JP2022121078A - サセプタ、成膜装置および基板成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量が100μｍ以上でもＳｉＣが成膜された基板（ウエハ）単体での回収が可能なサセプタ、成膜装置および基板成膜方法を提供する。【解決手段】ＳｉＣを成膜するＳｉＣ基板が収容されるサセプタ100であって、平面部111aを有し平面部外周の直径が基板の外径以上である基板収容部111と、該基板収容部を囲むと共に平面部の外周端から垂直方向に延びる壁部112aと壁部上端から平面部の外側方向へ水平に延びる上面部112bとから成る周縁部112とで構成されたＳｉＣのサセプタ本体110と、サセプタ本体の基板収容部に収容されると共に基板の平面形状と同一若しくは略同一の平面形状を有する基部121と基部の外周縁に沿って立設されかつ基板を支持するリング状基板受け部122とで構成された炭素製の基板受け部材120を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、サセプタ、成膜装置および基板成膜方法に係り、特に、炭化珪素のエピタキシャル膜を成膜することのできる成膜装置、当該成膜装置に備えることのできるサセプタおよび当該サセプタを用いる基板成膜方法の改良に関するものである。

炭化珪素（ＳｉＣ）は珪素（Ｓｉ）と炭素で構成される化合物半導体材料であり、絶縁破壊電界強度がＳｉの１０倍、バンドギャップがＳｉの３倍と優れているだけでなく、デバイス作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であることから、Ｓｉの限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。更に、ＳｉＣは、薄い膜厚でも高い耐電圧が得られるため、ＳｉＣの膜厚を薄くすることで、ＯＮ抵抗が小さく、低損失の半導体を得ることが可能となる。

しかし、広く普及するＳｉ半導体に較べ、ＳｉＣ半導体は、大面積のＳｉＣ半導体基板を製造することが難しく、その製造工程も複雑であることから、Ｓｉ半導体と比較して大量生産が難しく、高価であった。

そこで、ＳｉＣ半導体のコストを下げる様々な工夫がなされており、例えば、特許文献１には、単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板を貼り合わせてＳｉＣ半導体基板を製造する方法が開示されている。すなわち、単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板を貼り合わせ、その後、上記単結晶ＳｉＣ基板を薄膜化することで、ＳｉＣ半導体に供される半導体基板の製造方法が記載されている。因みに、ＳｉＣ半導体基板のデバイス活性層は薄膜化された単結晶ＳｉＣ基板が機能し、下部の機械的支持部、放熱部分は多結晶ＳｉＣ基板がその役割を受け持つ構造となり、ＳｉＣ半導体基板全体が単結晶ＳｉＣで構成された基板と同等に扱うことが可能となる。更に、特許文献１には、単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板を貼り合わせる前に単結晶ＳｉＣ基板に水素イオン注入層を形成し、水素イオン注入層が形成された単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板を貼り合わせた後、３５０℃以下の温度で熱処理を行うことで、上記水素イオン注入層を単結晶ＳｉＣ基板の剥離面にして単結晶ＳｉＣ基板を薄膜化する方法も記載されている。この方法によれば、１枚の単結晶ＳｉＣ基板を繰返して利用できる利点を有する。

そして、１枚の単結晶ＳｉＣ基板から貼り合わせ基板（すなわち、単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板を貼り合わせた貼り合わせ基板）が繰り返し複数作製されるようにすることで、ＳｉＣ半導体基板の更なるコスト削減を図ることが可能となる。

ところで、多結晶ＳｉＣ基板に貼り合わされてＳｉＣ半導体基板の製造に用いられる単結晶ＳｉＣ基板は、ＳｉＣ半導体基板のデバイス活性層として機能させる必要があることから、高純度、低欠陥、均一性等、高品質であることが要求される。このため、昇華法等で作製されたＳｉＣのバルク単結晶を加工して得たＳｉＣ単結晶ウエハを用い、通常、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）によりウエハ上にＳｉＣのエピタキシャル膜を成長させて単結晶ＳｉＣ基板は製造されている。すなわち、常圧または減圧に保持された成膜室の内部に、上記ウエハ（基板）を収容し、ウエハを加熱しながら、成膜の原料となるガス（以下「原料ガス」と略称する場合がある）を成膜室内に供給すると、ウエハ表面で原料ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウエハ上にＳｉＣのエピタキシャル膜が成膜される（特許文献２参照）。また、ＳｉＣのエピタキシャル膜を高い歩留まりで安定的に製造するには、均一に加熱されたウエハ表面に新たな原料ガスを次々に接触させて気相成長の速度を向上させる必要がある。このため、ウエハを高速回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている。

そして、エピタキシャル膜が成長（成膜）される上記ウエハを均熱化するため、該ウエハを収容する図１４に示すサセプタ１０が用いられる。すなわち、図１４に示すエピタキシャル成長装置１０００を用いてウエハ（基板）上にエピタキシャル膜を成膜する場合、サセプタ１０の基板収容部１１に基板（ウエハ）１を収容し、然る後、成膜室１１００に設けられた円筒状の回転ステージ１４００上端にサセプタ１０を固定してなされている。尚、上記サセプタ１０の材質については、化学気相蒸着法における処理条件に耐性があり、ＳｉＣエピタキシャル膜中へのコンタミネーションの要因とならないことが求められることからＳｉＣ製のサセプタが用いられている。

特開２００９－１１７５３３号公報 特開２０１８－０４６１４９号公報

ところで、図１４に示すサセプタ１０と、該サセプタ１０の基板収容部１１に収容された基板（ウエハ）１との間には少なからず隙間が存在する。このため、上記隙間にエピタキシャル膜の原料ガスが入り込むことがあり、これに起因して、ＳｉＣのエピタキシャル膜を成長させた場合、基板（ウエハ）１の裏面（サセプタ１０側の面）とサセプタ１０の基板収容部１１上にもエピタキシャル膜が形成されることがあった。

特に、１枚の単結晶ＳｉＣ基板から貼り合わせ基板が繰り返し複数作製できるようにするため、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍ以上と大きくした場合、その分、隙間に入り込む原料ガスの量も増大し、基板（ウエハ）１の裏面とサセプタ１０の基板収容部１１にＳｉＣエピタキシャル膜が厚く形成され、この結果、隙間に形成されたＳｉＣエピタキシャル膜を介しＳｉＣ単結晶ウエハ（基板）１がＳｉＣ製のサセプタ１０に固着してしまうことがあった。

そして、ＳｉＣ単結晶ウエハ１がサセプタ１０に固着してしまうと、ウエハ単体での回収が困難になるため、単結晶ＳｉＣ基板の収率が低下する問題があり、更に、サセプタ１０を新たなものに交換する必要があるためコスト増となる問題も存在した。

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍ以上と大きくした場合でも、ＳｉＣ単結晶ウエハ（基板）がＳｉＣ製サセプタに固着し難いサセプタ構造と、当該サセプタを備える成膜装置および基板成膜方法を提供することにある。

そこで、上記課題を解決するため、本発明者が、ＳｉＣ単結晶ウエハ（基板）の平面形状と同一形状を有する基部と、当該基部の外周縁に沿って立設されたリング状基板受け部とで構成される炭素製の基板受け部材を試作し、この炭素製基板受け部材を、ＳｉＣ製サセプタの基板収容部に収容してその効果を確認したところ、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍ以上と大きくした場合でも、ＳｉＣ単結晶ウエハ（基板）がＳｉＣ製サセプタに固着し難いことを見出すに至った。本発明はこのような技術的発見により完成されたものである。

すなわち、本発明に係る第１の発明は、
ＳｉＣを成膜するＳｉＣ基板が収容されるサセプタにおいて、
平面部を有し当該平面部外周の直径が上記基板の外径以上である基板収容部と、当該基板収容部を囲むと共に上記平面部の外周端から垂直方向に延びる壁部と当該壁部の上端から上記平面部の外側方向へ水平に延びる上面部とから成る周縁部とで構成されたＳｉＣ製のサセプタ本体と、
サセプタ本体の上記基板収容部に収容されると共に、上記基板の平面形状と同一若しくは略同一の平面形状を有する基部と当該基部の外周縁に沿って立設されかつ上記基板を支持するリング状基板受け部とで構成された炭素製の基板受け部材、
を備えることを特徴とするサセプタ。

また、本発明に係る第２の発明は、
第１の発明に記載のサセプタにおいて、
上記リング状基板受け部の幅寸法が１ｍｍ～１．５ｍｍであることを特徴とし、
第３の発明は、
第１の発明または第２の発明に記載のサセプタにおいて、
上記リング状基板受け部の高さ寸法が０．５ｍｍ～１ｍｍであることを特徴とし、
第４の発明は、
第１の発明～第３の発明のいずれかに記載のサセプタにおいて、
上記周縁部の壁部上端に、当該周縁部の上面部から上記平面部の内側方向へ水平に張り出すリング状庇部が設けられ、かつ、リング状庇部における開口部の直径が上記基板の外径以上であると共に、リング状庇部の上記平面部側端部と当該平面部との間の垂直方向における長さが、上記リング状基板受け部により支持された基板上面と上記平面部との間の垂直方向における長さより大きいことを特徴とし、
第５の発明は、
第１の発明～第４の発明のいずれかに記載のサセプタにおいて、
上記平面部外周の直径と上記基板の外径との差が１．０ｍｍ～１．４ｍｍであることを特徴とし、
第６の発明は、
第１の発明～第５の発明のいずれかに記載のサセプタにおいて、
上記リング状庇部における開口部の直径と上記基板の外径との差が０．４ｍｍ～０．６ｍｍであることを特徴とし、
第７の発明は、
第１の発明～第６の発明のいずれかに記載のサセプタにおいて、
上記リング状庇部の厚さが０．５ｍｍ以下であることを特徴とし、
第８の発明は、
第１の発明～第７の発明のいずれかに記載のサセプタにおいて、
上記リング状庇部の平面部側端部と上記リング状基板受け部により支持された基板上面間における垂直方向の長さが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。

次に、本発明に係る第９の発明は、
化学気相蒸着法によりＳｉＣ基板にＳｉＣを成膜する成膜装置において、
第１の発明～第８の発明のいずれかに記載のサセプタを備えることを特徴とし、
第１０の発明は、
第９の発明に記載の成膜装置において、
サセプタが固定される円筒状の回転ステージを成膜室内に備え、第１の発明～第８の発明のいずれかに記載のサセプタにおけるサセプタ本体の背面側に突起部が設けられると共に、上記回転ステージの筒状上端部に設けられた凹部に上記突起部を嵌合させてサセプタが回転ステージに固定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る第１１の発明は、
基板成膜方法において、
第１の発明～第８の発明のいずれかに記載のサセプタにＳｉＣ基板を収容する基板収容工程と、
上記基板収容工程後、上記サセプタを回転させつつ上記基板にＳｉＣを成膜する成膜工程と、
を有することを特徴とし、
第１２の発明は、
第１１の発明に記載の基板成膜方法において、
上記基板に成膜されるＳｉＣの膜厚が１００μｍ以上であることを特徴とする。

本発明に係るサセプタによれば、
ＳｉＣ基板の平面形状と同一若しくは略同一の平面形状を有する基部と当該基部の外周縁に沿って立設されたリング状基板受け部とで構成された炭素製の基板受け部材が、ＳｉＣ製サセプタ本体の基板収容部に収容され、基板受け部材のリング状基板受け部により支持された基板とサセプタ本体の基板収容部とは非接触の状態になっている。

そして、上記基板受け部材のリング状基板受け部により支持された基板と当該リング状基板受け部との隙間、および、基板受け部材の基部とサセプタ本体の基板収容部との隙間にＳｉＣの原料ガスが入り込んでこれ等隙間にＳｉＣのエピタキシャル膜が形成され、形成されたＳｉＣのエピタキシャル膜を介し基板と基板受け部材のリング状基板受け部が固着し、形成されたＳｉＣのエピタキシャル膜を介し基板受け部材の基部とサセプタ本体の基板収容部が固着したとしても、上記基板受け部材はＳｉＣと異なる炭素で構成されているため、ＳｉＣのエピタキシャル膜を介した基板と上記リング状基板受け部との固着力、および、ＳｉＣのエピタキシャル膜を介した上記基部と基板収容部との固着力は低減され、特に、上記リング状基板受け部と基板との接触面積が小さいことからその固着力は著しく低減されている。

このため、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍ以上と大きくした場合でも、ＳｉＣが成膜された基板単体での回収が可能なことから単結晶ＳｉＣ基板の収率を増大でき、かつ、サセプタの交換が不要になることからコスト低減も図れる効果を有する。

また、リング状庇部が設けられた本発明に係るサセプタによれば、
上記効果に加え、サセプタからの基板の飛び出しが回避されるため、単結晶ＳｉＣ基板の収率を更に増大できる効果を有する。

本発明の第一実施形態に係るサセプタの断面図。 本発明に係るサセプタの構成部品である基板受け部材の概略斜視図。 図３（Ａ）は基板受け部材が収容される前の第一実施形態に係るサセプタ本体の断面図、図３（Ｂ）は上記図３（Ａ）の平面図。 サセプタ本体の背面側に突起部が設けられかつ基板（ウエハ）がリング状基板受け部により支持された状態を示す第一実施形態の変形例に係るサセプタの断面図。 第一実施形態の変形例に係るサセプタを用いて化学気相蒸着法により基板（ウエハ）にエピタキシャル膜を成膜する成膜装置（エピタキシャル成長装置）の断面図。 リング状基板受け部により支持された基板（ウエハ）にエピタキシャル膜が成膜された状態を示す第一実施形態の変形例に係るサセプタの断面図。 基板（ウエハ）がリング状基板受け部により支持されかつ基板収容部にＳｉＣのエピタキシャル膜が付着した状態を示す第一実施形態の変形例に係るサセプタの断面図。 サセプタ本体の背面側に突起部が設けられかつ基板（ウエハ）がリング状基板受け部により支持された状態を示す第二実施形態に係るサセプタの断面図。 第二実施形態に係るサセプタを用いて化学気相蒸着法により基板（ウエハ）にエピタキシャル膜を成膜する成膜装置（エピタキシャル成長装置）の断面図。 リング状基板受け部により支持された基板（ウエハ）にエピタキシャル膜が成膜された状態を示す第二実施形態に係るサセプタの断面図。 基板（ウエハ）がリング状基板受け部により支持された第二実施形態に係るサセプタの寸法を示す説明図。 図１２（Ａ）は従来例に係るサセプタの断面図、図１２（Ｂ）は上記図１２（Ａ）の平面図。 複数の基板収容部を有する従来例に係るサセプタの概略斜視図。 従来例に係るサセプタを用いて化学気相蒸着法により基板（ウエハ）にエピタキシャル膜を成膜する成膜装置（エピタキシャル成長装置）の断面図。 図１５（Ａ）は基板収容部に基板（ウエハ）が収容された状態を示す従来例に係るサセプタの断面図、図１５（Ｂ）は基板収容部に収容された基板（ウエハ）上方側から供給される原料ガスの流れを示す説明図、図１５（Ｃ）は基板（ウエハ）にエピタキシャル膜が成膜された状態を示す従来例に係るサセプタの断面図。

以下、従来例に係るサセプタと対比しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は実施形態によって何ら限定されるものではない。

１．従来例に係るサセプタ
（１）サセプタの構成
従来例に係るサセプタ１０は、図１２（Ａ）～（Ｂ）に示すようにＳｉＣ基板を収容する基板収容部１１と、当該基板収容部１１の外周を囲むように設けられた周縁部１２とで構成されている。

すなわち、従来例に係るサセプタ１０は、ＳｉＣ基板（図示せず）が収容される平面部１１ａを有し当該平面部１１ａ外周の直径がＳｉＣ基板の外径以上である基板収容部１１と、当該基板収容部１１を囲むと共に上記平面部１１ａの外周端から垂直方向に延びる壁部１２ａと当該壁部１２ａの上端から上記平面部１１ａの外側方向へ水平に延びる上面部１２ｂとから成る周縁部１２とで構成される。また、上記基板収容部１１の平面部１１ａは、図１２（Ａ）～（Ｂ）に示すように周縁部１２の上面部１２ｂより凹んだ円形状であり、上面部１２ｂは所定の幅を有する平面状である。尚、従来例に係るサセプタ１０としては、図１３に示すように複数の基板収容部１１を有するものも知られている。

（２）サセプタを用いた成膜装置
図１４は、従来例に係るサセプタ１０を用いて化学気相蒸着法によりＳｉＣ基板（ウエハ）１にＳｉＣのエピタキシャル膜を成膜する成膜装置（エピタキシャル成長装置）の断面図である。エピタキシャル成長装置１０００は、成膜室１１００を形成するボックス型の断熱材１２００と、原料ガスを成膜室１１００へ導入する原料ガス導入口１３００と、基板収容部１１の平面部１１ａにＳｉＣ基板１が収容されたサセプタ１０を固定して回転させる回転ステージ１４００を少なくとも備える。

上記エピタキシャル成長装置１０００を用いてＳｉＣ基板１にＳｉＣのエピタキシャル膜を成長させる手順を説明すると、エピタキシャル成長装置１０００の成膜室１１００内において、ＳｉＣ基板１はサセプタ１０における基板収容部１１の平面部１１ａに収容される。または、ＳｉＣ基板１を収容したサセプタ１０が、エピタキシャル成長装置１０００の成膜室１１００へセットされる。その後、成膜室１１００内の温度を指定温度まで上昇させる。温度上昇後にＳｉＣ基板１が収容されたサセプタ１０は、矢印Ａで示す回転のように回転ステージ１４００により回転し、原料ガス導入口１３００から矢印Ｂで示す方向に成膜室１１００へ導入される原料ガスをＳｉＣ基板１に吹き付けることでＳｉＣのエピタキシャル膜を成長させることができる。

図１５（Ａ）～（Ｃ）はＳｉＣ基板１をサセプタ１０の基板収容部１１に収容した後、ＳｉＣ基板１にＳｉＣのエピタキシャル膜１ｐが成膜されるまでの工程を示している。

尚、図１５（Ｂ）は、基板収容部１１に収容された基板（ウエハ）上方側から供給される原料ガスの流れを示した説明図である。

ＳｉＣ基板１にＳｉＣのエピタキシャル膜１ｐを成長させる場合、原料ガスはＳｉＣ基板１の上方側から基板１のおもて面１ａへ吹きつけられることになり、ＳｉＣ基板１の表面での反応により成膜が進むことになるが、原料ガスはＳｉＣ基板１が回転することにより遠心力の影響を受け、ＳｉＣ基板１のおもて面１ａ全体へと行き渡らせることができる。

（３）従来例に係るサセプタが用いられた場合の問題点
図１５（Ａ）に示す従来例に係るサセプタ１０とサセプタ１０の基板収容部１１に収容されたＳｉＣ基板１との間には上述したように隙間が存在する。このため、上記隙間にエピタキシャル膜の原料ガスが入り込むことがあり、ＳｉＣのエピタキシャル膜を成長させた場合、ＳｉＣ基板１の裏面（サセプタ１０側の面）と基板収容部１１の平面部１１ａ上にもエピタキシャル膜（図示せず）が形成されてしまうことがある。

特に、１枚の単結晶ＳｉＣ基板から貼り合わせ基板が繰り返し複数作製できるようにするため、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍ以上と大きくした場合、その分、隙間に入り込む原料ガスの量も増大し、ＳｉＣ基板１の裏面と基板収容部１１の平面部１１ａにＳｉＣエピタキシャル膜が厚く形成され、形成されたＳｉＣエピタキシャル膜を介しＳｉＣ基板１がＳｉＣ製のサセプタ１０に固着してしまうことがあった。

そして、ＳｉＣ基板１がサセプタ１０に固着してしまうと、ウエハ（ＳｉＣ基板）単体での回収が困難になるため、単結晶ＳｉＣ基板の収率が低下し、更に、サセプタ１０を新たなものに交換する必要があるためコスト増に繋がる問題が存在した。

２．第一実施形態に係るサセプタ
（１）サセプタの構成
（1-1）第一実施形態に係るサセプタ
図１に示すように、本発明の第一実施形態に係るサセプタ１００は、ＳｉＣ製のサセプタ本体１１０と炭素製の基板受け部材１２０とで構成されている。

まず、上記サセプタ本体１１０は、図３（Ａ）～（Ｂ）に示すように平面部１１１ａを有し当該平面部１１１ａ外周の直径がＳｉＣ基板（図示せず）の外径以上である基板収容部１１１と、当該基板収容部１１１を囲むと共に上記平面部１１１ａの外周端から垂直方向に延びる壁部１１２ａと当該壁部１１２ａの上端から上記平面部１１１ａの外側方向へ水平に延びる上面部１１２ｂとから成る周縁部１１２とで構成されている。また、上記基板収容部１１１の平面部１１１ａは、図３（Ａ）～（Ｂ）に示すように周縁部１１２の上面部１１２ｂより凹んだ円形状であり、上面部１１２ｂは所定の幅を有する平面状である。尚、図１３に示した従来のサセプタ１０と同様、サセプタ本体１１０については複数の基板収容部１１１を具備させてもよい。

一方、上記基板受け部材１２０は、サセプタ本体１１０の基板収容部１１１に収容されると共に、図１～図２に示すようにＳｉＣ基板の平面形状と同一若しくは略同一の平面形状を有する基部１２１と当該基部１２１の外周縁に沿って立設されかつ上記ＳｉＣ基板を支持するリング状基板受け部１２２とで構成されている。

（1-2）第一実施形態の変形例に係るサセプタ
図４に示すように第一実施形態の変形例に係るサセプタ１３０は、サセプタ本体１１０の背面側に複数の突起部１３１が設けられている点を除き図１に示した第一実施形態に係るサセプタ１００と略同一である。尚、図４中の符号１は、基板受け部材１２０のリング状基板受け部１２２により支持されたＳｉＣ基板を示している。

（２）第一実施形態の変形例に係るサセプタを用いた成膜装置
図５は、変形例に係るサセプタを用いて化学気相蒸着法によりＳｉＣ基板１にエピタキシャル膜を成膜する成膜装置（エピタキシャル成長装置）の断面図であり、このエピタキシャル成長装置１０００は、回転ステージ１４００の筒状上端部に複数の凹部１３２が設けられている点を除き、図１４に示したエピタキシャル成長装置と略同一である。

そして、変形例に係るサセプタ１３０の上記突起部１３１を回転ステージ１４００の凹部１３２に嵌合させて上記サセプタ１３０を回転ステージ１４００に固定し、然る後、サセプタ１３０に収容したＳｉＣ基板１にＳｉＣのエピタキシャル膜が成膜される。

（３）第一実施形態の変形例に係るサセプタが適用された場合の改善点
図６は、変形例に係るサセプタ１３０を適用し当該サセプタ１３０に収容されたＳｉＣ基板１にＳｉＣのエピタキシャル膜１ｐが成膜された状態を示している。

第一実施形態の変形例に係るサセプタ１３０が適用された場合、上記基部１２１とリング状基板受け部１２２とで構成された炭素製の基板受け部材１２０が図６に示すようにＳｉＣ製サセプタ本体１１０の基板収容部１１１に収容され、上記リング状基板受け部１２２で支持されたＳｉＣ基板１と上記基板収容部１１１とは非接触の状態になっている。

そして、上記リング状基板受け部１２２で支持されたＳｉＣ基板１と当該リング状基板受け部１２２との隙間、および、上記基部１２１と基板収容部１１１との隙間にＳｉＣの原料ガスが入り込んでこれ等隙間にＳｉＣのエピタキシャル膜が形成され、このＳｉＣのエピタキシャル膜を介しＳｉＣ基板１とリング状基板受け部１２２が固着し、形成されたＳｉＣのエピタキシャル膜を介し上記基部１２１と基板収容部１１１が固着したとしても、上記基部１２１とリング状基板受け部１２２とで構成される基板受け部材１２０はＳｉＣと異なる炭素で構成されるため、ＳｉＣのエピタキシャル膜を介したＳｉＣ基板１とリング状基板受け部１２２との固着力、および、ＳｉＣのエピタキシャル膜を介した上記基部１２１と基板収容部１１１との固着力は低減され、特に、上記リング状基板受け部１２２とＳｉＣ基板１との接触面積が小さいことからその固着力は著しく低減されている。

従って、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍ以上と大きくした場合でも、ＳｉＣが成膜されたＳｉＣ基板１単体での回収が可能なため単結晶ＳｉＣ基板の収率を増大でき、かつ、サセプタの交換が不要なためコスト低減も図れる利点を有する。

尚、上記リング状基板受け部１２２による改善効果が得られるようにするため、図２に示すリング状基板受け部１２２の幅寸法ｄ１を１ｍｍ～１．５ｍｍ、および、リング状基板受け部１２２の高さ寸法ｄ２を０．５ｍｍ～１ｍｍに設定することが望ましい。

（４）ＳｉＣ基板１の飛び出し
第一実施形態の変形例に係るサセプタ１３０を適用した場合、ＳｉＣのエピタキシャル膜を介したＳｉＣ基板１とリング状基板受け部１２２との固着力、および、ＳｉＣのエピタキシャル膜を介した基部１２１と基板収容部１１１との固着力は上述したように確実に低減される。しかし、同一のサセプタ１３０を繰り返し使用した場合、図７に示すように、基板受け部材１２０の基部１２１とサセプタ本体１１０の基板収容部１１１との隙間にＳｉＣのエピタキシャル膜１３０ｐが堆積して突起や段差を生じ、突起や段差の存在により基板受け部材１２０が基板収容部１１１に不安定な状態で載置される結果、ＳｉＣ基板１や基板受け部材１２０がサセプタ本体１１０から飛び出してしまうことがある。

第二実施形態に係るサセプタは、第一実施形態に係るサセプタの上記改善効果に加え、サセプタ本体からの上記ＳｉＣ基板や基板受け部材の飛び出しをも回避できるサセプタの改良に関する。

３．第二実施形態に係るサセプタ
（１）第二実施形態に係るサセプタの構成
図８に示すように本発明の第二実施形態に係るサセプタ２００は、ＳｉＣ製のサセプタ本体２１０と炭素製の基板受け部材２２０とで構成されている。

まず、上記サセプタ本体２１０は、基板収容部２１１と当該基板収容部２１１を囲む周縁部２１２およびリング状庇部２１３とで構成されている。

すなわち、サセプタ本体２１０は、平面部２１１ａを有し当該平面部２１１ａ外周の直径がＳｉＣ基板１の外径以上である基板収容部２１１と、当該基板収容部２１１を囲むと共に上記平面部２１１ａの外周端から垂直方向に延びる壁部２１２ａと当該壁部２１２ａの上端から上記平面部２１１ａの外側方向へ水平に延びる上面部２１２ｂとから成る周縁部２１２と、当該周縁部２１２の壁部２１２ａ上端に設けられかつ周縁部２１２の上面部２１２ｂから上記平面部２１１ａの内側方向へ水平に張り出すリング状庇部２１３とで構成され、かつ、サセプタ本体２１０の背面側に複数の突起部２１４が設けられている。

上記基板収容部２１１における平面部２１１ａは、周縁部２１２の上面部２１２ｂより凹んだ円形状になっており、上面部２１２ｂは所定の幅を有する平面状である。また、上記リング状庇部２１３における開口部２１３ａの直径は、ＳｉＣ基板１を上記基板受け部材２２０側に収容できるようにするためＳｉＣ基板１の外径以上に設定され、かつ、ＳｉＣ基板１の上方側から供給される原料ガスの流れがリング状庇部２１３により阻まれないようにするため、当該リング状庇部２１３の平面部２１１ａ側端部２１３ｂと当該平面部２１１ａとの間の垂直方向における長さは、上記基板受け部材２２０のリング状基板受け部２２２で支持されるＳｉＣ基板１上面と上記平面部２１１ａとの間の垂直方向における長さより大きく設定される。尚、図１３に示した従来のサセプタ１０と同様、サセプタ本体２１０については複数の基板収容部２１１を具備させてもよい。

一方、上記基板受け部材２２０は、サセプタ本体２１０の基板収容部２１１に収容されると共に、図８に示すようにＳｉＣ基板１の平面形状と同一若しくは略同一の平面形状を有する基部２２１と当該基部２２１の外周縁に沿って立設されかつ上記ＳｉＣ基板１を支持するリング状基板受け部２２２とで構成されている。

（２）第二実施形態に係るサセプタを用いた成膜装置
図９は、第二実施形態に係るサセプタ２００を用いて化学気相蒸着法によりＳｉＣ基板１にエピタキシャル膜を成膜する成膜装置（エピタキシャル成長装置）の断面図であり、このエピタキシャル成長装置１０００も、回転ステージ１４００の筒状上端部に複数の凹部２１５が設けられている点を除き、図１４に示したエピタキシャル成長装置と略同一である。

そして、第二実施形態に係るサセプタ２００の上記突起部２１４を回転ステージ１４００の凹部２１５に嵌合させて上記サセプタ２００を回転ステージ１４００に固定し、然る後、サセプタ２００に収容したＳｉＣ基板１にＳｉＣのエピタキシャル膜が成膜される。

（３）第二実施形態に係るサセプタが適用された場合の改善点
図１０は、第二実施形態に係るサセプタ２００を適用し当該サセプタ２００に収容されたＳｉＣ基板１にＳｉＣのエピタキシャル膜１ｐが成膜された状態を示している。

第二実施形態に係るサセプタ２００が適用された場合、上記基部２２１とリング状基板受け部２２２とで構成された炭素製の基板受け部材２２０が図１０に示すようにＳｉＣ製サセプタ本体２１０の基板収容部２１１に収容され、上記リング状基板受け部２２２で支持されたＳｉＣ基板１と上記基板収容部２１１とは非接触の状態になっている。

そして、上記リング状基板受け部２２２で支持されたＳｉＣ基板１と当該リング状基板受け部２２２との隙間、および、上記基部２２１と基板収容部２１１との隙間にＳｉＣの原料ガスが入り込んでこれ等隙間にＳｉＣのエピタキシャル膜が形成され、このＳｉＣのエピタキシャル膜を介しＳｉＣ基板１とリング状基板受け部２２２が固着し、形成されたＳｉＣのエピタキシャル膜を介し上記基部２２１と基板収容部２１１が固着したとしても、上記基部２２１とリング状基板受け部２２２とで構成される基板受け部材２２０はＳｉＣと異なる炭素で構成されるため、ＳｉＣのエピタキシャル膜を介したＳｉＣ基板１とリング状基板受け部２２２との固着力、および、ＳｉＣのエピタキシャル膜を介した上記基部２２１と基板収容部２１１との固着力は低減され、特に、上記リング状基板受け部２２２とＳｉＣ基板１との接触面積が小さいことからその固着力は著しく低減されている。

従って、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍ以上と大きくした場合でも、ＳｉＣが成膜されたＳｉＣ基板１単体での回収が可能なため単結晶ＳｉＣ基板の収率を増大でき、かつ、サセプタの交換が不要なためコスト低減も図れる利点を有する。

更に、同一のサセプタが繰り返し使用されて、図７に示したように基板受け部材１２０の上記基部１２１とサセプタ本体１１０の基板収容部１１１との隙間にＳｉＣのエピタキシャル膜１３０ｐが堆積して突起や段差を生じたとしても、図１０に示すように第二実施形態に係るサセプタ２００にはリング状庇部２１３が設けられているため、当該リング状庇部２１３の作用によりＳｉＣ基板１や基板受け部材２２０のサセプタ本体２１０からの飛び出しも回避することが可能となる。

（４）第二実施形態に係るサセプタの寸法
図１１に示した第二実施形態に係るサセプタ２００の寸法ｄ３（平面部２１１ａの外周端と平面部２１１ａ中央に収容された基板受け部材２２０のリング状基板受け部２２２により支持された基板１外周端との間の距離）、寸法ｄ４（リング状庇部２１３の開口端部と平面部２１１ａ中央に収容された基板受け部材２２０のリング状基板受け部２２２により支持された基板１外周端との間の距離）、寸法ｄ５（リング状庇部２１３の厚さ）、および、寸法ｄ６（リング状庇部２１３の平面部側端部２１３ｂとリング状基板受け部２２２により支持された基板１上面間における垂直方向距離）について、以下、説明する。

（4-1）寸法ｄ３
上述したように基板収容部２１１における平面部２１１ａ外周の直径は基板１の外径以上に設定されるが、図１１に示す寸法ｄ３（平面部２１１ａの外周端と平面部２１１ａ中央に収容された基板受け部材２２０のリング状基板受け部２２２により支持された基板１外周端との間の距離）を０．５ｍｍ～０．７ｍｍ、すなわち、平面部２１１ａ外周の直径と基板１外径との差を１．０ｍｍ～１．４ｍｍに設定することが好ましい。

このように設定した場合、リング状庇部２１３により基板１の飛び出しを確実に防止することが可能となる。

（4-2）寸法ｄ４
上述したようにリング状庇部２１３の開口部直径は基板１の外径以上に設定されるが、図１１に示す寸法ｄ４（リング状庇部２１３の開口端部と平面部２１１ａ中央に収容された基板受け部材２２０のリング状基板受け部２２２により支持された基板１外周端との間の距離）を０．２ｍｍ～０．３ｍｍ、すなわち、リング状庇部２１３における開口部の直径と上記基板１の外径との差を０．４ｍｍ～０．６ｍｍに設定することが好ましい。

このように設定した場合、サセプタ２００における基板収容部２１１への基板受け部材２２０の収容並びに取り出し作業が容易になるため作業効率が向上する利点を有する。

（4-3）寸法ｄ５、および、寸法ｄ６
図１１に示す寸法ｄ５（リング状庇部２１３の厚さ）を０．５ｍｍ以下、寸法ｄ６（リング状庇部２１３の平面部側端部２１３ｂとリング状基板受け部２２２により支持された基板１上面間における垂直方向距離）を０．３ｍｍ以下に設定することが好ましい。

このように設定した場合、基板１に吹付けられる原料ガスの自然な流れを阻害することなく異常な成膜を抑制できるため、基板１の成膜対象面における成膜の偏りを抑えて安定的な成膜を維持できる利点を有する。

４．成膜装置（エピタキシャル成長装置）
本発明に係る成膜装置（エピタキシャル成長装置）について説明する。

本発明に係る成膜装置は上記サセプタを備えるものであれば特に限定されない。

例えば、化学気相蒸着法により基板に膜を成膜する成膜装置で、具体的には、図５および図９に示すエピタキシャル成長装置１０００であればＳｉＣ基板にＳｉＣのエピタキシャル膜を成膜することができる。

５．基板成膜方法
次に、本発明に係る基板成膜方法について説明する。

本発明に係る基板成膜方法は、上記サセプタにＳｉＣ基板を収容する基板収容工程と、基板収容工程後、サセプタを回転させつつＳｉＣ基板にＳｉＣのエピタキシャル膜を形成する成膜工程とを含む。

以下、エピタキシャル成長装置１０００を用いてＳｉＣ基板１にＳｉＣのエピタキシャル膜を形成する方法について説明する。

（１）基板収容工程
基板収容工程としては、例えば、エピタキシャル成長装置１０００の成膜室１１００内においてサセプタ１３０（図５参照）にＳｉＣ基板１を収容するか、あるいは、成膜室１１００の外部においてサセプタ１３０にＳｉＣ基板１を収容する工程が挙げられる。

後者の場合には、基板収容工程後にサセプタ１３０がエピタキシャル成長装置１０００の成膜室１１００へセットされる。

（２）成膜工程
基板収容工程後、図５に示す成膜室１１００内の温度を指定温度まで上昇させる。

温度上昇後に、ＳｉＣ基板１が収容されたサセプタ１３０を、矢印Ａで示す回転のように回転ステージ１４００により回転させ、原料ガス導入口１３００から矢印Ｂで示す方向に成膜室１１００へ導入される原料ガスをＳｉＣ基板１に吹き付けることにより、ＳｉＣのエピタキシャル膜を形成することができる。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。但し、本発明は、これ等の実施例によって何ら限定されるものではない。

［実施例１］
図４に示すＳｉＣ製のサセプタ本体１１０と炭素製の基板受け部材１２０とで構成されたサセプタ１３０に、昇華法で作製した直径１５２．４ｍｍ（６インチ）、厚さ０．５ｍｍのＳｉＣ基板１を収容し、図５に示すエピタキシャル成長装置１０００を用いてＳｉＣ基板１上にＳｉＣのエピタキシャル膜を成長させた。

まず、図５に示す成膜室１１００内に設けられた回転ステージ１４００の上端にＳｉＣ基板１が収容された上記サセプタ１３０を固定し、成膜室１１００内を図示外の排気ポンプにより真空引きをした後、上記ＳｉＣ基板１を１６５０℃まで加熱した。

原料ガスとしてＳｉ系のシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系のプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）を用い、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）を用い、ドーパントガスとして窒素ガス（Ｎ₂）を用いた。成膜は、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｎ₂＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．０２の流量比率で上記ガスを混合して成膜室１１００内へ供給し、サセプタ１３０を６００ｒｐｍで回転させながら上記ＳｉＣ基板１上にＳｉＣのエピタキシャル膜を成長させた。このとき、成膜室１１００内の圧力は２５ｋＰａであった。また、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍとした。

（ＳｉＣ基板単体での回収）
図６に示すＳｉＣ基板１とリング状基板受け部１２２との隙間、および、基部１２１と基板収容部１１１との隙間にＳｉＣのエピタキシャル膜が形成され、当該エピタキシャル膜を介し上記ＳｉＣ基板１とリング状基板受け部１２２、および、上記基部１２１と基板収容部１１１が固着したが、これ等の固着力は上記基板受け部材１２０の作用により低減されており、ＳｉＣが成膜されたＳｉＣ基板１単体での回収は可能であった。

（ＳｉＣ基板１および基板受け部材１２０の飛び出し）
同一のサセプタ１３０を繰り返し使用し、その累積成膜量が５００μｍを超えたとき（すなわち、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍとした場合に同一のサセプタ１３０を繰り返し５回連続して使用したとき）、サセプタ１３０からのＳｉＣ基板１および基板受け部材１２０の飛び出しが確認された。

［実施例２］
図８に示すＳｉＣ製のサセプタ本体２１０と炭素製の基板受け部材２２０とで構成されたサセプタ２００に、昇華法で作製した直径１５２．４ｍｍ（６インチ）、厚さ０．５ｍｍのＳｉＣ基板１を収容し、図９に示すエピタキシャル成長装置１０００を用いてＳｉＣ基板１上にＳｉＣのエピタキシャル膜を成長させた。

尚、評価においては、サセプタ１３０を用いるか、サセプタ２００を用いるかのみを違いとし、ＳｉＣ基板１、原料ガスの組成、混合比、原料ガスの流量、吹き付け時間、上記ＳｉＣ基板１の回転速度等成膜条件は同一とし、ＳｉＣの成膜を繰り返し行った。

（ＳｉＣ基板単体での回収）
図１０に示すＳｉＣ基板１とリング状基板受け部２２２との隙間、および、基部２２１と基板収容部２１１との隙間にＳｉＣのエピタキシャル膜が形成され、当該エピタキシャル膜を介し上記ＳｉＣ基板１とリング状基板受け部２２２、および、上記基部２２１と基板収容部２１１が固着したが、これ等の固着力は上記基板受け部材２２０の作用により低減されており、ＳｉＣが成膜されたＳｉＣ基板１単体での回収は可能であった。

（ＳｉＣ基板１および基板受け部材２２０の飛び出し）
同一のサセプタ２００を繰り返し使用し、累積成膜量が１５００μｍを超えても（すなわち、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍとした場合に同一のサセプタ２００を繰り返し１５回連続して使用しても）、サセプタ２００からのＳｉＣ基板１および基板受け部材２２０の飛び出しは確認されなかった。

［比較例１］
図１２（Ａ）に示すＳｉＣ製のサセプタ１０に、昇華法で作製した直径１５２．４ｍｍ（６インチ）、厚さ０．５ｍｍのＳｉＣ基板１を収容し、図１４に示すエピタキシャル成長装置１０００を用いてＳｉＣ基板１上にＳｉＣのエピタキシャル膜を成長させた。

尚、評価においては、サセプタ１０を用いるか、サセプタ１３０を用いるか、サセプタ２００を用いるかのみを違いとし、ＳｉＣ基板１、原料ガスの組成、混合比、原料ガスの流量、吹き付け時間、上記ＳｉＣ基板１の回転速度、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍにする等成膜条件は同一とし、ＳｉＣの成膜を繰り返し行った。

（ＳｉＣ基板単体での回収）
図１５（Ｃ）に示すサセプタ１０の基板収容部１１とＳｉＣ基板１との隙間にＳｉＣのエピタキシャル膜が形成され、該エピタキシャル膜を介しＳｉＣ基板１と基板収容部１１が固着してしまい、ＳｉＣが成膜されたＳｉＣ基板１単体での回収は不可能であった。

本発明に係るサセプタよれば、１回の成膜操作によるＳｉＣ成膜量を１００μｍ以上と大きくした場合でも、ＳｉＣが成膜された基板単体での回収が可能なため、ＳｉＣのエピタキシャル成長による安定した成膜を安価にかつ長期的に行うことができるサセプタとして利用される産業上の利用可能性を有している。

１ 基板（ウエハ）
１ａ おもて面
１ｐ エピタキシャル膜
１０ サセプタ
１１ 基板収容部
１１ａ 平面部
１２ 周縁部
１２ａ 壁部
１２ｂ 上面部
１００ サセプタ
１１０ サセプタ本体
１１１ 基板収容部
１１１ａ 平面部
１１２ 周縁部
１１２ａ 壁部
１１２ｂ 上面部
１２０ 基板受け部材
１２１ 基部
１２２ リング状基板受け部
１３０ サセプタ
１３１ 突起部
１３２ 凹部
１３０ｐ エピタキシャル膜
２００ サセプタ
２１０ サセプタ本体
２１１ 基板収容部
２１１ａ 平面部
２１２ 周縁部
２１２ａ 壁部
２１２ｂ 上面部
２１３ リング状庇部
２１３ａ 開口部
２１３ｂ 平面部側端部
２１４ 突起部
２１５ 凹部
２２０ 基板受け部材
２２１ 基部
２２２ リング状基板受け部
１０００ エピタキシャル成長装置
１１００ 成膜室
１２００ 断熱材
１３００ 原料ガス導入口
１４００ 回転ステージ
ｄ１ リング状基板受け部の幅寸法
ｄ２ リング状基板受け部の高さ寸法
ｄ３ 平面部の外周端と平面部中央に収容された基板受け部材のリング状基板受け部により支持された基板外周端との間の距離
ｄ４ リング状庇部の開口端部と平面部中央に収容された基板受け部材のリング状基板受け部により支持された基板外周端との間の距離
ｄ５ リング状庇部の厚さ
ｄ６ リング状庇部の平面部側端部とリング状基板受け部により支持された基板上面間における垂直方向距離
Ａ 矢印
Ｂ 矢印

Claims (12)

1. 炭化珪素を成膜する炭化珪素基板が収容されるサセプタにおいて、
   平面部を有し当該平面部外周の直径が上記基板の外径以上である基板収容部と、当該基板収容部を囲むと共に上記平面部の外周端から垂直方向に延びる壁部と当該壁部の上端から上記平面部の外側方向へ水平に延びる上面部とから成る周縁部とで構成された炭化珪素製のサセプタ本体と、
   サセプタ本体の上記基板収容部に収容されると共に、上記基板の平面形状と同一若しくは略同一の平面形状を有する基部と当該基部の外周縁に沿って立設されかつ上記基板を支持するリング状基板受け部とで構成された炭素製の基板受け部材、
   を備えることを特徴とするサセプタ。
2. 上記リング状基板受け部の幅寸法が１ｍｍ～１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
3. 上記リング状基板受け部の高さ寸法が０．５ｍｍ～１ｍｍであ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. 上記周縁部の壁部上端に、当該周縁部の上面部から上記平面部の内側方向へ水平に張り出すリング状庇部が設けられ、かつ、リング状庇部における開口部の直径が上記基板の外径以上であると共に、リング状庇部の上記平面部側端部と当該平面部との間の垂直方向における長さが、上記リング状基板受け部により支持された基板上面と上記平面部との間の垂直方向における長さより大きいことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のサセプタ。
5. 上記平面部外周の直径と上記基板の外径との差が１．０ｍｍ～１．４ｍｍであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のサセプタ。
6. 上記リング状庇部における開口部の直径と上記基板の外径との差が０．４ｍｍ～０．６ｍｍ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サセプタ。
7. 上記リング状庇部の厚さが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のサセプタ。
8. 上記リング状庇部の平面部側端部と上記リング状基板受け部により支持された基板上面間における垂直方向の長さが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のサセプタ。
9. 化学気相蒸着法により炭化珪素基板に炭化珪素を成膜する装置であって、請求項１～８のいずれかに記載のサセプタを備えることを特徴とする成膜装置。
10. サセプタが固定される円筒状の回転ステージを成膜室内に備え、請求項１～８のいずれかに記載のサセプタにおけるサセプタ本体の背面側に突起部が設けられると共に、上記回転ステージの筒状上端部に設けられた凹部に上記突起部を嵌合させてサセプタが回転ステージに固定されていることを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
11. 請求項１～８のいずれかに記載のサセプタに炭化珪素基板を収容する基板収容工程と、
    上記基板収容工程後、上記サセプタを回転させつつ上記基板に炭化珪素を成膜する成膜工程と、
    を有することを特徴とする基板成膜方法。
12. 上記基板に成膜される炭化珪素の膜厚が１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の基板成膜方法。

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