JP2003086518A - Cvd method of silicon carbide film, cvd unit and susceptor for cvd unit - Google Patents

Cvd method of silicon carbide film, cvd unit and susceptor for cvd unit

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JP2003086518A JP2001274349A JP2001274349A JP2003086518A JP 2003086518 A JP2003086518 A JP 2003086518A JP 2001274349 A JP2001274349 A JP 2001274349A JP 2001274349 A JP2001274349 A JP 2001274349A JP 2003086518 A JP2003086518 A JP 2003086518A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CVD method and a CVD unit by which impurities taken into a CVD film can be reduced to a level using semiconductor processes. SOLUTION: The CVD method is composed of a step of first vacuum baking during time intervals t1-t6, a step of hydrogen (H2 ) purge during time intervals t6-t8, a step of SiC/Si coating during time intervals t8-t11, a step of vacuum evacuation during time intervals t11-t13, a step of second vacuum baking during time intervals t13-t18, a step of wafer loading during time intervals t18-t20 and a step of epitaxial growing during time intervals t20-t25. In the process of the first vacuum baking, the temperature of a graphite susceptor 2 is raised to about 200 deg.C, and the baking is continued. If the pressure is lowered, the temperature is raised to about 500 deg.C. If the pressure is lowered by the baking at 500 deg.C, the temperature is raised in steps to about 800 deg.C, and further to about 1,000 deg.C. If the pressure is lowered by the baking around 1,000 deg.C, the temperature is raised to about 1,200 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高純度の炭化珪素膜
のCVD方法、CVD装置及びこのCVD装置に用いら
れるサセプターに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CVD method for a high-purity silicon carbide film, a CVD apparatus, and a susceptor used in this CVD apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化珪素(以下「SiC」と略記)は高
い熱伝導率、耐熱性、2.2〜3.3×10Vの広いバンドギ
ャップ、高い絶縁破壊電界、高い飽和電子速度を収支、
電子デバイス材料として期待されている、またAlやG
aN等とも格子定数が近くこれらの材料の堆積膜よりな
るデバイスのための基板としても期待されている。
2. Description of the Related Art Silicon carbide (hereinafter abbreviated as "SiC") has high thermal conductivity, heat resistance, a wide band gap of 2.2 to 3.3 × 10 V, a high breakdown electric field, and a high saturated electron velocity.
Expected as an electronic device material, Al and G
Both aN and the like have similar lattice constants, and are expected to be used as substrates for devices made of deposited films of these materials.

【0003】半導体材料としてのSiCの製膜方法とし
て、アチソン法やレーリー法により得られた6H乃至4
HのSiCの(0001)Si面を基板としてCVD法により
エピタキシャル膜が形成されることが一般的である。松
波等により基板として(0001)Si面から[1120]方向に
3〜10度程度の傾斜をつけたものを用いることにより高
品質な膜が成長出来ることが見出された。このような方
法では成長温度Tgは1550℃程度とすることが一般
的であり、成長速度は一般に20μm/h以下と遅い。
更に近年[1100]方向に傾斜させたウェハを用いても良
質なエピタキシャル成長が可能となることが見出されて
いるが、この場合、成長速度を1〜2μm/h程度の極
めて小さい値にとる必要がある。
As a method of forming SiC as a semiconductor material, 6H to 4 obtained by the Acheson method or Rayleigh method
It is general that an epitaxial film is formed by a CVD method using the (0001) Si surface of H SiC. In the [1120] direction from the (0001) Si surface as a substrate by Matsunami etc.
It was found that a high quality film can be grown by using the one with an inclination of about 3 to 10 degrees. In such a method, the growth temperature Tg is generally about 1550 ° C., and the growth rate is generally 20 μm / h or less, which is low.
Furthermore, it has recently been found that high-quality epitaxial growth is possible even when using a wafer inclined in the [1100] direction. In this case, it is necessary to set the growth rate to an extremely small value of 1 to 2 μm / h. There is.

【0004】SiCの電子デバイスにおいては1×10
15cm-3以下のキャリア密度を制御する必要があり、高
性能のデバイス作成のためには、バックグラウンドの不
純物密度をこの値よりも略2桁以上低くする必要があ
る。SiCのCVD成長において高純度のエピタキシャ
ル膜を成長するにはグラファイトのサセプターからの不
純物の混入を防ぐ必要があり、グラファイトにSiCコ
ーティングを施すことが効果的と考えられている。
1 × 10 for SiC electronic devices
It is necessary to control the carrier density of 15 cm −3 or less, and in order to manufacture a high-performance device, it is necessary to reduce the background impurity density by about 2 digits or more. In order to grow a high-purity epitaxial film in CVD growth of SiC, it is necessary to prevent impurities from being mixed from the graphite susceptor, and it is considered effective to apply graphite to the graphite.

【0005】実際SiCコーティング膜がはげると深い
レベルからの発光が増大することが報告されている。通
常のSiCのCVD条件では、SiCのエッチングがか
なり活発に起こっている。特にSiCウェハの裏面部分
ではサセプターとサセプター上のSiCウェハの温度差
によりサセプターのSiCコート膜が昇華やエッチング
されやすく、SiCコート膜はごく短期間で劣化してし
まう。
In fact, it has been reported that when the SiC coating film peels off, light emission from a deep level increases. Under normal SiC CVD conditions, the etching of SiC is quite active. Particularly, in the back surface portion of the SiC wafer, the SiC coat film of the susceptor is easily sublimated or etched due to the temperature difference between the susceptor and the SiC wafer on the susceptor, and the SiC coat film is deteriorated in a very short period of time.

【0006】このようなSiCコート膜の問題を解決す
ることを目標に、炭化タンタル(TaC)コート膜やパ
イログラファイト膜も検討されているが今のところエピ
タキシャル膜中の窒素の密度を下げる技術としては確立
していない。
A tantalum carbide (TaC) coat film and a pyrographite film have been studied for the purpose of solving the problem of the SiC coat film, but as a technique for lowering the density of nitrogen in the epitaxial film so far. Has not been established.

【0007】CVD法でSiCのエピタキシャル成長を
行うと、基板の面方位により窒素とAlの添加効率が異
なっている。(0001)C面では(0001)Si面よりも窒素の
取り込まれ効率が高くキャリア密度が1×1015cm-3
以下の高純度エピタキシャル膜が形成されにくい。この
ため従来、SiCのデバイスにおいては(0001)Si面が
主に用いられている。
When SiC is epitaxially grown by the CVD method, the addition efficiency of nitrogen and Al differs depending on the plane orientation of the substrate. In the (0001) C plane, nitrogen is taken in more efficiently than in the (0001) Si plane, and the carrier density is 1 × 10 15 cm −3.
It is difficult to form the following high-purity epitaxial film. Therefore, conventionally, the (0001) Si surface is mainly used in the SiC device.

【0008】SiCの半導体デバイスでは少数キャリア
のライフタイムが短いことが問題となっている。この点
に関してはキャリア密度が高いとライフタイムが短くな
ること、補償比が高いとライフタイムが短くなることが
報告されている。しかしどのような元素に起因した不純
物密度が高いとキャリアのライフタイムが短くなるかに
関しては全く分かっていない。
In SiC semiconductor devices, the short lifetime of minority carriers has been a problem. Regarding this point, it is reported that the lifetime is shortened when the carrier density is high, and the lifetime is shortened when the compensation ratio is high. However, it is not known at all about what element the high impurity density causes the carrier lifetime to become shorter.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記述べたように従来
のCVD法で高純度の結晶を成長しようとするとグラフ
ァイトサセプターにSiCコートする必要がある。しか
し、このようなSiCコートを行った場合、従来のSi
のCVD等ではグラファイトサセプターを用いるとB等
の混入が起こるためにサセプターにSiCコートが行わ
れることが多い。しかし高温で行われるSiCのCVD
においてはこの手法を実用に適用することは難しい。何
故なら、通常のSiCの成長条件においてはSiCコー
ト膜のエッチングレートは数〜数十μm/hrに達して
おり、SiCのCVD中にSiCコート膜が劣化してし
まう。SiCコート膜の劣化が起きてもその影響が小さ
くなるように、SiCコート膜は200μm程度の厚い
膜が利用されているが、それでも数回の結晶成長で劣化
してしまい、時には一回の結晶成長の間に劣化してしま
うということが知られている。特にこの現象は基板周辺
のような温度分布が生じやすい部分におきやすいことが
知られている。上記したように、SiCのCVDではS
iCのエッチングレートも高く基板周辺の温度分布に伴
い、100μm以上の厚さのSiCコート膜が劣化して
しまう。SiCコート膜が劣化するということはSiC
が昇華して気相中に供給されるということである。従来
この点に関してはほとんど注目されていないが、本発明
者らがこの点を検討した結果、SiCコート膜を用いる
とCVD成長したSiC膜の堆積速度が大きく影響を受
けており、SiCコートを用いた場合には成長速度の制
御性に問題があることを見出した。この様子を図12に
示す。
As described above, in order to grow a high-purity crystal by the conventional CVD method, it is necessary to coat the graphite susceptor with SiC. However, when such a SiC coating is applied, conventional Si
In the CVD or the like, when a graphite susceptor is used, B and the like are mixed, so that the susceptor is often coated with SiC. However, CVD of SiC performed at high temperature
In, it is difficult to apply this method to practical use. This is because the etching rate of the SiC coat film reaches several to several tens of μm / hr under normal SiC growth conditions, and the SiC coat film deteriorates during CVD of SiC. A thick film of about 200 μm is used as the SiC coat film so that even if the SiC coat film is deteriorated, its effect is reduced. However, even if the SiC coat film is deteriorated by several times of crystal growth, it sometimes deteriorates at one time. It is known to deteriorate during growth. In particular, it is known that this phenomenon is likely to occur in a portion where temperature distribution is likely to occur, such as around the substrate. As described above, in CVD of SiC, S
The etching rate of iC is also high, and the SiC coat film having a thickness of 100 μm or more deteriorates due to the temperature distribution around the substrate. Degradation of the SiC coat film means that SiC
Is sublimated and supplied in the gas phase. Conventionally, little attention has been paid to this point, but as a result of the present inventors' studying this point, the deposition rate of the CVD-grown SiC film is greatly affected by using the SiC coat film, and the SiC coat is used. In that case, it was found that there was a problem in the controllability of the growth rate. This state is shown in FIG.

【0010】SiCコート膜を形成した場合にはその劣
化を防ぐために成長温度Tgを下げる必要がある。成長
温度Tgを下げることによって、高品質な結晶成長が可
能な成長速度の上限が小さくなってしまう。この点は高
耐圧の電子デバイスを作成する上で大きな問題となる。
何故なら、耐圧が数千ボルトのデバイスを作成しようと
思うと、結晶成長しなければならないエピタキシャル層
の厚さは数十μmとなる。結晶成長速度が10μm/h
r程度の遅い値しか用いられないとすると結晶成長に要
する時間が数時間かかってしまいこのようなデバイスを
作成する上でのコストを大幅に押し上げることとなる。
またCVD炉の中で高純度な状態を維持する必要がある
サセプターのSiCコートの劣化をコンスタントに精査
することは難しく、再現性の確保という点でも問題があ
った。
When the SiC coat film is formed, it is necessary to lower the growth temperature Tg in order to prevent its deterioration. By lowering the growth temperature Tg, the upper limit of the growth rate at which high quality crystal growth is possible becomes small. This is a big problem in producing a high voltage electronic device.
The reason is that if a device having a withstand voltage of several thousand volts is to be produced, the thickness of the epitaxial layer that must undergo crystal growth becomes several tens of μm. Crystal growth rate is 10 μm / h
If only a slow value of r is used, the time required for crystal growth will take several hours, which will greatly increase the cost for producing such a device.
In addition, it is difficult to constantly examine the deterioration of the SiC coat of the susceptor that needs to maintain a high-purity state in the CVD furnace, and there is a problem in that reproducibility is ensured.

【0011】さて、従来SiCコートは不純物がCVD
成長膜中に混入することを防ぐ効果があると考えられて
おり、SiCコート膜が劣化するとCVD膜の質が劣化
すると考えられていた。しかしSiCのCVDでは、高
温でSiC自体が昇華する条件で行われる。このため前
記したように、本発明者らはSiCのコート膜が成長速
度に悪影響を与えるというSi等のCVDでは起こらな
い問題を見出した。本発明者らは更に、高温でSiCコ
ート膜がどのような機能を有しているかを調べるため
に、更に詳細な検討を行った。以下、SiCコート膜が
劣化する過程でどのような不純物がCVD膜中に混入す
ることを調べることで、SiCコートのCVD膜に与え
る影響を調べた。
In the conventional SiC coat, impurities are CVD.
It is considered to have an effect of preventing inclusion in the growth film, and it was considered that the quality of the CVD film deteriorates when the SiC coat film deteriorates. However, the CVD of SiC is performed under the condition that SiC itself sublimes at a high temperature. Therefore, as described above, the present inventors have found a problem that the coating film of SiC adversely affects the growth rate, which does not occur in CVD of Si or the like. The present inventors further conducted a more detailed study in order to investigate what function the SiC coat film has at high temperatures. Hereinafter, the influence of the SiC coat on the CVD film was examined by examining what kind of impurities are mixed in the CVD film during the deterioration of the SiC coat film.

【0012】前述したように、SiCのCVDではSi
Cコート膜のエッチングレートが高いためにSiCコー
ト膜が劣化してグラファイトが出ると不純物密度が高ま
ると考えられていた。しかし、本発明者らは、以下の新
しい事実を見出した。SiCコートがはげるまで結晶成
長を行うと、不純物種によってはSiCコート膜が劣化
するほど結晶中の密度が高くなる。AlやTiの場合に
は、SiC膜のはげた面積が増えるにつれてCVD膜中
のAlやTiの濃度が上がっており、グラファイト中の
TiやAlがCVD膜中のTiやAlのソースであるこ
とが示唆されている。しかし窒素の場合にはSiCコー
ト膜が劣化してSiCコート膜とグラファイトの界面部
分が表面に出た段階でCVD膜中の不純物密度が最も高
くなる。この様子を図5に示す。この理由については明
確ではないが、SiCコート膜の形成方法、除去方法や
除去程度を変えたときに、SiC結晶中に取り込まれる
不純物の密度を予想することはアプリオリには出来ない
ことが明らかになった。換言するならば、従来のグラフ
ァイト中の不純物がCVD膜中に取り込まれるという常
識は、SiCでの窒素の取り込みに関しては成り立たな
い。CVD膜中に入っている窒素が、SiCコートによ
るものか、グラファイトによるものか、SiCコート膜
の形成方法によるものか、分からないことが明確になっ
た。
As described above, in CVD of SiC, Si is
It has been considered that the impurity density increases when the SiC coat film is deteriorated and graphite is produced due to the high etching rate of the C coat film. However, the present inventors have found the following new facts. If the crystal is grown until the SiC coat is peeled off, the density in the crystal becomes higher as the SiC coat film deteriorates depending on the impurity species. In the case of Al or Ti, the concentration of Al or Ti in the CVD film increases as the peeled area of the SiC film increases, and Ti or Al in graphite is the source of Ti or Al in the CVD film. Is suggested. However, in the case of nitrogen, the impurity density in the CVD film becomes highest when the SiC coat film deteriorates and the interface between the SiC coat film and graphite appears on the surface. This state is shown in FIG. Although the reason for this is not clear, it is clear that it is not possible to predict a priori the density of impurities taken into the SiC crystal when the method of forming the SiC coat film, the method of removing it, and the degree of removal are changed. became. In other words, the conventional wisdom that impurities in graphite are taken into the CVD film does not hold for taking nitrogen in SiC. It became clear that it was not known whether the nitrogen contained in the CVD film was due to the SiC coating, graphite, or the method of forming the SiC coating film.

【0013】このように、サセプターから不純物が取り
込まれていることを示唆する結果は多々あるが、従来の
考え方はSiCには適用出来ず、対策も明確に出来ない
ことが明らかになった。
As described above, although there are many results suggesting that impurities are taken in from the susceptor, it has been clarified that the conventional idea cannot be applied to SiC and the countermeasure cannot be clarified.

【0014】このような状況下で、本発明はSiCのC
VD成長において、CVD膜に取り込まれる不純物を半
導体プロセスで適用可能なレベルまで下げることが可能
なCVD方法、これに用いるCVD装置及びこのCVD
装置用のサセプターを提供することを目的とする。
Under such a circumstance, the present invention uses C of SiC.
In VD growth, a CVD method capable of reducing impurities taken in a CVD film to a level applicable in a semiconductor process, a CVD apparatus used for this, and this CVD
It is intended to provide a susceptor for a device.

【0015】本発明の他の目的は、SiCコート膜を施
さないでも高純度な結晶がコンスタントに成長出来るグ
ラファイトのサセプター、このサセプターを用いたCV
D方法、CVD装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a graphite susceptor capable of constantly growing high-purity crystals without a SiC coating film, and a CV using this susceptor.
D method and CVD apparatus.

【0016】本発明の更に他の目的は、良質で、キャリ
アのライフタイムが長いSiC膜を得ることが可能なC
VD方法、CVD装置及びこのCVD装置用のサセプタ
ーを提供することである。
Still another object of the present invention is to obtain a SiC film which is of good quality and has a long carrier lifetime.
A VD method, a CVD apparatus, and a susceptor for the CVD apparatus.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の特徴は、(イ)反応容器の内部に、
窒素密度が1×1017cm-3以下のグラファイトサセプ
ターを挿入する工程;(ロ)グラファイトサセプターを
真空ベークする工程;(ハ)グラファイトサセプターを
室温近傍の温度にし、且つグラファイトサセプターを大
気に曝さないようにして、グラファイトサセプターに基
板を配置する工程;(ニ)反応容器の内部を減圧状態に
制御して、グラファイトサセプターをベーキング温度よ
りも高温の成長温度まで加熱し、基板上に、炭化珪素膜
を気相エピタキシャル成長する工程とを含む炭化珪素膜
のCVD方法であることを要旨とする。例えば、CVD
を行う前に、このグラファイトサセプターを2mPa以
下の圧力を維持しながら加熱して1200度以上まで加熱
し、そのサセプターを空気或いは窒素含有気体に触れさ
せることなくウェハをサセプター上に載置することによ
り、成長膜中に含まれる不純物の量を極めて低く出来
る。
In order to achieve the above-mentioned object, the first feature of the present invention is to:
Step of inserting a graphite susceptor having a nitrogen density of 1 × 10 17 cm -3 or less; (b) Vacuum baking of the graphite susceptor; (c) Bringing the graphite susceptor to a temperature near room temperature and not exposing the graphite susceptor to the atmosphere In this way, the step of placing the substrate on the graphite susceptor; (d) controlling the interior of the reaction vessel to a depressurized state to heat the graphite susceptor to a growth temperature higher than the baking temperature to form a silicon carbide film on the substrate. The method is a CVD method of a silicon carbide film including a step of performing vapor phase epitaxial growth of. For example, CVD
Before heating, the graphite susceptor is heated to a temperature of 1200 ° C. or higher while maintaining a pressure of 2 mPa or lower, and the wafer is placed on the susceptor without exposing the susceptor to air or a nitrogen-containing gas. The amount of impurities contained in the grown film can be made extremely low.

【0018】本発明の第1の特徴において、真空ベーク
する工程と基板を配置する工程の間に、グラファイトサ
セプターを、ベーキング温度からこのベーキング温度と
室温の間の第1温度まで、降温する工程と、第1温度か
ら、ベーキング温度より高温のコーティング温度にまで
グラファイトサセプターを加熱し、コーティング温度に
おいて、グラファイトサセプターの表面に珪素及び炭化
珪素の少なくとも一方からなる被膜をコーティングする
工程とを更に含むことが好ましい。このコーティング温
度は、1200℃〜1450℃の間の温度とすればよ
い。更に、このコーティングする工程と基板を配置する
工程の間に、グラファイトサセプターを、コーティング
温度からこのベーキング温度と室温の間の第2温度ま
で、降温する工程と、反応容器の内部を減圧状態に制御
して、グラファイトサセプターを、第2温度から剥離温
度まで昇温し、コーティングされた被膜の少なくとも一
部を除去する工程とを更に含むことが好ましい。
In the first aspect of the present invention, between the step of vacuum baking and the step of placing the substrate, the graphite susceptor is cooled to a first temperature between the baking temperature and room temperature. Heating the graphite susceptor from a first temperature to a coating temperature higher than the baking temperature, and coating the surface of the graphite susceptor with a coating film of at least one of silicon and silicon carbide at the coating temperature. preferable. The coating temperature may be between 1200 ° C and 1450 ° C. Further, between the coating step and the substrate arranging step, the temperature of the graphite susceptor is lowered from the coating temperature to the second temperature between the baking temperature and room temperature, and the inside of the reaction vessel is controlled to a reduced pressure state. Then, the graphite susceptor is heated to a peeling temperature from the second temperature to remove at least a part of the coated film.

【0019】本発明の第2の特徴は、(イ)反応容器の
内部に、グラファイトサセプターを挿入する工程;
(ロ)グラファイトサセプターを真空ベークする工程;
(ハ)グラファイトサセプターを、真空ベークに用いた
ベーキング温度から室温近傍の温度まで、降温する工
程;(ニ)この降温後、グラファイトサセプターを反応
容器中から搬出し、グラファイトサセプターの表面層を
除去する工程;(ホ)この表面層を除去する工程の後、
グラファイトサセプターに基板を配置する工程;(ヘ)
反応容器の内部を減圧状態に制御して、グラファイトサ
セプターをベーキング温度よりも高温の成長温度まで加
熱し、基板上に、炭化珪素膜を気相エピタキシャル成長
する工程とを含む炭化珪素膜のCVD方法であることを
要旨とする。
The second feature of the present invention is (a) a step of inserting a graphite susceptor into the reaction vessel;
(B) Vacuum baking the graphite susceptor;
(C) A step of lowering the temperature of the graphite susceptor from the baking temperature used for vacuum baking to a temperature near room temperature; (D) After this temperature lowering, the graphite susceptor is taken out of the reaction vessel and the surface layer of the graphite susceptor is removed. Step; (E) After the step of removing the surface layer,
Placing the substrate on the graphite susceptor; (f)
A CVD method for a silicon carbide film, comprising: controlling a pressure inside the reaction container to heat a graphite susceptor to a growth temperature higher than a baking temperature; and vapor-phase epitaxially growing a silicon carbide film on a substrate. The point is that there is.

【0020】本発明の第3の特徴は、(イ)反応容器の
内部に、グラファイトサセプターを挿入する工程;
(ロ)グラファイトサセプターを真空ベークする工程;
(ハ)グラファイトサセプターを、真空ベークに用いた
ベーキング温度から室温近傍の温度まで、降温する工
程;(ニ)ベーキング温度より高温のコーティング温度
にまでグラファイトサセプターを加熱し、コーティング
温度において、グラファイトサセプターの表面に珪素及
び炭化珪素の少なくとも一方からなる被膜をコーティン
グする工程;(ホ)グラファイトサセプターを、コーテ
ィング温度から室温近傍の温度まで、降温する工程;
(ヘ)この室温近傍の温度まで降温後、グラファイトサ
セプターを反応容器中から搬出し、グラファイトサセプ
ターの表面層を除去する工程;(ト)この表面層を除去
する工程の後、グラファイトサセプターに基板を配置す
る工程;(チ)反応容器の内部を減圧状態に制御して、
グラファイトサセプターをコーティング温度よりも高温
の成長温度まで加熱し、基板上に、炭化珪素膜を気相エ
ピタキシャル成長する工程とを含む炭化珪素膜のCVD
方法であることを要旨とする。第3の特徴におけるコー
ティング温度は、1200℃〜1450℃の間の温度と
すればよい。
The third feature of the present invention is (a) a step of inserting a graphite susceptor into the reaction vessel;
(B) Vacuum baking the graphite susceptor;
(C) A step of lowering the temperature of the graphite susceptor from the baking temperature used for vacuum baking to a temperature near room temperature; (d) heating the graphite susceptor to a coating temperature higher than the baking temperature, and at the coating temperature, Coating the surface with a film made of at least one of silicon and silicon carbide; (e) lowering the temperature of the graphite susceptor from the coating temperature to a temperature near room temperature;
(F) A step of removing the graphite susceptor from the reaction vessel after lowering the temperature to around room temperature and removing the surface layer of the graphite susceptor; (g) After removing the surface layer, place the substrate on the graphite susceptor. Arranging step: (h) controlling the inside of the reaction vessel to a depressurized state
Heating the graphite susceptor to a growth temperature higher than the coating temperature to vapor-phase epitaxially grow a silicon carbide film on the substrate.
The point is that it is a method. The coating temperature in the third feature may be a temperature between 1200 ° C and 1450 ° C.

【0021】なお、本発明の第1〜第3の特徴における
「真空ベークする工程」は、反応容器の内部にグラファ
イトサセプターを挿入する工程の後、反応容器の内部を
減圧状態に排気する工程と、反応容器の内部を減圧状態
に制御して、グラファイトサセプターを段階的にベーキ
ング温度に至るまで昇温し、グラファイトサセプター中
の水分及びカーボンを含むガスを離脱する工程とを備え
ることが好ましい。
The "vacuum baking step" in the first to third features of the present invention includes a step of evacuating the inside of the reaction vessel to a depressurized state after the step of inserting the graphite susceptor into the reaction vessel. It is preferable to control the inside of the reaction vessel to a decompressed state to raise the temperature of the graphite susceptor stepwise to the baking temperature and remove the gas containing water and carbon in the graphite susceptor.

【0022】本発明の第4の特徴は、(イ)窒素密度が
1×1017cm-3以下のグラファイトサセプターに基板
を配置する工程;(ロ)反応容器の内部に、グラファイ
トサセプターを挿入する工程;(ハ)反応容器の内部を
減圧状態に制御して、グラファイトサセプターを成長温
度まで加熱し、基板上に炭化珪素膜を気相エピタキシャ
ル成長する工程とを含む炭化珪素膜のCVD方法である
ことを要旨とする。
The fourth feature of the present invention is (a) a step of placing a substrate on a graphite susceptor having a nitrogen density of 1 × 10 17 cm -3 or less; (b) inserting a graphite susceptor into a reaction vessel. And (c) controlling the inside of the reaction vessel to a reduced pressure state, heating the graphite susceptor to the growth temperature, and vapor-phase epitaxially growing a silicon carbide film on the substrate. Is the gist.

【0023】本発明の第1〜第4の特徴において、成長
温度における炭化珪素膜の気相エピタキシャル成長は、
露点が−85℃〜−75℃の間のキャリアガスを用いる
ことが好ましい。更に、基板は、(0001)C面を有するS
iC基板を使うことも可能である。
In the first to fourth features of the present invention, the vapor phase epitaxial growth of the silicon carbide film at the growth temperature is
It is preferable to use a carrier gas having a dew point between -85 ° C and -75 ° C. Further, the substrate is an S having a (0001) C plane.
It is also possible to use an iC substrate.

【0024】本発明の第5の特徴は、(イ)反応容器;
(ロ)この反応容器にガスを導入するガス導入部;
(ハ)反応容器を真空排気する真空排気部;(ニ)反応
容器の内部に配置され、窒素密度が1×1017cm-3
下の複数のグラファイト部材;(ホ)この複数のグラフ
ァイト部材の間に嵌合し、このグラファイト部材よりも
抵抗率の高い材料からなる領域を少なくともグラファイ
ト部材との嵌合部に有する抵抗性部材とを筒型に組み合
わせたサセプター;(ヘ)サセプターの周方向に沿って
電流を環流させ、複数のグラファイト部材を加熱する高
周波誘導加熱手段とを備えるCVD装置であることを要
旨とする。
The fifth feature of the present invention is (a) a reaction vessel;
(B) A gas introduction section for introducing gas into this reaction container;
(C) A vacuum evacuation unit for evacuating the reaction vessel; (D) A plurality of graphite members arranged inside the reaction vessel and having a nitrogen density of 1 × 10 17 cm −3 or less; (E) A plurality of graphite members A susceptor, which is fitted in a tubular shape, with a resistive member having a region made of a material having a resistivity higher than that of the graphite member at least in a fitting portion with the graphite member; and (f) in the circumferential direction of the susceptor. A gist of the present invention is a CVD apparatus provided with high-frequency induction heating means for heating a plurality of graphite members by circulating an electric current along it.

【0025】本発明の第6の特徴は、窒素密度が1×1
17cm-3以下のグラファイト部材を備えるCVD装置
用サセプターであることを要旨とする。
The sixth feature of the present invention is that the nitrogen density is 1 × 1.
The gist is that it is a susceptor for a CVD apparatus, which is provided with a graphite member of 0 17 cm −3 or less.

【0026】発明の第6の特徴は、窒素密度が1×10
17cm-3以下の複数のグラファイト部材と、この複数の
グラファイト部材の間に嵌合し、このグラファイト部材
よりも抵抗率の高い材料からなる領域を少なくともグラ
ファイト部材との嵌合部に有する抵抗性部材とを筒型に
組み合わせてなり、高周波誘導加熱により、筒型の周方
向に沿って電流を環流し、加熱されるCVD装置用サセ
プターであることを要旨とする。
The sixth feature of the invention is that the nitrogen density is 1 × 10.
A resistance that fits between a plurality of graphite members of 17 cm -3 or less and a material having a higher resistivity than the graphite member at least in the fitting portion with the graphite member. A gist of the present invention is a susceptor for a CVD apparatus, which is formed by combining a member with a tubular shape, and circulates an electric current along the circumferential direction of the tubular shape by high frequency induction heating to be heated.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第1〜第8の実施の形態を説明する。以下の図面の記載
において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号
を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚み
と平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のもの
とは異なることに留意すべきである。したがって、具体
的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきもの
である。また図面相互間においても互いの寸法の関係や
比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, first to eighth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following description. Further, it is needless to say that the drawings include portions having different dimensional relationships and ratios.

【0028】(CVD装置)図1は、本発明の第1〜第
8の実施形態に係るCVD法に用いるLPCVD装置の
概略構造を示す。石英製の反応容器(反応管)1の上流
側フランジには、ガス導入部を構成するガス導入管36
が接続されている。反応管1の下流側フランジを介し
て、図2及び図3に示すグラファイト製のサセプター2
が、固形カーボンウール断熱材3に収納された後、反応
管1中に配置されている。このグラファイト製のサセプ
ター(以下において「グラファイトサセプター」とい
う。)2には、図2及び図3に示すようにSiC基板
(ウェハ)31が搭載される。更に、反応管1の下流側
フランジには、真空配管35が接続され、反応管1の内
部を真空に排気し、或いは、反応管1の内部に導入され
たガスを排出出来る構成になっている。真空配管35の
排気側には、圧力制御バルブ6が接続されている。そし
て、この圧力制御バルブ6の排気側に更に他の真空配管
38が接続され、この真空配管38の排気側に、排気ポ
ンプ系7が接続されている。排気ポンプ系7は、反応管
1の内部を排気するために、例えば、メカニカルブース
ターポンプとドライポンプとを直列接続して構成され
る。圧力制御バルブ6は必要に応じて反応管1と排気ポ
ンプ系7とを分離し、排気コンダクタンスを調整する。
(CVD Apparatus) FIG. 1 shows a schematic structure of an LPCVD apparatus used in the CVD method according to the first to eighth embodiments of the present invention. The upstream side flange of the reaction container (reaction tube) 1 made of quartz has a gas introducing pipe 36 that constitutes a gas introducing portion.
Are connected. Through the downstream side flange of the reaction tube 1, the graphite susceptor 2 shown in FIG. 2 and FIG.
Is placed in the reaction tube 1 after being housed in the solid carbon wool heat insulating material 3. An SiC substrate (wafer) 31 is mounted on the graphite susceptor (hereinafter referred to as “graphite susceptor”) 2, as shown in FIGS. 2 and 3. Further, a vacuum pipe 35 is connected to the downstream side flange of the reaction tube 1 so that the inside of the reaction tube 1 can be evacuated to a vacuum or the gas introduced into the reaction tube 1 can be discharged. . The pressure control valve 6 is connected to the exhaust side of the vacuum pipe 35. Further, another vacuum pipe 38 is connected to the exhaust side of the pressure control valve 6, and the exhaust pump system 7 is connected to the exhaust side of the vacuum pipe 38. The exhaust pump system 7 is configured, for example, by connecting a mechanical booster pump and a dry pump in series in order to exhaust the inside of the reaction tube 1. The pressure control valve 6 separates the reaction tube 1 and the exhaust pump system 7 as necessary, and adjusts the exhaust conductance.

【0029】反応容器(反応管)1の周りには高周波誘
導加熱ヒータ(RFコイル)33が配置されている。こ
のRFコイル33にRF発振器34からの500KHz
乃至5MHzの高周波(RF)を印加することにより、
グラファイトサセプター2が加熱される。したがって、
グラファイトサセプター2の上に直接置かれたSiC基
板(ウェハ)31も、所定の温度に加熱される。ガス導
入配管系からは、TMAl等のドーピングガス等がそれ
ぞれ、図示を省略したタンク回路に設けられたマスフロ
ーコントローラで流量制御されて供給される。これらの
ガスは真空配管35より排出される。図1では、ガス導
入管36は1本のみ示されているが、ガスの種類に対応
させて、複数のガス導入管36を設けてガス導入部を構
成してもかまわない。
A high frequency induction heater (RF coil) 33 is arranged around the reaction vessel (reaction tube) 1. 500 KHz from the RF oscillator 34 to the RF coil 33
By applying a high frequency (RF) of up to 5 MHz,
The graphite susceptor 2 is heated. Therefore,
The SiC substrate (wafer) 31 placed directly on the graphite susceptor 2 is also heated to a predetermined temperature. A doping gas such as TMAl or the like is supplied from the gas introduction piping system with its flow rate controlled by a mass flow controller provided in a tank circuit (not shown). These gases are discharged through the vacuum pipe 35. In FIG. 1, only one gas introduction pipe 36 is shown, but a plurality of gas introduction pipes 36 may be provided to configure the gas introduction unit according to the type of gas.

【0030】更に、反応管1の上流側フランジに接続さ
れたガス導入管36には、複数のガス配管が、ストップ
バルブ13a,13b,13c,13dを介して接続さ
れている。ストップバルブ13a,13b,13c,1
3dには、それぞれマスフローコントローラ12a,1
2b,12c,12gが接続され、ガス導入部を構成し
ている。更に、ガス導入部には、マスフローコントロー
ラ12dを介して、集合ガス供給系4から水素(H2
ガスが供給される。マスフローコントローラ12a,1
2b,12c,12gには、それぞれプロパン(C
38)ガスのボンベ11a,モノシラン(SiH4)ガ
スのボンベ11b,窒素(N2)ガスのボンベ11c,
トリメチルアルミニウム(TMAl)のバブラー14が
接続されている。TMAlのバブラー14は、恒温槽に
より一定の温度に保たれ、蒸気圧を所定の値に維持して
いる。マスフローコントローラ12a,12b,12
c,12gは、それぞれストップバルブ14a,14
b,14c,14dを介してパージライン(バイパスラ
イン)37に接続されている。パージライン37の下流
側も圧力制御バルブ6を介して真空排気可能である。T
MAlのバブラー14には、マスフローコントローラ1
2fを介して、集合ガス供給系4からの水素(H2)ガ
スが導入され、一部は、マスフローコントローラ12h
を介してパージライン37に放出される。TMAlのバ
ブラー14の出力側の圧力は、圧力計15でモニタされ
る。反応管1の内部の圧力は、反応管1に接続された圧
力計5によって測定される。圧力計5,15としては、
キャパシタンスマノメータやピラニゲージ等が使用可能
である。圧力制御バルブ6には、図示を省略した圧力制
御系が接続され、圧力計5によって測定された圧力測定
値と設定圧力値との差異から、そのコンダクタンスを調
整し、反応管1の内部の圧力を設定値に到達させ、この
設定値に維持させる。
Further, a plurality of gas pipes are connected to the gas introduction pipe 36 connected to the upstream side flange of the reaction pipe 1 via stop valves 13a, 13b, 13c and 13d. Stop valves 13a, 13b, 13c, 1
3d includes mass flow controllers 12a and 1a, respectively.
2b, 12c and 12g are connected to each other to form a gas introduction part. Further, hydrogen (H 2 ) is supplied to the gas introduction part from the collective gas supply system 4 via the mass flow controller 12d.
Gas is supplied. Mass flow controller 12a, 1
2b, 12c and 12g have propane (C
3 H 8 ) gas cylinder 11a, monosilane (SiH 4 ) gas cylinder 11b, nitrogen (N 2 ) gas cylinder 11c,
A bubbler 14 of trimethylaluminum (TMAl) is connected. The TMAl bubbler 14 is kept at a constant temperature by a constant temperature bath to keep the vapor pressure at a predetermined value. Mass flow controller 12a, 12b, 12
c and 12g are stop valves 14a and 14g, respectively.
It is connected to a purge line (bypass line) 37 via b, 14c and 14d. The downstream side of the purge line 37 can also be evacuated via the pressure control valve 6. T
The MAL bubbler 14 has a mass flow controller 1
Hydrogen (H 2 ) gas from the collective gas supply system 4 is introduced through 2f, and part of the mass flow controller 12h
It is discharged to the purge line 37 via. The pressure on the output side of the TMAl bubbler 14 is monitored by a pressure gauge 15. The pressure inside the reaction tube 1 is measured by a pressure gauge 5 connected to the reaction tube 1. As the pressure gauges 5 and 15,
Capacitance manometer or Pirani gauge can be used. A pressure control system (not shown) is connected to the pressure control valve 6, and the conductance of the pressure control valve 6 is adjusted based on the difference between the pressure measurement value measured by the pressure gauge 5 and the set pressure value. Reaches the set value and is maintained at this set value.

【0031】反応容器(反応管)1の内部の温度は、放
射温度計(パイロメータ)8により測定され、RF発振
器34フィードバックされ、温度制御される。減圧CV
D法によるSiCの成膜は、反応管1の内部を一定の減
圧下に真空排気し、ストップバルブ14a,14bを閉
じ、ストップバルブ13a,13bを開放することによ
り、シリコンソースとしてモノシラン(SiH4)ガス
がマスフローコントローラ12bを介して反応管1に導
入され、炭素ソースとしてプロパン(C38)ガスがマ
スフローコントローラ12aを介して反応管1に導入さ
れる。これらのガスは、1400℃〜1800℃程度の
高温の反応管1の内部で化学反応し、SiC基板31上
にSiCを成膜する。マスフローコントローラ12c
は、n型ドーパントとしての窒素(N2)ガスの流量を
制御する。マスフローコントローラ12gは、p型ドー
パントとしてのTMAlガスの流量を制御する。
The temperature inside the reaction vessel (reaction tube) 1 is measured by a radiation thermometer (pyrometer) 8 and fed back to the RF oscillator 34 to control the temperature. Reduced pressure CV
To form a SiC film by the D method, the inside of the reaction tube 1 is evacuated to a certain reduced pressure, the stop valves 14a and 14b are closed, and the stop valves 13a and 13b are opened, so that monosilane (SiH 4) is used as a silicon source. ) gas is introduced into the reaction tube 1 through a mass flow controller 12b, propane as a carbon source (C 3 H 8) gas is introduced into the reaction tube 1 through a mass flow controller 12a. These gases chemically react inside the high-temperature reaction tube 1 of about 1400 ° C. to 1800 ° C. to form a SiC film on the SiC substrate 31. Mass flow controller 12c
Controls the flow rate of nitrogen (N 2 ) gas as an n-type dopant. The mass flow controller 12g controls the flow rate of TMAl gas as a p-type dopant.

【0032】図2(a)に示すように、グラファイトサ
セプター2は、上部グラファイト2a,下部グラファイ
ト2b,側壁グラファイト(側壁部材)2c及び2dに
4分割されている。この下部グラファイト2bの上部に
SiC基板(ウェハ)31が載置される。グラファイト
サセプター2は、図2(b)に示す固形カーボンウール
断熱材3に設けられた貫通孔3hに収納可能な大きさで
ある。そして、図3に示すように、グラファイトサセプ
ター2は固形カーボンウール断熱材3の貫通孔3hに収
納され、図1に示す反応容器(反応管)1の内部に載置
される。
As shown in FIG. 2A, the graphite susceptor 2 is divided into four parts: an upper graphite 2a, a lower graphite 2b, side wall graphites (side wall members) 2c and 2d. A SiC substrate (wafer) 31 is placed on the lower graphite 2b. The graphite susceptor 2 has a size that can be housed in the through hole 3h provided in the solid carbon wool heat insulating material 3 shown in FIG. 2 (b). Then, as shown in FIG. 3, the graphite susceptor 2 is housed in the through hole 3h of the solid carbon wool heat insulating material 3 and placed inside the reaction vessel (reaction tube) 1 shown in FIG.

【0033】図4は、図1に示すLPCVD装置を用い
たCVD成長のプロセス・シーケンスを示す。なお、以
下の本発明の第1〜第8の実施形態に係るCVD法の説
明においては、図4に示すプロセス・シーケンス中、一
部の工程が省略される場合が含まれていることに留意さ
れたい。図4に示すCVD成長のプロセス・シーケンス
は、時刻t1〜t6の第1真空ベーク、時刻t6〜t8
の水素(H2)パージ、時刻t8〜t11のSiC/S
iコート、時刻t11〜t13の真空排気、時刻t13
〜t18の第2真空ベーク、時刻t18〜t20のウェ
ハロード、及び時刻t20〜t25のエピ成長の各段階
から構成されている。
FIG. 4 shows a process sequence of CVD growth using the LPCVD apparatus shown in FIG. Note that in the following description of the CVD methods according to the first to eighth embodiments of the present invention, a case where some steps are omitted in the process sequence shown in FIG. 4 is included. I want to be done. The process sequence of the CVD growth shown in FIG. 4 is the first vacuum bake at time t1 to t6, and the time t6 to t8.
Hydrogen (H 2 ) purge, SiC / S from time t8 to t11
i coat, evacuation at times t11 to t13, time t13
.About.t18 second vacuum bake, times t18 to t20 wafer loading, and times t20 to t25 epi growth stages.

【0034】(イ)時刻t1〜t6の第1真空ベーク:
時刻t1〜t6においては、エピタキシャル成長に用い
るグラファイトサセプター2を、反応容器(反応管)1
の内部の圧力を2mPa以下になるまで、排気ポンプ系
7で排気して徐々に処理温度を上げる。先ず、時刻t1
〜t6においては、グラファイトサセプター2の温度を
200℃程度に昇温し、0.5〜2時間、200℃程度
の一定温度に維持する。200℃程度のベーキングによ
り、主に水分の離脱により、圧力上昇が2段に起こるの
で、反応管1の内部の圧力が2mPa以下になるように
圧力を維持する。更に、真空排気を続けると、圧力が下
がるので、時刻t2において、500℃程度まで昇温す
る。時刻t2〜t3においても反応管1の内部の圧力が
2mPa以上にならないように排気ポンプ系7で排気し
て、0.5〜2時間、500℃程度の一定温度に維持す
る。500℃程度のベーキングにより、主に炭酸(CO
2)ガス等のカーボン(C)を含むガスの離脱により、
圧力上昇が起こるが、反応管1の内部の圧力が2mPa
以下になるように圧力を維持する。更に、真空排気を続
けると、圧力が下がるので、時刻t3において、800
℃程度まで昇温する。時刻t3〜t4においても反応管
1の内部の圧力が2mPa以上にならないように排気ポ
ンプ系7で排気して、0.5〜2時間、800℃程度の
一定温度に維持する。800℃程度のベーキングによ
り、主にハイドロカーボン系のガスの離脱により、圧力
上昇が起こるが、反応管1の内部の圧力が2mPa以下
になるように圧力を維持する。更に、真空排気を続ける
と、圧力が下がるので、時刻t4において、1000℃
程度まで昇温する。時刻t4〜t5においても反応管1
の内部の圧力が2mPa以上にならないように排気ポン
プ系7で排気して、0.5〜2時間、1000℃程度の
一定温度に維持する。1000℃程度のベーキングによ
り、主にハイドロカーボン系のガスの離脱により、圧力
上昇が起こるが、反応管1の内部の圧力が2mPa以下
になるように圧力を維持する。更に、真空排気を続ける
と、圧力が下がるので、時刻t5において、ベーキング
温度の1200℃程度まで昇温する。時刻t5〜t6に
おいても反応管1の内部の圧力が2mPa以上にならな
いように排気ポンプ系7で排気して、0.5時間程度、
1200℃程度の一定温度(ベーキング温度)に維持す
る。1200℃程度のベーキングにより、SiCのエッ
チングが明瞭に認められる。更に、真空排気を続ける
と、圧力が下がるので、時刻t6において、降温を開始
する。
(A) First vacuum bake from time t1 to t6:
At times t1 to t6, the graphite susceptor 2 used for epitaxial growth is replaced with the reaction container (reaction tube) 1
The exhaust pump system 7 is evacuated to gradually raise the processing temperature until the pressure inside the chamber becomes 2 mPa or less. First, time t1
From t6 to t6, the temperature of the graphite susceptor 2 is raised to about 200 ° C. and maintained at a constant temperature of about 200 ° C. for 0.5 to 2 hours. Since the pressure rises in two stages mainly due to the separation of water by baking at about 200 ° C., the pressure inside the reaction tube 1 is maintained so as to be 2 mPa or less. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure decreases, so at time t2, the temperature rises to about 500 ° C. Even at times t2 to t3, the pressure inside the reaction tube 1 is evacuated by the exhaust pump system 7 so as not to exceed 2 mPa and maintained at a constant temperature of about 500 ° C. for 0.5 to 2 hours. Mainly carbonic acid (CO
2 ) By the release of gas containing carbon (C) such as gas,
Although the pressure rises, the pressure inside the reaction tube 1 is 2 mPa
Maintain pressure so that: Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure decreases, so at time t3, 800
Raise the temperature to about ℃. Even from time t3 to time t4, the pressure inside the reaction tube 1 is evacuated by the exhaust pump system 7 so as not to exceed 2 mPa and maintained at a constant temperature of about 800 ° C. for 0.5 to 2 hours. By baking at about 800 ° C., the pressure rises mainly due to the release of the hydrocarbon gas, but the pressure is maintained so that the pressure inside the reaction tube 1 becomes 2 mPa or less. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure drops, so at time t4, 1000 ° C.
Raise the temperature to a certain degree. Reaction tube 1 also at times t4 to t5
The gas is exhausted by the exhaust pump system 7 so that the internal pressure does not exceed 2 mPa and maintained at a constant temperature of about 1000 ° C. for 0.5 to 2 hours. By baking at about 1000 ° C., the pressure rises mainly due to the release of hydrocarbon-based gas, but the pressure is maintained so that the pressure inside the reaction tube 1 becomes 2 mPa or less. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure decreases, so at time t5, the temperature is raised to about 1200 ° C. which is the baking temperature. At time t5 to t6, the pressure inside the reaction tube 1 is exhausted by the exhaust pump system 7 so that the pressure does not exceed 2 mPa, and the time is about 0.5 hours.
Maintain a constant temperature (baking temperature) of about 1200 ° C. By baking at about 1200 ° C., etching of SiC is clearly recognized. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure is lowered, so that at time t6, the temperature reduction is started.

【0035】(ロ)時刻t6〜t8の水素(H2)パー
ジ:時刻t7で、グラファイトサセプター2の温度が5
00℃程度の第1温度まで下がったら、水素(H2)ガ
スを反応管1の内部に導入し、反応管1の内部を水素
(H2)ガスでパージする。
(B) Hydrogen (H 2 ) purge from time t6 to t8: At time t7, the temperature of the graphite susceptor 2 is 5
When the temperature has dropped to the first temperature of about 00 ° C., hydrogen (H 2 ) gas is introduced into the reaction tube 1, and the inside of the reaction tube 1 is purged with hydrogen (H 2 ) gas.

【0036】(ハ)時刻t8〜t11のSiC/Siコ
ート:一定時間の水素(H2)パージが終了したら、時
刻t8において、グラファイトサセプター2の温度が1
200℃程度になるまで第1温度から昇温する。時刻t
9において、グラファイトサセプター2の温度が120
0℃程度になったら、モノシラン(SiH4)ガスをマ
スフローコントローラ12bを介し、プロパン(C
38)ガスをマスフローコントローラ12aを介して、
反応管1に導入する。モノシランガスとプロパンガスを
1200℃以上の反応管1の内部に導入することによ
り、グラファイトサセプター2上に表面にシリコン(S
i)及びSiCが堆積を開始する。更に1400℃程度
のコーティング温度になるまで昇温する。時刻t9〜t
10の昇温時間は、約20分である。1400℃(コー
ティング温度)におけるSiCの堆積速度は、約7μm
/hrであり、約1時間(時刻t9〜t11)、グラフ
ァイトサセプター2上に表面にSi及びSiCの少なく
とも一方からなる被膜が堆積を開始する。時刻t11に
おいて、ストップバルブ13a,13bを閉じ、モノシ
ランガスとプロパンガスの導入を停止し、コーティング
温度からの降温を開始する。プロパンガスのボンベ11
a及びモノシランガスのボンベ11bをシャットオフし
た後、配管に残留したモノシランガスとプロパンガス
は、ストップバルブ14a,14bを開放することによ
りパージライン37から排気される。
(C) SiC / Si coating from time t8 to t11: When hydrogen (H 2 ) purging for a certain period of time is completed, the temperature of the graphite susceptor 2 is set to 1 at time t8.
The temperature is raised from the first temperature until it reaches about 200 ° C. Time t
9, the temperature of the graphite susceptor 2 is 120
When the temperature reaches approximately 0 ° C., monosilane (SiH 4 ) gas is passed through the mass flow controller 12b, and propane (C
3 H 8 ) gas through the mass flow controller 12a,
It is introduced into the reaction tube 1. By introducing monosilane gas and propane gas into the reaction tube 1 at a temperature of 1200 ° C. or higher, silicon (S) is formed on the surface of the graphite susceptor 2.
i) and SiC start to deposit. Further, the temperature is raised until the coating temperature reaches about 1400 ° C. Time t9-t
The temperature rising time of 10 is about 20 minutes. The deposition rate of SiC at 1400 ° C (coating temperature) is about 7 μm.
/ Hr, and the coating of at least one of Si and SiC starts to be deposited on the surface of the graphite susceptor 2 for about 1 hour (time t9 to t11). At time t11, the stop valves 13a and 13b are closed, the introduction of monosilane gas and propane gas is stopped, and the temperature reduction from the coating temperature is started. Propane gas cylinder 11
After shutting off a and the monosilane gas cylinder 11b, the monosilane gas and propane gas remaining in the pipe are exhausted from the purge line 37 by opening the stop valves 14a and 14b.

【0037】(ニ)時刻t11〜t13の真空排気:時
刻t11の降温開始後、グラファイトサセプター2の温
度が100℃程度の第2温度まで下がったら、反応管1
の内部を真空排気する。即ち、時刻t11〜t13にお
いて、反応管1の内部の圧力が2mPa以上にならない
ように排気ポンプ系7で排気して、100℃程度の一定
温度に維持する。
(D) Vacuum evacuation from time t11 to t13: After the temperature starts to be decreased at time t11, when the temperature of the graphite susceptor 2 drops to the second temperature of about 100 ° C., the reaction tube 1
The inside of is evacuated. That is, at times t11 to t13, the exhaust pump system 7 exhausts the pressure inside the reaction tube 1 so as not to exceed 2 mPa and maintains the temperature at a constant temperature of about 100 ° C.

【0038】(ホ)時刻t13〜t18の第2真空ベー
ク:時刻t13〜t14においては、グラファイトサセ
プター2の温度を第2温度から200℃程度に昇温し、
0.5〜2時間、200℃程度の一定温度に維持する。
200℃程度のベーキングにより、圧力上昇が起こる
が、反応管1の内部の圧力が2mPa以下になるように
圧力を維持する。更に、真空排気を続けると、圧力が下
がるので、時刻t14において、500℃程度まで昇温
する。時刻t14〜t15においても反応管1の内部の
圧力が2mPa以上にならないように排気ポンプ系7で
排気して、0.5〜2時間、500℃程度の一定温度に
維持する。500℃程度のベーキングにより圧力上昇が
起こるが、反応管1の内部の圧力が2mPa以下になる
ように圧力を維持する。更に、真空排気を続けると、圧
力が下がるので、時刻t15において、800℃程度ま
で昇温する。時刻t15〜t16においても反応管1の
内部の圧力が2mPa以上にならないように排気ポンプ
系7で排気して、0.5〜2時間、800℃程度の一定
温度に維持する。800℃程度のベーキングにより圧力
上昇が起こるが、反応管1の内部の圧力が2mPa以下
になるように圧力を維持する。更に、真空排気を続ける
と、圧力が下がるので、時刻t16において、1000
℃程度まで昇温する。時刻t16〜t17においても反
応管1の内部の圧力が2mPa以上にならないように排
気ポンプ系7で排気して、0.5〜2時間、1000℃
程度の一定温度に維持する。1000℃程度のベーキン
グにより圧力上昇が起こるが、反応管1の内部の圧力が
2mPa以下になるように圧力を維持する。更に、真空
排気を続けると、圧力が下がるので、時刻t17におい
て、1200℃程度の剥離温度まで昇温する。時刻t1
7〜t18においても反応管1の内部の圧力が2mPa
以上にならないように排気ポンプ系7で排気して、0.
5時間程度、1200℃程度の一定温度(剥離温度)に
維持する。1200℃程度の剥離温度におけるベーキン
グにより、Si及びSiCの少なくとも一方からなる被
膜(コーティング膜)が除去される。更に、真空排気を
続けると、圧力が下がるので、時刻t18において、降
温を開始する。
(E) Second vacuum bake from time t13 to t18: During time t13 to t14, the temperature of the graphite susceptor 2 is increased from the second temperature to about 200 ° C.,
Maintain a constant temperature of about 200 ° C. for 0.5 to 2 hours.
Although the pressure rises by baking at about 200 ° C., the pressure is maintained so that the pressure inside the reaction tube 1 becomes 2 mPa or less. Further, when the vacuum exhaust is continued, the pressure is lowered, so that the temperature is raised to about 500 ° C. at time t14. Also from time t14 to t15, the pressure inside the reaction tube 1 is evacuated by the exhaust pump system 7 so as not to exceed 2 mPa and maintained at a constant temperature of about 500 ° C. for 0.5 to 2 hours. Although the pressure rises by baking at about 500 ° C., the pressure is maintained so that the pressure inside the reaction tube 1 becomes 2 mPa or less. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure decreases, so at time t15, the temperature rises to about 800 ° C. Even from time t15 to t16, the pressure inside the reaction tube 1 is evacuated by the exhaust pump system 7 so as not to exceed 2 mPa and maintained at a constant temperature of about 800 ° C. for 0.5 to 2 hours. Although the pressure rises by baking at about 800 ° C., the pressure is maintained so that the pressure inside the reaction tube 1 becomes 2 mPa or less. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure drops, so at time t16, 1000
Raise the temperature to about ℃. Even at time t16 to t17, exhaust gas is exhausted by the exhaust pump system 7 so that the pressure inside the reaction tube 1 does not exceed 2 mPa, and the temperature is 1000 ° C. for 0.5 to 2 hours.
Maintain a constant temperature. Although the pressure rises by baking at about 1000 ° C., the pressure is maintained so that the pressure inside the reaction tube 1 becomes 2 mPa or less. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure decreases, so at time t17, the temperature rises to a peeling temperature of about 1200 ° C. Time t1
Even from 7 to t18, the pressure inside the reaction tube 1 is 2 mPa.
Exhaust with the exhaust pump system 7 so as not to become the above, and
It is maintained at a constant temperature (peeling temperature) of about 1200 ° C. for about 5 hours. The coating (coating film) made of at least one of Si and SiC is removed by baking at a peeling temperature of about 1200 ° C. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure is lowered, so that the temperature is started to be lowered at the time t18.

【0039】(ヘ)時刻t18〜t20のウェハロー
ド:時刻t18の降温開始後、グラファイトサセプター
2の温度が室温近傍まで下がる(時刻t19)まで、反
応管1の内部を真空排気する。そして、時刻t19にお
いて、反応管1の下流側フランジを開放し、水素雰囲気
若しくは、ヘリウム(He)等の希ガス雰囲気のグロー
ブボックス中に取り出す。そして、グローブボックス中
で、グラファイトサセプター2にSiC基板(ウェハ)
31を搭載し、再びグラファイトサセプター2を、反応
管1の内部に収納し、排気ポンプ系7を用いて、真空排
気を行う。或いは、図1では省略しているが、反応管1
の下流側フランジに、基板搬送ゲートバルブを介して真
空予備室を接続し、真空予備室の内部を水素若しくは希
ガス雰囲気にして、グラファイトサセプター2にSiC
基板(ウェハ)31を搭載するようにしても良い。更
に、真空予備室(第1の真空予備室)に対し接続された
第2の真空予備室を用意し、ローダーロボットアームを
用いて、真空中で、グラファイトサセプター2にSiC
基板31を搭載する処理をしても良い。そして、この真
空予備室(第1の真空予備室)を真空排気後、基板搬送
ゲートバルブを開け、真空予備室(第1の真空予備室)
にセットされたSiC基板31をローダーロボットアー
ムにより反応管1内に移すようにすることも可能であ
る。この場合、その後、ローダーロボットアームを戻
し、基板搬送ゲートバルブを閉じる。このようにして、
グラファイトサセプター2を大気に開放しないで、反応
管1内部に戻すようにすることが出来る。時刻t18〜
t20のウェハロードの段階においては、グラファイト
サセプター2を反応管1内部に戻した後、反応管1の内
部の圧力が0.1mPa以下になるまで排気ポンプ系7
で排気する。
(F) Wafer loading from time t18 to t20: After the temperature starts to be decreased at time t18, the inside of the reaction tube 1 is evacuated until the temperature of the graphite susceptor 2 drops to near room temperature (time t19). Then, at time t19, the downstream side flange of the reaction tube 1 is opened and taken out into a glove box in a hydrogen atmosphere or a rare gas atmosphere such as helium (He). Then, the SiC substrate (wafer) is attached to the graphite susceptor 2 in the glove box.
31 is mounted, the graphite susceptor 2 is housed inside the reaction tube 1 again, and the exhaust pump system 7 is used to perform vacuum exhaust. Alternatively, although omitted in FIG. 1, the reaction tube 1
A vacuum preliminary chamber is connected to the downstream side flange of the substrate via a substrate transfer gate valve, the inside of the vacuum preliminary chamber is set to hydrogen or a rare gas atmosphere, and the graphite susceptor 2 is covered with SiC.
A substrate (wafer) 31 may be mounted. Further, a second vacuum preliminary chamber connected to the vacuum preliminary chamber (first vacuum preliminary chamber) is prepared, and the graphite susceptor 2 is made to have SiC in vacuum by using a loader robot arm.
Processing for mounting the substrate 31 may be performed. Then, the vacuum preliminary chamber (first vacuum preliminary chamber) is evacuated, the substrate transfer gate valve is opened, and the vacuum preliminary chamber (first vacuum preliminary chamber) is opened.
It is also possible to transfer the SiC substrate 31 set in step 1 into the reaction tube 1 by a loader robot arm. In this case, thereafter, the loader robot arm is returned and the substrate transfer gate valve is closed. In this way
The graphite susceptor 2 may be returned to the inside of the reaction tube 1 without being exposed to the atmosphere. From time t18
At the wafer loading stage of t20, after the graphite susceptor 2 is returned to the inside of the reaction tube 1, the exhaust pump system 7 is operated until the pressure inside the reaction tube 1 becomes 0.1 mPa or less.
Exhaust with.

【0040】(ト)時刻t20〜t25のエピ成長:反
応管1の内部の圧力が0.1mPa以下になれば、時刻
t20において、グラファイトサセプター2の温度を2
00℃程度まで昇温する。時刻t20〜t21において
は、グラファイトサセプター2の温度を、0.5時間以
上、200℃程度の一定温度に維持する。200℃程度
のベーキングにより、圧力上昇が起こるが、反応管1の
内部の圧力が2mPa以下になるように圧力を維持す
る。更に、真空排気を続けると、圧力が下がるので、時
刻t21において、500℃程度まで昇温する。時刻t
21〜t22においても反応管1の内部の圧力が2mP
a以上にならないように排気ポンプ系7で排気して、
0.5時間以上、500℃程度の一定温度に維持する。
500℃程度のベーキングにより圧力上昇が起こるが、
反応管1の内部の圧力が2mPa以下になるように圧力
を維持する。更に、真空排気を続けると、圧力が下がる
ので、時刻t22において、マスフローコントローラ1
2dを介して水素(H2)ガスを、反応管1の内部に供
給し、1400℃まで昇温する。時刻t23において、
グラファイトサセプター2の温度が1400℃程度にな
ったら、プロパン(C38)ガスをマスフローコントロ
ーラ12aを介して反応管1に導入する。更に、140
0℃に到達後、1分後(時刻t24)、グラファイトサ
セプター2を成長温度Tg、例えば1500〜1800
℃にまで昇温する。成長温度Tgに到達後、3分後に、
モノシラン(SiH4)ガスをマスフローコントローラ
12bを介して反応管1に導入し、SiCの成長を開始
する。所望の膜厚が得られたら、時刻t25において、
ストップバルブ13bを閉じ、モノシランガスの導入を
停止する。更にその0.5分後、ストップバルブ13a
を閉じ、プロパンガスの導入を停止し、同時に降温を開
始する。プロパンガスのボンベ11a及びモノシランガ
スのボンベ11bをシャットオフした後、配管に残留し
たモノシランガスとプロパンガスは、ストップバルブ1
4a,14bを開放することによりパージライン37か
ら排気される。
(G) Epi growth from time t20 to t25: If the pressure inside the reaction tube 1 becomes 0.1 mPa or less, the temperature of the graphite susceptor 2 is increased to 2 at time t20.
The temperature is raised to about 00 ° C. From time t20 to t21, the temperature of the graphite susceptor 2 is maintained at a constant temperature of about 200 ° C. for 0.5 hours or more. Although the pressure rises by baking at about 200 ° C., the pressure is maintained so that the pressure inside the reaction tube 1 becomes 2 mPa or less. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure decreases, so at time t21, the temperature rises to about 500 ° C. Time t
Even at 21 to t22, the pressure inside the reaction tube 1 is 2 mP.
Exhaust with the exhaust pump system 7 so that it does not exceed a,
Maintain a constant temperature of about 500 ° C. for 0.5 hours or more.
The pressure rises due to baking at about 500 ℃,
The pressure is maintained so that the pressure inside the reaction tube 1 is 2 mPa or less. Further, if the vacuum exhaust is continued, the pressure decreases, so at time t22, the mass flow controller 1
Hydrogen (H 2 ) gas is supplied into the reaction tube 1 via 2d, and the temperature is raised to 1400 ° C. At time t23,
When the temperature of the graphite susceptor 2 reaches about 1400 ° C., propane (C 3 H 8 ) gas is introduced into the reaction tube 1 via the mass flow controller 12a. Furthermore, 140
One minute after reaching 0 ° C. (time t24), the graphite susceptor 2 is grown at a growth temperature Tg of, for example, 1500 to 1800.
Heat up to ℃. Three minutes after reaching the growth temperature Tg,
Monosilane (SiH 4 ) gas is introduced into the reaction tube 1 via the mass flow controller 12b to start the growth of SiC. When the desired film thickness is obtained, at time t25,
The stop valve 13b is closed to stop the introduction of monosilane gas. 0.5 minutes later, the stop valve 13a
Is closed, the introduction of propane gas is stopped, and at the same time the temperature is lowered. After shutting off the propane gas cylinder 11a and the monosilane gas cylinder 11b, the monosilane gas and propane gas remaining in the pipe are stopped by the stop valve 1
The air is exhausted from the purge line 37 by opening 4a and 14b.

【0041】(第1の実施の形態)最初に、本発明の第
1の実施の形態に係るCVD方法を用いた半導体素子
(ショットキーダイオード)の製造方法を説明する。
(First Embodiment) First, a method of manufacturing a semiconductor device (Schottky diode) using the CVD method according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0042】(イ)図16(a)に示すように、先ず、
SiC基板51の上に、図1に示すLPCVD装置を用
いて、純度n-SiCエピ層52をLPCVD法で堆積す
る。本発明の第1の実施の形態に係るCVD方法におい
ては、図4に示した、プロセス・シーケンス中、時刻t
1〜t6の第1真空ベーク、時刻t6〜t8の水素(H
2)パージ、時刻t8〜t11のSiC/Siコート、
時刻t11〜t13の真空排気、時刻t13〜t18の
第2真空ベークの工程を省略し、時刻t20〜t25の
エピ成長の工程のみを行う。CVDの条件は、成長温度
Tgが1600℃,成長圧力が20kPa、SiH4
供給流量が6.67sccm、C38の供給流量が3.
33sccm,ドーパント原料のN2の供給流量が0.1
2sccm,キャリアガスである水素の供給流量が40
000sccmである。この結果、キャリア密度が5×
1015cm-3の高純度n-SiCエピ層52がエピタキシ
ャル成長する。
(A) As shown in FIG. 16 (a), first,
A purity n-SiC epilayer 52 is deposited on the SiC substrate 51 by the LPCVD method using the LPCVD apparatus shown in FIG. In the CVD method according to the first embodiment of the present invention, at the time t during the process sequence shown in FIG.
1st-t6 1st vacuum bake, time t6-t8 hydrogen (H
2 ) Purge, SiC / Si coat from time t8 to t11,
The steps of vacuum evacuation at times t11 to t13 and the second vacuum baking at times t13 to t18 are omitted, and only the step of epi growth at times t20 to t25 is performed. The conditions of the CVD are as follows: the growth temperature Tg is 1600 ° C., the growth pressure is 20 kPa, the SiH 4 supply flow rate is 6.67 sccm, and the C 3 H 8 supply flow rate is 3.
33 sccm, the supply flow rate of N 2 as a dopant material is 0.1
2 sccm, the supply flow rate of hydrogen as carrier gas is 40
It is 000 sccm. As a result, the carrier density is 5 ×
The high-purity n-SiC epilayer 52 of 10 15 cm -3 is epitaxially grown.

【0043】(ロ)次に、図16(b)に示すように、
SiC基板51の裏面に裏面金属63を、真空蒸着法、
若しくはスパッタリング法で堆積する。更に、シンタリ
ング(熱処理)を行い、SiC基板51と裏面金属63
とのコンタクト抵抗を下げる。
(B) Next, as shown in FIG.
A back surface metal 63 is formed on the back surface of the SiC substrate 51 by a vacuum deposition method,
Alternatively, it is deposited by a sputtering method. Further, sintering (heat treatment) is performed, and the SiC substrate 51 and the back surface metal 63 are
Lower the contact resistance with.

【0044】(ハ)次に、図16(c)に示すようにN
i等のショットキー金属62を、真空蒸着法、若しくは
スパッタリング法で堆積すれば、ショットキーダイオー
ドが完成する。
(C) Next, as shown in FIG.
A Schottky diode is completed by depositing a Schottky metal 62 such as i by a vacuum evaporation method or a sputtering method.

【0045】なお、厚さが10μmのn-SiCエピ層5
2をLPCVD法で堆積した後、そのn-SiCエピ層5
2の表面をSIMSで測定した結果を図7(a)に示
す。図7(a)は、窒素密度が異なる複数個のグラファ
イトサセプター2を用意し、この複数のグラファイトサ
セプター2を用いた場合のLPCVD成長で得られた成
長膜中の窒素密度とグラファイトサセプター中の窒素密
度との関係を示す。グラファイトサセプター2中の窒素
密度を1×1017cm-3以下とすると、グラファイトサ
セプター2に由来する成長膜中の窒素密度は1×1014
cm-3以下となる。これは高純度n-SiCエピ層52の
制御不純物密度に対して3%以下である。図16(c)
に示すショットキーダイオードは順方向抵抗の7割以上
が、高純度n-SiCエピ層52の走行抵抗となるので、
本発明の第1の実施の形態に係るCVD方法によれば、
ショットキーダイオードの素子抵抗のばらつきを、±数
%以内と、通常のSi系半導体素子の設計マージン内に
収めることが出来る。
The n-SiC epilayer 5 having a thickness of 10 μm
2 is deposited by LPCVD, and then the n-SiC epilayer 5
The result of having measured the surface of No. 2 by SIMS is shown in FIG. FIG. 7A shows a case where a plurality of graphite susceptors 2 having different nitrogen densities are prepared, and the nitrogen density in the growth film and the nitrogen in the graphite susceptors obtained by LPCVD growth when the plurality of graphite susceptors 2 are used. The relationship with the density is shown. If the nitrogen density in the graphite susceptor 2 is 1 × 10 17 cm −3 or less, the nitrogen density in the growth film derived from the graphite susceptor 2 is 1 × 10 14 cm 2.
cm -3 or less. This is 3% or less with respect to the control impurity density of the high-purity n-SiC epilayer 52. FIG. 16 (c)
In the Schottky diode shown in, since 70% or more of the forward resistance is the running resistance of the high-purity n-SiC epi layer 52,
According to the CVD method according to the first embodiment of the present invention,
The variation in the element resistance of the Schottky diode can be kept within ± several percent within the design margin of a normal Si-based semiconductor element.

【0046】次に、アルミニウム(Al)密度が異なる
複数個のグラファイトサセプター2を用意し、この複数
のグラファイトサセプター2を用いて厚さが7μmのn-
SiCエピ層52をLPCVD法で堆積した後、そのn-
SiCエピ層52の表面をSIMSで測定した結果を図
7(b)に示す。窒素の密度は1×1016cm-3に制御
している。Alの密度に関してはSiCコートを行うと
グラファイトサセプター2に用いるグラファイトサセプ
ター中のAl密度が同一であっても、CVD膜中に取り
込まれるAl密度が高くなることを見出した。この理由
は明らかではないが、母材のグラファイトサセプター中
のAl密度に対応してCVD膜中のAl密度も高くなっ
ている。このことから、SiCコート膜が昇華する際に
元来グラファイトサセプター中にあったAlがCVD膜
中に移動するのを助けていることが推定される。
Next, a plurality of graphite susceptors 2 having different aluminum (Al) densities are prepared, and the plurality of graphite susceptors 2 are used to make n-thickness of 7 μm.
After depositing the SiC epi layer 52 by the LPCVD method, the n-
The result of measuring the surface of the SiC epi layer 52 by SIMS is shown in FIG. The density of nitrogen is controlled to 1 × 10 16 cm -3 . Regarding the density of Al, it was found that when the SiC coating is performed, the Al density taken into the CVD film becomes high even if the Al density in the graphite susceptor used for the graphite susceptor 2 is the same. Although the reason for this is not clear, the Al density in the CVD film is also high corresponding to the Al density in the graphite susceptor as the base material. From this, it is presumed that Al, which originally existed in the graphite susceptor, assists in moving into the CVD film when the SiC coated film sublimes.

【0047】図7(b)に示すように、SiCコートが
ない場合にはグラファイトサセプター2中のAl密度と
成長膜中のSIMSで測定したAl密度の比は3:1で
ある。したがって、グラファイトサセプター2中のAl
密度を3×1014cm-3以下にすれば、高純度n-SiC
エピ層52中のAl密度は1×1014cm-3以下とな
る。この場合成長膜中の制御不純物密度が1×1016
-3なので、補償比が0.01となる。即ち、補償比0
の設計値と比べて移動度の変化が数%で、素子全体の抵
抗上昇は1%程度と実用的なレベルに抑えることが出来
る。ここで全く同じ条件でAl密度が1×1016cm-3
の通常レベルのグラファイトサセプター2を用いた場
合、素子抵抗が設計値よりも数%以上高く,ショットキ
ーダイオードとしては極めて不満足な特性しか示さな
い。
As shown in FIG. 7B, the ratio of the Al density in the graphite susceptor 2 to the Al density measured by SIMS in the grown film is 3: 1 when there is no SiC coating. Therefore, Al in the graphite susceptor 2
If the density is set to 3 × 10 14 cm -3 or less, high-purity n-SiC
The Al density in the epi layer 52 is 1 × 10 14 cm −3 or less. In this case, the control impurity density in the grown film is 1 × 10 16 c
Since it is m −3 , the compensation ratio is 0.01. That is, the compensation ratio 0
The change in mobility is a few percent compared to the design value, and the resistance rise of the entire device is about 1%, which can be suppressed to a practical level. Here, under the same conditions, the Al density is 1 × 10 16 cm −3.
In the case of using the graphite susceptor 2 of the ordinary level, the element resistance is several percent or more higher than the design value, and the characteristics are extremely unsatisfactory as a Schottky diode.

【0048】次に、ボロン(B)密度が異なる複数個の
グラファイトサセプター2を用意し、この複数のグラフ
ァイトサセプター2を用いて厚さが7μmのn-SiCエ
ピ層52をLPCVD法で堆積した後、そのn-SiCエ
ピ層52の表面をSIMSで測定した結果を図7(c)
に示す。窒素の密度は1×1016cm-3に制御してい
る。
Next, a plurality of graphite susceptors 2 having different boron (B) densities are prepared, and an n-SiC epilayer 52 having a thickness of 7 μm is deposited by the LPCVD method using the plurality of graphite susceptors 2. 7C shows the result of measurement of the surface of the n-SiC epilayer 52 by SIMS.
Shown in. The density of nitrogen is controlled to 1 × 10 16 cm -3 .

【0049】図7(c)に示するように、成長膜中の不
純物密度はグラファイトサセプター2中のB密度低下と
ともに急激に下がることが分かる。グラファイトサセプ
ター2中のB密度を1×1015cm-3以下とすれば、n-
SiCエピ層52中のB密度は1×1014cm-3以下と
なることが分かる。この場合n-SiCエピ層52中の制
御不純物密度が1×1016cm-3なので、補償比が1%
程度であり、移動度の変化は数%以内であり、素子全体
の抵抗上昇は数%以内と実用的なレベルに抑えられる。
また本発明のSiC膜成長方法を用いて形成した4H-
SiC膜の移動度をホール測定法により測定したとこ
ろ、室温で1100cm2/v・sと良好な値が得られ
た。また低温で測定したところ、55Kにおいて350
00cm2/v/sと従来得られなかった値が得られ
た。対応する従来例では25000cm2/v/sの値
が最も高い値である。このように従来の報告例と比べて
大きな移動度がが低温で得られたことは、結晶中の不純
物密度が低いことを示しており、本発明の結晶成長方法
がp型の不純物を減らす上で極めて有効であることを示
している。
As shown in FIG. 7C, it can be seen that the impurity density in the grown film drops sharply as the B density in the graphite susceptor 2 decreases. If the B density in the graphite susceptor 2 is set to 1 × 10 15 cm -3 or less, n-
It can be seen that the B density in the SiC epi layer 52 is 1 × 10 14 cm −3 or less. In this case, since the control impurity density in the n-SiC epilayer 52 is 1 × 10 16 cm −3 , the compensation ratio is 1%.
The change in mobility is within a few percent, and the resistance increase of the entire device is within a few percent, which is suppressed to a practical level.
Also, 4H- formed by using the SiC film growth method of the present invention.
When the mobility of the SiC film was measured by the Hall measurement method, a good value of 1100 cm 2 / v · s was obtained at room temperature. When measured at low temperature, it was 350 at 55K.
A value of 00 cm 2 / v / s, which was not obtained in the past, was obtained. In the corresponding conventional example, the value of 25000 cm 2 / v / s is the highest value. The fact that a large mobility was obtained at a low temperature as compared with the previously reported example indicates that the impurity density in the crystal is low, and the crystal growth method of the present invention reduces p-type impurities. Indicates that it is extremely effective.

【0050】(第2の実施の形態)以下、本発明の第2
の実施の形態に係るCVD方法を図16に示す半導体素
子の概略断面図を用いて説明する。
(Second Embodiment) The second embodiment of the present invention will be described below.
The CVD method according to the embodiment will be described with reference to the schematic sectional view of the semiconductor device shown in FIG.

【0051】(イ)図17(a)に示すように、先ず、
SiC基板51の上に、図1に示すLPCVD装置を用
いて、純度n-SiCエピ層52をLPCVD法で堆積す
る。本発明の第2の実施の形態に係るCVD方法におい
ては、図4に示した、プロセス・シーケンス中、時刻t
1〜t6の第1真空ベーク、時刻t6〜t8の水素(H
2)パージ、時刻t8〜t11のSiC/Siコート、
時刻t11〜t13の真空排気、時刻t13〜t18の
第2真空ベークの工程を省略し、時刻t20〜t25の
エピ成長の工程のみを行う。CVDの条件は、成長温度
Tgが1600℃,成長圧力が20kPa、SiH4
供給流量が6.67sccm、C38の供給流量が3.
33sccm,ドーパント原料のN2の供給流量が0.1
2sccm,キャリアガスである水素の供給流量が40
000sccmである。この結果、キャリア密度が5×
1015cm-3の高純度n-SiCエピ層52がエピタキシ
ャル成長する。
(A) As shown in FIG. 17 (a), first,
A purity n-SiC epilayer 52 is deposited on the SiC substrate 51 by the LPCVD method using the LPCVD apparatus shown in FIG. In the CVD method according to the second embodiment of the present invention, at the time t during the process sequence shown in FIG.
1st-t6 1st vacuum bake, time t6-t8 hydrogen (H
2 ) Purge, SiC / Si coat from time t8 to t11,
The steps of vacuum evacuation at times t11 to t13 and the second vacuum baking at times t13 to t18 are omitted, and only the step of epi growth at times t20 to t25 is performed. The conditions of the CVD are as follows: the growth temperature Tg is 1600 ° C., the growth pressure is 20 kPa, the SiH 4 supply flow rate is 6.67 sccm, and the C 3 H 8 supply flow rate is 3.
33 sccm, the supply flow rate of N 2 as a dopant material is 0.1
2 sccm, the supply flow rate of hydrogen as carrier gas is 40
It is 000 sccm. As a result, the carrier density is 5 ×
The high-purity n-SiC epilayer 52 of 10 15 cm -3 is epitaxially grown.

【0052】(ロ)更に、図17(a)に示すように、
n-SiCエピ層52の上に、図1に示すLPCVD装置
を用いて、p-SiCエピ層53をLPCVD法で堆積
する。CVDの条件は、成長温度Tgが1600℃,成
長圧力が20kPa、SiH 4の供給流量が6.67s
ccm、C38の供給流量が3.33sccm,ドーパ
ント原料のTMAlの供給流量が0.01sccm,キ
ャリアガスである水素の供給流量が40000sccm
である。
(B) Further, as shown in FIG.
On the n-SiC epi layer 52, the LPCVD device shown in FIG.
Of p-SiC epilayer 53 is deposited by LPCVD using
To do. The CVD condition is that the growth temperature Tg is 1600 ° C.
Long pressure 20kPa, SiH FourSupply flow rate of 6.67s
ccm, C3H8Supply flow rate of 3.33 sccm, dopa
The supply flow rate of TMAl, which is the raw material for the component, is 0.01 sccm,
Supply flow rate of hydrogen as carrier gas is 40,000 sccm
Is.

【0053】(ハ)次に、図17(b)に示すように、
オーミック金属を、真空蒸着法、若しくはスパッタリン
グ法で堆積すれば、アノード電極64を形成する。そし
て、図17(c)に示すように、SiC基板51の裏面
にオーミック金属を、真空蒸着法、若しくはスパッタリ
ング法で堆積し、カソード電極65を形成する。更に、
シンタリング(熱処理)を行い、p-SiCエピ層53
とアノード電極64とのコンタクト抵抗、及びSiC基
板51とカソード電極65とのコンタクト抵抗を下げれ
ば、pn接合ダイオードが、完成する。
(C) Next, as shown in FIG.
The ohmic metal is deposited by the vacuum evaporation method or the sputtering method to form the anode electrode 64. Then, as shown in FIG. 17C, an ohmic metal is deposited on the back surface of the SiC substrate 51 by a vacuum vapor deposition method or a sputtering method to form a cathode electrode 65. Furthermore,
Sintering (heat treatment) is performed to form the p-SiC epi layer 53.
A pn junction diode is completed by reducing the contact resistance between the anode electrode 64 and the anode electrode 64, and the contact resistance between the SiC substrate 51 and the cathode electrode 65.

【0054】次に、チタン(Ti)密度が異なる複数個
のグラファイトサセプター2を用意し、この複数のグラ
ファイトサセプター2を用いて厚さが10μmのn-Si
Cエピ層52、及び厚さが2μmのp-SiCエピ層53
をLPCVD法で堆積した後、そのn-SiCエピ層52
の表面をSIMSで測定した結果を図8(a)に示す。
窒素の密度は1×1014cm-3に制御している。p-S
iCエピ層53は、5×1018cm-3のAlが添加され
ている。ここで高純度n-SiCエピ層52をエピタキシ
ャル成長する際のCVD条件は第1の実施の形態と同一
である。図8(a)に示すように、グラファイトサセプ
ター2中のTi密度が2×1014cm-3以下であれば、
成長膜中のTiの密度が1×1013cm-3以下に出来る
ことが分かる。即ち、上記の成長条件では、グラファイ
トサセプター2中のTi密度と成長膜中の不純物密度の
比は略1:20であり、高純度n-SiCエピ層52中24の
Ti密度は1×1013cm-3以下となる。
Next, a plurality of graphite susceptors 2 having different titanium (Ti) densities are prepared, and using the plurality of graphite susceptors 2, n-Si having a thickness of 10 μm is prepared.
C epi layer 52 and p-SiC epi layer 53 having a thickness of 2 μm
Of the n-SiC epilayer 52 after the LPCVD
The result of having measured the surface of this by SIMS is shown in FIG.8 (a).
The density of nitrogen is controlled to 1 × 10 14 cm -3 . p-S
Al of 5 × 10 18 cm −3 is added to the iC epi layer 53. Here, the CVD conditions for epitaxially growing the high-purity n-SiC epi layer 52 are the same as those in the first embodiment. As shown in FIG. 8A, if the Ti density in the graphite susceptor 2 is 2 × 10 14 cm −3 or less,
It can be seen that the density of Ti in the growth film can be set to 1 × 10 13 cm −3 or less. That is, under the above growth conditions, the ratio of the Ti density in the graphite susceptor 2 to the impurity density in the growth film is about 1:20, and the Ti density of 24 in the high-purity n-SiC epilayer 52 is 1 × 10 13 cm -3 or less.

【0055】図9(a)に成長膜中のTi密度とキャリ
アのライフタイムの関係を示す。ライフタイムはグラフ
ァイトサセプター2に対して、SiCコートのある場合
とない場合で異なっており、SiCコートがあると、ラ
イフタイムはより長くなることが分かる。SiCコート
の有り/無しのいずれの場合にも、成長膜中のTi密度
の低下とともにライフタイムが長くなる。但し、SiC
コートがない場合には、Ti密度を1×1013cm-3
下とすることで通常のバイポーラ・デバイスの作製に不
可欠な1μs以上のライフタイム値を得られることが分
かる。
FIG. 9A shows the relationship between the Ti density in the grown film and the carrier lifetime. It can be seen that the lifetime is different for the graphite susceptor 2 with and without the SiC coat, and with the SiC coat, the lifetime becomes longer. In either case with or without the SiC coat, the lifetime becomes longer as the Ti density in the growth film decreases. However, SiC
It can be seen that, in the case where there is no coating, a Ti value of 1 × 10 13 cm −3 or less can provide a lifetime value of 1 μs or more, which is indispensable for manufacturing a normal bipolar device.

【0056】また、本発明の第2の実施の形態に係るC
VD方法により形成されたpn接合ダイオードでは、オ
ン状態での抵抗値がSiCのバンドギャップとほぼ一致
しており、走行抵抗はほとんど発生していないと判断さ
れる。
Further, C according to the second embodiment of the present invention
In the pn junction diode formed by the VD method, the resistance value in the on state is almost equal to the band gap of SiC, and it is determined that the running resistance is hardly generated.

【0057】次に、バナジウム(V)密度が異なる複数
個のグラファイトサセプター2を用意し、この複数のグ
ラファイトサセプター2を用いて、厚さが10μmのn-
SiCエピ層52、及び厚さが2μmのp-SiCエピ層
53をLPCVD法で堆積した後、そのn-SiCエピ層
52の表面をSIMSで測定した結果を図8(b)に示
す。窒素の密度は1×1014cm-3に制御している。こ
こで高純度n-SiCエピ層52をエピタキシャル成長す
る際の条件は第1の実施の形態と同一である。図8
(b)に示すように、グラファイトサセプター2中のV
密度を1×1014cm-3以下とすれば、高純度n-SiC
エピ層52中のV密度は3×1010cm-3以下となるこ
とが分かる。
Next, a plurality of graphite susceptors 2 having different vanadium (V) densities are prepared, and the plurality of graphite susceptors 2 are used to make n-thickness of 10 μm.
FIG. 8B shows the result of measuring the surface of the n-SiC epi layer 52 by SIMS after depositing the SiC epi layer 52 and the p-SiC epi layer 53 having a thickness of 2 μm by the LPCVD method. The density of nitrogen is controlled to 1 × 10 14 cm -3 . The conditions for epitaxially growing the high-purity n-SiC epitaxial layer 52 are the same as those in the first embodiment. Figure 8
As shown in (b), V in the graphite susceptor 2
If the density is 1 × 10 14 cm -3 or less, high-purity n-SiC
It can be seen that the V density in the epi layer 52 is 3 × 10 10 cm −3 or less.

【0058】図9(b)に示すように、キャリアのライ
フタイムは、V密度の減少とともに増大し、V密度3×
1010cm-3の場合にはライフタイムが1μsを越える
ことが分かる。本発明のpn接合ダイオードにおいて
は、オン状態での抵抗値がSiCのバンドギャップとほ
ぼ一致しており走行抵抗はほとんど発生していないと判
断される。
As shown in FIG. 9B, the lifetime of carriers increases as the V density decreases, and the V density becomes 3 ×.
It can be seen that the lifetime exceeds 1 μs in the case of 10 10 cm −3 . In the pn junction diode of the present invention, the resistance value in the ON state is substantially equal to the band gap of SiC, and it is determined that running resistance is hardly generated.

【0059】(第3の実施の形態)以下、本発明の第3の
実施の形態に係るCVD方法を説明する。第1及び第2
の実施の形態に係るCVD方法においては、図4に示し
た、プロセス・シーケンス中、時刻t1〜t6の第1真
空ベーク、時刻t6〜t8の水素(H2)パージ、時刻
t8〜t11のSiC/Siコート、時刻t11〜t1
3の真空排気、時刻t13〜t18の第2真空ベークの
工程を省略し、時刻t20〜t25のエピ成長の工程の
みを行う方法を実施した。第3の実施の形態に係るCV
D方法においては、図4に示したプロセス・シーケンス
中の時刻t1〜t6の第1真空ベークに対応して、Si
C成長膜を成長する前に、グラファイトサセプター2を
真空でベーキングする。
(Third Embodiment) A CVD method according to a third embodiment of the present invention will be described below. First and second
In the CVD method according to the embodiment, the first vacuum bake at times t1 to t6, the hydrogen (H 2 ) purge at times t6 to t8, and the SiC at times t8 to t11 in the process sequence shown in FIG. / Si coat, time t11 to t1
The method of performing the vacuum evacuation of 3 and the second vacuum baking step of times t13 to t18 and performing only the epi growth step of times t20 to t25 was carried out. CV according to the third embodiment
In the D method, the Si vacuum corresponding to the first vacuum bake at times t1 to t6 in the process sequence shown in FIG.
Before growing the C growth film, the graphite susceptor 2 is baked in vacuum.

【0060】この第1真空ベークを行う場合には、前述
したように、反応管1内の圧力が2mPaを越えないよ
うにする。2mPa以下の管内圧力を維持したまま、図
4に示すように、5段階を経て、徐々に処理温度を上
げ、最終的に1230℃程度のベーキング温度まで真空
ベークする。
When the first vacuum bake is performed, the pressure inside the reaction tube 1 should not exceed 2 mPa, as described above. As shown in FIG. 4, while maintaining the internal pressure of 2 mPa or less, the treatment temperature is gradually raised through five stages, and finally vacuum baking is performed to a baking temperature of about 1230 ° C.

【0061】制御性度良くグラファイトサセプター2を
形成するために、グラファイトサセプター2を図2
(a)に示すように、上部グラファイト2a,下部グラ
ファイト2b,側壁グラファイト(側壁部材)2c及び
2dに4分割して形成している。グラファイトサセプタ
ー2を4分割していると、グラファイトサセプター2を
RFにより加熱すると真空中で放電が起こり、真空ベー
ク出来なくなる問題が発生する。本発明の第3の実施の
形態に係るCVD方法においては、このグラファイトサ
セプター2の内ウェハ31から離れた、側壁グラファイ
ト(側壁部材)2c及び2dの2つをSiCコートして
加熱したところ、放電は起こらなかった。これはグラフ
ァイトサセプター2の一部に高抵抗部分が形成されたこ
とにより、部分毎に電流が流れるようになり、部品間で
の接触部分での電流集中が防がれたためである。
In order to form the graphite susceptor 2 with good controllability, the graphite susceptor 2 is shown in FIG.
As shown in (a), the upper graphite 2a, the lower graphite 2b, and the side wall graphites (side wall members) 2c and 2d are divided into four parts. When the graphite susceptor 2 is divided into four, when the graphite susceptor 2 is heated by RF, electric discharge occurs in a vacuum, and there arises a problem that the vacuum baking cannot be performed. In the CVD method according to the third embodiment of the present invention, when two side wall graphites (side wall members) 2c and 2d apart from the inner wafer 31 of the graphite susceptor 2 are coated with SiC and heated, discharge occurs. Did not happen. This is because the high resistance portion is formed in a part of the graphite susceptor 2, so that the current flows in each part and the concentration of the current in the contact part between the parts is prevented.

【0062】本発明の第3の実施の形態に係るCVD方
法においては、このように第1真空ベークを行った後
に、グラファイトサセプター2を空気に触れさせること
なく、ウェハ31をローディングしてCVDを行った。
CVDの温度は1550℃、成長圧力は20kPa、S
iH4は6.67sccm、C38は3.33sccm
である。このようにグラファイトサセプター2の第1真
空ベークを行った後にCVD膜を成長すると、成長膜の
不純物密度が5×1014cm-3以下の純度の膜が得られ
る。
In the CVD method according to the third embodiment of the present invention, after performing the first vacuum bake in this way, the wafer 31 is loaded and the CVD is performed without exposing the graphite susceptor 2 to the air. went.
CVD temperature is 1550 ° C., growth pressure is 20 kPa, S
iH 4 is 6.67 sccm, C 3 H 8 is 3.33 sccm
Is. When the CVD film is grown after the first vacuum baking of the graphite susceptor 2 as described above, a film having a purity of 5 × 10 14 cm −3 or less is obtained.

【0063】同様な手法を用いてグラファイトサセプタ
ー2をベーキングした後に、第1の実施の形態のショッ
トキーダイオードを形成すると、高純度n-SiC膜52
の不純物密度は制御精度10%で制御出来る。一方グラ
ファイトサセプター2の第1真空ベークを行わない場合
には、成長膜中の不純物密度は意図的に不純物を添加し
ない場合で、1×1015cm-3程度となる。第1の実施
の形態のショットキーダイオードを形成する場合には、
高純度n-SiC膜52の不純物密度は20%程度の誤差
を含み、実用的な制御精度が得られない。なお、圧力を
2mPa以上に上がるような条件で第1真空ベークを行
うと、急激にグラファイトサセプター2からの脱ガスが
あるために、CVD装置全体が汚染されてしまうので好
ましくない。また、実際に成長した成長膜の不純物密度
も8×1014cm-3程度であり、十分なベーキングの効
果が得られない。
When the Schottky diode of the first embodiment is formed after baking the graphite susceptor 2 using the same method, a high-purity n-SiC film 52 is formed.
The impurity density of can be controlled with a control accuracy of 10%. On the other hand, when the graphite susceptor 2 is not subjected to the first vacuum bake, the impurity density in the growth film is about 1 × 10 15 cm −3 when no impurities are intentionally added. When forming the Schottky diode of the first embodiment,
The impurity density of the high-purity n-SiC film 52 includes an error of about 20%, and practical control accuracy cannot be obtained. If the first vacuum bake is performed under the condition that the pressure is increased to 2 mPa or more, the entire CVD apparatus will be contaminated due to the sudden degassing from the graphite susceptor 2, which is not preferable. Further, the impurity density of the actually grown growth film is about 8 × 10 14 cm −3 , and a sufficient baking effect cannot be obtained.

【0064】なお、第3の実施の形態では、ウェハ31
に近い部分での下部グラファイト2bは、無垢のグラフ
ァイト材料を使用した。ウェハ31に近い下部グラファ
イト2bにもSiCコートを行ったところ、成長前から
ウェハ31上の一部にSiCの堆積が起こり、均一な成
長を制御性良行うことは出来なくなる問題が明らかにな
ったため、下部グラファイト2bをSiCコートするこ
とは、好ましくない。
In the third embodiment, the wafer 31
For the lower graphite 2b in the portion close to, a solid graphite material was used. When the lower graphite 2b near the wafer 31 was also coated with SiC, it became clear that SiC was deposited on a part of the wafer 31 before the growth and uniform growth could not be performed with good controllability. It is not preferable to coat the lower graphite 2b with SiC.

【0065】(第4の実施の形態)以下、本発明の第4
の実施の形態に係るCVD方法を説明する。SiC成長
膜を成長する前に、グラファイトサセプター2を、第3
の実施の形態と同一の条件で、第1真空ベークする。本
発明の第4の実施の形態に係るCVD方法では、図4に
示すCVD成長のプロセス・シーケンスの、時刻t6〜
t8の水素(H2)パージを経て、時刻t8〜t11の
SiC/Siコートを行う。
(Fourth Embodiment) The fourth embodiment of the present invention will be described below.
The CVD method according to the embodiment will be described. Prior to growing the SiC growth film, the graphite susceptor 2 was
The first vacuum bake is performed under the same conditions as in the above embodiment. In the CVD method according to the fourth embodiment of the present invention, from time t6 of the process sequence of the CVD growth shown in FIG.
After hydrogen (H 2 ) purge at t8, SiC / Si coating is performed at times t8 to t11.

【0066】即ち、水素(H2)ガスを流量4、000
0sccmで供給して、グラファイトサセプター2を水
素中で500℃〜1200℃まで加熱する。更に、時刻t
9において、SiH4を20sccmとC38を3.3
3sccm供給しながら加熱温度を1200℃から140
0℃まで上昇させる。時刻t9〜t10の昇温時間は、
約20分である。1400℃のコーティング温度におけ
るSiCの堆積速度は、約7μm/hrであり、時刻t
9〜t11の約1時間、グラファイトサセプター2上に
表面にSi及びSiCの少なくとも一方からなる被膜を
5〜15μmの厚さに堆積する。
That is, the flow rate of hydrogen (H 2 ) gas is 4,000.
The graphite susceptor 2 is heated in hydrogen to 500 ° C. to 1200 ° C. while being supplied at 0 sccm. Furthermore, time t
9, SiH 4 is 20 sccm and C 3 H 8 is 3.3.
Heating temperature from 1200 ℃ to 140 ℃ while supplying 3sccm
Raise to 0 ° C. The temperature rising time from time t9 to t10 is
It takes about 20 minutes. The deposition rate of SiC at the coating temperature of 1400 ° C. is about 7 μm / hr, and the time t
A coating of at least one of Si and SiC is deposited on the surface of the graphite susceptor 2 to a thickness of 5 to 15 μm for about 1 hour from 9 to t11.

【0067】本発明の第4の実施の形態に係るCVD方
法においては、この操作で、グラファイトサセプター2
の表面にSi、及びSiCのコーティング膜が堆積す
る。このような処理を行った後に、コーティング温度か
ら室温近傍まで降温し、グラファイトサセプター2を空
気に触れさせることなく、ウェハ31をローディングし
てCVDを行う。CVDの温度は1550℃、成長圧力
は20kPa、SiH4は6.67sccm、C38
3.33sccmである。
In the CVD method according to the fourth embodiment of the present invention, the graphite susceptor 2 is operated by this operation.
A coating film of Si and SiC is deposited on the surface of the. After performing such processing, the temperature is lowered from the coating temperature to near room temperature, and the wafer 31 is loaded and CVD is performed without exposing the graphite susceptor 2 to air. The CVD temperature is 1550 ° C., the growth pressure is 20 kPa, SiH 4 is 6.67 sccm, and C 3 H 8 is 3.33 sccm.

【0068】このように、図4に示すCVD成長のプロ
セス・シーケンスの内で、時刻t1〜t6の第1真空ベ
ーク、時刻t6〜t8の水素(H2)パージ、時刻t8
〜t11のSiC/Siコートの処理を行った後に、C
VD膜を成長すると、不純物密度が5×1013cm-3
下の純度の膜が得られる。
As described above, in the CVD growth process sequence shown in FIG. 4, the first vacuum bake at times t1 to t6, the hydrogen (H 2 ) purge at times t6 to t8, and the time t8.
After the treatment of SiC / Si coat from ~ t11, C
When the VD film is grown, a film having a purity of 5 × 10 13 cm −3 or less is obtained.

【0069】本発明の第4の実施の形態に係るCVD方
法を用いてグラファイトサセプター2を第1真空ベー
ク、SiC/Siコートの処理した後に、第1の実施の
形態のショットキーダイオードを製造すると、高純度n-
SiC膜52の不純物密度は、制御精度数%以内で制御
出来る。
When the graphite susceptor 2 is subjected to the first vacuum baking and the SiC / Si coating by using the CVD method according to the fourth embodiment of the present invention, the Schottky diode of the first embodiment is manufactured. , High purity n-
The impurity density of the SiC film 52 can be controlled within a control accuracy of several percent.

【0070】(第5の実施の形態)本発明の第5の実施
の形態に係るCVD方法においては、図4に示すCVD
成長のプロセス・シーケンスの時刻t1〜t6の第1真
空ベーク、時刻t6〜t8の水素(H2)パージ、時刻
t8〜t11のSiC/Siコート、時刻t11〜t1
3の真空排気、時刻t13〜t18の第2真空ベーク、
時刻t18〜t20のウェハロード、及び時刻t20〜
t25のエピ成長の各段階のすべてを実施する場合に付
いて説明する。
(Fifth Embodiment) In the CVD method according to the fifth embodiment of the present invention, the CVD shown in FIG.
First vacuum bake from time t1 to t6, hydrogen (H 2 ) purge from time t6 to t8, SiC / Si coat from time t8 to t11, time t11 to t1 in the growth process sequence.
3 vacuum evacuation, second vacuum bake from time t13 to t18,
Wafer loading from time t18 to t20 and time t20 to.
Description will be made regarding the case where all of the respective stages of the epi growth of t25 are carried out.

【0071】即ち、SiC成長膜を成長する前に、グラ
ファイトサセプター2を第4の実施の形態の条件で処理
する。その後、反応管1の内部の圧力を2mPa以下に
維持したまま、図4に示すように、徐々に5段階で、処
理温度を上げ、最終的には、1230℃の剥離温度にお
いて、第2真空ベークをする。この剥離温度における第
2真空ベークの操作を行うことで、第4の実施の形態の
条件の処理でグラファイトサセプター2の表面に堆積し
たSi及びSiCの少なくとも一方からなる被膜(コー
ティング膜)の一部が除去された。このような時刻t1
3〜t18の第2真空ベークの処理を行った後に、時刻
t18〜t20において、グラファイトサセプター2を
空気に触れさせることなく、ウェハ31をローディング
してCVDを行う。
That is, before growing the SiC growth film, the graphite susceptor 2 is processed under the conditions of the fourth embodiment. Then, while maintaining the pressure inside the reaction tube 1 at 2 mPa or less, as shown in FIG. 4, the treatment temperature is gradually increased in five stages, and finally, at the peeling temperature of 1230 ° C., the second vacuum is applied. Bake. By performing the operation of the second vacuum bake at this peeling temperature, a part of the coating film (coating film) made of at least one of Si and SiC deposited on the surface of the graphite susceptor 2 under the treatment of the conditions of the fourth embodiment. Was removed. Such time t1
After performing the second vacuum baking process of 3 to t18, at time t18 to t20, the wafer 31 is loaded and CVD is performed without exposing the graphite susceptor 2 to air.

【0072】CVDの温度は1550℃、成長時の反応
管1の内部の圧力は20kPa、SiH4の流量は6.
67sccm、C38の流量は3.33sccmであ
る。このように、図4に示すCVD成長のプロセス・シ
ーケンスの第1真空ベーク、水素(H2)パージ、Si
C/Siコート、真空排気、第2真空ベークの各段階の
すべてを実施した後に、CVD膜を成長すると、CVD
膜中の不純物密度が2×1014cm-3以下の純度の膜が
得られる。第4の実施の形態のグラファイトサセプター
2の処理方法と比べると、若干成長膜中の不純物密度は
高くなるが、この処理によりコーティング膜の状態が変
わりにくくなる。そして、一度処理を施すとその後、再
現性が良くなり、同程度の純度の膜を再現性が良く得る
ことが出来る。
The temperature of CVD is 1550 ° C., the pressure inside the reaction tube 1 during growth is 20 kPa, and the flow rate of SiH 4 is 6.
The flow rate of 67 sccm and C 3 H 8 is 3.33 sccm. Thus, the first vacuum bake, the hydrogen (H 2 ) purge, the Si in the CVD growth process sequence shown in FIG.
After performing all the steps of C / Si coating, vacuum evacuation, and second vacuum baking, when a CVD film is grown, CVD
A film having a purity in which the impurity density in the film is 2 × 10 14 cm −3 or less is obtained. Compared with the method for treating the graphite susceptor 2 of the fourth embodiment, the impurity density in the growth film is slightly higher, but this treatment makes it difficult to change the state of the coating film. Then, once the treatment is performed, the reproducibility is improved, and a film having the same degree of purity can be obtained with good reproducibility.

【0073】本発明の第5の実施の形態に係るCVD方
法を用いて、図4に示すCVD成長のプロセス・シーケ
ンスをすべて実施して、グラファイトサセプター2を処
理した後に、第1の実施の形態のショットキーダイオー
ド第1の実施の形態のショットキーダイオードを形成
し、C−V測定により不純物密度を測定する、再現性良
く、高純度n-SiC膜52の不純物密度は制御精度5%
以内で制御出来る。
Using the CVD method according to the fifth embodiment of the present invention, the whole process sequence of the CVD growth shown in FIG. 4 is carried out to process the graphite susceptor 2, and then the first embodiment is carried out. The Schottky diode of the first embodiment is formed, and the impurity density is measured by CV measurement. The impurity density of the high-purity n-SiC film 52 with good reproducibility is 5% in control accuracy.
It can be controlled within.

【0074】(第6の実施の形態)本発明の第6の実施
の形態に係るCVD方法においては、第3の実施の形態
で説明した第1真空ベークの処理をグラファイトサセプ
ター2に対して行った後に、グラファイトサセプター2
の表面を5〜20μm、例えば、10μm研削除去し、
その後に第1の実施の形態と同一の条件でCVD成長膜
の形成を行う。或いは、第4の実施の形態で説明した第
1真空ベーク及びSiC/Siコートの処理を行った後
に、グラファイトサセプター2の表面を5〜20μm、
例えば、10μm研削除去し、その後に第1の実施の形
態と同一の条件でCVD成長膜の形成を行う。更には、
第5の実施の形態で説明した第1真空ベーク、SiC/
Siコート、第2真空ベークの処理を行った後に、グラ
ファイトサセプター2の表面を5〜20μm、例えば、
10μm研削除去し、その後に第1の実施の形態と同一
の条件でCVD成長膜の形成を行う。
(Sixth Embodiment) In the CVD method according to the sixth embodiment of the present invention, the graphite susceptor 2 is subjected to the first vacuum bake processing described in the third embodiment. After the graphite susceptor 2
5 to 20 μm, for example, 10 μm by grinding and removing the surface of
After that, a CVD growth film is formed under the same conditions as in the first embodiment. Alternatively, after performing the first vacuum bake and the treatment of SiC / Si coating described in the fourth embodiment, the surface of the graphite susceptor 2 is 5 to 20 μm,
For example, it is ground and removed by 10 μm, and then a CVD growth film is formed under the same conditions as in the first embodiment. Furthermore,
The first vacuum bake described in the fifth embodiment, SiC /
After the Si coating and the second vacuum baking, the surface of the graphite susceptor 2 is 5 to 20 μm, for example,
After grinding and removing by 10 μm, a CVD growth film is formed under the same conditions as in the first embodiment.

【0075】その結果、不純物密度が1×1014cm-3
以下のCVD膜が得られる。これは第1真空ベーク、S
iC/Siコート、第2真空ベークの処理により、グラ
ファイトサセプター2の表面が崩れて、表面に不純物が
蓄積される量が多くなっているために、グラファイトサ
セプター2の表面を除去すると、グラファイトサセプタ
ー2から放出される不純物量を低減出来るからである。
As a result, the impurity density is 1 × 10 14 cm -3.
The following CVD film is obtained. This is the first vacuum bake, S
When the surface of the graphite susceptor 2 is removed because the surface of the graphite susceptor 2 is destroyed by the treatment of the iC / Si coating and the second vacuum bake and the amount of impurities accumulated on the surface is increased, the graphite susceptor 2 is removed. This is because the amount of impurities released from the can be reduced.

【0076】本発明の第6の実施の形態に係るCVD方
法を用いて、第1の実施の形態のショットキーダイオー
ドを形成し、C−V測定により不純物密度を測定する
と、再現性良く、高純度n-SiC膜52の不純物密度は
制御精度5%以内で制御出来ることが分かる。
When the Schottky diode of the first embodiment is formed by using the CVD method according to the sixth embodiment of the present invention and the impurity density is measured by CV measurement, the reproducibility and the high value are improved. It is understood that the impurity density of the purity n-SiC film 52 can be controlled within the control accuracy of 5%.

【0077】(第7の実施の形態)本発明の第7の実施
の形態に係るCVD方法においては、SiC基板51と
して、(0001)Cの4H-SiC基板を用いる場合について
説明する。
(Seventh Embodiment) In the CVD method according to the seventh embodiment of the present invention, a case where a (0001) C 4H—SiC substrate is used as the SiC substrate 51 will be described.

【0078】CVD条件は、第1の実施の形態と同一で
ある。但し、N2の供給流量は0.02sccmとす
る。第7の実施の形態の成長膜中のAl,B,Tiの密
度は5×1013cm-3以下であり、SIMS測定では、
検出されない。通常のように(0001)Si面を用いた場合
には、これらの密度は10〜50×1013cm-3であ
り、明瞭な補償効果が確認され、意図的に加えた不純物
の制御精度を下げる原因となっている。
The CVD conditions are the same as in the first embodiment. However, the supply flow rate of N 2 is 0.02 sccm. The density of Al, B, and Ti in the growth film of the seventh embodiment is 5 × 10 13 cm −3 or less, and SIMS measurement shows that
Not detected. When the (0001) Si plane is used as usual, these densities are 10 to 50 × 10 13 cm −3 , a clear compensating effect is confirmed, and the control accuracy of impurities intentionally added is confirmed. It is the cause of lowering.

【0079】通常の窒素密度のグラファイトサセプター
2を用いた場合には、(0001)C面では窒素の取り込まれ
効率が高いために意図せずに添加した窒素密度が1×1
15cm-3程度あり、不純物密度の制御性に影響があ
る。しかし、窒素密度が1×1017cm-3以下のグラフ
ァイトサセプター2を用いることで、窒素密度が1×1
14cm-3まで下がる。このような低密度になっても補
償比が小さいために、1×1014cm-3以上のキャリア
密度領域においては、バックグラウンドの窒素密度を勘
案することで制御性良く、1×1014cm-3以上のキャ
リア密度を制御することが出来る。
When the graphite susceptor 2 having a normal nitrogen density is used, the nitrogen density unintentionally added is 1 × 1 due to the high efficiency of nitrogen uptake on the (0001) C plane.
It is about 0 15 cm -3 , which affects the controllability of the impurity density. However, by using the graphite susceptor 2 having a nitrogen density of 1 × 10 17 cm −3 or less, the nitrogen density is 1 × 1.
It goes down to 0 14 cm -3 . Since the compensation ratio is small even at such a low density, in the carrier density region of 1 × 10 14 cm −3 or more, the nitrogen density of the background is taken into consideration to achieve good controllability and 1 × 10 14 cm 3. -3 or more carrier density can be controlled.

【0080】CVD温度を1500℃から1600℃ま
で上げることにより(0001)Si面に成長したSiC中の
窒素密度は1×1013cm-3から1×1014cm-3まで
上がったが、(0001)C面に成長した場合は1×1015
-3から1.5×1014cm -3まで下がった。このた
め、(0001)C面を用いても、1600℃以上の高温の成
長では、(0001)Si面と比べて窒素の添加効率が大きく
高くなることは無く、(0001)C面を用いることは160
0℃以上の成長において特に有効であった。
The CVD temperature is changed from 1500 ° C. to 1600 ° C.
In SiC grown on the (0001) Si surface by
Nitrogen density is 1 × 1013cm-3From 1 × 1014cm-3Until
It rose, but when it grows on the (0001) C plane, it is 1 × 10.15c
m-3From 1.5 × 1014cm -3Went down. others
Therefore, even if the (0001) C plane is used, the temperature of 1600 ° C or higher
In long, the addition efficiency of nitrogen is higher than that of the (0001) Si surface.
It does not increase, and using the (0001) C plane is 160
It was particularly effective for growth at 0 ° C or higher.

【0081】本発明の第7の実施の形態に係るCVD方
法を用いて第1の実施の形態のショットキーダイオード
を形成し、C−V測定により不純物密度を測定すると、
高純度n-SiC膜52が不純物密度の再現性良く、即
ち、5%以内で制御出来る。
When the Schottky diode of the first embodiment is formed by using the CVD method according to the seventh embodiment of the present invention and the impurity density is measured by CV measurement,
The high-purity n-SiC film 52 has good reproducibility of the impurity density, that is, can be controlled within 5%.

【0082】なお、(0001)C面を用いる場合には、通常
は、SiCコートグラファイトサセプター2を用いる
と、成長膜中にエッチピット等の欠陥が認められる。し
かし、ウェハ31の周辺の数cm以内のグラファイトサ
セプター2として、グラファイト基材を用いることで良
質な表面モフォロジーの結晶を得ることが出来る。
When the (0001) C plane is used, normally, when the SiC-coated graphite susceptor 2 is used, defects such as etch pits are recognized in the grown film. However, by using a graphite base material as the graphite susceptor 2 within a few cm around the wafer 31, it is possible to obtain a crystal having a good surface morphology.

【0083】(第8の実施の形態)本発明の第8の実施
の形態に係るCVD方法においては、キャリアガスとし
て用いる水素ガスの露点について説明する。
(Eighth Embodiment) In the CVD method according to the eighth embodiment of the present invention, the dew point of hydrogen gas used as a carrier gas will be described.

【0084】第8の実施の形態に係るCVDの条件は、
図15の表に示すように、成長温度Tgが1600℃,
成長圧力が25kPa、SiH4の供給流量が6.67
sccm、C38の供給流量が3.33sccm、水素
の供給流量が40000sccmである。
The conditions of the CVD according to the eighth embodiment are as follows:
As shown in the table of FIG. 15, the growth temperature Tg was 1600 ° C.,
The growth pressure is 25 kPa, and the supply flow rate of SiH 4 is 6.67.
The supply flow rate of sccm and C 3 H 8 is 3.33 sccm, and the supply flow rate of hydrogen is 40000 sccm.

【0085】水素ガスに関しては、図15の表に示すよ
うに、露点が−93℃、−85℃、−75℃の水素ガス
を用いた。基板は4H-SiCの(0001)Si面である。
図15の表に示すように、Ti、Al、Bの密度は、と
もに露点が高いほど低く、露点が−93℃から−75℃
まで上がることによりいずれの不純物密度も1014cm -3
の半ばまで略一桁下がることが分かる。
The hydrogen gas is shown in the table of FIG.
, Hydrogen gas with dew point of -93 ° C, -85 ° C, -75 ° C
Was used. The substrate is a 4H-SiC (0001) Si surface.
As shown in the table of FIG. 15, the densities of Ti, Al, and B are
The higher the dew point is, the lower the dew point is from -93 ° C to -75 ° C.
Any impurity density can be increased to 1014cm -3
It can be seen that it will drop by about an order of magnitude until the middle of.

【0086】図10に示すように、露点を上げるにつれ
て、バンド端近傍での発光強度が増大する。このことは
露点を上げることにより、結晶中でバンド端以外での遷
移の小さい良質な結晶が得られていることを示してい
る。なおこれらの成長条件で成長したキャリア密度1×
1016cm-3厚さ10μmのウェハを用いて逆方向耐圧
を測定すると、いずれの場合にも耐圧1000V以上が
得られる。
As shown in FIG. 10, the emission intensity near the band edge increases as the dew point is raised. This means that by increasing the dew point, a good quality crystal with small transitions other than band edges in the crystal was obtained. The carrier density grown under these growth conditions is 1 ×
When the reverse breakdown voltage is measured using a wafer having a thickness of 10 16 cm −3 and a thickness of 10 μm, a breakdown voltage of 1000 V or more can be obtained in any case.

【0087】いずれの露点条件においても成長速度は
2.5μm/hrであったが、露点が−75℃よりも高
くなると成長速度の低下が認められる。また膜中に微粒
子が含まれるようになり、実用的ではない。
The growth rate was 2.5 μm / hr under any dew point condition, but when the dew point was higher than −75 ° C., the growth rate was lowered. In addition, fine particles are contained in the film, which is not practical.

【0088】(その他の実施の形態)上記のように、本
発明は第1〜第8の実施の形態によって記載したが、こ
の開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定する
ものであると理解すべきではない。この開示から当業者
には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明ら
かとなろう。
(Other Embodiments) As described above, the present invention has been described by the first to eighth embodiments, but the description and drawings forming a part of this disclosure limit the present invention. Should not be understood to be. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

【0089】例えば、第1〜第8の実施の形態において
は、4H−SiCに付いて説明したが、6H−SiCや
15R−SiC等の他の結晶構造のSiCのCVD成長
でも同様であることは勿論である。
For example, in the first to eighth embodiments, 4H-SiC has been described, but the same applies to CVD growth of SiC having another crystal structure such as 6H-SiC and 15R-SiC. Of course.

【0090】したがって、本発明の技術的範囲は上記の
説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によ
ってのみ定められるものである。
Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention according to the scope of claims reasonable from the above description.

【0091】[0091]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係わるC
VD方法、CVD装置及びCVD装置用サセプターによ
れば、意図的に添加した以外の不純物密度の低いSiC
膜のエピタキシャル成長膜を提供することが出来る。
As described in detail above, C according to the present invention
According to the VD method, the CVD apparatus, and the susceptor for the CVD apparatus, SiC having a low impurity density other than those intentionally added
An epitaxially grown film of the film can be provided.

【0092】本発明に係わるCVD方法、CVD装置及
びCVD装置用サセプターによれば、不純物密度を制御
性、再現性良制御することが出来、設計値通りの抵抗値
を有するSiC膜を得ることが出来る。
According to the CVD method, the CVD apparatus and the susceptor for the CVD apparatus according to the present invention, the impurity density can be controlled with good controllability and reproducibility, and a SiC film having a resistance value as designed can be obtained. I can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1〜第8の実施形態に係るCVD法
に用いるLPCVD装置の概略構造を示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic structure of an LPCVD apparatus used in a CVD method according to first to eighth embodiments of the present invention.

【図2】図2(a)は、図1のLPCVD装置に用いる
グラファイトサセプターの詳細を示す鳥瞰図で、図2
(b)は、図2(a)に示したグラファイトサセプター
を挿入する固形カーボンウール断熱材を示す鳥瞰図であ
る。
2 (a) is a bird's-eye view showing details of a graphite susceptor used in the LPCVD apparatus of FIG.
FIG. 2B is a bird's eye view showing a solid carbon wool heat insulating material into which the graphite susceptor shown in FIG. 2A is inserted.

【図3】図2(a)のグラファイトサセプターと図2
(b)の固形カーボンウール断熱材を組み合わせた状態
を示す鳥瞰図である。
3 is a graph of the graphite susceptor of FIG. 2 (a) and FIG.
It is a bird's-eye view which shows the state which combined the solid carbon wool heat insulating material of (b).

【図4】本発明の第1〜第8の実施形態に係るCVD法
に用いるプロセス・シーケンスを例示し、特に、グラフ
ァイトサセプターの温度に着目したタイムチャートであ
る。
FIG. 4 is a time chart exemplifying a process sequence used in the CVD method according to the first to eighth embodiments of the present invention, and particularly focusing on the temperature of the graphite susceptor.

【図5】ラン番号に伴う、成長膜中の不純物密度の変化
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a change in impurity density in a grown film with a run number.

【図6】成長膜中のチタン(Ti)密度とフォトルミネ
ッセンス発光強度との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between titanium (Ti) density in a grown film and photoluminescence emission intensity.

【図7】本発明の第1の実施の形態において、不純物密
度が異なる複数個のグラファイトサセプターを用意し、
この複数のグラファイトサセプターを用いた場合のLP
CVD成長で得られた成長膜中の不純物密度とグラファ
イトサセプター中の不純物密度との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a first embodiment of the present invention in which a plurality of graphite susceptors having different impurity densities are prepared,
LP when using these multiple graphite susceptors
It is a graph which shows the relationship between the impurity density in the growth film obtained by CVD growth, and the impurity density in a graphite susceptor.

【図8】本発明の第2の実施の形態において、不純物密
度が異なる複数個のグラファイトサセプターを用意し、
この複数のグラファイトサセプターを用いた場合のLP
CVD成長で得られた成長膜中の不純物密度とグラファ
イトサセプター中の不純物密度との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 8 is a second embodiment of the present invention, in which a plurality of graphite susceptors having different impurity densities are prepared,
LP when using these multiple graphite susceptors
It is a graph which shows the relationship between the impurity density in the growth film obtained by CVD growth, and the impurity density in a graphite susceptor.

【図9】本発明の第2の実施の形態において、不純物密
度が異なる複数個のグラファイトサセプターを用意し、
この複数のグラファイトサセプターを用いた場合のLP
CVD成長で得られた成長膜中の少数キャリアのライフ
タイムとグラファイトサセプター中の不純物密度との関
係を示すグラフである。
FIG. 9 is a second embodiment of the present invention, in which a plurality of graphite susceptors having different impurity densities are prepared,
LP when using these multiple graphite susceptors
It is a graph which shows the relationship between the lifetime of the minority carrier in the growth film obtained by CVD growth, and the impurity density in a graphite susceptor.

【図10】本発明の第8の実施の形態に係るCVD方法
において、キャリアガスとして用いる水素ガスの露点と
成長膜中の不純物密度との関係、及び水素ガスの露点と
フォトルミネッセンス発光強度との関係を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a dew point of hydrogen gas used as a carrier gas and an impurity density in a grown film, and a dew point of hydrogen gas and photoluminescence emission intensity in a CVD method according to an eighth embodiment of the present invention. It is a figure which shows a relationship.

【図11】本発明の第8の実施の形態に係るCVD方法
において、キャリアガスとして用いる水素ガスの露点と
成長膜中のキャリア密度との関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a dew point of hydrogen gas used as a carrier gas and a carrier density in a grown film in a CVD method according to an eighth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第1〜第8の実施形態に係るCVD
法に用いるSiH4の供給流量と成長速度との関係を示
す図である。
FIG. 12 is a CVD according to first to eighth embodiments of the present invention.
It is a diagram showing the relationship between the supply flow rate and the growth rate of the SiH 4 to be used for law.

【図13】不純物密度が異なる10個のグラファイトサ
セプターを用意し、この10個のグラファイトサセプタ
ー中の不純物密度と成長膜中の不純物密度と対応関係を
各不純物元素に付いて比較する表である。
FIG. 13 is a table in which ten graphite susceptors having different impurity densities are prepared, and the correspondence relationships between the impurity densities in the ten graphite susceptors and the impurity densities in the growth film are compared for each impurity element.

【図14】図3の10個のグラファイトサセプターに対
応して、それぞれのグラファイトサセプターを用いて成
長した成長膜中のキャリア密度、フォトルミネッセンス
発光強度、少数キャリアのライフタイムを示す表であ
る。
14 is a table showing carrier densities, photoluminescence emission intensities, and minority carrier lifetimes in grown films grown using the respective graphite susceptors corresponding to the 10 graphite susceptors in FIG.

【図15】露点が−93℃、−85℃、−75℃の水素
ガスを用いた場合の、成長膜中のキャリア密度、フォト
ルミネッセンス発光強度、各元素毎の不純物密度等を示
す表である。
FIG. 15 is a table showing carrier density, photoluminescence emission intensity, impurity density for each element, etc. in a grown film when hydrogen gas having a dew point of −93 ° C., −85 ° C., −75 ° C. is used. .

【図16】本発明の第1の実施の形態に係るCVD方法
を用いた、半導体素子(ショットキーダイオード)の製
造方法を説明する工程断面図である。
FIG. 16 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing a semiconductor element (Schottky diode) using the CVD method according to the first embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第2の実施の形態に係るCVD方法
を用いた、半導体素子(pn接合ダイオード)の製造方
法を説明する工程断面図である。
FIG. 17 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing a semiconductor element (pn junction diode) using the CVD method according to the second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応管(反応容器) 2 グラファイトサセプター 3 断熱材 3h 貫通孔 5,15 圧力計 6 圧力制御バルブ 7 排気ポンプ系 8 放射温度計(パイロメータ) 11a プロパン(C38)ガスのボンベ 11b モノシラン(SiH4)ガスのボンベ 11c 窒素(N2)ガスのボンベ 12a〜12h マスフローコントローラ 13a,13b,13c,13d ストップバルブ 14 トリメチルアルミニウム(TMAl)のバブラー 14a,14b,14c,14d ストップバルブ 31 SiC基板(ウェハ) 33 高周波誘導加熱ヒータ(RFコイル) 34 RF発振器 35,38 真空配管 36 ガス導入管(ガス導入部) 37 パージライン(バイパスライン) 51 SiC基板 52 n-SiCエピ層 53 p-SiCエピ層 62 ショットキー金属 63 裏面金属 64 アノード電極 65 カソード電極1 reaction tube (reaction vessel) 2 graphite susceptor 3 heat insulator 3h through holes 5, 15 pressure gauge 6 a pressure control valve 7 exhaust pump system 8 radiation thermometer (pyrometer) 11a propane (C 3 H 8) gas cylinder 11b monosilane gas ( SiH 4 ) gas cylinder 11c Nitrogen (N 2 ) gas cylinder 12a to 12h Mass flow controller 13a, 13b, 13c, 13d Stop valve 14 Trimethylaluminum (TMAl) bubbler 14a, 14b, 14c, 14d Stop valve 31 SiC substrate ( Wafer) 33 High frequency induction heater (RF coil) 34 RF oscillator 35, 38 Vacuum piping 36 Gas introduction pipe (gas introduction part) 37 Purge line (bypass line) 51 SiC substrate 52 n-SiC epi layer 53 p-SiC epi layer 62 Schottky metal 63 Surface metal 64 anode electrode 65 cathode electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000001889 三洋電機株式会社 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 (72)発明者 櫛部 光弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 西尾 譲司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 四戸 孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 高橋 徹夫 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人産業技術総合研究所つくばセンター内 (72)発明者 石田 夕起 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人産業技術総合研究所つくばセンター内 (72)発明者 鈴木 誉也 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 昌原 鎬 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 児島 一聡 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人産業技術総合研究所つくばセンター内 (72)発明者 大野 俊之 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田中 知行 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 4K030 AA06 AA09 BA37 CA04 CA12 FA04 GA02 JA10 KA46 5F045 AA06 AB02 AB06 AC01 AC08 AC15 AD16 AD17 AD18 AF02 AF13 EB08 EB11 EB12 EC07 EK03 EM02 EM09 EN04 GB05 GB06    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (71) Applicant 000001889             Sanyo Electric Co., Ltd.             2-5-5 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture (72) Inventor Mitsuhiro Kushibe             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Joji Nishio             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Takashi Shinohe             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Tetsuo Takahashi             1-1-1 Higashi 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             Inside the Tsukuba Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Yuuki Ishida             1-1-1 Higashi 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             Inside the Tsukuba Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Takaya Suzuki             7-1-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Hobara Sho             2-5-3 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture             Within Yo Denki Co., Ltd. (72) Inventor Kazusato Kojima             1-1-1 Higashi 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             Inside the Tsukuba Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Toshiyuki Ohno             7-1-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Tomoyuki Tanaka             7-1-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. F-term (reference) 4K030 AA06 AA09 BA37 CA04 CA12                       FA04 GA02 JA10 KA46                 5F045 AA06 AB02 AB06 AC01 AC08                       AC15 AD16 AD17 AD18 AF02                       AF13 EB08 EB11 EB12 EC07                       EK03 EM02 EM09 EN04 GB05                       GB06

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応容器の内部に、窒素密度が1×10
17cm-3以下のグラファイトサセプターを挿入する工程
と、 前記グラファイトサセプターを真空ベークする工程と、 前記グラファイトサセプターを室温近傍の温度にし、且
つ前記グラファイトサセプターを大気に曝さないように
して、前記グラファイトサセプターに基板を配置する工
程と、 前記反応容器の内部を減圧状態に制御して、前記グラフ
ァイトサセプターを前記ベーキング温度よりも高温の成
長温度まで加熱し、前記基板上に、炭化珪素膜を気相エ
ピタキシャル成長する工程とを含むことを特徴とする炭
化珪素膜のCVD方法。
1. A nitrogen density of 1 × 10 5 inside the reaction vessel.
A step of inserting a graphite susceptor of 17 cm −3 or less; a step of vacuum-baking the graphite susceptor; a temperature of the graphite susceptor near room temperature; and a temperature of the graphite susceptor not exposed to the atmosphere. A step of disposing a substrate on the substrate, and controlling the inside of the reaction vessel to a decompressed state to heat the graphite susceptor to a growth temperature higher than the baking temperature to vapor-phase epitaxially grow a silicon carbide film on the substrate. And a step of performing a CVD method for a silicon carbide film.
【請求項2】 前記真空ベークする工程と前記基板を配
置する工程の間に、 前記グラファイトサセプターを、前記ベーキング温度か
ら該ベーキング温度と室温の間の第1温度まで、降温す
る工程と、 前記第1温度から、前記ベーキング温度より高温のコー
ティング温度にまで前記グラファイトサセプターを加熱
し、前記コーティング温度において、前記グラファイト
サセプターの表面に珪素及び炭化珪素の少なくとも一方
からなる被膜をコーティングする工程とを更に含むこと
を特徴とする請求項1記載の炭化珪素膜のCVD方法。
2. The step of lowering the temperature of the graphite susceptor from the baking temperature to a first temperature between the baking temperature and room temperature between the step of vacuum baking and the step of disposing the substrate, Heating the graphite susceptor from one temperature to a coating temperature higher than the baking temperature, and coating the surface of the graphite susceptor with a coating film of at least one of silicon and silicon carbide at the coating temperature. The CVD method for a silicon carbide film according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記コーティングする工程と前記基板を
配置する工程の間に、 前記グラファイトサセプターを、前記コーティング温度
から該ベーキング温度と室温の間の第2温度まで、降温
する工程と、 前記反応容器の内部を減圧状態に制御して、前記グラフ
ァイトサセプターを、前記第2温度から剥離温度まで昇
温し、前記コーティングされた前記被膜の少なくとも一
部を除去する工程とを更に含むことを特徴とする請求項
2記載の炭化珪素膜のCVD方法。
3. The step of lowering the temperature of the graphite susceptor from the coating temperature to a second temperature between the baking temperature and room temperature between the coating step and the step of disposing the substrate, and the reaction vessel. Controlling the inside of the graphite to a decompressed state to raise the temperature of the graphite susceptor from the second temperature to the peeling temperature to remove at least a part of the coated film. The CVD method for a silicon carbide film according to claim 2.
【請求項4】 反応容器の内部に、グラファイトサセプ
ターを挿入する工程と、 前記グラファイトサセプターを真空ベークする工程と、 前記グラファイトサセプターを、前記真空ベークに用い
たベーキング温度から室温近傍の温度まで、降温する工
程と、 該降温後、前記グラファイトサセプターを前記反応容器
中から搬出し、前記グラファイトサセプターの表面層を
除去する工程と、 該表面層を除去する工程の後、前記グラファイトサセプ
ターに基板を配置する工程と、 前記反応容器の内部を減圧状態に制御して、前記グラフ
ァイトサセプターを前記ベーキング温度よりも高温の成
長温度まで加熱し、前記基板上に、炭化珪素膜を気相エ
ピタキシャル成長する工程とを含むことを特徴とする炭
化珪素膜のCVD方法。
4. A step of inserting a graphite susceptor into a reaction vessel, a step of vacuum baking the graphite susceptor, and a temperature decrease of the graphite susceptor from a baking temperature used for the vacuum baking to a temperature near room temperature. And a step of removing the surface layer of the graphite susceptor from the reaction vessel after the temperature lowering, and a step of removing the surface layer, and arranging a substrate on the graphite susceptor. And a step of controlling the inside of the reaction vessel to a depressurized state to heat the graphite susceptor to a growth temperature higher than the baking temperature and vapor-phase epitaxially grow a silicon carbide film on the substrate. A method for CVD a silicon carbide film, comprising:
【請求項5】 反応容器の内部に、グラファイトサセプ
ターを挿入する工程と、 前記グラファイトサセプターを真空ベークする工程と、 前記グラファイトサセプターを、前記真空ベークに用い
たベーキング温度から室温近傍の温度まで、降温する工
程と、 前記ベーキング温度より高温のコーティング温度にまで
前記グラファイトサセプターを加熱し、前記コーティン
グ温度において、前記グラファイトサセプターの表面に
珪素及び炭化珪素の少なくとも一方からなる被膜をコー
ティングする工程と、 前記グラファイトサセプターを、前記コーティング温度
から室温近傍の温度まで、降温する工程と、 該室温近傍の温度まで降温後、前記グラファイトサセプ
ターを前記反応容器中から搬出し、前記グラファイトサ
セプターの表面層を除去する工程と、 該表面層を除去する工程の後、前記グラファイトサセプ
ターに基板を配置する工程と、 前記反応容器の内部を減圧状態に制御して、前記グラフ
ァイトサセプターを前記コーティング温度よりも高温の
成長温度まで加熱し、前記基板上に、炭化珪素膜を気相
エピタキシャル成長する工程とを含むことを特徴とする
炭化珪素膜のCVD方法。
5. A step of inserting a graphite susceptor into a reaction vessel, a step of vacuum baking the graphite susceptor, and a temperature decrease of the graphite susceptor from a baking temperature used for the vacuum baking to a temperature near room temperature. Heating the graphite susceptor to a coating temperature higher than the baking temperature, and coating the surface of the graphite susceptor with a film made of at least one of silicon and silicon carbide at the coating temperature; The step of lowering the temperature of the susceptor from the coating temperature to a temperature near room temperature, and after lowering the temperature to a temperature near the room temperature, the graphite susceptor is carried out of the reaction container and the surface layer of the graphite susceptor is removed. A step of placing a substrate on the graphite susceptor after the step of removing the surface layer, and controlling the inside of the reaction vessel to a depressurized state so that the graphite susceptor has a growth temperature higher than the coating temperature. And a step of vapor-phase epitaxially growing a silicon carbide film on the substrate, the CVD method of the silicon carbide film.
【請求項6】 前記真空ベークする工程は、前記反応容
器の内部にグラファイトサセプターを挿入する工程の
後、 前記反応容器の内部を減圧状態に排気する工程と、 前記反応容器の内部を減圧状態に制御して、前記グラフ
ァイトサセプターを段階的に前記ベーキング温度に至る
まで昇温し、前記グラファイトサセプター中の水分及び
カーボンを含むガスを離脱する工程とを備えることを特
徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭化珪素
膜のCVD方法。
6. The step of vacuum-baking, after the step of inserting a graphite susceptor into the reaction vessel, the step of exhausting the inside of the reaction vessel to a depressurized state, and the step of depressurizing the inside of the reaction vessel. 6. The step of controlling the temperature of the graphite susceptor to reach the baking temperature step by step, and removing the gas containing water and carbon in the graphite susceptor. A CVD method for a silicon carbide film according to any one of items.
【請求項7】 窒素密度が1×1017cm-3以下のグラ
ファイトサセプターに基板を配置する工程と、 反応容器の内部に、前記グラファイトサセプターを挿入
する工程と、 前記反応容器の内部を減圧状態に制御して、前記グラフ
ァイトサセプターを成長温度まで加熱し、前記基板上に
炭化珪素膜を気相エピタキシャル成長する工程とを含む
ことを特徴とする炭化珪素膜のCVD方法。
7. A step of placing a substrate on a graphite susceptor having a nitrogen density of 1 × 10 17 cm −3 or less, a step of inserting the graphite susceptor into a reaction vessel, and a state of decompressing the inside of the reaction vessel. And heating the graphite susceptor to a growth temperature to vapor-phase epitaxially grow a silicon carbide film on the substrate.
【請求項8】 前記コーティング温度は、1200℃〜
1450℃の間の温度であることを特徴とする請求項
2,3及び5のいずれか1項に記載の炭化珪素膜のCV
D方法。
8. The coating temperature is from 1200 ° C.
CV of the silicon carbide film according to any one of claims 2, 3 and 5, wherein the temperature is between 1450 ° C.
Method D.
【請求項9】 前記成長温度における前記炭化珪素膜の
気相エピタキシャル成長は、露点が−85℃〜−75℃
の間のキャリアガスを用いることを特徴とする請求項1
〜8のいずれか1項に記載の炭化珪素膜のCVD方法。
9. The vapor phase epitaxial growth of the silicon carbide film at the growth temperature has a dew point of −85 ° C. to −75 ° C.
A carrier gas between the two is used.
9. A CVD method for a silicon carbide film according to any one of items 1 to 8.
【請求項10】 前記基板は、(0001)C面を有するSi
C基板であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか
1項記載の炭化珪素膜のCVD方法。
10. The substrate is Si having a (0001) C plane.
The CVD method for a silicon carbide film according to claim 1, wherein the CVD method is a C substrate.
【請求項11】 反応容器と、 該反応容器にガスを導入するガス導入部と、 前記反応容器を真空排気する真空排気部と、 前記反応容器の内部に配置され、窒素密度が1×1017
cm-3以下の複数のグラファイト部材と、該複数のグラ
ファイト部材の間に嵌合し、該グラファイト部材よりも
抵抗率の高い材料からなる領域を少なくとも前記グラフ
ァイト部材との嵌合部に有する抵抗性部材とを筒型に組
み合わせたサセプターと、 前記サセプターの周方向に沿って電流を環流させ、前記
複数のグラファイト部材を加熱する高周波誘導加熱手段
とを備えることを特徴とするCVD装置。
11. A reaction vessel, a gas introduction section for introducing a gas into the reaction vessel, a vacuum evacuation section for evacuating the reaction vessel, and a nitrogen density of 1 × 10 17 arranged inside the reaction vessel.
A plurality of graphite members having a size of 3 cm -3 or less, and a resistance that is fitted between the plurality of graphite members and has a region made of a material having a higher resistivity than the graphite members at least in a fitting portion with the graphite members. A CVD apparatus comprising: a susceptor in which members are combined in a cylindrical shape; and a high-frequency induction heating unit that heats the plurality of graphite members by circulating an electric current along the circumferential direction of the susceptor.
【請求項12】 窒素密度が1×1017cm-3以下のグ
ラファイト部材を備えることを特徴とするCVD装置用
サセプター。
12. A susceptor for a CVD device, comprising a graphite member having a nitrogen density of 1 × 10 17 cm −3 or less.
【請求項13】 窒素密度が1×1017cm-3以下の複
数のグラファイト部材と、 該複数のグラファイト部材の間に嵌合し、該グラファイ
ト部材よりも抵抗率の高い材料からなる領域を少なくと
も前記グラファイト部材との嵌合部に有する抵抗性部材
とを筒型に組み合わせてなり、高周波誘導加熱により、
前記筒型の周方向に沿って電流を環流し、加熱されるこ
とを特徴とするCVD装置用サセプター。
13. A graphite member having a nitrogen density of 1 × 10 17 cm −3 or less, and at least a region which is fitted between the graphite members and is made of a material having a higher resistivity than the graphite member. By combining a resistive member having a fitting portion with the graphite member in a tubular shape, by high frequency induction heating,
A susceptor for a CVD apparatus, wherein an electric current is circulated along the circumferential direction of the cylinder to be heated.
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