JP2018165395A

JP2018165395A - 熱化学蒸着装置の基板ホルダー

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Publication number: JP2018165395A
Application number: JP2017063995A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　渉; Wataru Ito; 伊藤　　渉; 崇藍郷; Takashi Aisato; 藤本　辰雄; Tatsuo Fujimoto; 辰雄藤本; 泰三星野; Taizo Hoshino; 昭義立川; Akiyoshi Tachikawa; 昌芳清水; Masayoshi Shimizu
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: JP6832770B2

Abstract

【課題】熱ＣＶＤ法によるエピタキシャル成長において、パーティクルの発生を抑制し、かつ基板の裏面に意図しない層が堆積する問題を解決することができる基板ホルダーを提供する。【解決手段】熱化学蒸着装置の成長室内に配置されて、単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる基板を保持するための基板ホルダーであって、基板を保持することができる複数の凹部が備わっており、各凹部の内周側面が凹部の開口方向に拡大するように傾斜していることを特徴とする熱化学蒸着装置の基板ホルダーである。【選択図】図２

Description

この発明は、熱化学蒸着装置によって基板上に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる際に用いられて、基板を保持するための基板ホルダーに関するものである。

炭化珪素（以下、ＳｉＣと表記する）は、耐熱性及び機械的強度に優れ、物理的、化学的に安定なことから、耐環境性半導体材料として注目されている。また、近年、高周波高耐圧電子デバイス等の基板としてエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハの需要が高まっている。

ＳｉＣ単結晶基板（以下、単にＳｉＣ基板という場合がある）を用いて、電力デバイスや高周波デバイス等を作製する場合には、通常、ＳｉＣ基板上に熱化学蒸着法（以降、熱ＣＶＤ法と呼ぶ）によってＳｉＣ単結晶薄膜をエピタキシャル成長させたエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハを得るようにする。ＳｉＣ基板上にさらにＳｉＣのエピタキシャル成長膜を形成する理由は、Ｎ型またはＰ型の不純物のドーピング密度を制御した層を使ってデバイス層を形成するためである。

この熱ＣＶＤ法を利用する際には、一般に、熱化学蒸着装置における成長室内の基板ホルダー上にＳｉＣ基板を載せて、基板ホルダーを回転させながら、ＳｉＣ基板の直上に例えばシランガスやクロロシランガス等のシリコン原料ガスとプロパンやメタン等の炭化水素ガスとを混合した原料ガスを水素等のキャリアガスと共に供給して、ＳｉＣ単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる方法が採用されている（例えば非特許文献１参照）。その際、ＳｉＣ基板を基板ホルダーに載せるために、基板ホルダー表面にＳｉＣ基板の厚さ相当の溝（凹部）を形成しておき、その中にＳｉＣ基板を配置してＳｉＣ基板を固定搭載し、ＳｉＣ基板に対して略水平となるように横から上記のような原料ガスを流すのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

ところが、特許文献１で開示されているような基板ホルダーであると、成長を続けていくうちにエピタキシャル膜の表面に微細な粒子（以降、パーティクルと呼ぶ）が増えていく問題がある。これは、基板ホルダーの表面に炭化珪素膜が堆積していき、累積膜厚が２００μｍ程度まで厚くなると、堆積膜が剥離しやすくなることが原因と考えられる。

この問題を解決するために、特許文献２では複数ある凹部を互いに連結した構造の基板ホルダーを開示している。これは凹部と凹部に挟まれた薄い壁部分が誘導加熱されやすく局所的に温度が上がりやすいために、この領域が特に堆積物が剥がれ易いためとして、これを回避するために考案されたものである。

ところが、このような複数の溝が連結した構造とすると、特にドーピング密度が低い領域、例えば、１０Ｅ１５ｃｍ^−３台の前半を目標とするようにエピタキシャル成長させると、連結部分に位置していたＳｉＣ基板の領域でドーピング密度が下がる傾向を示すことが分かった。このような面内のばらつきはデバイス化したときに設計値のばらつきに繋がり、歩留まり低下を招く。

また、複数の溝が連結していると、連結領域からＳｉＣ基板の裏面に原料ガスが回りこむことが原因で、得られたエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハには、意図しない膜が形成（堆積）されてしまう弊害もあることが分かった。

特開２００８−１５９９４７号公報特開２０１５−１４１９６６号公報

Materials Science Forum Vols.45-648(2010),pp77-82

本発明はかかる問題、すなわち、熱ＣＶＤ法によるエピタキシャル成長において、剥離した堆積膜に由来するパーティクルの問題のほか、得られたエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハにおける面内のドーピング密度のばらつきや、ＳｉＣ基板裏面への意図しない膜の形成に関する問題を解決するためになされたものである。

前述した問題を解決することに取り組んだ本発明者らは、従来使用されている基板ホルダーでは、少なくとも面内のドーピング密度のばらつきは改善が困難との結論に至り、個々のＳｉＣ基板を収容する凹部は連結させずに独立した構造を維持した上で、如何にパーティクルを抑制するかを鋭意検討した。その結果、凹部の底面部から開口部に向けて拡径するように、凹部の内周側面をテーパー状に傾斜させ、その傾斜の程度を基板ホルダーにおける相対的な位置関係のもとで設定することで、パーティクルの問題と共に、ドーピング密度のばらつきや基板の裏面側への意図しない膜の形成の問題をいずれも解決することができることを見出し、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）基板上に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる熱化学蒸着装置で用いられる円盤状の基板ホルダーであって、
開口部の形状が円形又は略円形をして基板が収容される凹部を複数有して、該凹部の内周側面が、凹部の底面部から開口部に向けて拡径するようにテーパー状に傾斜していることを特徴とする熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
（２）前記凹部として、収容された基板の中心が基板ホルダーの同心円上に並ぶように配置された円配置凹部を有しており、これら円配置凹部におけるそれぞれの内周側面は、底面部に沿って水平方向に伸ばした仮想直線Ｌに対する傾斜角θが前記同心円の内側と外側とで異なることを特徴とする（１）に記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
（３）前記円配置凹部における同心円外側の内周側面の傾斜角θ_ｏｕｔに比べて同心円内側の内周側面の傾斜角θ_ｉｎの方が小さく、同心円内側の内周側面の傾斜が同心円外側の内周側面の傾斜に比べて緩いことを特徴とする（２）に記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
（４）前記円配置凹部における同心円内側の内周側面の傾斜角θ_ｉｎが１５度以上４０度未満の範囲内であり、前記円配置凹部における同心円外側の内周側面の傾斜角θ_ｏｕｔが４０度以上９０度未満の範囲内であることを特徴とする（３）に記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
（５）基板ホルダーの中心に対応する位置に中心配置凹部を有して基板を収容し、基板ホルダーの同心円に対応する前記円配置凹部を１組又は２組以上有して基板を収容して、前記中心配置凹部の内周側面の傾斜角が１５度以上４０度未満であることを特徴とする（３）又は（４）に記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
（６）前記基板が炭化珪素単結晶基板であり、前記単結晶薄膜が炭化珪素単結晶薄膜であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
（７）前記基板ホルダーが、カーボン製基材の表面に炭化珪素が１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲で被覆されていることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。

本発明によれば、熱化学蒸着法によるエピタキシャル成長の際に生ずるパーティクルの発生を効果的に抑制でき、しかも、例えば、炭化珪素単結晶薄膜等を成長させる際のドーピング密度のばらつきを抑えることができると共に、従来の技術で併発していた基板の裏面への堆積物の形成も回避できるようになる。

図１は、本発明による基板ホルダーに設けられた円形又は略円形の開口部を有する凹部の構造を説明するための断面模式図である。図２は、本発明による基板ホルダーを説明するための平面模式図であり、基板ホルダー内に円配置凹部が複数配置された例を示したものである。図３は、円配置凹部を説明するための平面模式図である。図４は、円配置凹部を説明するための断面模式図（図２におけるＸ−Ｘ断面）である。図５は、円配置凹部の他の例を説明するための平面模式図である。図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明による基板ホルダーに設けられた凹部の配置例を示したものであり、凹部における点線が同心円内側の内周側面に該当する箇所を表し、実線が同心円外側の内周側面に該当する箇所を表す。図７は、実施例１に係る基板ホルダーを使ってエピタキシャル成長させた膜の面内のドーピング密度の測定結果を示す。図８は、比較例１に係る基板ホルダーを使ってエピタキシャル成長させた膜の面内のドーピング密度の測定結果を示す。図９は、実施例１に係る基板ホルダーと、比較例１に係るホルダーを使用して、熱化学蒸着装置で炭化珪素のエピタキシャル成長を繰り返し、累積膜厚とパーティクルの発生密度の挙動を調査した結果である。図１０は、従来の基板ホルダーに設けられた凹部の構造を説明するための断面模式図である。図１１は、比較例１で使用した基板ホルダーを説明するための平面模式図である。

以下、本発明について詳細に説明する。なお、ここでは、好適な例として基板が炭化珪素（SiC）単結晶基板であり、単結晶薄膜がＳｉＣ単結晶薄膜の場合を説明するが、本発明の基板ホルダーは、これらの用途に制限されるものではない。
図１は、本発明の詳細を説明するため、円盤状基板ホルダー（以下、単に基板ホルダーという）１に設けられた一部の凹部６について断面図を示したものである。すなわち、本発明における基板ホルダー１は、開口部が円形又は略円形をしてＳｉＣ単結晶基板２が収容される凹部６を複数有しており、これらの凹部６の内周側面４は、凹部６の底面部３から開口部に向けて拡径するようにテーパー状に傾斜している（凹部６の内周側面４が結晶成長方向に拡大するようにθの角度だけ傾斜している）。図１０に示した従来例のように、凹部６の内周側面４が傾斜していない場合（すなわち、θ＝９０度の場合）、内周側面４の頂点部に堆積したＳｉＣがはがれやすいため（図中に破線で示した丸の部分）、パーティクルが発生し易くなるが、本発明のように内周側面４を傾斜させることで、エピタキシャル成長を繰り返したときでもパーティクルの発生を抑えることができる。

ここで、ＳｉＣ単結晶基板２が収容される凹部６の開口部が略円形であるとは、後述する円配置凹部の場合には、同心円の内側と外側とで内周側面４の傾斜角が異なることから、開口部の形状が楕円のように円の一部が歪むことを表したものであり、開口部が円形であるとは、同じく中心配置凹部の場合には、内周側面４の傾斜角が一定であるため、円が歪まずに真円（完全な円）となることを表したものである。また、本発明で言う内周側面４の傾斜角θとは、凹部６の底面部から水平方向に伸ばした仮想直線Ｌに対する内周側面４の傾斜角度（鋭角）を表すものである。

また、基板ホルダー内に複数の凹部６を形成した場合には、基板ホルダーに対して各凹部は同心円の関係でないため、基板ホルダーを回転させたときに、ＳｉＣ単結晶基板に対して凹部の内周側面は周方向にわたって異なる環境となる。そのため、本発明では、凹部の内周側面の傾斜を基板ホルダーの中心側に位置するものと外周側に位置するものとで傾斜角度を変えることができる。例えば、図２に示されるように、収容されたＳｉＣ単結晶基板２の中心Ｏが基板ホルダー１の同心円７上に並ぶように配置された円配置凹部6aについては、それぞれ内周側面４の傾斜角θが同心円７の内側と外側とで異なるようにすることができる。すなわち、円配置凹部6aにおいて、同心円７の内側の内周側面の傾斜角度をθ_ｉｎとし、同心円７の外側の内周側面４の傾斜角度をθ_ｏｕｔとすると、θin≠θoutとすることができる。

θin≠θoutとすることが望ましい理由は、以下の通りである。すなわち、円配置凹部6aの内周側面４は、垂直に近い（θが９０度に近い）ほどパーティクルの発生確率が高くなるためθを極力小さくするのが有利であるが、あまり小さくなり過ぎると、円配置凹部6a内でのＳｉＣ単結晶基板２の固定が不安定になるため、基板ホルダー１の回転の影響でずれ易くなり、保持されなくなるおそれがある。特に、基板ホルダー１の外周側に位置する内周側面４は、遠心力に抗してＳｉＣ単結晶基板２を固定する必要があるため、基板ホルダー１の中心側に位置する内周側面４より傾斜を大きくする必要がある。そのため、基板ホルダー１の中心側に位置する内周側面の傾斜の方が基板ホルダー１の外周側に位置する内周側面の傾斜に比べて緩くなるようにして、θin＜θoutとするのが好ましい。

図３には、円配置凹部6aの平面図が示されており、図示外のＳｉＣ単結晶基板が載置される底面部３を取り囲む内周側面４の様子が詳しく描かれている。また、図４には、この円配置凹部6aの断面図（図２におけるＸ−Ｘ断面）が示されている。図３では、ＳｉＣ単結晶基板の中心Ｏを通る基板ホルダー１の同心円７と、この同心円７が円配置凹部6aの開口部５と交わる点Ａ、Ｂが示されており、弧ＡＣＢに相当する部分が同心円７の外側にあたる内周側面4aに相当する箇所であり、弧ＡＤＢに相当する部分が同心円７の内側にあたる内周側面4bに相当する箇所である。

上述したように、同心円７の外側にあたる内周側面4aの傾斜角θ_ｏｕｔに比べて、同心円7の内側にあたる内周側面4bの傾斜角θ_ｉｎの方が小さくなるようにするのがよく、より具体的には、同心円内側の内周側面4bの傾斜角θ_ｉｎが１５度以上４０度未満（１５°≦θ_ｉｎ＜４０°）の範囲内であり、同心円外側の内周側面4aの傾斜角θ_ｏｕｔが４０度以上９０度未満（４０°≦θ_ｏｕｔ＜９０°）の範囲内となるようにするのがよい。ここで、同心円内側の内周側面4bの傾斜角θ_ｉｎが１５度未満となると基板ホルダー１の回転によって遠心力を保持する必要はないものの、円配置凹部6a内でＳｉＣ単結晶基板２がずれやすくなってしまうおそれがある。また、同心円外側の内周側面4aの傾斜角θ_ｏｕｔを９０度未満にするのは前述したとおりである。内周側面4aと内周側面4bとの傾斜角の区切りとなる４０度は、実験を重ねながら最適値を探り当てた結果である。ここで、点Ａから点Ｄにかけての弧ＡＤの間と、点Ｂから点Ｄにかけての弧ＢＤの間は、それぞれ内周側面4ｂの傾斜角θ_ｉｎが漸減するように徐々に傾斜が緩くなるようにして、点Ｄでの内周側面4bの傾斜が最も緩くなるようにするのがよい。また、点Ａから点Ｃにかけての弧ＡＣの間と、点Ｂから点Ｃにかけての弧ＢＣの間は、それぞれ内周側面4aの傾斜角θ_ｏｕｔが漸増するように徐々に傾斜が強くなるようにして、点Ｃでの内周側面4aの傾斜が最も強くなるようにするのがよい。なお、点Ｃ、Ｄを通る直線は、基板ホルダー１の直径上のものである。

一方で、図５に示したように、同心円７の外側にあたる内周側面4aと同心円7の内側にあたる内周側面4bとの境界部分において、それぞれの内周側面の傾斜角が徐々に変わる徐変範囲を設けるようにして（図中のＡ−Ｅ間及びＢ−Ｆ間が同心円７の外側の内周側面4aの徐変範囲であり、Ａ−Ｇ間及びＢ-Ｈ間が同心円７の内側の内周側面4bの徐変範囲を示す）、それ以外では、同心円７の外側にあたる内周側面4aの傾斜角θ_ｏｕｔと、同心円7の内側にあたる内周側面4bの傾斜角θ_ｉｎとが、それぞれ一定になるようにしてもよい。ここでの内周側面4aの傾斜角θ_ｏｕｔや内周側面4bの傾斜角θ_ｉｎは上述した角度範囲となるようにし、また、徐変範囲における角度変化は、同心円７の外側の内周側面4aと同心円7の内側の内周側面4bとでそれぞれ５度から２０度程度の範囲となるようにするのがよい。

基板ホルダー１に設けられる複数の凹部６は、ホルダーの径と凹部の径の関係から形成できる数に制限がかかるが、最大限形成すると一つの処理で得られるエピタキシャルウェハは最大になるので、製造効率を高めることができる。一方、基板ホルダー１の外側周囲は、得られるＳｉＣ薄膜の膜厚やドープ密度が不均一になりやすいので、エピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハに求められる均一性が高い場合には、製造効率を犠牲にして凹部６の数を減らし、極力基板ホルダー１の中央に凹部６を寄せた方が良い。

図６には、基板ホルダー１での複数の凹部６の配置例が示されている。このうち、図６（ａ）は、収容されたＳｉＣ単結晶基板の中心が基板ホルダー１の同心円上に並ぶように配置された３つの円配置凹部6aを備える例であり、図６（ｂ）は、５つの円配置凹部6aのほかに、基板ホルダー１の中心でＳｉＣ単結晶基板を収容する中心配置凹部6bを備える例である。図６（ｃ）及び（ｄ）は、より多くのＳｉＣ単結晶基板を収容する基板ホルダー１の例であり、図６（ｃ）では、１２個の円配置凹部6aと中心配置凹部6bを備え、図６（ｄ）では、同心円が異なる２組の円配置凹部6aと、その中央に位置する中心配置凹部6bを備えたものが示されている。これら図６（ａ）〜（ｄ）の例では、円配置凹部6aにおける同心円内側の内周側面に該当する箇所は破線で示し、同心円外側の内周側面に該当する箇所は実線で示している。なお、中心配置凹部6bでは、基板ホルダー１の回転の際に遠心力が掛からないため（遠心力の偏りがないため）、円配置凹部6aにおける同心円内側の内周側面の傾斜角θ_ｉｎを適用することができる。つまり、中心配置凹部6bの内周側面の傾斜角は１５度以上４０度未満にするのがよい。

また、本発明における基板ホルダー１の材質については、エピタキシャル成長時において１５００℃を超える高温でも高い強度を有するカーボン製であるのが好ましい。ただし、カーボンが露出しているとパーティクルの発生原因になるため、耐熱性に優れた炭化珪素がその表面を被覆している構造とすることが好ましい。すなわち、より好ましくは、カーボン製基材の表面に炭化珪素が被覆された基板ホルダー１であるのがよい。ここで、炭化珪素の被覆層の厚みは１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲であるのがよい。炭化珪素のエピタキシャル成長時のように原料ガスが流れている間は、ホルダー表面には堆積物が形成されるが、成長前後の原料ガスが流れていないときはキャリアガスである水素ガスによってエッチングが起きるなどダメージを受けやすい。そのため、耐久性を確保するためにも、少なくとも１０μｍの炭化珪素で被覆された被覆層が形成されているのが好ましい。ただし、あまり厚くなりすぎるとカーボン製基材から炭化珪素被覆が剥離しやすくなるため２００μｍ以下が望ましい。

本発明における基板ホルダーは、上記のようにＳｉＣ単結晶基板に対してＳｉＣ単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる場合のほか、各種基板に対して熱ＣＶＤ法によりエピタキシャル膜を成膜する際にも同様に用いることができ、剥離した堆積膜に由来するパーティクルの問題や基板裏面への意図しない膜の形成に関する問題等を解消することができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の内容に制限されるものではない。

（実施例１）
図２に示したように、５枚の円形状のＳｉＣ単結晶基板２を収容できるよう、お互い独立した凹部を５個有する基板ホルダー１を用いて、熱化学蒸着法によりエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハを製造した。この基板ホルダー１は、カーボン製基材の表面に炭化珪素がおよそ８０μｍの膜厚で被覆されたものであり、収容されたＳｉＣ単結晶基板２の中心Ｏが基板ホルダー１の同心円７上に並ぶように配置された５つの円配置凹部6aを有している。これらの円配置凹部6aは、図５に示したように、同心円７の外側にあたる弧ＥＣＦに対応した内周側面4aの傾斜角θ_ｏｕｔが４５度であり、同心円７の内側にあたる弧ＧＤＨに対応した内周側面4bの傾斜角θ_ｉｎが２５度である。また、これら内周側面4aと内周側面4bとの境界部分は、弧ＥＡＧと弧ＦＢＨに相当する徐変範囲（それぞれ周方向に約５ｍｍ）を備えており、Ｅ−Ａ間で傾斜角がおよそ５度下がり、Ａ−Ｇ間で傾斜角がおよそ１５度下がるように、滑らかに（傾斜角の変化が連続的に）連結されている（弧ＦＢＨについても同様）。一方で、これらの円配置凹部6aには、いずれもＳｉＣ単結晶基板２が載置される直径ｄ＝１０１ｍｍの底面部３が形成され、底面部３から基板ホルダー１の表面までの高さはｈ＝０．４ｍｍである。

また、用いたＳｉＣ単結晶基板は、いずれも直径１００ｍｍ、厚さ３８０μｍ、オフ角度４°であり、このＳｉＣ単結晶基板５枚を上記の基板ホルダー１の凹部6aに配置し、熱化学蒸着装置の成長室内に搭載した。基板ホルダー１の回転速度は３０回転／分（ｒｐｍ）とし、プロパンガスを毎分４０ｃｃ（以下、sccmの単位を使う）、シランガスを１００ｓｃｃｍで水素キャリアガスとともに成長室に導入した。水素ガスの流量は、毎分６０リットル（以下、slmの単位を使う）とした。また、ドーピングガスとして、水素で１％に希釈した窒素／水素混合ガスを２０ｓｃｃｍで導入した。そして、成長雰囲気は５ｋＰａとし、これらのガスをＳｉＣ単結晶基板２に対して略水平となるように横から流して、１６３０℃で１時間のエピタキシャル成長を実施した。

成長終了後、熱化学蒸着装置の成長室から基板ホルダー１を取り出したところ、５枚のＳｉＣ単結晶基板２は基板ホルダー１からずれることもなく、当初設置したとおりに収容されていることを確認した。その後、エピタキシャル成長させたＳｉＣ単結晶基板（エピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハ）のうちの１枚を使ってドーピング密度の評価を行った。評価方法は、フォーディメンジョン社製ＣＶ測定装置を使い、ウェハ表面の２５点測定を行った。２５点のドーピング密度の面内分布を図７に示す。

この図７から分かるように、平均のドーピング密度が２Ｅ１５ｃｍ^−３と低ドープ領域にもかかわらず、ウェハ下部（第一オリフラ）でドーピング密度が高い領域〔図中の（ｉ）の箇所〕を除けば、全面がほぼフラットなドーピング密度となっていることが分かった。

次に、上記でドーピング密度を評価したものと同じウェハを使って、裏面の堆積物評価を行った。方法は、二次イオン質量分析装置（島津製作所製）を使い、裏面の最表層から深さ方向に構成元素および不純物元素の分布状態を調査した。その結果、珪素、炭素、窒素が最表層から深さ方向にかけて均一に分布しており、また不純物元素の存在は確認できなかった。これは、裏面に意図しない堆積物が形成されていないことを示している。

（比較例１）
図１１に示したように、５枚のＳｉＣ単結晶基板２を収容することができる底面部が連結した構造の連結凹部１６を備えた基板ホルダーを用いて、実施例１と同じように熱化学蒸着法によりエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハを製造した。この基板ホルダー１の材質は実施例１と同様に、カーボン製基材の表面に炭化珪素がおよそ８０μｍの膜厚で被覆されたものであり、底面部から基板ホルダー１の表面までの高さはｈ＝０．４ｍｍである。また、この連結凹部１６の内周側面の傾斜角θは全ての箇所で９０度である。この基板ホルダー１を用いて、５枚のＳｉＣ単結晶基板２に対して実施例１と同様にして１６３０℃で１時間のエピタキシャル成長を実施した。

成長終了後、熱化学蒸着装置の成長室から基板ホルダー１を取り出したところ、５枚のＳｉＣ単結晶基板２は基板ホルダー１から目立つずれもなく、当初設置したとおりに収容されていることを確認した。その後、エピタキシャル成長させたＳｉＣ単結晶基板（エピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハ）のうちの１枚を使って、実施例１と同様にドーピング密度の評価を行った。面内２５点のドーピング密度の面内分布を図８に示す。

図８から分かるように、時計の針の２時、１０時の方向のところで〔図中の（ii）の箇所〕ドーピング密度の大きな落ち込みが確認された。

次に、同じウェハを使って、実施例１と同様に裏面の堆積物評価を行った。その結果、最表層にはＳｉＣ基板より濃度の低い窒素の層があることが確認された。また、光学顕微鏡観察では、荒れた表面になっていることが観察できた。これらは、裏面に意図しない堆積物が形成されていることを示している。

また、実施例１の基板ホルダー（本発明ホルダー）と、比較例１の基板ホルダー（従来ホルダー）を使い、熱化学蒸着装置で炭化珪素のエピタキシャル成長を繰り返して行い、累積膜厚とパーティクルの発生密度の挙動を調査した。結果を図９に示す。この図９を得るにあたっては、１回で膜厚１０μｍのエピタキシャル成長を行い、成長ごとに新たなＳｉＣ単結晶基板を基板ホルダーに載せるようにして、得られたエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハに付着していたパーティクルを測定して、基板ホルダーの累積膜厚に対するエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハ上のパーティクル密度の変化を表記した。

図９からわかるように、本発明に係る基板ホルダーを用いることによって、パーティクルの発生が効果的に抑えられていることが確認できた。

１：基板ホルダー、２：ＳｉＣ単結晶基板、３：底面部、４、4a、4b：内周側面、５：開口部、６：凹部、6a：円配置凹部、6b：中心配置凹部、７：基板ホルダーの同心円、１６：連結凹部。

Claims

基板上に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる熱化学蒸着装置で用いられる円盤状の基板ホルダーであって、
開口部の形状が円形又は略円形をして基板が収容される凹部を複数有して、該凹部の内周側面が、凹部の底面部から開口部に向けて拡径するようにテーパー状に傾斜していることを特徴とする熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
前記凹部として、収容された基板の中心が基板ホルダーの同心円上に並ぶように配置された円配置凹部を有しており、これら円配置凹部におけるそれぞれの内周側面は、底面部に沿って水平方向に伸ばした仮想直線Ｌに対する傾斜角θが前記同心円の内側と外側とで異なることを特徴とする請求項１に記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
前記円配置凹部における同心円外側の内周側面の傾斜角θ_ｏｕｔに比べて同心円内側の内周側面の傾斜角θ_ｉｎの方が小さく、同心円内側の内周側面の傾斜が同心円外側の内周側面の傾斜に比べて緩いことを特徴とする請求項２に記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
前記円配置凹部における同心円内側の内周側面の傾斜角θ_ｉｎが１５度以上４０度未満の範囲内であり、前記円配置凹部における同心円外側の内周側面の傾斜角θ_ｏｕｔが４０度以上９０度未満の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
基板ホルダーの中心に対応する位置に中心配置凹部を有して基板を収容し、基板ホルダーの同心円に対応する前記円配置凹部を１組又は２組以上有して基板を収容して、前記中心配置凹部の内周側面の傾斜角が１５度以上４０度未満であることを特徴とする請求項３又は４に記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
前記基板が炭化珪素単結晶基板であり、前記単結晶薄膜が炭化珪素単結晶薄膜であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。
前記基板ホルダーが、カーボン製基材の表面に炭化珪素が１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲で被覆されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱化学蒸着装置の基板ホルダー。