれる。 However, starting from the flow rate under the epitaxial film growth conditions before the raw gas cylinder was replaced, the flow rate is gradually changed and experiments are performed until the in-plane distribution of the epitaxial film thickness, the dopant incorporation efficiency, and the concentration profile reach the target values to obtain a calibration curve. This requires complicated experiments, and also makes it difficult to fix the epitaxial film formation recipe. Therefore, it is desirable to be able to easily fix the epitaxial film formation recipe without having to perform complicated experiments.

なお、ここではエピタキシャル膜の膜厚の面内分布だけでなく、ドーパントの取込効率把握実験や濃度プロファイル測定を行うことについて説明した。しかしながら、ドーパントの取込効率や濃度プロファイルは、上記の通り、Si系材料やC系材料におけるSiとCの元素比率に大きく依存し、得られるエピタキシャル膜の膜厚の面内分布に影響する。このため、少なくともエピタキシャル膜の膜厚の面内分布が安定して狙い値となるように制御できれば、煩雑な実験を行わなくても良くなり、エピタキシャル膜の成膜レシピを容易に固定することが可能になる。 Here, we have explained not only the in-plane distribution of the epitaxial film thickness, but also the experiment to grasp the dopant incorporation efficiency and the concentration profile measurement. However, as mentioned above, the dopant incorporation efficiency and concentration profile are highly dependent on the element ratio of Si and C in the Si-based material and C-based material, and affect the in-plane distribution of the thickness of the obtained epitaxial film. Therefore, if it is possible to control at least the in-plane distribution of the epitaxial film thickness so that it is stable and reaches the target value, it will be possible to avoid the need for complicated experiments and to easily fix the epitaxial film formation recipe.

本発明は上記点に鑑みて、煩雑な実験を行わなくても良く、エピタキシャル膜の成膜レシピを容易に固定することが可能な二元系化合物半導体の製造方法、製造装置を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a method and apparatus for manufacturing binary compound semiconductors that can easily fix the epitaxial film formation recipe without the need for complicated experiments.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1原料を含む第1原料ガスと第2原料を含む第2原料ガスを供給して二元系化合物半導体の基板(1)上にエピタキシャル膜(2)を成長させる二元系化合物半導体の製造方法であって、希釈ガスによって第1原料ガスを第1ガス濃度で希釈させた第1原料希釈ガスを収容する第1原料ガスボンベ(41)と前記希釈ガスと同じもしくは異なる希釈ガスによって第2原料ガスを第2ガス濃度で希釈させた第2原料希釈ガスを収容する第2原料ガスボンベ(42)を用意することと、基板を収容すると共に加熱する成長室を構成する反応炉(20)を用意することと、を行う。また、第1原料ガスボンベと第2原料ガスボンベの少なくとも1つを交換する際に、第1ガス濃度と第2ガス濃度のうち交換するガスボンベのガス濃度の検査値を得ることと、検査値を装置制御部(90)に入力することと、を行う。そして、装置制御部にて、第1ガス濃度が狙い値である場合の第1原料と第2ガス濃度が狙い値である場合の第2原料の原子数となるように、検査値に基づいて、第1原料ガスボンベから反応炉に導入する第1原料希釈ガスのガス流量と第2原料ガスボンベから反応炉に導入する第2原料希釈ガスのガス流量を自動補正し、エピタキシャル膜を成長させる際のレシピを作成することを行い、そのレシピに従って、自動補正を行ったガス流量で第1原料希釈ガスおよび第2原料希釈ガスを基板が収容された反応炉に導入してエピタキシャル膜を成長させる。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a method for manufacturing a binary compound semiconductor by supplying a first raw material gas containing a first raw material and a second raw material gas containing a second raw material to grow an epitaxial film (2) on a binary compound semiconductor substrate (1), and includes preparing a first raw material gas cylinder (41) containing a first raw material dilution gas obtained by diluting the first raw material gas with a dilution gas at a first gas concentration, and a second raw material gas cylinder (42) containing a second raw material dilution gas obtained by diluting the second raw material gas with a dilution gas that is the same as or different from the dilution gas, and preparing a reaction furnace (20) constituting a growth chamber for accommodating and heating the substrate. In addition, when replacing at least one of the first raw material gas cylinder and the second raw material gas cylinder, an inspection value of the gas concentration of the gas cylinder to be replaced, one of the first gas concentration and the second gas concentration, is obtained, and the inspection value is input to the device control unit (90). Then, the device control unit automatically corrects the gas flow rate of the first raw material dilution gas introduced from the first raw material gas cylinder into the reactor and the gas flow rate of the second raw material dilution gas introduced from the second raw material gas cylinder into the reactor based on the test values so that the number of atoms of the first raw material when the first gas concentration is the target value and the number of atoms of the second raw material when the second gas concentration is the target value are obtained, and creates a recipe for growing an epitaxial film. In accordance with the recipe, the first raw material dilution gas and the second raw material dilution gas are introduced into the reactor containing the substrate at the automatically corrected gas flow rates to grow an epitaxial film.

このように、ボンベ交換の際には、交換後の第1ガス濃度と第2ガス濃度でも、狙い値の原子数が維持されるように、第1原料希釈ガスや第2原料希釈ガスのガス流量を自動補正してレシピを作成している。例えば、ボンベ交換を行った第1原料ガスボンベの第1原料希釈ガスのガス濃度や第2原料ガスボンベの第2原料希釈ガスのガス濃度を検査し、ガス濃度の狙い値に対する検査値の比率算出を行う。そして、算出した比率に基づいて、交換前後での第1原料と第2原料の原子数が同じとなるように、第1原料希釈ガスと第2原料希釈ガスのガス流量を自動補正し、それに基づいてレシピを作成している。 In this way, when replacing the cylinders, the gas flow rates of the first and second raw material dilution gases are automatically corrected to create a recipe so that the target number of atoms is maintained even for the first and second gas concentrations after replacement. For example, the gas concentration of the first raw material dilution gas in the first raw material gas cylinder after cylinder replacement and the gas concentration of the second raw material dilution gas in the second raw material gas cylinder are inspected, and the ratio of the inspection value to the target gas concentration is calculated. Then, based on the calculated ratio, the gas flow rates of the first and second raw material dilution gases are automatically corrected so that the number of atoms of the first and second raw materials are the same before and after replacement, and a recipe is created based on this.

このようにして得たレシピに従ってエピタキシャル膜を成長させることで、第1原料と第2原料の原子数をボンベ交換前後で一定にでき、安定させられることから、エピタキシャル膜の膜厚の面内分布を安定して狙った値にすることができる。よって、煩雑な実験を行わなくても良く、エピタキシャル膜の成膜レシピを容易に固定することが可能となる。 By growing an epitaxial film according to the recipe obtained in this way, the atomic numbers of the first and second raw materials can be kept constant and stabilized before and after changing the cylinder, so that the in-plane distribution of the epitaxial film's thickness can be stably set to the target value. This makes it possible to easily fix the epitaxial film formation recipe without having to carry out complicated experiments.

また、請求項8に記載の発明では、第1原料を含む第1原料ガスと第2原料を含む第2原料ガスを供給して二元系化合物半導体の基板(1)上にエピタキシャル膜(2)を成長させる二元系化合物半導体の製造装置であって、希釈ガスによって第1原料ガスを第1ガス濃度で希釈させた第1原料希釈ガスを収容する第1原料ガスボンベ(41)と、前記希釈ガスと同じもしくは異なる希釈ガスによって第2原料ガスを第2ガス濃度で希釈させた第2原料希釈ガスを収容する第2原料ガスボンベ(42)と、基板を収容すると共に加熱する成長室を構成する反応炉(20)と、第1ガス濃度が狙い値である場合の第1原料と第2ガス濃度が狙い値である場合の第2原料のガス流量を記憶すると共に、第1原料ガスボンベと第2原料ガスボンベの少なくとも1つの交換の際に、第1ガス濃度と第2ガス濃度のうち交換するガスボンベのガス濃度の検査値を入力し、第1ガス濃度が狙い値である場合の第1原料と第2ガス濃度が狙い値である場合の第2原料の原子数となるように、検査値に基づいて、第1原料ガスボンベから反応炉に導入する第1原料希釈ガスのガス流量と第2原料ガスボンベから反応炉に導入する第2原料希釈ガスのガス流量を自動補正し、エピタキシャル膜を成長させる際のレシピを作成する装置制御部(90)と、を備える。 In addition, the invention described in claim 8 is a manufacturing apparatus for a binary compound semiconductor that supplies a first raw material gas containing a first raw material and a second raw material gas containing a second raw material to grow an epitaxial film (2) on a substrate (1) of a binary compound semiconductor, and includes a first raw material gas cylinder (41) that contains a first raw material dilution gas obtained by diluting the first raw material gas with a dilution gas to a first gas concentration, a second raw material gas cylinder (42) that contains a second raw material dilution gas obtained by diluting the second raw material gas with a dilution gas that is the same as or different from the dilution gas, a reaction furnace (20) that constitutes a growth chamber that contains and heats the substrate, and a gas mixture containing the first raw material and the second raw material when the first gas concentration is a target value. The device control unit (90) stores the gas flow rate of the second raw material when the second gas concentration is a target value, and when replacing at least one of the first raw material gas cylinder and the second raw material gas cylinder, inputs an inspection value of the gas concentration of the gas cylinder to be replaced, out of the first gas concentration and the second gas concentration, and automatically corrects the gas flow rate of the first raw material dilution gas introduced from the first raw material gas cylinder to the reactor and the gas flow rate of the second raw material dilution gas introduced from the second raw material gas cylinder to the reactor based on the inspection value so that the number of atoms of the first raw material when the first gas concentration is the target value and the number of atoms of the second raw material when the second gas concentration is the target value are obtained, and creates a recipe for growing an epitaxial film.

このように、請求項1に記載したエピタキシャル膜の製造方法を実現する製造装置とすることもできる。このような製造装置とすることにより、煩雑な実験を行わなくても良く、エピタキシャル膜の成膜レシピを容易に固定することが可能となる。 In this way, it is possible to realize a manufacturing apparatus that realizes the epitaxial film manufacturing method described in claim 1. By using such a manufacturing apparatus, it is possible to easily fix the epitaxial film formation recipe without having to perform complicated experiments.

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。 The reference symbols in parentheses attached to each component indicate an example of the correspondence between the component and the specific components described in the embodiments described below.

第1実施形態にかかるエピタキシャル膜製造装置の概略構成を示した図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an epitaxial film manufacturing apparatus according to a first embodiment. 従来のエピタキシャル膜の製造フローを示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a conventional manufacturing flow of an epitaxial film. サセプタ部の中心からの距離となるサセプタ半径と、その場所でのエピタキシャル膜のp型不純物濃度を調べた結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of investigating the susceptor radius, which is the distance from the center of the susceptor portion, and the p-type impurity concentration of the epitaxial film at that location. エピタキシャル膜の厚み方向となる深さ(Depth)とp型不純物濃度との関係について調べた結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the results of an investigation into the relationship between the depth in the thickness direction of an epitaxial film and the p-type impurity concentration. 第1実施形態にかかる製造方法に基づく製造フローを示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing flow based on the manufacturing method according to the first embodiment. 第1実施形態にかかる製造方法において作成されるレシピの一例を示した図表である。4 is a table showing an example of a recipe created in the manufacturing method according to the first embodiment.

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。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態にかかる二元系化合物半導体の製造方法および製造装置について説明する。ここでは、二元系化合物半導体としてSiC基板上にSiCのエピタキシャル膜を形成する場合を例に挙げて説明するが、SiC以外の二元系化合物半導体についても本実施形態を適用可能である。また、SiC基板上に形成されたエピタキシャル膜やイオン注入層上に更にエピタキシャル膜を形成する場合にも本実施形態を適用可能である。
First Embodiment
A method and an apparatus for manufacturing a binary compound semiconductor according to a first embodiment of the present invention will be described. Here, an example will be described in which an epitaxial film of SiC is formed on a SiC substrate as a binary compound semiconductor, but this embodiment can also be applied to binary compound semiconductors other than SiC. This embodiment can also be applied to a case in which an epitaxial film is further formed on an epitaxial film or an ion-implanted layer formed on a SiC substrate.

まず、本実施形態の二元系化合物半導体の製造装置であるエピタキシャル膜製造装置について、図1を参照して説明する。 First, the epitaxial film manufacturing apparatus, which is the binary compound semiconductor manufacturing apparatus of this embodiment, will be described with reference to FIG.

図1に示すエピタキシャル膜成長装置10は、SiCで構成された基板1の表面上にエピタキシャル膜2を成長させる装置である。図1に示すように、本実施形態のエピタキシャル膜成長装置10は、炉体20、ガス導入口30、各種ガスボンベ40、ガス導入路50、ガス排出口60、サセプタ部70、加熱部80、および装置制御部90等を備えた構成とされている。 The epitaxial film growth apparatus 10 shown in FIG. 1 is an apparatus for growing an epitaxial film 2 on the surface of a substrate 1 made of SiC. As shown in FIG. 1, the epitaxial film growth apparatus 10 of this embodiment is configured to include a furnace body 20, a gas inlet 30, various gas cylinders 40, a gas inlet 50, a gas outlet 60, a susceptor section 70, a heating section 80, and an apparatus control section 90.

炉体20は、反応炉に相当するもので、石英等で構成されるカバー21の内側に、断熱材22および被加熱部23が順に配置された構成とされており、内部にエピタキシャル膜2を成長させる基板1が設置される成長室24を構成する中空部を有した筒状とされている。なお、被加熱部23は、後述する加熱部80によって誘導加熱される部分であり、本実施形態では成長室24を略囲むように配置されている。また、被加熱部23は、例えば、カーボン等で構成される。 The furnace body 20 corresponds to a reaction furnace, and is configured with a heat insulating material 22 and a heated portion 23 arranged in that order inside a cover 21 made of quartz or the like, and is cylindrical with a hollow portion that constitutes a growth chamber 24 in which a substrate 1 for growing an epitaxial film 2 is placed. The heated portion 23 is a portion that is induction heated by a heating portion 80, which will be described later, and is arranged so as to substantially surround the growth chamber 24 in this embodiment. The heated portion 23 is also made of, for example, carbon or the like.

ガス導入口30は、エピタキシャル膜2を成長させるための各種ガスを炉体20の成長室24内に導入する入口となる部分であり、筒状である炉体20の一端部側に備えられている。そして、ガス導入口30にガス導入路50を通じて各種ガスボンベ40が接続されている。これにより、ガス導入口30から、Si原料を含有するSi原料ガス、C原料を含有するC原料ガス、ドーパント原料を含有するドーパント原料ガス等が成長室24内に導入される。 The gas inlet 30 is an inlet for introducing various gases for growing the epitaxial film 2 into the growth chamber 24 of the furnace body 20, and is provided on one end side of the cylindrical furnace body 20. Various gas cylinders 40 are connected to the gas inlet 30 through gas inlet paths 50. As a result, Si raw material gas containing Si raw material, C raw material gas containing C raw material, dopant raw material gas containing dopant raw material, etc. are introduced into the growth chamber 24 from the gas inlet 30.

各種ガスボンベ40として、Si原料ガスボンベ41、C原料ガスボンベ42、ドーパントガスボンベ43が備えられている。各種ガスボンベ40は、それぞれ個別に交換可能とされており、ガスが無くなると新しいものに交換される。 The various gas cylinders 40 include a Si source gas cylinder 41, a C source gas cylinder 42, and a dopant gas cylinder 43. Each of the various gas cylinders 40 is individually replaceable, and when the gas runs out, it is replaced with a new one.

Si原料ガスボンベ41は、Si原料ガスを収容するものであり、希釈ガスによりSi原料ガスを所定のガス濃度で希釈したSi原料希釈ガスを収容している。Si原料希釈ガスに含めるSi原料ガスとして、例えばSiH(シラン)ガスを用いているが、SiHCl、SiHCl、SiCl等のエッチング作用があるClを含む塩素系Si原料ガス(クロライド系原料)を用いることもできる。また、Si原料希釈ガスとしては、例えば、シランに対してHを添加したガスを用いることもできる。 The Si raw material gas cylinder 41 contains the Si raw material gas, and contains the Si raw material diluted gas obtained by diluting the Si raw material gas with a dilution gas to a predetermined gas concentration. As the Si raw material gas contained in the Si raw material diluted gas, for example, SiH4 (silane) gas is used, but a chlorine-based Si raw material gas (chloride-based raw material) containing Cl having an etching effect, such as SiH2Cl2 , SiHCl3 , or SiCl4 , can also be used. In addition, as the Si raw material diluted gas, for example, a gas in which H2 is added to silane can also be used.

C原料ガスボンベ42は、C原料ガスを収容するものであり、希釈ガスによりC原料ガスを所定のガス濃度に希釈したC原料希釈ガスを収容している。C原料希釈ガスに含めるC原料ガスとしては、例えば、C(プロパン)ガス等を用いている。 The C raw material gas cylinder 42 contains the C raw material gas and contains a C raw material diluted gas obtained by diluting the C raw material gas with a dilution gas to a predetermined gas concentration. As the C raw material gas contained in the C raw material diluted gas, for example, C 3 H 8 (propane) gas or the like is used.

ドーパントガスボンベ43は、ドーパント原料ガスを収容するものであり、希釈ガスによりドーパント原料ガスを所定のガス濃度に希釈したドーパント原料希釈ガスを収容している。ドーパント原料希釈ガスは、エピタキシャル膜2の導電型を制御するためのガスであり、形成したいエピタキシャル膜2の導電型に応じたドーパント原料ガスが含められる。N型SiCをエピタキシャル成長させる場合は、ドーパント原料ガスとして、例えば、N(窒素)を含むドーパント原料希釈ガスが用いられる。P型SiCをエピタキシャル成長させる場合は、ドーパント原料ガスとして、例えばTMA(トリメチルアルミニウム)を含むドーパント原料希釈ガスが用いられる。 The dopant gas cylinder 43 contains a dopant source gas, and contains a dopant source diluted gas obtained by diluting the dopant source gas with a dilution gas to a predetermined gas concentration. The dopant source diluted gas is a gas for controlling the conductivity type of the epitaxial film 2, and contains a dopant source gas corresponding to the conductivity type of the epitaxial film 2 to be formed. When epitaxially growing N-type SiC, for example, a dopant source diluted gas containing N 2 (nitrogen) is used as the dopant source gas. When epitaxially growing P-type SiC, for example, a dopant source diluted gas containing TMA (trimethylaluminum) is used as the dopant source gas.

各種ガスボンベ40における希釈ガスとしては、SiやCを含まないガスが用いられ、例えば、Hガスや、Ar、He等の不活性ガス(希ガス)が用いられる。これらSiやCを含まないガスを用いることにより、原料ガスの拡散を抑制すると共に、不要なSi、C、もしくはSiC生成物が形成されることを抑制し、パーティクル源とならないようにすることができる。 As the dilution gas in the various gas cylinders 40, a gas that does not contain Si or C is used, such as H2 gas or an inert gas (rare gas) such as Ar or He. By using such a gas that does not contain Si or C, it is possible to suppress the diffusion of the source gas and to suppress the formation of unnecessary Si, C, or SiC products, so that they do not become a particle source.

各種ガスボンベ40における原料ガスのガス濃度、つまり希釈ガスと原料ガスの混合ガスの全体積に対する原料ガスの体積比率は、所定の狙い値となるように調整されている。しかしながら、実際のガス濃度は、狙いのガス濃度に対して所定のガス濃度公差を有したものになっている。Si原料ガスボンベ41の場合、例えば狙いのガス濃度が10%とされ、その±5%が許容公差とされる。このため、Si原料ガスボンベ41における実際のガス濃度は、9.5~10.5%の範囲でバラツキがある。C原料ガスボンベ42の場合、例えば狙いのガス濃度が30%とされ、その±5%が許容公差とされる。このため、C原料ガスボンベ42における実際のガス濃度は、28.5~31.5%の範囲でバラツキがある。ドーパントガスボンベ43の場合、ドーパント原料ガスとしてNを用いるのであれば、例えば狙いのガス濃度が1.0%とされ、その±5%が許容公差とされる。このため、ドーパントガスボンベ43における実際のガス濃度は、0.95~1.05%の範囲でバラツキがある。 The gas concentration of the source gas in each gas cylinder 40, that is, the volume ratio of the source gas to the total volume of the mixed gas of the dilution gas and the source gas, is adjusted to a predetermined target value. However, the actual gas concentration has a predetermined gas concentration tolerance with respect to the target gas concentration. In the case of the Si source gas cylinder 41, for example, the target gas concentration is set to 10%, and the allowable tolerance is ±5%. Therefore, the actual gas concentration in the Si source gas cylinder 41 varies in the range of 9.5 to 10.5%. In the case of the C source gas cylinder 42, for example, the target gas concentration is set to 30%, and the allowable tolerance is ±5%. Therefore, the actual gas concentration in the C source gas cylinder 42 varies in the range of 28.5 to 31.5%. In the case of the dopant gas cylinder 43, if N2 is used as the dopant source gas, for example, the target gas concentration is set to 1.0%, and the allowable tolerance is ±5%. Therefore, the actual gas concentration in the dopant gas cylinder 43 varies within the range of 0.95 to 1.05%.

ガス導入路50は、各種ガスボンベ40と炉体20との間を接続するガス流路を構成するものである。ガス導入路50は、Si原料ガスボンベ41に繋がる第1通路51、C原料ガスボンベ42に繋がる第2通路52、およびドーパントガスボンベ43に繋がる第3通路53を有し、第1~第3通路51~53それぞれに流量調整弁54~56を備えている。流量調整弁54~56は、装置制御部90からの制御信号に基づいて開度調整が可能となっており、この流量調整弁54~56が個別に制御されることで、各種ガスボンベ40から第1~第3通路51~53に供給されるガス流量が調整される。 The gas inlet passage 50 constitutes a gas flow path connecting the various gas cylinders 40 and the furnace body 20. The gas inlet passage 50 has a first passage 51 connected to the Si raw material gas cylinder 41, a second passage 52 connected to the C raw material gas cylinder 42, and a third passage 53 connected to the dopant gas cylinder 43, and the first to third passages 51 to 53 are each equipped with a flow control valve 54 to 56. The flow control valves 54 to 56 can adjust their opening based on a control signal from the device control unit 90, and the flow control valves 54 to 56 are individually controlled to adjust the flow rate of gas supplied from the various gas cylinders 40 to the first to third passages 51 to 53.

ガス排出口60は、炉体20のうちのガス導入口30と反対側に配置されており、成長室24を通過した後の未反応ガス等を排出する。また、ガス排出口60は、成長室24内の雰囲気圧力を適宜調整できるように、図示しない吸引部等と接続されて成長室24を真空吸引できるようになっている。 The gas exhaust port 60 is located on the opposite side of the furnace body 20 to the gas inlet port 30, and exhausts unreacted gases and the like that have passed through the growth chamber 24. The gas exhaust port 60 is also connected to a suction section (not shown) or the like so that the atmospheric pressure in the growth chamber 24 can be appropriately adjusted, and the growth chamber 24 can be evacuated.

サセプタ部70は、円盤状とされ、基板1が設置される設置面を構成する設置部71と、設置部71の中央部から下方に延びる支持軸72とを有しており、設置部71がガス導入口30とガス排出口60との間に位置するように配置されている。そして、サセプタ部70は、支持軸72が図示しない回転機構に連結されることによって回転可能とされている。 The susceptor section 70 is disk-shaped and has a mounting section 71 that constitutes a mounting surface on which the substrate 1 is placed, and a support shaft 72 that extends downward from the center of the mounting section 71, with the mounting section 71 being disposed between the gas inlet 30 and the gas outlet 60. The susceptor section 70 is made rotatable by connecting the support shaft 72 to a rotation mechanism (not shown).

なお、ここではサセプタ部70の設置面に基板1を複数枚配置した図を示してあるが、設置面に配置される基板1の枚数については任意である。例えば1枚の場合には、サセプタ部70の中心と基板1の中心が一致するように配置され、複数枚の場合には、サセプタ部70の中心に対して周方向に並べて各基板1が配置される。 Note that, although the figure shows multiple substrates 1 arranged on the mounting surface of the susceptor section 70, the number of substrates 1 arranged on the mounting surface is arbitrary. For example, in the case of a single substrate, the substrate 1 is arranged so that the center of the susceptor section 70 coincides with the center of the substrate 1, and in the case of multiple substrates, the substrates 1 are arranged in a circumferential line around the center of the susceptor section 70.

加熱部80は、炉体20を囲むように配置されたコイルで構成されている。そして、加熱部80は、交流電流が印加されることによって被加熱部25を誘導加熱する。これにより、成長室24内が所定温度に維持される。 The heating section 80 is composed of a coil arranged to surround the furnace body 20. The heating section 80 inductively heats the heated section 25 by applying an alternating current. This maintains the inside of the growth chamber 24 at a predetermined temperature.

装置制御部90は、各流量調整弁54~56の開度を制御することで、Si原料ガスボンベ41によるSi原料希釈ガス、C原料ガスボンベ42によるC原料希釈ガス、ドーパントガスボンベ43によるドーパント原料希釈ガスのガス流量を制御する。例えば、装置制御部90は、各流量調整弁54~56に対して開度を制御するための制御信号を伝えることで、各ガス流量を制御している。 The device control unit 90 controls the opening degree of each of the flow rate adjustment valves 54 to 56 to control the gas flow rate of the diluted Si raw material gas from the Si raw material gas cylinder 41, the diluted C raw material gas from the C raw material gas cylinder 42, and the diluted dopant raw material gas from the dopant gas cylinder 43. For example, the device control unit 90 controls each gas flow rate by transmitting a control signal for controlling the opening degree to each of the flow rate adjustment valves 54 to 56.

より詳しくは、装置制御部90は、Si原料ガスボンベ41とC原料ガスボンベ42の少なくとも1つが交換された際に、ガス濃度が所定の狙い値と異なっていても、狙い値の場合と同様の条件でエピタキシャル膜2が成長させられるように各ガス流量を制御する。つまり、装置制御部90はガス濃度が狙い値である場合の各ガス流量のレシピを記憶しており、これと実際のガス濃度の検査値に基づいて、交換後にも、狙い値の場合とガス分子数、換言すればSiとCの原子数が同じとなるようにガス流量を自動補正する。また、ドーパントガスボンベ43が交換される場合にも、交換後に、ドーパント原料希釈ガスのガス濃度が狙い値である場合のガス分子量、換言すればドーパントの原子数が同じとなるようにガス流量を自動補正する。そして、自動補正の結果に基づいて交換後のレシピを作成し、エピタキシャル膜2の成長工程の際に、レシピに従って各流量調整弁54~56の開度を制御してガス流量するようになっている。なお、自動補正や交換後のレシピの作成の方法については後で詳細に説明する。 More specifically, when at least one of the Si raw material gas cylinder 41 and the C raw material gas cylinder 42 is replaced, the device control unit 90 controls the flow rate of each gas so that the epitaxial film 2 can be grown under the same conditions as when the gas concentration is the target value, even if the gas concentration is different from the predetermined target value. In other words, the device control unit 90 stores a recipe for each gas flow rate when the gas concentration is the target value, and automatically corrects the gas flow rate based on this and the test value of the actual gas concentration so that the number of gas molecules, in other words the number of Si and C atoms, is the same as when the gas concentration is the target value, even after the replacement. Also, when the dopant gas cylinder 43 is replaced, the gas flow rate is automatically corrected so that the gas molecular weight, in other words the number of dopant atoms, is the same as when the gas concentration of the dopant raw material dilution gas is the target value. Then, a recipe after the replacement is created based on the result of the automatic correction, and during the growth process of the epitaxial film 2, the opening degree of each flow rate control valve 54 to 56 is controlled according to the recipe to control the gas flow rate. The automatic correction and how to create recipes after replacement will be explained in detail later.

以上が本実施形態におけるエピタキシャル膜成長装置10の構成である。続いて、本実施形態のSiC半導体の製造方法について、従来の製造方法を参照しつつ説明する。 The above is the configuration of the epitaxial film growth apparatus 10 in this embodiment. Next, the method for manufacturing a SiC semiconductor in this embodiment will be explained with reference to a conventional manufacturing method.

従来の製造方法では、図2に示す製造フローに従ってエピタキシャル膜を成長させる。まず、ステップS100として、各種ガスボンベの交換を行ったのち、ステップS110として、参照用の試料となるSiC基板上にエピタキシャル膜を成長させ、各種パラメータを測定する。具体的には、その膜厚の面内分布やドーパントの取込効率および濃度プロファイルを測定するという実験を行う。 In the conventional manufacturing method, an epitaxial film is grown according to the manufacturing flow shown in FIG. 2. First, in step S100, various gas cylinders are replaced, and then in step S110, an epitaxial film is grown on a SiC substrate that serves as a reference sample, and various parameters are measured. Specifically, experiments are performed to measure the in-plane distribution of the film thickness, the dopant incorporation efficiency, and the concentration profile.

このとき、最初は各種ガスボンベの交換前のエピタキシャル膜の成長条件での流量から始めて、少しずつ流量を変化させて、エピタキシャル膜の膜厚の面内分布やドーパントの取込効率および濃度プロファイルの各パラメータが狙いの値となるまで実験を行う。そして、ステップS120として、各パラメータが狙いの値となる検量線を求める。 At this time, the flow rate is first set to the epitaxial film growth conditions before the various gas cylinders were replaced, and the flow rate is gradually changed until the parameters of the in-plane distribution of the epitaxial film thickness, the dopant incorporation efficiency, and the concentration profile reach the target values. Then, in step S120, a calibration curve is obtained in which each parameter reaches the target value.

その後、ステップS130として、先ほど求めた検量線に基づいて、各パラメータが狙いの値となるようにするレシピを作成する。そして、ステップS140として、作成したレシピに従ってエピタキシャル膜を成長させることで、各パラメータが狙いの値となるエピタキシャル膜を得る。 After that, in step S130, a recipe is created based on the calibration curve obtained earlier, so that each parameter reaches its target value. Then, in step S140, an epitaxial film is grown according to the created recipe, thereby obtaining an epitaxial film in which each parameter reaches its target value.

このように、エピタキシャル膜の各パラメータが狙いの値なるようにするには、各種ガスボンベの交換前のエピタキシャル膜の成長条件での流量から始めて、少しずつ流量を変化させて実験を行うことが必要になる。 In this way, to ensure that each parameter of the epitaxial film reaches the target value, it is necessary to start with the flow rate that was in effect for the epitaxial film growth conditions before the various gas cylinders were replaced, and then conduct experiments by gradually changing the flow rate.

上記したように、例えば、Si原料希釈ガスのガス濃度としては10%が狙い濃度とされ、その±5%が許容公差とされるため、Si原料希釈ガスの狙い濃度が10%であったとしても、Si原料ガスボンベは9.5~10.5%のガス濃度となっている。このようにガス濃度のバラツキがあるため、成長させたエピタキシャル膜の各パラメータにバラツキが生じ、各種ガスの流量を変化させて様々な実験を行うことになる。 As mentioned above, for example, the target gas concentration of the Si raw material dilution gas is 10%, with an allowable tolerance of ±5%, so even if the target concentration of the Si raw material dilution gas is 10%, the gas concentration in the Si raw material gas cylinder is 9.5 to 10.5%. Because of this variation in gas concentration, there is variation in each parameter of the grown epitaxial film, and various experiments are conducted by changing the flow rate of each gas.

例えば、C原料希釈ガスのガス濃度が狙い値である場合(ref.)と狙い値から+5%、-5%バラツキがあった場合それぞれについて、サセプタ部70の中心からの距離となるサセプタ半径と、その場所でのエピタキシャル膜のp型不純物濃度を調べた。また、エピタキシャル膜の厚み方向となる深さとp型不純物濃度との関係について調べた。図3および図4は、これらの結果を示した図である。 For example, the susceptor radius, which is the distance from the center of the susceptor part 70, and the p-type impurity concentration of the epitaxial film at that location were investigated for the case where the gas concentration of the C raw material dilution gas was the target value (ref.) and the case where there was a variation of +5% and -5% from the target value. In addition, the relationship between the depth in the thickness direction of the epitaxial film and the p-type impurity concentration was investigated. Figures 3 and 4 show these results.

図3に示すように、サセプタ半径に対するp型不純物濃度について、+5%の場合と-5%の場合、いずれの場合も狙い値の場合の値から大きくずれている。また、図4に示すように、エピタキシャル膜の深さ毎のp型不純物濃度についても、+5%の場合と-5%の場合、いずれの場合も狙い値の場合の値から大きくずれている。このため、原料ガスボンベの交換毎に、参照用の試料となるSiC基板を用意し、その上にエピタキシャル膜を形成したのち、エピタキシャル膜の膜厚の面内分布、ドーパントの取込効率把握実験、濃度プロファイル測定を繰り返し行うことが必要になるのである。したがって、各パラメータが狙い値となるまで実験を行って検量線を求めることになり、煩雑な実験が必要になるのに加えて、エピタキシャル膜の成膜レシピの固定が困難になる。 As shown in Figure 3, the p-type impurity concentration relative to the susceptor radius is significantly different from the target value in both cases of +5% and -5%. Also, as shown in Figure 4, the p-type impurity concentration for each depth of the epitaxial film is significantly different from the target value in both cases of +5% and -5%. For this reason, every time the raw gas cylinder is replaced, it is necessary to prepare a SiC substrate as a reference sample, form an epitaxial film on it, and then repeatedly perform experiments to determine the in-plane distribution of the epitaxial film thickness, dopant incorporation efficiency, and concentration profile measurement. Therefore, experiments must be performed until each parameter reaches the target value to obtain a calibration curve, which not only requires complicated experiments but also makes it difficult to fix the epitaxial film formation recipe.

そこで、本実施形態では、煩雑な実験を行わなくても良く、エピタキシャル膜の成膜レシピを容易に固定することが可能となるように、図5に示す製造フローに従って原料ガスやドーパントガスの濃度制御を行いつつ、基板1上にエピタキシャル膜2を成長させる。 Therefore, in this embodiment, in order to eliminate the need for complicated experiments and to easily fix the epitaxial film formation recipe, the epitaxial film 2 is grown on the substrate 1 while controlling the concentrations of the source gas and dopant gas according to the manufacturing flow shown in Figure 5.

まず、ステップS200では、各種ガスボンベ41~43を用意し、各種ガスボンベ41~43を交換する。このとき、各種ガスボンベ41~43のうちガスが空もしくは概ね空になったものだけを交換しても良い。 First, in step S200, the various gas cylinders 41 to 43 are prepared and the various gas cylinders 41 to 43 are replaced. At this time, only those of the various gas cylinders 41 to 43 that are empty or nearly empty of gas may be replaced.

次に、ステップS210では、Si原料ガスボンベ41、C原料ガスボンベ42およびドーパントガスボンベ43それぞれにおけるガス濃度を検査して検査値を得る。そして、検査した各ガス濃度を装置制御部90に入力する。 Next, in step S210, the gas concentrations in the Si source gas cylinder 41, the C source gas cylinder 42, and the dopant gas cylinder 43 are inspected to obtain inspection values. Then, the inspected gas concentrations are input to the device control unit 90.

Si原料ガスボンベ41におけるSi原料希釈ガスのガス濃度については、例えば10%が狙い値とされ、9.5~10.5%の範囲のバラツキがあるが、ガス濃度が特定されて流通している場合がある。その場合には、その特定されているガス濃度を確認することにより検査を行う。同様に、C原料ガスボンベ42におけるC原料希釈ガスのガス濃度についても、例えば30%が狙い値とされ、28.5~31.5%の範囲でバラツキがあるが、ガス濃度が特定されて流通している場合がある。その場合にも、その特定されているガス濃度を確認することにより検査を行う。更に、ドーパントガスボンベ43におけるドーパントガスのガス濃度についても、例えば1.0%が狙い値とされ、0.95~1.05%の範囲でバラツキがあるが、ガス濃度が特定されて流通している場合がある。その場合にも、その特定されているガス濃度を確認することにより検査を行う。 The gas concentration of the Si raw material diluted gas in the Si raw material gas cylinder 41 is, for example, set to a target value of 10%, and may vary in the range of 9.5 to 10.5%, but the gas concentration may be specified and distributed. In such cases, inspection is performed by confirming the specified gas concentration. Similarly, the gas concentration of the C raw material diluted gas in the C raw material gas cylinder 42 is, for example, set to a target value of 30%, and may vary in the range of 28.5 to 31.5%, but the gas concentration may be specified and distributed. In such cases, inspection is also performed by confirming the specified gas concentration. Furthermore, the gas concentration of the dopant gas in the dopant gas cylinder 43 is, for example, set to a target value of 1.0%, and may vary in the range of 0.95 to 1.05%, but the gas concentration may be specified and distributed. In such cases, inspection is also performed by confirming the specified gas concentration.

続いて、ステップS220として、装置制御部90において、狙い値に対する検査値の比率算出を行う。例えば、Si原料ガスボンベ41を例に挙げると、Si原料希釈ガスのガス濃度の狙い値が10%である場合において、実際のガス濃度の検査値が10.5%であるとすると、狙い値に対する検査値の比率は1.05になる。同様に、C原料ガスボンベ42の場合、C原料希釈ガスのガス濃度の狙い値が30%である場合において、実際のガス濃度の検査値が29.0%であるとすると、狙い値に対する検査値の比率は0.967になる。 Next, in step S220, the device control unit 90 calculates the ratio of the test value to the target value. For example, in the case of the Si raw material gas cylinder 41, if the target value of the gas concentration of the Si raw material diluted gas is 10% and the actual test value of the gas concentration is 10.5%, the ratio of the test value to the target value is 1.05. Similarly, in the case of the C raw material gas cylinder 42, if the target value of the gas concentration of the C raw material diluted gas is 30% and the actual test value of the gas concentration is 29.0%, the ratio of the test value to the target value is 0.967.

その後、ステップS230として、算出した比率に基づき、交換後にも、狙い値の場合とガス分子数、換言すればSiとCの原子数が同じとなるようにガス流量を自動補正すると共に、そのレシピを作成して装置制御部90で記憶しておく。 Then, in step S230, the gas flow rate is automatically corrected based on the calculated ratio so that the number of gas molecules, in other words the number of Si and C atoms, is the same as the target value even after replacement, and a recipe for this is created and stored in the device control unit 90.

すなわち、ガス濃度が狙い値である場合のレシピに対応して、実際のガス濃度から算出した検査値に基づく補正を行ったレシピを作成する。一例を挙げると、図6に示すようなレシピを作成する。図6は、Si原料ガスボンベ41とC原料ガスボンベ42を交換する場合を示しているが、Si原料ガスボンベ41とC原料ガスボンベ42の少なくとも一方を交換する場合に、交換する側のガス流量を自動補正する。また、図6では、ドーパントガスボンベ43については交換していない場合を示しているが、交換する場合には、後述するSi原料希釈ガスやC原料希釈ガスと同様に自動補正を行えば良い。なお、この図では、標準条件、例えば27℃、1気圧下で各ガスを炉体20に導入する場合の流量を示しているが、エピタキシャル膜2の成長に適用される場合には、エピタキシャル膜2の成長時の温度や雰囲気圧に換算した流量になる。 That is, a recipe is created in which corrections are made based on the test values calculated from the actual gas concentrations in response to the recipe when the gas concentration is the target value. As an example, a recipe as shown in FIG. 6 is created. FIG. 6 shows a case where the Si raw material gas cylinder 41 and the C raw material gas cylinder 42 are replaced, and when at least one of the Si raw material gas cylinder 41 and the C raw material gas cylinder 42 is replaced, the gas flow rate of the replaced side is automatically corrected. Also, FIG. 6 shows a case where the dopant gas cylinder 43 is not replaced, but when it is replaced, automatic correction can be made in the same way as the Si raw material dilution gas and the C raw material dilution gas described later. Note that this figure shows the flow rates when each gas is introduced into the furnace body 20 under standard conditions, for example, 27°C and 1 atmosphere, but when applied to the growth of the epitaxial film 2, the flow rates are converted to the temperature and atmospheric pressure during the growth of the epitaxial film 2.

図6では、レシピ1として、エピタキシャル膜2を比較的低速な成長レートで成長させる場合(以下、低速成長という)と、レシピ2として、レシピ1よりも高速な成長レートで成長させる場合(以下、高速成長という)の2つを示してある。 Figure 6 shows two recipes: recipe 1, in which the epitaxial film 2 is grown at a relatively slow growth rate (hereafter referred to as slow growth), and recipe 2, in which the epitaxial film 2 is grown at a faster growth rate than recipe 1 (hereafter referred to as fast growth).

レシピ1については、ステップ1として初期成長時の低速成長の中でもより低速の成長レートでエピタキシャル膜2を成長させるステップと、ステップ2として初期成長よりも高速の成長レートでエピタキシャル膜2を成長させるステップを設定している。 Recipe 1 includes step 1, in which epitaxial film 2 is grown at a slower growth rate than the slow growth rate during the initial growth, and step 2, in which epitaxial film 2 is grown at a faster growth rate than the initial growth rate.

例えば、各種ガスのガス濃度が狙い値通りの場合には、狙い値に基づいてSiとCの原子数が所望値となるように各ステップのガス流量およびガス導入時間を設定している。Si原料希釈ガスのガス濃度が10%、C原料希釈ガスのガス濃度が30%、ドーパントガスのガス濃度が1.0%である場合を狙い値とした場合、ステップ1、ステップ2それぞれでの各種ガスの流量や導入時間を図中に示した値にしている。このとき、炉体20に導入されるSiとCの原子数が所定数となるように、Si原料希釈ガスとC原料希釈ガスの流量が設定されている。ステップ1の場合、Si原料希釈ガスが80.0sccm、C原料希釈ガスが60.0sccmとされる。また、ステップ2の場合、Si原料希釈ガスが240.0sccm、C原料希釈ガスが180.0sccmとされる。 For example, when the gas concentrations of the various gases are as targeted, the gas flow rate and gas introduction time of each step are set so that the number of Si and C atoms is the desired value based on the target value. When the gas concentration of the Si raw material dilution gas is 10%, the gas concentration of the C raw material dilution gas is 30%, and the gas concentration of the dopant gas is 1.0%, the flow rates and introduction times of the various gases in each of steps 1 and 2 are set to the values shown in the figure. At this time, the flow rates of the Si raw material dilution gas and the C raw material dilution gas are set so that the number of Si and C atoms introduced into the furnace body 20 is a predetermined number. In the case of step 1, the Si raw material dilution gas is 80.0 sccm and the C raw material dilution gas is 60.0 sccm. In addition, in the case of step 2, the Si raw material dilution gas is 240.0 sccm and the C raw material dilution gas is 180.0 sccm.

炉体20に導入されるSiやCの原子数は、Si原料希釈ガスのガス濃度やC原料希釈ガスのガス濃度とそれぞれのガスの流量とから決まる所定数になっている。すなわち、SiH中におけるSiの原子数は1であり、C中におけるCの原子数は3である。そして、各ガス濃度が単位体積当たりのSiHやCの含有量を表しているため、炉体20に導入される単位時間当りのSiとCの原子数は、各ガス濃度とガス流量とから決まる。 The number of Si and C atoms introduced into the furnace body 20 is a predetermined number determined by the gas concentration of the Si raw material dilution gas and the gas concentration of the C raw material dilution gas and the flow rate of each gas. That is, the number of Si atoms in SiH4 is 1, and the number of C atoms in C3H8 is 3. Since each gas concentration represents the content of SiH4 or C3H8 per unit volume, the number of Si and C atoms introduced into the furnace body 20 per unit time is determined by each gas concentration and gas flow rate.

例えば、ステップ1では、炉体20に導入される単位時間当りのSiの原子数は、1[Si原子数]×0.1[ガス濃度]×80.0[sccm:流量]×Kとなり、Cの原子数は、3[C原子数]×0.3[ガス濃度]×60.0[sccm:流量]×Kとなる。また、ステップ2では、単位時間当りのSiの原子数を、1[Si元素数]×0.1[ガス濃度]×240.0[sccm:流量]×Kとし、Cの原子数を、3[C元素数]×0.3[ガス濃度]×180.0[sccm:流量]×Kとする。なお、Kは、単位体積当たりに含まれる分子数に相当する係数である。 For example, in step 1, the number of Si atoms introduced into the furnace body 20 per unit time is 1 [number of Si atoms] x 0.1 [gas concentration] x 80.0 [sccm: flow rate] x K, and the number of C atoms is 3 [number of C atoms] x 0.3 [gas concentration] x 60.0 [sccm: flow rate] x K. In step 2, the number of Si atoms per unit time is 1 [number of Si elements] x 0.1 [gas concentration] x 240.0 [sccm: flow rate] x K, and the number of C atoms is 3 [number of C elements] x 0.3 [gas concentration] x 180.0 [sccm: flow rate] x K. K is a coefficient equivalent to the number of molecules contained per unit volume.

これに対して、Si原料ガスボンベ41およびC原料ガスボンベ42を交換した場合において、図6中に示したようにSi原料希釈ガスのガス濃度が10.5%、C原料希釈ガスのガス濃度が29.0%であったとする。その場合にも、ガス濃度が狙い値通りの場合の原子数と等しくなるように、Si原料希釈ガスやC原料希釈ガスの流量を設定する。 In contrast, when the Si raw material gas cylinder 41 and the C raw material gas cylinder 42 are replaced, the gas concentration of the Si raw material dilution gas is 10.5% and the gas concentration of the C raw material dilution gas is 29.0% as shown in FIG. 6. In this case, too, the flow rates of the Si raw material dilution gas and the C raw material dilution gas are set so that the number of atoms is equal to the number of atoms when the gas concentration is the target value.

すなわち、ステップ1では、単位時間当りのSiの原子数を、1[Si元素数]×0.105[ガス濃度]×76.2[sccm:流量]×Kとし、Cの原子数を、3[C元素数]×0.29[ガス濃度]×62.1[sccm:流量]×Kとする。Siの原子数については、交換前の1[Si原子数]×0.1[ガス濃度]×80.0[sccm:流量]×Kと、交換後の1[Si元素数]×0.105[ガス濃度]×76.2[sccm:流量]×Kが略等しくなり、所定数のまま維持される。また、Cの原子数についても、交換前の3[C原子数]×0.3[ガス濃度]×60.0[sccm:流量]×Kと、交換後の3[C元素数]×0.29[ガス濃度]×62.1[sccm:流量]×Kが略等しくなり、所定数のまま維持される。 That is, in step 1, the number of Si atoms per unit time is 1 [number of Si elements] x 0.105 [gas concentration] x 76.2 [sccm: flow rate] x K, and the number of C atoms is 3 [number of C elements] x 0.29 [gas concentration] x 62.1 [sccm: flow rate] x K. The number of Si atoms is approximately equal to 1 [number of Si atoms] x 0.1 [gas concentration] x 80.0 [sccm: flow rate] x K before the replacement and 1 [number of Si elements] x 0.105 [gas concentration] x 76.2 [sccm: flow rate] x K after the replacement, and is maintained at the specified number. In addition, the number of C atoms is approximately equal to 3 [number of C atoms] x 0.3 [gas concentration] x 60.0 [sccm: flow rate] x K before the replacement, and 3 [number of C elements] x 0.29 [gas concentration] x 62.1 [sccm: flow rate] x K after the replacement, and is maintained at the specified number.

また、ステップ2でも、単位時間当りのSiの原子数を、1[Si元素数]×0.105[ガス濃度]×228.6[sccm:流量]×Kとし、Cの原子数を、3[C元素数]×0.29[ガス濃度]×186.2[sccm:流量]×Kとする。Siの原子数については、交換前の1[Si原子数]×0.1[ガス濃度]×240.0[sccm:流量]×Kと、交換後の1[Si元素数]×0.105[ガス濃度]×228.6[sccm:流量]×Kが略等しくなり、所定数のまま維持される。また、Cの原子数についても、交換前の3[C原子数]×0.3[ガス濃度]×180[sccm:流量]×Kと、交換後の3[C元素数]×0.29[ガス濃度]×186.2[sccm:流量]×Kが略等しくなり、所定数のまま維持される。 Also, in step 2, the number of Si atoms per unit time is 1 [number of Si elements] x 0.105 [gas concentration] x 228.6 [sccm: flow rate] x K, and the number of C atoms is 3 [number of C elements] x 0.29 [gas concentration] x 186.2 [sccm: flow rate] x K. The number of Si atoms is approximately equal to 1 [number of Si atoms] x 0.1 [gas concentration] x 240.0 [sccm: flow rate] x K before the replacement and 1 [number of Si elements] x 0.105 [gas concentration] x 228.6 [sccm: flow rate] x K after the replacement, and is maintained at the specified number. In addition, the number of C atoms is approximately equal to 3 [number of C atoms] x 0.3 [gas concentration] x 180 [sccm: flow rate] x K before the replacement, and 3 [number of C elements] x 0.29 [gas concentration] x 186.2 [sccm: flow rate] x K after the replacement, and is maintained at the specified number.

このように、ガスボンベの交換前後において、各ガスに含まれるSiやCの原子数が所定数のまま維持されるようにガス流量制御を行う。また、このようなガス流量制御を行うと、その結果、ガスボンベの交換後におけるSiやCの元素比率についても狙い値となるようにすることができる。 In this way, gas flow control is performed so that the number of Si and C atoms contained in each gas is maintained at a predetermined number before and after the gas cylinder is replaced. Furthermore, by performing such gas flow control, it is possible to ensure that the element ratios of Si and C after the gas cylinder is replaced also reach the target values.

すなわち、SiH中にSiが1元素含まれ、C中にCが3元素含まれている。このため、ステップ1では、単位時間当りのSiとCの元素比率は、1[Si元素数]×0.1[ガス濃度]×80.0[sccm:流量]:3[C元素数]×0.3[ガス濃度]×60.0[sccm:流量]=8:54=4:27になる。また、ステップ2でも、単位時間当りのSiとCの元素比率は、1[Si元素数]×0.1[ガス濃度]×240.0[sccm:流量]:3[C元素数]×0.3[ガス濃度]×180.0[sccm:流量]=24:162=4:27になる。 That is, one Si element is contained in SiH4 , and three C elements are contained in C3H8 . Therefore, in step 1, the element ratio of Si and C per unit time is 1 [number of Si elements] x 0.1 [gas concentration] x 80.0 [sccm: flow rate]: 3 [number of C elements] x 0.3 [gas concentration] x 60.0 [sccm: flow rate] = 8:54 = 4:27. Also, in step 2, the element ratio of Si and C per unit time is 1 [number of Si elements] x 0.1 [gas concentration] x 240.0 [sccm: flow rate]: 3 [number of C elements] x 0.3 [gas concentration] x 180.0 [sccm: flow rate] = 24:162 = 4:27.

これに対して、Si原料ガスボンベ41およびC原料ガスボンベ42を交換した場合にも、ガス濃度が狙い値通りの場合の元素比率と等しくなるように、Si原料希釈ガスやC原料希釈ガスの流量が設定される。すなわち、ステップ1では、単位時間当りのSiとCの元素比率を、1[Si元素数]×0.105[ガス濃度]×76.2[sccm:流量]:3[C元素数]×0.29[ガス濃度]×62.1[sccm:流量]≒8:54=1:9とする。また、ステップ2でも、単位時間当りのSiとCの元素比率を、1[Si元素数]×0.105[ガス濃度]×228.6[sccm:流量]:3[C元素数]×0.29[ガス濃度]×186.2[sccm:流量]≒24:162=4:27とする。 On the other hand, even if the Si raw gas cylinder 41 and the C raw gas cylinder 42 are replaced, the flow rates of the Si raw gas dilution gas and the C raw gas dilution gas are set so that the element ratio is equal to the element ratio when the gas concentration is the target value. That is, in step 1, the element ratio of Si and C per unit time is set to 1 [number of Si elements] x 0.105 [gas concentration] x 76.2 [sccm: flow rate]: 3 [number of C elements] x 0.29 [gas concentration] x 62.1 [sccm: flow rate] ≒ 8:54 = 1:9. Also, in step 2, the element ratio of Si and C per unit time is set to 1 [number of Si elements] x 0.105 [gas concentration] x 228.6 [sccm: flow rate]: 3 [number of C elements] x 0.29 [gas concentration] x 186.2 [sccm: flow rate] ≒ 24:162 = 4:27.

このように、Si原料ガスボンベ41やC原料ガスボンベ42の交換後にも、SiとCの原子数が所定数で維持されるように、Si原料希釈ガスやC原料希釈ガスの流量を設定し、レシピを作成する。 In this way, the flow rates of the Si raw material dilution gas and the C raw material dilution gas are set and a recipe is created so that the number of Si and C atoms is maintained at a predetermined number even after replacing the Si raw material gas cylinder 41 or the C raw material gas cylinder 42.

なお、ここではレシピ1の作成の仕方について説明したが、レシピ2についても同様である。レシピ1については、例えば低速成長が望ましい場合に適用され、レシピ2については、例えば高速成長が望ましい場合に適用される。低速成長が望ましい場合としては、例えば下地のSiCが不純物のイオン注入が行われているイオン注入層上にエピタキシャル膜2を成長させるような場合が挙げられる。このような場合に、高速成長を行うとイオン注入時のダメージがより顕著に引き継がれてしまうため、ダメージの引き継ぎが抑制される低速成長とするのが望ましい。また、高速成長が望ましい場合としては、SiCの基板1上にドリフト層を形成する場合などが挙げられる。このような場合、SiCの基板1に対してイオン注入によるダメージなどが入っていない表面状態の良好な下地の上にエピタキシャル膜2を成長させることになるため、結晶欠陥ができる可能性が比較的低い。このため、成長レートを高くできる高速成長とすることが望ましい。また、レシピ1、レシピ2を例に挙げたが、これらも低速成長と高速成長を行う場合の一例として挙げただけであり、他のレシピを作成することもできる。 Here, the method of creating recipe 1 has been described, but the same is true for recipe 2. Recipe 1 is applied, for example, when slow growth is desired, and recipe 2 is applied, for example, when fast growth is desired. An example of a case where slow growth is desired is when the epitaxial film 2 is grown on an ion-implanted layer in which the underlying SiC is ion-implanted with impurities. In such a case, if high-speed growth is performed, damage caused during ion implantation will be more significantly inherited, so slow growth that suppresses the inheritance of damage is desirable. An example of a case where high-speed growth is desired is when a drift layer is formed on a SiC substrate 1. In such a case, the epitaxial film 2 is grown on an underlying substrate with a good surface condition that is not damaged by ion implantation on the SiC substrate 1, so the possibility of crystal defects is relatively low. For this reason, high-speed growth that can increase the growth rate is desirable. In addition, recipes 1 and 2 have been given as examples, but these are merely given as examples of cases where low-speed growth and high-speed growth are performed, and other recipes can be created.

また、ドーパントガスとしてn型ドーパントとなるNを例に挙げたが、他のドーパントガスを用いても良い。例えば、n型ドーパントになるNを含むNHなどを用いることができるし、p型ドーパントとなるAlを含むTMA(トリメチルアルミニウム)を用いることができる。NHやTMAの場合も、これらをHなどの希釈ガスで希釈してドーパントガスボンベ43内に収容したものが用いられる。その場合にも、ドーパントガスボンベ43を交換する際に、上記したSi原料希釈ガスやC原料希釈ガスと同様に自動補正を行ってレシピ作成を行えば、ドーパントの取込効率および濃度プロファイルを安定して狙い値にすることができる。 In addition, although N2, which is an n-type dopant, is given as an example of the dopant gas, other dopant gases may be used. For example, NH4 containing N, which is an n-type dopant, or TMA (trimethylaluminum) containing Al, which is a p-type dopant, may be used. In the case of NH4 or TMA, these are diluted with a dilution gas such as H2 and stored in the dopant gas cylinder 43. In this case, when the dopant gas cylinder 43 is replaced, if a recipe is created by performing automatic correction in the same manner as the above-mentioned Si raw material dilution gas and C raw material dilution gas, the dopant intake efficiency and concentration profile can be stably set to the target value.

このようにして、レシピを作成すると、ステップS240として、ステップS230で作成したレシピに従ってエピタキシャル膜2の成長工程を行う。すなわち、図1に示したような反応炉に相当する炉体20を有したエピタキシャル膜成長装置10を用意し、SiCで構成された基板1を配置する。そして、作成したレシピに従ってエピタキシャル膜2を基板1の表面上に成長させる。 Once the recipe is created in this manner, in step S240, the epitaxial film 2 is grown according to the recipe created in step S230. That is, an epitaxial film growth apparatus 10 having a furnace body 20 equivalent to a reactor as shown in FIG. 1 is prepared, and a substrate 1 made of SiC is placed in it. Then, the epitaxial film 2 is grown on the surface of the substrate 1 according to the created recipe.

これにより、SiとCの原子数、換言すれば元素比率をSi原料ガスボンベ41やC原料ガスボンベ42の交換前後で一定にでき、安定させられることから、エピタキシャル膜2の膜厚の面内分布を安定して狙った値にすることが可能となる。そして、エピタキシャル膜2におけるドーパントの取込効率および濃度プロファイルについても、安定して狙い値となるようにできる。 As a result, the number of Si and C atoms, in other words the element ratio, can be kept constant and stabilized before and after replacement of the Si raw material gas cylinder 41 or the C raw material gas cylinder 42, making it possible to stably achieve the target value for the in-plane distribution of the film thickness of the epitaxial film 2. Furthermore, the dopant incorporation efficiency and concentration profile in the epitaxial film 2 can also be stably achieved at the target values.

なお、図5に示したような製造フローについては、ボンベ交換毎に行われ、その都度、エピタキシャル膜2の成膜条件としてSiとCの原子数、換言すれば元素比率が狙い値とほぼ同じとなるようなレシピが作成されることになる。 The manufacturing flow shown in Figure 5 is performed every time the cylinder is replaced, and a recipe is created each time the deposition conditions for epitaxial film 2 are such that the number of Si and C atoms, in other words the element ratio, is approximately the same as the target value.

以上説明したように、ボンベ交換の際には、交換後のSi原料希釈ガスのガス濃度とC原料希釈ガスのガス濃度でも、狙い値の原子数が維持されるように、Si原料希釈ガスやC原料希釈ガスのガス流量を自動補正してレシピを作成している。具体的には、ボンベ交換を行ったSi原料ガスボンベ41のSi原料希釈ガスのガス濃度やC原料ガスボンベ42のC原料希釈ガスのガス濃度を検査し、ガス濃度の狙い値に対する検査値の比率算出を行う。そして、算出した比率に基づいて、交換前後でのSiとCの原子数が同じとなるように、Si原料希釈ガスとC原料希釈ガスのガス流量を自動補正し、それに基づいてレシピを作成している。 As explained above, when replacing the cylinders, the gas flow rates of the Si raw material dilution gas and the C raw material dilution gas are automatically corrected to create a recipe so that the target atomic number is maintained even for the gas concentrations of the Si raw material dilution gas and the C raw material dilution gas after the cylinder replacement. Specifically, the gas concentration of the Si raw material dilution gas in the Si raw material gas cylinder 41 after the cylinder replacement and the gas concentration of the C raw material dilution gas in the C raw material gas cylinder 42 are inspected, and the ratio of the inspection value to the target gas concentration is calculated. Then, based on the calculated ratio, the gas flow rates of the Si raw material dilution gas and the C raw material dilution gas are automatically corrected so that the number of Si and C atoms is the same before and after the replacement, and a recipe is created based on this.

このようにして得たレシピに従ってエピタキシャル膜2を成長させることで、SiとCの原子数、換言すれば元素比率をSi原料ガスボンベ41やC原料ガスボンベ42の交換前後で一定にでき、安定させられる。このため、エピタキシャル膜2の膜厚の面内分布を安定して狙った値にすることが可能となる。そして、エピタキシャル膜2におけるドーパントの取込効率および濃度プロファイルについても、安定して狙い値となるようにできる。 By growing the epitaxial film 2 according to the recipe obtained in this manner, the number of Si and C atoms, in other words the element ratio, can be made constant and stabilized before and after replacement of the Si source gas cylinder 41 or the C source gas cylinder 42. This makes it possible to stably achieve the target value for the in-plane distribution of the film thickness of the epitaxial film 2. Furthermore, the dopant incorporation efficiency and concentration profile in the epitaxial film 2 can also be stably achieved at the target values.

また、図6の例では、ドーパントガスボンベ43を交換していないが、ドーパントガスボンベ43を交換する際にも、交換前後でドーパントの原子数が一定になるようにドーパントガスのガス流量を自動補正してレシピを作成することもできる。これにより、交換前後において、エピタキシャル膜2におけるドーパントの取込効率および濃度プロファイルが安定して狙い値となるようにできる。 In the example of FIG. 6, the dopant gas cylinder 43 is not replaced, but when the dopant gas cylinder 43 is replaced, a recipe can be created by automatically correcting the gas flow rate of the dopant gas so that the number of dopant atoms remains constant before and after replacement. This allows the dopant uptake efficiency and concentration profile in the epitaxial film 2 to be stable and reach the target values before and after replacement.

(他の実施形態)
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、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。
Other Embodiments
Although the present disclosure has been described based on the above-described embodiment, it is not limited to the embodiment, and includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, and other combinations and forms including only one element, more than one element, or less than one element, are also within the scope and concept of the present disclosure.

例えば、上記各実施形態では、ボンベ交換を行った場合のガス濃度の検査の手法の一例として、ガス濃度が特定されて流通している場合を例に挙げた。しかしながら、これは一例を挙げたに過ぎない。例えば、交換後のSi原料ガスボンベ41やC原料ガスボンベ42からSi原料希釈ガスやC原料希釈ガスを排出させ、そのガス濃度をin-situモニタなどのガス濃度測定器で測定することで検査値を得るようにしても良い。このように、排出中のガス濃度を測定して検査値を求めるようにすれば、炉体20への流入中にガス濃度が変化した場合にも対応することが可能となる。 For example, in each of the above embodiments, as an example of a method for inspecting the gas concentration when a cylinder is replaced, a case where the gas concentration is specified and distributed is given. However, this is merely one example. For example, the Si raw material diluted gas or the C raw material diluted gas may be discharged from the replaced Si raw material gas cylinder 41 or the C raw material gas cylinder 42, and the gas concentration may be measured with a gas concentration measuring device such as an in-situ monitor to obtain the inspection value. In this way, by measuring the gas concentration during discharge to obtain the inspection value, it is possible to deal with cases where the gas concentration changes during flow into the furnace body 20.

また、二元系化合物半導体としてSiCを例に挙げて説明したが、他の二元系化合物半導体、例えばGaN、AsGa、InP等についても、原料ガスボンベやドーパントガスボンベの交換の際に本発明を適用することができる。すなわち、第1原料ガスを希釈ガスで希釈して第1ガス濃度とした第1原料希釈ガスを収容する第1原料ガスボンベと、第2原料ガスを希釈ガスで希釈して第2ガス濃度とした第2原料希釈ガスを収容する第2原料ガスボンベを用意する。そして、これら第1原料ガスボンベと第2原料ガスボンベを用いて二元系化合物半導体を製造する際のガスボンベ交換時のガス流量の設定において適用できる。また、ドーパント原料についても、希釈ガスで希釈して第3ガス濃度としたドーパント原料希釈ガスを収容するドーパントガスボンベを用意し、このガスボンベ交換時のガス流量の設定において適用できる。ただし、SiCの場合、ボンベ交換頻度が高く、不純物濃度絶対値、面内分布のC/Si比に対する依存性が大きいため、他の二元系化合物半導体の場合よりも本発明を適用することによる効果がより大きい。 Although the present invention has been described using SiC as an example of a binary compound semiconductor, the present invention can also be applied to other binary compound semiconductors, such as GaN, AsGa, and InP, when replacing the raw material gas cylinder or the dopant gas cylinder. That is, a first raw material gas cylinder containing a first raw material dilution gas obtained by diluting a first raw material gas with a dilution gas to a first gas concentration, and a second raw material gas cylinder containing a second raw material dilution gas obtained by diluting a second raw material gas with a dilution gas to a second gas concentration, are prepared. The present invention can be applied to setting the gas flow rate when replacing the gas cylinder when manufacturing a binary compound semiconductor using these first raw material gas cylinder and second raw material gas cylinder. In addition, for the dopant raw material, a dopant gas cylinder containing a dopant raw material dilution gas diluted with a dilution gas to a third gas concentration is prepared, and the present invention can be applied to setting the gas flow rate when replacing this gas cylinder. However, in the case of SiC, the cylinder needs to be replaced frequently, and the absolute value of the impurity concentration and the in-plane distribution are highly dependent on the C/Si ratio, so the effect of applying this invention is greater than in the case of other binary compound semiconductors.

また、希釈ガスとしてHを例に挙げたが、H以外の希釈ガス、例えばArなどの希ガスやHClなどのエッチングガスが用いられていても良い。その場合、各種ガスボンベ41~43に用いられている希釈ガスのガス種が同じであっても良いし、異なっていても良い。 In addition, although H2 is used as an example of the dilution gas, a dilution gas other than H2 , for example, a rare gas such as Ar or an etching gas such as HCl, may be used. In this case, the gas species of the dilution gas used in the various gas cylinders 41 to 43 may be the same or different.

また、上記実施形態では、ガスボンベ交換前後においてSiとCの原子数が等しくなるようにする手法として、ガス濃度の狙い値に対する検査値の比率算出を行い、ガスボンベ交換後のガス流量を自動補正するという手法を用いた。これに限らず、単位時間当りに炉体20に供給されるSiとCの原子数について、狙い値での原子数を取得しておき、検査値におけるSiとCの原子数が狙い値での原子数と等しくなるようにガス流量を設定すれば良い。 In the above embodiment, the method used to make the number of Si and C atoms equal before and after gas cylinder replacement involves calculating the ratio of the test value to the target gas concentration value and automatically correcting the gas flow rate after the gas cylinder is replaced. This is not limiting, but it is also possible to obtain the number of atoms at the target value for the number of Si and C atoms supplied to the furnace body 20 per unit time, and set the gas flow rate so that the number of Si and C atoms in the test value is equal to the number of atoms at the target value.

また、上記実施形態では、本発明を二元系化合物半導体の製造方法および製造装置として把握する場合について説明したが、本発明を二元系化合物半導体の製造に適用されるガス流量の自動補正を含む二元系化合物半導体の製造プログラムとして把握することもできる。その場合、(1)狙い値での第1原料希釈ガスのガス濃度での第1原料と第2原料希釈ガスのガス濃度での第2原料のガス流量を記憶するステップを行っておく。そして、ボンベ交換時に、(2)ボンベ交換を行ったことを入力するステップと、(3)ガス濃度の検査値を入力するステップと、を行う。その後、(4)検査値での第1原料と第2原料の原子数が狙い値での原子数となるように、第1原料希釈ガスのガス流量および第2原料希釈ガスのガス流量を自動補正したレシピを作成するステップを行う。そして、(5)作成したレシピに従ってエピタキシャル膜2を成膜するステップを行う。このような各ステップを有する二元系化合物半導体の製造プログラムとすることができる。 In the above embodiment, the present invention has been described as a method and an apparatus for manufacturing a binary compound semiconductor. However, the present invention can also be understood as a program for manufacturing a binary compound semiconductor, including automatic correction of gas flow rates, which is applied to the manufacture of a binary compound semiconductor. In this case, (1) a step of storing the gas flow rates of the first raw material at the gas concentration of the first raw material dilution gas at the target value and the second raw material at the gas concentration of the second raw material dilution gas is performed. Then, when the cylinder is replaced, (2) a step of inputting that the cylinder has been replaced, and (3) a step of inputting the inspection value of the gas concentration are performed. After that, (4) a step of creating a recipe in which the gas flow rates of the first raw material dilution gas and the second raw material dilution gas are automatically corrected so that the atomic numbers of the first raw material and the second raw material at the inspection value are the atomic numbers at the target value are performed. Then, (5) a step of forming the epitaxial film 2 according to the created recipe is performed. A program for manufacturing a binary compound semiconductor having each of these steps can be created.

1 基板
2 エピタキシャル膜
10 エピタキシャル膜成長装置
20 炉体
41 Si原料ガスボンベ
42 C原料ガスボンベ
43 ドーパントガスボンベ
70 サセプタ部
Reference Signs List 1 Substrate 2 Epitaxial film 10 Epitaxial film growth apparatus 20 Furnace body 41 Si source gas cylinder 42 C source gas cylinder 43 Dopant gas cylinder 70 Susceptor section

Claims (8)

第1原料を含む第1原料ガスと第2原料を含む第2原料ガスを供給して二元系化合物半導体の基板(1)上にエピタキシャル膜(2)を成長させる二元系化合物半導体の製造方法であって、
希釈ガスによって前記第1原料ガスを第1ガス濃度で希釈させた第1原料希釈ガスを収容する第1原料ガスボンベ(41)と前記希釈ガスと同じもしくは異なる希釈ガスによって前記第2原料ガスを第2ガス濃度で希釈させた第2原料希釈ガスを収容する第2原料ガスボンベ(42)を用意することと、
前記基板を収容すると共に加熱する成長室を構成する反応炉(20)を用意することと、
前記第1原料ガスボンベと前記第2原料ガスボンベの少なくとも1つを交換する際に、前記第1ガス濃度と前記第2ガス濃度のうち交換するガスボンベのガス濃度の検査値を得ることと、
前記検査値を装置制御部(90)に入力することと、
前記装置制御部にて、前記第1ガス濃度が狙い値である場合の前記第1原料と前記第2ガス濃度が狙い値である場合の前記第2原料の原子数となるように、前記検査値に基づいて、前記第1原料ガスボンベから前記反応炉に導入する前記第1原料希釈ガスのガス流量と前記第2原料ガスボンベから前記反応炉に導入する前記第2原料希釈ガスのガス流量を自動補正し、前記エピタキシャル膜を成長させる際のレシピを作成することと、
前記レシピに従って、前記自動補正を行ったガス流量で前記第1原料希釈ガスおよび前記第2原料希釈ガスを前記基板が収容された前記反応炉に導入して前記エピタキシャル膜を成長させることと、
を含む、二元系化合物半導体の製造方法。
A method for manufacturing a binary compound semiconductor, comprising the steps of: supplying a first source gas containing a first source and a second source gas containing a second source to grow an epitaxial film (2) on a substrate (1) of the binary compound semiconductor, the method comprising the steps of:
preparing a first raw material gas cylinder (41) for accommodating a first raw material dilution gas obtained by diluting the first raw material gas with a dilution gas to a first gas concentration, and a second raw material gas cylinder (42) for accommodating a second raw material dilution gas obtained by diluting the second raw material gas with a dilution gas that is the same as or different from the dilution gas,
Providing a reactor (20) constituting a growth chamber for containing and heating the substrate;
When replacing at least one of the first source gas cylinder and the second source gas cylinder, an inspection value of the gas concentration of the gas cylinder to be replaced is obtained, out of the first gas concentration and the second gas concentration;
inputting the test value into a device control unit (90);
the apparatus control unit automatically corrects a gas flow rate of the first raw material dilution gas introduced from the first raw material gas cylinder into the reactor and a gas flow rate of the second raw material dilution gas introduced from the second raw material gas cylinder into the reactor based on the test value so that the number of atoms of the first raw material when the first gas concentration is a target value and the number of atoms of the second raw material when the second gas concentration is a target value are obtained, and creates a recipe for growing the epitaxial film;
growing the epitaxial film by introducing the first dilution source gas and the second dilution source gas into the reactor containing the substrate at the automatically corrected gas flow rates according to the recipe;
A method for producing a binary compound semiconductor, comprising:
前記検査値を得ることでは、ガス濃度測定器にて、前記第1原料ガスボンベから前記第1原料希釈ガスを排出させると共に前記第2原料ガスボンベから前記第2原料希釈ガスを排出させて、前記第1ガス濃度および前記第2ガス濃度の前記検査値を得る、請求項1に記載の二元系化合物半導体の製造方法。 The method for manufacturing a binary compound semiconductor according to claim 1, wherein the inspection values are obtained by discharging the first diluted raw gas from the first raw gas cylinder and discharging the second diluted raw gas from the second raw gas cylinder using a gas concentration measuring device to obtain the inspection values of the first gas concentration and the second gas concentration. 前記基板として炭化珪素基板(1)を用い、
前記第1原料としてSiを含む前記第1原料ガス、前記第2原料としてCを含む前記第2原料ガスを用いる、請求項1または2に記載の二元系化合物半導体の製造方法。
A silicon carbide substrate (1) is used as the substrate,
3 . The method for producing a binary compound semiconductor according to claim 1 , wherein the first source gas containing Si is used as the first source material, and the second source gas containing C is used as the second source material.
前記第1原料希釈ガスとして、前記第1原料ガスとなるSiHを該第1原料希釈ガスの希釈ガスとなるHで希釈したものを用い、
前記第2原料希釈ガスとして、前記第2原料ガスとなるCを該第2原料希釈ガスの希釈ガスとなるHで希釈したものを用いる、請求項3に記載の二元系化合物半導体の製造方法。
As the first dilution gas, the first dilution gas is prepared by diluting SiH 4 as the first dilution gas with H 2 as a dilution gas of the first dilution gas,
4. The method for producing a binary compound semiconductor according to claim 3, wherein the second dilution gas is C3H8 which serves as the second dilution gas, diluted with H2 which serves as a dilution gas for the second dilution gas.
ドーパント原料を含むドーパント原料ガスを第3ガス濃度で希釈させたドーパント原料希釈ガスを収容するドーパントガスボンベ(43)を用意することと、
前記ドーパントガスボンベを交換する際に、前記第3ガス濃度の検査値を得ることと、
前記第3ガス濃度の検査値を前記装置制御部に入力することと、
前記装置制御部にて、前記第3ガス濃度が狙い値である場合の前記ドーパント原料の原子数となるように、前記第3ガス濃度の検査値に基づいて、前記ドーパントガスボンベから前記反応炉に導入する前記ドーパント原料希釈ガスのガス流量を自動補正し、前記エピタキシャル膜を成長させる際の前記レシピを作成することと、を含み、
前記エピタキシャル膜を成長させることでは、前記レシピに従って、前記第1原料希釈ガスおよび前記第2原料希釈ガスに加えて前記ドーパント原料ガスを導入して前記エピタキシャル膜を成長させる、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の二元系化合物半導体の製造方法。
preparing a dopant gas cylinder (43) for storing a diluted dopant source gas obtained by diluting a dopant source gas containing a dopant source with a third gas concentration;
obtaining a test value of the third gas concentration when replacing the dopant gas cylinder;
inputting the test value of the third gas concentration into the device controller;
and automatically correcting, by the apparatus control unit, a gas flow rate of the diluted dopant source gas introduced from the dopant gas cylinder into the reactor based on the inspection value of the third gas concentration so that the number of atoms of the dopant source is equal to a target value for the third gas concentration, and creating the recipe for growing the epitaxial film;
5. The method for manufacturing a binary compound semiconductor according to claim 1, wherein, in growing the epitaxial film, the dopant source gas is introduced in addition to the first dilution source gas and the second dilution source gas according to the recipe to grow the epitaxial film.
前記ドーパント原料希釈ガスとして、前記ドーパント原料ガスとなるN、NHもしくはトリメチルアルミニウムのうちのいずれか1つを該ドーパント原料希釈ガスの希釈ガスとなるHで希釈したものを用いる、請求項5に記載の二元系化合物半導体の製造方法。 6. The method for producing a binary compound semiconductor according to claim 5, wherein the dopant source dilution gas is any one of N2 , NH3, and trimethylaluminum, which are the dopant source gases, diluted with H2 , which is a dilution gas for the dopant source dilution gas. 前記レシピを作成することでは、前記第1ガス濃度および前記第2ガス濃度が狙い値である場合に対する前記検査値のガス濃度の比率を算出し、該比率に基づいて前記自動補正を行う、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の二元系化合物半導体の製造方法。 The method for manufacturing a binary compound semiconductor according to any one of claims 1 to 6, wherein the recipe is created by calculating a ratio of the gas concentration of the inspection value to a case where the first gas concentration and the second gas concentration are target values, and the automatic correction is performed based on the ratio. 第1原料を含む第1原料ガスと第2原料を含む第2原料ガスを供給して二元系化合物半導体の基板(1)上にエピタキシャル膜(2)を成長させる二元系化合物半導体の製造装置であって、
希釈ガスによって前記第1原料ガスを第1ガス濃度で希釈させた第1原料希釈ガスを収容する第1原料ガスボンベ(41)と、
前記希釈ガスと同じもしくは異なる希釈ガスによって前記第2原料ガスを第2ガス濃度で希釈させた第2原料希釈ガスを収容する第2原料ガスボンベ(42)と、
前記基板を収容すると共に加熱する成長室を構成する反応炉(20)と、
前記第1ガス濃度が狙い値である場合の前記第1原料と前記第2ガス濃度が狙い値である場合の前記第2原料のガス流量を記憶すると共に、前記第1原料ガスボンベと前記第2原料ガスボンベの少なくとも1つの交換の際に、前記第1ガス濃度と前記第2ガス濃度のうち交換するガスボンベのガス濃度の検査値を入力し、前記第1ガス濃度が狙い値である場合の前記第1原料と前記第2ガス濃度が狙い値である場合の前記第2原料の原子数となるように、前記検査値に基づいて、前記第1原料ガスボンベから前記反応炉に導入する前記第1原料希釈ガスのガス流量と前記第2原料ガスボンベから前記反応炉に導入する前記第2原料希釈ガスのガス流量を自動補正し、前記エピタキシャル膜を成長させる際のレシピを作成する装置制御部(90)と、
を有する、二元系化合物半導体の製造装置。
An apparatus for manufacturing a binary compound semiconductor, which supplies a first source gas containing a first source and a second source gas containing a second source to grow an epitaxial film (2) on a substrate (1) of the binary compound semiconductor, comprising:
a first raw material gas cylinder (41) for accommodating a first raw material diluted gas obtained by diluting the first raw material gas with a dilution gas to a first gas concentration;
a second raw material gas cylinder (42) for accommodating a second raw material diluted gas obtained by diluting the second raw material gas to a second gas concentration with a dilution gas that is the same as or different from the dilution gas;
a reactor (20) constituting a growth chamber for accommodating and heating the substrate;
an apparatus control unit (90) which stores gas flow rates of the first raw material when the first gas concentration is a target value and the second raw material when the second gas concentration is a target value, and when replacing at least one of the first raw material gas cylinder and the second raw material gas cylinder, inputs an inspection value of the gas concentration of the gas cylinder to be replaced, out of the first gas concentration and the second gas concentration, and automatically corrects the gas flow rate of the first raw material dilution gas introduced from the first raw material gas cylinder to the reactor and the gas flow rate of the second raw material dilution gas introduced from the second raw material gas cylinder to the reactor based on the inspection value so as to obtain the number of atoms of the first raw material when the first gas concentration is the target value and the number of atoms of the second raw material when the second gas concentration is the target value, and creates a recipe for growing the epitaxial film;
The manufacturing apparatus for binary compound semiconductors includes:
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