JP5865625B2 - エピタキシャルウェハの製造装置及び製造方法 - Google Patents

エピタキシャルウェハの製造装置及び製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置、並びにそのような製造装置を用いたエピタキシャルウェハの製造方法に関する。
例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に対して、バンドギャップが約３倍、絶縁破壊電界強度が約１０倍、熱伝導度が約３倍という優れた物性を有しており、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイスなどへの応用が期待されている。
このようなＳｉＣ半導体デバイスの製造には、通常、ＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられる。このＳｉＣエピタキシャルウェハは、昇華再結晶法等を用いて作製されたＳｉＣ単結晶基板（ウェハ）の面上に、ＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣ単結晶薄膜（エピタキシャル層）をエピタキシャル成長させることで作製される。
また、エピタキシャルウェハの製造装置としては、チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたＳｉＣウェハの面上にＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長させる化学的気相成長（ＣＶＤ）装置が用いられる。
このＣＶＤ装置では、ＳｉＣエピタキシャル層をエピタキシャル成長させるため、ＳｉＣウェハを高温で加熱する必要がある。このため、ウェハが載置されるサセプタや、このサセプタの上面に対向して配置されたシーリング（天板）を高周波誘導加熱により加熱し、これらサセプタやシーリングからの輻射等によりウェハを加熱する方法が用いられている（特許文献１，２を参照。）。したがって、サセプタやシーリングには、高周波誘導加熱に適したグラファイト（カーボン）製のものが用いられている。
ところで、ＣＶＤ装置では、成膜中にＳｉＣウェハの面上だけでなく、シーリングの面上にもＳｉＣエピタキシャル層の堆積物が堆積する。そして、成膜を繰り返すことによって、このシーリングの面上に堆積した堆積物が剥がれて、ＳｉＣウェハの面上に落下することがあった。
この場合、ＳｉＣエピタキシャル層の面上に付着した堆積物（パーティクルという。）や、ＳｉＣエピタキシャル層の中に埋め込まれた堆積物（ダウンフォールという。）によって、ＳｉＣエピタキシャル層の膜質を著しく低下させることになる。
このような問題は、成膜を繰り返す量産型のＣＶＤ装置において特に顕著なものとなる。このため、ＣＶＤ装置では、チャンバ内のシーリング等に堆積した堆積物を除去するためのクリーニング作業を定期的に実施する必要がある。
しかしながら、量産型のＣＶＤ装置では、チャンバのサイズが大きくなるため、上述したクリーニング作業に時間がかかるだけでなく、クリーニング作業を中途半端に行うと、逆にパーティクルやダウンフォールの増加を招くといった問題が発生してしまう。したがって、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製品歩留りの向上を図るためには、上述したパーティクルやダウンフォールの低減を図ることが不可欠である。
そこで、下記特許文献２に記載の発明では、サセプタに載置されたウェハと、サセプタに対向したシーリング（天板）との間に、ウェハを覆うためのカバープレートを配置して、シーリングに堆積した堆積物（パーティクル）が脱落してウェハ上に付着するのをカバープレートによって阻止することが提案されている。
しかしながら、この場合、シーリングに堆積した堆積物がウェハ上に落下するのを防ぐことができるものの、このシーリングに堆積物が堆積するのを阻止できないため、上述したシーリングに堆積した堆積物を除去するといった面倒なクリーニング作業が必要となる。
一方、シーリングを大型のＳｉＣ単結晶材料で構成し、このシーリングの表面に対する堆積物の密着性を向上させることによって、パーティクルの発生を抑制させるＣＶＤ装置も提案されている（特許文献３を参照。）
しかしながら、大型のＳｉＣ単結晶材料で構成したシーリングは、成膜時の高温加熱によって反り上がったり、割れ易かったりするため、このようなＳｉＣ単結晶材料で構成したシーリングを安定的に長期間使用することは困難である。また、大型のＳｉＣ単結晶材料は、非常に高価であり且つ４インチを越えるＳｉＣ単結晶基板は入手困難といったこともあり、ＣＶＤ装置を製作する上で課題もある。
特表２００４−５０７８９７号公報 特開２００９−１６４１６２号公報 特開２００５−２３５８４５号公報
Materials Science Forum Vols. 483-485 (2005) pp141-146 Materials Science Forum Vols. 556-557 (2007) pp57-60
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、上述したパーティクルやダウンフォールの低減を図ることによって、高品質なエピタキシャル層をウェハの面上に安定して堆積成長させることが可能なエピタキシャルウェハの製造装置、並びに、そのような製造装置を用いることによって、製品歩留まりの更なる向上を可能とした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。
本発明は、以下の手段を提供する。
（１） チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置であって、
前記ウェハが載置される複数の載置部を有して、これら複数の載置部が周方向に並んで配置されたサセプタと、
前記サセプタとの間で反応空間を形成するように、前記サセプタの上面に対向して配置された天板と、
前記サセプタの下面側及び／又は前記天板の上面側に配置されて、前記載置部に載置されたウェハを加熱する加熱手段と、
前記天板の上面中央部から前記反応空間内に前記原料ガスを導入するガス導入口を有して、このガス導入口から放出された原料ガスを前記反応空間の内側から外側に向かって供給するガス供給手段と、
前記天板の下面に堆積物が堆積するのを阻止するように、前記天板の下面に近接して配置された遮蔽板とを備え、
前記遮蔽板は、前記チャンバ内に着脱自在に取り付けられると共に、前記ガス導入口を前記反応空間の内側に臨ませる開口部を中央部に有して、この開口部を中心に同心円状に複数のリング板に分割された構造を有することを特徴とするエピタキシャルウェハの製造装置。
（２） 前記サセプタ及び前記天板の外側に位置して、前記反応空間の周囲を囲むように配置された周壁を備え、
前記周壁の内周面には、前記遮蔽板を支持する支持部が設けられていることを特徴とする前項（１）に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
（３） 前記支持部は、前記周壁の内周面に全周に亘って設けられた段差部であり、この段差部上に前記遮蔽板の外周部が載置された状態で、前記遮蔽板を支持することを特徴とする前項（２）に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
（４） 前記同心円状に分割された複数のリング板の各分割ラインを挟んで隣接するリング板のうち、当該分割ラインを挟んで内側に位置するリング板の下面側の外周部に設けられた内側段差部と、当該分割ラインを挟んで外側に位置するリング板の上面側の内周部に設けられた外側段差部とが、互いの段差面を接触させた状態で係合されると共に、前記内側段差部の側面と前記外側段差部の側面との間に隙間が設けられていることを特徴とする前項（１）〜（３）の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
（５） 前記同心円状に分割された複数のリング板の少なくとも下面が面一となっていることを特徴とする前項（１）〜（４）の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
（６） 前記遮蔽板は、その内側から外側に向かって、内周リング板と、中央リング板と、外周リング板とに分割された構造を有し、
前記内周リング板と前記中央リング板との分割ラインが前記複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも内側に位置し、前記中央リング板と前記外周リング板との分割ラインが前記複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも外側に位置していることを特徴とする前項（１）〜（５）の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
（７） 前記遮蔽板は、その内側から外側に向かって、内周リング板と、外周リング板とに分割された構造を有し、
前記内周リング板と前記外周リング板との分割ラインが前記複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも内側又は外側に位置していることを特徴とする前項（１）〜（４）の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
（８） 前記ウェハがＳｉＣ単結晶基板であり、前記エピタキシャル層がＳｉＣ単結晶薄膜であり、
前記遮蔽板の下面に堆積するＳｉＣ堆積物において、このＳｉＣ堆積物中に含まれるＳｉとＣの割合が同等となる領域よりも内側に、Ｓｉの割合が多くなる領域を有しており、このＳｉの割合が多くなる領域に前記内周リング板を配置するように、前記内周リング板と前記中央又は外周リング板との分割ラインを位置させることを特徴とする前項（６）又は（７）に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
（９） 前記同心円状に分割された複数のリング板のうち何れかのリング板が、前記開口部を中心に径方向に延びる分割ラインに沿って複数のリング片に分割されていることを特徴とする前項（１）〜（８）の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
（１０） 前記ウェハがＳｉＣ単結晶基板であり、前記エピタキシャル層がＳｉＣ単結晶薄膜であり、
少なくとも前記複数の載置部が周方向に並ぶ領域と対向する位置に配置されたリング板には、表面がＳｉＣ膜で被覆されたグラファイト基板又はＳｉＣ基板が用いられていることを特徴とする前項（１）〜（９）の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
（１１） 前記サセプタは、その中心軸周りに回転駆動されると共に、前記複数の載置部が各々の中心軸周りに回転駆動される構造を有することを特徴とする前項（１）〜（１０）の何れか一項に記載のエピタキシャル基板の製造装置。
（１２） 前項（１）〜（１１）の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置を用いて、ウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させる工程を含むことを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法。
以上のように、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、天板の下面に堆積物が堆積するのを阻止するように、天板の下面に近接して遮蔽板が配置されていることから、この遮蔽板の下面に堆積物を堆積させることができる。
そして、このエピタキシャルウェハの製造装置では、遮蔽板がチャンバ内に着脱自在に取り付けられていることから、従来のような天板の下面に堆積した堆積物を除去するといった面倒なクリーニング作業を行わずに、遮蔽板を交換するといった簡便なメンテナンス作業を行うだけで、上述したパーティクルやダウンフォールの低減を図ることが可能である。
さらに、このエピタキシャルウェハの製造装置では、ガス導入口を反応空間の内側に臨ませる開口部を中央部に有して、この開口部を中心に同心円状に複数のリング板に分割された構造を有する遮蔽板を用いることで、これら分割されたリング板の間で遮蔽板に加わる熱応力を緩和することができる。
これにより、複数のリング板に分割された遮蔽板に反り（変形）や割れ等が発生することを防ぐことが可能である。また、遮蔽板の反り（変形）の発生を防ぐことによって、この遮蔽板の下面に堆積した堆積物の脱落を抑制することが可能である。さらに、複数のリング板に分割された遮蔽板のうち、一部のリング板のみを交換するといったことも可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、サセプタ及び天板の外側に位置して、反応空間の周囲を囲むように配置された周壁を備えると共に、この周壁の内周面に設けられた支持部によって遮蔽板を支持する構成としてもよい。
この構成の場合、遮蔽板の外周部のみを支持することによって、加熱手段により加熱されて高温となる遮蔽板に対して、原料ガスを導入するために低温とされたガス導入口と、この遮蔽板の内周部（開口部が形成された中央部）との接触を回避しながら、遮蔽板をチャンバ内に着脱自在に取り付けることが可能である。
さらに、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、上記支持部として、周壁の内周面に全周に亘って段差部を設け、この段差部上に遮蔽板の外周部が載置された状態で、遮蔽板を支持する構成としてもよい。
この構成の場合、遮蔽板の外周部が段差部と全周に亘って接触した状態となることによって、この遮蔽板の外周部側から天板との間に向かってガスが流れ込むのを防ぐことが可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、同心円状に分割された複数のリング板の各分割ラインを挟んで隣接するリング板のうち、当該分割ラインを挟んで内側に位置するリング板の下面側の外周部に設けられた内側段差部と、当該分割ラインを挟んで外側に位置するリング板の上面側の内周部に設けられた外側段差部とが、互いの段差面を接触させた状態で係合されると共に、内側段差部の側面と外側段差部の側面との間に隙間が設けられた構成としてもよい。
この構成の場合、内側段差部と外側段差部との係合によって、分割ラインを挟んで内側に位置するリング板の外周部を、分割ラインを挟んで外側に位置するリング板の内周部により支持することが可能である。
また、これら内側段差部の側面と外側段差部の側面との間に隙間を設けることで、加熱手段により加熱されて遮蔽板が熱膨張したときに、分割ラインを挟んで隣接するリング板の側面同士が接触することを防ぐことが可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、同心円状に分割された複数のリング板の少なくとも下面が面一となる構成としてもよい。
この構成の場合、同心円状に分割された複数のリング板の少なくとも下面が面一となることで、ガス導入口から放出された原料ガスを反応空間の内側から外側に向かってスムーズに供給しながら、高品質なエピタキシャル層をウェハの面上に安定して堆積成長させることが可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、上記遮蔽板が、その内側から外側に向かって、内周リング板と、中央リング板と、外周リング板とに分割された構造を有する構成において、内周リング板と中央リング板との分割ラインが複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも内側に位置し、中央リング板と外周リング板との分割ラインが複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも外側に位置する構成としてもよい。
この構成の場合、遮蔽板を内周リング板と中央リング板と外周リング板とに３分割することで、これら３分割されたリング板の間で遮蔽板に加わる熱応力を緩和することが可能である。特に、内周リング板と中央リング板との分割ラインを複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも内側に位置させる一方、中央リング板と外周リング板との分割ラインを複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも外側に位置させることで、熱変化の大きい遮蔽板の内周側と外周側に加わる熱応力を効率良く緩和することが可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、上記遮蔽板が、その内側から外側に向かって、内周リング板と、外周リング板とに分割された構造を有する構成において、内周リング板と外周リング板との分割ラインが複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも内側又は外側に位置する構成としてもよい。
この構成の場合、遮蔽板を内周リング板と外周リング板とに２分割することで、これら２分割されたリング板の間で遮蔽板に加わる熱応力を緩和することが可能である。特に、内周リング板と外周リング板との分割ラインを複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも内側に位置させることで、熱変化の大きい遮蔽板の内周側に加わる熱応力を効率良く緩和することが可能である。一方、内周リング板と外周リング板との分割ラインを複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも外側に位置させることで、熱変化の大きい遮蔽板の外周側に加わる熱応力を効率良く緩和することが可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、ウェハがＳｉＣ単結晶基板であり、エピタキシャル層がＳｉＣ単結晶薄膜である場合に、遮蔽板の下面に堆積するＳｉＣ堆積物において、このＳｉＣ堆積物中に含まれるＳｉとＣの割合が同等となる領域よりも内側に、Ｓｉの割合が多くなる領域を有しており、このＳｉの割合が多くなる領域に内周リング板を配置するように、内周リング板と中央又は外周リング板との分割ラインを位置させる構成としてもよい。
この構成の場合、ＳｉとＣの割合が同等となる領域よりもＳｉの割合が多くなる領域の方がＳｉＣ堆積物の成長が早くなる。したがって、複数のリング板に分割された遮蔽板のうち、このＳｉの割合が多くなる領域に配置された内周リング板のみを交換することで、他のリング板の交換時期を延ばすことが可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、同心円状に分割された複数のリング板のうち何れかのリング板が、開口部を中心に径方向に延びる分割ラインに沿って複数のリング片に分割された構成としてもよい。
この構成の場合、遮蔽板を構成するリング板を更に複数のリング片に分割することで、これら分割されたリング片の間で遮蔽板に加わる熱応力を緩和することが可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、ウェハがＳｉＣ単結晶基板であり、エピタキシャル層がＳｉＣ単結晶薄膜である場合に、少なくとも複数の載置部が周方向に並ぶ領域と対向する位置に配置されたリング板に、表面がＳｉＣ膜で被覆されたグラファイト基板又はＳｉＣ基板を用いた構成としてもよい。
この構成の場合、当該リング板の表面をエピタキシャル層と同じＳｉＣとすることで、堆積物の堆積性を高めることができ、このリング板の下面に堆積した堆積物の脱落を抑制することが可能である。また、当該リング板の交換時期を延ばすことが可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、上記サセプタが、その中心軸周りに回転駆動されると共に、複数の載置部が各々の中心軸周りに回転駆動される構造を有する構成としてもよい。
この構成の場合、ウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させる工程を、複数の載置部に載置された各ウェハに対して均等に行うことが可能である。
また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造方法では、上記何れかのエピタキシャルウェハの製造装置を用いることによって、高品質なエピタキシャル層をウェハの面上に安定して堆積成長させることが可能である。そして、メンテナンスにかかる時間も短縮できることから、エピタキシャルウェハの製品歩留まりを更に向上させることが可能である。
本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置の一例を示す断面模式図である。 図１に示す製造装置の要部を拡大して示す断面模式図である。 ３分割された遮蔽板を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。 遮蔽板の変形例を示す平面図である。 ２分割された遮蔽板の一例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。 ２分割された遮蔽板の他例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。 ３分割された遮蔽板に加わる熱応力をコンピュータシミュレーションにより計算した結果（両端２０ｍｍ）を示すグラフである。 ３分割された遮蔽板に加わる熱応力をコンピュータシミュレーションにより計算した結果（両端４０ｍｍ）を示すグラフである。
以下、本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置及び製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、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が実際と同じであるとは限らない。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、本発明はそれらに必ずしも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。
（エピタキシャルウェハの製造装置）
本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置は、例えば図１に示すようなＣＶＤ装置１であり、図示を省略する減圧排気可能なチャンバ（成膜室）内に、ＳｉＣの原料ガスＧを供給しながら、加熱されたＳｉＣウェハＷの面上にＳｉＣエピタキシャル層（図示せず。）を堆積成長させるものである。なお、原料ガスＧには、例えば、Ｓｉ源にシラン（ＳｉＨ４）、Ｃ源にプロパン（Ｃ３Ｈ８）を含むものを用いることができ、更にキャリアガスとして水素（Ｈ２）を含むものを用いことができる。
具体的に、このＣＶＤ装置１は、チャンバの内部において、複数のＳｉＣウェハＷが載置されるサセプタ２と、このサセプタ２との間で反応空間Ｋを形成するように、サセプタ２の上面に対向して配置されたシーリング（天板）３と、サセプタ２及びシーリング３の外側に位置して、反応空間Ｋの周囲を囲むように配置された周壁４とを備えている。
サセプタ２は、円盤状の回転台５と、この回転台５の下面中央部に取り付けられた回転軸６とを有し、回転台５は、この回転軸６と一体に回転自在に支持されている。また、回転台５の上面には、ＳｉＣウェハＷが載置される円盤状の載置台（載置部）７が設けられている。
載置台７は、回転台５の周方向（回転方向）に等間隔に複数並んで設けられている。また、各載置台７は、各々の中心軸周りに回転自在に支持されている。そして、このサセプタ２は、いわゆるプラネタリ（自公転）方式を採用しており、図示を省略する駆動モータにより回転軸６が回転駆動されると、回転台５がその中心軸周りに回転駆動されると共に、複数の載置台７が各々の中心軸周りに回転駆動される仕組みとなっている。これにより、複数の載置台７に載置された各ＳｉＣウェハＷに対して均等に成膜を行うことが可能である。
シーリング３は、上記サセプタ２の回転台５と略一致した径を有する円盤状の部材であり、回転台５の上面と相対向しながら、サセプタ２との間で扁平状の反応空間Ｋを形成している。周壁４は、サセプタ２及びシーリング３の外周部を取り囲むリング状の部材である。
ＣＶＤ装置１は、上記載置台７に載置されたＳｉＣウェハＷを加熱する加熱手段として、高周波誘導加熱によりサセプタ２及びシーリング３を加熱するための誘導コイル８を備えている。この誘導コイル８は、サセプタ２（回転台５）の下面及びシーリング３の上面に、それぞれ近接した状態で対向配置されている。
そして、このＣＶＤ装置１では、図示を省略する高周波電源から誘導コイル８に高周波電流が供給されると、サセプタ２（回転台５及び載置台７）及びシーリング３が高周波誘導加熱により加熱されて、これらサセプタ２及びシーリング３からの輻射や、載置台７からの熱伝導等により、載置台７に載置されたＳｉＣウェハＷを加熱することが可能となっている。
なお、サセプタ２（回転台５及び載置台７）及びシーリング３には、高周波誘導加熱に適した材料として、耐熱性に優れなお且つ熱伝導率の良いグラファイト（カーボン）材料からなるものを用いることができ、更にグラファイト（カーボン）からのパーティクル等の発生を防ぐため、表面がＳｉＣやＴａＣ等で被覆されたものを好適に用いることができる。また、ＳｉＣウェハＷの加熱手段としては、上述した高周波誘導加熱によるものに限らず、抵抗加熱よるものなどを用いてもよい。また、加熱手段は、サセプタ２（回転台５）の下面側及びシーリング３の上面側に配置された構成に限らず、これらの何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。
ＣＶＤ装置１は、チャンバ内に原料ガスＧを供給するガス供給手段として、シーリング３の上面中央部から反応空間Ｋ内に原料ガスＧを導入するガス導入管（ガス導入口）９を備えている。このガス導入管９は、円筒状に形成されて、シーリング３の中央部に設けられた円形状の開口部１０を貫通した状態で、その先端部（下端部）が反応空間Ｋの内側に臨んで配置されている。
また、ガス導入管９の先端部（下端部）には、拡径方向に突出されたフランジ部９ａが設けられている。このフランジ部９ａは、ガス導入管９の下端部から鉛直下向きに放出された原料ガスＧを、その対向する回転台５との間で水平方向に放射状に流すためのものである。
そして、このＣＶＤ装置１では、ガス導入管９から放出された原料ガスＧを反応空間Ｋの内側から外側に向かって放射状に流すことで、ＳｉＣウェハＷの面内に対して平行に原料ガスＧを供給することが可能となっている。また、チャンバ内で不要になったガスは、上記周壁４の外側に設けられた排気口（図示せず。）からチャンバの外へと排出することが可能となっている。
ここで、シーリング３は、上記誘導コイル８により高温で加熱されるものの、その内周部（開口部１０が形成された中央部）が原料ガスＧを導入するために低温とされたガス導入管９とは非接触とされている。また、シーリング３は、ガス導入管９の外周部に取り付けられた支持リング（支持部材）１１の上に、その内周部が載置されることによって、鉛直上向きに支持されている。さらに、このシーリング３は、上下方向に移動させることが可能となっている。
ＣＶＤ装置１は、シーリング３の下面に近接して配置された遮蔽板１２を備えている。この遮蔽板１２は、表面がＳｉＣ膜で被覆された円盤状のグラファイト（カーボン）基板からなり、その中央部には、上記ガス導入管９を貫通させる円形状の開口部１３が設けられている。
そして、この遮蔽板１２は、チャンバ内に着脱自在に取り付けられている。具体的に、この遮蔽板１２は、周壁４の内周面から突出して設けられた支持部１４の上に、その外周部が載置されることによって、鉛直上向きに支持されている。この場合、遮蔽板１２の外周部のみを支持することによって、上記誘導コイル８により加熱されて高温となる遮蔽板１２に対して、原料ガスＧを導入するために低温とされたガス導入管９と、この遮蔽板１２の内周部（開口部１３が形成された中央部）との接触を回避しながら、遮蔽板１２をチャンバ内に着脱自在に取り付けることが可能となっている。
また、支持部１４は、周壁４の内周面に全周に亘って設けられた段差部であり、この段差部上に遮蔽板１２の外周部が載置されている。この場合、遮蔽板１２の外周部が支持部（段差部）１４と全周に亘って接触した状態となることから、この遮蔽板１２の外周部側からシーリング３との間に向かってガスが流れ込むのを防ぐことが可能である。
一方、シーリング３の下面中央部には、上記遮蔽板１２の開口部１３の内側に位置するように、円筒状のスリーブ部１５が突出して設けられている。このスリーブ部１５は、遮蔽板１２の内周部側からシーリング３との間に向かってガスを流れ込み難くするためのものである。
ここで、図２に示すように、遮蔽板１２の上面とシーリング３の下面との間隔ｄ１は、０．５〜１ｍｍの範囲に設定されていることが好ましい。これは、遮蔽板１２によってシーリング３の下面にＳｉＣの堆積物が堆積するのを阻止するためである。
また、遮蔽板１２の外周面と周壁４の内周面との間隔ｄ２は、１．０〜３．０ｍｍの範囲に設定されていることが好ましい。これは、加熱時の熱膨張により遮蔽板１２が周壁４に接触するのを防ぐためである。
また、遮蔽板１２の内周面とスリーブ部１５の外周面との間隔ｄ３は、０．５〜１ｍｍの範囲に設定されていることが好ましい。これは、加熱時の熱膨張により遮蔽板１２がスリーブ部１５に接触するのを防ぎつつ、遮蔽板１２の内周部側からシーリング３との間に向かってガスを流れ込み難くするためである。
また、シーリング３の内周面とガス導入管９の外周面との間隔ｄ４は、０．４〜０．６ｍｍの範囲に設定されていることが好ましい。これは、原料ガスＧを導入するために低温とされたガス導入管９が、上記誘導コイル８により加熱されて高温となるシーリング３からの輻射熱の影響を受けないようにするためのである。
また、遮蔽板１２の板厚は、その機械的強度を確保するためには厚い方が好ましいものの、厚くし過ぎると逆に割れが発生するため、２〜６ｍｍの範囲とすることが好ましい。
遮蔽板１２は、図２及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、上記開口部１３を中心に同心円状に複数のリング板１６，１７，１８に分割された構造を有している。具体的に、この遮蔽板１２は、その内側から外側に向かって、内周リング板１６と、中央リング板１７と、外周リング板１８とに３分割された構造を有している。
このうち、内周リング板１６は、中央リング板１７の内側に保持され、中央リング板１７は、外周リング板１８の内側に保持されている。また、内周リング板１６と中央リング板１７との分割ラインＬ１は、複数の載置台７が周方向に並ぶ領域Ｓよりも内側に位置している。一方、中央リング板１７と外周リング板１８との分割ラインＬ２は、複数の載置台７が周方向に並ぶ領域Ｓよりも外側に位置している。すなわち、これらの分割ラインＬ１，Ｌ２は、領域Ｓに対して平面視で重ならない位置に設定されている。これにより、中央リング板１７は、領域Ｓに対して平面視で重なるように、この領域Ｓに対向して配置されている。
また、内周リング板１６の下面側の外周部には、その全周に亘って第１の内側段差部１９が設けられている。これに対応して、中央リング板１７の上面側の内周部には、その全周に亘って第１の外側段差部２０が設けられている。そして、これら第１の内側段差部１９と第１の外側段差部２０とは、互いの段差面１９ａ，２０ａを接触させた状態で係合されている。これにより、内周リング板１６の外周部は、中央リング板１７の内周部に鉛直上向きに支持されている。
同様に、中央リング板１７の下面側の外周部には、その全周に亘って第２の内側段差部２１が設けられている。これに対応して、外周リング板１８の上面側の内周部には、その全周に亘って第２の外側段差部２２が設けられている。そして、これら第２の内側段差部２１と第２の外側段差部２２とは、互いの段差面２１ａ，２２ａを接触させた状態で係合されている。これにより、中央リング板１７の外周部は、外周リング板１８の内周部に鉛直上向きに支持されている。
また、第１の内側段差部１９の側面１９ｂと第１の外側段差部２０の側面２０ｂとの間、及び、第２の内側段差部２１の側面２１ｂと第２の外側段差部２２の側面２２ｂとの間には、それぞれ隙間ｔ１，ｔ２が設けられている。これらの隙間ｔ１，ｔ２は、上記分割ラインＬ１，Ｌ２を挟んで隣接するリング板１６，１７，１８の側面１９ｂ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ同士が加熱時の熱膨張により接触するのを防ぐためのものである。また、これらの隙間ｔ１，ｔ２は、０．３〜０．７ｍｍの範囲で設けることが好ましい。さらに、遮蔽板１２は、内側よりも外側の方が熱膨張し易いため、これを考慮して、内側の隙間ｔ１を外側の隙間ｔ２よりも小さく設定（ｔ１＜ｔ２）することも可能である。
なお、上記分割ラインＬ１，Ｌ２は、遮蔽板１２の下面側から見た中央リング板１７における第１の外側段差部２０の側面２０ｂと、第２の内側段差部２１の側面２１ｂとを基準にして設定されている。これにより、上記分割ラインＬ１，Ｌ２を領域Ｓに対して平面視で重ならない位置に設定した場合、中央リング板１７を領域Ｓに対して平面視で重なるように配置することが可能である。
内周リング板１５、中央リング板１７及び外周リング板１８は、互いに同じ厚みで形成されている。そして、これらのリング板１６，１７，１８によって構成される遮蔽板１２の下面は、互いに面一となっている。これにより、上記ガス導入管９から放出された原料ガスＧを反応空間Ｋの内側から外側に向かってスムーズに供給しながら、高品質なＳｉＣエピタキシャル層をＳｉＣウェハＷの面上に安定して堆積成長させることが可能である。なお、遮蔽板１２は、各リング板１６，１７，１８の上面についても互いに面一となっている。
以上のような構造を有するＣＶＤ装置１では、回転台５がその中心軸周りに回転駆動されると共に、複数の載置台７が各々の中心軸周りに回転駆動される。また、この状態で、載置台７に載置されたＳｉＣウェハＷを加熱しながら、ガス導入管９から放出された原料ガスＧを反応空間Ｋの内側から外側に向かって放射状に流す。これにより、ＳｉＣウェハＷの面内に対して平行に原料ガスＧが供給される。このとき、原料ガスＧの熱分解及び化学反応により、ＳｉＣウェハＷの表面にＳｉＣエピタキシャル層が堆積しながら成長する。これにより、ＳｉＣウェハＷの面上にＳｉＣエピタキシャル層を薄膜形成することが可能である。
ところで、本発明を適用したＣＶＤ装置１では、上述したように、シーリング３の下面に堆積物が堆積するのを阻止するように、このシーリング３の下面に近接して遮蔽板１２が配置されている。これにより、遮蔽板１２の下面に堆積物が堆積することになる。
そして、このＣＶＤ装置１では、遮蔽板１２がチャンバ内に着脱自在に取り付けられていることから、従来のようなシーリング３の下面に堆積した堆積物を除去するといった面倒なクリーニング作業を行わずに、遮蔽板１２を交換するといった簡便なメンテナンス作業を行うだけで、上述したパーティクルやダウンフォールの低減を図ることが可能である。
なお、遮蔽板１２を交換する際は、上記シーリング３を上方に移動させることによって、上記周壁４の内側にある遮蔽板１２を容易に取り外したり、取り付けたりすることが可能である。
本発明では、上述した開口部１３を中心に同心円状に複数のリング板１６，１７，１８に分割された遮蔽板１２を用いることで、これら分割されたリング板１６，１７，１８の間で遮蔽板１２に加わる熱応力を緩和することができる。
具体的に、上記ＣＶＤ装置１では、内周リング板１６と中央リング板１７との分割ラインＬ１が、複数の載置台７が周方向に並ぶ領域Ｓよりも内側に位置する一方、中央リング板１７と外周リング板１８との分割ラインＬ２が、この領域Ｓよりも外側に位置している。
この場合、誘導コイル８により加熱されて遮蔽板１２に熱変化が加わったときに、熱変化の大きい遮蔽板１２の内周側と外周側に加わる熱応力を効率良く緩和することが可能である。したがって、複数のリング板１６，１７，１８に分割された遮蔽板１２に反り（変形）や割れ等が発生することを防ぐことが可能である。
また、本発明では、遮蔽板１２の反り（変形）の発生を防ぐことによって、この遮蔽板１２の下面に堆積した堆積物の脱落を抑制することが可能である。特に、上記遮蔽板１２は、その表面がＳｉＣエピタキシャル層と同じＳｉＣ膜で被覆されたグラファイト基板からなることで、堆積物の堆積性を高めることができる。これにより、遮蔽板１２の下面に堆積した堆積物の脱落を抑制することが可能である。また、この遮蔽板１２を構成する各リング板１６，１７，１８の交換時期を延ばすことが可能である。
さらに、本発明では、複数のリング板１６，１７，１８に分割された遮蔽板１２のうち、一部のリング板１６（１７，１８）のみを交換するといったことも可能である。
例えば、上記遮蔽板１２の下面に堆積するＳｉＣ堆積物において、このＳｉＣ堆積物中に含まれるＳｉとＣの割合が同等となる領域よりも内側に、Ｓｉの割合が多くなる領域がある。また、このＳｉの割合が多くなる領域は、ＳｉとＣの割合が同等となる領域よりＳｉＣ堆積物の成長が早いことがわかっている。
そこで、本発明では、このＳｉの割合が多くなる領域に上記内周リング板１６を配置するように、上記内周リング板１６と上記中央リング板１７との分割ラインＬ１の位置を設定する。これにより、複数のリング板１６，１７，１８に分割された遮蔽板１２のうち、このＳｉの割合が多くなる領域に配置された内周リング板１６のみを交換することで、他のリング板１７，１８の交換時期を延ばすことが可能である。
（エピタキシャルウェハの製造方法）
本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造方法は、上記本発明のＣＶＤ装置１を用いて、ウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させる工程を含むことを特徴とする。
エピタキシャルウェハを製造する際は、昇華再結晶法等を用いて作製されたＳｉＣインゴットを円盤状にスライスした後、その表面に研磨加工等を施したＳｉＣウェハを作製又は用意する。そして、このＳｉＣウェハＷの面上に、上記ＣＶＤ装置１を用いてＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長（エピタキシャル成長）させることで、エピタキシャルウェハを作製することができる。
本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造方法では、上記ＣＶＤ装置１を用いることによって、高品質なＳｉＣエピタキシャル層をＳｉＣウェハＷの面上に安定して堆積成長させることが可能である。そして、上記ＣＶＤ装置１のメンテナンスにかかる時間も短縮できることから、エピタキシャルウェハの製品歩留まりを更に向上させることが可能である。
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明では、上記ＣＶＤ装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
本発明では、例えば図４に示す遮蔽板１２Ａのように、中央リング板１７が、径方向に延びる分割ラインＬ３に沿って複数のリング片１２ａ，１２ｂに分割された構成とすることも可能である。
具体的に、この中央リング板１７は、直径方向に延びる２つの分割ラインＬ３を挟んで対称となるように、２つのリング片１２ａ，１２ｂに分割されている。この場合、分割されたリング片１７ａ，１７ｂの間で遮蔽板１２Ａに加わる熱応力を更に緩和することが可能である。したがって、複数のリング片１７ａ，１７ｂに分割された中央リング板１７に反り（変形）や割れ等が発生することを更に抑制することが可能である。
なお、本発明では、同心円状に分割された複数のリング板１６，１７，１８のうち何れかのリング板１６（１７，１８）が、開口部１３を中心に径方向に延びる分割ラインに沿って複数のリング片に分割された構成とすることが可能である。また、分割されるリング片の数や分割ラインの位置についても、適宜変更して実施することが可能である。
また、上記実施形態では、上記遮蔽板１２が３つのリング板１６，１７，１８に分割された構成について説明したが、開口部を中心に同心円状に分割されるリング板の数については適宜変更することが可能である。
例えば、図５，６に示す遮蔽板１２Ｂ，１２Ｃのように、その内側から外側に向かって、内周リング板１６Ａ（１６Ｂ）と、外周リング板１８Ａ（１８Ｂ）とに２分割された構成とすることも可能である。
この場合も、これら２分割されたリング板１６Ａ（１６Ｂ），１８Ａ（１８Ｂ）の間で遮蔽板１２に加わる熱応力を緩和することが可能である。
また、２分割されたリング板１６Ａ（１６Ｂ），１８Ａ（１８Ｂ）によって遮蔽板１２Ｂ（１２Ｃ）を構成する場合、内周リング板１６Ａ（１６Ｂ）と外周リング板１８Ａ（１８Ｂ）との分割ラインＬ１（Ｌ２）は、複数の載置台７が周方向に並ぶ領域Ｓと重ならないように、この領域Ｓよりも内側又は外側に位置させることが好ましい。
すなわち、図５（ａ），（ｂ）に示す遮蔽板１２Ｂのように、内周リング板１６Ａと外周リング板１８Ａとの分割ラインＬ１を領域Ｓよりも内側に位置させることで、熱変化の大きい遮蔽板１２の内周側に加わる熱応力を効率良く緩和することが可能である。さらに、上記Ｓｉの割合が多くなる領域に内周リング板１６Ａを配置するように、分割ラインＬ１の位置を設定する。これにより、上記Ｓｉの割合が多くなる領域に配置された内周リング板１６Ａのみを交換することができ、外周リング板１８Ａの交換時期を延ばすことが可能である。
一方、図６（ａ），（ｂ）に示す遮蔽板１２Ｃのように、内周リング板１６Ｂと外周リング板１８Ｂとの分割ラインＬ３を領域Ｓよりも外側に位置させることで、熱変化の大きい遮蔽板１２の外周側に加わる熱応力を効率良く緩和することが可能である。特に、遮蔽板の内周側よりも外周側の方が熱変化が大きいことから、遮蔽板１２Ｃに反り（変形）や割れ等が発生するのを防ぐ場合に特に有効である。
なお、本発明では、遮蔽板を複数のリング板に分割した場合に、これらリング板に材質が異なるものを用いることも可能である。この場合、上記領域Ｓと対向する位置（平面視で重なる位置）に配置されるリング板には、その表面がＳｉエピタキシャル層と同じＳｉＣ膜で被覆されたグラファイト基板又はＳｉＣ基板を用いることが好ましいものの、上記領域Ｓと平面視で重なる位置に配置されるリング板については、例えば表面がＴａＣ膜で被覆されたグラファイト基板といった異なる材質のものを組み合わせて使用することも可能である。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例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できる。
本実施例では、実際に開口部を中心に同心円状に３つのリング板に分割された遮蔽板に加わる熱応力をコンピュータシミュレーションにより計算した。これらのシミュレーション結果を図７及び図８に示す。なお、このコンピュータシミュレーションでは、直径が２００ｍｍ、開口部径が６０ｍｍ、板厚が２ｍｍのＳｉＣ基板（遮蔽板）について、開口部を中心に同心円状に３つのリング板に分割し、これらリング板の分割ラインを内周及び外周の両端からそれぞれ２０ｍｍの位置（図７）と、４０ｍｍの位置（図８）に設定して計算を行った。また、ＳｉＣの熱膨張係数は４．５×１０−６／℃とし、その加熱温度を１７００℃に設定して計算を行った。また、図７及び図８のグラフには、参考として遮蔽板を分割しない場合のシミュレーション結果についても併せて表記する。
図７及び図８に示すように、３分割されたリング板の間で遮蔽板に加わる熱応力が緩和されていることがわかる。特に、熱変化の大きい遮蔽板の内周側及び外周側に加わる熱応力を効率良く緩和することが可能である。
次に、上記図３（ａ），（ｂ）に示す遮蔽板１２と同様の構成において、各段差部の段差面の幅を４．０ｍｍとし、内周リング板と中央リング板との段差部の隙間ｔ１を０．４ｍｍ、中央リング板と外周リング板との段差部の隙間ｔ２を０．６ｍｍとした場合の加熱後の隙間ｔ１，ｔ２の変化をコンピュータシミュレーションにより計算した。そのシミュレーション結果を表１に示す。なお、表１中には、隙間ｔ１，ｔ２の他に、段差面の接触部の幅（段差面の幅から隙間ｔ２又はｔ２を引いた値）についても併せて表記する。
Figure 0005865625
表１に示すように、加熱後の熱膨張により内周リング板と中央リング板との段差部の隙間ｔ１と、中央リング板と外周リング板との段差部の隙間ｔ２が狭くなるものの、分割ラインを挟んで隣接するリング板の段差部の側面同士が接触することを防ぐことが可能である。
１…ＣＶＤ装置（エピタキシャルウェハの製造装置） ２…サセプタ ３…シーリング（天板） ４…周壁 ５…回転台 ６…回転軸 ７…載置台（載置部） ８…誘導コイル（加熱手段） ９…ガス導入管（ガス導入口） １０…開口部 １１…支持リング（支持部材） １２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…遮蔽板 １３…開口部 １４…支持部（段差部） １５…スリーブ部 １６，１６Ａ…内周リング板 １７…中央リング板 １８，１８Ａ…外周リング板 １９…第１の内側段差部 １９ａ…段差面 １９ｂ…側面 ２０…第１の外側段差部 ２０ａ…段差面 ２０ｂ…側面 ２１…第２の内側段差部 ２１ａ…段差面 ２１ｂ…側面 ２２…第２の外側段差部 ２２ａ…段差面 ２２ｂ…側面 Ｇ…反応ガス Ｋ…反応空間 Ｗ…ＳｉＣウェハ（ウェハ）

Claims (10)

  1. チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置であって、
    前記ウェハが載置される複数の載置部を有して、これら複数の載置部が周方向に並んで配置されたサセプタと、
    前記サセプタとの間で反応空間を形成するように、前記サセプタの上面に対向して配置された天板と、
    前記サセプタの下面側及び／又は前記天板の上面側に配置されて、前記載置部に載置されたウェハを加熱する加熱手段と、
    前記天板の上面中央部から前記反応空間内に前記原料ガスを導入するガス導入口を有して、このガス導入口から放出された原料ガスを前記反応空間の内側から外側に向かって供給するガス供給手段と、
    前記天板の下面に堆積物が堆積するのを阻止するように、前記天板の下面に近接して配置された遮蔽板とを備え、
    前記遮蔽板は、前記チャンバ内に着脱自在に取り付けられると共に、前記ガス導入口を前記反応空間の内側に臨ませる開口部を中央部に有して、この開口部を中心に同心円状に複数のリング板に分割された構造を有し、
    前記遮蔽板は、その内側から外側に向かって、内周リング板と、中央リング板と、外周リング板とに分割された構造を有し、
    前記内周リング板と前記中央リング板との分割ラインが前記複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも内側に位置し、前記中央リング板と前記内周リング板との分割ラインが前記複数の載置部が周方向に並ぶ領域よりも外側に位置していることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造装置。
  2. 前記サセプタ及び前記天板の外側に位置して、前記反応空間の周囲を囲むように配置された周壁を備え、
    前記周壁の内周面には、前記遮蔽板を支持する支持部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
  3. 前記支持部は、前記周壁の内周面に全周に亘って設けられた段差部であり、この段差部上に前記遮蔽板の外周部が載置された状態で、前記遮蔽板を支持することを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
  4. 前記同心円状に分割された複数のリング板の各分割ラインを挟んで隣接するリング板のうち、当該分割ラインを挟んで内側に位置するリング板の下面側の外周部に設けられた内側段差部と、当該分割ラインを挟んで外側に位置するリング板の上面側の内周部に設けられた外側段差部とが、互いの段差面を接触させた状態で係合されると共に、前記内側段差部の側面と前記外側段差部の側面との間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
  5. 前記同心円状に分割された複数のリング板の少なくとも下面が面一となっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
  6. 前記ウェハがＳｉＣ単結晶基板であり、前記エピタキシャル層がＳｉＣ単結晶薄膜であり、
    前記遮蔽板の下面に堆積するＳｉＣ堆積物において、このＳｉＣ堆積物中に含まれるＳｉとＣの割合が同等となる領域よりも内側に、Ｓｉの割合が多くなる領域を有しており、このＳｉの割合が多くなる領域に前記内周リング板を配置するように、前記内周リング板と前記中央リング板との分割ラインを位置させることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
  7. 前記同心円状に分割された複数のリング板のうち何れかのリング板が、前記開口部を中心に径方向に延びる分割ラインに沿って複数のリング片に分割されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
  8. 前記ウェハがＳｉＣ単結晶基板であり、前記エピタキシャル層がＳｉＣ単結晶薄膜であり、
    少なくとも前記複数の載置部が周方向に並ぶ領域と対向する位置に配置されたリング板には、表面がＳｉＣ膜で被覆されたグラファイト基板又はＳｉＣ基板が用いられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
  9. 前記サセプタは、その中心軸周りに回転駆動されると共に、前記複数の載置部が各々の中心軸周りに回転駆動される構造を有することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
  10. 請求項１〜９の何れか一項に記載のエピタキシャルウェハの製造装置を用いて、ウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させる工程を含むことを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法。
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