WO2020105211A1 - 炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置 - Google Patents

炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置

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silicon carbide
rotating shaft
susceptor
manufacturing apparatus
cylindrical portion
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弘 塩見
容子 渡邊
和田　圭司
土井　秀之
岳見 寺尾
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides

Definitions

  • the present disclosure relates to a silicon carbide (SiC) epitaxial substrate manufacturing apparatus.
  • SiC silicon carbide
  • Patent Document 1 JP-A-2018-108916 describes a hot wall type CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus.
  • the CVD device described in Patent Document 1 has a quartz tube, a heating element, a rotating susceptor, and an induction heating coil.
  • the heating element and the rotating susceptor are placed inside the quartz tube.
  • the induction heating coil is wound around the outer peripheral surface of the quartz tube.
  • the induction heating coil induction-heats the heating element when energized.
  • the silicon carbide substrate placed on the rotary susceptor is also heated.
  • a rotary shaft connected to a drive mechanism is attached to the rotary susceptor.
  • Raw gas and carrier gas are supplied into the chamber of the hot wall CVD apparatus. Thereby, the epitaxial layer is crystal-grown on the silicon carbide substrate.
  • the rotary susceptor is configured to rotate by rotating the rotary shaft.
  • a silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus includes a rotary susceptor on which the silicon carbide substrate is mounted, and a cylindrical rotary shaft attached to the rotary susceptor.
  • a shield plate is formed on the inner peripheral surface of the rotary shaft so as to extend so as to intersect the central axis of the rotary shaft.
  • a silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus includes a rotary susceptor on which the silicon carbide substrate is mounted, and a cylindrical rotary shaft attached to the rotary susceptor.
  • the rotating shaft has a first cylindrical portion and a second cylindrical portion. The lower end of the first cylindrical portion is fitted into the upper end of the second cylindrical portion by point contact or line contact.
  • FIG. 1 is a sectional view of the manufacturing apparatus 100.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the rotary shaft 4 in the manufacturing apparatus 100.
  • FIG. 3 is a process drawing for forming an epitaxial layer on silicon carbide substrate 50.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of rotating shaft 4a in the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the first comparative example.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of rotating shaft 4b in the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the second comparative example.
  • FIG. 6 is a sectional view of the manufacturing apparatus 200.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the rotary shaft 4 in the manufacturing apparatus 200.
  • FIG. 8 is a partial side view of the fitting portion between the first cylindrical portion 43 and the second cylindrical portion 44.
  • An object of the present disclosure is to provide an apparatus for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate capable of suppressing nonuniformity of temperature on the rotating susceptor. [Effect of the present disclosure] According to the manufacturing apparatus for a silicon carbide epitaxial substrate according to the present disclosure, it is possible to suppress temperature nonuniformity on the rotating susceptor.
  • a silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus includes a rotary susceptor on which the silicon carbide substrate is mounted, and a cylindrical rotary shaft attached to the rotary susceptor.
  • a shield plate is formed on the inner peripheral surface of the rotary shaft so as to extend so as to intersect the central axis of the rotary shaft.
  • the radiation through the cavity formed inside the rotating shaft is suppressed by the shield plate.
  • heat radiation from the rotary susceptor via the rotary shaft is suppressed, and uneven temperature on the rotary susceptor can be suppressed.
  • a silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus includes a rotary susceptor on which the silicon carbide substrate is placed, and a cylindrical rotary shaft attached to the rotary susceptor.
  • the rotating shaft has a first cylindrical portion and a second cylindrical portion. The lower end of the first cylindrical portion is fitted into the upper end of the second cylindrical portion by point contact or line contact.
  • the first cylindrical portion and the second cylindrical portion are fitted by point contact or line contact, and the heat transfer resistance increases at the fitting portion. There is. Therefore, according to the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus of (2) above, heat radiation from the rotary susceptor via the rotary shaft is suppressed, and nonuniform temperature on the rotary susceptor can be suppressed.
  • a shield plate extending so as to intersect the central axis of the rotary shaft may be formed on the inner peripheral surface of the rotary shaft.
  • heat radiation from the rotary susceptor via the rotary shaft is further suppressed, and nonuniformity of temperature on the rotary susceptor can be further suppressed.
  • the rotary shaft may be formed of silicon nitride, alumina, sapphire or zirconia.
  • the above-mentioned material forming the rotating shaft is a material having a relatively low thermal conductivity, according to the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus of (4) above, heat radiation to the outside of the chamber via the rotating shaft is further improved. As a result, the nonuniformity of the temperature on the rotating susceptor can be further suppressed.
  • manufacturing apparatus 100 The configuration of the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus (hereinafter, referred to as manufacturing apparatus 100) according to the first embodiment will be described below.
  • the manufacturing apparatus 100 is a horizontal hot wall CVD apparatus.
  • the manufacturing apparatus 100 includes a quartz tube 1, a heating element 2, a rotary susceptor 3, a rotary shaft 4, a heat insulating member 5, and an induction heating coil 6.
  • the quartz tube 1 has a tubular shape. One end and the other end of the quartz tube 1 in the longitudinal direction are closed. A gas introduction pipe 11 is provided at one end of the quartz tube 1 in the longitudinal direction, and a gas discharge pipe 12 is provided at the other end of the quartz tube 1 in the longitudinal direction. The gas introduction pipe 11 and the gas discharge pipe 12 communicate with the inside of the quartz pipe 1.
  • a carbon raw material gas, a silicon raw material gas, an impurity raw material gas and a carrier gas are introduced into the quartz pipe 1.
  • propane (C 3 H 8 ) gas is used as the carbon source gas.
  • silicon source gas for example, silane (SiH 4 ) gas is used.
  • impurity raw material gas for example, ammonia (NH 3 ) gas and nitrogen (N 2 ) gas are used.
  • Hydrogen (H 2 ) gas for example, is used as the carrier gas.
  • the gas exhaust pipe 12 exhausts the gas remaining in the quartz pipe 1 after the epitaxial layer described later is formed on the silicon carbide substrate 50. In addition, in FIG. 1, the flows of these gases are indicated by arrows.
  • the heating element 2 has a tubular shape.
  • the heating element is made of graphite, for example.
  • the heating element 2 is arranged inside the quartz tube 1. In the following, the space inside the heating element 2 may be referred to as a chamber.
  • the rotary susceptor 3 has a first main surface 3a and a second main surface 3b. Silicon carbide substrate 50 (silicon carbide substrate 50 is shown by a dotted line in FIG. 1) is placed on first main surface 3a. The second main surface 3b is the surface opposite to the first main surface 3a.
  • the rotary susceptor 3 is arranged inside the heating element 2.
  • the rotary susceptor 3 is made of graphite, for example.
  • the surface of the rotary susceptor 3 may be coated with silicon carbide.
  • Rotating susceptor 3 may be made of silicon carbide.
  • the rotary shaft 4 has a cylindrical shape.
  • the rotary shaft 4 is attached to the rotary susceptor 3 (second main surface 3b) at one end.
  • the rotating shaft 4 is attached to a drive mechanism (not shown) at the other end.
  • the rotating shaft 4 extends in a direction intersecting the first main surface 3a and the second main surface 3b.
  • the rotary shaft 4 is rotationally driven around its central axis by a drive mechanism. As a result, the rotary susceptor 3 rotates about its central axis.
  • the rotating shaft 4 is made of a material having heat resistance and low thermal conductivity.
  • the rotating shaft 4 is preferably made of a material whose thermal conductivity decreases as the temperature rises in a temperature range of at least 1000 ° C. or less.
  • the thermal conductivity of the material forming the rotating shaft 4 is preferably 20 W / m ⁇ K or less when measured at 1000 ° C.
  • the rotating shaft 4 is made of, for example, silicon nitride, alumina, sapphire, zirconia, or the like.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view of the rotary shaft 4 in the manufacturing apparatus 100.
  • a shield plate 41 and a shield plate 42 are formed on the inner peripheral surface of the rotary shaft 4.
  • the shield plate 41 and the shield plate 42 extend from the inner peripheral surface of the rotating shaft 4 in a direction intersecting the central axis of the rotating shaft 4. At least a part of the shielding plate 41 is preferably separated from the inner peripheral surface of the rotating shaft 4. It is preferable that the shield plate 41 and the shield plate 42 have the same shape and are arranged at positions symmetrical with respect to the central axis of the rotation shaft 4. Further, it is preferable that the shield plate 41 and the shield plate 42 are formed so that no gap is formed when viewed from the rotary susceptor 3 side.
  • the heat insulating member 5 is arranged between the heating element 2 and the quartz tube 1 so as to surround the outer peripheral surface of the heating element 2.
  • the heat insulating member 5, the heating element 2 and the quartz tube 1 are formed with through holes for inserting the rotary shaft 4.
  • the induction heating coil 6 is wound around the outer peripheral surface of the quartz tube 1. When the induction heating coil 6 is energized, it induction-heats the heating element 2 and the rotary susceptor 3. Silicon carbide substrate 50 is heated by heat conduction from rotary susceptor 3 and radiation from heating element 2 and rotary susceptor 3. Since the heat insulating member 5 is arranged between the heating element 2 and the quartz tube 1, the quartz tube 1 is hardly heated.
  • FIG. 3 is a process drawing for forming an epitaxial layer on silicon carbide substrate 50.
  • an epitaxial layer is formed on silicon carbide substrate 50 by performing preparatory step S1, placement step S2, temperature raising step S3, and epitaxial growth step S4.
  • silicon carbide substrate 50 is prepared.
  • Preparation of silicon carbide substrate 50 is performed, for example, by slicing an ingot made of a silicon carbide single crystal. This slicing is preferably performed so that the main surface of silicon carbide substrate 50 is inclined at a predetermined angle in a predetermined crystal orientation with respect to a predetermined crystal plane.
  • the predetermined crystal plane is, for example, the ⁇ 0001 ⁇ plane
  • the predetermined crystal orientation is the ⁇ 11-20> direction
  • the predetermined angle is, for example, 2 ° or more and 6 ° or less.
  • the silicon carbide substrate 50 prepared in the preparation step S1 is mounted on the rotary susceptor 3.
  • the steps after the mounting step S2 are performed inside the manufacturing apparatus 100.
  • the temperature raising step S3 by energizing the induction heating coil 6, the temperature inside the chamber is raised to a predetermined temperature.
  • a raw material gas carbon raw material gas, silicon raw material gas, impurity raw material gas
  • a carrier gas By reacting this source gas on the surface of silicon carbide substrate 50 placed on rotating susceptor 3, an epitaxial layer made of a single crystal of silicon carbide is formed on silicon carbide substrate 50.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of rotating shaft 4a in the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the first comparative example.
  • the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the first comparative example has the same configuration as manufacturing apparatus 100, except that rotary shaft 4a is used instead of rotary shaft 4.
  • the rotating shaft 4a has a columnar shape. That is, since the rotating shaft 4a is formed of a solid member, the heat retained by the rotating susceptor 3 is easily released through the rotating shaft 4a by heat conduction, and the temperature on the rotating susceptor 3 is uniform. It is easy to lose the sex.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of rotating shaft 4b in the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the second comparative example.
  • the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the second comparative example has the same configuration as manufacturing apparatus 100, except that rotary shaft 4b is used instead of rotary shaft 4.
  • the rotating shaft 4b has a cylindrical shape. That is, since the rotating shaft 4b is formed of a hollow member, the heat retained by the rotating susceptor 3 is less likely to be released through the rotating shaft 4a due to heat conduction. However, the rotating shaft 4b cannot prevent the heat held by the rotating susceptor 3 from being radiated through the internal space of the rotating shaft 4b.
  • the shield plate 41 and the shield are provided on the inner peripheral surface of the rotating shaft 4. Since the plate 42 is formed, heat release from the rotary susceptor 3 due to radiation is suppressed. As described above, according to the manufacturing apparatus 100, the heat release from the rotary susceptor 3 via the rotary shaft 4 is suppressed as compared with the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatuses according to the first comparative example and the second comparative example. Therefore, it is possible to suppress the temperature nonuniformity on the rotary susceptor 3.
  • the temperature nonuniformity on the rotating susceptor 3 causes the temperature nonuniformity on the silicon carbide substrate 50 placed thereon.
  • the nonuniform temperature on silicon carbide substrate 50 causes the nonuniform carrier concentration in the epitaxial layer grown on silicon carbide substrate 50. Therefore, according to the manufacturing apparatus 100, it is possible to improve the uniformity of carrier concentration in the epitaxial layer.
  • manufacturing apparatus 200 The configuration of a silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus (hereinafter, referred to as manufacturing apparatus 200) according to the second embodiment will be described below.
  • manufacturing apparatus 200 The difference from the configuration of the manufacturing apparatus 100 will be mainly described, and repeated description will not be repeated.
  • FIG. 6 is a sectional view of the manufacturing apparatus 200.
  • the manufacturing apparatus 200 is a horizontal hot wall CVD apparatus.
  • the manufacturing apparatus 200 includes a quartz tube 1, a heating element 2, a rotary susceptor 3, a rotary shaft 4, a heat insulating member 5, and an induction heating coil 6.
  • a shield plate 41 and a shield plate 42 are formed on the inner peripheral surface of the rotating shaft 4.
  • the configuration of the manufacturing apparatus 200 is common to the configuration of the manufacturing apparatus 100.
  • the shield plate 41 and the shield plate 42 may not be formed on the inner peripheral surface of the rotating shaft 4.
  • the rotary shaft 4 is divided into a plurality of parts in the direction along the central axis of the rotary shaft 4 (not shown in FIG. 6).
  • FIG. 7 is an enlarged sectional view of the rotary shaft 4 in the manufacturing apparatus 200.
  • FIG. 8 is a partial side view of the fitting portion between the first cylindrical portion 43 and the second cylindrical portion 44.
  • the rotary shaft 4 is divided into a plurality of parts in a direction along the central axis of the rotary shaft 4. More specifically, the rotating shaft 4 has a first cylindrical portion 43 and a second cylindrical portion 44.
  • the configuration of the manufacturing apparatus 200 is different from the configuration of the manufacturing apparatus 100.
  • the first cylindrical portion 43 is located above the second cylindrical portion 44 (close to the rotary susceptor 3).
  • the first cylindrical portion 43 and the second cylindrical portion 44 have a cylindrical shape.
  • the first cylindrical portion 43 is attached to the rotary susceptor 3 (second main surface 3b) at its upper end portion.
  • the second cylindrical portion 44 is attached to the lower end of the first cylindrical portion 43 at its upper end.
  • the first cylindrical portion 43 is fitted into the upper end of the second cylindrical portion 44 at its lower end in point contact.
  • the first cylindrical portion 43 may be fitted into the upper end portion of the second cylindrical portion 44 in line contact with the lower end portion thereof.
  • the outer diameter of the lower end portion 43a of the first cylindrical portion 43 is smaller than the inner diameter of the upper end portion 44a of the second cylindrical portion 44.
  • the lower end portion 43a of the first cylindrical portion 43 is inserted into the upper end portion 44a of the second cylindrical portion 44.
  • the outer peripheral surface of the lower end portion 43a of the first cylindrical portion 43 and the inner peripheral surface of the upper end portion 44a of the second cylindrical portion 44 are in point contact or line contact with each other.
  • the end surface on the lower end side of the first cylindrical portion 43 and the end surface on the upper end side of the second cylindrical portion 44 are in point contact or line contact with each other.
  • a convex portion 43b is provided on the lower end side end surface of the first cylindrical portion 43, and a concave portion 44b is provided on the upper end side end surface of the second cylindrical portion 44.
  • the operation of the manufacturing apparatus 200 is similar to that of the manufacturing apparatus 100. Therefore, the description of the operation of the manufacturing apparatus 200 is omitted here.
  • the first cylindrical portion 43 and the second cylindrical portion 44 are fitted by point contact or line contact.
  • the heat transfer resistance is large. Therefore, according to the manufacturing apparatus 200, heat radiation from the rotary susceptor 3 via the rotary shaft 4 is suppressed, and nonuniform temperature on the rotary susceptor 3 can be suppressed.
  • the horizontal hot-wall CVD apparatus is given as an example of the manufacturing apparatus 100 and the manufacturing apparatus 200, but the manufacturing apparatus 100 and the manufacturing apparatus 200 may be a vertical hot-wall CVD apparatus.

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Abstract

本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、炭化珪素基板が載置される回転サセプタと、回転サセプタに取り付けられた円筒形状の回転軸とを備える。回転軸の内周面には、回転軸の中心軸と交差するように延在している遮蔽板が形成されている。

Description

炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置
　本開示は、炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル基板の製造装置に関する。本出願は、２０１８年１１月２０日に出願した日本特許出願である特願２０１８－２１７２２４号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　例えば特許文献１（特開２０１８－１０８９１６号公報）には、ホットウォール式のＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）装置が記載されている。特許文献１に記載のＣＶＤ装置は、石英管と、発熱体と、回転サセプタと、誘導加熱コイルとを有している。
　発熱体及び回転サセプタは、石英管の内部に配置されている。誘導加熱コイルは、石英管の外周面に沿って巻き回されている。誘導加熱コイルは、通電されることにより、発熱体を誘導加熱する。発熱体が発熱することにより、回転サセプタ上に載置された炭化珪素基板も加熱される。回転サセプタは、駆動機構に接続された回転軸が取り付けられている。
　ホットウォール式ＣＶＤ装置のチャンバ内には、原料ガス及びキャリアガスが供給される。これにより、炭化珪素基板上にエピタキシャル層が結晶成長する。この際、回転サセプタは、回転軸を回転駆動させることにより自転するように構成されている。
特開２０１８－１０８９１６号公報
　本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、炭化珪素基板が載置される回転サセプタと、回転サセプタに取り付けられた円筒形状の回転軸とを備える。回転軸の内周面には、回転軸の中心軸と交差するように延在している遮蔽板が形成されている。
　本開示の他の態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、炭化珪素基板が載置される回転サセプタと、回転サセプタに取り付けられた円筒形状の回転軸とを備える。回転軸は、第１円筒部と第２円筒部とを有している。第１円筒部の下端部は、第２円筒部の上端部に点接触又は線接触で嵌合されている。
図１は、製造装置１００の断面図である。 図２は、製造装置１００における回転軸４の拡大断面図である。 図３は、炭化珪素基板５０上にエピタキシャル層を形成する際の工程図である。 図４は、第１比較例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置における回転軸４ａの拡大断面図である。 図５は、第２比較例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置における回転軸４ｂの拡大断面図である。 図６は、製造装置２００の断面図である。 図７は、製造装置２００における回転軸４の拡大断面図である。 図８は、第１円筒部４３と第２円筒部４４との嵌合部における部分側面図である。
[本開示が解決しようとする課題]
　特許文献１に記載のＣＶＤ装置において、回転サセプタが保持している熱は、回転軸を介してチャンバの外部へと排出される。そのため、回転サセプタ上において温度の不均一が生じてしまう。
　本開示の目的は、回転サセプタ上の温度の不均一を抑制することができる炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置を提供することである。
[本開示の効果]
　本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によると、回転サセプタ上の温度の不均一を抑制することができる。
　［本開示に係る実施形態の説明]
　まず、本開示に係る実施形態を列記して説明する。
　（１）本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、炭化珪素基板が載置される回転サセプタと、回転サセプタに取り付けられた円筒形状の回転軸とを備えている。回転軸の内周面には、回転軸の中心軸と交差するように延在している遮蔽板が形成されている。
　上記（１）の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置においては、回転軸の内部に形成された空洞を介した輻射が、遮蔽板により抑制される。その結果、回転軸を介した回転サセプタからの放熱が抑制され、回転サセプタ上の温度の不均一を抑制することができる。
　（２）本開示の他の態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、炭化珪素基板が載置される回転サセプタと、回転サセプタに取り付けられた円筒形状の回転軸とを備えている。回転軸は、第１円筒部と、第２円筒部とを有している。第１円筒部の下端部は、第２円筒部の上端部に点接触又は線接触で嵌合されている。
　上記（２）の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置においては、第１円筒部と第２円筒部とが点接触又は線接触で嵌合されており、当該嵌合部において伝熱抵抗が大きくなっている。そのため、上記（２）の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によると、回転軸を介した回転サセプタからの放熱が抑制され、回転サセプタ上の温度の不均一を抑制することができる。
　（３）上記（２）の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置において、回転軸の内周面には、回転軸の中心軸と交差するように延在している遮蔽板が形成されていてもよい。
　上記（３）の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によると、回転軸を介した回転サセプタからの放熱がさらに抑制され、回転サセプタ上の温度の不均一をさらに抑制することができる。
　（４）上記（１）～上記（３）の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置において、回転軸は、窒化珪素、アルミナ、サファイア又はジルコニアで形成されていてもよい。
　回転軸を構成する上記の材料は熱伝導率が相対的に低い材料であるため、上記（４）の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によると、回転軸を介したチャンバの外部への放熱がさらに抑制され、回転サセプタ上の温度の不均一をさらに抑制することができる。
　［本開示に係る実施形態の詳細］
　本開示に係る実施形態の詳細を、図面を参酌しながら説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照記号を付すものとし、重複する説明は繰り返さないものとする。
　（第１実施形態）
　以下に、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置（以下においては、製造装置１００という）の構成を説明する。
　図１は、製造装置１００の断面図である。図１に示されるように、製造装置１００は、横型のホットウォール式ＣＶＤ装置である。製造装置１００は、石英管１と、発熱体２と、回転サセプタ３と、回転軸４と、断熱部材５と、誘導加熱コイル６とを有している。
　石英管１は、筒状の形状を有している。石英管１の長手方向における一方端及び他方端は、閉塞されている。石英管１の長手方向における一方端には、ガス導入管１１が設けられており、石英管１の長手方向における他方端には、ガス排出管１２が設けられている。ガス導入管１１及びガス排出管１２は、石英管１の内部に連通している。
　ガス導入管１１からは、石英管１の内部に炭素原料ガス、珪素原料ガス、不純物原料ガス及びキャリアガスが導入される。炭素原料ガスには、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスが用いられる。珪素原料ガスには、例えばシラン（ＳｉＨ４）ガスが用いられる。不純物原料ガスには、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス及び窒素（Ｎ２）ガスが用いられる。キャリアガスには、例えば水素（Ｈ２）ガスが用いられる。ガス排出管１２からは、後述するエピタキシャル層が炭化珪素基板５０上に形成された後に石英管１内に残存するガスが排出される。なお、図１中において、これらのガスの流れは、矢印で示されている。
　発熱体２は、筒状の形状を有している。発熱体は、例えば黒鉛で形成されている。発熱体２は、石英管１の内部に配置されている。なお、以下においては、発熱体２の内部の空間を、チャンバということがある。
　回転サセプタ３は、第１主面３ａと第２主面３ｂとを有している。第１主面３ａ上には、炭化珪素基板５０（炭化珪素基板５０は、図１中において点線で示されている）が載置されている。第２主面３ｂは、第１主面３ａの反対面である。回転サセプタ３は発熱体２の内部に配置されている。回転サセプタ３は、例えば黒鉛で形成されている。回転サセプタ３の表面は炭化珪素によりコーティングされていてもよい。回転サセプタ３は、炭化珪素で形成されていてもよい。
　回転軸４は、円筒形状を有している。回転軸４は、一方端において、回転サセプタ３（第２主面３ｂ）に取り付けられている。回転軸４は、他方端において、駆動機構（図示せず）に取り付けられている。回転軸４は、第１主面３ａ及び第２主面３ｂに交差する方向に延在している。回転軸４は、駆動機構により、その中心軸周りに回転駆動される。その結果、回転サセプタ３は、その中心軸周りに回転することになる。
　回転軸４は、耐熱性があり、かつ、熱伝導率が低い材料で形成されている。回転軸４は、少なくとも１０００℃以下の温度範囲において、温度上昇に伴って熱伝導率が低下する材料で構成されていることが好ましい。回転軸４を構成する材料の熱伝導率は、１０００℃で測定した際に、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。回転軸４は、例えば、窒化珪素、アルミナ、サファイア、ジルコニア等で形成されている。
　図２は、製造装置１００における回転軸４の拡大断面図である。図２に示されるように、回転軸４の内周面には遮蔽板４１及び遮蔽板４２が形成されている。遮蔽板４１及び遮蔽板４２は、回転軸４の内周面から、回転軸４の中心軸に交差する方向に延在している。遮蔽板４１は、少なくとも一部において、回転軸４の内周面から離間していることが好ましい。遮蔽板４１及び遮蔽板４２は、互いに同一の形状を有しており、回転軸４の中心軸に関して対称な位置に配置されていることが好ましい。また、遮蔽板４１及び遮蔽板４２は、回転サセプタ３側から見て隙間が生じないように形成されていることが好ましい。
　図１に示されるように、断熱部材５は、発熱体２の外周面を取り囲むように、発熱体２と石英管１との間に配置されている。なお、断熱部材５、発熱体２及び石英管１には、回転軸４を挿通するための貫通穴が形成されている。
　誘導加熱コイル６は、石英管１の外周面に沿って巻き回されている。誘導加熱コイル６は、通電されることにより、発熱体２及び回転サセプタ３を誘導加熱する。炭化珪素基板５０は、回転サセプタ３からの熱伝導並びに発熱体２及び回転サセプタ３からの輻射により、加熱される。なお、発熱体２と石英管１との間には断熱部材５が配置されているため、石英管１は殆ど加熱されない。
　以下に、製造装置１００の動作を説明する。図３は、炭化珪素基板５０上にエピタキシャル層を形成する際の工程図である。図３に示されるように、準備工程Ｓ１、載置工程Ｓ２、昇温工程Ｓ３及びエピタキシャル成長工程Ｓ４が行われることにより、炭化珪素基板５０上にエピタキシャル層が形成される。
　準備工程Ｓ１においては、炭化珪素基板５０が準備される。炭化珪素基板５０の準備は、例えば、炭化珪素単結晶からなるインゴットをスライスすることにより行われる。このスライスは、炭化珪素基板５０の主面が所定の結晶面に対して所定の結晶方位において所定の角度だけ傾くように行われることが好ましい。この所定の結晶面は例えば｛０００１｝面であり、この所定の結晶方位は＜１１－２０＞方向であり、所定の角度は例えば２°以上６°以下である。このスライスが行われた後に、炭化珪素基板５０の表面は、研磨されてもよい。
　載置工程Ｓ２においては、準備工程Ｓ１において準備された炭化珪素基板５０が、回転サセプタ３上に載置される。載置工程Ｓ２以降の工程は、製造装置１００の内部において行われる。
　昇温工程Ｓ３においては、誘導加熱コイル６に通電することにより、チャンバ内が所定の温度まで昇温される。
　エピタキシャル成長工程Ｓ４においては、ガス導入管１１を介して、チャンバ内に原料ガス（炭素原料ガス、珪素原料ガス、不純物原料ガス）及びキャリアガスが導入される。この原料ガスが回転サセプタ３上に載置された炭化珪素基板５０の表面において反応することにより、炭化珪素の単結晶からなるエピタキシャル層が、炭化珪素基板５０上に形成される。
　以下に、製造装置１００の効果を比較例と対比しながら説明する。
　図４は、第１比較例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置における回転軸４ａの拡大断面図である。第１比較例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、回転軸４に代えて回転軸４ａが用いられている点を除き、製造装置１００と同一の構成を有している。
　図４に示されるように、回転軸４ａは、円柱形状を有している。すなわち、回転軸４ａは、中実の部材で形成されているため、回転サセプタ３が保持している熱は、熱伝導により回転軸４ａを介して放出されやすく、回転サセプタ３上における温度の均一性が損なわれやすい。
　図５は、第２比較例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置における回転軸４ｂの拡大断面図である。第２比較例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、回転軸４に代えて回転軸４ｂが用いられている点を除き、製造装置１００と同一の構成を有している。
　図５に示されるように、回転軸４ｂは、円筒形状を有している。すなわち、回転軸４ｂは、中空の部材で形成されているため、回転サセプタ３が保持している熱は、熱伝導により回転軸４ａを介して放出されにくい。しかしながら、回転軸４ｂは回転サセプタ３の保持している熱が回転軸４ｂの内部空間を介して輻射により放出されてしまうことを抑制できない。
　一方で、製造装置１００においては、回転軸４が円筒形状を有している（回転軸４が中空部材で形成されている）ことに加え、回転軸４の内周面に遮蔽板４１及び遮蔽板４２が形成されているため、輻射による回転サセプタ３からの熱の放出が抑制されている。このように、製造装置１００によると、第１比較例及び第２比較例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置と比較して、回転軸４を介した回転サセプタ３からの熱の放出を抑制することができ、回転サセプタ３上における温度の不均一が抑制できる。
　なお、回転サセプタ３上における温度の不均一は、その上に載置されている炭化珪素基板５０上における温度の不均一の原因となる。炭化珪素基板５０上における温度の不均一は、炭化珪素基板５０上に成長するエピタキシャル層中におけるキャリア濃度の不均一の原因となる。そのため、製造装置１００によると、エピタキシャル層中におけるキャリア濃度の均一性を高めることが可能となる。
　（第２実施形態）
　以下に、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置（以下においては、製造装置２００という）の構成を説明する。ここでは、製造装置１００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
　図６は、製造装置２００の断面図である。図６に示されるように、製造装置２００は、横型のホットウォール式ＣＶＤ装置である。製造装置２００は、石英管１と、発熱体２と、回転サセプタ３と、回転軸４と、断熱部材５と、誘導加熱コイル６とを有している。回転軸４の内周面には、遮蔽板４１及び遮蔽板４２が形成されている。これらの点に関して、製造装置２００の構成は、製造装置１００の構成と共通している。但し、製造装置２００においては、回転軸４の内周面に遮蔽板４１及び遮蔽板４２が形成されていなくてもよい。また、後述するように、製造装置２００において、回転軸４は、回転軸４の中心軸に沿う方向において、複数の部分に分割されている（図６中において図示せず）。
　図７は、製造装置２００における回転軸４の拡大断面図である。図８は、第１円筒部４３と第２円筒部４４との嵌合部における部分側面図である。図７及び８に示されるように、回転軸４は、回転軸４の中心軸に沿う方向において、複数の部分に分割されている。より具体的には、回転軸４は、第１円筒部４３と、第２円筒部４４とを有している。この点に関して、製造装置２００の構成は、製造装置１００の構成と異なっている。
　第１円筒部４３は、第２円筒部４４の上方に位置している（回転サセプタ３に近い位置にある）。第１円筒部４３及び第２円筒部４４は、円筒形状を有している。第１円筒部４３は、その上端部において、回転サセプタ３（第２主面３ｂ）に取り付けられている。第２円筒部４４は、その上端部において、第１円筒部４３の下端部に取り付けられている。
　第１円筒部４３は、その下端部において、第２円筒部４４の上端部と点接触で嵌合されている。第１円筒部４３は、その下端部において、第２円筒部４４の上端部と線接触で嵌合されていてもよい。
　より具体的には、図７に示されるように、第１円筒部４３の下端部４３ａにおける外径は、第２円筒部４４の上端部４４ａにおける内径よりも小さくなっている。第１円筒部４３の下端部４３ａが、第２円筒部４４の上端部４４ａに挿入されている。この際、第１円筒部４３の下端部４３ａにおける外周面と第２円筒部４４の上端部４４ａにおける内周面とは互いに点接触又は線接触している。第１円筒部４３の下端側の端面と第２円筒部４４の上端側における端面とは、互いに点接触又は線接触している。図８に示されるように、第１円筒部４３の下端側の端面には凸部４３ｂが設けられており、第２円筒部４４の上端側の端面には凹部４４ｂが設けられている。凸部４３ｂが凹部４４ｂに点接触又は線接触するように挿入されることにより、第１円筒部４３の第２円筒部４４に対する回転軸４の中心軸周りの相対的な回転が抑止されている。
　製造装置２００の動作は、製造装置１００の動作と同様である。そのため、ここでは、製造装置２００の動作に関する説明は省略する。
　以下に、製造装置２００の効果を説明する。ここでは、製造装置１００の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
　製造装置２００においては、第１円筒部４３と第２円筒部４４とが点接触又は線接触で嵌合されている。当該嵌合部においては、第１円筒部４３と第２円筒部４４との接触部位が限定されているため、伝熱抵抗が大きくなっている。そのため、製造装置２００によると、回転軸４を介した回転サセプタ３からの放熱が抑制され、回転サセプタ３上の温度の不均一を抑制することができる。
　（変形例）
　上記においては、製造装置１００及び製造装置２００の例として、横型のホットウォール式ＣＶＤ装置を挙げたが、製造装置１００及び製造装置２００は、縦型のホットウォール式ＣＶＤ装置であってもよい。
　今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１　石英管、１１　ガス導入管、１２　ガス排出管、２　発熱体、３　回転サセプタ、３ａ　第１主面、３ｂ　第２主面、４，４ａ，４ｂ　回転軸、４１，４２　遮蔽板、４３　第１円筒部、４３ａ　下端部、４３ｂ　凸部、４４　第２円筒部、４４ａ　上端部、４４ｂ　凹部、５　断熱部材、６　誘導加熱コイル、１００，２００　製造装置、Ｓ１　準備工程、Ｓ２　載置工程、Ｓ３　昇温工程、Ｓ４　エピタキシャル成長工程、５０　炭化珪素基板

Claims (4)

  1. 　炭化珪素基板が載置される回転サセプタと、
    　前記回転サセプタに取り付けられた円筒形状の回転軸とを備え、
    　前記回転軸の内周面には、前記回転軸の中心軸と交差するように延在している遮蔽板が形成されている、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
  2. 　炭化珪素基板が載置される回転サセプタと、
    　前記回転サセプタに取り付けられた円筒形状の回転軸とを備え、
    　前記回転軸は、第１円筒部と、第２円筒部とを有しており、
    　前記第１円筒部の下端部は、前記第２円筒部の上端部に点接触又は線接触で嵌合されている、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
  3. 　前記回転軸の内周面には、前記回転軸の中心軸と交差するように延在している遮蔽板が形成されている、請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
  4. 　前記回転軸は、窒化珪素、アルミナ、サファイア又はジルコニアで形成されている、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
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