JP2015093806A - 炭化珪素基板の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特性の均一性の高いＳｉＣ基板の製造装置を提供する。
【解決手段】炭化珪素基板の製造装置１００は、支持面を有し、当該支持面上にベース基板１０を配置させるためのサセプタ１６と、サセプタ１６上に配置されたベース基板１０に反応ガスを供給するための反応ガス供給部１２と、サセプタ上のベース基板を加熱するための加熱部１３とを備え、支持面はサセプタ１０の内部方向に凹んだ曲面を含む。これにより、ＳｉＣ層を形成する際に、反りが生じたベース基板１０を上記曲面上に配置すればベース基板とサセプタとの接触面積を大きくすることができるので、ＳｉＣ層を形成する際のベース基板の面内温度が均一となるため、形成されるＳｉＣ層の面内均一性が高まり、もって、特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素基板の製造装置および製造方法に関する。

近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素（ＳｉＣ）の採用が進められている。ＳｉＣは、従来より半導体装置を構成する材料として広く用いられている珪素（Ｓｉ）に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料としてＳｉＣを採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、ＳｉＣを材料として採用した半導体装置は、Ｓｉを材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。

Ｓｉ基板またはＳｉＣ基板は、たとえば、ベース基板上にエピタキシャル成長層であるＳｉ層またはＳｉＣ層を形成することによって得ることができる。また、より高品質な半導体装置を効率的に製造するという観点からは、形成されるエピタキシャル成長層の均一性を高めてその品質を向上させる必要がある。たとえば特開２００９−１１１２９６号公報（以下、特許文献１という）では、厚みのばらつきが抑制されたＳｉ基板を製造することが可能なエピタキシャル層形成装置が開示されている。

特開２００９−１１１２９６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される方法は、基板の反りの抑制が困難であるため、製造されるＳｉ基板の特性の均一性を十分に高めることができない場合がある。また、Ｓｉのエピタキシャル成長層を形成するための製造条件とＳｉＣのエピタキシャル成長層を形成するための製造条件とは大きく異なるため、Ｓｉ基板の製造方法を単純にＳｉＣ基板の製造方法に適用することはできない。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、特性の均一性に優れたＳｉＣ基板の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、支持面を有し、当該支持面上にベース基板を配置させるためのサセプタと、サセプタ上に配置されたベース基板に反応ガスを供給するための反応ガス供給部と、サセプタ上のベース基板を加熱するための加熱部とを備え、支持面は凹んだ曲面を含む、ＳｉＣ基板の製造装置である。

また、本発明の第２の態様は、第１の主面と第１の主面と対向する第２の主面とを備えるベース基板を準備する工程と、サセプタの支持面とベース基板の前記第１の主面とが向かい合うように、サセプタ上にベース基板を配置する工程と、サセプタ上に配置されたベース基板を加熱する工程と、加熱されるベース基板に反応ガスを供給して、第２の主面上にＳｉＣ層を形成する工程とを備え、支持面は凹んだ曲面を含む、炭化珪素基板の製造方法である。

本発明によれば、特性の均一性に優れたＳｉＣ基板の製造装置および製造方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置の概略的な断面図である。 図１の製造装置が備えるサセプタの概略的な断面図である。 図１の製造装置が備えるサセプタの概略的な平面図である。 本発明の一実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法を概略的に説明するためのフロー図である。 本発明の一実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法を概略的に説明するための断面図である。 本発明の一実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法を概略的に説明するための断面図である。 本発明の一実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法を概略的に説明するための断面図である。 従来のＳｉＣ基板の製造装置の概略的な断面図である。 従来のＳｉＣ基板の製造装置が備えるサセプタの概略的な断面図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施の概要について説明する。

本発明者らは、特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造すべく鋭意検討の結果、以下の知見を見い出し、本発明を完成させた。

ベース基板上にエピタキシャル成長層が形成されたＳｉＣ基板を製造する場合、通常、図８に示されるような気相エピタキシャル成長装置としてのＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置８００が用いられる。ＣＶＤ装置８００において、サセプタ８１は、その周囲をＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）コイル８２と、石英管８３と、断熱材８４と、発熱体８５とによって囲まれる流路８３ａ内に収容されている。サセプタ８１は発熱体８５の内周表面に形成された凹部内に配置されており、その支持面（図中上方の発熱体８５と向かい合う面）には、平面形状の底面８１ａと、該底面８１ａに対して垂直となるように底面８１ａの外縁部から延在する側面８１ｂとからなる円柱状の凹部８１ｃが形成されている。

上記ＣＶＤ装置８００を用いてＳｉＣ基板を製造する際には、まず、図８に示されるように、セプタ８１の凹部８１ｃにベース基板１０上が載置される。そして、流路８３ａに反応ガスＧ１が供給されながらベース基板１０が加熱されることにより、ベース基板１０の第２の主面１０ｂ上にエピタキシャル成長層であるＳｉＣ層が形成される。形成されるＳｉＣ基板の特性が均一となるためには、エピタキシャル成長層であるＳｉＣ層の不純物濃度、厚みなどの面内特性が均一となるように、ＳｉＣ層が形成される間のベース基板１０の第２の主面１０ｂの温度がその面内において均一である必要がある。

しかしながら、ベース基板１０の第２の主面１０ｂ上にＳｉＣ層を形成させるためには、ベース基板１０は１６００℃以上という高温で加熱される必要がある。このため、ＳｉＣ基板を製造する場合には、Ｓｉ基板を製造する場合と比して、発熱体８５と直接接する第１の主面１０ａの温度と、反応ガスＧ１を流すための空間である流路８３ａに面する第２の主面１０ｂの温度との温度差が大きくなる傾向にある。

上記温度差に起因して第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとの熱膨張に差が生じ、これによりベース基板１０には反りが生じ、図９に示すように、その中央部分が第１の主面１０ａ側に撓んだ形状となる。このような形状のベース基板１０は、その中央部分のみがサセプタ８１の底面８１ａと接し、その外縁部分は底面８１ａから離れた状態となるため、ＳｉＣ層を形成する過程において、ベース基板１０は第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとの温度差のみならず、その中央部分と外縁部分とで大きな温度差が生じることになる。ベース基板１０の中央部分と外縁部分とで大きな温度差が生じると、第２の主面１０ｂ上に形成されるＳｉＣ層の厚み、不純物濃度などの面内均一性が低下するために、結果的にＳｉＣ基板の特性の均一性が低下してしまう。

上述のような面内均一性の低下を抑制するためには、単純にはベース基板１０の反りを抑制する方法が考えられる。しかしながら、本発明者らは、１６００℃以上という高温条件下でＳｉＣ層を形成するに際し、上記のような温度差を低減して反りを抑制するためには、装置構成を極めて複雑化する必要が生じ、また上記のような高温条件下においてその反りを抑制するのは実質的に難しいと判断した。そこで、本発明者らは発想を転換し、ベース基板１０の反りを前提とし、ベース基板１０上にＳｉＣ層を形成する前に、ベース基板１０の反りを安定させた上でサセプタ８１の凹部８１ｃの形状をこの反ったベース基板１０の形状に近似させておくことを着想し、本発明を完成させた。

（１）本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置は、支持面を有し、当該支持面上にベース基板を配置させるためのサセプタと、サセプタ上に配置されたベース基板に反応ガスを供給するための反応ガス供給部と、サセプタ上のベース基板を加熱するための加熱部とを備え、サセプタの支持面はその内部方向に凹んだ曲面を含む。

本実施の形態に係る製造装置によれば、サセプタの支持面はその内部方向に凹んだ曲面を含むため、ＳｉＣ層を形成する際に、反りが生じたベース基板が上記曲面上に配置されていることにより、ベース基板とサセプタとの接触面積を大きくすることができる。これにより、ＳｉＣ層を形成する際のベース基板の面内温度が均一となるため、形成されるＳｉＣ層の面内均一性が高まり、もって、特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

（２）本実施の形態に係る製造装置において好ましくは、曲面の最大深さは２０μｍ以上５０μｍ以下である。これにより、ベース基板とサセプタとの接触面積をより大きくすることができるため、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

（３）本実施の形態に係る製造装置において好ましくは、曲面の曲率半径が５７７６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下である。これにより、ベース基板とサセプタとの接触面積をより大きくすることができるため、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

（４）本実施の形態に係る製造装置において好ましくは、支持面は曲面の周縁部に延在するザグリ側面を含む。これにより、曲面、周縁部およびザグリ側面により形成される凹部内にベース基板を収容することができるため、ＳｉＣ層を形成する際の反応ガスの乱流を抑制することができる。したがって、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

（５）本実施の形態に係る製造装置において好ましくは、曲面の最大寸法は１００ｍｍ以上である。曲面の最大寸法が１００ｍｍ以上であることにより、直径が１００ｍｍ以上のベース基板を曲面上に配置することができるため、１００ｍｍ以上の直径を有し、かつ特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

（６）本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法は、第１の主面と第１の主面と対向する第２の主面とを備えるベース基板を準備する工程と、サセプタの支持面とベース基板の第１の主面とが向かい合うように、サセプタ上にベース基板を配置する工程と、サセプタ上に配置されたベース基板を加熱する工程と、加熱されるベース基板に反応ガスを供給して、第２の主面上に炭化珪素層を形成する工程とを備え、支持面はサセプタの内部方向に凹んだ曲面を含む。

本実施の形態に係る製造方法によれば、サセプタの支持面はその内部方向に凹んだ曲面を含むため、ＳｉＣ層を形成する工程において、反りが生じたベース基板を上記曲面上に配置させることにより、ベース基板とサセプタとの接触面積を大きくすることができる。これにより、ＳｉＣ層を形成する工程におけるベース基板の面内温度が均一となるため、形成されるＳｉＣ層の面内均一性が高まり、もって、特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

（７）本実施の形態に係る製造方法において好ましくは、曲面の最大深さは２０μｍ以上５０μｍ以下である。これにより、ベース基板とサセプタとの接触面積をより大きくすることができるため、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

（８）本実施の形態に係る製造方法において好ましくは、曲面の曲率半径が５７７６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下である。これにより、ベース基板とサセプタとの接触面積をより大きくすることができるため、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

（９）本実施の形態に係る製造方法において好ましくは、支持面は曲面の周縁部に延在するザグリ側面を含む。これにより、ベース基板とサセプタとの接触面積をより大きくすることができるため、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

（１０）本実施の形態に係る製造方法において好ましくは、曲面の最大寸法は１００ｍｍ以上である。曲面の最大寸法が１００ｍｍ以上であることにより、直径が１００ｍｍ以上のベース基板を曲面上に配置することができるため、１００ｍｍ以上の直径を有し、かつ特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態についてより詳細に説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

＜ＳｉＣ基板の製造装置＞
まず、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置の構成について説明する。

図１を参照し、本発明の一実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置であるＣＶＤ装置１００は、ＳｉＣからなるベース基板１０上にエピタキシャル成長層であるＳｉＣ層を形成してＳｉＣ基板を製造するための装置である。ＣＶＤ装置１００は、石英管１１と、反応ガス供給部１２と、加熱部としてのＲＦコイル１３と、断熱材１４と、発熱体１５と、サセプタ１６とを主に備えている。

石英管１１は、円筒形状を有し、ベース基板１０上にＳｉＣ層を形成するための流路１１ａが内部に形成されている。石英管１１の一方の開口部（図中左側）である上流側１１ｂには反応ガス供給部１２が配置されており、反応ガス供給部１２からエピタキシャル成長のための反応ガスＧ１（図１中矢印）が流路１１ａ内に供給され、他方の開口部（図中右側）である下流側１１ｃから当該反応ガスＧ１が排出されるように構成されている。

反応ガスＧ１は少なくとも原料ガスとキャリアガスとを含み、ドーパントを含むＳｉＣ層を形成する場合には、さらにドーパントガスを含む。原料ガスは、たとえばシランガスなどのＳｉ元素を含むガスと、プロパンガスなどのＣ元素を含むガスとからなり、キャリアガスはたとえば水素（Ｈ₂）ガスであり、ドーパントガスはたとえば窒素（Ｎ₂)ガスおよびアンモニアガスなどのＮ元素を含むガスである。

ＲＦコイル１３は、ベース基板１０および流路１１ａ内に供給された反応ガスＧ１を加熱するための部材である。ＲＦコイル１３は、石英管１１の外周面１１ｄに沿って巻き付けられるように配置されており、高周波誘導加熱により石英管１１の内部に配置された発熱体１５を加熱する。より具体的には、電源（図示しない）からＲＦコイル１３に高周波電流が供給されることによりＲＦコイル１３の周囲に変化する磁力線が発生し、当該磁力線の変化により発熱体１５に渦電流が流れる。そして、渦電流が流れることにより抵抗熱が発生し、発熱体１５が加熱される。これにより、サセプタ１６上に配置されたベース基板１０および流路１１ａ内に供給された反応ガスＧ１を加熱することができる。

断熱材１４は、流路１１ａと石英管１１の外部とを断熱するための部材であって、石英管１１の内周面１１ｅに沿うように配置されている。断熱材１４は、たとえばカーボン製である。

発熱体１５は、ＲＦコイル１３を用いた誘導加熱により加熱可能な導電性材料からなっており、たとえばカーボン製である。発熱体１５は、断熱材１４の内周面１４ａに沿うように配置されている。このため、石英管１１、断熱材１４および発熱体１５は、石英管１１の径方向（中心部から外周部に向かう方向）において、発熱体１５、断熱材１４、石英管１１の順に配置された状態となっている。発熱体１５は、反応ガスＧ１の流路１１ａを形成する内壁面１５ａを含んでおり、内壁面１５ａには、サセプタ１６を載置させるための凹部１５ｂが形成されている。凹部１５ｂは、内壁面１５ａと連接する側面１５ｃと、側面１５ｃと連接する底面１５ｄとからなり、底面１５ｄは平面視（底面１５ｄの法線方向の視野）において円形状を有する。

サセプタ１６は、ベース基板１０を配置するための部材である。サセプタ１６は、たとえばカーボンからなり、その外表面は炭化珪素（ＳｉＣ）やタンタルカーバイド（ＴａＣ）によりコーティングされていてもよい。サセプタ１６は、発熱体１５の内壁面１５ａに形成された凹部１５ｂ内に配置される。

図２を参照し、サセプタ１６は、凹部１５ｂの底面１５ｄに対向する底面１６ａと、底面１６ａと反対の支持面１６ｂと、底面１６ａと支持面１６ｂとを繋ぐ側面１６ｃとを有する。また、図３を参照して、平面視（サセプタ１６の底面１６ａの法線方向の視野）において、サセプタ１６は円形である。

図２に戻り、支持面１６ｂには、ベース基板１０を載置するためのサセプタ１６の内部方向に凹んだ曲面１６ｄが形成されている。曲面１６ｄの周縁部１６ｅにはザグリ側面１６ｆが延在しており、ザグリ側面１６ｆの端部は支持面１６ｂの上面１６ｇと連接している。なお、上面１６ｇは側面１６ｃと連接している。ザグリ側面１６ｆは、たとえばサセプタ１６の厚み方向に平行に沿う面であり、上面１６ｇは底面１６ａに平行な面である。

上記曲面１６ｄは、具体的には、サセプタ１６を厚み方向（図中上下方向）に対して平行に切断したときの任意の断面において、サセプタ１６の内部方向に撓んだ曲線を描く。曲面１６ｄの最大深さＤは２０μｍ以上５０μｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以上３０μｍ以下である。なお、曲面１６ｄの「最大深さＤ」とは、図２に示されるように、サセプタ１６を厚み方向（図中の上下方向）に対して平行に切断したときの任意の断面において、曲面１６ｄによって描かれる厚み方向に撓む曲線の端部の底面１６ａからの高さと、曲線の最も撓んだ部分の底面１６ａからの高さの差を意味する。

また、上記曲面１６ｄの最大寸法Ｌは１００ｍｍ以上であり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。なお、曲面１６ｄの「最大寸法Ｌ」とは、図２に示されるように、サセプタ１６を厚み方向（図中上下方向）に対して平行に切断したときの任意の断面において、曲面１６ｄによって描かれる厚み方向に撓む曲線の両端の直線距離（最短距離）を意味する。

また、上記曲面１６ｄの曲率半径は５７７６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下であり、より好ましくは９６２６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下である。すなわち、曲面１６ｄによって描かれる上記曲線は曲率半径が一定の円弧でなくてもよい。

＜ＳｉＣ基板の製造方法＞
次に、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法について説明する。以下において、上述したＣＶＤ装置１００を用いてＳｉＣ基板の製造方法を実施する場合について図４〜図７を用いながら説明する。

まず、図４のステップＳ４０において、ベース基板準備工程が実施される。ベース基板準備工程では、たとえばポリタイプ４Ｈ型の六方晶炭化珪素からなるインゴット（図示しない）をスライスすることにより、ＳｉＣからなり、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａに対向する第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを有するベース基板１０が準備される（図５参照）。

次に、図４のステップＳ４１において、ベース基板配置工程が実施される。ベース基板配置工程では、ベース基板準備工程において準備されたベース基板１０が、サセプタの支持面１６ｂと第１の主面１０ａとが向かい合うように、ＣＶＤ装置１００のサセプタ１６上に配置される。

具体的には、図５を参照して、ベース基板１０は、第１の主面１０ａが支持面１６ｂの曲面１６ｄと向かい合うように曲面１６ｄ上に配置される。たとえば、ザグリ側面１６ｆの高さ（図５中上下方向）をベース基板１０の厚み以上とすることにより、ベース基板１０を曲面１６ｄ、周縁部１６ｅおよびザグリ側面１６ｆで形成される凹部内に収容させてもよい。

次に、図４のステップＳ４２において、ベース基板加熱工程が実施される。ベース基板加熱工程では、以下に説明するようにしてベース基板１０が加熱される。

図１を参照して、電源（図示しない）からＲＦコイル１３に高周波電流が供給されることによりＲＦコイル１３の周囲に変化する磁力線が発生し、当該磁力線の変化により発熱体１５に渦電流が流れる。そして、渦電流が流れることにより抵抗熱が発生し、発熱体１５が加熱される。加熱された発熱体１５から発される熱により、発熱体１５の凹部１５ｂ内に配置されたサセプタ１６が加熱され、さらにサセプタ１６の曲面１６ｄ上に配置されたベース基板１０が加熱される。

ここで、上記ベース基板加熱工程において、発熱体１５はその全体が発熱するため、ベース基板１０はその下方に位置するサセプタ１６からだけでなく、その上方からも加熱されることになる。このとき、サセプタ１６からベース基板１０の第１の主面１０ａに加えられる熱エネルギーと、上方（たとえば、流路１１ａ内のガス）からベース基板１０の第２の主面１０ｂに加えられる熱エネルギーとが同等である場合には、ベース基板１０に大きな反りは発生しない。

しかし、実際には両熱エネルギーは同等ではなく、サセプタ１６からの熱エネルギーのほうが大きい。特に、ＳｉＣ層を形成するためには、ベース基板１０を１６００℃以上に加熱する必要があるため、サセプタ１６もまた１６００℃以上に加熱される必要があり、このような高温での加熱環境下では、両熱エネルギーさは大きくなり易い傾向にある。このため、ベース基板１０において、第２の主面１０ｂの熱膨張に比して第１の主面１０ａの熱膨張の程度が大きくなり、結果的に、図６に示されるように、ベース基板１０には第１の主面１０ａ側（図中の下方向）に撓むように反りが生じる。

本実施の形態において、ベース基板１０の第１の主面１０ａと向かい合う曲面１６ｄは、上述のようにサセプタ１６の内部方向に撓んでいる。このため、反りが生じたベース基板１０の第１の主面１０ａと曲面１６ｄとの接触面積は、第１の主面１０ａと向かい合う面が平面である場合と比して大きくなる。

次に、ステップＳ４３において、ＳｉＣ層形成工程が実施される。ＳｉＣ層形成工程では、以下に説明するようにしてベース基板１０の第２の主面１０ｂ上にエピタキシャル成長層であるＳｉＣ層が形成される。

図１を参照して、たとえばシランガスおよびプロパンガスからなる原料ガスと、水素ガスからなるキャリアガスと、アンモニアガスからなるドーパントガスとを含む反応ガスＧ１が、反応ガス供給部１２から流路１１ａ内に供給される。供給された反応ガスＧ１は、上流側１１ｂからベース基板１０の第２の主面１０ｂの上方の位置を通って下流側１２ｃへ流される。石英管１１の流路１１ａに導入された上記原料ガスと、キャリアガスと、ドーパントガスとは、ＲＦコイル１３により加熱された発熱体１５によって加熱される。これにより、シランガス、プロパンガスおよびアンモニアガスが熱分解されることにより、ベース基板１０の第２の主面１０ｂ上にドーパントとしてＮ元素を含むＳｉＣ層としてのエピタキシャル成長層７０が形成される（図７参照）。

なお、ＳｉＣ層形成工程において、反応ガスの流量、加熱温度、実施時間を適宜変更することにより、所望の厚みを有するエピタキシャル成長層７０を形成することができる。また、原料ガスの流量に対するドーパントガスの流量を適宜変更することにより、ＳｉＣ層中のドーパント濃度を調製することができる。

＜作用効果＞
次に、従来の技術と比較しながら本実施の形態の作用効果を説明する。

図８に示すＣＶＤ装置８００を用いてＳｉＣ基板を製造する場合、準備されたベース基板１０はサセプタ８１の凹部８１ｃ内に配置され、続いてＳｉＣ層形成工程が実施される。しかし、上述のように、１６００℃以上で加熱されるサセプタ８１上に配置されたベース基板１０において、第２の主面１０ｂの熱膨張に比して第１の主面１０ａの熱膨張の程度が大きくなる傾向にある。このため、結果的に、ベース基板１０には第１の主面１０ａ側に撓むように反りが生じる。なかでも、加熱工程を経ることなくＳｉＣ層形成工程が実施された場合には特にこの反りが大きくなる傾向にある。これは、サセプタ８１の昇温速度が流路８３ａ内の昇温速度に対してかなり早いためである。

従来の技術によれば、図８に示すようにサセプタ８１の凹部８１ｃの底面８１ａは平面である。このため、反りが発生したベース基板１０の第１の主面１０ａと底面８１ａとの接触面積は小さくなり、特に、ベース基板１０の外縁部分は底面８１ａから大きく離れる。このため、ベース基板１０の中央部分と外縁部分とで大きな温度差が生じ、これに伴い、第２の主面１０ｂ上に形成されるＳｉＣ層の厚み、不純物濃度などの面内均一性が低下する。

これに対し、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置によれば、ベース基板１０を載置させるための支持面１６ｂは凹んだ曲面１６ｄ、換言すればサセプタ１６の厚み方向内部側に撓んだ曲面１６ｄを有する。このため、反りの発生したベース基板１０とサセプタ１６との接触面積は従来と比して大きくなる。このため、上述のようなベース基板１０の中央部分と外縁部分とで大きな温度差が生じるのを抑制することができるため、これに伴う第２の主面１０ｂ上に形成されるＳｉＣ層の厚み、不純物濃度などの面内均一性の低下を抑制することができる。したがって、結果的に、ＳｉＣ層を形成する際のベース基板１０の面内温度が均一となるため、形成されるＳｉＣ層の面内均一性が高まり、もって、特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置において、ベース基板１０は好ましくはＳｉＣからなる。これにより、ベース基板１０とＳｉＣ層としてのエピタキシャル成長層７０との結晶構造の差を低減させることができるため、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、ベース基板１０として、ＳｉＣ単結晶のインゴット（図示しない）をスライスすることにより得られるベース基板を用いることが好ましい。このようなベース基板は安価かつ大量に製造することができるため、ＳｉＣ基板の製造コストを低減することができる。なお、このようなベース基板は当初より沿った形状を有する場合がある。これはインゴットをスライスすることによって生じる反りであると考えられる。このような当初より反りを有するベース基板を用いた場合であっても、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置によれば、十分に特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置によれば、曲面１６ｄの最大深さは２０μｍ以上５０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以上３０μｍ以下である。これにより、ベース基板１０とサセプタ１６との接触面積をより大きく維持することができるため、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置によれば、曲面１６ｄの曲率半径は５７７６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下であり、より好ましくは９６２６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下である。これにより、ベース基板１０とサセプタ１６との接触面積をより大きく維持することができるため、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置によれば、サセプタ１６の支持面１６ｂは、曲面１６ｄの周縁部１６ｅに延在するザグリ側面１６ｆを含む。支持面１６ｂがこのようなザグリ側面１６ｆを含むことにより、ベース基板１０を配置させるための凹部をその厚み方向内側に沈みこんだ状態で開口させることができる。これにより、支持面１６ｂに形成される凹部内にベース基板１０を収容させることができるため、支持面１６ｂからベース基板１０が上方向に突出するのを抑制することができ、もって流路１１ａ内を流れる反応ガスＧ１の乱流を抑制することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置によれば、サセプタ１６の曲面１６ｄの最大寸法Ｌは１００ｍｍ以上である。このようなサセプタ１６に対しては、その曲面１６ｄ上に直径が１００ｍｍ以上のベース基板１０、すなわち直径が５インチ以上のベース基板１０を配置させることができる。このような直径の大きなベース基板１０を用いた場合、従来の技術においては特に形成されるＳｉＣ層の面内均一性を高めることは困難であったが、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置によれば、十分にＳｉＣ層の面内均一性を高めることができる。上記最大寸法Ｌはより好ましくは１５０ｍｍ以上である。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法によれば、加熱工程によってベース基板１０に対して第１の主面１０ａの方向に撓むような反りを生じさせる。この加熱工程によって、ベース基板１０の反りは安定するため、続くＳｉＣ層形成工程において、第１の主面１０ａと曲面１６ｄとの接触面積を十分に大きく維持したまま、第２の主面１０ｂ上にＳｉＣ層を形成させることができる。したがって、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法によれば、ベース基板１０の中央部分と外縁部分とで大きな温度差が生じるのを抑制することができるため、これに伴う第２の主面１０ｂ上に形成されるＳｉＣ層の厚み、不純物濃度などの面内均一性の低下を抑制することができる。したがって、結果的に、ＳｉＣ層を形成する際のベース基板１０の面内温度が均一となるため、形成されるＳｉＣ層の面内均一性が高まり、もって、特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法において、ベース基板１０はＳｉＣからなる。これにより、ベース基板１０とＳｉＣ層としてのエピタキシャル成長層７０との結晶構造の差を低減させることができるため、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、ベース基板１０として、ＳｉＣ単結晶のインゴット（図示しない）をスライスすることにより得られるベース基板を用いることが好ましい。このようなベース基板は安価かつ大量に製造することができるため、ＳｉＣ基板の製造コストを低減することができる。なお、このようなベース基板は当初より沿った形状を有する場合がある。これはインゴットをスライスすることによって生じる反りであると考えられる。このような当初より反りを有するベース基板を用いた場合であっても、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法によれば、十分に特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法によれば、曲面１６ｄの最大深さは２０μｍ以上５０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以上３０μｍ以下である。これにより、ベース基板１０とサセプタ１６との接触面積をより大きく維持することができるため、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法によれば、曲面１６ｄの曲率半径は５７７６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下であり、より好ましくは９６２６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下である。これにより、ベース基板１０とサセプタ１６との接触面積をより大きく維持することができるため、結果的に、より特性の均一性に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法によれば、サセプタ１６の支持面１６ｂは、曲面１６ｄの周縁部１６ｅに延在するザグリ側面１６ｆを含む。支持面１６ｂがこのようなザグリ側面１６ｆを含むことにより、ベース基板１０を配置させるための凹部をその厚み方向内側に沈みこんだ状態で開口させることができる。これにより、支持面１６ｂに形成される凹部内にベース基板１０を収容させることができるため、支持面１６ｂからベース基板１０が上方向に突出するのを抑制することができ、もって流路１１ａ内を流れる反応ガスＧ１の乱流を抑制することができる。

また、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造方法によれば、サセプタ１６の曲面１６ｄの最大寸法Ｌは１００ｍｍ以上である。このようなサセプタ１６に対しては、その曲面１６ｄ上に直径が１００ｍｍ以上のベース基板１０、すなわち直径が５インチ以上のベース基板１０を配置させることができる。このような直径の大きなベース基板１０を用いた場合、従来の技術においては特に形成されるＳｉＣ層の面内均一性を高めることは困難であったが、本実施の形態に係るＳｉＣ基板の製造装置によれば、十分にＳｉＣ層の面内均一性を高めることができる。上記最大寸法Ｌはより好ましくは１５０ｍｍ以上である。

＜実施例の概要＞
次に、実施例について説明する。

本実施例では、図２に示される形状の支持面を有するサセプタを備えるＣＶＤ装置を用いて、エピタキシャル成長層としてのＳｉＣ層を形成することによってＳｉＣ基板を製造し、そのＳｉＣ層の面内均一性を調査した。また、比較対象として、図９に示される形状の支持面を有するサセプタを備えるＣＶＤ装置を用いて、同様にＳｉＣ基板を製造し、そのＳｉＣ層の面内均一性を調査した。

＜サセプタの形状＞
表１を参照し、第１の例では、支持面１６ｂにその内部方向に凹んだ曲面１６ｄを含み、曲面１６ｄの最大寸法Ｌが５３ｍｍであり、曲面１６ｄの最大深さＤが０．０５ｍｍであり、ザグリ側面１６ｆの高さが０．８ｍｍであるサセプタ１６を用いた。なお、このサセプタ１６を厚み方向（図中上下方向）に対して平行に切断したときの任意の断面において、曲面１６ｄによって描かれる曲線は曲率半径は一定の円弧であった。

また、第２の例〜第４の例では、曲面１６ｄの最大寸法を表１に示すように、７７ｍｍ、１０２ｍｍ、および１５２ｍｍに変更させたサセプタ１６を用いた。なお、第１の例〜第４の例で用いた各サセプタ１６に関し、最大深さＤおよびザグリ側面１６ｆの高さは同じであったが、その最大寸法Ｌが異なるため、上記曲面１６ｄによって描かれる曲線は全て円弧であったが、その曲率半径は異なっていた。

また、比較対象としての第５の例では、その支持面に凹部８１ｃを含み、凹部８１ｃを構成する底面８１ａの直径が１５２ｍｍであり、側面８１ｂの高さが０．８ｍｍであるサセプタ８１を用いた。なお、底面８１ａは平面視（底面８１ａの法線方向の視野）において円形状を有していた。

＜ＳｉＣ基板の製造＞
第１の例について説明する。

まず、ポリタイプ４Ｈ型の六方晶炭化珪素からなるインゴット（図示しない）をスライスすることにより、ＳｉＣからなり、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａに対向する第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを有するベース基板１０を５つ準備した。なお、このベース基板１０は円盤形状を有し、その直径は１５０ｍｍであり、その厚みは５００μｍであった。

次に、準備したベース基板１０の第１の主面１０ａが、サセプタ１６の支持面１６ｂ内の曲面１６ｄと向かい合うように、ＣＶＤ装置１００内のサセプタ１６の支持面１６ｂ上に配置した。

次に、反応ガス供給部から流路１１ａ内に向けてキャリアガスとしてのＨ₂ガスを供給しながら、ＲＦコイル１３に高周波電流を供給させることによってサセプタ１６を加熱して１６００℃まで昇温させた。

そして、引き続きサセプタ１６を加熱しながら、反応ガス供給部から、キャリアガスに加えてさらにシランガスおよびプロパンガスからなる原料ガスと、アンモニアガスからなるドーパントガスとを流路１１ａ内に供給し、ベース基板１０の第２の主面１０ｂ上にドーパントとしてＮ元素を含むＳｉＣ層としてのエピタキシャル成長層を形成させた。原料ガスおよびドーパントガスの供給を開始してから１．５時間経過後にその供給を終了し、その後、流路１１ａ内の温度を室温にまで低下させた後、ＣＶＤ装置内より、ベース基板１０上にＳｉＣ層が形成されたＳｉＣ基板を取り出した。

第２の例〜第５の例においても、用いたサセプタの形状が異なる以外は、第１の例と同様の方法により、ＳｉＣ基板を製造した。なお、第５の例においては、ベース基板１０の第１の主面１０ａがサセプタ８１の支持面内の底面８１ａと向かい合うようにベース基板１０をサセプタ８１上に配置した。

以上により、第１の例において２インチの直径を有するＳｉＣ基板を、第２の例において３インチの直径を有するＳｉＣ基板を、第３の例において４インチの直径を有するＳｉＣ基板を第４および第５の例において５インチの直径を有するＳｉＣ基板が製造された。

＜面内均一性の調査＞
第１の例〜第５の例で製造された各ＳｉＣ基板について、水銀プローブ装置（装置名：ＣＶｍａｐ９２Ａ、FOUR DIMENSIONS社製）を用いて任意の５点におけるＳｉＣ層中のドーパント（Ｎ）濃度（個／ｃｍ³）を測定した。その結果、第１の例〜第４の例においては、任意の５点におけるドーパント濃度のばらつきが標準偏差で１０％以下であったのに対し、第５の例においては、任意の５点におけるドーパント濃度のばらつきが標準偏差で５％であった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ ベース基板
１０ａ 第１の主面
１０ｂ 第２の主面
１１，８３ 石英管
１１ａ，８３ａ 流路
１１ｂ 上流側
１１ｃ 下流側
１１ｄ 外周面
１１ｅ 内周面
１２ 反応ガス供給部
１３，８２ ＲＦコイル
１４，８４ 断熱材
１４ａ 内周面
１５，８５ 発熱体
１５ａ 内壁面
１５ｂ 凹部
１５ｃ 側面
１５ｄ 底面
１６，８１ サセプタ
１６ａ 底面
１６ｂ 支持面
１６ｃ 側面
１６ｄ 曲面
１６ｅ 周縁部
１６ｆ ザグリ側面
１６ｇ 上面
７０ エピタキシャル成長層
８１ａ 底面
８１ｂ 側面
８１ｃ 凹部
１００ ＣＶＤ装置

Claims (10)

1. 支持面を有し、当該支持面上にベース基板を配置させるためのサセプタと、
   前記サセプタ上に配置された前記ベース基板に反応ガスを供給するための反応ガス供給部と、
   前記サセプタ上の前記ベース基板を加熱するための加熱部とを備え、
   前記支持面は前記サセプタの内部方向に凹んだ曲面を含む、炭化珪素基板の製造装置。
2. 前記曲面の最大深さは２０μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造装置。
3. 前記曲面の曲率半径が５７７６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素基板の製造装置。
4. 前記支持面は前記曲面の周縁部に延在するザグリ側面を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造装置。
5. 前記曲面の最大寸法は１００ｍｍ以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造装置。
6. 第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを備えるベース基板を準備する工程と、
   サセプタの支持面と前記ベース基板の前記第１の主面とが向かい合うように、前記サセプタ上に前記ベース基板を配置する工程と、
   前記サセプタ上に配置された前記ベース基板を加熱する工程と、
   加熱される前記ベース基板に反応ガスを供給して、前記第２の主面上に炭化珪素層を形成する工程とを備え、
   前記支持面は前記サセプタの内部方向に凹んだ曲面を含む、炭化珪素基板の製造方法。
7. 前記曲面の最大深さは２０μｍ以上５０μｍ以下である、請求項６に記載の炭化珪素基板の製造方法。
8. 前記曲面の曲率半径が５７７６ｍｍ以上１４４４０ｍｍ以下である、請求項６または請求項７に記載の炭化珪素基板の製造方法。
9. 前記支持面は前記曲面の周縁部に延在するザグリ側面を含む、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
10. 前記曲面の最大寸法は１００ｍｍ以上である、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。

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