JP2016092073A - 化学気相成長装置に用いられるサセプタおよびそれを備えた化学気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクル源となるＳｉＣの付着量を低減でき、再利用する際の研磨量を低減できるようにする。【解決手段】サセプタ４のうちの搭載面４ｂａと底面部４ａとの間に水準差を設け、底面部４ａの表面が搭載面４ｂａから凹んだ状態とする。これにより、底面部４ａ上にＳｉＣ２０が付着しても、そのＳｉＣ２０がＳｉＣ基板１０やＳｉＣ膜１１に付着しない。また、支持体４ｃのうちの突起部４ｃｂの上にＳｉＣ２０が付着したとしても、突起部４ｃはＳｉＣ基板１０の外周の一部としか接していないことから、ＳｉＣ２０の付着範囲は狭く、影響は少ない。そして、ＳｉＣ基板１０上へのＳｉＣ膜１１の成膜が完了したら、新しいＳｉＣ基板１０を用意して、再びサセプタ４に搭載し、ＳｉＣ基板１０の上にＳｉＣ膜１１を成膜する。【選択図】図５

Description

本発明は、ＳｉＣ基板の上に化学気相成長（以下、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）という）法によってＳｉＣ膜を成長させるＣＶＤ装置に用いられるサセプタおよびそれを備えた化学気相成長装置に関するものである。

従来、特許文献１において、ＣＶＤ法によって基板上に薄膜を成膜する際に、パーティクルの混入を防止して安定した成膜が行えるように、１回の成膜ごとにＣＶＤ装置に備えられる成長炉のサセプタカバーを交換し、次の成膜を実施することが提案されている。

ＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させるためのＣＶＤ装置においても同様で、ＳｉＣ基板だけでなく、例えばカーボン（Ｃ）の表面を炭化タンタル（ＴａＣ）でコーティングして構成されたＳｉＣ基板を保持するためのサセプタの上にもＳｉＣが付着する。

このとき、サセプタに付着したＳｉＣは、成膜回数を重ねるごとに厚膜化し、サセプタ材質との熱膨張率の違いから剥離し、ＳｉＣ膜中の欠陥を誘起するパーティクル源となる。このため、ＳｉＣ基板の外周にはサセプタを保護するために、例えばＳｉＣまたはＣで構成されるカバーを設置し、適宜交換を実施することでカバーの清浄度を保ち、欠陥発生を抑制できるようにしている。

特開２００８−２６２９６７号公報

上記したように、サセプタにカバーを設置し、そのカバーを交換することによってカバーの清浄度を保てるが、コスト低減を図るためには、交換したカバーの再利用を図ることが必要になる。すなわち、カバーに付着したＳｉＣを物理的に削り出して研磨することで、カバーを再利用することが必要となる。

しかしながら、研磨直後のカバーからはパーティクルが出易い状態となり、結果として、ＳｉＣ膜中に欠陥を誘起して品質低下を招くという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、パーティクル源となるＳｉＣの付着量を低減でき、再利用する際の研磨量を低減できるようにすることで、ＳｉＣ膜中へのパーティクルの混入を抑制できるＣＶＤ装置に用いられるサセプタおよびそれを備えたＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、容器（２）内において、回転体（５）上に配置されたサセプタ（４）の搭載面（４ｂａ）上にＳｉＣ基板（１０）を搭載し、容器の導入口（２ａ）からＳｉＣ原料ガス（３ａ）を導入しつつ、回転体を回転させることでサセプタと共にＳｉＣ基板を該ＳｉＣ基板の表面に対する法線方向を回転軸として回転させ、化学気相成長法によってＳｉＣ基板の表面上にＳｉＣ層（１１）を成膜する化学気相成長装置に備えられるサセプタであって、回転体に配置され、搭載面よりも導入口と反対側に位置する上面を有する底面部（４ａ）と、底面部より導入口側に突出し、円形状の搭載面を構成する台座部（４ｂ）と、台座部の外周において３つ以上の複数個配置され、台座部の径方向外方に突き出して配置された支持台（４ｃａ）と、搭載面よりも底面部と反対側に突き出した突起部（４ｃｂ）とを有する支持体（４ｃ）と、を備えていることを特徴としている。

このように、サセプタのうちの搭載面と底面部との間に水準差が設けられていて、底面部の表面が搭載面から凹んだ状態になっている。このため、底面部上にＳｉＣが付着しても、そのＳｉＣがＳｉＣ基板やＳｉＣ膜に付着しない。また、支持体のうちの突起部の上にＳｉＣが付着したとしても、突起部はＳｉＣ基板の外周の一部としか接していないことから、ＳｉＣの付着範囲は狭く、影響は少ない。そして、ＳｉＣ基板上へのＳｉＣ膜の成膜が完了したら、この後、新しいＳｉＣ基板を用意して、再びサセプタに搭載し、ＳｉＣ基板の上にＳｉＣ膜を成膜するという製造方法を繰り返し実施することが可能となる。

ここで、突起部へのＳｉＣの付着が少なければ、そのまま新たなＳｉＣ基板へのＳｉＣ膜の成膜を連続的に行うこともできるし、ＳｉＣの付着が多ければ、突起部に付着したＳｉＣを除去する研磨工程を行ってからとすれば良い。これにより、サセプタの再利用が可能となり、サセプタを再利用する場合でも、研磨される範囲が突起部だけであることから、研磨量を低減することが可能となる。したがって、研磨直後にパーティクルが出易くなる領域も少なく、ＳｉＣ膜中へのパーティクルの混入を抑制できて、パーティクルによる欠陥の誘起を抑制することが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるＣＶＤ装置の断面構成を示す図である。 （ａ）は、図１中のサセプタ４の斜視図、（ｂ）は、（ａ）における支持体４ｃの分解図である。 図１中のサセプタ４および回転体５の上面図である。 支持体４ｃの配置場所の変形例を示した図１中のサセプタ４および回転体５の上面図である。 サセプタ４などにＳｉＣ２０が付着した様子を示した断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるＣＶＤ装置に備えられるサセプタ４の図であって、（ａ）は、サセプタ４の斜視図、（ｂ）は、（ａ）における支持体４ｃの分解図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施形態にかかるＳｉＣ基板１０の表面にＳｉＣ膜１１を成膜する際に用いられるＣＶＤ装置について説明する。

図１に示すＣＶＤ装置１は、容器を構成するフード２内にＳｉＣ単結晶で構成されたＳｉＣ基板１０を設置し、ＳｉＣ原料ガス３ａをフード２内に導入することで、ＣＶＤ法によりＳｉＣ基板１０の表面にＳｉＣ膜１１を成膜する装置である。

具体的には、ＣＶＤ装置１は、フード２、原料ガス供給源３、サセプタ４、回転体５、外周ヒータ６および内部ヒータ７等を備え、ＳｉＣ原料ガス３ａをフード２の上方から下方に向けて流す縦型の炉構造とされている。

フード２は、例えば中空円筒形状を成しており、サセプタ４よりも上方位置には導入口２ａが備えられ、この導入口２ａを通じて、フード２の内部に原料ガス供給源３よりＳｉＣ原料ガス３ａを導入する。フード２内へは、ＳｉＣ原料ガス３ａのみを導入しても良いが、必要に応じて、キャリアガスやエッチングガスを導入しても良い。また、フード２のうちサセプタ４よりも下方位置には排出口２ｂが備えられており、この排出口２ｂを通じてＳｉＣ原料ガス３ａのうちの未反応ガスなどを排出する。フード２は、例えば黒鉛（Ｃ）や黒鉛の表面を炭化タンタル（ＴａＣ）でコーティングしたＴａＣ／Ｃ、黒鉛の表面をＳｉＣでコーティングしたＳｉＣ／Ｃで構成される。

原料ガス供給源３は、ＳｉおよびＣを含有するＳｉＣ原料ガス３ａを導入口２ａよりフード２内へ供給する。例えば、ＳｉＣ原料ガス３ａとしては、シラン（ＳｉＨ₄）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）四塩化珪素（ＳｉＣｌ₄）等のシラン系ガスとプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）等の炭化水素系ガスの混合ガスを用いている。また、原料ガス供給源３から供給されるＳｉＣ原料ガス３ａが必要に応じてフード２内にキャリアガスやエッチングガスと共に導入されるように、例えば原料ガス供給源３とフード２とを繋ぐ導入管などに接続されるようにガス供給源が備えられていても良い。

サセプタ４は、ＳｉＣ基板１０の表面にＳｉＣ膜１１を成膜する際に、ＳｉＣ基板１０を搭載して支持する部材であり、本実施形態では円盤状部材によって構成されている。このサセプタ４の構成が本発明の特徴となるものであり、後で詳細に説明する。

回転体５は、中央が円形状に開口させられた開口部５ａを有する円形部材で構成されており、中心軸を回転中心として回転可能に構成されている。例えば、回転体５は図示しないモータに連結されており、モータによって回転体５が回転させられるようになっている。回転体５のうち、流動してきたＳｉＣ原料ガス３ａが衝突する側の一面５ｂと反対側の一面５ｃ側において開口部５ａの内径を部分的に狭めた鍔部５ｄが形成されており、この鍔部５ｄの上にサセプタ４が配置される。サセプタ４は、この回転体５の開口部５ａ内に嵌め込まれることで回転体５と一体化され、ＳｉＣ膜１１の成膜時には回転体５と共に回転させられる。これにより、サセプタ４の上に搭載されたＳｉＣ基板１０が基板表面に対する法線方向を回転軸として回転させられ、ＳｉＣ原料ガス３ａが偏り無く基板表面全面に供給されるようになる。

外周ヒータ６は、フード２の外周に配置され、誘導加熱によってフード２内を加熱する。これにより、ＳｉＣ原料ガス３ａを加熱分解した状態でＳｉＣ基板１に供給することができる。

内部ヒータ７は、サセプタ４の裏面、つまりサセプタ４のうちＳｉＣ基板１０の搭載面４ｂａと反対側の面に対向するように配置され、サセプタ４の裏面側からサセプタ４、ＳｉＣ基板１０およびフード２内を加熱する。

このような構成により、ＣＶＤ装置１が構成されている。次に、図１〜図３を参照してサセプタ４の詳細構造について説明する。

サセプタ４は、ＳｉＣ基板１０の上にＳｉＣ膜１１を成膜する際にＳｉＣ基板１０を搭載する部材であり、例えば黒鉛（Ｃ）や黒鉛の表面を炭化タンタル（ＴａＣ）でコーティングしたＴａＣ／Ｃ、黒鉛の表面をＳｉＣでコーティングしたＳｉＣ／Ｃで構成される。サセプタ４は、略円盤状部材によって構成されているが、より詳しくは、底面部４ａとそれよりも内周側において底面部４ａから突き出して設けられた円形状の台座部４ｂおよび台座部４ｂの周囲に複数個配置された支持体４ｃとを有した構成とされている。

底面部４ａは、図２（ａ）および図３に示すように円形状とされており、回転体５に形成された開口部５ａのうち鍔部５ｄよりも一面５ｂ側の部分の内径と同等の外径で構成されている。底面部４ａの厚みは、回転体５のうちの一面５ｂから鍔部５ｄの上面（サセプタ４側の面）までの距離と一致させられており、底面部４ａと一面５ｂとが同一平面とされている。

また、底面部４ａは、図１に示すようにサセプタ４に搭載されるＳｉＣ基板１０の表面に対して供給させられるＳｉＣ原料ガス３ａの流動方向から見て、搭載面４ｂａよりも流動方向下流側、つまり搭載面４ｂａに対して導入口２ａと反対側に凹んだ状態となっている。例えば、底面部４ａの上面と搭載面４ｂａとの水準差（これらの両面間の距離）が１０ｍｍ以上に設定されている。このため、ＳｉＣ基板１０の周囲に位置する底面部４ａや回転体５の上にＳｉＣが付着したとしても、ＳｉＣ基板１０よりも凹んだ位置に付着することになり、底面部４ａや回転体５の上に付着したＳｉＣがＳｉＣ基板１０に接触しないようにできる。

台座部４ｂは、図２（ａ）および図３に示すように略円柱形状で構成されており、そのうちのＳｉＣ基板１０の搭載面４ｂａの外径がＳｉＣ基板１０の外径と略同寸法とされている。なお、本実施形態では、搭載面４ｂａを平面としているが、中央部を凹ませたザグリを形成しても良い。ザグリを形成する場合、その周囲に残された搭載面４ｂａ上にＳｉＣ基板１０の外縁部分が接触することで、ＳｉＣ基板１０が台座部４ｂに搭載される。

支持体４ｃは、図２（ａ）および図３に示すように台座部４ｂの周囲に３つ以上の複数、本実施形態の場合は３つ点在させて配置されている。具体的には、支持体４ｃは、台座部４ｂの外周からさらに台座部４ｂの径方向外方に突き出すように、台座部４ｂと一体とされた支持台４ｃａと、支持台４ｃａ上に取り付けられる突起部４ｃｂとを有した構成とされている。突起部４ｃｂは、支持台４ｃａに対して脱着可能な構造とされ、搭載面４ｂａ上に設置したＳｉＣ基板１０を複数箇所で支持する。突起部４ｃｂの高さ、つまり搭載面４ｂａからの突き出し量はＳｉＣ基板１０の厚みを加味して設定されており、例えばＳｉＣ基板１０が０．３５〜０．５ｍｍとされる場合には、それよりも厚い０．４〜０．６ｍｍとされる。これにより、回転体５を回転させてサセプタ４と共にＳｉＣ基板１０が回転させられたときに、ＳｉＣ基板１０が搭載面４ｂａ上において位置ズレすることなく支持可能となっている。

なお、支持体４ｃの配置場所については任意であるが、ＳｉＣ基板１０を回転させる際の位置ズレをより少なくできるように、例えば等間隔に並んでいると良い。また、図４に示すように、支持体４ｃのうちの１つをＳｉＣ基板１０に形成されるオリエンテーションフラット１０ａと接するように配置すると、ＳｉＣ基板１０が台座部４ｂと伴回りすることを抑制でき、より位置ズレを少なくできることから好ましい。

本実施形態では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、突起部４ｃｂは、長方体形状で構成され、突起部４ｃｂのうち支持台４ｃａ側の一面に凸部４ｃｃが形成されている。また、支持台４ｃａのうち突起部４ｃｂ側の一面には凸部４ｃｃと対応する凹部４ｃｄが形成されており、凸部４ｃｃが凹部４ｃｄ内に嵌め込まれることで、突起部４ｃｂが支持台４ｃａと一体化される。このような構成により、支持台４ｃａと一体化された突起部４ｃｂの一側面にＳｉＣ基板１０が当接し、支持体４ｃによってＳｉＣ基板１０が支持可能とされている。

以上のようにして、サセプタ４が構成されている。続いて、このような構成のＣＶＤ装置１を用いたＳｉＣ膜１１の成膜方法について説明する。

まず、サセプタ４の搭載面４ｂａ上にＳｉＣ基板１０を搭載する。サセプタ４については、ＣＶＤ装置１に取り付けた状態であっても、ＣＶＤ装置１から取り外した状態とされていても良い。サセプタ４がＣＶＤ装置１から取り外した状態とされている場合には、ＳｉＣ基板１０の搭載後に回転体５の開口部５ａにサセプタ４を嵌め込んで固定する。

続いて、外周ヒータ６を用いてフード２内を加熱しつつ、原料ガス供給源３からＳｉＣ原料ガス３ａをフード２内に供給し、必要に応じてキャリヤガスやエッチングガスも同時に導入する。また、回転体５を回転させることでサセプタ４を回転させる。

これにより、導入口２ａよりフード２内にＳｉＣ原料ガス３ａなどが導入されたのち、外周ヒータ６および内部ヒータ７によって加熱分解された状態でサセプタ４上のＳｉＣ基板１０に供給され、その後、ＳｉＣ原料ガス３ａのうちの未反応ガスが排出口２ｂを通じて排出される。そして、このようにしてＳｉＣ原料ガス３ａがＳｉＣ基板１０の表面に供給されると、それに基づいてＣＶＤ法によりＳｉＣ膜１１がエピタキシャル成長させられる。そして、サセプタ４を回転させていることから、ＳｉＣ膜１１中における不純物濃度が均一化されたＳｉＣ膜１１が成長させられる。

このとき、サセプタ４のうちの搭載面４ｂａと底面部４ａとの間に水準差が設けられていて、底面部４ａの表面が搭載面４ｂａから凹んだ状態になっている。このため、図５に示すように、底面部４ａ上にＳｉＣ２０が付着しても、そのＳｉＣ２０がＳｉＣ基板１０やＳｉＣ膜１１に付着しない。また、支持体４ｃのうちの突起部４ｃｂの上にＳｉＣ２０が付着したとしても、突起部４ｃはＳｉＣ基板１０の外周の一部としか接していないことから、ＳｉＣ２０の付着範囲は狭く、影響は少ない。

そして、ＳｉＣ基板１０上へのＳｉＣ膜１１の成膜が完了したら、ＳｉＣ基板１０を取り出すことで、ＳｉＣ膜１１が成膜されたＳｉＣ基板１０が完成する。この後、新しいＳｉＣ基板１０を用意して、再びサセプタ４に搭載し、上記の工程を繰り返すことでＳｉＣ基板１０の上にＳｉＣ膜１１を成膜するという製造方法を繰り返し実施することが可能となる。

ここで、突起部４ｃｂへのＳｉＣ２０の付着が少なければ、そのまま新たなＳｉＣ基板１０へのＳｉＣ膜１１の成膜を連続的に行うこともできるし、ＳｉＣ２０の付着が多ければ、突起部４ｃｂに付着したＳｉＣ２０を除去する研磨工程を行ってからとする。これにより、サセプタ４の再利用が可能となり、サセプタ４を再利用する場合でも、研磨される範囲が突起部４ｃｂだけであることから、研磨量を低減することが可能となる。したがって、研磨直後にパーティクルが出易くなる領域も少なく、ＳｉＣ膜中へのパーティクルの混入を抑制できて、パーティクルによる欠陥の誘起を抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してサセプタ４の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態では、サセプタ４の支持体４ｃに備えられる突起部４ｃｂを、搭載面４ｂａからＳｉＣ原料ガス３ａの流動方向上流側に向かって徐々に径が拡大していく円錐台形状としている。具体的には、突起部４ｃｂのうち台座部４ｃｂ側の一面の径はｄ１とされ、台座部４ｃｂと反対側の径はｄ２とされていて、ｄ２はｄ１よりも１〜３ｍｍ程度大きくされている。これにより、突起部４ｃｂの側面がテーパ形状となり、より回転体５の回転時にＳｉＣ基板１０の位置ズレが抑制されるようにできる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、突起部４ｃｂを黒鉛（Ｃ）や黒鉛の表面を炭化タンタル（ＴａＣ）でコーティングしたＴａＣ／Ｃ、黒鉛の表面をＳｉＣでコーティングしたＳｉＣ／Ｃで構成する場合を例に挙げた。これに加えて、突起部４ｃｂが小さい部材であり、加工が容易であることを利用して、突起部４ｃｂを多結晶ＳｉＣ、焼結体ＳｉＣ、もしくは、単結晶ＳｉＣで構成しても良い。この場合、突起部４ｃｂとこれに付着するＳｉＣ２０は組成が同じであるため、熱膨張係数差が小さく、突起部４ｃｂに付着したＳｉＣ２０にかかる熱応力を低減でき、突起部４ｃｂからのＳｉＣ２０の落下を抑制することが可能となる。

また、突起部４ｃｂを含めた支持体４ｃの形状を適宜変更しても良い。例えば、突起部４ｃｂを長方体や円錐台形状ではなく、四角錐台形状としたり、円柱形状としても良い。これらの場合であっても、突起部４ｃｂのうち搭載面４ｂａ側の一面の寸法ｄ１に対して、搭載面４ｂａと反対側の一面の寸法ｄ２について、第２実施形態と同様の関係となっていれば、上記効果を得ることができる。

１ ＣＶＤ装置
２ フード
４ サセプタ
４ａ 底面部
４ｂ 台座部
４ｃ 支持体
５ 回転体
６ 外周ヒータ
７ 内部ヒータ

Claims (6)

1. 容器（２）内において、回転体（５）上に配置されたサセプタ（４）の搭載面（４ｂａ）上に炭化珪素基板（１０）を搭載し、前記容器の導入口（２ａ）から炭化珪素原料ガス（３ａ）を導入しつつ、前記回転体を回転させることで前記サセプタと共に前記炭化珪素基板を該炭化珪素基板の表面に対する法線方向を回転軸として回転させ、化学気相成長法によって前記炭化珪素基板の表面上に炭化珪素層（１１）を成膜する化学気相成長装置に備えられるサセプタであって、
   前記回転体に配置され、前記搭載面よりも前記導入口と反対側に位置する上面を有する底面部（４ａ）と、
   前記底面部より前記導入口側に突出し、円形状の前記搭載面を構成する台座部（４ｂ）と、
   前記台座部の外周において３つ以上の複数個配置され、前記台座部の径方向外方に突き出して配置された支持台（４ｃａ）と、前記搭載面よりも前記底面部と反対側に突き出した突起部（４ｃｂ）とを有する支持体（４ｃ）と、を備えていることを特徴とするサセプタ。
2. 前記底面部、前記台座部および前記支持台は、黒鉛、黒鉛の表面を炭化タンタルでコーティングしたもの、黒鉛の表面を炭化珪素でコーティングしたもののいずれか１つの材質で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
3. 前記突起部が前記支持台より脱着可能とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のサセプタ。
4. 前記突起部は、黒鉛、黒鉛の表面を炭化タンタルでコーティングしたもの、黒鉛の表面を炭化珪素でコーティングしたもの、多結晶炭化珪素、焼結体炭化珪素、もしくは、単結晶炭化珪素のいずれか１つの材質で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のサセプタ。
5. 前記突起部は、前記搭載面側の一面の寸法（ｄ１）よりも前記搭載面と反対側の一面の寸法（ｄ２）の方が大きくされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のサセプタ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載のサセプタを有し、
   前記導入口が前記サセプタよりも上方位置に形成されていると共に、前記炭化珪素原料ガスのうちの未反応ガスが排出される排出口が前記サセプタよりも下方位置に形成された排出口（２ｂ）が形成された前記容器と、
   前記サセプタと共に前記炭化珪素基板を回転させる前記回転体と、を有し、
   前記容器は、該容器における前記導入口から前記炭化珪素原料ガスを導入し、該容器の上方から下方に向けて前記炭化珪素ガスを流す縦型の炉構造とされていることを特徴とする化学気相成長装置。

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