JP7055004B2 - ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法 - Google Patents

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桁大きい。また炭化珪素のバンドギャップはシリコンより３倍大きく、炭化珪素の熱伝導率はシリコンより３倍程度高い。そのため、炭化珪素（ＳｉＣ）は、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。

ＳｉＣデバイスの実用化の促進には、高品質のＳｉＣエピタキシャルウェハ及び高品質のエピタキシャル成長技術の確立が不可欠である。

ＳｉＣエピタキシャル成長装置としては、種々の方法が知られている。たとえば特許文献１には、自公転式のＣＶＤ装置が記載されている。特許文献２に記載されているように、ＣＶＤ装置の内部は様々な構造の部材により構成され、それらは機械的に接触する位置に配置されている。

ＳｉＣエピタキシャルウェハの品質に影響を及ぼす欠陥として線状欠陥、三角欠陥等がある。これらの欠陥は、ＳｉＣウェハ上に付着した堆積物を起点として形成される。

例えば、特許文献２には、装置に使用するコーティング部材を管理し、三角欠陥の面密度が所定の値を超えた時点でコーティング部材を交換することが記載されている。定期的にコーティング部材を交換することで、コーティング部材の劣化を防ぎ、発塵の原因となることを抑制している。

特表２００４－５０７６１９号公報 特開２０１３－２３３９９号公報

特許文献２に記載のように、コーティング部材を定期的に交換することで、三角欠陥の量を低減することができた。しかしながら、欠陥の全体数が低減された条件下で、欠陥の推移を確認すると、コーティング部材を交換した直後に欠陥数が増加することが分かった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、部材交換直後に増加する欠陥を抑制できるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法を得ることを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、使用後のコーティング部材と使用前のコーティング部材とを比較すると、使用後のコーティング部材の所定の部分の表面光沢が変化していることを見出した。鋭意検討の結果、この所定の部分が、成膜時に他のコーティング部材と接触するおそれのある部分であることを見出した。そして、当該部分の表面状態を変えると、部材交換直後に増加する欠陥を抑制できることを見出した。
すなわち、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）第１の態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、ＴａＣコートされたコーティング部材を複数用いたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、前記コーティング部材を交換する際に、交換する前記コーティング部材の所定の部分の表面状態を変える表面処理工程を有し、前記所定の部分は、成膜時に交換する前記コーティング部材が他のコーティング部材と接触する部分又は接触するおそれがある部分である。

（２）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法の前記表面処理工程において、交換する前記コーティング部材と、当該コーティング部材と接触又は接触するおそれがある前記他のコーティング部材と、を共摺りしてもよい。

（３）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法において、前記所定の部分の表面粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ以下としてもよい。

（４）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法において、前記コーティング部材が、サセプタ、サセプタ支持台、サセプタ覆い板、サセプタ押え板、サテライトからなる群から選択されるいずれかを含んでもよい。

（５）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法において、前記表面処理工程の後に、部材交換後における初回のエピタキシャル成長を行ってもよい。

本発明の一態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法によれば、部材交換直後に増加する欠陥を抑制できる。

ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の一例を模式的に示した図である。 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模式的に示した斜視図である。 新品のサセプタ押え板の表面及び複数回のエピタキシャル成長処理を行った後のサセプタ押え板の表面の光学顕微鏡像である。 使用後のサテライトの裏面の光学顕微鏡像である。 交換するコーティング部材の共摺り前後の表面状態を光学顕微鏡により測定した結果である。 交換するコーティング部材の共摺り前後の表面粗さをレーザー顕微鏡で測定した結果である。 コーティング部材を交換後にエピタキシャル成長を行ったＳｉＣエピタキシャルウェハにおけるパーティクル起因の欠陥数の推移を示すグラフである。

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。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。以下の説明において例示される材質、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、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の一例を模式的に示した図である。図１に示す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、シーリング３０と、周壁４０と、誘導コイル５０と、を備える。搭載プレート１０、シーリング３０、周壁４０及び誘導コイル５０により囲まれた空間が、反応空間Ｋである。

シーリング３０は、搭載プレート１０の上面に配置された天板である。シーリング３０の中央部には、原料供給管３１が設けられる。原料供給管３１から原料ガスＧが反応空間Ｋに供給される。反応空間Ｋに供給された原料ガスＧは、ウェハＷに供給される。

周壁４０は、反応空間Ｋを囲む周壁である。周壁４０には、複数の孔（排気孔）が形成されている。この孔を通して、反応空間Ｋからキャリアガスが排気される。

誘導コイル５０には、高周波電源から高周波電流が供給される。誘導コイル５０に高周波電流が流れると、高周波誘導加熱により搭載プレート１０、シーリング３０及び周壁４０が加熱する。これらが高温になることで、反応空間Ｋが加熱される。

搭載プレート１０は、回転軸１１と、サセプタ１２と、サセプタ支持台１４と、サセプタ押え板１６と、サセプタ覆い板１８とを備える。回転軸１１が駆動モータにより回転駆動すると、搭載プレート１０がその回転軸１１周りに公転する。

サセプタ１２は、円板状の部材である。サセプタ１２の中央部には開口部１２Ａが設けられている。開口部１２Ａには、サセプタ支持台１４、サセプタ押え板１６及びサセプタ覆い板１８が嵌合している。

サセプタ１２は、サセプタ支持台１４により支持され、サセプタ支持台１４はサセプタ押え板１６により押えられる。サセプタ支持台１４には、サセプタ押え板１６が嵌合する。サセプタ押え板１６はサセプタ１２を押える押え部材である。

図２は、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模式的に示した斜視図である。サセプタ１２のシーリング３０側の面には、複数の凹部１２Ｂがある。凹部１２Ｂは、サセプタ１２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。

複数の凹部１２Ｂには、サテライト２０が収容される。サテライト２０は、サセプタ１２の凹部１２Ｂの内径よりも僅かに小さい外径を有する。凹部１２Ｂ内にガスを供給することで、サテライト２０は収容部１２Ｂ内で自転する。

各サテライト２０には、ウェハＷが載置される。サテライト２０上に載置されたウェハＷは、回転軸１１を中心に公転しながら、サテライト２０の中心を軸に自転する。

サセプタ覆い板１８は、サセプタ１２に付随する部品である。サセプタ覆い板１８は、サテライト２０がある部分を除くサセプタ１２の上面の一部または大部分を覆う薄板状の部材である。図２に示すサセプタ覆い板１８は、サセプタ１２の中央部分の上面に配置される円形の板である。サセプタ覆い板１８の形状は、中央部が欠けた円環状であってもいいし、複数に分割されていてもいい。

サセプタ１２、サセプタ支持台１４、サセプタ押え板１６及びサセプタ覆い板１８は、ＴａＣでコーティングされた黒鉛部材である。反応空間Ｋ内の温度は、成膜時に２０００℃近くまで到達する。ＴａＣは、この温度領域にも耐熱性を有し、原料ガスＧとの反応性も低い。ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００において、ＴａＣコートされたコーティング部材は広く用いられている。

サセプタ１２、サセプタ支持台１４、サセプタ押え板１６及びサセプタ覆い板１８は、互いに接触している。この接触抵抗により、サセプタ１２、サセプタ支持台１４、サセプタ押え板１６及びサセプタ覆い板１８は、成膜時に搭載プレート１０が公転する際に、原則一体として回転する。しかしながら、これらの部材は互いに接着していないため、互いの接触面が擦れる場合がある。

図３は、新品のサセプタ押え板の表面及び複数回のエピタキシャル成長処理を行った後のサセプタ押え板の表面の光学顕微鏡像である。表面状態は、サセプタ押え板がサセプタと接触する接触面と接触しない非接触面とを確認した。図３に示すように、接触面の表面状態は変化しているのに、非接触面の表面状態は変化していなかった。コーティング部材の接触面同士が擦れていることが分かる。

一方、サセプタ１２とサテライト２０とは、成膜時において原則互いに接触していない。サテライト２０は、サセプタ１２の凹部１２Ｂに供給されたガスにより浮遊して自転するためである。しかしながら、成膜時において完全に非接触を保つことは難しく、サセプタ１２とサテライト２０とは互いに接触するおそれがある。

図４は、使用後のサテライトの裏面の光学顕微鏡像である。図４の点線で囲んだ領域内に擦れた後が確認された。つまり、サセプタ１２とサテライト２０とが、成膜時において互いに接触する場合があることが確認された。

本実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、上述のようなＴａＣコートされたコーティング部材を複数備えるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を用いる場合に適用される。

本実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、コーティング部材を交換する際に、表面処理工程を行う。表面処理工程では、交換するコーティング部材の所定の部分の表面状態を変える。ここで、所定の部分とは、成膜時に交換するコーティング部材と他のコーティング部材とが、接触する部分又は接触するおそれがある部分である。

図１に示すＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００において、コーティング部材同士が接触する部分は、サセプタ１２とサセプタ覆い板１８、サセプタ１２とサセプタ支持台１４、サセプタ１２とサセプタ押え板１６、サセプタ支持台１４とサセプタ押え板１６及びサセプタ押え板１６とサセプタ覆い板１８の界面である。またコーティング部材同士が接触するおそれがある部分は、サセプタ１２とサテライト２０との界面である。従って、図１に示すＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００においてコーティング部材を交換する場合に、表面処理を行う部材は、サセプタ、サセプタ支持台、サセプタ覆い板、サセプタ押え板、サテライトからなる群から選択されるいずれかである。

表面処理方法は、特に問わない。例えば、研磨、アッシング、エッチング等の手段を用いることができる。これらの中でも研磨が簡便であり特に好ましい。また研磨の一つの手法として、共摺りを行うことが好ましい。共摺りとは、複数のコーティング部材を接触させ、コーティング部材の接触面を摺合せることである。コーティング部材同士が摺合せることにより、接触面が研磨される。

表面処理工程を行うと、コーティング部材を交換直後に増加する欠陥を抑制できる。増加する欠陥は、大きさが数十μｍから数百μｍ程度の三角欠陥や線状欠陥である。これらの欠陥は、ウェハＷの表面に付着した不純物起因で生じる。つまり、コーティング部材を交換直後に増加する欠陥は発塵起因であり、表面処理工程を行うと交換初期の発塵が抑制されていると考えられる。

交換初期の発塵は、新品のコーティング部材が他のコーティング部材と接触することで生じると考えられる。三角欠陥等の欠陥は、成膜回数が多くなる（製造装置の使用回数が増える）に従い減少するためである。つまり、表面処理工程を行うと、コーティング部材同士の接触面が平坦化し、発塵が低減していると考えられる。

表面処理工程では、表面処理が行われる所定の部分の表面粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ以下とすることが好ましい。三角欠陥等の欠陥数が安定するまで充分使用したコーティング部材の表面粗さ（Ｒａ）は、０．５μｍ以下である。すなわち、表面処理工程においてコーティング部材同士が接触する部分又は接触するおそれがある部分の表面粗さを、当該程度まで低減することで、交換初期に生じる発塵を充分低減することができる。

部材交換後の初回のエピタキシャル成長は、上記の表面処理工程の後に行う。この手順で行うことで、部材交換後の初回のエピタキシャル成長時から所定の欠陥の欠陥数を低減することができる。

上述のように、本実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法によれば、部材交換直後に増加する欠陥を抑制できる。

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。

ここまで図１に示すＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００を用いる場合を例に説明したが、装置が変われば装置構成が変わる。そのため、他のコーティング部材と接触又は接触するおそれがあるコーティング部材は、サセプタ、サセプタ支持台、サセプタ覆い板、サセプタ押え板及びサテライトに限られない。

（実施例１）
図１に示すようなＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置において、サセプタ１２を交換した。交換の際にはサセプタ１２を、サセプタ支持台１４及びサセプタ押え板１６と共摺りした。共摺りは、接触面に光沢がでるまで行った。

図５は、交換するコーティング部材の共摺り前後の表面状態を光学顕微鏡により測定した結果である。図５（ａ）は共摺り後の表面状態であり、図５（ｂ）は共摺り前の表面状態である。図５に示すように、共摺りにより粒界部の突起部が摩耗し、表面状態が滑らかになったと推定される。

また図６は、交換するコーティング部材の共摺り前後の表面粗さをレーザー顕微鏡で測定した結果である。Ｒａは算術平均粗さであり、Ｒｑは二乗平均平方根高さである。いずれの指標においても、共摺り後に表面粗さが低減した。

そして表面処理を終えたサセプタを用いて、エピタキシャル成長を３０回行った。成膜後のウェハにおけるパーティクル起因の欠陥数をカウントした。その結果を図７に示す。

（比較例１）
比較例１は、共摺りを行わなかった点が実施例１と異なる。サセプタを交換後に、エピタキシャル成長を５０回行った。成膜後のウェハにおけるパーティクル起因の欠陥数をカウントした。その結果を図７に示す。

図７は、コーティング部材を交換後にエピタキシャル成長を行ったＳｉＣエピタキシャルウェハにおけるパーティクル起因の欠陥数の推移を示すグラフである。横軸はエピタキシャル成長を行った回数（ラン数）であり、縦軸は欠陥数である。図７に示すように、表面処理を行わなかった比較例１は、交換直後に欠陥数が多かった。これに対し、表面処理を行った実施例１は、交換直後に生じる欠陥を抑制できた。

１０ 搭載プレート
１１ 回転軸
１２ サセプタ
１２Ａ 開口部
１２Ｂ 凹部
１４ サセプタ支持台
１６ サセプタ押え板
１８ サセプタ覆い板
２０ サテライト
３０ シーリング
３１ ガス供給管
４０ 周壁
５０ 誘導コイル
Ｗ ウェハ
Ｇ 原料ガス

Claims (4)

1. ＴａＣコートされたコーティング部材を複数用いたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、
   前記コーティング部材を交換する際に、交換する前記コーティング部材の所定の部分の表面状態を変える表面処理工程を有し、
   前記所定の部分は、交換する前記コーティング部材が、成膜時に他のコーティング部材と接触する部分又は接触するおそれがある部分であり、
   前記所定の部分の表面粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ以下とする、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
2. 前記表面処理工程において、交換する前記コーティング部材と、当該コーティング部材と接触又は接触するおそれがある前記他のコーティング部材と、を共摺りする、請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
3. 前記コーティング部材が、サセプタ、サセプタ支持台、サセプタ覆い板、サセプタ押え板、サテライトからなる群から選択されるいずれかを含む、請求項１又は２に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
4. 前記表面処理工程の後に、部材交換後における初回のエピタキシャル成長を行う、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方法。

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