JP2015050436A - SiCエピタキシャルウェハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、炭化珪素(SiC)は、シリコン(Si)に対して、バンドギャップが約3倍、絶縁破壊電界強度が約10倍、熱伝導度が約3倍という優れた物性を有しており、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。
SiCのエピタキシャル成長は、1500℃以上の高温で行われる。そのため、エピタキシャルウェハの製造装置の部材としては、耐熱性に優れなおかつ熱伝導率の良いグラファイト(カーボン)材料や、グラファイト基材の表面をTaC等でコーティングされたものが一般に使用されている。
特許文献1には、SiCエピタキシャルウェハの製造装置内において、エピタキシャル成長前に、グラファイトサセプタを真空ベークすることで、グラファイトサセプタ内に内包する窒素を低減すること、及び、内包する窒素低減後のグラファイトサセプタの表面にSi及びSiCの少なくとも一方の被膜をコートすることが開示されている。また、特許文献2には、ハロゲンガス雰囲気下で炭素系材料を圧力100Pa以下、1800℃以上で熱処理し、炭素系材料中の窒素を放出させた後、希ガス雰囲気下で室温まで冷却する低窒素濃度炭素系材料の製造方法が開示されている。また、特許文献3には、ウェハを載置する部分の少なくとも一部が炭化タンタル又は炭化タンタル被覆黒鉛材である、炭化珪素被覆黒鉛材のサセプタが開示されている。
また、ウェハを装置内に出し入れする際にも、環境をグローブボックスのようなAr環境中に置くか、又は一度ロードロック室等でAr置換処理後に炉内に搬送することで、窒素ガスの炉内への持ち込みを極力抑制し、無垢の炭素系材料部材への窒素ガスの再付着および侵入を防ぐ必要があった。
なお、ここで、キャリア濃度バックグラウンドとは、新品の炭素系材料部材をエピタキシャルウェハ製造装置に装着し、SiCエピタキシャル膜をアンドープで作製した際の、SiCのキャリア濃度を意味する。
(1)コーティングされた炭素系材料部材を、専用の真空ベーク炉において2.0×10−3Pa以下の真空度で真空ベークする工程と、前記コーティングされた炭素系材料部材を、エピタキシャルウェハ製造装置に設置する工程と、前記エピタキシャルウェハ製造装置内にSiC基板を配置し、そのSiC基板上にSiCエピタキシャル膜をエピタキシャル成長させる工程と、を有するSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
(2)前記真空度が1.0×10−5Pa以下であることを特徴とする(1)に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
(3)前記真空ベークを1400℃以上の温度で行うことを特徴とする(1)又は(2)のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
(4)前記真空ベークを10時間以上行うことを特徴とする(1)〜(3)のいずれか一つに記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
(5)前記真空ベークを、1500℃での窒素分圧が1.0×10−7Pa以下になるまで行うことを特徴とする(1)〜(4)のいずれか一つに記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
(6)前記コーティングされた炭素系材料部材が、サセプタ、サテライト、シーリング、イグゾーストリング、からなる群から選択されたいずれかを含むことを特徴とする(1)〜(5)のいずれか一つに記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
(7)前記コーティングが、TaCまたはSiCを用いてなされていることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか一つに記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
「炭素系材料部材」における炭素系材料は、グラファイト、パイロリティックグラファイト等の炭素(カーボン)を主成分とする材料全般を意味する。すなわち、カーボン材料、炭素材料等の名称で特定される材料全般を意味する。
縦軸はSiCエピタキシャルウェハ内のキャリア濃度であり、縦軸は積算加熱時間(エピ成長に伴う加熱の積算時間)である。上記4種類のTaCコーティングされた炭素系材料部材の交換直後を0時間とし、2ヵ月後までのキャリア濃度バックグラウンド(故意のドーピングを行わないで実施したエピタキシャル成長でのキャリア濃度)の推移を示している。図1(a)において、◇と□のプロット及び破線がキャリア濃度を表しており、プロット◇と□の違いは、エピタキシャル膜の厚さが違うだけであり、その厚さは◇<□の関係である。
また、ダウンフォールに起因する表面欠陥があるエピタキシャルウェハは製品とはならないため、当該部材が使用できる期間は、積算加熱時間に対して上限が限られている。
そのため、生産現場では当該部材交換後一定期間は、SiCエピタキシャルウェハ製造装置においてはエピタキシャルウェハの製造を行うことができず、ベーキングやダミーエピタキシャル成長を行って積算加熱時間を累積させる対応を取っていた。エピタキシャル成長装置の各部材をベーキングに用いる場合、装置上の制約及びその後のエピタキシャル成長への影響から、エピタキシャル成長の温度や圧力の条件で行われる。このエピタキシャル成長装置を用いた加熱処理は、その期間が全て生産に寄与しない稼働時間として、生産ロスとなっていた。当該部材は、上述のように、パーティクルに起因する表面欠陥の増加の点から、使用できる積算加熱時間の制約があるため、このバックグラウンドキャリア濃度の安定化のための生産ロスは極めて大きな問題であった。
本発明のSiCエピタキシャルウェハの製造方法は、かかる生産ロスを抜本的に解消するものである。
本発明者は、コーティングされた炭素系材料部材について、内包する窒素の脱ガスが十分になされる場合があること、そして、その真空ベークの条件を見出したのである。そして、コーティングされた炭素系材料部材について一旦、十分に窒素の脱ガスした後窒素含有雰囲気に晒しても、脱ガスの効果を維持できることを見出したのである。本願発明は、コーティングされた炭素系材料部材は、コーティングされていても一定条件のベーキングで脱ガスすることが出来、かつ部材を窒素含有雰囲気(空気)にさらしても、実質的には再吸着による窒素の悪影響がない様なコーティングが存在するという新たな知見に基づくものである。
図2は、グラファイト表面に厚さ20μmのTaC膜をコーティングされた部材の光学顕微鏡写真を示す。図2に示すように、直径20μm程度のグレインが凝集して形成されていることが分かる。それぞれのグレインは隙間なく配列して、グラファイト表面を覆っており、このコーティングにより部材の耐久性を向上させている。
そのため、真空ベークした炭素系材料部材を大気中にストックしておくことができる。また専用ベーク炉からSiCエピタキシャル製造装置へ搬送する際に、周囲の環境を考慮に入れる必要もない。
図3は、本発明で用いられる専用ベーク炉の一例を示す模式図であり、(a)は平面図であり、(b)は断面図である。
本発明で用いられる専用ベーク炉は、例えば、図3(a)(b)に示すような専用ベーク炉10であり、SUS製のチャンバー1と、チャンバー1から繋がる排気ライン2と、ドライポンプ及びターボ分子ポンプからなる排気設備3と、排気時の窒素ガスを分析するための4重極質量分析装置(QMS)4とを有する。排気ライン2から排気設備3によって、SUS製チャンバー1内を排気減圧することが可能である。
図4は、本発明で用いられるエピタキシャルウェハ製造装置の一例を示す断面模式図である。
本発明で用いられるエピタキシャルウェハ製造装置は、例えば、図4に示すようなCVD(化学的気相成長)装置20であり、図示を省略する減圧排気可能なチャンバー(成膜室)内に、原料ガスGを供給しながら、加熱されたウェハWの面上に膜(図示せず。)を堆積成長させるものである。例えば、SiCをエピタキシャル成長させる場合、原料ガスGには、Si源にシラン(SiH4)、炭素(C)源にプロパン(C3H8)を含むものを用いることができ、さらに、キャリアガスとして水素(H2)を含むものを用いことができる。尚、図4は、リアクター内部の主要部分の構成を図示したものであり、これらは減圧排気可能なSUS製のチャンバー(図示せず)の中に納められる形になっている。
また、サセプタ上面24a側には、ウェハWが載置されるサテライト(円盤状のウェハ支持台)26を収容する複数の凹状の収容部27が設けられている。
1700℃でベーキングを開始した時の真空度や窒素分圧は、部材によって差がみられるが、一定時間真空ベーキングを行った処理後の到達真空度は一定のレベルに収束する傾向がある。これは、新品のTaCコーティングされた炭素系材料部材は、その材料や保管状態などの履歴により、放出する窒素の量がばらついているが、一定条件以上の真空ベーキングを行うことにより、そのばらつきを解消することができ、TaCコーティングされた炭素系材料部材の初期状態のばらつきに起因していたSiCエピタキシャル層のキャリア濃度のばらつきを低減させることができることを示している。
真空ベークの真空度は1.0×10−5Paで、時間はそれぞれ200時間行った。その結果、温度が上昇するほど最終的な窒素ガス分圧は減少し、それに対応してSiCエピタキシャル成長層のキャリア濃度のバックグラウンドは下がり、良好な膜が成膜されていることが分かる。
1a 蓋部
1b 本体部
1c フランジ部
2 排気ライン
3 排気設備
4 4重極質量分析装置(QMS)
5 遮蔽板
6 ヒーター
6a IN側ヒーター
6b OUT側ヒーター
7 トレー
8 レール
10 専用ベーク炉
20 CVD(化学的気相成長)装置
21 搭載プレート
22 シーリング
23 イグゾーストリング
24 サセプタ
25 回転軸
26 サテライト
27 収容部
29 誘導コイル
30 ガス導入管
30a フランジ部
31 支持リング
W ウェハ
G 原料ガス
Claims (7)
- コーティングされた炭素系材料部材を、専用の真空ベーク炉において2.0×10−3Pa以下の真空度で真空ベークする工程と、
前記コーティングされた炭素系材料部材を、エピタキシャルウェハ製造装置に設置する工程と、
前記エピタキシャルウェハ製造装置内にSiC基板を配置し、そのSiC基板上にSiCエピタキシャル膜をエピタキシャル成長させる工程と、を有するSiCエピタキシャルウェハの製造方法。 - 前記真空度が1.0×10−5Pa以下であることを特徴とする請求項1に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記真空ベークを1400℃以上の温度で行うことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記真空ベークを10時間以上行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記真空ベークを、1500℃での窒素分圧が1.0×10−7Pa以下になるまで行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記コーティングされた炭素系材料部材が、サセプタ、サテライト、シーリング、イグゾーストリングからなる群から選択されたいずれかを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記コーティングが、TaCまたはSiCを用いてなされていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
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