JP2019169743A - ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＣエピタキシャルウェハの面内のキャリア濃度を制御できるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法を提供する。【解決手段】このＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、凹状収容部を有する搭載プレートと凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトとサテライト上に載置されるＳｉＣ基板の主面上にＳｉＣエピタキシャル膜の原料ガスを供給する第１ガス供給管と凹状収容部内に供給孔を有する第２ガス供給管とを備える製造装置を用い、サテライトに対し搭載プレートの中央から外周に向かう方向に第１ガス供給管から原料ガスを供給し、第２ガス供給管を用いて凹状収容部とサテライトの間からＳｉＣエピタキシャルウェハの外周にドーパントキャリアガスを供給し、第１ガス供給管から供給されるガスの総量に対する第２ガス供給管から供給されるガスの総量は、１／３００〜１／５０である。【選択図】図１

Description

本発明は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法に関する。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きく、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。炭化珪素はこれらの特性を有することから、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。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。

ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板上にＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル膜を成長させることによって製造される。ＳｉＣ基板は、昇華法等で作製したＳｉＣのバルク単結晶から加工して得られ、ＳｉＣエピタキシャル膜は、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）によって形成される。

ＳｉＣエピタキシャルウェハを製造するための装置としては、複数のウェハを水平に配置し、各ウェハを公転させるとともにウェハ中心を軸にしてウェハ自体を自転させる水平自公転型のエピタキシャル成長装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

このエピタキシャル成長装置では、回転可能な搭載プレート（サセプタ）上に、この搭載プレートの回転軸を囲むように複数のサテライトが設けられている。サテライトが回転駆動機構によって自転可能とされることにより、このサテライト上に載置されたＳｉＣ基板は、搭載プレートの回転軸を中心に公転するとともに自転することで、自公転可能に構成されている。

上述のようなエピタキシャル成長装置においては、原料ガスが搭載プレート上に載置されたＳｉＣ基板の外周端部の外側から通過することで、原料ガスがＳｉＣ基板上に供給される。この際、加熱手段によってＳｉＣ基板を高温に維持しながら、基板上にエピタキシャル材料を堆積させることでエピタキシャル膜を成膜する。

特許第２７７１５８５号公報 特許第２８３５３３８号公報

ここで、ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた際に、得られるＳｉＣエピタキシャル膜の外周部、即ちエッジ付近においてキャリア濃度が低くなるという問題がある。特に、大型のＳｉＣエピタキシャルウェハを得るために、大型のＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた際に、この傾向は顕著である。ＳｉＣエピタキシャルウェハの大型化に対する近年の市場から強い要望に伴い、ＳｉＣエピタキシャルウェハの面内方向におけるキャリア濃度を制御することが求められている。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣエピタキシャルウェハの面内のキャリア濃度を制御できるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、検討の結果、ＳｉＣ基板に対して所定の位置からドーパントガスを含むキャリアガス（ドーパントキャリアガスと呼ぶ）を供給することで、ＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度を制御できることを見出した。その上で、既存の装置に大幅な変更を設けずかつ効率的に、所定の部分のキャリア濃度を制御ができるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の構成を見出し、発明を完成させた。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手順を提供する。

（１）本発明の一態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、凹状収容部を有する搭載プレートと、前記凹状収容部内に配置され上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、を備えるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、前記凹状収容部と前記サテライトの間から前記ＳｉＣエピタキシャルウェハの外周にドーパントガスを含むドーパントキャリアガスを供給する。

（２）上記（１）に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法において、前記ドーパントキャリアガスが、前記凹状収容部の底部から供給され、前記ドーパントキャリアガスにより前記凹状収容部内で前記サテライトが回転してもよい。

（３）上記（１）または（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において、前記搭載プレートの上面に対して、前記ＳｉＣ基板の上面の位置が同一又はそれより下方としてもよい。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のドーパントガスが窒素ガスであってもよい。

（５）本発明の一態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、凹状収容部を有する搭載プレートと、前記凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、前記サテライト上に載置されるＳｉＣ基板の主面上に、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料ガスを供給する第１ガス供給管と、前記凹状収容部内に供給口を有する第２ガス供給管と、前記第２ガス供給管に接続され、前記第２ガス供給管にドーパントキャリアガスを含むガスを供給するガス供給部と、を有する。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法及び製造装置によれば、ＳｉＣ基板の面内方向におけるキャリア濃度を制御できる。

本発明の一態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の断面模式図である。 本発明の一実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置における搭載プレートを平面視した図である。 本発明の一実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置における１つのサテライト周辺を拡大した断面模式図である。 実施例１、実施例２及び比較例１において得られたＳｉＣエピタキシャル膜の面内方向におけるキャリア濃度の位置依存性を示したグラフである。 実施例１及び実施例２と比較例１とのキャリア濃度の差を示したグラフである。

以下、本発明を適用したＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法およびその製造装置について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

まず本明細書におけるガスの名称についての定義を説明する。ＳｉＣを構成する元素を供給するガスを「原料ガス」と言う。原料ガスには、シラン系ガスと炭化水素系ガスがある。シラン系ガスとしては、シラン（ＳｉＨ_４）、ジクロロシラン（ＳｉＣｌ_２Ｈ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＣｌ_３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）等を用いることができる。炭化水素系ガスとしては、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）等を用いることができる。またこれらの原料ガスに加えて、後述するキャリアガス等が同時に含まれたガスを広義の「原料ガス」として説明する場合がある。

これらの炭化珪素の構成元素である主要原料ガスの他に、ドーピングを行うためのガスを「ドーパントガス」という。このドーパントガスによりＳｉＣ基板内にドーパントされたものが、ＳｉＣ基板内でキャリアとして機能する。炭化珪素のドーパントガスとしては、Ｎ型ドーピングの為の窒素、アンモニア、Ｐ型ドーピングの為のトリメチルアルミニウムなどがあげられる。

ＣＶＤ結晶成長において原料ガスに比べて大量に流され、原料ガスやドーピングガスを運ぶ機能を有するガスを「キャリアガス」という。キャリアガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ_２）等が挙げられる。すなわち「キャリアガス」の「キャリア」は、ＳｉＣ基板内の「キャリア密度（濃度）」の「キャリア」と同じ意味ではない。
また「ドーパントキャリアガス」は、ドーパントガスを含んでいるガスを意味し、ドーパントガスとキャリアガスが混ざったガスも含む。例えば、ドーパントキャリアガスが、窒素ガスのみからなってもよいし、窒素ガスと希ガス等のガスが混合したガスでもよい。

＜ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置＞
構成を理解しやすい様に、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置から説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の断面を模式的に説明する図である。

本発明の一実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００は、搭載プレート１０と、サテライト２０と、第１ガス供給管３０と、第２ガス供給管４０と、図視略のガス供給部を有する。またＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００は、反応空間Ｋを形成するためのシーリング５０及び側壁６０と、反応空間Ｋを加熱するためのヒータ７０を有する。ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００では、減圧排気可能なチャンバ（成膜室）内に、原料ガスＧを供給し、加熱されたＳｉＣ基板Ｗの面上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる。チャンバ（成膜室）内に供給される原料ガスＧは、広義の原料ガスでもよい。

図２は、本発明の一実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置における搭載プレートを平面視した図である。
搭載プレート１０は、平面視円形状の回転台１３と回転台１３の中央に接続された回転軸１２とからなる。回転台１３には、回転台１３の周方向（回転方向）に等間隔に複数並んで凹状収容部１１が設けられている。図２では、凹状収容部１１が等間隔に６個並んで設けられている場合を例示している。簡単のため搭載プレート１０の一つの凹状収容部１１にのみサテライト２０を収容したが、当該構成には限られない。

搭載プレート１０の中央下部には回転軸１２が取り付けられている。回転軸１２が図示を省略する駆動モータにより回転することで、回転台１３がその中心軸周りに回転駆動できる。以下、回転軸１２を中心軸とした回転を「公転」と言うことがある。
搭載プレート１０は、耐熱性を有していればよく、公知の材料を用いることができる。例えば、黒鉛、ＴａＣコートした黒鉛、ＳｉＣコートした黒鉛等を用いることができる。

図３は、本発明の一実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置における１つのサテライト周辺を拡大した断面模式図である。
サテライト２０は、搭載プレート１０の凹状収容部１１に収容されている。サテライト２０は、凹状収容部１１内部で回転駆動手段によって自転することができる。すなわち、サテライト２０は回転軸１２に対して自公転できる。サテライト２０は、搭載プレート１０と同様の材質を用いることができる。

サテライト２０の外径と凹状収容部１１の内径は、ほぼ同一のサイズとし、わずかに凹状収容部１１が大きいことが好ましい。凹状収容部１１の大きさがサテライト２０より大きすぎると、サテライト２０が自転した際に、凹状収容部１１内で横滑りしやすくなる。そのため、均一なＳｉＣエピタキシャル膜を得ることが難しくなる。一方、サテライト２０と凹状収容部１１が同一であると、後述する第２ガス供給管４０から供給されたガスの流路を十分に確保できなくなる。

サテライト２０上には、ＳｉＣ基板Ｗが載置される。ＳｉＣ基板Ｗは、図３に示すように、サテライト２０の上面２０ａに形成された凹部２１に載置されることが好ましい。凹部２１にＳｉＣ基板Ｗが載置されることにより、回転等によりＳｉＣ基板Ｗが横滑りすることを抑制することができる。

サテライト２０のＳｉＣ基板の載置面は、円形であることが望ましい。ＳｉＣ基板Ｗにオリエーテンションフラット（ＯＦ）がついている場合は、載置面は、ＳｉＣ基板Ｗと相似形でＯＦに対応する直線部があってもよい。サテライト２０の載置面上に、ＳｉＣ基板Ｗに覆われていない部分があると、その部分にも結晶が堆積する。この堆積物によりＳｉＣ基板Ｗが、載置面に対し浮く場合がある。そこで、載置面に直線部を設けることにより、ＯＦの外側の載置面に不要な結晶が堆積することを防止できる。

ＳｉＣ基板Ｗを載置後のＳｉＣ基板Ｗ上面は、回転台上面１３ａと同一面か、それよりも下側にあることが好ましい。ＳｉＣ基板Ｗが回転台上面１３ａより高い場合、ＳｉＣ基板Ｗ端部で原料ガスの流れの乱れ（層流の乱れ）が生じやすくなる。原料ガスの流れの乱れが生じると、ＳｉＣ基板Ｗ端部の成膜された膜の特性が内側と差が生じてしまう場合がある。

第１ガス供給管３０は、その第１の端部が図示略のガス供給配管に接続され、第２の端部がシーリング５０、側壁６０及び搭載プレート１０で囲まれる反応空間Ｋに接続されている。第１ガス供給管３０によって反応空間Ｋに原料ガスＧを供給することができる。原料ガスＧとしては、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料として一般に用いられる炭化水素系ガス及びシラン系ガスを含有するものを用いることができる。炭化水素系ガス及びシラン系ガスとしては、上述のものを用いることができる。第１ガス供給管３０からは、原料ガスと同時にキャリアガス、ドーパントガスを供給してもよい。

図１に示すように、第１ガス供給管３０の第２の端部（反応空間側の供給口）は、搭載プレート１０の中央に向かって設けられていることが好ましい。第１ガス供給管３０の供給口が搭載プレート１０の中央に向かって設けられていることで、第１ガス供給管３０から供給された原料ガスの流れを搭載プレート１０の中央から外周に向かう方向に制御することができる。すなわち、搭載プレート１０上に載置されたサテライト２０に対して均一に原料ガスを供給することができる。

第２ガス供給管４０は、その第１の端部が図示略の外部タンク等に接続され、第２の端部が凹状収容部１１に接続されている。ここで、この外部タンク等は、特許請求の範囲における「ガス供給部」に対応する。ガス供給部は、ドーパントキャリアガスをいれたタンクを用いてもよい。あるいは、ガス供給部として、水素などのキャリアガスとドーピングガスを制御された流量で混合するガス混合装置を用いることができる。ガス混合装置はキャリアガスとドーパントガスを一定の比率で混合し、その混合ガスの一部または全部を所定の流量や圧力で第２ガス供給管に供給するものであり、マスフローコントローラーや圧力コントローラー等によって構成することができる。図１では、第２ガス供給管４０は、搭載プレート１０の回転軸１２及び回転台１３内を貫通して形成され、凹状収容部１１の上面１１ａに供給口４１を有する。

第２ガス供給管４０は凹状収容部１１の上面１１ａに供給口４１を有する。そのため、凹状収容部１１にサテライト２０が収納された場合、サテライト２０の下面２０ｂと凹状収容部１１の間にガスが供給される。サテライト２０は、供給口４１から供給されたガスにより凹状収容部１１の上面からわずかに浮上する。したがって、凹状収容部１１とサテライト２０の間に加わる摩擦力が低減され、サテライト２０はその中心を軸として回転自在となる。サテライト２０を中心軸周りに回転駆動することで、サテライト２０に載置されたＳｉＣ基板Ｗに対して均等に成膜を行うことができる。

サテライト２０の回転は、供給口４１から排出されたガスによって制御される構成でもよい。供給口４１から排出されたガスは、サテライト２０を浮揚させる機能と回転させる機能を持たせることができる。サテライト２０を回転させるためには、例えば凹状収容部１１の底面にらせん状の溝を形成し、その溝にそってガスを流すことにより、その粘性でサテライト２０にトルクを与え、その結果回転させるという方法がある。あるいは、サテライト２０の裏面側にらせん状の溝を形成し、その溝にそってガス流を流しても、同様の機能を持たせることができる。つまり、サテライト２０を回転させるために、外部電源等を有する駆動手段を別途準備する必要が無く、ＳｉＣエピタキシャル製造装置の構成を簡便なものとしている。

このように供給口４１から供給されるガスは、サテライトを浮揚させる機能と、回転させる機能を持つ。これらの機能を、一種類の供給口により持たせてもよいし、浮揚させる機能と回転させる機能を別の供給口からのガスで持たせてもよい。別の供給口を用いる場合は、回転させる機能とサテライトを浮揚させる機能のどちらか一方の供給口からドーパントキャリアガスを流して凹部収容部とサテライトの間からＳｉＣエピタキシャルウェハの外周にドーパントキャリアガスを供給することでもよい。

第２ガス供給管４０は、図視略の外部タンクから反応空間Ｋにドーパントガスを含むドーパントキャリアガスを供給する。第２ガス供給管４０から供給されたドーパントキャリアガスは、図３に示すように、凹状収容部１１とサテライト２０の間を介して反応空間Ｋに供給される。すなわち、サテライト２０に載置されたＳｉＣ基板Ｗを基準として考えると、その外周から中央に向かってドーパントキャリアガスが供給される。そのため、ＳｉＣ基板Ｗの外周のキャリア濃度を中央のキャリア濃度に対して高めることができる。

第２ガス供給管４０から供給されるガスがドーパントガスを含まないと、ＳｉＣ基板Ｗの外周のキャリア濃度が低くなる。この場合、第１ガス供給管３０から供給する原料ガスにドーパントガスを加えることでＳｉＣエピタキシャル膜に対してドーパント元素を供給することができる。すなわち、第２ガス供給管４０から供給されるガスにドーパントガスを含めることで、ＳｉＣエピタキシャル膜の外周のキャリア濃度を高めることができる。この結果、第２ガス供給管４０から供給されるガスにドーパントガスを含めることで、均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成長させることができる。

シーリング５０は、搭載プレート１０及びサテライト２０を上方から覆うように配置される。
シーリング５０も、搭載プレート１０およびサテライト２０と同様に、黒鉛を材料とする基材の表面をコーティングされてなる円盤状部材である。シーリング５０の表面をコーティングする被覆膜も、従来公知のＴａＣやＳｉＣ等を用いて形成することが可能である。

側壁６０は、公知のものを用いることができる。例えば、図１に示すように支持部６１を有するものを用いることができる。支持部６１は、周壁６０の内周面に全周に亘って設けられたシーリング支持部であり、このシーリング支持部上にシーリング５０の外周部が載置される。チャンバ内で不要になったガスは、側壁６０と搭載プレート１０の間に設けられた排気口からチャンバの外へと排出することができる。

ヒータ７０は、反応空間Ｋを加熱する。例えば、誘導コイル等を用いることができる。図示を省略する高周波電源から誘導コイルに高周波電流が供給されると、搭載プレート１０およびシーリング５０が高周波誘導加熱により加熱される。これら搭載プレート１０およびシーリング５０からの輻射や、サテライト２０からの熱伝導等により、サテライト２０に載置されたＳｉＣ基板Ｗを加熱することができる。なお、加熱手段は、搭載プレート１０（回転台１３）の下面側およびシーリング５０の上面側に配置された構成に限らず、これらのいずれか一方側のみに配置された構成とすることも可能である。また高周波誘導加熱に限らず、抵抗加熱によるもの等を用いてもよい。

本発明の一態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００を用いると、キャリア濃度の面内均一性の高いＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。また既存の装置に大幅な変更を設けず、かつ効率的に所定の部分のキャリア密度を高めることができる。そのため、安価かつ容易にキャリア濃度の面内均一性の高いＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。

＜ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法＞
本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、凹状収容部を有する搭載プレートと、凹状収容部内に配置され上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、を備えるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、凹状収容部とサテライトの間からＳｉＣエピタキシャルウェハの外周にドーパントガスを含んでいるドーパントキャリアガスを供給する。
図１のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００を用いた例を基に、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法について説明する。

まず、サテライト２０に載置するＳｉＣ基板Ｗを準備する。ＳｉＣ基板Ｗは、ワイヤーソー等により、ＳｉＣ単結晶のインゴットを円板状にスライス加工することで得ることができる。またその外周部を面取りしてもよい。この際、ＳｉＣバルク単結晶の成長方法や、インゴットの研削加工方法、スライス加工方法等については、特に限定されることなく、従来公知の方法を採用できる。

次いで得られたＳｉＣ基板Ｗを研磨する。研磨の方法は、従来公知の方法を採用できる。研磨は、粗研磨と鏡面研磨のそれぞれを行うことが好ましい。粗研磨は、例えば、ラップ研磨等の機械式研磨法等を用いて行うことができる。粗研磨により、ＳｉＣ基板Ｗにおける大きなうねりや加工歪等の凹凸を除去することができる。鏡面研磨は、例えばＣＭＰ法等により行うことができる。鏡面研磨では、粗研磨で凹凸及び平行度が整えられたＳｉＣ基板の平坦度をより高めることができる。

次いで、得られたＳｉＣ基板Ｗ上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる。
まず、上述のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００のサテライト２０上にＳｉＣ基板Ｗを載置する。

ＳｉＣ基板Ｗを載置後に、図視略の真空ポンプにより反応空間Ｋを真空排気したのち、第1ガス供給管３０から水素やアルゴンなどのガスを流して一定の減圧状態にする。またヒータ７０により反応空間Ｋを加熱する。さらに、回転軸１２を図示略の駆動モータにより回転駆動させると共に、サテライト２０を回転させる。サテライト２０の回転は、第２ガス供給管４０から供給されるガスによって行うことが好ましい。第２ガス供給管４０から供給されるガスを利用することで、装置が複雑化することを避けることができる。サテライト２０は、回転軸１２に対して自公転する。

この状態で、さらに原料ガスＧを第１ガス供給管３０から供給する。反応空間Ｋに供給された原料ガスＧは、搭載プレート１０の中央から外周に向かって広がり、搭載プレート１０と側壁６０の間を通って外部に排出される。この際、サテライト２０上に載置されたＳｉＣ基板Ｗでは、原料ガス中のシラン系ガスと炭化水素系ガスが反応し、ＳｉＣエピタキシャル膜が成長する。また原料ガスにドーパントガスを混ぜることで、半導体のドーパントとして寄与するドーパント元素を含んだＳｉＣエピタキシャル膜を成長させることができる。

第２ガス供給管４０から供給されたガスは、凹状収容部１１とサテライト２０の間を介して反応空間Ｋに供給される。そのため、第２ガス供給管４０から供給されるガスは、ＳｉＣ基板Ｗを基準に考えると、その外周から中央に向かって供給される。そのため、第２ガス供給管４０から供給されるガスにドーパントガスを含めることで、エピタキシャル成長するＳｉＣエピタキシャル膜の中央部に対する外周部のキャリア濃度を高くすることができる。

ＳｉＣのドーパントとして機能するドーパント元素を、第１ガス供給管３０から供給する原料ガスＧに加えただけでは、ＳｉＣ基板Ｗの外周のキャリア濃度が低くなる場合がある。このような時は、キャリアガスの流量や圧力などを調整してＳｉＣエピタキシャル面内のキャリア濃度分布を調整するが、ＳｉＣ基板が大口径になると限界がある。さらにキャリアガスの流量や圧力などの基本条件は、キャリア濃度分布以外の特性、例えば成長膜厚分布などの特性にも影響を与えるため、任意に変更できるものではない。これに対し、第２ガス供給管４０からドーパント元素をドーパントガスとして供給する方法は、原料ガスのキャリアガスの流量や圧力などの基本条件に影響を与えずにＳｉＣ基板Ｗの外周のキャリア濃度を高めることができる。したがって、他の特性も兼ね備えかつキャリア濃度の均一なＳｉＣエピタキシャルウェハを得ることができる。また、第２ガス供給管４０から供給されるドーパント元素は、キャリア濃度の面内分布に関しては、ＳｉＣエピタキシャルウェハの外周のキャリア濃度のみを相対的に高め、中央付近では均一にドーピングされるため、中央付近のキャリア濃度分布の形にはほとんど影響を与えない。

第１ガス供給管３０から供給されるガスの総量に対する第２ガス供給管４０から供給されるガスの総量は、１／３００〜１／５０であることが好ましい。第２ガス供給管４０から供給されるガスの総量を、第１ガス供給管から供給されるガスの総量と比較して少なくしておくことで、チャンバ内のガスの流れを搭載プレート１０の中央から外周に向かう方向が主となるように制御することができ、乱流等の発生を抑制することができる。

第１ガス供給管３０から供給されるガスに含まれるドーパントガスの流量に対する、第２ガス供給管４０から供給されるドーパントキャリアガスに含まれるドーパントガスの流量の比は１００：１〜０：１が好ましく、５０：１〜１０：１がより好ましく、４０：１〜３０：１がより好ましい。すなわち、ドーパントガスをすべて第２ガス供給管から供給することもできる。この範囲内であれば、第１ガス供給管３０から供給されるドーパントキャリアガスによって低くなったＳｉＣ基板Ｗの外周のキャリア濃度を、第２ガス供給管４０から供給されるドーパントキャリアガスによって好適に補償することができる。すなわち、ＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度の均一性をより高めることができる。

また、第２ガス供給管４０から供給されるドーパントキャリアガスに含まれるドーパントガスは、第１ガス供給管３０から供給されるドーパントガスよりも効率的にエピタキシャルウェハに取り込まれるので、同じキャリア濃度を得るために反応空間に導入するドーパントの絶対量を少なくすることができる。この特徴は、ドーパントガスによるメモリー効果を低減することができる。そのため、たとえば高キャリア濃度のエピタキシャル層と低キャリア濃度を連続して積層する場合に、従来方法にくらべ有効である。
また、第２のガス供給管から供給されるドーパントキャリアガスは、ウェハに対し、ウェハの周辺部近傍から、全方向均一に供給される。これにより、ウェハの外周部に対して周方向に均一に確実にドーパントガスを供給することができる。

第２ガス供給管４０から供給されるガス中にドーパントガスを混在させるのは、第１ガス供給管３０から原料ガスＧを供給するのと、同時またはそれ以降に行うことが好ましい。第１ガス供給管３０から原料ガスＧを供給する段階では、サテライト２０は自転していることが好ましい。これに対し、原料ガスＧがＳｉＣ基板Ｗ上に供給される前に、ドーパントガスがＳｉＣ基板Ｗ上に供給されないことが好ましい。これは、ＳｉＣ基板Ｗ自体もＳｉＣの単結晶からなるため、ドーパントガスと反応するためである。

そこで、原料ガスＧがＳｉＣ基板Ｗ上に供給されるまでは、第２ガス供給管４０から供給するガスは反応に寄与しないキャリアガス（例えば、希ガス等）を供給し、原料ガスＧがＳｉＣ基板Ｗ上に供給されると同時またはそれ以降に、第２ガス供給管４０から供給するガスにドーパントガスを含めドーパントキャリアガスとすることが好ましい。このように 第２ガス供給管４０から供給するガス中にドーパントガスを混在させるタイミングを、第１ガス供給管３０から原料ガスＧを供給するのと同時またはそれ以降にすることで、よりキャリア濃度の制御性を高めることができる。
さらに複数のエピタキシャル層を積むような場合、それぞれのエピタキシャル層毎に、第２ガス供給管４０から供給されるガスを、ドーパントガスを含まないキャリアガスをとする成長段階と、ドーパントガスを含むドーパントキャリアガスとする成長段階が交互に混在するエピタキシャル成長としてもよい。
以上は、自公転のエピタキシャル成長装置で説明したが、凹状収容部とサテライトの間から前記ＳｉＣエピタキシャルウェハの外周にドーパントガスを含むドーパントキャリアガスを供給する構成を含めば、自公転のエピタキシャル成長装置に限定されるものではない。例えばウェハが自転のみする装置であってもよいし、公転のみする装置でサテライトが浮揚しているだけの装置でもよい。

本発明の一態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法によれば、ＳｉＣ基板上に成長するＳｉＣエピタキシャル膜の面内方向のキャリア濃度の制御性を高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１においては、まず、ＳｉＣ基板（６インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板）を準備した。またＳｉＣエピタキシャル膜の製造装置として、６個の凹状収容部を有する搭載プレートに、６つのサテライトを設置した。そしてサテライト上に載置されたＳｉＣウェハを自公転させながらＳｉＣエピタキシャル膜を８〜１０．５μｍ成長させた。第１ガス供給管からは、原料ガスとしてシラン、プロパン、キャリアガスとして水素を供給した。また第２ガス供給管からは、ドーパントガスとして窒素を含み、主として水素を含むドーパントキャリアガスを供給した。第１ガス供給管から供給したガスの総流量Ａと第２ガス供給管から供給したガスの総流量Ｂの比（Ｂ／Ａ）は０．００７６倍であった。
またドーパントガスは、第１のガス供給管から供給される窒素ガスの量Ｃとし、第２のガス供給管から供給される窒素ガスの量Ｄの比（Ｄ／Ｃ）、すなわち、それぞれのガス供給管から供給されるガス、第１ガス供給管から流したドーパントガスの流量に対する第２ガス供給管から供給した窒素の流量の比は、０．０５６であった。また成膜温度は１６００℃とした。

［実施例２］
実施例２は、第２ガス供給管から供給したガスの総流量を変更した点のみが実施例１と異なる。第１ガス供給管から流したドーパントガスの流量に対する第２ガス供給管から供給した窒素の流量は、０．０２８倍であった。

［比較例１］
比較例１は、ドーパントガスを第１のガス供給管からのみ流し、第２ガス供給管にはドーパントガスを含めなかった点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同一とした。

図４は、実施例１及び比較例１において得られたＳｉＣエピタキシャル膜の面内方向に対するキャリア濃度変化を示したグラフである。図の横軸は、面内のキャリア濃度の測定値を直径方向の１方向を横軸として示したものである。面内のキャリア濃度ばらつきの測定は、この位置及びそれと直交する同位置の合計２１点を測定した。キャリア濃度の面内ばらつきを、測定点の平均値（ｍａｘ−ｍｉｎ／２１点）で示す。実施例１のキャリア濃度の面内ばらつきは２２％であった。実施例２の面内ばらつきは１３％であった。比較例の面内ばらつきは３２％であった。実施例１及び２のいずれも、比較例１に比べキャリア濃度の面内ばらつきが改善されている。

図４に示すように、実施例１及び２のＳｉＣエピタキシャル膜の外周部分のキャリア濃度は、比較例１のＳｉＣエピタキシャル膜の外周のキャリア濃度に対して高いことがわかる。すなわち、第２ガス供給管から供給されたドーパントキャリアガスによって、ＳｉＣウェハの外周部分のキャリア濃度が高くなっていることが分かる。またその結果、ＳｉＣウェハの面内方向におけるキャリア濃度が均質化していることがわかる。

図５に、実施例１及び実施例２と比較例１のキャリア濃度の差を、図４から計算したものを示している。図５に示すように、凹状収容部とサテライトの間からＳｉＣエピタキシャルウェハの外周にドーパントガスを含むドーパントキャリアガスを供給してドーピングを行う方法では、周辺部分のキャリア濃度を集中的に高めることができる。これは、６インチ以上の大口径ウェハへエピタキシャル成長を行う場合、ウェハ周辺部でキャリア濃度が低くなりやすいという課題を、有効に解決することができる。

また、図５では、半径５０ｍｍ以内のキャリア濃度は非常に均一になっている。この場合、半径７５ｍｍ（直径６インチ）のウェハを用いているので、この方法を用いると、周辺２５ｍｍを除いた部分で非常に均一なドーピングが可能であることを示している。このことから、ウェハに対して、その直径よりも大きなサテライトを用いた場合、ドーピングガスを凹状収容部とサテライトの間からのみから供給すること、または凹状収容部とサテライトの間からのドーピングガスの供給が主となる様に供給することにより、面内分布が均一なドーピングを、効率的に行うことができる。その際、ウェハの外周のサセプタ表面は、ＳｉＣの単結晶又は多結晶又は焼結体などを配置することにより、大きなウェハを置いた時と同じ成長状況を達成できるため好ましい。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、電気特性に優れたＳｉＣエピタキシャルウェハを、簡便な装置で生産性良く製造できることから、例えば、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等に用いられるＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。

１０…搭載プレート、１１…凹状収容部、１１ａ…上面、１２…回転軸、１３…回転台、１３ａ…回転台上面、１４…溝、２０…サテライト、２０ａ…上面、２０ｂ…下面、２１…凹部、３０…第１ガス供給管、４０…第２ガス供給管、４１…供給口、５０…シーリング、６０…側壁、６１…支持部、７０…ヒータ、１００…ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置、Ｇ…原料ガス、Ｋ…反応空間、Ｗ…ＳｉＣウェハ

Claims (2)

1. 凹状収容部を有する搭載プレートと、前記凹状収容部内に配置され上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、前記サテライト上に載置されるＳｉＣ基板の主面上に、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料ガスを供給する第１ガス供給管と、前記凹状収容部内に供給口を有し、ドーパントガスを含むドーパントキャリアガスを供給する第２ガス供給管と、を備えるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を用いたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、
   前記サテライトに対し、前記搭載プレートの中央から外周に向かう方向に前記第１ガス供給管から原料ガスを供給し、
   前記第２ガス供給管を用いて、前記凹状収容部と前記サテライトの間から前記ＳｉＣエピタキシャルウェハの外周にドーパントガスを含むドーパントキャリアガスを供給し、
   前記第１ガス供給管から供給されるガスの総量に対する前記第２ガス供給管から供給されるガスの総量は、１／３００〜１／５０であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
2. 凹状収容部を有する搭載プレートと、前記凹状収容部内に配置され上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、前記サテライト上に載置されるＳｉＣ基板の主面上に、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料ガスを供給する第１ガス供給管と、前記凹状収容部内に供給口を有し、ドーパントガスを含むドーパントキャリアガスを供給する第２ガス供給管と、を備えるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を用いたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、
   前記サテライトに対し、前記搭載プレートの中央から外周に向かう方向に前記第１ガス供給管から原料ガスを供給し、
   前記サテライトにＳｉＣ基板を載置すると共に、前記搭載プレートの表面の、前記ＳｉＣ基板の外周にＳｉＣの単結晶又は多結晶又は焼結体のいずれかを載置し、
   前記第２ガス供給管を用いて、前記凹状収容部と前記サテライトの間から前記ＳｉＣエピタキシャルウェハの外周にドーパントガスを含むドーパントキャリアガスを供給するＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。

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