WO2019049469A1 - サセプタ、ｃｖｄ装置及びエピタキシャルウェハの製造方法 - Google Patents

サセプタ、ｃｖｄ装置及びエピタキシャルウェハの製造方法 Download PDF

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WO2019049469A1
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wafer
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inner susceptor
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喜一 梅田
啓介 深田
直人 石橋
広範 渥美
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昭和電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a susceptor, a CVD apparatus, and a method of manufacturing an epitaxial wafer.
  • Silicon carbide has characteristics such as a dielectric breakdown electric field one digit larger, a band gap three times larger, and a thermal conductivity about three times higher than silicon (Si). Since silicon carbide has these characteristics, application to power devices, high frequency devices, high temperature operation devices and the like is expected. For this reason, in recent years, an SiC epitaxial wafer has come to be used for the above-mentioned semiconductor device.
  • a SiC epitaxial wafer is manufactured by growing a SiC epitaxial film to be an active region of a SiC semiconductor device on a SiC substrate (SiC wafer).
  • the SiC wafer is obtained by processing from a bulk single crystal of SiC manufactured by a sublimation method or the like, and an SiC epitaxial film is formed by a chemical vapor deposition (CVD) apparatus.
  • CVD chemical vapor deposition
  • a CVD apparatus there is an apparatus having a susceptor (wafer support) rotating around a rotation axis. By rotating the wafer mounted on the susceptor, the gas supply state in the in-plane direction can be made uniform, and a uniform epitaxial film can be grown on the SiC substrate.
  • the wafer is transferred into the CVD apparatus using a manual or automatic transfer mechanism and placed on a susceptor.
  • the susceptor on which the wafer is mounted is heated from the back surface, and a reaction gas is supplied from above to the wafer surface to perform film formation.
  • the inner susceptor 101 is smaller than the diameter of the wafer W and has a convex portion 101 a for mounting the wafer on the surface, and the opening portion 102 c in the central portion, and the inner susceptor 101 is mounted.
  • a susceptor 100 is described which comprises an outer susceptor 102 whose opening 102 c is shielded.
  • the wafer W is supported by the step portion 102 a of the outer susceptor 102 and the convex portion 101 a of the inner susceptor 101 (paragraph 0022 of Patent Document 1 and the like), and the back surface Wa of the wafer W and the convex portion of the inner susceptor 101
  • the SiC epitaxial film is formed in the state of being in contact with 101a.
  • a gap S is formed between the back surface Wa of the wafer W and the top surface 101b of the inner susceptor 101 other than the protrusions by a height equal to the height of the protrusions.
  • the film forming apparatus In order to increase the operation rate of the film forming apparatus (CVD apparatus), it is important to reduce the processing time of the wafer. Since the processing temperature of the CVD apparatus is high, most of the processing time is consumed by the temperature rise and fall time of the reactor. Therefore, in order to reduce the processing time, the reduction of temperature rise and fall time of the reactor is an important issue. If the wafer can be carried into and out of the reactor while the temperature inside the reactor is high, the temperature rise and fall time can be reduced, and the operation rate of the film forming apparatus can be improved.
  • the present inventors have found that when carrying a high-temperature transfer, if a wafer with warpage is transferred while being supported by a protrusion, it can be stably placed and transferred on a susceptor, and the height of the protrusion is limited. It has been found that the back side of the wafer can be prevented from being roughened by carrying out. That is, in order to solve the above-mentioned subject, the present invention provides the following means, such as a susceptor, an apparatus, and a method.
  • the present invention is a susceptor for holding a wafer in a CVD apparatus for forming a film on a wafer by chemical vapor deposition, wherein the susceptor comprises an outer susceptor and an inner susceptor, and the outer susceptor is the inner susceptor.
  • the inner susceptor has a protrusion on the surface facing the wafer, and the height of the protrusion.
  • the susceptor can be provided with a height not in contact with the wafer. That is, the first aspect of the present invention provides a susceptor described in the following (1).
  • the susceptor includes an outer susceptor and an inner susceptor, and the outer susceptor has an opening for fitting and storing the inner susceptor, and a wafer mounting surface on which the outer peripheral portion of the wafer is mounted.
  • the inner susceptor has at least one protrusion on the surface facing the wafer when the wafer is placed on the susceptor, and the height of the protrusion contacts the wafer when the wafer is placed on the susceptor The susceptor is not high.
  • the opening of the outer susceptor has an opening surrounded by a step, and the opening of the opening is blocked by fitting the inner susceptor in the step (1) Susceptor described in.
  • a method of manufacturing an epitaxial wafer comprising: a wafer transfer step of placing a wafer on the substrate; and performing the wafer transfer step at a high temperature of 800 ° C. or higher.
  • the susceptor according to (1) which is a susceptor for holding a wafer in a CVD apparatus for forming a film on a wafer by chemical vapor deposition.
  • the susceptor according to the present invention is a susceptor having a separation structure, which prevents the wafer from sliding even if it is warped by providing minute circumferential projections on the wafer support surface of the inner susceptor that supports the wafer during transfer. . This makes it possible to stably and automatically transport the warped wafer along the lower convex shape in a high temperature state.
  • FIG. 4 is a schematic view for explaining a process of carrying a wafer into a reaction furnace using the CVD apparatus shown in FIG. 3; It is the schematic for demonstrating the process of mounting a wafer in the susceptor in a reaction furnace using the CVD apparatus shown in FIG. It is a schematic enlarged view of the location shown by Vb in FIG. 5A. It is a cross-sectional schematic diagram of the susceptor in the state in which the wafer W was mounted in the susceptor of the conventional separation structure type. It is a cross-sectional schematic diagram of the outer susceptor of the conventional separation structure type. It is a cross-sectional schematic diagram of the inner side susceptor of the conventional separation structure type.
  • FIGS. 1A and 1C are cross-sectional views schematically showing an example of a susceptor according to an embodiment of the present invention.
  • 1A is a schematic cross-sectional view of the susceptor in a state where the wafer W is mounted on the susceptor
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the outer susceptor
  • FIG. 1C is a schematic cross-sectional view of the inner susceptor.
  • the susceptor 1 shown in FIGS. 1A and 1C is a susceptor for holding a wafer in a CVD apparatus for forming a film on a wafer by chemical vapor deposition, and comprises an outer susceptor 2 and an inner susceptor 1.
  • the height of the protrusion 1a is smaller than the distance between the upper surface of the inner susceptor 1 and the false surface of the wafer W. That is, the height of the protrusion 1 a is smaller than the height of the side surface of the second protrusion of the inner susceptor 1.
  • the susceptor of the present invention is composed of an inner susceptor 1 having an outer diameter smaller than the outer diameter of the wafer, and an outer susceptor 2 separable from the inner susceptor 1.
  • the outer susceptor has an opening 2c in which the inner susceptor is fitted.
  • the inner susceptor is vertically movable by a vertical drive mechanism (push-up mechanism) described later. By raising the inner susceptor, the outer susceptor and the inner susceptor on which the wafer is mounted can be separated.
  • the wafer W is not in contact with the inner susceptor during epitaxial growth, and the wafer mounting surface 2a of the outer susceptor 2 is in contact with and supported by the lower surface of the outer peripheral portion Ws of the wafer.
  • the outer susceptor 2 has an opening 2 c at the center, and is supported in a state where the inner susceptor is fitted to the opening by a step 2 b provided around the opening.
  • the inner susceptor 1 closes the opening 2 c by fitting to the outer susceptor 2.
  • the outer susceptor 2 has first, second, and third stepped portions from the top as viewed from the cross section.
  • the wafer W is preferably accommodated in the accommodating portion inside the side surface of the first stepped portion, and disposed on the first surface (mounting surface) of the second stepped portion.
  • the internal susceptor 1 is preferably accommodated inside the opening provided by the housing portion located inside the side surface of the second stepped portion of the outer susceptor 2 and the third stepped portion (step 2 b).
  • the opening 2 c may be considered as an opening provided with an opening on the surface (upper surface) of the third step.
  • Each of the first to third stepped portions is preferably formed of a first surface (upper surface) and a second surface (side surface: a surface continuous with the upper surface and perpendicular to the upper surface).
  • the surface continuous with the upper surface may not be perpendicular to the upper surface if it can play a role.
  • the upper surface is preferably flat. It is also preferable that the sides of the first, second, and third stepped portions be arranged concentrically when the outer susceptor is viewed from above.
  • the inner susceptor 1 on which the wafer is mounted has a projection 1 a so as to support the wafer in the high temperature state (the downward convex warped state) without slipping when moving by the push-up mechanism or the like.
  • the projection 1a of the inner susceptor 1 contacts the lower surface of the wafer W to support the wafer.
  • the heat may cause the wafer to bow downward, ie, bow downward.
  • the wafer in the lower convex warpage state and the surface of the inner susceptor contact only at points, and the contact area becomes smaller. This makes it easy for the wafer to slide down during transport.
  • the wafer when the wafer is warped downward, if the upper surface of the inner susceptor is flat or convex, stable holding of the wafer can not be achieved. For this reason, it is preferable to have a micro-convex structure arranged circularly or rotationally symmetrically on the outer peripheral portion of the flat plate on the upper surface of the inner susceptor.
  • the back surface of the wafer when the projection is in contact with the back surface of the wafer during epitaxial growth, the back surface is roughened at the contact portion.
  • the portion becomes cloudy, which may cause a failure in the process after epitaxial growth. Therefore, the smaller the back surface roughness, the better.
  • the back surface of the wafer is not in contact, the closer the distance between the back surface of the wafer and the susceptor, the larger the back surface roughness. Therefore, if the protrusions on the surface of the susceptor are too large, the distance between the wafer and the susceptor becomes small, and the roughness on the back surface becomes large.
  • the distance between the back surface of the wafer and the surface of the susceptor is preferably 1.5 to 5.0 mm, more preferably 1.8 to 3.2 mm, as a range in which these are compatible.
  • the height of the protrusions is in the range where the protrusions do not contact the back surface of the wafer during epitaxial growth, and is preferably 0.1 to 0.5 mm, and more preferably 0.2 to 0.3 mm.
  • the difference in height between the upper surface of the protrusion of the inner susceptor and the wafer support surface (wafer rear surface) of the outer susceptor is 1.0 to 4 in a state where the outer susceptor and the inner susceptor are combined (the susceptor is used).
  • the thickness is preferably 9 mm, more preferably 1.5 to 3 mm.
  • the protrusions of the inner susceptor are lower than the height of the wafer mounting surface (wafer support surface) of the outer susceptor. Since the inner susceptor and the wafer are separated during the epitaxial growth, and there is a space between them, it is possible to suppress the floating of the wafer due to gas accumulation during the epitaxial growth even if the circumferential support portion does not have a notch. .
  • the characteristics of the epitaxial film reflect the temperature distribution derived from the susceptor shape.
  • the shape of the susceptor be circumferentially symmetrical.
  • the characteristic inspection can represent the inspection value by inspecting one row in the diametrical direction, which is effective in improving the number of processing of the characteristic inspection.
  • the outer susceptor is annular when viewed from above, and is coupled to the inner susceptor in a state where the inner susceptor is fitted to the step portion provided inside Ru. In the fitted state, the inside of the outer susceptor is sealed by the inner susceptor. Sealing can prevent the inflow of impurities from the lower part of the furnace.
  • FIGS. 2A and 2B are plan views schematically showing an example of an inner susceptor according to an embodiment of the present invention.
  • the inner susceptor 11 shown in FIG. 2A has a protrusion 11 a on the surface facing the wafer W.
  • the protrusion 11 a has a continuous ring-shaped configuration with respect to the center of the inner susceptor 11.
  • the inner susceptor 21 shown in FIG. 2B has a plurality of (eight) protrusions 21 a on the surface facing the wafer W.
  • the eight protrusions 21 a are arranged on the inner susceptor 11 so as to be rotationally symmetrical with respect to the center.
  • the material of the susceptor can be arbitrarily selected, but it is possible to select any base material such as graphite, SiC, Ta, Mo, W, etc. which can withstand high temperatures, or a metal carbide coating such as SiC coat, TaC coat, etc. It is preferable to use a susceptor made of a material obtained by
  • the inner susceptor is provided with, for example, a circumferential protrusion having a radius of 80% of the radius of the inner susceptor outer shape.
  • the height of the protrusion is, for example, 0.2 mm.
  • the contact length of the inner susceptor and the wafer increases as the position of the protrusion is on the outer peripheral side, the transfer is stabilized, but the height of the protrusion is larger than the height to absorb the height of the lower convex of the wafer. Needs to be high, the back surface roughness will be large. Since the contact length between the inner susceptor and the wafer becomes shorter as the position of the projection is on the inner circumferential side, the transportation becomes unstable, but the height of the projection for absorbing the lower convex of the wafer should be lowered. Is possible, and the back surface becomes smaller.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an outline of a CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the CVD apparatus 30 shown in FIG. 3 includes a reaction furnace 31 which accommodates a wafer and forms a film on the wafer by chemical vapor deposition, a gas supply mechanism 32 for supplying a process gas to the reaction furnace 31, and The susceptor 10 of the invention, the heater 33 for heating the wafer from the lower part of the susceptor 10, the rotation mechanism 38 for rotating the wafer, and the vertical drive mechanism for moving the inner susceptor 1 up and down through the heater And 34.
  • the inner susceptor 1 is raised and lowered by the vertical drive mechanism 34.
  • the vertical drive mechanism may be configured to raise and lower the entire susceptor 10.
  • the CVD apparatus 30 shown in FIG. 3 further has a gas discharge unit 35 for discharging the process gas from the reaction furnace, and a gate valve 36 serving as an opening for carrying the wafer into the reaction furnace.
  • a transfer mechanism 37 is provided to load the wafer into the reactor through 36.
  • FIGS. 3 to 5B show in stages the example of the process of transferring the wafer into the reactor and placing it on the susceptor.
  • the transfer mechanism 37 has, for example, a U-shaped transfer hand supporting the outer peripheral portion of the wafer W, and can move the wafer in the horizontal direction.
  • the U-shaped transfer hand transfers the wafer to the inner susceptor or separates the wafer from the inner susceptor without contacting the inner susceptor, for example, by having a structure having a width larger than the inner susceptor and smaller than the wafer. The shape can be made possible.
  • the vertical drive mechanism 34 may have any structure as long as the inner susceptor can be moved horizontally while maintaining its level.
  • the upper end of the vertical drive mechanism may be a horizontal plate or rod, and push pins are arranged at a plurality of locations, for example, three places at the top, and the push pins support and lift the inner susceptor. It is also good.
  • the upper end of the vertical drive mechanism has a small shape as long as it can support the susceptor.
  • the inner susceptor can carry the wafer W while being pushed up by the vertical drive mechanism 34 at the time of transfer.
  • the outer diameter of the inner susceptor is smaller than the outer diameter of the wafer.
  • the gate valve 36 of the reaction furnace is opened, and the wafer W placed on the transfer hand of the transfer mechanism 37 is inserted into the reaction furnace 31 from the opening.
  • the inner susceptor 1 is raised by the vertical drive mechanism 34 to place the wafer W on the inner susceptor 1.
  • the wafer W is transferred by the transfer hand to a position to be placed on the inner susceptor 1.
  • the wafer support of the transfer hand has an air gap larger than the inner susceptor but smaller than the wafer W between the two hands.
  • the wafer W is heated by energizing the heater 33, and from the gas supply unit 32, source gases such as silane which is a silicon source, propane which is a carbon source, hydrogen which is a carrier gas, nitrogen which is a dopant It distributes and performs SiC epitaxial growth.
  • source gases such as silane which is a silicon source, propane which is a carbon source, hydrogen which is a carrier gas, nitrogen which is a dopant It distributes and performs SiC epitaxial growth.
  • high-temperature transfer can be performed in a state in which the inside of the reaction furnace heated by the heater 33 has a high temperature.
  • the above description describes an example in which in the process of transferring the wafer and placing it on the susceptor, only the inner susceptor is moved up and down separately from the rotating mechanism to raise it.
  • the susceptor may be separated from the rotation mechanism, lifted up, and transported to the inside and the outside of the reactor.
  • a place where the susceptor in the state where the inner susceptor is fitted to the outer susceptor is separated or coupled is provided in the reactor or outside the reactor, and the outer susceptor and the inner susceptor are separated or fitted in that position. You should be able to do it.
  • the susceptor immediately after removal from the reactor is at a high temperature. For this reason, the present invention is effective because the same high-temperature transfer problem as the transfer in the reaction furnace may occur.
  • the wafer 10 is mounted on the susceptor 10 in a state in which the inner susceptor 1 is fitted to the outer susceptor 2 on the rotating mechanism 38. Place W (see FIG. 5).
  • the heater 33 is energized to maintain the inside of the reactor at 800 ° C. or higher.
  • the wafer W is also maintained outside the reaction furnace 31 at 800 ° C. or higher while being placed on the transfer hand of the transfer mechanism 37.
  • a heating area provided with a heater may be provided outside the reaction furnace.
  • a gas which does not contribute to crystal growth such as argon or hydrogen, can be circulated.
  • the transfer can be performed in vacuum.
  • hydrogen is circulated in the reaction furnace and maintained at a predetermined pressure, and then the wafer is heated to an epitaxial growth temperature of 1550 ° C. by raising the current of the heater.
  • a silicon source gas such as silicon and a carbon source gas such as propane are made to flow from the gas supply mechanism to grow a SiC epitaxial layer on the SiC substrate.
  • the flow of the source gas is stopped, the output of the heater is reduced, and the temperature is lowered to 800 ° C.
  • the transfer mechanism 37 and the vertical drive mechanism 34 are used to remove the wafer from the reactor. The transfer is performed at a high temperature of 800 ° C. or more, and the wafer can be stably transferred even when the wafer is warped.
  • a susceptor When transporting a wafer in a high temperature reaction furnace, a susceptor is provided that does not cause roughening of the back surface of the wafer during epitaxial growth while maintaining a stable mounting state on the susceptor even if the wafer is warped. .

Abstract

本発明のサセプタ（１）は、化学的気相成長によってウェハ上に膜を形成するＣＶＤ装置においてウェハを保持するサセプタであって、外側サセプタ（２）と内側サセプタ（１）を含み、外側サセプタ（２）は内側サセプタ（１）を嵌合させて収納する開口部（２ｃ）と、ウェハの外周部（Ｗｓ）が載置されるウェハ載置面（２ａ）を有し、内側サセプタ（１）は、ウェハ（Ｗ）と対向する面（１ｂ）に突起部（１ａ）を有し、突起部（１ａ）の高さ（ｈ）が、サセプタにウェハ（Ｗ）を載置したときにウェハ（Ｗ）に接しない高さである。

Description

サセプタ、ＣＶＤ装置及びエピタキシャルウェハの製造方法
　本発明は、サセプタ、ＣＶＤ装置及びエピタキシャルウェハの製造方法に関する。本願は、２０１７年９月７日に出願された特願２０１７－１７２０１２号公報に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　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。炭化珪素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基板（ＳｉＣウェハ）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、化学的気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：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（ウェハ支持台）を有する装置がある。サセプタ上に載置された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基板上に均一なエピタキシャル膜を成長させることができる。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、サセプタ上に配置される。ウェハが載置されたサセプタを裏面より加熱し、ウェハ表面に上方から反応ガスを供給して成膜がおこなわれる。
　サセプタとしては、内側サセプタと外側サセプタの分離構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　図６Ａ～図６Ｃを用いて、特許文献１に開示されているサセプタを説明する。この文献では、ウェハＷの径より小さく、表面にウェハを載置するための凸部１０１ａを有するインナーサセプタ１０１と、中心部に開口部１０２ｃを有し、インナーサセプタ１０１が載置されることでその開口部１０２ｃが遮蔽されるアウターサセプタ１０２とからなるサセプタ１００が記載されている。
　アウターサセプタ１０２は、ウェハＷを支持する段部１０２ａと、インナーサセプタ１０１を支持する段部１０２ｂとを備える。また、インナーサセプタ１０１は、おもて面１０１ｂに有するドット状の凸部１０１ａは同一円周状に略等間隔に配置されていて、ウェハＷをＣＶＤ装置へ搬送中にウェハＷを支持し、また成長中にはアウターサセプタ１０２の開口部１０２ｃに嵌合して、炉下部からの不純物ガスの流入を防ぐ役割もある。
　また、ウェハＷは、アウターサセプタ１０２の段部１０２ａと、インナーサセプタ１０１の凸部１０１ａとによって支持されており（特許文献１の段落００２２等）、ウェハＷの裏面Ｗａとインナーサセプタ１０１の凸部１０１ａとが接した状態でＳｉＣエピタキシャル膜の形成がなされる。図６Ａに示す通り、凸部の高さと等しい高さだけウェハＷの裏面Ｗａと凸部以外のインナーサセプタ１０１の上面１０１ｂとの間には間隙Ｓが形成される。
特開２００９－７０９１５号公報
　成膜装置（ＣＶＤ装置）の稼働率を上げるために、ウェハの処理時間を低減することが重要である。ＣＶＤ装置の処理温度は高温であるため、処理時間のうち多くが反応炉の昇降温時間で消費される。そのため、処理時間を低減するにあたって、反応炉の昇降温時間の削減は、重要な課題である。反応炉の内部の温度が高い間に反応炉へのウェハ搬出入を行うことができれば、昇降温時間が削減でき、成膜装置の稼働率が向上する。
　しかしながら、反応炉の内部の温度が高い間に反応炉へのウェハ搬入（高温搬入）を行うために処理前の室温近傍のウェハを、高温な反応炉内に入れると、これらの温度の差に起因して、ウェハ面内の温度分布が不均一となる。そのため、ウェハ面内の温度不均一性に由来する強い熱応力による割れや、ウェハの反りに由来するサセプタとウェハの位置関係のずれや、サセプタの飛散といった、搬送異常が発生するという問題がある。
　また、処理後の高温状態のウェハを室温近傍の反応炉外へ取り出すときにも同様の問題がある。
　さらに、ＳｉＣのエピタキシャル成長のように、成長温度として１５５０℃以上の高温が使用される場合、成長中にインナーサセプタの凸部がウェハと接していると（図６Ａ参照）、エピタキシャルウェハの裏面の凸部と接する部分に、ウェハの熱変質が原因である表面荒れ（裏面荒れ）が発生する場合があることが分かった。
　本発明の目的は、高温状態にある反応炉にウェハを搬送させる場合、ウェハにソリがあった場合でもサセプタ上に安定して載置した状態を保ちつつ、エピタキシャル成長中のウェハの裏面の荒れを発生させずに、搬送を実現することである。
　本発明者らは、高温搬送を行う際、反りが生じているウェハを、突起により支えた状態で搬送すると、サセプタ上に安定に載置させて搬送できることを見出し、かつ突起の高さを制限することにより、ウェハ裏面の荒れを発生させないことが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、以下のサセプタや装置や方法などの手段を提供する。
　本発明は、化学的気相成長によってウェハ上に膜を形成するＣＶＤ装置においてウェハを保持するサセプタであって、前記サセプタは、外側サセプタと内側サセプタとからなり、前記外側サセプタは前記内側サセプタを嵌合させて収納する開口部と、ウェハの外周部が載置されるウェハ載置面を有し、前記内側サセプタは、ウェハと対向する面に突起部を有し、前記突起部の高さが、サセプタにウェハを載置したときにウェハに接しない高さであることを特徴とするサセプタを提供できる。
　すなわち本発明の第一の態様は、以下の（１）に記載のサセプタを提供する。
（１）サセプタは、外側サセプタと内側サセプタとを含み、前記外側サセプタは前記内側サセプタを嵌合させて収納する開口部と、ウェハの外周部が載置されるウェハ載置面を有し、前記内側サセプタは、サセプタにウェハを載置したときに、ウェハと対向する面に少なくとも一つの突起部を有し、前記突起部の高さが、サセプタにウェハを載置したときにウェハに接しない高さであるサセプタ。
（２）前記外側サセプタの開口部は、段差に囲まれた開口を有し、段差内に内側サセプタを嵌合させることにより、前記開口部の開口が遮断されることを特徴とする（１）に記載のサセプタ。
（３）前記内側サセプタが、載置されるウェハよりも小さいことを特徴する（１）又は（２）に記載のサセプタ。
（４）前記突起部が、内側サセプタの上面に、円周上又は回転対称に配置されていることを特徴とする（１）～（３）に記載のサセプタ。
（５）ウェハが収容され、化学的気相成長によってウェハ上に膜を形成する反応炉と、（１）～（４）のいずれか一つに記載のサセプタと、前記サセプタを上昇及び下降させるための上下駆動機構と、を備えることを特徴とするＣＶＤ装置。
（６）（５）に記載のＣＶＤ装置を用いて、ＳｉＣ単結晶ウェハ上にＳｉＣ単結晶エピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェハを製造する方法であって、上下駆動機構を用いて、前記サセプタの上面にウェハを載置させるウェハ搬送工程を有し、前記ウェハ搬送工程を８００℃以上の高温で行うことを特徴とする、エピタキシャルウェハの製造方法。
（７）前記外側サセプタと前記内側サセプタのみからなることを特徴とする（１）～（４）のいずれか一つに記載のサセプタ。
（８）前記化学的気相成長によってウェハ上に膜を形成するＣＶＤ装置においてウェハを保持するサセプタであることを特徴とする（１）に記載のサセプタ。
　本発明のサセプタは、分離構造のサセプタであって、搬送中にウェハを支持する内側サセプタのウェハ支持面に微小な円周状の突起を持たせることによりウェハが反っても滑落しないようにする。これにより、高温状態で下凸状に沿った反ったウェハを安定的に自動搬送することが可能になる。
ウェハＷがサセプタに載置された状態における、本発明のサセプタの一例を示す断面模式図である。 外側サセプタの一例を示す断面模式図である。 内側サセプタの一例を示す断面模式図である。 内側サセプタに、中心に対して連続的な円環状の突起部を設けた構成の例を示す平面模式図である。 内側サセプタに、中心に対して回転対称に離間して突起部を配置する構成の例を示す平面模式図である。 本発明の一実施形態に係るＣＶＤ装置の概略を模式的に示す概略断面図である。 図３に示したＣＶＤ装置を用いて、ウェハを反応炉内に搬入する工程を説明するための、概略図である。 図３に示したＣＶＤ装置を用いて、ウェハを反応炉内のサセプタに載置する工程を説明するための、概略図である。 図５Ａ中のＶｂで示した箇所の、概略拡大図である。 従来の分離構造タイプのサセプタにウェハＷがサセプタに載置された状態におけるサセプタの断面模式図である。 従来の分離構造タイプの外側サセプタの断面模式図である。 従来の分離構造タイプの内側サセプタの断面模式図である。
　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同じであっても良いし、あるいは異なっていても良い。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、その効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。例えば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、部材や数や、位置や、量などについて、付加、省略、置換、その他の変更が可能である。
（サセプタ）
　図１Ａ～図１Ｃは、本発明の一実施形態に係るサセプタの一例を模式的に示す断面図である。図１Ａは、ウェハＷがサセプタに載置された状態におけるサセプタの断面模式図であり、図１Ｂは、外側サセプタの断面模式図であり、図１Ｃが、内側サセプタの断面模式図である。
　図１Ａ及び図1Ｃに示すサセプタ１は、化学的気相成長によってウェハ上に膜を形成するＣＶＤ装置においてウェハを保持するサセプタであって、外側サセプタ２と内側サセプタ１とからなり、外側サセプタ２は内側サセプタ１を嵌合させて収納する開口部２ｃと、ウェハの外周部Ｗｓが載置されるウェハ載置面２ａを有し、内側サセプタ１は、ウェハＷと対向する面１ｂに突起部１ａを有す。突起部１ａの高さｈは、サセプタ（外側サセプタと内側サセプタとを組み合わせた状態）にウェハＷを載置したときにウェハＷに接しない高さである。言い換えると、突起部１ａの高さの位置Ｈ２がウェハ載置面２ａの高さの位置Ｈ１より低いということである。さらに言い換えると、突起部１ａの高さは、内側サセプタ1の上面とウェハＷの仮面との距離よりも小さい。すなわち、突起部１ａの高さは、内側サセプタ１の第２の突起部の側面の高さよりも小さい。
　本発明のサセプタは、図１Ａに示すように、ウェハの外径より外径が小さい内側サセプタ１と、この内側サセプタ１と分離可能な外側サセプタ２とから構成されている。外側サセプタは、内側サセプタが嵌合する開口部２ｃを有している。
　内側サセプタは、後述する上下駆動機構（突き上げ機構）により、上下に可動である。内側サセプタが付きあがることによって外側サセプタとウェハを載置した内側サセプタが分離可能である。
　本発明のサセプタを用いた場合、エピタキシャル成長中、ウェハＷは内側サセプタと接触することはなく、外側サセプタ２のウェハ載置面２ａがウェハの外周部Ｗｓの下面と接触して支持する構造である（図５Ｂ参照）。外側サセプタ２は、中央に開口部２ｃを持ち、開口部の周辺に設けられた段差２ｂにより、開口部に内側サセプタを嵌合させた状態で支持する。内側サセプタ１は、外側サセプタ２に嵌合することにより、開口部２ｃを塞ぐ。なお外側サセプタ２は、断面から見ると、上から、第１、第２、及び第３の段差部を有している。ウェハＷは、第１の段差部の側面の内側にある収容部に好ましく収容され、かつ、第２の段差部の第一の面（搭載面）上に配置される。内部サセプタ１は、外側サセプタ２の第２の段差部の側面の内側にある収容部と第３の段差部（段差２ｂ）によって設けられた開口の内側に、好ましく収容される。開口部２ｃは、第３の段差部の表面（上面）に開口が設けられた開口部として考えてもよい。第１から第３の段差部はそれぞれ、第一の面（上面）と、第二の面（側面：前記上面に連続しかつ上面に垂直な面）とから好ましく構成される。ただし前記上面に連続する面は役割が果たせれば上面に対して垂直でなくてもよい。前記上面は平らであることが好ましい。外側サセプタを上から見た時に、第１、第２、及び第３の段差部の各辺が同心円状に配置されることも好ましい。
　ウェハが載置される内側サセプタ１は、突き上げ機構などによる移動の際に、高温状態のウェハ（下凸反り状態）を滑らず支持できるように突起部１ａを有する。ウェハ搬送時に、内側サセプタ１の突起部１ａが、ウェハＷの下面と接触して、ウェハを支持する。
　高温で搬送を行う場合、熱の影響で、ウェハが、下凸にすなわち下側にたわむように、反る場合がある。突起をもたないと、下凸反り状態のウェハと内側サセプタの表面が点でしか接触せず、接触面積が小さくなってしまう。このため、搬送中にウェハが滑落しやすくなる。このように、ウェハが下凸に反っている場合には、内側サセプタ上面が平坦又は凸になっていると、ウェハの安定した保持ができない。このため、内側サセプタ上面の平板の外周部に円状または回転対称に配置された微凸構造を持つことが好ましい。
　一方、エピタキシャル成長中に突起部がウェハの裏面に接触していると、接触部分に裏面荒れが生じる。裏面荒れが生じると、その部分が曇った状態になり、エピタキシャル成長後の工程で不具合を生じさせることがある。そのため、裏面荒れは小さいほど望ましい。ウェハの裏面に接触していなくても、ウェハの裏面とサセプタの距離が近ければ近いほど裏面荒れが大きくなる。そのため、サセプタ表面の突起が大きすぎるとウェハとサセプタの距離が小さくなるため、裏面荒れが大きくなる。そのため、サセプタ表面の突起は、ウェハの反りを十分に吸収できる範囲で小さくすることが望ましい。ウェハ裏面とサセプタ表面の距離が小さくなると、膜厚やドーピング濃度などのエピ特性の均一性も悪化するため、エピタキシャル成長層の特性の面でもウェハの反りを十分に吸収できる範囲で小さくすることが望ましい。
　そのため、これらを両立させる範囲として、ウェハ裏面とサセプタ表面の距離は、１．５～５．０ｍｍが好ましく、１．８～３．２ｍｍがより好ましい。突起部の高さはエピタキシャル成長中に突起部がウェハの裏面に接触しない範囲とし、０．１～０．５ｍｍが好ましく、０．２～０．３ｍｍがより好ましい。そして、外側サセプタと内側サセプタとが組み合わせた状態（サセプタとして使用する状態）で、内側サセプタの突起部上面と外側サセプタのウェハ支持面（ウェハ裏面）の高さの差は１．０～４．９ｍｍとするのが好ましく、１．５～３ｍｍとすることがより好ましい。
　内側サセプタと外側サセプタとを組み合わせた時に、内側サセプタの突起部は、外側サセプタのウェハ載置面（ウェハ支持面）の高さよりも低い。エピタキシャル成長中は内側サセプタとウェハが離れており、間に空間を有するため、円周状の支持部に切欠きを有さなくても、エピタキシャル成長中のガス溜まりによるウェハの浮き上がりを抑止することができる。
　エピタキシャル膜の特性はサセプタ形状に由来する温度分布を反映する。円周方向に均一な特性を実現するため、サセプタの形状が円周方向に対称であることが望ましい。同様の理由で、円周状突起部に切欠きを有さないことが望ましい。円周方向に均一な特性であると、特性検査が直径方向の１列を検査することで検査値を代表させることができ、特性検査の処理数向上に有効である。
　サセプタの具体的な構造の例を図１Ａに示した通り、外側サセプタは上から見ると円環状であり、内側に設けられた段差の部分に内側サセプタが嵌合する状態で内側サセプタと結合される。嵌合した状態で、外側サセプタの内側は内側サセプタにより密閉される。密閉されることにより炉下部からの不純物の流入を防ぐことができる。
　図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る内側サセプタの一例を模式的に示す平面図である。
　図２Ａに示す内側サセプタ１１は、ウェハＷと対向する面に突起部１１ａを有する。この突起部１１ａは、内側サセプタ１１に中心に対して、連続的に切れ目のない円環状の構成である。連続的に切れ目のない円環状とすることで、下凸に沿ったウェハの下面と線で接触する為、安定にウェハを支持することができる。
　図２Ｂに示す内側サセプタ２１は、ウェハＷと対向する面に複数（８個）の突起部２１ａを有する。この８個の突起部２１ａは、内側サセプタ１１に中心に対して回転対称に離間して配置する構成である。複数の突起とすることで突起の面積を小さくし、突起に起因するウェハ裏面荒れの影響を小さくすることができる。
　サセプタの材質としては、任意に選択をすることが可能であるが、黒鉛、ＳｉＣ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、など、高温に耐えうる基材の無垢、もしくはＳｉＣコート、ＴａＣコートなどの炭化金属コーティングを施した材質からなるサセプタを使用することが好ましい。
　内側サセプタには、例えば、内側サセプタ外形の半径の８割の半径を持つ円周状の突起が設けられる。突起部の高さは例えば０．２ｍｍである。突起の位置が外周側であるほど内側サセプタとウェハの接触長さが大きくなるため、搬送は安定するが、ウェハの下凸の高さを吸収するためには、前記高さより突起部の高さが高くなる必要があり、裏面荒れは大きくなる。突起の位置が内周側であるほど内側サセプタとウェハの接触長さが短くなるため、搬送は不安定になるが、ウェハの下凸を吸収するための突起部の高さがを低くすることが可能であり、裏面荒れは小さくなる。したがって、突起の位置は、安定した搬送ができる範囲で内側であることが望ましく、内側サセプタの中心から円周状の突起までの距離を、ウェハの半径に対して４０％から９０％の位置とすることができる。内側サセプタの外径は、この突起部の位置を考慮して決めればよい。　外側サセプタ上に内側サセプタが載置された状態で、内側サセプタの突起部を除く面と外側サセプタのウェハ支持面の高さの差は、例えば２ｍｍである。従って、サセプタが結合した状態でウェハを設置した場合、ウェハ下面と突起部は接触しない。
（ＣＶＤ装置）
　図３は、本発明の一実施形態に係るＣＶＤ装置の概略を模式的に示す断面図である。　図３に示すＣＶＤ装置３０は、ウェハが収容され、化学的気相成長によってウェハ上に膜を形成する反応炉３１と、反応炉３１にプロセスガスを供給するためのガス供給機構３２と、本発明のサセプタ１０と、ウェハをサセプタ１０の下部より加熱するためのヒータ３３と、ウェハを回転させるための回転機構３８と、ヒータを貫通し、内側サセプタ１を上昇及び下降させるための上下駆動機構３４と、を備える。図３～図５Ｂに示した例では、内側サセプタ１のみを上下駆動機構３４によって上昇・下降させたが、サセプタ１０全体を上昇・下降させる構成の上下駆動機構であってもよい。
　図３に示すＣＶＤ装置３０はさらに、反応炉よりプロセスガスを排出するためのガス排出部３５と、ウェハを反応炉内に搬入するための開口部となるゲートバルブ３６を有し、このゲートバルブ３６を通して反応炉内にウェハを搬入する搬送機構３７を有する。
　図３～図５Ｂは、ウェハを反応炉内に搬送してサセプタ上に載置させる工程の例を、段階的に示したものである。
　図３を参照して、まず、ウェハＷは、反応炉の外側で搬送機構３７に載せる。搬送機構３７は、たとえばウェハＷの外周部を支持するようなＵ字型の搬送ハンドを持ち、ウェハを水平方向に移動させることができる。Ｕ字型の搬送ハンドは、たとえば内側サセプタより大きくウェハより小さい幅の構造を持つことにより、内側サセプタに接触せずに、内側サセプタにウェハを載せ替えたり、内側サセプタからウェハを分離したりすることが可能な形状とすることができる。
　次に、図４を参照して、内側サセプタ１が上下駆動機構３４により上昇する。上下駆動機構３４は、内側サセプタが水平を保って上下動できるように支える構造であればよい。たとえば、上下駆動機構の上端は水平な板状又は棒状のものでも良いし、上部に複数個所に、例えば３カ所に突き上げピンが配置され、突き上げピンが内側サセプタを支持して持ち上げる構造であってもよい。上下駆動機構の上端は、サセプタを支持できる範囲で小さい形状であることが好ましい。内側サセプタは搬送時に、上下駆動機構３４によって突き上げられている間、ウェハＷを載置することができる。内側サセプタの外径は、ウェハの外径より小さい。
　内側サセプタ１が上下駆動機構３４により上昇している状態で、反応炉のゲートバルブ３６を開け、開口部から、搬送機構３７の搬送ハンドに載せたウェハＷが反応炉３１内に挿入される。ウェハＷが内側サセプタ１の直上に来たとき、上下駆動機構３４により内側サセプタ１を上昇させて、内側サセプタ１上にウェハＷを載置する。
　ウェハＷは内側サセプタ１に載置させる位置まで搬送ハンドによって搬送される。搬送ハンドのウェハ支持部は内側サセプタより大きいがウェハＷより小さい空隙を、２本のハンドの間に有している。ハンドの位置を内側サセプタ１より下に移動させることにより、内側サセプタ１とウェハＷを分離することが可能である。
　ウェハＷを内側サセプタ１に載せた後は、搬送ハンドを反応炉３１の外に移動させ、ゲートバルブ３６を閉じる。
　その後、ウェハＷを載せた内側サセプタ１を上下駆動機構３４により降下させ、外側サセプタ２の開口部に嵌合させる（図５Ａ参照）。この時、上下駆動機構の上端はサセプタの下面から離れさせることが望ましい。接触していると、昇温した時に、上下駆動機構を通してサセプタから熱が逃げてしまうので好ましくない。
　この状態で、ヒータ３３に通電することでウェハＷを加熱し、ガス供給部３２から、シリコン原料であるシラン、炭素原料であるプロパン、キャリアガスである水素、ドーパントとなる窒素などの原料ガスを流通させて、ＳｉＣエピタキシャル成長を行う。
　上記のウェハの反応炉内への搬送としては、ヒータ３３で加熱したままの反応炉内を高温にした状態で行う、高温搬送を行うことができる。
　以上の説明は、ウェハを搬送して、サセプタ上に載置させる工程において、内側サセプタだけを上下駆動させることによって回転機構から分離して上昇させる例を記載したが、上下駆動機構によって、外側サセプタに内側サセプタを嵌合させたままの状態のサセプタを回転機構から分離して上昇させ、反応炉内外へ搬送する構成でもよい。その場合には、外側サセプタに内側サセプタを嵌合させた状態のサセプタを分離または結合させる場所を反応炉内又は反応炉外に設けて、その位置で、外側サセプタと内側サセプタを分離または嵌合できるようにすればよい。反応炉外で分離または結合する場合であっても、反応炉から取り出した直後のサセプタは高温である。このため、反応炉内における搬送と同様の高温搬送起因の問題が発生しうるため、本発明は有効である。
（エピタキシャルウェハの製造方法）
　図３～図５Ｂに示したＣＶＤ装置を用い、搬送機構３７と上下駆動機構３４を使用して、回転機構３８上にある外側サセプタ２に内側サセプタ１を嵌合させた状態のサセプタ１０にウェハＷを載置させる（図５参照）。その際、ヒータ３３に通電を行い、反応炉内を８００℃以上に維持しておく。また、ウェハＷも、反応炉３１の外で、搬送機構３７の搬送ハンドに載せた状態で８００℃以上に維持しておく。反応炉３１の外部で高温に維持するためには、反応炉の外部に加熱ヒータを設置した加熱領域を設けておけばよい。高温搬送時には、結晶成長には寄与しないガス、たとえばアルゴンや水素などを流通することができる。あるいは、真空中で搬送を行うこともできる。
　その後、反応炉内に水素を流通させ、所定の圧力に維持した後、ヒータの電流を上昇させることにより、ウェハを１５５０℃のエピタキシャル成長温度まで加熱する。ウェハエピタキシャル成長温度に達してから、ガス供給機構から、シリコン原料ガス例えばシリコンと炭素原料ガスたとえばプロパンからなる原料ガスを流通させることにより、ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル層を成長させる。成長が終了後、原料ガスの流通を停止し、ヒータの出力を低下させ、８００℃まで降温させる。８００℃に達した後に、搬送機構３７と上下駆動機構３４を使用して、反応炉からウェハを取り出す。搬送を８００℃以上の高温で行い、ウェハが反った場合でも、安定的にウェハを搬送することができる。
　以上の説明では、ウェハを搬送して、サセプタ上に載置させる工程において、内側サセプタだけを上下駆動させることによって回転機構から分離して上昇させ、反応炉内で内側サセプタと外側サセプタとを組み合わせるＣＶＤ装置を用いた場合を説明した。なお、サセプタを分離または結合させる場所を反応炉内又は反応炉外に設けておき、かつ、反応炉外でサセプタ上にウェハを載置させる場合には、炉内から取り出されて５分以内のサセプタ上にウェハを載置して搬送し、ＣＶＤ装置にセットする構成も好ましく使用できる。
高温状態にある反応炉においてウェハを搬送させる場合、ウェハに反りがあった場合でもサセプタ上に安定して載置した状態を保ちつつ、エピタキシャル成長中のウェハの裏面の荒れを発生させないサセプタを提供する。
　１、１１、２１　内側サセプタ
　１ａ、１１ａ、２１ａ　突起部
　１ｂ　ウェハと対向する面
　２　外側サセプタ
２ａ　ウェハ載置面
　２ｂ　段差
２ｃ　開口部
１０　サセプタ
　３０　ＣＶＤ装置
３１　反応炉
３２　ガス供給部
３３　ヒータ
　３４　上下駆動機構
３５　ガス排出部
３６　ゲートバルブ
３７　搬送機構
３８　ウェハを回転させる回転機構
１００　サセプタ
１０１　インナーサセプタ
１０１ａ　インナーサセプタの凸部
１０１ｂ　インナーサセプタの上部
１０２　アウターサセプタ
１０２ａ　ウェハを支持する段部
１０２ｂ　インナーサセプタを支持する段部
１０２ｃ　開口部
　Ｗ　ウェハ
　Ｗａ　ウェハの裏面
　Ｗｓ　ウェハの外周部
　ｈ　突起部１ａの高さ
　Ｈ１　突起部１ａの高さの位置
　Ｈ２　突起部１ａの高さの位置
　Ｖｂ　図５Ｂとして図５Ａで拡大する範囲
　Ｓ　ウェハの裏面と凸部以外のインナーサセプタの上面との間の間隙

Claims (8)

  1. 　外側サセプタと内側サセプタとを含み
    　前記外側サセプタは、前記内側サセプタを嵌合させて収納する開口部と、ウェハの外周部が載置されるウェハ載置面を有し、
    　前記内側サセプタは、サセプタにウェハを載置したときに、ウェハと対向する面に少なくとも１つの突起部を有し、
    　前記突起部の高さが、サセプタにウェハを載置したときにウェハに接しない高さであることを特徴とするサセプタ。
  2. 　前記外側サセプタの開口部は、段差に囲まれた開口を有し、段差内に内側サセプタを嵌合させることにより、前記開口部の開口が遮断されることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
  3. 　前記内側サセプタが、載置されるウェハよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
  4. 　前記突起部が、内側サセプタの上面に、円周上又は回転対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
  5. 　ウェハが収容され、化学的気相成長によってウェハ上に膜を形成する反応炉と
    請求項１に記載のサセプタと、
    　前記サセプタを上昇及び下降させるための上下駆動機構と、を備えることを特徴とするＣＶＤ装置。
  6. 　請求項５に記載のＣＶＤ造装置を用いて、ＳｉＣ単結晶ウェハ上にＳｉＣ単結晶エピタキシャル層を形成する、エピタキシャルウェハを製造する方法であって、
    　上下駆動機構を用いて、前記サセプタの上面にウェハを載置させるウェハ搬送工程を有し、
    　前記ウェハ搬送工程を８００℃以上の高温で行うことを特徴とする、エピタキシャルウェハの製造方法。
  7. 　前記外側サセプタと前記内側サセプタのみからな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。
  8. 　化学的気相成長によってウェハ上に膜を形成するＣＶＤ装置において前記ウェハを保持するサセプタであることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
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