JP6335683B2 - ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置に関する。

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、また、バンドギャップが３倍大きく、さらに、熱伝導率が３倍程度高い等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エピタキシャル膜を形成する基板として昇華法等で作製したＳｉＣのバルク単結晶から加工したＳｉＣ単結晶基板を用い、通常、この上に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）によって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する。

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挙げられる（例えば、特許文献１）。このようなエピタキシャル装置は、一般に、ガス供給部から原料ガスを供給することにより、搭載プレート上に載置されたＳｉＣ基板を通過するように原料ガスが供給される。この際、加熱手段によってＳｉＣ基板を高温に維持しながら、ＳｉＣ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。

ところで、このようなＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置において各部材は高温に曝される。特に、搭載プレートやサテライトは、エピタキシャル膜が成長する近傍であり、高温に曝される。そのため、一般に、カーボンや、ＴａＣ等の被覆膜によってコーティングされた黒鉛からなるサセプタ（搭載プレート）が用いられている（例えば、特許文献２）。また、サセプタ（搭載プレート）の一部をＳｉＣでコーティングすることも提案されている（例えば、特許文献３）。

特表２００４−５０７６１９号公報 特開２００６−６０１９５号公報 特開２００９−２５２９６９号公報

上述のように、ＳｉＣ基板の近傍であり、ＳｉＣ基板上に成長するエピタキシャル膜に、直接影響を及ぼすことが想定される搭載プレートやサテライトについては、種々の検討が進められている。
しかしながら、搭載プレートやサテライト以外の部材については、ＳｉＣ基板上に成長するエピタキシャル膜に大きな影響を及ぼさないものとして十分な検討がされていなかった。特に、原料ガスの供給口付近の部材に関しては、ＳｉＣ基板上に成長するエピタキシャル膜に大きな影響を生じないと考えられ、十分な検討がされていなかった。これは、原料ガスの供給口付近は、原料ガスが早期に分解することを避けるために装置内に温度勾配をもたせ、原料ガスの供給口付近がそれほど高温に至らないようにすることが一般的であり、これらの部材がＳｉＣ基板上に成長するエピタキシャル膜に大きな影響を生じないと考えられていたためである。

そのため、搭載プレートやサテライト以外の部材は、一般にカーボンやＴａＣコートされたカーボン等を用いられてきた。
当該部材を黒鉛などのカーボンで作製すると、原料ガス以外の部分からＣ系原料が供給され、ＳｉＣ基板面上で適切になるように制御されたＣ／Ｓｉ比の均一性を劣化させる。すなわち、ＳｉＣエピタキシャル膜の面内におけるキャリア濃度のばらつきを大きくするという問題があった。さらに、黒鉛は多孔質でありガスを吸蔵しやすい為、ドナーとなる窒素が、露出された表面から放出される点でも問題があった。
また、当該部材をＴａＣコートされたカーボンを用いて作製すると、下地（カーボン）との熱膨張率差や、交換作業時の機械的な衝撃により破損することがある。またコーティングの一部が昇華して、下地がむき出しになるということもある。さらに、エピタキシャル成長を繰り返してＳｉＣやＳｉが付着すると、ＴａＣの破損・剥離がさらに助長されることがある。このような場合も、破損部やむき出しとなった面からカーボンが装置内に供給され、ＳｉＣ基板面上で適切になるように制御されたＣ／Ｓｉ比の均一性を劣化させ、ＳｉＣエピタキシャル膜の面内におけるキャリア濃度のばらつきを大きくするという問題があった。また、むき出しになったカーボンは表面欠陥の原因となるパーティクルを発生させるという点でも問題があった。

また、ＳｉＣのエピタキシャル成長においては、原料ガスとしてシランなどの珪素を含むガスとプロパンなどの炭素を含むガスを高温で分解させる。これらの分解された各元素はＳｉＣ基板上で反応してＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるが、これらの反応はＳｉＣ基板上以外の部分でも一部生じる。このような反応により、ＳｉＣ基板上以外の部分に堆積した付着物は、剥離によりパーティクルとなる。この付着物の剥離は、付着物と被付着面との熱膨張率差等によって生じることがある。そのため、付着物と被付着物を構成する材料の組成が異なると剥離しやすくなり、パーティクルの発生の原因となる。これらの発生したパーティクルは、ＳｉＣエピタキシャル膜の品質を劣化させてしまうという問題があった。

また、上述の付着物は、他にも以下のような問題を生じる。付着物と被付着面との熱膨張率差が大きいと、被付着面を有する部材が反ってしまう。部材が反ると、その表面を通過する原料ガスの流れを乱し、乱流を生じさせる。乱流が生じると、設計されたエピタキシャル条件がずれてしまい、エピタキシャル膜の品質を劣化させる。また部材（被付着面側）の反りが激しい場合は、部材自体が割れることもある。
このような部材の反りは、被成膜体であるＳｉＣ基板の大型が進んでいる近年、より発生しやすくなっており、大型で高品質なＳｉＣエピタキシャル膜を得るために重要な問題となっている。

例えば、特許文献３では、サセプタの一部をＳｉＣでコーティングしている。しかしながら、当該部材はエピタキシャル装置内でも特に高温に曝されるサセプタについての発明であり、当該部分ほど高温には曝されない原料ガス上流側の部材については記載も示唆もない。すなわち、上述の課題にすら至ることができていない。

上述のように、従来、ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる際に生じる面内におけるキャリア濃度のばらつき、付着物起因のパーティクルの発生および部材の反りの発生を十分に抑制できる装置については、何ら提案されていないのが実情であった。このため、ＳｉＣ基板上に成長させるＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度を膜の面内における均一性を維持し、付着物起因のパーティクルの発生および部材の反りを十分に抑制できる製造装置が切に求められていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度を膜の面内における均一性を維持し、付着物起因のパーティクルの発生および部材の反りの発生を十分に抑制できるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意検討の結果、従来ほとんど検討されていなかった搭載プレートやサテライト以外の部材に着目した。特に、破損部等からの不要なカーボンの供給や、堆積した付着物が剥離によって発生するパーティクルは、供給されるキャリアガスおよび原料ガスによって運ばれ、また部材の反りによる乱流の発生は上流側で発生するため、ＳｉＣ基板より原料ガスの上流側にある部材に着目した。

そこで、上述の問題を抑制するために、ＳｉＣ基板の上流側の部材の製造装置内部の表面がＳｉＣ材料を含む構成とすることにより、ＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度を膜の面内における均一性を維持し、付着物起因のパーティクルの発生および部材の反りの発生を十分に抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）本発明の一態様にかかる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ための原料ガス導入管と、前記原料ガス導入管のガス導入口と前記サテライトとの間の原料ガスの上流側に配置された上流側部材とを有し、前記上流側部材が、前記製造装置内部側の表面にＳｉＣ材料を少なくとも含む。

（２）上記（１）にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記上流側部材の前記製造装置内部側の表面から１ｍｍ以上の領域が、ＳｉＣ材料を少なくとも含む材料からなっていてもよい。

（３）上記（１）または（２）にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記上流側部材の前記製造装置内部側の表面が、ＳｉＣの多結晶からなってもよい。

（４）上記（１）または（２）にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記上流側部材の前記製造装置内部側の表面が、ＳｉＣの単結晶からなってもよい。

（５）上記（１）にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記上流側部材が、ＳｉＣ材料からなってもよい。

（６）上記（５）にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記上流側部材が、ＳｉＣ多結晶からなってもよい。

（７）上記（５）にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記上流側部材が、ＳｉＣ単結晶からなってもよい。

（８）上記（１）〜（７）のいずれか一つにかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記上流側部材が、複数に分割されていてもよい。

（９）上記（８）にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記複数に分割されている上流側部材において、分割線が原料ガスの流れの方向であってもよい。

（１０）上記（８）または（９）にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記複数に分割されている上流側部材において、分割線が原料ガスの流れの方向と直交する方向であってもよい。

（１１）上記（１）〜（１０）のいずれか一つにかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、前記ＳｉＣ基板が載置されるサテライトと前記上流側部材が１０ｍｍ以上離れていてもよい。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、原料ガス導入管のガス導入口とサテライトとの間の原料ガスの上流側に配置された上流側部材が、製造装置内部側の表面にＳｉＣ材料を含む。上流側部材の製造装置内部側の表面がＳｉＣ材料を含むため、それほど高温には曝されない上流側部材において表面の一部が昇華することはほとんどない。また、上流側部材が上流側部材に堆積する付着物と同様の材料からなるため、熱膨張率差による影響が小さく破損が生じにくい。また、付着物と被付着面である上流側部材の表面が同様の材質からなるため、付着物が剥がれにくく、パーティクルとして製造装置内部に再放出されることも抑制することができる。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、上流側部材の製造装置内部側の表面から１ｍｍ以上の領域が、ＳｉＣ材料を少なくとも含んでもよい。上流側部材の製造装置内部側の表面から１ｍｍ以上の領域がＳｉＣ材料を少なくとも含んでいれば、十分な厚みを有するため、交換作業時の機械的な衝撃等を受けても下地がむき出しになることを抑制し、ＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度を膜の面内における均一性を維持することができる。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の上流側部材の製造装置内部側の表面が、ＳｉＣの多結晶からなってもよい。ＳｉＣの多結晶は高い強度を有するため、上流側部材の厚みを薄くすることができる。また下地がむき出しになることを抑制することができる。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の上流側部材の製造装置内部側の表面が、ＳｉＣの単結晶からなってもよい。ＳｉＣの単結晶は高い強度を有するため、より上流側部材の厚みを薄くすることができる。また下地がむき出しになることをより抑制することができる。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、上流側部材が、ＳｉＣ材料からなっていてもよい。上流側部材がＳｉＣ材料からなれば、被覆が剥離して下地が露出する問題がなく、かつ上流側部材に堆積する付着物と同様の材料からなるため、熱膨張率差による影響が小さく破損が生じにくい。また、付着物と被付着面である上流側部材の表面が同様の材質からなるため、付着物が剥がれにくく、パーティクルとして製造装置内部に再放出されることも抑制することができる。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、上流側部材が、ＳｉＣ多結晶からなっていてもよい。ＳｉＣの多結晶は高い強度を有するため、破損しにくい。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、上流側部材が、ＳｉＣ単結晶からなっていてもよい。ＳｉＣの単結晶はさらに高い強度を有するため、さらに破損しにくい。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の上流側部材は、複数に分割されていてもよい。分割は、原料ガスの流れ方向に対して分割されていても、原料ガスの流れ方向に直交する方向に分割されていてもよい。上流側部材が複数に分割されていると、付着物との熱膨張率差による上流側部材の反りを緩和することができる。

本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、ＳｉＣ基板が載置されるサテライトと上流側部材が１０ｍｍ以上離れていてもよい。ＳｉＣ基板から１０ｍｍ以上離れた部分では、温度が十分高温にならないため、付着物がＳｉ、ＳｉリッチなＳｉＣ、ＳｉＣと種々の組成を有する。そのため、付着物と被付着面との熱膨張率差がさまざまであり、熱応力が大きくなる。このような部分に、当該上流側部材を用いるとより顕著に部材の破損やそりを抑制することができる。

本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図であり、ＣＶＤ法を用いてＳｉＣ基板の主面にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる装置の一例を示す概略図である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の搭載プレートを平面視した模式図である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の搭載プレートを平面視した模式図であり、上流側部材の一例を模式的に示した模式図である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の搭載プレートを平面視した模式図であり、上流側部材の他の一例を模式的に示した模式図である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の上流側部材の中心を通る任意の断面で切断した断面模式図の一例である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の上流側部材の中心を通る任意の断面で切断した断面模式図の他の例である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の搭載プレートを平面視した模式図であり、上流側部材の他の一例を模式的に示した模式図である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の搭載プレートを平面視した模式図であり、上流側部材の他の一例を模式的に示した模式図である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置において、分割線が原料ガスの流れの方向と直交する方向である上流側部材を模式的に示したものであり、（ａ）は上流側部材の中心を通る任意の断面で切断した断面模式図であり、（ｂ）は上流側部材の平面模式図である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置において、分割線が原料ガスの流れの方向と直交する方向であり、ＳｉＣ材料からなる上流側部材を模式的に示したものであり、（ａ）は上流側部材の中心を通る任意の断面で切断した断面模式図であり、（ｂ）は上流側部材の平面模式図である。 本発明の一実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置において、上流側部材の中央部に空間を形成したドーナツ状の形状と、原料ガスの流れの方向の分割線と原料ガスの流れの方向と直交する方向の分割線を組み合わせた場合を模式的に示した図であって、（ａ）は上流側部材の中心を通る任意の断面で切断した断面模式図であり、（ｂ）は上流側部材の平面模式図である。 比較例１の処理後の上流側部材の側面写真であり、上流側部材の反りを示した写真である。

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。

図１は、本発明の一実施形態の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のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００は、凹状収容部１１を有する搭載プレート１０と、凹状収容部１１内に配置され、上面にＳｉＣ基板Ｗが載置されるサテライト２０と、サテライト２０上に載置されるＳｉＣ基板Ｗの主面上に、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料ガスＧを供給するための原料ガス導入管３０と、原料ガス導入管３０のガス導入口３１とサテライト２０との間の原料ガスＧの上流側に配置された上流側部材４０とを有する。

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を供給しながら、加熱されたＳｉＣ基板Ｗの面上に層を堆積成長させる。例えば、ＳｉＣをエピタキシャル成長させる場合、原料ガスＧには、Ｓｉ源にシラン（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、炭素（Ｃ）源にプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）等を用いることができる。また、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）を含むもの等を用いことができる。

この製造装置１００は、チャンバの内部において、複数のＳｉＣ基板Ｗが載置される搭載プレート１０と、この搭載プレート１０との間で反応空間Ｋを形成するように搭載プレート１０の上面に対向して配置されたシーリング（天板）５０と、搭載プレート１０およびシーリング５０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６０とを備えている。
図示を省略する高周波電源から誘導コイル７０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。

また、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ている。

搭載プレート１０は、いわゆるプラネタリ（自公転）方式を採用している。搭載プレート１０は、図示を省略する駆動モータにより回転軸１２が回転駆動されると、回転台１３がその中心軸周りに回転駆動される。
搭載プレート１０には、平面視円形状をなし、回転台１２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は、製造装置１００の搭載プレート１０を平面視した模式図である。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。

サテライト２０は、図２に示すように搭載プレート１０の凹状収容部１１に収容され、上面にＳｉＣ基板Ｗを載置することができる。図２では、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。
サテライト２０は、原料ガスＧとは別の駆動用ガスがサテライト２０の下面と凹状収容部１１との間に供給されることにより、中心軸周りに回転駆動される仕組みとなっている（図示せず）。これにより、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。

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。

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には、ガス導入管３０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。チャンバ内で不要になったガスは、周壁６０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。

また、図１に示すように、原料ガス導入管３０のガス導入口３１とサテライト２０との間の原料ガスＧの上流側に配置された上流側部材４０を有する。「上流側部材」は、付着物が直接搭載プレートに付着することを防止する「保護部材」であり、ＳｉＣ基板Ｗ上以外の部分に堆積した付着物を容易に交換できるようにするために設置された「交換用部材」である。
製造装置１００を用いて複数回成膜を行うと、上流側部材４０上に付着物が堆積する。これらの付着物は清掃により除去することも可能であるが、清掃時にその他の部材を傷つけるリスクがある。保護部材は、このリスクを緩和することができる。また清掃により剥離されたものの除去しきれなかった付着物はパーティクルや部材の反りの発生の原因となるため、上流用部材は交換可能な交換用部材であることが好ましい。交換用部材とすることで、清掃等を行わずに、当該部材を交換するだけで、製造装置内部の付着物を容易に除去することができる。上流側部材４０はこのような保護部材および／または交換用部材であり、付着物の除去を容易にし、機械的なダメージを抑制することができる。
上流側部材の具体的な例としては、例えば、特許文献１の自公転型のプラネタリ型ＳｉＣエピタキシャル製造装置においては、円形補償プレートに対応する。

上流側部材は、図２のような形状に限られず、例えば図３に示すようにサテライト２０に一部かかるような形状でもよい。また上流側全てを上流側部材とする必要はなく、例えば図４に示すように、中央部に空間を形成し、原料ガス導入管のガス導入口の直下を除いたドーナツ状の形状としてもよい。これは、原料ガス分解物が特に堆積しやすい部分を、上流側部材して独立させたものである。ガス供給管の形状の影響を受ける部分と本願対象の上流側部材を分けたことにより、種々のガス供給管の形状に対応できる。

上流側部材４０は、その反応空間Ｋ側の表面にＳｉＣ材料を含む。この「表面にＳｉＣ材料を含む」とは、上流側部材の表面にＳｉＣ材料を含む膜を成膜して形成してもよく、ＳｉＣ材料を含む別部材を表面に設けてもよい。また上流側部材全てがＳｉＣ材料を含んでいてもよい。
図５は、ＳｉＣを含む層４１が形成された上流側部材４０を、その中心を通る任意の断面で切断した断面模式図である。ＳｉＣを含む層４１は、上流側部材４０の表面全体に渡って形成されている。なお、繰り返しになるが「ＳｉＣを含む層」は、成膜された「ＳｉＣ成膜層」でも、異なる部材からなる「ＳｉＣ部材」でもよい。
上流側部材４０は、ＳｉＣ基板Ｗ表面ほど高温には曝されないため、ＳｉＣを含む層４１の一部が昇華されにくい。またＳｉＣを含む層４１は、その表面に付着する付着物と材質が同様であるため、熱膨張率差が少なく反りの発生を抑制することができる。被成膜体であるＳｉＣ基板の大型化に伴い、ＳｉＣエピタキシャル膜の製造装置の大型化が進んでいる現在において、当該反りを少しでも少なくすることは上流側部材の破損を防ぐため非常に重要である。またＳｉＣを含む層４１上に堆積する付着物と、ＳｉＣを含む層４１の材質が同様になるため、付着物が剥離されにくく、パーティクルとして製造装置内部に再放出されることも抑制することができる。

上流側部材４０のＳｉＣを含む層４１は、異なる板状の部材を表面に設置したＳｉＣ部材であることが好ましい。ＳｉＣを含む層４１が、異なるＳｉＣ部材であれば、その下に存在する部材の影響を受けない。すなわち、下地との界面における熱膨張率差の影響を考える必要が無い。また、交換の簡便性や取り扱いの容易さの面からも、板状の部材を設置する方が好ましい。ＳｉＣを含む層のその下に存在する部材は、黒鉛などのカーボンを使用することができる。また、黒鉛はＴａＣなどの炭化物により、一部または全部が被覆されていてもよい。板状の基材とＳｉＣを含む層は、平面視で同じ形状に形成し密着して配置して形成することができる。ＳｉＣを含む層４１は、焼結により板状に形成されたＳｉＣを用いることができる。焼結により形成されたＳｉＣは多結晶とすることができる。

上流側部材４０の製造装置内部側の表面から１ｍｍ以上の領域が、ＳｉＣ材料を少なくとも含むことが好ましい。図５におけるＳｉＣを含む層４１の厚さが１ｍｍ以上であれば、十分な強度を有し、交換時等の機械的衝撃にも耐えることができる。また付着物との熱膨張率差が生じても、ＳｉＣを含む層４１の厚みが十分厚ければ、ＳｉＣを含む層４１の熱膨張が主になる。そのため、ＳｉＣを含む層４１が破損することを抑制することができる。

別の形態として、図６に示したように、上流側部材４０が、ＳｉＣ材料からなってもよい（すなわち、上流部材４０全てが、ＳｉＣを含む層４１となる）。カーボン材料の基材を用いず、上流側部材全体をＳｉＣ材料とすることにより、被覆が剥離して下地が露出する問題は解消される。ＳｉＣ材料は硬いため、部材の取外し等の機械的衝撃によって破損しにくい。また一部が破損したとしても、その破損部も全てＳｉＣからなるため、不要なカーボンの供給等を発生させることがない。また、上流側部材自体がＳｉＣ材料からなるため、付着物と熱膨張率差もほとんど生じない。
上流側部材にＳｉＣ材料を用いる場合には、そりや割れの問題を生じずに、厚いＳｉＣ材料用いることができる。ＳｉＣ材料の厚さは、１ｍｍ以上であることが好ましい。さらに、１．５ｍｍ以上がより好ましく、２ｍｍ以上８ｍｍ以下がさらに好ましい。ＳｉＣ材料の厚さは、変形に対して強くなるため厚い方が望ましいが、８ｍｍよりも厚くなるとコストが高くなるため好ましくない。

上流側部材をＳｉＣ材料とするとき、ＳｉＣ材料は多結晶ＳｉＣを用いることができる。多結晶ＳｉＣは、焼結により形成したものであってもよいし、ＣＶＤで成長した後、基材から剥離して形成したものであったものでもよい。
またＳｉＣを含む層４１は、ＳｉＣの単結晶からなっていてもよい。近年、昇華法によるＳｉＣ単結晶の大型化が進んでおり、大口径のＳｉＣ単結晶基板が入手できるようになっている。このようなＳｉＣ単結晶基板から、上流側部材を作成することができる。ＳｉＣの単結晶は、非常に硬いため、部材の取外し等の機械的衝撃によって破損しにくい。また一部が破損したとしても、その破損部も全てＳｉＣからなるため、不要なカーボンの供給等を発生させることがない。また、ＳｉＣの単結晶からなるため付着物による熱膨張率差もほとんど生じない。またＳｉＣの単結晶は強度が高く、単結晶であるために熱衝撃に対しても強いため、ＳｉＣの単結晶でＳｉＣを含む層４１を形成した場合、その厚みは０．５ｍｍ程度でも十分で、強度の高い上流側部材を作成することができる。

また、上流側部材４０は複数に分割されていてもよい。
図７は、原料ガスの流れの方向の分割線により分割されている上流側部材を模式的に示したものである。図７では、中央部に空間を形成し、かつ半円状のリングを二つ組み合わせた形状としている。上流側部材の一部を分断しておくことで、組成の異なる付着物が付着することによる上流側部材が反りを緩和することができる。また、交換作業を容易に行うこともできる。
図８は、さらに分割線を５本とした場合を模式的に示したものである。このように分割線を３本以上に増やして部材の最大長さを小さくすることにより、個々の上流側部材で、付着物の堆積によるそりの大きさを小さくすることができる。
分割線が原料ガスの流れの方向であるということは、完全に流れの方向と一致している必要はなく、傾きを持っていてもよい。

図９は複数に分割されている上流側部材において、分割線が原料ガスの流れの方向と直交する方向である上流側部材を模式的に示したものであり、図９（ａ）は上流側部材の中心を通る任意の断面で切断した断面模式図であり、図９（ｂ）は上流側部材の平面模式図である。上流側部材は、製造装置内部側の表面にＳｉＣ材料を含む層が形成されている。本実施形態では、原料ガスは上流側部材の中央にから同心円状に広がるように供給される。上流側部材４０が原料ガスの流れ方向と直交する方向の分割線により複数に分割されていると、部材の反りの発生を抑制することができる。
ＳｉＣのエピタキシャル成長において、原料ガスは一般にＳｉ系のシランとＣ系のプロパンを用いるが、それぞれのガスは分解速度が異なる。そのため、より上流側ではＳｉ系の不純物が付着し、ＳｉＣ基板に近づくにつれＣ系の不純物の含有量が多くなった付着物が付着する。そのため、堆積した付着物は上流側部材の上流側と下流側で熱膨張率が異なる。すなわち、付着物と被付着面の熱膨張率差だけでなく、付着物間でも熱膨張率差が生じる。そのため、上流側部材を原料ガスの流れ方向に対して分割すると、この原料ガスの流れ方向に生じる熱膨張率差をより効率的に緩和することができ、堆積した付着物が剥離しパーティクルが発生すること及び部材の反りを効果的に抑制することができる。
図９では、２本の分割線により、上流側部材を３つの同心円状の部材で構成することを示したが、分割線は３本以上とすることができる。

図１０は、図９と同じく、複数に分割されている上流側部材において、分割線が原料ガスの流れの方向と直交する方向である場合であるが、上流側部材４０がＳｉＣ材料からなることが異なる場合を模式的に示した図である。上流側部材がＳｉＣ材料からなる場合であっても、ガスの流れ方向に付着物の組成が異なることは同様であり、部材のそりを抑制する効果は同様である。

図１１は、上流側部材の中央部に空間を形成したドーナツ状の形状と、原料ガスの流れの方向の分割線と原料ガスの流れの方向と直交する方向の分割線を組み合わせた場合を模式的に示した図である。さらに、原料ガスの流れの方向と直交する場合の分割線は、高さ方向で段差を形成している。これにより、個々の分割された上流側部材がずれることを防ぐことができる。

上流側部材４０に積層されたＳｉＣを含む層４１は、原料ガスの流れ方向上流側がＳｉリッチのＳｉＣからなり、原料ガス流れ方向下流側がＣリッチのＳｉＣとしてもよい。具体的には、例えば図９に示すように、ＳｉＣを含む層４１が上流部４１ａ、中央部４１ｂ、下流部４１ｃと３つに分割されている場合、ＳｉＣを含む層４１が含有するＳｉ濃度が上流部４１ａ＞中央部４１ｂ＞下流部４１ｃとなることが好ましい。上述のように、上流側ではＳｉ系の不純物が付着し、ＳｉＣ基板に近づくにつれＣ系の不純物等が付着する。そのため、上流部４１ａを予めＳｉリッチにしておくことで、その上に堆積した付着物が剥離することや部材の反りの発生をより抑制することができる。また同様に、下流部４１ｃを予めＣリッチにしておくことで、その上に堆積した付着物が剥離することや部材の反りの発生をより抑制することができる。

またＳｉＣ基板Ｗが載置されるサテライト２０と、上流側部材４０と１０ｍｍ以上離れていることが好ましい。一般に、ＳｉＣ基板Ｗが載置されるサテライト２０近傍は、ＳｉＣエピタキシャル膜が適切に成長するように、分解されたＳｉと分解されたＣが適切に供給されている。そのため、ＳｉＣ基板Ｗが載置されるサテライト２０近傍で発生する付着物はＳｉＣと同一の組成になっているものが多い。これに対し、上流側部材４０がサテライト２０と１０ｍｍ以上離れていると、上流側部材４０上に堆積する付着物はＳｉまたはＳｉリッチなＳｉＣである。これらの物質は従来上流側部材に用いられてきたＴａＣの被膜を剥離しやすい。そのため、当該上流側部材４０がサテライトの上流側の端から１０ｍｍ以上離れている実施の形態において、不要なカーボンの供給等の発生や、付着物由来のパーティクルの発生を抑制するという本願の効果がより顕著に得られる。

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)
化学的気相成長装置としては、搭載プレート上に平面視６つの凹状収容部を有するプラネタリ型の化学的気相成長装置を設けた。搭載プレートの凹状収容部には、サテライトが収容され、サテライト上にはＳｉＣ基板（４インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板）を載置した。
またサテライトと原料ガスの供給口の間には、図２で示すような円形形状の上流側部材を設けている。上流側部材は、化学的気相成長装置内側の表面側に、厚さ１ｍｍのＳｉＣ多結晶からなる部材を有するものとした。
原料ガスは、図１で示すように、プラネタリ型の化学気相成長装置の中央に設置された原料ガス供給口から供給されるものとした。原料ガスとしては、シランとプロパンの混合ガスを用い、キャリアガスとして水素を用いた。
このような装置を用い、搭載プレートを公転、サテライトを自転させながら、ＳｉＣ基板上に、ＳｉＣのエピタキシャル膜を１０μｍ成長させる成長を、３回繰り返した。
その結果、３回目の成長で、ＳｉＣ基板の中央のＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度は、０．７４×１０^１６／ｃｍ^−３で、ＳｉＣ基板の外周から５ｍｍの位置のＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度は、０．６９×１０^１６／ｃｍ^−３であった。
またこのとき、ＳｉＣエピタキシャル膜の表面欠陥密度は、０．４個／ｃｍ^２であった。これらは３回の成長で特に変化はなかった。
またＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた後の上流側部材の反りは、０ｍｍであり変化は見られなかった。上流側部材の反りは、上流側部材を平坦面に置いた際に最も平坦面から離れた点の平坦面までの鉛直方向の距離で規定した。

(実施例２)
実施例２は、上流側部材が、厚さ５ｍｍのＳｉＣ多結晶からなる部材を有するものとしたこと以外、実施例１と同様の条件でＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた。
このときの３回目の成長で、ＳｉＣ基板の中央のＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度は、０．７６×１０^１６／ｃｍ^−３で、ＳｉＣ基板の外周から５ｍｍの位置のＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度は、０．６４×１０^１６／ｃｍ^−３であった。またこのとき、ＳｉＣエピタキシャル膜の表面欠陥密度は、０．４個／ｃｍ^２であった。
またＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた後の上流側部材の反りは、０ｍｍであり変化は見られなかった。

(比較例１)
比較例１は、上流側部材として、ＴａＣコートのカーボン部材を用い、その表面がＳｉＣ材料を含んでいない点のみが実施例１と異なり、その他の条件は実施例１と同様の条件でＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた。
実施例1と同じだけＳｉＣエピタキシャル膜を成長させたとき、上流側部材に、０．３ｍｍのそりが観察された。

実施例１および実施例２では、ＳｉＣ基板の中央と外周で、ＳｉＣ基板上に成長したＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度に大きな差がなく、均質なＳｉＣエピタキシャル膜が得られている。
また比較例１の上流側部材がＳｉＣエピタキシャル成長後に反っていたのに対し、実施例１および実施例２の上流側部材はほとんど反りが確認されなかった。すなわち、実施例１および実施例２の上流側部材は破損の可能性が低いことがわかる。比較例では、ＳｉＣエピタキシャル成長の繰り返しによりさらにそりが増大し、積算２００μｍまで成長した場合、図１２に示すように、平坦面上に上流部材を載置した際に、上流部材の下面が浮き上がっている。このときの上流側部材の反りは、２ｍｍであった。
また、比較例においては、エピタキシャル成長の繰り返しにより、ＴａＣの被膜の一部がはがれてきているのが観察され、それに伴い、パーティクルの増加とキャリア濃度分布の変化が観察された。

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。

１００…製造装置、１０…搭載プレート、１１…凹状収容部、１２…回転軸、１３…回転台、１３ａ…回転台上面、２０…サテライト、３０…ガス導入管、３１…ガス導入口、４０…上流側部材、４１…ＳｉＣを含む層、４１ａ…上流部、４１ｂ…中央部、４１ｃ…下流部、５０…シーリング、６０…周壁、７０…誘導コイル、Ｇ…原料ガス、Ｋ…反応空間

Claims (7)

1. 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ための原料ガス導入管と、
   前記原料ガス導入管のガス導入口と前記サテライトとの間の原料ガスの上流側に配置され、前記搭載プレート上に設けられた上流側部材とを有し、
   前記上流側部材が、ＳｉＣ材料からなり、
   前記上流側部材は、中央部に空間を形成したドーナツ状の形状であり、
   前記上流側部材は、複数に分割されていることを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
2. 前記上流側部材が、ＳｉＣ多結晶からなることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
3. 前記上流側部材が、ＳｉＣ単結晶からなることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
4. 前記複数に分割されている上流側部材において、分割線が原料ガスの流れの方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
5. 前記複数に分割されている上流側部材において、分割線が原料ガスの流れの方向と直交する方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
6. 前記ＳｉＣ基板が載置されるサテライトと前記上流側部材が１０ｍｍ以上離れていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
7. 前記上流側部材の厚みが１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。