WO2022013906A1 - ＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置及び製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present application relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method for a SiC epitaxial substrate.
  • SiC has excellent physical properties such as a dielectric breakdown electric field strength about 10 times higher than Si and a band gap 3 times higher. Therefore, in recent years, SiC has been attracting attention mainly as a power device material for power control.
  • a power device using SiC can significantly reduce power loss, reduce the size, and realize energy saving at the time of power supply conversion. For this reason, SiC power devices are key devices for realizing a low-carbon society, such as higher performance of electric vehicles and higher functionality of solar cell systems. Since the active layer of a SiC power device is required to have high-precision doping density and film thickness control, it is epitaxially grown on a 4H-SiC bulk single crystal by CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • Patent Document 1 discloses a technique of forming a substrate coating film on the back surface of a substrate and removing the coating film.
  • Patent Document 2 discloses a technique in which the SiC coating film of the pocket, which is the source of protrusions, is used as TaC.
  • Patent Document 3 describes an apparatus provided with a gas flow path for particle blocks in addition to the gas for rotating satellites in the apparatus.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-160750 (paragraph 0018, FIG. 1) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-60195 (paragraph 0037, FIG. 1) JP-A-2015-32630 (paragraph 0024, FIG. 1)
  • Patent Document 1 since a step of removing the substrate coating film on the back surface of the substrate is added, there is a problem that the construction period becomes long and the cost increases.
  • Patent Document 2 there is a problem that it is difficult to suppress the formation of protrusions to a level that does not hinder the processing of the semiconductor forming process by using only the TaC coating.
  • Patent Document 3 has a problem that although it has an effect of suppressing particles from adhering to the surface of the wafer from the depot in the furnace, it does not have an effect of suppressing protrusions on the back surface.
  • the present application has been made to solve the above-mentioned problems, and to inexpensively and stably manufacture a SiC epitaxial substrate in which the formation of protrusions is suppressed to a level that does not interfere with the processing of the semiconductor forming process. It is an object of the present invention to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method for a SiC epitaxial substrate.
  • the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus disclosed in the present application is a SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus that grows an epitaxial layer on a heated SiC wafer while supplying a raw material gas in a chamber, and is equipped with the SiC wafer.
  • the pocket disk is stored in a pocket disk that rotates around a rotation axis provided in the center of the bottom and a recess provided on the surface, and the inner wall surface of the recess and the pocket disk are stored from the inlet provided in the bottom. It is provided with a susceptor that rotates the pocket disk by exhausting the gas taken into the gap formed between the two from the discharge port on the surface, and the rotation axis is formed with a coating film having a hardness higher than that of graphite. It is characterized by being done.
  • the method for manufacturing a SiC epitaxial substrate disclosed in the present application is a method for manufacturing a SiC epitaxial substrate in which an epitaxial layer is grown on a heated SiC wafer while supplying a raw material gas in a chamber, and the SiC wafer is mounted.
  • the pocket disk is stored in a pocket disk that rotates around a rotation axis provided in the center of the bottom and a recess provided on the surface, and the inner wall surface of the recess and the pocket disk are stored from the inlet provided in the bottom.
  • the rotation axis is formed with a coating film having a hardness higher than that of graphite. It is characterized by being done.
  • a coating film having a hardness higher than that of graphite it is possible to manufacture a SiC epitaxial substrate in which the formation of protrusions is suppressed to a level that does not interfere with the processing of the semiconductor forming process.
  • FIG. It is a top side schematic diagram which shows the structure of the manufacturing apparatus of the SiC epitaxial substrate which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the manufacturing apparatus of the SiC epitaxial substrate which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the state of the conventional SiC epitaxial substrate. It is a figure which shows the state at the time of manufacturing by the manufacturing apparatus of the SiC epitaxial substrate which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the manufacturing apparatus of the SiC epitaxial substrate which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the SiC epitaxial substrate formed by the manufacturing apparatus of the SiC epitaxial substrate which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a top view showing the configuration of a main part of the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a SiC epitaxial substrate at the arrow-viewing position of AA in FIG.
  • the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus 101 is mainly composed of a susceptor 1, a pocket disk 2, and a rotating shaft 3.
  • the susceptor 1 is disk-shaped and is rotatably provided around the center of rotation B.
  • a plurality of pocket disks 2 on which a wafer (4H-SiC bulk single crystal substrate) 4 is mounted are housed side by side at equal intervals in a rotation direction centered on a rotation center B.
  • the pocket disk 2 has a disk shape and is provided with an annular convex portion 2a for positioning the wafer 4 on the outer edge portion of the surface thereof.
  • a rotating shaft 3 is provided at the center of the bottom surface of the pocket disk 2, and the rotating shaft 3 is supported by the susceptor 1.
  • Ar or H 2 gas is supplied to the pocket disk 2 from the inflow port 1c provided at the bottom of the pocket disk 2 into the gap provided between the pocket disk 2 and the recess 1b of the susceptor 1 for accommodating the pocket disk 2.
  • a mechanism is provided in which the pocket disk 2 rotates about the axis center C of the rotating shaft 3 by discharging from the discharging port 1d.
  • the rotating shaft 3 is supported by the susceptor 1 and rotates the pocket disk 2 around the shaft center C.
  • the rotating shaft 3 uses graphite or the like having a heat resistance of 1600 ° C. or higher as a base material.
  • a coating film 3a such as glassy carbon or pyrolytic carbon having a Mohs hardness of 2 or more is formed on the surface of the rotating shaft 3.
  • the Mohs hardness is an index of the hardness of a material, and indicates the difficulty of scratching when scratched with a certain material by 1 to 10. It is desirable that the coating is applied to the entire surface of the rotating shaft, but a part of the rotating shaft may be coated, such as coating only the surface in contact with the pocket disk.
  • FIG. 3A is a diagram showing protrusions formed on the back surface of a substrate when SiC is epitaxially grown on a SiC substrate by a conventional SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus.
  • 3 (b) is an enlarged view of the region D of FIG. 3 (a)
  • FIG. 3 (c) is a diagram showing the height of the cross section of the EE arrow of FIG. 3 (b).
  • the rotating shaft is made of graphite, which has a lower Mohs hardness than the coating film such as TaC of the pocket disk, so that it wears due to rotation.
  • the cause of the protrusions formed on the back surface of the substrate is that the abrasion powder generated from the graphite of the rotating shaft adheres to the back surface of the substrate.
  • the heated substrate warps convexly toward the back surface due to the temperature difference between the front and back surfaces, so the wear debris on the rotating shaft is carried to the back surface of the substrate by the satellite rotating gas and adheres to it, starting from that.
  • the protrusion shown in FIG. 3 is formed.
  • the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus 101 disclosed in the present application is characterized in that the rotating shaft 3 is coated with a film having a hardness higher than that of graphite. This makes it possible to prevent the wear debris from adhering to the back surface of the substrate by suppressing the generation of wear debris on the rotating shaft that causes protrusions.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state at the time of manufacturing of the SiC epitaxial substrate according to the first embodiment by the manufacturing apparatus.
  • the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus 101 is placed in a chamber (not shown) capable of decompression and exhaust, on a pocket disk 2 having a rotating shaft 3 having a coating film 3a formed therein, which is housed in a susceptor 1, as shown in FIG.
  • a SiC epitaxial layer is deposited and grown on the surface of the heated wafer 4, and the formation of protrusions is suppressed to a level that does not interfere with the processing of the semiconductor forming process.
  • a SiC epitaxial substrate can be manufactured.
  • the SiC epitaxial manufacturing apparatus 101 grows an epitaxial layer on the heated wafer 4 while supplying gas in the chamber.
  • a coating film 3a having a hardness higher than that of graphite is formed on the rotating shaft 3, so that by suppressing the generation of wear debris on the rotating shaft, which causes protrusions, the wear debris can be applied to the back surface of the substrate. It is possible to prevent adhesion. Further, it is possible to inexpensively and stably manufacture a SiC epitaxial substrate in which the formation of protrusions is suppressed to a level that does not interfere with the processing of the semiconductor forming process.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, the rotating gas is discharged from the discharge port 1d, but in the second embodiment, a case where the gas is discharged to the side of the susceptor 1 will be described.
  • FIG. 5A is a top view showing the configuration of the main part of the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • 5 (b) is a cross-sectional view of the apparatus for manufacturing a SiC epitaxial substrate at the position of the arrow of FF in FIG. 5 (a).
  • the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus 102 has an exhaust flow path 1e for rotating gas on the side wall of the susceptor 1 for accommodating the pocket disk 2.
  • the rotating gas flows between the pocket disk 2 and the susceptor 1, rotates the pocket disk 1, and then is exhausted from the exhaust flow path 1e.
  • the other configurations of the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus 102 according to the second embodiment are the same as those of the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus 101 of the first embodiment, and the corresponding portions are designated by the same reference numerals and the description thereof will be described. Omit.
  • the exhaust flow path 1e for exhausting the rotating gas is provided on the side portion of the susceptor 1, which causes the protrusions. It is possible to suppress the discharge of the wear debris from the exhaust port, and further suppress the formation of protrusions.
  • Embodiment 3 In the third embodiment, a case where the formation of protrusions is further suppressed by controlling the substrate temperature at the time of manufacturing will be described.
  • a method of manufacturing a SiC epitaxial substrate by the apparatus for manufacturing a SiC epitaxial substrate according to the third embodiment will be described.
  • the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the third embodiment the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus 101 or 102 according to the first embodiment or the second embodiment is used.
  • a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is used as a growth method.
  • SiH 4 (monosilane) is used as the silicon raw material
  • C 3 H 8 (propane) is used as the carbon raw material .
  • SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane) or SiHCl 3 (trichlorosilane) is used as the silicon raw material.
  • CH 4 (methane) or C 2 H 4 (ethylene) may be used as the carbon raw material.
  • a reducing gas such as HCl (hydrogen chloride) or a dopant gas such as N2 (nitrogen) may be supplied.
  • a 4H-SiC bulk single crystal substrate (wafer 1) having an off angle of 4 degrees in the ⁇ 11-20> direction with respect to the main surface (0001) surface (C surface) is prepared.
  • the off angle is not limited to 4 degrees, but may be in the range of 2 degrees to 10 degrees.
  • the 4H-SiC bulk single crystal substrate is flattened by mechanical polishing and chemical mechanical polishing using a chemical solution exhibiting acidity or alkalinity. Further, ultrasonic cleaning is performed with acetone to remove organic substances. Next, so-called RCA cleaning is performed on the 4H-SiC bulk single crystal substrate. That is, after immersing in a mixed solution (1: 9) of ammonia water and hydrogen peroxide solution heated to 75 ° C. ( ⁇ 5 ° C.) for 10 minutes, hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution heated to 75 ° C. ( ⁇ 5 ° C.) Soak in (1: 9). Further, the surface of the 4H-SiC bulk single crystal substrate 1 is cleaned by immersing it in an aqueous solution containing hydrofluoric acid having a volume ratio of about 5% and further performing a substitution treatment with pure water.
  • a 4H-SiC bulk single crystal substrate is introduced into the CVD apparatus. Evacuate to about 10 kPa. After that, it is heated to 1400 ° C. or higher and 1560 ° C. or lower, and an annealing step is carried out in a reducing gas atmosphere. If the substrate temperature is less than 1400 ° C, SiC epitaxial cannot be realized.
  • SiH 4 gas is supplied at a flow rate of 25 sccm
  • C 3 H 8 gas is supplied at a flow rate of 9.0 sccm
  • N 2 gas is supplied at a flow rate of 30 sccm, and epitaxial growth is started on a 4H-SiC bulk single crystal substrate.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a SiC epitaxial substrate manufactured by the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the third embodiment.
  • the third embodiment is characterized in that the maximum substrate temperature during the process from the loading of the substrate into the furnace to the temperature lowering is 1560 ° C. or lower, and the holding time of the maximum substrate temperature is 10 minutes or more and 150 minutes or less. If it is less than 10 minutes at 1560 ° C., SiC epitaxial cannot be realized. If it exceeds 150 minutes at 1560 ° C., the height of the protrusion cannot be reduced.
  • the raw material for the protrusions is supplied to the starting point by sublimation of the base material on the back surface of the substrate when the substrate is heated.
  • the substrate temperature by setting the substrate temperature to 1560 ° C. or lower, sublimation of the back surface of the substrate is suppressed, so that the formation speed of the protrusions can be suppressed and the height of the protrusions can be reduced.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the growth temperature of the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the third embodiment and the number of protrusions. From FIG. 7, the number of protrusions decreases as the substrate temperature decreases, and at 1560 ° C. or lower, an epitaxial substrate without protrusions can be produced.
  • the maximum heating of the substrate is performed by using the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus 101 or 102 according to the first embodiment or the second embodiment. Since the temperature was 1400 ° C. or higher and 1560 ° C. or lower and the holding time was 10 minutes or longer and 150 minutes or lower, SiC could be epitaxially grown normally and sublimation of the back surface of the substrate was suppressed. It is possible to suppress the formation speed of protrusions and to produce an epitaxial substrate without protrusions.
  • the heating temperature of the substrate is set to 1560 ° C. or lower, but in the fourth embodiment, the case where the heating temperature exceeds 1560 ° C. will be described.
  • the maximum substrate temperature is 1400 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower, and the maximum substrate temperature holding time is 10 minutes or longer and 30 minutes or shorter. .. If the substrate temperature is less than 1400 ° C, SiC epitaxial cannot be realized. SiC epitaxial cannot be realized even when the temperature is 1700 ° C. for less than 10 minutes. If it exceeds 30 minutes at 1700 ° C., the height of the protrusion cannot be reduced.
  • the other method of the method for manufacturing the SiC epitaxial substrate according to the fourth embodiment is the same as the method for manufacturing the SiC epitaxial substrate according to the third embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the protrusion formation time is shortened, so that the protrusion height can be reduced.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the growth time of the SiC epitaxial substrate according to the fourth embodiment and the number of protrusions. From FIG. 8, the number of protrusions decreases as the growth time decreases, and an epitaxial substrate having no protrusions can be produced in 30 minutes or less.
  • the maximum heating of the substrate is performed by using the SiC epitaxial substrate manufacturing apparatus 101 or 102 according to the first embodiment or the second embodiment. Since the temperature is 1400 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower and the holding time is 10 minutes or longer and 30 minutes or shorter, SiC can be epitaxially grown normally and sublimation of the back surface of the substrate is suppressed. It is possible to suppress the formation speed of protrusions and to produce an epitaxial substrate without protrusions.

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Abstract

チャンバ内で、ガスを供給しながら、加熱されたウェハ（４）上にエピタキシャル層を成長させるＳｉＣエピタキシャル製造装置（１０１）であって、ウェハ（４）を搭載し、底部中央部に設けられた回転軸（３）を中心に回転するポケットディスク（２）と、表面に設けられた凹部（１ｂ）にポケットディスク（２）を収納し、底部に設けた流入口（１ｃ）から凹部（１ｂ）の内壁面とポケットディスク（２）の間に形成された隙間に取り入れた回転用ガスを、表面（１ａ）にある排出口（１ｄ）から排気することでポケットディスク（３）を回転させるサセプタ（１）と、を備え、回転軸（３）にグラファイトよりも硬度の高いコーティング膜（３ａ）を形成し、突起物形成を抑制する。

Description

ＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置及び製造方法
　本願は、ＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置及び製造方法に関するものである。
　ＳｉＣはＳｉと比較して絶縁破壊電界強度が約１０倍高く、バンドギャップが３倍である等の優れた物性を持つ。このため、近年、ＳｉＣは主に電力制御用パワーデバイス材料として注目されている。ＳｉＣを用いたパワーデバイスは、電力損失の大幅な低減、小型化などが可能であり、電源電力変換時の省エネルギー化を実現できる。このため、電気自動車の高性能化、太陽電池システム等の高機能化等、低炭素社会実現の上でＳｉＣパワーデバイスはキーデバイスとなる。ＳｉＣパワーデバイスの活性層は、高精度のドーピング密度及び膜厚制御が求められるため、４Ｈ－ＳｉＣバルク単結晶上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：熱化学気相堆積法）等によりエピタキシャル成長される。
　ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる際、基板裏面に突起物が形成されることで、半導体形成プロセスにおける加工が困難、または、半導体素子の特性に悪影響を与える原因となる問題がある。
　これに対し、特許文献１では、基板裏面に基板被覆膜を形成し、被覆膜を除去する技術が開示されている。特許文献２では、突起物源であるポケットのＳｉＣコーティング膜をＴａＣとする技術が開示されている。特許文献３では、装置内のサテライト回転用ガスとは別にパーティクルブロック用ガス流路を備える装置が記載されている。
特開２０１５－１６０７５０号公報（段落００１８、図１） 特開２００６－６０１９５号公報（段落００３７、図１） 特開２０１５－３２６３０号公報（段落００２４、図１）
　しかしながら、特許文献１では、基板裏面の基板被覆膜を除去する工程が追加されるため、工期が長くなり、コスト増加の原因となるという問題があった。特許文献２では、ＴａＣコートのみでは、半導体形成プロセスの加工に支障がでないレベルまで突起物形成を抑制することは困難であるという問題があった。特許文献３では、炉内デポからのウエハ表面のパーティクル付着を抑制する効果はあるものの、裏面突起物抑制の効果はないという問題があった。
　本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、半導体形成プロセスの加工に支障がでないレベルまで突起物形成を抑制したＳｉＣエピタキシャル基板を安価、かつ、安定して製造するＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
　本願に開示されるＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置は、チャンバ内で、原料ガスを供給しながら、加熱されたＳｉＣウェハにエピタキシャル層を成長させるＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置であって、前記ＳｉＣウェハを搭載し、底部中央部に設けられた回転軸を中心に回転するポケットディスクと、表面に設けられた凹部に前記ポケットディスクを収納し、底部に設けた流入口から前記凹部の内壁面と前記ポケットディスクの間に形成された隙間に取り入れたガスを、表面にある排出口から排気することで前記ポケットディスクを回転させるサセプタと、を備え、前記回転軸は、グラファイトよりも硬度の高いコーティング膜が形成されていることを特徴とする。
　本願に開示されるＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法は、チャンバ内で、原料ガスを供給しながら、加熱されたＳｉＣウェハにエピタキシャル層を成長させるＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法であって、前記ＳｉＣウェハを搭載し、底部中央部に設けられた回転軸を中心に回転するポケットディスクと、表面に設けられた凹部に前記ポケットディスクを収納し、底部に設けた流入口から前記凹部の内壁面と前記ポケットディスクの間に形成された隙間に取り入れたガスを、表面にある排出口から排気することで前記ポケットディスクを回転させるサセプタと、を用い、前記回転軸は、グラファイトよりも硬度の高いコーティング膜が形成されていることを特徴とする。
　本願によれば、グラファイトより硬度の高いコーティング膜を形成することにより、半導体形成プロセスの加工に支障がでないレベルまで突起物形成を抑制したＳｉＣエピタキシャル基板を製造することができる。
実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置の構成を示す上面模式図である。 実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置の構成を示す断面模式図である。 従来のＳｉＣエピタキシャル基板の状態を示す図である。 実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置による製造時の状態を示す図である。 実施の形態２に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置の構成を示す断面模式図である。 実施の形態３に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置により形成されるＳｉＣエピタキシャル基板の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置による成長温度と突起物の数の関係を示す図である。 実施の形態４に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置による成長時間と突起物の数の関係を示す図である。
　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置の主要部の構成を示す上面図である。図２は、図１のＡＡの矢視位置でのＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置の断面図である。
　図１および図２に示すように、実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０１は、主に、サセプタ１、ポケットディスク２、回転軸３から構成される。
　サセプタ１は、円盤状で回転中心Ｂを中心に回転自在に設けられている。サセプタ１の表面１ａには、ウェハ（４Ｈ－ＳｉＣバルク単結晶基板）４を搭載する複数のポケットディスク２が、回転中心Ｂを中心とする回転方向に等間隔に並べて収納されている。
　ポケットディスク２は、円盤状で表面の外縁部にウェハ４を位置決めする円環状の凸部２ａが設けられている。ポケットディスク２の底面中央部には回転軸３が設けられ、回転軸３はサセプタ１で支持されている。ポケットディスク２には、ポケットディスク２を収納するサセプタ１の凹部１ｂとの間に設けられた隙間に、ポケットディスク２の底部に設けられた流入口１ｃから、例えば、ＡｒまたはＨ２ガスを供給し、排出口１ｄから排出することにより、ポケットディスク２が回転軸３の軸中心Ｃを中心に回転する機構が設けられている。
　回転軸３は、サセプタ１で支持され、軸中心Ｃを中心にポケットディスク２を回転させる。回転軸３は、母材として、１６００℃以上の耐熱性をもつグラファイト等を用いる  。実施の形態１では、回転軸３の表面に、モース硬度が２以上のガラス状炭素、熱分解炭素などのコーティング膜３ａを形成する。ここで、モース硬度とは、材質の硬さの指標であり、あるもので引っ掻いたときの傷の付き難さを1～１０で示したものである。なお、コーティングは回転軸全面であることが望ましいが、ポケットディスクに接触する面のみコーティングするなど、回転軸の一部のコーティングでもよい。
　図３（ａ）は、従来のＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置によりＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる際、基板裏面に形成された突起物を示す図である。図３（ｂ）は図３（ａ）の領域Ｄの拡大図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＥＥ矢視断面の高さを示す図である。
　従来のＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置では、回転軸はポケットディスクのＴａＣ等のコーティング膜よりモース硬度の低いグラファイトで構成されているため、回転により摩耗する。筆者らは、ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる際、基板裏面に形成される突起物の原因が、回転軸のグラファイトから発生する摩耗粉が基板裏面に付着することに起因することを見出した。エピタキシャル成長の際、加熱された基板は表面と裏面の温度差により裏面側に凸に反ることから、回転軸の摩耗粉は、サテライト回転用ガスにより基板裏面まで運ばれ付着し、それを起点として図３に示す突起物が形成される。
　本願に開示されるＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０１は、グラファイトより硬度の高い膜により回転軸３をコーティングすることを特徴とするものである。これにより、突起物の原因となる回転軸の摩耗粉発生を抑制することで、基板裏面への当該摩耗粉の付着を防ぐことが可能となる。
　図４は、実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置による製造時の状態を示す図である。ＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０１は、図示しない減圧排気可能なチャンバ内で、図４に示すように、サセプタ１に収納された、コーティング膜３ａを形成した回転軸３を有するポケットディスク２上で、ウェハ４を加熱し、ＳｉＣの原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハ４の表面にＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長させることで、半導体形成プロセスの加工に支障がでないレベルまで突起物形成を抑制したＳｉＣエピタキシャル基板を製造することができる。
　以上のように、本実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０１によれば、チャンバ内で、ガスを供給しながら、加熱されたウェハ４上にエピタキシャル層を成長させるＳｉＣエピタキシャル製造装置１０１であって、ウェハ４を搭載し、底部中央部に設けられた回転軸３を中心に回転するポケットディスク２と、表面に設けられた凹部１ｂにポケットディスク２を収納し、底部に設けた流入口１ｃから凹部１ｂの内壁面とポケットディスク２の間に形成された隙間に取り入れた回転用ガスを、表面１ａにある排出口１ｄから排気することでポケットディスク３を回転させるサセプタ１と、を備え、回転軸３に、グラファイトよりも硬度の高いコーティング膜３ａを形成するようにしたので、突起物の原因となる回転軸の摩耗粉発生を抑制することで、基板裏面への当該摩耗粉の付着を防ぐことが可能となる。また、半導体形成プロセスの加工に支障がでないレベルまで突起物形成を抑制したＳｉＣエピタキシャル基板を安価、かつ、安定して製造することができる。
　実施の形態２．
　実施の形態１では、排出口１ｄから回転用ガスを排出したが、実施の形態２では、サセプタ１の側方に排出する場合について説明する。
　図５（ａ）は、実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置の主要部の構成を示す上面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＦＦの矢視位置でのＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置の断面図である。
　図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、実施の形態２に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０２は、ポケットディスク２を収納するサセプタ１の側壁に回転用ガスの排気流路１ｅを備える。回転用ガスは、ポケットディスク２とサセプタ１間を流れ、ポケットディスク１を回転させた後、排気流路１ｅから排気される。実施の形態２によるＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０２のその他の構成については、実施の形態１のＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０１と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
　これにより、回転用ガスの大半を排気流路１ｅから排出することで、突起物の原因となる摩耗粉の排気口１ｄからの排出を抑制することができ、突起物の形成をさらに抑制することができる。なお、本実施の形態２では、回転軸３にコーティング膜３ａを形成したものを用いたが、回転軸３にコーティング膜３ａを形成しない場合であっても、突起物の形成を抑制することができる。
　以上のように、本実施の形態２に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０２によれば、サセプタ１の側部に回転用ガスを排気する排気流路１ｅを設けるようにしたので、突起物の原因となる摩耗粉の排気口からの排出を抑制することができ、突起物の形成をさらに抑制することができる。
　実施の形態３．
　実施の形態３では、製造時の基板温度を制御することで、突起物の形成をさらに抑制する場合について説明する。
　実施の形態３に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置によるＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法について説明する。実施の形態３に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置としては、実施の形態１または実施の形態２に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０１または１０２を用いる。
　成長方法として、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いる。ここでは、シリコン原料として、ＳｉＨ４（モノシラン）、炭素原料として、Ｃ３Ｈ８（プロパン）を用いるが、その他にシリコン原料として、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン）またはＳｉＨＣｌ３（トリクロロシラン）、炭素原料として、ＣＨ４（メタン）またはＣ２Ｈ４（エチレン）を使用してもよい。また、上記原料ガス以外に、ＨＣｌ（塩化水素）等の還元性ガスまたはＮ２（窒素）等のドーパントガスを供給してもよい。
　まず、主面となる（０００１）面（Ｃ面）に対して＜１１－２０＞方向へ４度のオフ角を有する４Ｈ-ＳｉＣバルク単結晶基板（ウェハ１）を準備する。ここで、オフ角は４度に限ったものではなく、２度～１０度の範囲内であればよい。
　具体的には、４Ｈ―ＳｉＣバルク単結晶基板に対し、機械研磨、及び酸性又はアルカリ性を呈する薬液を用いた化学機械研磨により平坦化処理を行う。さらに、アセトンを用いて超音波洗浄を施し有機物を除去する。次に、４Ｈ-ＳｉＣバルク単結晶基板に対していわゆるＲＣＡ洗浄を行う。即ち、７５℃（±５℃）に加熱したアンモニア水と過酸化水素水の混合液（１：９）に１０分間浸した後に、７５℃（±５℃）に加熱した塩酸と過酸化水素水（１：９）に浸す。さらに、体積比率で５％程度のフッ酸を含む水溶液に浸し、更に純水により置換処理を施すことにより、４Ｈ-ＳｉＣバルク単結晶基板１に対する表面洗浄を行う。
　続いて、４Ｈ-ＳｉＣバルク単結晶基板をＣＶＤ装置に導入する。約１０ｋＰａ程度まで真空引きを行う。その後、１４００℃以上１５６０℃以下まで加熱し、還元性ガス雰囲気中でのアニール工程を実施する。基板温度が１４００℃未満の場合はＳｉＣエピタキシャルが実現できない。
　次いで、ＳｉＨ４ガスを２５ｓｃｃｍ、Ｃ３Ｈ８ガスを９．０ｓｃｃｍ、Ｎ２ガスを３０ｓｃｃｍの流量で供給を行い、４Ｈ-ＳｉＣバルク単結晶基板上にエピタキシャル成長を開始する。
　開始直後より、ＳｉＨ４ガスを２００ｓｃｃｍ、Ｃ３Ｈ８ガスを７２ｓｃｃｍまで増加させながら、膜厚が０．０７μｍのバッファ層５をエピタキシャル成長させる。その後、成長速度１４μｍ／ｈで膜厚が１０μｍのドリフト層６を順に成長させる。また、バッファ層５およびドリフト層６のキャリア濃度がそれぞれ、２×１０１８ｃｍ－３、８×１０１５ｃｍ－３となるようにＮ２ガスを供給した。図６は、実施の形態３に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置により製造したＳｉＣエピタキシャル基板の断面図である。
　その後、原料ガス供給を停止し、室温まで降温する。本実施の形態３においては、基板の炉内搬入から降温までのプロセス中の最高基板温度を１５６０℃以下、最高基板温度の保持時間を１０分以上、１５０分以下にすることを特徴とする。１５６０℃で１０分未満の場合、ＳｉＣエピタキシャルが実現できない。１５６０℃で１５０分を超えると突起物高さを小さくすることができない。
　突起物の原料は基板が加熱されることで、基板裏面の母材の昇華により起点となる箇所へ供給される。本実施の形態３では、基板温度を１５６０℃以下とすることで、基板裏面の昇華が抑制されることで、突起物の形成速度を抑制し、突起物高さを小さくすることができる。  
　図７は、実施の形態３に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置による成長温度と突起物の数の関係を示す図である。図７より、基板温度の低下に伴い突起物数は減少し、１５６０℃以下では、突起物のないエピタキシャル基板を作製することができる。
　以上のように、本実施の形態３に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法によれば、実施の形態１または実施の形態２に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０１または１０２を用い、基板を加熱する最高温度が、１４００℃以上、１５６０℃以下であり、保持時間が１０分以上、１５０分以下となるようにしたので、ＳｉＣが正常にエピタキシャル成長でき、かつ、基板裏面の昇華が抑制されることで、突起物の形成速度を抑制し、突起物のないエピタキシャル基板を作製することができる。
　実施の形態４．
　実施の形態３では、基板の加熱温度を１５６０℃以下としたが、実施の形態４では、１５６０℃を超えた場合について説明する。
　実施の形態４に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置によるＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法では、最高基板温度を１４００℃以上、１７００℃以下とし、最高基板温度の保持時間を１０分以上、３０分以下とする。基板温度が１４００℃未満の場合はＳｉＣエピタキシャルが実現できない。１７００℃で１０分未満の場合もＳｉＣエピタキシャルが実現できない。１７００℃で３０分を超えると突起物高さを小さくすることができない。実施の形態４によるＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法のその他の方法については、実施の形態３のＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法と同様であり、その説明を省略する。
　本実施の形態４では、最高基板温度１５６０℃以上に保持される時間を３０分以下とすることで、突起物形成時間が短くなるため、突起物高さを小さくすることができる。
　図８は、実施の形態４に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置による成長時間と突起物の数の関係を示す図である。図８より、成長時間の減少に伴い突起数は減少し、３０分以下では、突起物のないエピタキシャル基板を作製することができる。
　以上のように、本実施の形態４に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法によれば、実施の形態１または実施の形態２に係るＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置１０１または１０２を用い、基板を加熱する最高温度が、１４００℃以上、１７００℃以下であり、保持時間が１０分以上、３０分以下となるようにしたので、ＳｉＣが正常にエピタキシャル成長でき、かつ、基板裏面の昇華が抑制されることで、突起物の形成速度を抑制し、突起物のないエピタキシャル基板を作製することができる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　サセプタ、１ａ　サセプタの表面、１ｂ　サセプタの凹部、１ｃ　流入口、１ｄ　排気口、２　ポケットディスク、３　回転軸、３ａ　コーティング膜、４　ウェハ、１０１、１０２　ＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置。

Claims (7)

  1. 　チャンバ内で、原料ガスを供給しながら、加熱されたＳｉＣウェハにエピタキシャル層を成長させるＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置であって、
    　前記ＳｉＣウェハを搭載し、底部中央部に設けられた回転軸を中心に回転するポケットディスクと、
    　表面に設けられた凹部に前記ポケットディスクを収納し、底部に設けた流入口から前記凹部の内壁面と前記ポケットディスクの間に形成された隙間に取り入れた回転用ガスを、表面にある排出口から排気することで前記ポケットディスクを回転させるサセプタと、
    　を備え、
    　前記回転軸は、グラファイトよりも硬度の高いコーティング膜が形成されていることを特徴とするＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置。
  2. 　前記コーティング膜は、モース硬度が２以上であることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置。
  3. 　前記コーティング膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置。
  4. 　前記サセプタは、側部に前記回転用ガスを排気する排気流路を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＳｉＣエピタキシャル基板の製造装置。
  5. 　チャンバ内で、原料ガスを供給しながら、加熱されたＳｉＣウェハにエピタキシャル層を成長させるＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法であって、
    　前記ＳｉＣウェハを搭載し、底部中央部に設けられた回転軸を中心に回転するポケットディスクと、
    　表面に設けられた凹部に前記ポケットディスクを収納し、底部に設けた流入口から前記凹部の内壁面と前記ポケットディスクの間に形成された隙間に取り入れた回転用ガスを、表面にある排出口から排気することで前記ポケットディスクを回転させるサセプタと、
    　を用い、
    　前記回転軸は、グラファイトよりも硬度の高いコーティング膜が形成されていることを特徴とするＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法。
  6. 　前記ＳｉＣウェハを加熱する最高温度が、１４００℃以上、１５６０℃以下であり、保持時間が１０分以上、１５０分以下であることを特徴とする請求項５に記載のＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法。
  7. 　前記ＳｉＣウェハを加熱する最高温度が、１４００℃以上、１７００℃以下であり、保持時間が１０分以上、３０分以下であることを特徴とする請求項５に記載のＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法。
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