JP7435266B2

JP7435266B2 - サセプタ、化学気相成長装置及びエピタキシャルウェハの製造方法

Info

Publication number: JP7435266B2
Application number: JP2020094191A
Authority: JP
Inventors: 喜一梅田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: JP2021190547A

Description

本発明は、サセプタと、このサセプタを用いた化学気相成長装置及び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。ＳｉＣ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ウェハ（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ウェハは、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、化学気相成長（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）装置によって形成される。

このようなＣＶＤ装置の一例として、回転軸を中心に回転するサセプタを有する装置が知られている。サセプタ上に載置されたＳｉＣウェハが回転することで、面内方向のガス供給状態を均一化し、ＳｉＣウェハ上に均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる。ＳｉＣウェハは、手動あるいは自動の搬送機構を用いて、ＣＶＤ装置内部に搬送され、サセプタ上に載置される。ＳｉＣウェハが載置されたサセプタを裏面より加熱し、ＳｉＣウェハ表面に上方から反応ガスを供給して成膜が行われる。

例えば、特許文献１には、成膜空間の外部で、サセプタ（ウェハ支持台）にＳｉＣウェハを載置し、その後、ＳｉＣウェハが設置されたサセプタを成膜空間に搬送して、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行うように構成された化学気相成長装置が記載されている。この特許文献１に記載の化学気相成長装置では、サセプタの搬送手段としてアームが用いられている。

特開２０１７－１１７８５０号公報

近年の半導体デバイスの微細化や高密度化に伴って、ＳｉＣエピタキシャルウェハに対して、さらなる膜厚の均一性の向上が望まれている。しかしながら、特許文献１に記載されているように、ＳｉＣウェハが設置されたサセプタを成膜空間に搬送して、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行うように構成された化学気相成長装置においては、成膜空間に配置されたサセプタの位置にわずかなずれが生じることがある。そして、このわずかなサセプタの位置ずれによって、ＳｉＣウェハに成膜されたＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚が不均一となることがあった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、位置決めを精度よく行うことができるサセプタと、そのサセプタを用いた化学気相成長装置及びエピタキシャルウェハの製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明者らは、検討の結果、サセプタのＳｉＣウェハが載置される面と反対側の面の中央に凸部を形成し、その凸部の側面に少なくとも３つのノッチを設けて、そのノッチのそれぞれに突起物を挿入してサセプタを固定することにより、サセプタを精度よく正確に位置決めすることができることを見出して、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、前記の課題を解決するため、以下の手段を提供する。

［１］気相成長によってエピタキシャル膜を成膜させるためのウェハが載置されるウェハ載置部を備える基部と、前記基部の前記ウェハ載置部を備える面と反対側の面の中央に形成された凸部とを有し、前記凸部の側面に少なくとも３つのノッチが設けられているサセプタ。

［２］前記凸部は円筒体もしくは円柱体であり、前記円筒体もしくは円柱体の中心が、前記ウェハ載置部の中心線上にある前記［１］に記載のサセプタ。

［３］前記ノッチが等間隔に配置されている前記［１］または［２］に記載のサセプタ。

［４］サセプタの位置決め装置と、前記サセプタを着脱可能に支持するための支柱を備えた炉体と、前記サセプタの位置決め装置にて所定の位置に配置された前記サセプタを、前記炉体の前記支柱に配置する搬送手段と、を有し、前記サセプタは、前記［１］～［３］のいずれか一つに記載のサセプタであって、前記サセプタの位置決め装置は、前記サセプタの前記ノッチのそれぞれに突起物を挿入することによって前記サセプタの位置を決める化学気相成長装置。

［５］ウェハを成膜空間に搬送し、前記成膜空間内で前記ウェハ上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャルウェハの製造方法であって、前記［１］～［３］のいずれか一つに記載のサセプタの前記ノッチのそれぞれに突起物を挿入することによって前記サセプタを所定の位置に配置する位置決め工程と、所定の位置に配置された前記サセプタの前記ウェハ載置部に、前記ウェハを載置する載置工程と、前記ウェハが載置された前記サセプタを前記成膜空間に搬送する搬送工程と、搬送された前記サセプタに載置された前記ウェハ上にエピタキシャル膜を成膜する成膜工程と、を有するエピタキシャルウェハの製造方法。

本発明によれば、位置決めを精度よく行うことができるサセプタと、そのサセプタを用いた化学気相成長装置及びエピタキシャルウェハの製造方法を提供することが可能となる。

（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るサセプタの模式断面図であり、（ｂ）は、サセプタの模式底面図である。本発明の第２実施形態に係る化学気相成長装置の構成を示す概念図である。（ａ）は、図２に示す化学気相成長装置で用いられるサセプタ位置決め室の模式断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ線断面図である。サセプタ位置決め室で有利に用いることができる突起物の一例の斜視図である。図２に示す化学気相成長装置で用いられる炉体の模式断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るサセプタ、化学気相成長装置及びエピタキシャルウェハの製造方法について、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。

＜第１実施形態（サセプタ）＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るサセプタの構成を説明する模式図であり、（ａ）は、サセプタの断面図であり、（ｂ）は、サセプタの底面図である。
図１に示すように、サセプタ１０は、気相成長によってＳｉＣエピタキシャル膜を成膜させるためのＳｉＣウェハＷが載置されるウェハ載置部１２を備える基部１１と、ウェハ載置部１２を備える面と反対側の面の中央に備えられた凸部１３とを有する。

サセプタ１０の基部１１は、円板状とされている。
ウェハ載置部１２は、基部１１の中央に備えられている。ウェハ載置部１２は、ＳｉＣウェハＷの位置ずれを防止するために、基部１１の表面に対して低く落ち込んだ形状とされている。ウェハ載置部１２の直径φ_ｙは、基部１１の直径φ_ｘに対して５０％以上８０％以下の範囲内にあることが好ましい。

凸部１３は、円筒体とされている。凸部１３の中心は、ウェハ載置部１２の中心線Ｃの上にある。凸部１３は、底面が平坦とされている。凸部１３の底面を平面上に配置することによって、サセプタ１０は自立可能となっている。サセプタ１０を安定して自立させるために、基部１１の直径φ_ｘ、ウェハ載置部１２の直径φ_ｙ及び凸部１３の外径φ_ｚは、直径φ_ｙ＜外径φ_ｚ＜直径φ_ｘの順に大きくなっていて、（直径φ_ｘ－外径φ_ｚ）／（外径φ_ｚ－直径φ_ｙ）が０．５以上５０以下の範囲内にあることが好ましい。凸部１３の高さｈ_ｚは、サセプタ１０全体ｈ_ｘの高さに対して１０％以上５０％以下の範囲内にあることが好ましい。凸部１３の厚さｔは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

凸部１３の側面には周方向に沿って３つのノッチ１４が設けられている。３つのノッチ１４はそれぞれ等間隔に配置されている。３つのノッチ１４のそれぞれに突起物を挿入することによって、サセプタ１０を移動できないように固定することができる。ノッチ１４のサイズは、凸部１３の強度を低下させない範囲であれば特に制限はない。凸部１３の強度を低下させない観点から、ノッチ１４の幅ａ（凸部１３の周方向の長さ）のサイズは、凸部１３の外周の長さの１％以上５％以下の範囲内にあることが好ましい。ノッチ１４の高さｈ_ｗは、凸部１３の高さｈ_ｚの２０％以上５０％以下の範囲内にあることが好ましい。ノッチ１４の深さｄは、凸部１３の厚さｔの２０％以上５０％以下の範囲内にあることが好ましい。

サセプタ１０の材料としては、例えば、ＳｉＣなどのセラミックス、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどの金属を用いることができる。また、セラミックスや金属の無垢材のほかに、カーボン材料の表面をＳｉＣ、ＴａＣ等の炭化金属でコーティングした複合材を用いることができる。

以上のような構成とされた本実施形態に係るサセプタ１０によれば、凸部１３の側面に設けられた３つのノッチ１４のそれぞれに突起物を挿入することによって、サセプタ１０を移動できないように所望の位置で固定することができるので、サセプタ１０の位置を比較的容易に正確に決めることが可能となる。

本実施形態のサセプタ１０では、凸部１３は円筒体とされているが、凸部１３の形状は、これに限定されるものではない。例えば、凸部１３の形状を、円柱体、多角柱体（例えば、三角柱体、四角柱体）、多角筒体（例えば、三角筒体、四角筒体）としてもよい。ただし、凸部１３は、平面視において外周が円形であることが好ましい。すなわち、凸部１３は、円筒体もしくは円柱体であることが好ましい。

また、本実施形態のサセプタ１０では、凸部１３の側面に設けられているノッチ１４の数は３つとされているが、これに限定されるものではない。ノッチ１４の数は、３つ以上であれば、特に制限はない。ただし、ノッチ１４の数が多くなりすぎると、凸部１３の強度が低下するおそれがある。このためノッチ１４の数は８つ以下であることが好ましく、６つ以下であることが特に好ましい。

さらに、本実施形態のサセプタ１０では、３つのノッチ１４はそれぞれ等間隔に配置されているが、サセプタ１０を移動できないように固定することができれば、ノッチ１４の間隔は等間隔でなくてもよい。

またさらに、本実施形態のサセプタ１０では、凸部１３の底面が平坦で、サセプタ１０は自立可能とされているが、これに限定されるものではない。例えば、サセプタ１０を支持体で支持した状態で、ノッチ１４のそれぞれに突起物を挿入することによって、サセプタ１０を固定して、位置を決める構成としてもよい。

＜第２実施形態（化学気相成長装置）＞
次に、本発明の第２実施形態に係る化学気相成長装置を説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る化学気相成長装置の構成を示す概念図である。図３は、図２に示す化学気相成長装置のサセプタ位置決め室を説明する図面であって、（ａ）は模式断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ線断面図である。図４は、サセプタ位置決め室で有利に用いることができる突起物の一例の斜視図である。図５は、図２に示す化学気相成長装置の炉体の模式断面図である。

図２に示すように、化学気相成長装置１００は、準備室２０と、準備室２０に接続するサセプタ位置決め室３０と炉体４０とを有する。
準備室２０は、搬送用空間Ｐを形成する。準備室２０は、アーム２１を有する。アーム２１は、ＳｉＣウェハが載置されたサセプタ１０を、準備室２０とサセプタ位置決め室３０との間あるいは準備室２０と炉体４０との間で搬送する搬送手段として機能する。アーム２１の先端部２１ａはＵ字状（刺又状）とされており、Ｕ字状の先端部２１ａでサセプタ１０の凸部１３を挟むようにしてサセプタ１０の下部を支持して、サセプタ１０を搬送する。

サセプタ位置決め室３０は、図３に示すように、位置決め装置３１が備えられている。位置決め装置３１は、サセプタ１０が配置される台座部３２と、台座部３２に設けられている長手方向に移動可能な突起物３３とを有する。位置決め装置３１は、台座部３２に配置されたサセプタ１０の凸部１３の側面に設けられたノッチ１４のそれぞれに突起物３３を挿入することによって、サセプタ１０を移動できないように固定する。これにより、サセプタ１０の位置は決められる。

突起物３３の形状としては、サセプタ１０のノッチ１４に挿入可能な形状であれば特に制限ない。突起物３３の形状としては、図４の（ａ）に示すように、先端が三角柱状とされているもの、図４の（ｂ）に示すように、先端の下方が突き出るように、三角柱を斜めに傾けた形状とされているものを用いることができる。また、図４の（ｃ）に示すように、先端が角部を削った三角柱状とされているものを用いることができる。さらに、図４の（ｄ）に示すように、先端の下方が突き出るように、角部を削った三角柱を斜めに傾けた形状とされているものを用いることができる。

サセプタ位置決め室３０は、サセプタ１０のウェハ載置部１２にＳｉＣウェハＷを載置するためのウェハ載置装置（図示略）が備えられていて、サセプタ位置決め室３０内にて、ウェハ載置部１２にＳｉＣウェハＷを載置することができるようにされている。ウェハ載置部１２にＳｉＣウェハＷを載置する工程は、サセプタ１０の位置決めを実施した後に行うことが好ましい。

炉体４０は、成膜空間Ｒを形成する。成膜空間Ｒは、成膜時は１６００℃程度の高温となる。

炉体４０の内部には、ＳｉＣウェハＷが載置されたサセプタ１０を、着脱可能に保持するためのサセプタ保持部４１が設けられている。サセプタ保持部４１は、サセプタ１０が配置される設置部４２と、設置部４２を支持する支柱４３とからなる。支柱４３は回転可能とされている。また、炉体４０の内部には、図示略のガス供給管及びヒーター等が設置されている。ガス供給管は、原料ガス、キャリアガス、エッチングガス等のガスを成膜空間Ｒに供給する。ヒーターは、成膜空間Ｒ内を加熱する。

炉体４０と準備室２０の間はシャッター５０で仕切られている。サセプタ１０を成膜空間Ｒに搬送する際はシャッター５０を開いた状態とし、搬送時以外（特に、成膜時）はシャッター５０を閉じた状態とする。シャッター５０を閉じることによって、成膜時のガスや熱が成膜空間Ｒから流出することを防止して、成膜空間Ｒの環境を安定にすることができ、これにより生成するＳｉＣエピタキシャル膜の均一性が向上する。

以上のような構成とされた本実施形態に係る化学気相成長装置１００によれば、サセプタ１０の凸部１３の側面に設けられた３つのノッチ１４と突起物３３とを用いることによって、サセプタ１０を移動できないように固定することができるので、サセプタ１０の位置を正確に決めることが可能となる。このため、本実施形態の化学気相成長装置１００を用いることによって、サセプタ１０を、炉体４０の、予め設定された所定の設置部４２の上に配置することができ、これによりサセプタ１０のウェハ載置部１２に載置されたＳｉＣウェハＷの表面に、ＳｉＣエピタキシャル膜を均一に成膜することが可能となる。

また、本実施形態の化学気相成長装置１００では、サセプタ位置決め室３０は、ウェハ載置装置（図示略）が備えられていて、サセプタ位置決め室３０内にて、ウェハ載置部１２にＳｉＣウェハＷを載置することができるようにされているが、これに限定されるものではない。ウェハ載置部１２にＳｉＣウェハＷを載置する工程は、サセプタ位置決め室３０以外の場所で実施するようにしてもよい。

＜第３実施形態（エピタキシャルウェハの製造方法＞
次に、本発明の第３実施形態に係るエピタキシャルウェハの製造方法を、上記の化学気相成長装置１００を用いた場合を例にとって説明する。
本実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法では、まず、始めに、サセプタ位置決め室３０に備えられた位置決め装置３１の台座部３２に、サセプタ１０を配置する。

次に、サセプタ１０のノッチ１４のそれぞれにサセプタ位置決め室３０の突起物３３を挿入する。これによりＳｉＣウェハＷを載置したサセプタ１０を、所定の位置に配置する（位置決め工程）。そして、台座部３２に配置したサセプタ１０のウェハ載置部１２に、ＳｉＣウェハＷを載置する（載置工程）。

次に、所定の位置に配置されたサセプタ１０を、アーム２１によって、サセプタ位置決め室３０から準備室２０に搬送し、次いで、準備室２０において、アーム２１の移動方向を変えて、サセプタ１０を炉体４０の設置部４２の上に搬送する（搬送工程）。このときに、炉体４０と準備室２０の間を仕切るシャッター５０を開いた状態とする。炉体４０の設置部４２の上にサセプタ１０を配置し、アーム２１を準備室２０に戻した後、シャッター５０を閉じた状態とする。

シャッター５０が閉じられると、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を開始する（成膜工程）。具体的には、ヒーター（図示略）にて、炉体４０の成膜空間Ｒ内を加熱すると共に、ガス供給管（図示略）にて、原料ガス、キャリアガス、エッチングガス等のガスを成膜空間Ｒに供給する。成膜空間Ｒにて、支柱４３を中心に設置部４２と共にサセプタ１０を回転させながら、サセプタ１０に載置されたＳｉＣウェハＷに、加熱によって分解した原料ガスを接触させることによって、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜して、ＳｉＣエピタキシャルウェハを得る。

得られたＳｉＣエピタキシャルウェハは、サセプタ１０と共にアーム２１によって、炉体４０から準備室２０に搬送する。そして、搬送されたサセプタ１０からＳｉＣエピタキシャルウェハを回収する。

以上のような構成とされた本実施形態に係るエピタキシャルウェハの製造方法によれば、位置決め工程にて、所定の位置に配置されたサセプタ１０を、準備室２０を介して炉体４０の設置部４２の上に搬送するので、サセプタ１０を精度よく正確に設置部４２の上に配置することができ、サセプタ１０の配置位置を一定に維持することができる。このため、本実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法を利用することによって、ＳｉＣウェハＷの表面に、ＳｉＣエピタキシャル膜を均一に成膜することが可能となる。

本実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法を、上記の化学気相成長装置１００を用いた場合を例にとって説明したが、本実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法は、上記の化学気相成長装置１００以外の装置を用いて実施することができる。

例えば、化学気相成長装置１００は、位置決め装置３１を備えたサセプタ位置決め室３０を有する構成であるが、位置決め装置３１の配置位置はこれに限定されるものではない。例えば、準備室２０に位置決め装置３１を配置してもよい。

また、本実施形態では、エピタキシャルウェハとしてＳｉＣエピタキシャルウェハを製造したが、本実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法は、ＳｉＣエピタキシャルウェハ以外のエピタキシャルウェハを製造する際にも利用することができる。

１０サセプタ
１１基部
１２ウェハ載置部
１３凸部
１４ノッチ
２０準備室
２１アーム
２１ａ先端部
３０サセプタ位置決め室
３１位置決め装置
３２台座部
３３突起物
４０炉体
４１サセプタ保持部
４２設置部
４３支柱
５０シャッター
１００化学気相成長装置

Claims

気相成長によってエピタキシャル膜を成膜させるためのウェハが載置されるウェハ載置部を備える基部と、
前記基部の前記ウェハ載置部を備える面と反対側の面の中央に形成された凸部とを有し、
サセプタの位置決め装置の所定の位置に配置した場合に、
前記凸部の側面において、前記サセプタの位置決め装置が有する突起物を挿入できる少なくとも３つの位置に、ノッチが設けられており、
前記サセプタの位置決め装置は、炉体から着脱可能なサセプタを、前記炉体の外部から内部に搬送するための装置であるサセプタ。
前記凸部は円筒体もしくは円柱体であり、前記円筒体もしくは円柱体の中心が、前記ウェハ載置部の中心線上にある請求項１に記載のサセプタ。
前記ノッチが等間隔に配置されている請求項１または２に記載のサセプタ。
サセプタの位置決め装置と、
前記サセプタを着脱可能に支持するための支柱を備えた炉体と、
前記サセプタの位置決め装置にて所定の位置に配置された前記サセプタを、前記炉体の前記支柱に配置する搬送手段と、を有し、
前記サセプタは、請求項１～３のいずれか一項に記載のサセプタであって、
前記サセプタの位置決め装置は、前記サセプタの前記ノッチのそれぞれに、前記サセプタの位置決め装置が有する突起物を挿入することによって前記サセプタの位置を決める化学気相成長装置。
ウェハを成膜空間に搬送し、前記成膜空間内で前記ウェハ上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャルウェハの製造方法であって、
請求項１～３のいずれか一項に記載のサセプタの前記ノッチのそれぞれに、前記サセプタの位置決め装置が有する突起物を挿入することによって前記サセプタを所定の位置に配置する位置決め工程と、
所定の位置に配置された前記サセプタの前記ウェハ載置部に、前記ウェハを載置する載置工程と、
前記ウェハが載置された前記サセプタを前記成膜空間に搬送する搬送工程と、
搬送された前記サセプタに載置された前記ウェハ上にエピタキシャル膜を成膜する成膜工程と、を有するエピタキシャルウェハの製造方法。