WO2022185453A1 - 炭化ケイ素エピタキシャル成長装置および炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法 - Google Patents

炭化ケイ素エピタキシャル成長装置および炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法 Download PDF

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WO2022185453A1
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mounting member
plug
outer peripheral
silicon carbide
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智明 古庄
陽一郎 西本
貴規 田中
信之 冨田
奨 畠中
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三菱電機株式会社
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    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Definitions

  • the present disclosure relates to a silicon carbide epitaxial growth apparatus and a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate.
  • a silicon carbide epitaxial substrate is a semiconductor substrate made of single-crystal silicon carbide, single-crystal silicon, or the like, on which a silicon carbide epitaxial growth layer is formed, and is used as a switching element or a rectifying element in a power conversion device.
  • a silicon carbide epitaxial growth layer is formed on which a silicon carbide epitaxial growth layer is formed, and is used as a switching element or a rectifying element in a power conversion device.
  • Patent Document 1 by reducing the gap between an orientation flat (hereinafter referred to as an orientation flat) portion of the semiconductor substrate and the side wall of the substrate mounting portion of the susceptor, which is generated when the semiconductor substrate is mounted on the susceptor of an epitaxial growth apparatus, Techniques have been disclosed for suppressing the raw material gas for epitaxial growth from flowing into the back surface of the semiconductor substrate and preventing the formation of a film on the back surface of the semiconductor substrate.
  • an orientation flat hereinafter referred to as an orientation flat
  • the gap between the orientation flat portion of the semiconductor substrate and the side wall of the substrate mounting portion of the susceptor is not sufficiently small, and the raw material gas for epitaxial growth flows into the back surface of the semiconductor substrate, causing the semiconductor substrate to be damaged.
  • a film was formed on the back surface.
  • the film formed on the back surface of the semiconductor substrate may reduce the flatness and reduce the manufacturing yield.
  • the present disclosure has been made to solve the above-described problems, and is a silicon carbide epitaxial growth apparatus capable of preventing the formation of a film on the back surface of a semiconductor substrate when growing a silicon carbide epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate. , and a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate capable of improving manufacturing yield.
  • a silicon carbide epitaxial growth apparatus of the present disclosure is a silicon carbide epitaxial growth apparatus comprising a substrate mounting member for mounting a semiconductor substrate having a circular outer periphery, and a plug mounted on the substrate mounting member, the substrate mounting member comprising: includes a mounting member substrate supporting portion having a first substrate supporting surface for supporting the outer edge region of the back surface of the semiconductor substrate, and a mounting member substrate facing surface opposed to the inner surface of the outer edge region of the semiconductor substrate while being separated therefrom.
  • the plug is a surface having the same height as the first substrate supporting surface, and the region of the outer edge region of the semiconductor substrate that is not supported by the first substrate supporting surface and has a second substrate support surface continuously connected to the first substrate support surface at both ends thereof.
  • a plug having a second substrate supporting surface is formed at the same height as the second substrate supporting surface and at both ends of the second substrate supporting surface.
  • a silicon carbide epitaxial growth apparatus and silicon carbide that can prevent a film from being formed on the back surface of a semiconductor substrate and improve manufacturing yield when growing a silicon carbide epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate.
  • a method for manufacturing an epitaxial substrate can be obtained.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing a substrate mounting member and a plug of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 1; 2 is a schematic plan view showing a substrate mounting member of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing a state in which a semiconductor substrate is placed on a substrate placement member and a plug of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a semiconductor substrate is mounted on a substrate mounting member and a plug of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 1;
  • 3A and 3B are explanatory diagrams of the outer periphery and the back surface of the semiconductor substrate in Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a semiconductor substrate is mounted on a substrate mounting member and a plug of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a semiconductor substrate is mounted on a substrate mounting member and a plug of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 1;
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing a substrate mounting member and a plug of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 2;
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing a substrate mounting member of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 2;
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a semiconductor substrate is mounted on a substrate mounting member and a plug of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 2;
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing a plug to be mounted on a substrate mounting member of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing a substrate mounting member and a plug of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing a substrate mounting member of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 3;
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a semiconductor substrate is mounted on a substrate mounting member and a plug of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing a substrate mounting member, a plug, and a covering of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to a fourth embodiment;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a substrate mounting member, a plug, and a covering of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to a fourth embodiment, and showing a state where a semiconductor substrate is mounted;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a substrate mounting member, a plug, and a covering of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to a fourth embodiment, and showing a state where a semiconductor substrate is mounted;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a substrate mounting member, a plug, and a covering of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to a fourth embodiment, and showing a state where a semiconductor substrate is mounted;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a substrate mounting member, a plug, and a covering of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to a fourth embodiment, and showing a state where a semiconductor substrate is mounted;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a substrate mounting member, a plug, and a covering of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to a fourth embodiment, and showing a state where a semiconductor substrate is mounted;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a substrate mounting member, a plug, and a covering of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to a fourth embodiment, and showing a state where a semiconductor substrate is mounted;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a substrate mounting member, a plug, and a covering of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to a fourth embodiment, and showing a state where a semiconductor substrate is mounted;
  • a silicon carbide epitaxial growth apparatus and a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to embodiments of the present disclosure will be described below in detail based on the drawings.
  • the substrate mounting member provided in the silicon carbide epitaxial growth apparatus will be mainly described, and illustration of the epitaxial growth source gas supply unit, the film formation chamber, etc. will be omitted.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a substrate mounting member 10 and a plug 20 of a silicon carbide epitaxial growth apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the substrate mounting member 10 on which the plug 20 is not mounted.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a state in which the semiconductor substrate 50 is mounted on the substrate mounting member 10 and the plug 20 of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross section taken along dashed line A1-A2 in FIG.
  • the substrate mounting member 10 on which the semiconductor substrate 50 is mounted has a mounting member peripheral portion 11, a mounting member substrate supporting portion 12, and a mounting member substrate facing portion 13. and a mounting member plug installation portion 14 .
  • the plug 20 detachably mounted on the mounting member plug installation portion 14 has a plug outer peripheral portion 21 , a plug substrate support portion 22 and a plug bottom portion 23 .
  • the mounting member outer peripheral portion 11 is positioned on the outer peripheral portion of the substrate mounting member 10, and includes a mounting member outer peripheral portion inner wall 11a facing the end surface of the semiconductor substrate 50 and a mounting member upper stage of the mounting member outer peripheral portion 11. and an outer peripheral upper stage 11b.
  • the mounting member outer peripheral portion 11 is provided on the outer peripheral side of the mounting member substrate supporting portion 12 to be described later.
  • the mounting member substrate supporting portion 12 is provided inside the mounting member outer peripheral portion 11, and serves as a first substrate supporting surface 12a for supporting a first region 51a in a substrate outer edge region 51 on the back surface of the semiconductor substrate 50, which will be described later.
  • the mounting member substrate facing portion 13 is provided inside the mounting member substrate supporting portion 12, and has a mounting member substrate facing surface 13a that faces a substrate inner region 52 on the back surface of the semiconductor substrate 50 to be described later while being separated therefrom.
  • the mounting member substrate facing surface 13a may be a flat surface or a curved surface.
  • the mounting member plug setting portion 14 is provided in a region where the mounting member substrate supporting portion 12 is divided in the circumferential direction on the same plane as the mounting member substrate facing surface 13a. 20 is mounted.
  • a portion of the mounting member outer peripheral portion 11 is also divided in the circumferential direction, but the mounting member outer peripheral portion 11 does not have to be divided in the circumferential direction.
  • the plug outer peripheral portion 21 is positioned on the outer peripheral portion of the plug 20, and consists of a plug outer peripheral portion inner wall 21a facing the end surface of the semiconductor substrate 50, a plug outer peripheral portion upper stage 21b that is the upper stage of the plug 20, and a rear side of the plug outer peripheral portion inner wall 21a. It has a plug outer peripheral outer wall 21c which is a surface.
  • the plug substrate supporting portion 22 is a portion inside the plug outer peripheral portion 21 and has a second substrate supporting surface 22a that supports a second region 51b in a substrate outer edge region 51 on the back surface of the semiconductor substrate 50, which will be described later.
  • the height from the mounting member substrate facing surface 13a to the second substrate supporting surface 22a is the same as the height from the mounting member substrate facing surface 13a to the first substrate supporting surface 12a.
  • the second substrate support surface 22a supports the area of the substrate outer edge area 51 that is not supported by the first substrate support surface 12a. Further, as shown in FIG. 1, the second substrate support surface 22a is continuously connected to the first substrate support surface 12a at both ends thereof.
  • the term "continuously connected” does not only mean that no gap is completely formed between the first substrate support surface 12a and the second substrate support surface 22a, but also means that a slight gap is formed. is also shown.
  • This gap enables the plug 20 to be detachably mounted on the substrate mounting member 10 , and prevents the raw material gas for epitaxial growth from flowing into the back surface of the semiconductor substrate 50 from this gap, thereby preventing the formation of a film on the back surface of the semiconductor substrate 50 .
  • Any size may be used as long as it is large enough to prevent this.
  • the gap should be 0.1 mm or more and 3 mm or less, preferably 0.1 mm or more and 2 mm or less, more preferably 0.1 mm or more and 1 mm or less.
  • the plug bottom portion 23 is the bottom portion of the plug 20 facing the mounting member plug setting portion 14 .
  • FIG. 4 shows an example in which the mounting member plug installation portion 14 and the plug bottom portion 23 are in contact with each other, they may not be in contact with each other, and may be fixed by providing a positioning structure such as unevenness. . Fixing the plug 20 suppresses the positional deviation of the plug 20 during placement or recovery of the semiconductor substrate 50, and suppresses the generation of particles originating from materials and coatings caused by friction between the plug 20 and the substrate placement member 10. be able to.
  • the gap between the substrate mounting member 10, the plug 20 and the semiconductor substrate 50 can be reduced, and the epitaxial growth material gas can be suppressed from flowing into the back surface of the semiconductor substrate 50.
  • isolation means that the back surface of the semiconductor substrate 50 is supported by the first substrate supporting surface 12a and the second substrate supporting surface 22a as shown in FIG. It shows that a closed space surrounded by the member substrate facing portion 13, the mounting member outer peripheral portion 11 and the plug 20 is formed. By doing so, the amount of the epitaxial growth source gas flowing into the back surface of the semiconductor substrate 50 can be reduced compared to the case where the plug 20 is not used.
  • the plug 20 is detachable, when the semiconductor substrate 50 is recovered in a state where the semiconductor substrate 50 is placed as shown in FIG. can be lifted to hold the back surface and outer peripheral portion of the semiconductor substrate 50, and good workability can be maintained. Therefore, generation of particles due to friction between tools such as tweezers, the substrate mounting member 10, and the semiconductor substrate 50, or retention of particles in the epitaxial growth apparatus can be suppressed. can be suppressed.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the outer circumference and back surface of the semiconductor substrate 50.
  • a substrate outer edge region 51 on the back surface of the semiconductor substrate 50 is composed of a first region 51a and a second region 51b.
  • the first region 51a is a region directly supported by the first substrate supporting surface 12a of the substrate mounting member 10.
  • the second region 51b is a region directly supported by the second substrate support surface 22a of the plug 20.
  • the substrate inner area 52 of the back surface of the semiconductor substrate 50 is an area inside the substrate outer edge area 51 of the back surface of the semiconductor substrate 50 and faces the mounting member substrate facing surface 13 a of the substrate mounting member 10 . .
  • the substrate outer periphery 53 indicates the entire outer periphery of the semiconductor substrate 50, and is composed of a substrate circular outer peripheral portion 53a and a substrate specific outer peripheral portion 53b.
  • the substrate circular outer peripheral portion 53 a is the circular outer peripheral portion of the semiconductor substrate 50 .
  • the substrate specific outer peripheral portion 53b is an outer peripheral portion of a specific non-circular shape such as an orientation flat portion or a notch portion of the semiconductor substrate 50 .
  • the semiconductor substrate 50 may have a circular shape that does not include the substrate-specific peripheral portion 53b.
  • FIG. 5 shows an example in which the inner side of the board specific outer peripheral portion 53b is the second region 51b. , part or all of the inner side of the substrate specific outer peripheral portion 53b is defined as the first region 51a.
  • the inner side of the substrate specific peripheral portion 53b of the semiconductor substrate 50 can be supported by either the first substrate supporting surface 12a or the second substrate supporting surface 22a. Workability is improved when placed on the Therefore, generation of particles due to friction between tools such as tweezers, the substrate mounting member 10, and the semiconductor substrate 50, or retention of particles in the epitaxial growth apparatus can be suppressed. can be suppressed.
  • the substrate outer edge region 51 is supported by the substrate mounting member 10 and the plug 20 in this way, the inner side of the substrate circular outer peripheral portion 53a is supported, but the inner side of the substrate specific outer peripheral portion 53b is not supported.
  • Heat conduction from the substrate mounting member 10 to the semiconductor substrate 50 is made uniform, and the semiconductor substrate 50 is uniformly heated, as compared with the case where the portion is not supported. Further, the uniformity of the film thickness, carrier concentration, etc. of the epitaxial growth layer can be improved.
  • a heating device (not shown) of a method such as induction heating or resistance heating is arranged in the epitaxial growth apparatus. It is preferable to use mainly radiation or convection while suppressing heat conduction. Therefore, the substrate mounting member 10 is provided with the mounting member substrate facing portion 13 that does not come into contact with the semiconductor substrate 50, and the substrate outer edge region 51 of the semiconductor substrate 50 is supported by the substrate mounting member 10 and the plug 20 to suppress heat conduction.
  • the semiconductor substrate 50 can be heated mainly by radiation or convection while heating.
  • the distance between the mounting member substrate facing surface 13a and the back surface of the semiconductor substrate 50 has an optimum value depending on the diameter of the semiconductor substrate 50, the flow rate of the source gas for epitaxial growth, the heat insulating material structure of the epitaxial growth apparatus, the epitaxial growth conditions, and the like. Although different, it is preferable to set it to about 0.5 mm or more and 2 mm or less. By adjusting within this range, heat radiation and heat reflection during heating of the semiconductor substrate 50 can be easily controlled, the semiconductor substrate 50 is uniformly heated during epitaxial growth, and the substrate outer edge region 51 and the substrate inner region 52 are epitaxially grown.
  • the film thickness, carrier concentration, etc. of the layers can be the same.
  • the tolerance of the diameter of the silicon carbide single crystal substrate, the processing accuracy of the substrate mounting member 10, the workability in placing or recovering the silicon carbide single crystal substrate, the heat conduction to the silicon carbide single crystal substrate, etc. are considered.
  • the clearance between the end portion of the silicon carbide single crystal substrate and the mounting member outer peripheral portion inner wall 11a was set to 0.6 mm, the end portion of the silicon carbide single crystal substrate and the mounting member outer peripheral portion inner wall 11a were separated from each other during the epitaxial growth. 1/150 to 1/100 times the radius of the silicon carbide single crystal substrate at room temperature.
  • the width of the first substrate support surface 12a was set to 5.1 mm, but the width was such that the first substrate support surface 12a could support the silicon carbide single crystal substrate even if the silicon carbide single crystal substrate warped during epitaxial growth.
  • the width of the first substrate supporting surface 12a is reduced. preferably.
  • the plug 20 supports the substrate outer edge region 51 of the back surface of the semiconductor substrate 50 together with the substrate mounting member 10, and the space between the substrate inner region 52 of the semiconductor substrate 50 and the mounting member substrate facing portion 13 is formed.
  • an epitaxial growth source gas supply unit (not shown) arranged outside the substrate mounting member 10 to prevent the epitaxial growth source gas from flowing into the back surface of the semiconductor substrate 50 .
  • the temperature difference between the inner side of the substrate circular outer peripheral portion 53a and the inner side of the substrate specific outer peripheral portion 53b during heating of the semiconductor substrate 50 is reduced, and the in-plane uniformity of heating of the semiconductor substrate 50 can be improved. Further, the uniformity of the film thickness, carrier concentration, etc. of the epitaxial growth layer can be improved. Furthermore, the detachable plug 20 makes it possible to maintain good workability in placing or recovering the semiconductor substrate 50, and prevents particles from being generated by friction between tools such as tweezers, the substrate placement member 10, and the semiconductor substrate 50. It is possible to suppress the generation of particles or the retention of particles in the epitaxial growth apparatus, thereby suppressing defects such as downfalls and triangular defects that occur in the epitaxial growth layer.
  • the substrate mounting member 10 and the plug 20 should be made of a material having a gas permeability of 8 ⁇ 10 ⁇ 6 m 2 /s or less and having low reactivity with the epitaxial growth material gas, carrier gas, etc. is preferable, and graphite coated with silicon carbide, tantalum carbide, or the like can be used.
  • the mounting member substrate facing surface 13a, the mounting member outer peripheral inner wall 11a, the plug outer peripheral inner wall 21a, and the second substrate supporting surface 22a have a melting point of 1700° C. or higher, and are compatible with silicon carbide such as tantalum carbide. are preferably composed of different materials.
  • materials such as metals such as niobium, tungsten, hafnium, and zirconium, carbides of these metals, and pyrolytic carbon can be used, but the material may be selected in consideration of warpage due to heating, gas permeation, and the like.
  • the height from the first substrate support surface 12a to the top of the mounting member outer peripheral portion upper step 11b and the height from the second substrate support surface 22a to the top of the plug outer peripheral portion upper step 21b are both at room temperature.
  • the mounting member outer peripheral portion upper step 11b and the plug outer peripheral portion upper step 21b are preferably formed at a height higher than the surface of the semiconductor substrate 50 .
  • the height of the mounting member outer peripheral portion upper step 11b and the height of the plug outer peripheral portion upper step 21b are preferably higher than the thickness of the semiconductor substrate 50 by 0.1 mm or more and 0.9 mm or less.
  • the flow resistance of the epitaxial growth source gas to the back surface of the semiconductor substrate 50 can be reduced to prevent the formation of a film on the back surface of the semiconductor substrate 50, and the epitaxial growth layer of the substrate outer edge region 51 and the substrate inner region 52 can be prevented.
  • film thickness, carrier concentration, etc. can be the same.
  • the height from the second substrate support surface 22a to the top of the plug outer peripheral portion upper step 21b should be equal to or less than the height from the first substrate support surface 12a to the top of the mounting member outer peripheral portion upper step 11b. It is preferable that the height is the same as that of the upper peripheral portion 11b of the mounting member.
  • the mounting member outer peripheral portion upper step 11b and the plug outer peripheral portion upper step 21b have a height in the direction from the mounting member outer peripheral portion 11 toward the mounting member substrate facing surface 13a or the semiconductor substrate 50. It may have a decreasing slope.
  • the source gas for epitaxial growth or the like easily flows toward the surface of the semiconductor substrate 50, and the gas flow is less likely to be disturbed.
  • the angle of this inclination may be adjusted according to the flow rate of the source gas for epitaxial growth.
  • the mounting member outer peripheral portion upper stage 11b has an inclination that increases in the direction from the mounting member outer peripheral portion 11 toward the mounting member substrate facing surface 13a or the semiconductor substrate 50.
  • the uppermost portions of the mounting member outer peripheral portion upper step 11b and the plug outer peripheral portion upper step 21b are higher than the surface of the semiconductor substrate 50 near the substrate outer periphery 53 by about 0.1 mm or more and 0.9 mm or less.
  • FIG. 6 shows an example in which the mounting member outer peripheral portion upper step 11b and the plug outer peripheral portion upper step 21b have the same inclination. Either one of the plug outer peripheral upper stages 21b may be inclined.
  • the mounting member outer peripheral portion upper step 11b and the plug outer peripheral portion upper step 21b are preferably made of silicon carbide, which is the same material as the epitaxial growth layer. In this way, the adhesion between the film formed on the mounting member outer peripheral portion upper step 11b or the plug outer peripheral portion upper step 21b by the epitaxial growth source gas and the mounting member outer peripheral portion upper step 11b or the plug outer peripheral portion upper step 21b is improved, The generation of particles due to peeling of this film can be suppressed.
  • the substrate mounting member 10 and the plug 20 each have the mounting member outer peripheral portion 11 and the plug outer peripheral portion 21 . It is not necessary to have the plug outer peripheral portion 21 .
  • Such a configuration also prevents the raw material gas for epitaxial growth from flowing into the back surface of the semiconductor substrate 50, and prevents the formation of a film on the back surface of the semiconductor substrate when the silicon carbide epitaxial layer is grown on the surface of the semiconductor substrate. It is possible to obtain a silicon carbide epitaxial growth apparatus that can prevent this and improve the manufacturing yield. In addition, the in-plane uniformity of heating of the semiconductor substrate 50 can be improved, and the generation of particles can be suppressed.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, a part of the mounting member outer peripheral portion 11 and the mounting member substrate supporting portion 12 are divided in the circumferential direction to provide the mounting member plug setting portion 14 , and the mounting member plug setting portion 14 is provided with the plug. 20 is mounted, and the inner side of the substrate specific peripheral portion 53b of the semiconductor substrate 50 is supported by either the first substrate supporting surface 12a or the second substrate supporting surface 22a.
  • a mounting member plug installation portion 14 having a plug support surface 12 b is provided without dividing the mounting member outer peripheral portion 11 and the mounting member substrate support portion 12 in the circumferential direction. is mounted, and the inside of the substrate-specific peripheral portion 53b of the semiconductor substrate 50 is supported by the second substrate support surface 22a of the plug 20. As shown in FIG. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing the substrate mounting member 10 and the plug 20 having the plug seat surface 23a of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing the substrate mounting member 10 on which the plug 20 is not mounted.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross section taken along the dashed line B1-B2 in FIG. 8, and shows a state where the semiconductor substrate 50 is placed for clarity of explanation.
  • the mounting member outer peripheral portion 11 and the mounting member substrate support portion 12 are continuous in the circumferential direction. It also has a continuous plug support surface 12b at the same height as the first substrate support surface 12a. As shown in FIGS. 8 and 10, the plug 20 is mounted such that the plug seat surface 23a rests on the plug support surface 12b. Further, the mounting member is mounted at the position of the mounting member plug mounting portion 14 so that the plug outer peripheral portion outer wall 21c of the upper portion of the plug seating surface 23a is in contact with and follows the mounting member outer peripheral portion inner wall 11a. As in the first embodiment, the second substrate supporting surface 22a is continuously connected to the first substrate supporting surface 12a at both ends thereof. The second substrate support surface 22a supports the second region 51b inside the substrate-specific peripheral portion 53b of the semiconductor substrate 50. As shown in FIG.
  • the substrate outer edge region 51 inside the substrate specific outer peripheral portion 53b is basically entirely supported by the second substrate support surface 22a.
  • the vicinity may be supported by the first substrate support surface 12a without being supported by the second substrate support surface 22a.
  • the flow resistance of the raw material gas for epitaxial growth to the back surface of the semiconductor substrate 50, the workability of mounting and recovering the plug 20, the processing accuracy of the substrate mounting member 10 and the plug 20, the shape and dimensions of the semiconductor substrate 50, etc. are comprehensively considered.
  • the substrate mounting member 10 and the plug 20 can be designed to select a surface that supports the vicinity of the boundary between the substrate-specific peripheral portion 53b and the substrate circular peripheral portion 53a.
  • the substrate-specifying outer peripheral portion 53b can be positioned at any position on the substrate placement member 10 as in the first embodiment.
  • the wide first substrate supporting surface 12a that supports the inner side of the portion 53b may not be provided, and the width of the first substrate supporting surface 12a may be narrowed so that the semiconductor substrate 50 and the first substrate supporting surface are separated.
  • the contact surface with 12a can be narrowed.
  • the film thickness, carrier concentration, etc. of the epitaxially grown layers of the substrate outer edge region 51 and the substrate inner region 52 can be made equal.
  • the inside of the substrate outer periphery 53 can be supported by the substrate mounting member 10 and the plug 20, so that the mounting member substrate facing surface 13a and the back surface of the semiconductor substrate 50
  • the length of the first substrate support surface 12a or the second substrate support surface 22a supporting the back surface of the semiconductor substrate 50 is equal to the inner side of the substrate circular outer peripheral portion 53a and the substrate specific outer peripheral portion.
  • the inner side of 53b is different from the first embodiment, but can be adjusted to be the same in the present embodiment. Therefore, in the present embodiment, even if the semiconductor substrate 50 is warped during epitaxial growth, the inside of the substrate outer periphery 53 is uniformly supported, and even in the substrate specific outer peripheral portion 53b, the raw material gas for epitaxial growth, etc., is not transferred to the back surface of the semiconductor substrate 50. can keep the flow resistance high.
  • the film thickness, carrier concentration, etc. of the epitaxially grown layer in the vicinity of the substrate circular outer peripheral portion 53a and the substrate specific outer peripheral portion 53b can be made equal, and the formation of a film on the back surface of the semiconductor substrate 50 can be prevented. .
  • the semiconductor substrate 50 has an orientation flat as the substrate-specifying peripheral portion 53b, the diameter is 150 mm, the length of the perpendicular from the center of the substrate to the orientation flat is 71.1 mm, and the length of the linear portion of the orientation flat is 47.5 mm.
  • the substrate circular outer peripheral portion 53a of the silicon carbide single crystal substrate which is formed by placing the silicon carbide single crystal substrate on the first substrate support surface 12a, and the mounting member outer peripheral portion inner wall 11a. The clearance between the .5 mm.
  • the tolerance of the diameter of the silicon carbide single crystal substrate, the processing accuracy of the substrate mounting member 10, the workability in placing or recovering the silicon carbide single crystal substrate, and the silicon carbide single crystal substrate Considering the heat conduction of Although the clearance between the end portion of the silicon carbide single crystal substrate and the mounting member outer peripheral portion inner wall 11a was set to 0.3 mm, the end portion of the silicon carbide single crystal substrate and the mounting member outer peripheral portion inner wall 11a were separated from each other during the epitaxial growth. 1/200 times or more and 1/100 times or less of the radius of the silicon carbide single crystal substrate at room temperature. Also, the width of the first substrate supporting surface 12a was set to 1.3 mm, and the width of the second substrate supporting surface 22a was set to 1.5 mm. Any amount is sufficient, and 0.4 mm or more and 2 mm or less is preferable.
  • the plug 20 may be provided with a structure for facilitating installation or collection, for example, a plug hole 24 for grasping with tweezers, provided in the upper peripheral portion 21b of the plug.
  • Embodiment 3 In the first embodiment, a part of the mounting member outer peripheral portion 11 and the mounting member substrate supporting portion 12 are divided in the circumferential direction to provide the mounting member plug installation portion 14 to install the plug 20 , and the semiconductor substrate 50 .
  • the mounting member outer peripheral portion 11 is divided.
  • An example in which the inner side of the substrate-specific peripheral portion 53b of the semiconductor substrate 50 is supported by the second substrate supporting surface 22a will be described.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic plan view showing the substrate mounting member 10 and the plug 20 of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic plan view showing the substrate mounting member 10 on which the plug 20 is not mounted.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a cross section taken along dashed line C1-C2 in FIG. 12, and shows a state where the semiconductor substrate 50 is placed for clarity of explanation.
  • the width of the first substrate support surface 12a is narrow, and the placement member plug setting portions 14 are provided at portions where the placement member substrate support portion 12 is divided in the circumferential direction.
  • the plug 20 is mounted at the mounting member plug mounting portion 14 such that the outer peripheral wall 21c of the plug is in contact with and follows the inner wall 11a of the outer peripheral portion of the mounting member.
  • the second substrate supporting surface 22a is continuously connected to the first substrate supporting surface 12a at both ends thereof.
  • the gap between the first substrate supporting surface 12a and the second substrate supporting surface 22a can be made small, so that the source gas for epitaxial growth does not reach the back surface of the semiconductor substrate 50 as compared with the second embodiment.
  • the flow resistance is increased, and the flow of gas to the back surface is suppressed.
  • the width of the substrate outer edge region 51 can be reduced while supporting the back surface of the semiconductor substrate 50, the heat conduction from the substrate mounting member 10 or the plug 20 to the semiconductor substrate 50 is suppressed, and the uniformity of heating of the semiconductor substrate 50 is improved. improves. Further, the uniformity of the film thickness, carrier concentration, etc. of the epitaxial growth layer can be improved.
  • the width of the substrate outer edge region 51 can be made equal between the inner side of the substrate circular outer peripheral portion 53a and the inner side of the substrate specific outer peripheral portion 53b. Therefore, even if the semiconductor substrate 50 warps during epitaxial growth, the inside of the substrate outer periphery 53 is uniformly supported, and the flow resistance of the raw material gas for epitaxial growth to the back surface of the semiconductor substrate 50 is reduced even in the substrate specific outer peripheral portion 53b. can be kept high. Therefore, the film thickness, carrier concentration, etc. of the epitaxially grown layer near the substrate circular outer peripheral portion 53a and the substrate specific outer peripheral portion 53b can be equalized, and the formation of a film on the back surface of the semiconductor substrate 50 can be prevented. .
  • each part of the substrate mounting member 10 and the plug 20 can be determined in the same manner as in the second embodiment.
  • the plug 20 may also have a structure to facilitate installation or retrieval, such as a hole for gripping with tweezers.
  • Embodiment 4 In this embodiment, an example in which the cover ring 30 is attached to the outside of the mounting member outer peripheral portion 11 will be described. Other configurations are the same as those of the first to third embodiments. Here, the substrate mounting member 10 and the plug 20 of Embodiment 3 will be described as an example.
  • FIG. 15 is a schematic plan view showing the substrate mounting member 10, the plug 20, and the cover ring 30 of the silicon carbide epitaxial growth apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing a cross section taken along dashed line D1-D2 in FIG. 15, and shows a state where the semiconductor substrate 50 is placed for clarity of explanation.
  • a mounting member outer peripheral ring supporting surface 11c is provided outside the mounting member outer peripheral portion 11, and an annular cover ring 30 is placed on the mounting member outer peripheral ring supporting surface 11c.
  • the cover ring 30 has a ring inner wall 30a facing or in contact with the mounting member outer peripheral ring support surface 11c, and a flat ring upper step 30b on the upper part of the cover ring 30.
  • the uppermost portion of the ring upper stage 30 b should be higher than the surface of the semiconductor substrate 50 .
  • the top of the ring upper stage 30b is preferably higher than the mounting member outer peripheral upper stage 11b and the plug outer peripheral upper stage 21b. Furthermore, the top of the ring upper stage 30b is preferably higher than the surface of the semiconductor substrate 50 at the substrate outer periphery 53 by about 0.1 mm or more and 0.9 mm or less at room temperature.
  • the flow resistance of the epitaxial growth source gas to the back surface of the semiconductor substrate 50 can be reduced to prevent the formation of a film on the back surface of the semiconductor substrate 50, and the epitaxial growth layer of the substrate outer edge region 51 and the substrate inner region 52 can be prevented. film thickness, carrier concentration, etc. can be the same.
  • the source gas for epitaxial growth flows to the surface of the semiconductor substrate 50 along the upper stage 30b of the ring, the flow rate of the gas flowing to the surface of the semiconductor substrate 50 can be adjusted, and the retention of the gas near the outer periphery 53 of the substrate can be suppressed.
  • the raw material gas flowing into the back surface of the semiconductor substrate 50 can be reduced. Therefore, the film thickness, carrier concentration, etc. of the epitaxially grown layer near the substrate circular outer peripheral portion 53a and the substrate specific outer peripheral portion 53b can be equalized, and the formation of a film on the back surface of the semiconductor substrate 50 can be prevented. .
  • the position of the ring upper stage 30b can be adjusted so that the flow of the source gas for epitaxial growth to the semiconductor substrate 50 is not disturbed.
  • the film formed on the cover ring 30 becomes thicker, the film stress increases and the film may be damaged and particles may be generated. Generation of particles can be suppressed.
  • the cover ring 30 As the material of the cover ring 30, graphite coated with silicon carbide, tantalum carbide, or the like can be used.
  • the upper ring 30b is preferably made of silicon carbide, which is the same material as the epitaxially grown layer. By doing so, the adhesion between the film of the upper ring 30b formed by the epitaxial growth material gas and the upper ring 30b is improved, and the generation of particles due to peeling of this film can be suppressed.
  • the ring upper step 30b has a lower slope as shown in FIG. 17 or a lower height as shown in FIG. It may have a slope of increasing height, which can be determined according to the epitaxial growth conditions. Even when the upper ring stage 30b is inclined, the upper ring stage 30b is inclined in a state where the cover ring 30 and the semiconductor substrate 50 are placed on the substrate mounting member 10, as in the flat case shown in the above example.
  • the uppermost portion is higher than the surface of the semiconductor substrate 50, and may be higher than the mounting member outer peripheral portion upper step 11b and the plug outer peripheral portion upper step 21b.
  • the uppermost portion of the ring upper stage 30b is preferably higher than the surface of the semiconductor substrate 50 at the substrate outer periphery 53 by about 0.1 mm or more and 0.9 mm or less at room temperature.
  • the cover ring 30 may have a shape that covers the mounting member outer peripheral upper stage 11b, as shown in FIGS. 19 to 21 .
  • the mounting member outer peripheral upper stage 11b and the mounting member outer peripheral ring support surface 11c may be shaped along the ring inner wall 30a so that there is no gap, as shown in FIGS. 19 to 21. It can be stepped, triangular, or the like.
  • the shape of the cover ring 30 may be appropriately selected in consideration of the workability of attaching and recovering the cover ring 30, the amount of generated particles, and the like.
  • the covering 30 when a film is formed on the covering 30 during use, the covering 30 may be warped because the thickness of the film differs for each part of the covering 30 . For this reason, the cover ring 30 may be provided with slits, unevenness, or the like to prevent the cover ring 30 from warping.
  • processing such as slits and unevenness, consideration should be given so that the flow of the raw material gas for epitaxial growth toward the semiconductor substrate 50 is not disturbed.
  • a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate comprises a plug mounting step of mounting a plug 20 supporting a substrate outer edge region 51 on the back surface of a semiconductor substrate 50 on a substrate mounting member 10; a substrate mounting step of mounting the semiconductor substrate 50 on the first substrate supporting surface 12a of the substrate mounting member 10 and the second substrate supporting surface 22a of the plug 20 while separating the rear surface thereof; and a recovering step of recovering the semiconductor substrate 50 by lifting the plug 20 with the semiconductor substrate 50 placed on the second substrate support surface 22a after the epitaxial growth step.
  • the plug 20 is grasped with tweezers or the like, and, for example, the plug 20 is fitted into the mounting member plug setting portion 14 in the area where the mounting member substrate support portion 12 is divided in the circumferential direction in plan view.
  • the first substrate supporting surface 12a of the mounting member plug installation portion 14 is used.
  • a plug 20 having a plug seating surface 23a is mounted thereon.
  • the semiconductor substrate 50 is placed on the first substrate supporting surface 12a and the second substrate supporting surface 22a.
  • the substrate outer edge region 51 on the back surface may be placed in any correspondence.
  • the semiconductor substrate 50 is placed so that the second substrate supporting surface 22a supports the back surface of the semiconductor substrate 50 inside the substrate specifying outer peripheral portion 53b. .
  • the substrate mounting member 10 and the semiconductor substrate 50 are heated by the heating device, and the epitaxial growth is started from the epitaxial growth raw material gas supply section arranged in the horizontal direction to the semiconductor substrate 50 mounted on the substrate mounting member 10.
  • a raw material gas is flown to form an epitaxial growth layer on the semiconductor substrate 50 .
  • the plug 20 is lifted while the semiconductor substrate 50 is placed on the second substrate supporting surface 22a, and the semiconductor substrate 50 is recovered with vacuum tweezers or the like. Therefore, recovery of the semiconductor substrate 50 is simplified, friction between the semiconductor substrate 50, the substrate mounting member 10, the plug 20, and jigs such as tweezers can be prevented, and the generation of particles can be suppressed.
  • a covering mounting process for mounting the cover ring 30 on the mounting member outer peripheral ring support surface 11c of the substrate mounting member 10 is further provided.
  • the deposition step and the epitaxial growth step may be processed in this order.
  • a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate which can prevent a film from being formed on the back surface of the semiconductor substrate when the silicon carbide epitaxial layer is grown on the surface of the semiconductor substrate, and can improve the manufacturing yield. Obtainable.

Abstract

本開示の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置は、円形外周部を有する半導体基板(50)を載置する基板載置部材(10)と、基板載置部材(10)に搭載されるプラグ(20)とを備える炭化ケイ素エピタキシャル成長装置であって、基板載置部材(10)は、半導体基板(50)の裏面の外縁領域(51)を支持する第1の基板支持面(12a)を有する載置部材基板支持部(12)と、半導体基板(50)の外縁領域(51)の内側の面と離隔して対向する載置部材基板対向面(13a)を有する載置部材基板対向部(13)とを有し、プラグ(20)は、第1の基板支持面(12a)と同じ高さであり、半導体基板(50)の外縁領域(51)のうち第1の基板支持面(12a)で支持されない領域を支持し、その両端で第1の基板支持面(12a)と連続してつながる第2の基板支持面(22a)を有するプラグ基板支持部(22)を有する。

Description

炭化ケイ素エピタキシャル成長装置および炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法
 本開示は、炭化ケイ素エピタキシャル成長装置および炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法に関する。
 炭化ケイ素エピタキシャル基板は、単結晶炭化ケイ素、単結晶シリコン等を用いた半導体基板に炭化ケイ素エピタキシャル成長層が形成されたものであり、電力変換装置のスイッチング素子または整流素子に用いられている。従来、これらスイッチング素子または整流素子の性能、製造歩留まり等を向上させるため、炭化ケイ素エピタキシャル成長技術の向上が図られている。
 特許文献1には、エピタキシャル成長装置のサセプタに半導体基板を載置して生じる、半導体基板のオリエンテーションフラット(以下、オリフラと呼ぶ)部とサセプタの基板載置部側壁との隙間を小さくすることで、半導体基板の裏面にエピタキシャル成長用の原料ガスが流れ込むことを抑制し、半導体基板の裏面に膜が形成されることを防止する技術が開示されている。
特開2018-082100(図3)
 しかしながら、特許文献1に示されたサセプタでは、半導体基板のオリフラ部とサセプタの基板載置部側壁との隙間が十分に小さくなく、半導体基板の裏面にエピタキシャル成長用の原料ガスが流れ込んで半導体基板の裏面に膜が形成される場合があった。また、半導体基板の裏面に形成された膜によって平坦性が低下し、製造歩留まりを低下させる場合があった。
 本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、半導体基板の表面に炭化ケイ素エピタキシャル層を成長させる際、半導体基板の裏面に膜が形成されることを防止できる炭化ケイ素エピタキシャル成長装置、および製造歩留まりを向上させることができる炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法を提供することを目的とする。
 本開示の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置は、円形外周部を有する半導体基板を載置する基板載置部材と、基板載置部材に搭載されるプラグとを備える炭化ケイ素エピタキシャル成長装置であって、基板載置部材は、半導体基板の裏面の外縁領域を支持する第1の基板支持面を有した載置部材基板支持部と、半導体基板の外縁領域の内側の面と離隔して対向する載置部材基板対向面を有した載置部材基板対向部とを有し、プラグは、第1の基板支持面と同じ高さの面であり、半導体基板の前記外縁領域のうち第1の基板支持面で支持されない領域を支持し、その両端で第1の基板支持面と連続してつながる第2の基板支持面を有するプラグ基板支持部を有する。
 また、本開示の炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法は、第2の基板支持面を有するプラグを、第2の基板支持面の高さと同じ高さであり、第2の基板支持面の両端で第2の基板支持面と連続してつながる第1の基板支持面を有する基板載置部材の上に着脱可能に搭載するプラグ搭載工程と、円形外周部を有する半導体基板の裏面の外縁領域を第1の基板支持面と第2の基板支持面とで支持し、外縁領域の内側を基板載置部材の内側の載置部材基板対向部と離隔するように、半導体基板を基板載置部材とプラグとに載置する基板載置工程と、半導体基板の表面に炭化ケイ素をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程とを備える。
 本開示によれば、半導体基板の表面に炭化ケイ素エピタキシャル層を成長させる際、半導体基板の裏面に膜が形成されることを防止でき、製造歩留まりを向上させることができる炭化ケイ素エピタキシャル成長装置および炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法を得ることができる。
実施の形態1における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとを示す平面模式図である。 実施の形態1における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材を示す平面模式図である。 実施の形態1における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとに半導体基板が載置された状態を示す平面模式図である。 実施の形態1における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとに半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態1における半導体基板の外周および裏面の説明図である。 実施の形態1における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとに半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態1における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとに半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態2における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとを示す平面模式図である。 実施の形態2における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材を示す平面模式図である。 実施の形態2における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとに半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態2における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材に搭載するプラグを示す平面模式図である。 実施の形態3における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとを示す平面模式図である。 実施の形態3における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材を示す平面模式図である。 実施の形態3における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとに半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態4における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとカバーリングとを示す平面模式図である。 実施の形態4における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとカバーリングとを示し、半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態4における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとカバーリングとを示し、半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態4における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとカバーリングとを示し、半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態4における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとカバーリングとを示し、半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態4における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとカバーリングとを示し、半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。 実施の形態4における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材とプラグとカバーリングとを示し、半導体基板が載置された状態を示す断面模式図である。
 以下に、本開示の実施の形態に係る炭化ケイ素エピタキシャル成長装置、および炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、主として炭化ケイ素エピタキシャル成長装置に備えられる基板載置部材に関して説明し、エピタキシャル成長用原料ガス供給部、成膜室等の図示を省略している。
 実施の形態1.
 図1は、本実施の形態における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材10とプラグ20とを示す平面模式図である。図2は、プラグ20が搭載されていない基板載置部材10を示す平面模式図である。図3は、図1の基板載置部材10とプラグ20とに半導体基板50が載置された状態を示す平面模式図である。図4は、図3の破線A1-A2における断面を示す模式図である。
 図1から図4に示すように、半導体基板50が載置される部材である基板載置部材10は、載置部材外周部11、載置部材基板支持部12、載置部材基板対向部13および載置部材プラグ設置部14を有する。載置部材プラグ設置部14に着脱可能に搭載されるプラグ20は、プラグ外周部21、プラグ基板支持部22およびプラグ底部23を有する。
 載置部材外周部11は、基板載置部材10の外周部分に位置し、半導体基板50の端面に対向する載置部材外周部内壁11aと、載置部材外周部11の上段である載置部材外周部上段11bとを有する。ここで、載置部材外周部11は、後述する載置部材基板支持部12の外周側に設けられる。
 載置部材基板支持部12は、載置部材外周部11よりも内側に設けられ、後述する半導体基板50の裏面の基板外縁領域51における第1の領域51aを支持する第1の基板支持面12aを有する。
 載置部材基板対向部13は、載置部材基板支持部12よりも内側に設けられ、後述する半導体基板50の裏面の基板内側領域52と離隔して対向する載置部材基板対向面13aを有する。載置部材基板対向面13aは、平坦面であっても曲面であってもよい。
 載置部材プラグ設置部14は、図2に示すように、載置部材基板対向面13aと同一平面上の、載置部材基板支持部12が円周方向で分断された領域に設けられ、プラグ20を搭載する部分である。図2では、載置部材外周部11の一部も円周方向で分断されているが、載置部材外周部11は円周方向で分断されていなくてもよい。
 プラグ外周部21は、プラグ20の外周部分に位置し、半導体基板50の端面に対向するプラグ外周部内壁21a、プラグ20の上段であるプラグ外周部上段21bおよびプラグ外周部内壁21aの背面側の面であるプラグ外周部外壁21cを有する。
 プラグ基板支持部22は、プラグ外周部21の内側の部分であり、後述する半導体基板50の裏面の基板外縁領域51における第2の領域51bを支持する第2の基板支持面22aを有する。載置部材基板対向面13aから第2の基板支持面22aまでの高さは、載置部材基板対向面13aから第1の基板支持面12aまでの高さと同じである。そして、第2の基板支持面22aは、基板外縁領域51のうち第1の基板支持面12aで支持されない領域を支持する。また、図1に示すように、第2の基板支持面22aは、その両端で第1の基板支持面12aと連続してつながっている。
 ここで、連続してつながるとは、第1の基板支持面12aと第2の基板支持面22aとの間に完全に間隙を生じないことのみを示すのではなく、わずかな間隙を生じることをも示す。この間隙は、プラグ20を基板載置部材10に着脱可能に搭載でき、この間隙から半導体基板50の裏面側にエピタキシャル成長用原料ガスが流れ込み難く、半導体基板50の裏面に膜が形成されることを防止できる程度の大きさであればよい。この間隙は0.1mm以上3mm以下であればよく、好ましくは0.1mm以上2mm以下、更に好ましくは0.1mm以上1mm以下である。
 プラグ底部23は、載置部材プラグ設置部14に面するプラグ20の底部である。図4には、載置部材プラグ設置部14とプラグ底部23とが互いに接している例を示しているが、互いに接していなくてもよく、凹凸等の位置決め構造を設けて固定してもよい。プラグ20を固定すると、半導体基板50の載置または回収において、プラグ20の位置ずれが抑制され、プラグ20と基板載置部材10との摩擦によって生じる材料、被膜に由来するパーティクルの発生を抑制することができる。また、プラグ20の位置ずれが抑制されることで、基板載置部材10、プラグ20および半導体基板50の間の隙間を小さくでき、半導体基板50の裏面へエピタキシャル成長用原料ガスが流れ込むことを抑制できる。
 このような基板載置部材10およびプラグ20を用いると、図1に示すように、プラグ20の両端は載置部材外周部11と載置部材基板支持部12とに接して囲まれ、プラグ20の後部であるプラグ外周部外壁21cは載置部材外周部11の分断されて窪んだ部分に接して沿うため、基板載置部材10とプラグ20との間に生じる間隙を小さくできる。そして、図3、図4に示すように、連続してつながる、第1の基板支持面12aと第2の基板支持面22aとで半導体基板50の裏面を支持することで、載置部材基板対向面13aと半導体基板50の裏面との間の空間を、基板載置部材10の外側に配置される図示しないエピタキシャル成長用原料ガス供給部から隔離して、エピタキシャル成長用原料ガスが半導体基板50の裏面へ流れ込むことを防止できる。
 ここで、隔離とは、図4に示すように、第1の基板支持面12aと第2の基板支持面22aとで半導体基板50の裏面を支持することにより、半導体基板50の裏面、載置部材基板対向部13、載置部材外周部11およびプラグ20で囲まれた、閉じた空間を形成することを示す。このようにすると、プラグ20を用いない場合に比べて、エピタキシャル成長用原料ガスが半導体基板50の裏面へ流れ込む量を減少させることができる。
 また、プラグ20は着脱可能であるため、図3に示したような半導体基板50が載置された状態において半導体基板50を回収する際、プラグ20に半導体基板50が載置されたままプラグ20を持ち上げて、半導体基板50の裏面および外周部を保持することができるようになり、作業性を良好に保つことができる。そのため、ピンセット等の治工具、基板載置部材10、半導体基板50の間の摩擦によるパーティクルの発生、またはエピタキシャル成長装置内のパーティクルの滞留を抑制でき、エピタキシャル成長層に生じるダウンフォール、三角欠陥等の欠陥を抑制することができる。
 図5は、半導体基板50の外周および裏面の説明図である。半導体基板50の裏面の基板外縁領域51は、第1の領域51aと第2の領域51bとで構成される。第1の領域51aは、基板載置部材10の第1の基板支持面12aで直接支持する領域である。第2の領域51bは、プラグ20の第2の基板支持面22aで直接支持する領域である。また、半導体基板50の裏面の基板内側領域52は、半導体基板50の裏面のうち、基板外縁領域51の内側の領域であって、基板載置部材10の載置部材基板対向面13aと対向する。
 基板外周53は、半導体基板50の全外周を示し、基板円形外周部53aと基板特定外周部53bとで構成される。基板円形外周部53aは、半導体基板50の円形外周部分である。基板特定外周部53bは、半導体基板50のオリフラ部またはノッチ部といった円形でない特定形状の外周部分である。ここで、半導体基板50は基板特定外周部53bを含まない円形状であってもよい。
 図5には、基板特定外周部53bの内側を第2の領域51bとした例を示しているが、基板円形外周部53aの内側を第2の領域51bとすることもでき、この場合には、基板特定外周部53bの内側の一部または全部を第1の領域51aとする。このようにすると、半導体基板50の基板特定外周部53bの内側は第1の基板支持面12aまたは第2の基板支持面22aのどちらでも支持することができ、半導体基板50を基板載置部材10に載置する際の作業性が向上する。そのため、ピンセット等の治工具、基板載置部材10、半導体基板50の間の摩擦によるパーティクルの発生、またはエピタキシャル成長装置内のパーティクルの滞留を抑制でき、エピタキシャル成長層に生じるダウンフォール、三角欠陥等の欠陥を抑制することができる。
 このように、基板外縁領域51を基板載置部材10およびプラグ20で支持すると、基板円形外周部53aの内側は支持するが基板特定外周部53bの内側は支持しない、といった基板外縁領域51の一部を支持しない場合に比べて、基板載置部材10から半導体基板50への熱伝導が均一化され、半導体基板50が均一に加熱される。そして、エピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等の均一性を向上させることができる。
 また、エピタキシャル成長装置内には誘導加熱、抵抗加熱等の方式の図示しない加熱装置が配置されているが、半導体基板50の加熱方法は、基板載置部材10と半導体基板50との接触面積を減らして熱の伝導を抑制するとともに、輻射または対流を主に利用することが好ましい。そこで、基板載置部材10に半導体基板50と接触しない載置部材基板対向部13を設け、半導体基板50の基板外縁領域51を基板載置部材10およびプラグ20で支持して、熱伝導を抑制しながら輻射または対流を主に利用して半導体基板50を加熱することができる。
 ここで、載置部材基板対向面13aと半導体基板50の裏面との間の距離は、半導体基板50の直径、エピタキシャル成長用原料ガスの流量、エピタキシャル成長装置の断熱材構造、エピタキシャル成長条件等によって最適値が異なるが、0.5mm以上2mm以下程度とすることが好ましい。この範囲で調節することにより、半導体基板50の加熱における熱輻射および熱反射の制御が容易となり、エピタキシャル成長の際に半導体基板50が均一に加熱され、基板外縁領域51と基板内側領域52とのエピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等を同等とすることができる。
 次に、本実施の形態における実施例について説明する。半導体基板50の基板特定外周部53bとしてオリフラを有し、直径が150mm、基板の中心からオリフラ部へ向かう垂線の長さが71.1mmである炭化ケイ素単結晶基板を用いる場合には、炭化ケイ素単結晶基板を第1の基板支持面12aに載置して生じる炭化ケイ素単結晶基板の基板円形外周部53aと載置部材外周部内壁11aとの間のクリアランスを0.6mm、円状の載置部材基板対向部13の内径を70.5mmとし、次の式1から第1の基板支持面12aの幅Wを5.1mmと決定した。
 W=(150+1.2)/2-70.5 (mm) ・・・(式1)
 ここでは、炭化ケイ素単結晶基板の直径の公差、基板載置部材10の加工精度、炭化ケイ素単結晶基板の載置または回収における作業性、炭化ケイ素単結晶基板への熱伝導等を考慮している。炭化ケイ素単結晶基板の端部と載置部材外周部内壁11aとの間のクリアランスを0.6mmとしたが、エピタキシャル成長の際に炭化ケイ素単結晶基板の端部と載置部材外周部内壁11aとが衝突しない程度であればよく、室温において炭化ケイ素単結晶基板の半径の1/150倍以上1/100倍以下程度であればよい。また、第1の基板支持面12aの幅は、5.1mmとしたが、エピタキシャル成長の際に炭化ケイ素単結晶基板が反っても第1の基板支持面12aが炭化ケイ素単結晶基板を支持できる程度であればよく、エピタキシャル成長の際に炭化ケイ素単結晶基板の基板外縁領域51の接触面積を小さくして基板外周53付近の高温化を緩和するために、第1の基板支持面12aの幅を小さくすることが好ましい。基板外周53付近の高温化が緩和されると、基板外周53付近とそれよりも内側の領域とのエピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等を同等とすることができる。
 このようにして、プラグ20は、基板載置部材10とともに半導体基板50の裏面の基板外縁領域51を支持し、半導体基板50の基板内側領域52と載置部材基板対向部13との間の空間を、基板載置部材10の外側に配置される図示しないエピタキシャル成長用原料ガス供給部から隔離し、エピタキシャル成長用原料ガスが半導体基板50の裏面へ流れ込むことを防止できる。そして、半導体基板50の表面に炭化ケイ素エピタキシャル層を成長させる際、半導体基板50の裏面に膜が形成されることを防止でき、製造歩留まりを向上させることができる炭化ケイ素エピタキシャル成長装置を得ることができる。
 また、半導体基板50の加熱における基板円形外周部53aの内側と基板特定外周部53bの内側との温度の差が小さくなり、半導体基板50の加熱の面内均一性を向上させることができる。そして、エピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等の均一性を向上させることができる。さらに、着脱可能なプラグ20により、半導体基板50の載置または回収の作業性を良好に保つことができ、ピンセット等の治工具、基板載置部材10、半導体基板50の間の摩擦によるパーティクルの発生、またはエピタキシャル成長装置内のパーティクルの滞留を抑制でき、エピタキシャル成長層に生じるダウンフォール、三角欠陥等の欠陥を抑制することができる。
 なお、基板載置部材10とプラグ20との材料には、ガス透過率が8×10-6/s以下で、エピタキシャル成長用原料ガス、キャリアガス等との反応性が低いものを用いることが好ましく、グラファイトに炭化ケイ素、炭化タンタル等がコーティングされたものを用いることができる。特に、載置部材基板対向面13a、載置部材外周部内壁11a、プラグ外周部内壁21aおよび第2の基板支持面22aは、1700℃以上の融点を有し、炭化タンタルのように炭化ケイ素とは異なる材料で構成されることが好ましい。これは、エピタキシャル成長用原料ガス等によって基板載置部材10またはプラグ20がエッチングされることを抑制し、基板載置部材10またはプラグ20と半導体基板50との間の間隙が拡大することを抑制するためである。他には、ニオブ、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム等の金属、これら金属の炭化物、熱分解炭素等の材料を用いることができるが、加熱による反り、ガス透過等を考慮して選択すればよい。
 また、室温における第1の基板支持面12aから載置部材外周部上段11bの最上部までの高さと、第2の基板支持面22aからプラグ外周部上段21bの最上部までの高さとは、室温における半導体基板50の厚み以上である、換言すると載置部材外周部上段11bとプラグ外周部上段21bとは半導体基板50の表面以上の高さに形成されることが好ましい。さらに、載置部材外周部上段11bの高さとプラグ外周部上段21bの高さとが、半導体基板50の厚みよりも0.1mm以上0.9mm以下高いことが好ましい。このようにすると、エピタキシャル成長用原料ガスが図4の横方向から供給される場合、エピタキシャル成長用原料ガスが直接、半導体基板50の表面に吹き付けられず、また、基板外周53の近傍のガスの流れが乱れ難くなる。そして、エピタキシャル成長用原料ガスの半導体基板50の裏面への流れ抵抗が低減して半導体基板50の裏面に膜が形成されることを防止できるとともに、基板外縁領域51と基板内側領域52とのエピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等を同等とすることができる。
 ここで、第2の基板支持面22aからプラグ外周部上段21bの最上部までの高さは、第1の基板支持面12aから載置部材外周部上段11bの最上部までの高さ以下であればよく、載置部材外周部上段11bと同じ高さであることが好ましい。
 また、図6に示すように、載置部材外周部上段11bおよびプラグ外周部上段21bは、載置部材外周部11から載置部材基板対向面13aまたは半導体基板50に向かう方向において、高さが低くなる傾斜を有してもよい。傾斜させることにより、エピタキシャル成長用原料ガスが図6の横方向から供給される場合、半導体基板50の表面に向かってエピタキシャル成長用原料ガス等が流れやすくなり、ガスの流れの乱れを生じ難くできる。この傾斜の角度は、エピタキシャル成長用原料ガス等の流量に応じて調節すればよい。
 また、図7に示すように、載置部材外周部上段11bは、載置部材外周部11から載置部材基板対向面13aまたは半導体基板50に向かう方向において、高さが高くなる傾斜を有してもよい。ただし、この場合、室温において載置部材外周部上段11bおよびプラグ外周部上段21bの最上部は、基板外周53付近の半導体基板50の表面よりも0.1mm以上0.9mm以下程度、高いことが好ましい。なお、図6には載置部材外周部上段11bとプラグ外周部上段21bとの傾きは同一である例を示したが、図7に一例を示したように、載置部材外周部上段11bまたはプラグ外周部上段21bのどちらか一方が傾斜を有するようにしてもよい。
 また、載置部材外周部上段11bおよびプラグ外周部上段21bは、エピタキシャル成長層と同じ材料である炭化ケイ素で構成されることが好ましい。このようにすると、エピタキシャル成長用原料ガスによって載置部材外周部上段11bまたはプラグ外周部上段21bに形成される膜と載置部材外周部上段11bまたはプラグ外周部上段21bとの密着性が向上し、この膜の剥離によるパーティクルの発生を抑制することができる。
 また、基板載置部材10とプラグ20とはそれぞれ載置部材外周部11、プラグ外周部21を有する例を示したが、基板載置部材10とプラグ20とはそれぞれ載置部材外周部11、プラグ外周部21とを有していなくてもよい。
 このような構成によっても、エピタキシャル成長用原料ガスが半導体基板50の裏面へ流れ込むことを防止でき、半導体基板の表面に炭化ケイ素エピタキシャル層を成長させる際、半導体基板の裏面に膜が形成されることを防止でき、製造歩留まりを向上させることができる炭化ケイ素エピタキシャル成長装置を得ることができる。また、半導体基板50の加熱の面内均一性を向上させること、およびパーティクルの発生を抑制することができる。
 実施の形態2.
 実施の形態1では、載置部材外周部11の一部および載置部材基板支持部12を円周方向で分断して載置部材プラグ設置部14を設け、載置部材プラグ設置部14にプラグ20を搭載し、半導体基板50の基板特定外周部53bの内側を第1の基板支持面12aまたは第2の基板支持面22aのいずれかで支持した例を示したが、本実施の形態では、載置部材外周部11および載置部材基板支持部12を円周方向で分断せずに、プラグ支持面12bを有する載置部材プラグ設置部14を設け、載置部材プラグ設置部14にプラグ20を搭載し、半導体基板50の基板特定外周部53bの内側をプラグ20の第2の基板支持面22aで支持する例について説明する。これ以外の構成は実施の形態1と同様である。
 図8は、本実施の形態における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材10と、プラグ座面23aを有するプラグ20とを示す平面模式図である。図9は、プラグ20が搭載されていない基板載置部材10を示す平面模式図である。図10は、図8の破線B1-B2における断面を示す模式図であり、説明の明瞭化のため、半導体基板50が載置された状態を示している。
 図9に示すように、載置部材外周部11および載置部材基板支持部12は円周方向で連続している。また、第1の基板支持面12aと同じ高さで連続するプラグ支持面12bを有している。図8、図10に示すように、プラグ20は、プラグ座面23aがプラグ支持面12b上に載置されるように搭載される。さらに、プラグ座面23aの上側の部分のプラグ外周部外壁21cが載置部材外周部内壁11aに接して沿うようにして、載置部材プラグ設置部14の位置に搭載される。そして、実施の形態1と同様に、第2の基板支持面22aは、その両端で第1の基板支持面12aと連続してつながっている。また、第2の基板支持面22aは、半導体基板50の基板特定外周部53bの内側の第2の領域51bを支持している。
 ここで、基板特定外周部53bの内側の基板外縁領域51は、基本的には全てを第2の基板支持面22aで支持するが、基板特定外周部53bと基板円形外周部53aとの境界部近傍は第2の基板支持面22aで支持せずに第1の基板支持面12aで支持してもよい。エピタキシャル成長用原料ガスの半導体基板50の裏面への流れ抵抗、プラグ20の搭載および回収の作業性、基板載置部材10およびプラグ20の加工精度、半導体基板50の形状および寸法等を総合的に勘案して、基板載置部材10およびプラグ20を設計し、基板特定外周部53bと基板円形外周部53aとの境界部近傍を支持する面を選ぶことができる。
 第2の基板支持面22aで基板特定外周部53bの内側を支持するようにすると、実施の形態1のように基板特定外周部53bが基板載置部材10のどの位置にあっても基板特定外周部53bの内側が支持されるような幅の広い第1の基板支持面12aを設けなくてもよく、第1の基板支持面12aの幅を狭くして半導体基板50と第1の基板支持面12aとの接触面を狭くできる。
 このようにすると、基板載置部材10またはプラグ20から半導体基板50への熱伝導を抑制でき、半導体基板50の加熱の均一性が向上する。そのため、基板外縁領域51と基板内側領域52とのエピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等を同等とすることができる。
 ここで、第1の基板支持面12aの幅を狭くしても、基板外周53の内側を基板載置部材10およびプラグ20で支持できるため、載置部材基板対向面13aと半導体基板50の裏面との間の空間を、基板載置部材10の外側に配置される図示しないエピタキシャル成長用原料ガス供給部から隔離して、エピタキシャル成長用原料ガスが半導体基板50の裏面へ流れ込むことを防止できる。
 また、第1の基板支持面12aまたは第2の基板支持面22aが半導体基板50の裏面を支える長さ、換言すると基板外縁領域51の幅は、基板円形外周部53aの内側と基板特定外周部53bの内側とにおいて、実施の形態1では異なるが、本実施の形態では調整して同等にすることができる。そのため、本実施の形態では、エピタキシャル成長の際に半導体基板50が反っても基板外周53の内側は均一に支持され、基板特定外周部53bにおいても、エピタキシャル成長用原料ガス等の半導体基板50の裏面への流れ抵抗を高く保つことができる。そして、基板円形外周部53aと基板特定外周部53bとの付近のエピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等を同等とすることができるとともに、半導体基板50の裏面に膜が形成されることを防止できる。
 次に、本実施の形態における実施例について説明する。半導体基板50の基板特定外周部53bとしてオリフラを有し、直径が150mm、基板の中心からオリフラ部へ向かう垂線の長さが71.1mm、オリフラ部の直線部分の長さが47.5mmである炭化ケイ素単結晶基板を用いる場合には、炭化ケイ素単結晶基板を第1の基板支持面12aに載置して生じる炭化ケイ素単結晶基板の基板円形外周部53aと載置部材外周部内壁11aとの間のクリアランスを0.3mm、円状の載置部材基板対向部13の半径を74mmとし、第1の基板支持面12aの幅を1.3mm、第2の基板支持面22aの幅を1.5mmと決定することができる。
 ここでも、実施の形態1と同様に、炭化ケイ素単結晶基板の直径の公差、基板載置部材10の加工精度、炭化ケイ素単結晶基板の載置または回収における作業性、炭化ケイ素単結晶基板への熱伝導等を考慮している。炭化ケイ素単結晶基板の端部と載置部材外周部内壁11aとの間のクリアランスを0.3mmとしたが、エピタキシャル成長の際に炭化ケイ素単結晶基板の端部と載置部材外周部内壁11aとが衝突しない程度であればよく、室温において炭化ケイ素単結晶基板の半径の1/200倍以上1/100倍以下程度であればよい。また、第1の基板支持面12aの幅を1.3mm、第2の基板支持面22aの幅を1.5mmとしたが、エピタキシャル成長の際に炭化ケイ素単結晶基板が反っても支持できる程度であればよく、0.4mm以上2mm以下が好ましい。
 このようにすると、基板外周53付近の高温化が緩和され、基板外縁領域51と基板内側領域52とのエピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等を同等とすることができる。なお、図11に示すように、プラグ20には、設置または回収を容易にするための構造、例えば、ピンセットで掴むためのプラグ穴24をプラグ外周部上段21bに設けておいてもよい。
 実施の形態3.
 実施の形態1では、載置部材外周部11の一部および載置部材基板支持部12を円周方向で分断して載置部材プラグ設置部14を設けてプラグ20を設置し、半導体基板50の基板特定外周部53bの内側を第1の基板支持面12aまたは第2の基板支持面22aのいずれかで支持した例を示したが、本実施の形態は、載置部材外周部11は分断せず、半導体基板50の基板特定外周部53bの内側を第2の基板支持面22aで支持する例について説明する。これ以外の構成は実施の形態1と同様である。
 図12は、本実施の形態における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材10と、プラグ20とを示す平面模式図である。図13は、プラグ20が搭載されていない基板載置部材10を示す平面模式図である。図14は、図12の破線C1-C2における断面を示す模式図であり、説明の明瞭化のため、半導体基板50が載置された状態を示している。
 図13に示すように、第1の基板支持面12aの幅は狭く、載置部材基板支持部12が円周方向で分断された部分に載置部材プラグ設置部14が設けられる。図12および図14に示すように、プラグ20は、プラグ外周部外壁21cが載置部材外周部内壁11aに接して沿うようにして、載置部材プラグ設置部14の位置に搭載される。そして、実施の形態1と同様に、第2の基板支持面22aは、その両端で第1の基板支持面12aと連続してつながっている。
 このようにすると、第1の基板支持面12aと第2の基板支持面22aとの間の隙間を小さくできるため、実施の形態2に比べて、エピタキシャル成長用原料ガスの半導体基板50の裏面への流れ抵抗が増加し、さらに裏面へのガスの流れ込みが抑制される。また、半導体基板50の裏面を支持しながら基板外縁領域51の幅を小さくでき、基板載置部材10またはプラグ20から半導体基板50への熱伝導が抑制され、半導体基板50の加熱の均一性が向上する。そして、エピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等の均一性を向上させることができる。
 また、実施の形態2と同様に、基板外縁領域51の幅は、基板円形外周部53aと基板特定外周部53bとの内側で同等にできる。そのため、エピタキシャル成長の際に、半導体基板50が反っても、基板外周53の内側は均一に支持され、基板特定外周部53bにおいても、エピタキシャル成長用原料ガス等の半導体基板50の裏面への流れ抵抗を高く保つことができる。そのため、基板円形外周部53aと基板特定外周部53bとの付近のエピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等を同等とすることができるとともに、半導体基板50の裏面に膜が形成されることを防止できる。
 本実施の形態において、基板載置部材10、プラグ20の各部の寸法は、実施の形態2と同様にして決定することができる。また、プラグ20には、設置または回収を容易にするための構造、例えば、ピンセットで掴むための穴を設けておいてもよい。
 実施の形態4.
 本実施の形態では、載置部材外周部11の外側にカバーリング30を取り付ける例について説明する。これ以外の構成は実施の形態1から実施の形態3と同様である。ここでは実施の形態3の基板載置部材10およびプラグ20を例に説明する。
 図15は、本実施の形態における炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の基板載置部材10と、プラグ20と、カバーリング30とを示す平面模式図である。図16は、図15の破線D1-D2における断面を示す模式図であり、説明の明瞭化のため、半導体基板50が載置された状態を示している。
 図15、図16に示すように、載置部材外周部11の外側には載置部材外周部リング支持面11cを設け、載置部材外周部リング支持面11cに環状のカバーリング30を載せている。カバーリング30は、載置部材外周部リング支持面11cに対向または接触するリング内壁30aと、カバーリング30の上部に平坦なリング上段30bとを有する。ここで、カバーリング30と半導体基板50とが基板載置部材10に設置された状態において、リング上段30bの最上部は、半導体基板50の表面よりも高ければよい。また、リング上段30bの最上部は、載置部材外周部上段11bおよびプラグ外周部上段21b以上の高さであることが好ましい。さらに、リング上段30bの最上部は、室温において、基板外周53における半導体基板50の表面から0.1mm以上0.9mm以下程度、高くすることが好ましい。
 このようにすると、エピタキシャル成長用原料ガスが図16の横方向から供給される場合、エピタキシャル成長用原料ガスが直接、半導体基板50の表面に吹き付けられず、また、基板外周53の近傍のガスの流れが乱れ難くなる。そして、エピタキシャル成長用原料ガスの半導体基板50の裏面への流れ抵抗が低減して半導体基板50の裏面に膜が形成されることを防止できるとともに、基板外縁領域51と基板内側領域52とのエピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等を同等とすることができる。また、エピタキシャル成長用原料ガスがリング上段30bに沿うようにして半導体基板50の表面へ流れるため、半導体基板50の表面へ流れ込むガス流量を調整できるとともに、基板外周53の近傍のガスの滞留を抑制でき、半導体基板50の裏面へ流れ込む原料ガスを低減できる。そのため、基板円形外周部53aと基板特定外周部53bとの付近のエピタキシャル成長層の膜厚、キャリア濃度等を同等とすることができるとともに、半導体基板50の裏面に膜が形成されることを防止できる。
 ここで、使用に伴ってカバーリング30に膜が形成されると、エピタキシャル成長用原料ガスの半導体基板50への流れを阻害し、乱れを生じる場合がある。また、基板載置部材10とカバーリング30とを加工した際に生じる寸法公差、エピタキシャル成長の条件等によっても、エピタキシャル成長用原料ガスの半導体基板50への流れに乱れが生じる場合がある。このため、カバーリング30を適宜交換することでリング上段30bの位置を調整し、エピタキシャル成長用原料ガスの半導体基板50への流れに乱れが生じないようにすることができる。ここで、カバーリング30に形成される膜が厚くなると、膜応力が大きくなり膜に損傷が生じてパーティクルが発生する場合があるため、パーティクルが発生する前にカバーリング30を交換することで、パーティクルの発生を抑制することができる。
 カバーリング30の材料には、グラファイトに炭化ケイ素、炭化タンタル等がコーティングされたものを用いることができる。特に、リング上段30bはエピタキシャル成長層と同じ材料である炭化ケイ素で構成されることが好ましい。このようにすると、エピタキシャル成長用原料ガスによって形成されるリング上段30bの膜とリング上段30bとの密着性が向上し、この膜の剥離によるパーティクルの発生を抑制することができる。
 なお、リング上段30bは、カバーリング30の外側から載置部材基板対向面13aまたは半導体基板50に向かう方向において、図17に示すような高さが低くなる傾斜、または図18に示すような高さが高くなる傾斜を有していてもよく、エピタキシャル成長条件に合わせて決めることができる。リング上段30bが傾斜を有している場合でも、上述の例で示した平坦な場合と同様、カバーリング30と半導体基板50とが基板載置部材10に設置された状態において、リング上段30bの最上部は、半導体基板50の表面よりも高く、載置部材外周部上段11bおよびプラグ外周部上段21b以上の高さであればよい。また、リング上段30bの最上部も、室温において、基板外周53における半導体基板50の表面から0.1mm以上0.9mm以下程度、高くすることが好ましい。
 また、カバーリング30は、図19から図21に示すように、載置部材外周部上段11bを覆う形状としてもよい。この場合、載置部材外周部上段11bと載置部材外周部リング支持面11cとをリング内壁30aに沿うような形状にして隙間がないようにすればよく、図19から図21に示すような階段状、三角形状等とすることができる。カバーリング30の形状は、カバーリング30の取り付けおよび回収の作業性、パーティクルの発生量等を考慮して適宜、選択すればよい。
 また、使用に伴ってカバーリング30に膜が形成されると、カバーリング30の部位毎に膜の厚みが異なるため、カバーリング30に反りが生じる場合がある。このため、カバーリング30にスリット、凹凸等の加工を施して、カバーリング30の反りを予防する構造としてもよい。スリット、凹凸等の加工を施す場合、半導体基板50へ向かうエピタキシャル成長用原料ガスの流れに乱れが生じないように考慮すればよい。
 実施の形態5.
 本実施の形態では、炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法は、基板載置部材10に半導体基板50の裏面の基板外縁領域51を支持するプラグ20を搭載するプラグ搭載工程と、載置部材基板対向面13aと半導体基板50の裏面とを離隔し、基板載置部材10の第1の基板支持面12aとプラグ20の第2の基板支持面22aとに半導体基板50を載置する基板載置工程と、半導体基板50の表面に炭化ケイ素をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と、エピタキシャル成長工程の後に、第2の基板支持面22aに半導体基板50を載せたままプラグ20を持ち上げて半導体基板50を回収する回収工程とを備える。 
 プラグ搭載工程においては、プラグ20をピンセット等により掴み、例えば、平面視で載置部材基板支持部12が円周方向で分断された領域の載置部材プラグ設置部14にプラグ20をはめ込むように搭載する。ここで、実施の形態2で示した、載置部材基板支持部12が円周方向で分断されない基板載置部材10を用いた場合、載置部材プラグ設置部14の第1の基板支持面12aの上に、プラグ座面23aを有するプラグ20を搭載する。
 基板載置工程においては、実施の形態1で示した基板載置部材10およびプラグ20の場合、先述したとおり、第1の基板支持面12aと第2の基板支持面22aとに半導体基板50の裏面の基板外縁領域51をどのように対応させて載置してもよい。実施の形態2から実施の形態4で示した例の場合、第2の基板支持面22aが基板特定外周部53bの内側の半導体基板50の裏面を支持させるように、半導体基板50を載置する。
 エピタキシャル成長工程においては、加熱装置により基板載置部材10および半導体基板50を加熱し、基板載置部材10に載置された半導体基板50に水平な方向に配置されるエピタキシャル成長用原料ガス供給部からエピタキシャル成長用原料ガスを流し、半導体基板50の上にエピタキシャル成長層を形成する。
 回収工程においては、エピタキシャル成長工程の後に、第2の基板支持面22aに半導体基板50を載せたままプラグ20を持ち上げ、半導体基板50を真空ピンセット等で回収する。そのため、半導体基板50の回収が簡易化し、半導体基板50、基板載置部材10、プラグ20およびピンセット等の治具の間で摩擦が生じることを防止でき、パーティクルの発生を抑制できる。
 なお、基板載置部材10の載置部材外周部リング支持面11cにカバーリング30を取り付けるカバーリング取り付け工程をさらに備え、カバーリング取り付け工程とプラグ搭載工程とが順不同で処理された後、基板載置工程とエピタキシャル成長工程とがこの順序で処理されてもよい。
 このようにして、半導体基板の表面に炭化ケイ素エピタキシャル層を成長させる際、半導体基板の裏面に膜が形成されることを防止でき、製造歩留まりを向上させることができる炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法を得ることができる。
 上述以外にも各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
 10 基板載置部材、 11 載置部材外周部、 11a 載置部材外周部内壁、 11b 載置部材外周部上段、 11c 載置部材外周部リング支持面、 12 載置部材基板支持部、 12a 第1の基板支持面、 12b プラグ支持面、 13 載置部材基板対向部、 13a 載置部材基板対向面、 14 載置部材プラグ設置部、 20 プラグ、 21 プラグ外周部、 21a プラグ外周部内壁、 21b プラグ外周部上段、 21c プラグ外周部外壁、 22 プラグ基板支持部、 22a 第2の基板支持面、 23 プラグ底部、 23a プラグ座面、 24 プラグ穴、 30 カバーリング、 30a リング内壁、 30b リング上段、 50 半導体基板、 51 基板外縁領域51、 51a 第1の領域、 51b 第2の領域、 52 基板内側領域、 53 基板外周、 53a 基板円形外周部、 53b 基板特定外周部。

Claims (17)

  1.  円形外周部を有する半導体基板を載置する基板載置部材と、前記基板載置部材に搭載されるプラグとを備える炭化ケイ素エピタキシャル成長装置であって、
     前記基板載置部材は、
     前記半導体基板の裏面の外縁領域を支持する第1の基板支持面を有した載置部材基板支持部と、
     前記半導体基板の前記外縁領域の内側の面と離隔して対向する載置部材基板対向面を有した載置部材基板対向部と
     を有し、
     前記プラグは、
     前記第1の基板支持面と同じ高さの面であり、前記半導体基板の前記外縁領域のうち前記第1の基板支持面で支持されない領域を支持し、その両端で前記第1の基板支持面と連続してつながる第2の基板支持面を有するプラグ基板支持部
     を有する、炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  2.  前記基板載置部材は前記第1の基板支持面と同じ高さの面であり、前記第1の基板支持面と連続するプラグ支持面を有し、前記プラグは前記プラグ支持面上に載置されることを特徴とする、請求項1に記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  3.  前記基板載置部材は、前記載置部材基板対向面と同一平面上の、前記載置部材基板支持部が円周方向で分断された領域に設けられ、前記プラグが搭載される載置部材プラグ設置部をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  4.  前記基板載置部材は、前記載置部材基板支持部の外周側に載置部材外周部をさらに有し、前記プラグは、前記プラグ基板支持部の外周側にプラグ外周部をさらに有し、前記載置部材外周部の上段の最上部および前記プラグ外周部の上段の最上部は前記基板載置部材に載置される前記半導体基板の表面以上の高さに形成されることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれかに記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  5.  前記載置部材外周部の上段と、前記プラグ外周部の上段とは、前記載置部材基板対向面に向かう方向において傾斜を有することを特徴とする、請求項4に記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  6.  前記プラグ外周部の上段には穴が設けられることを特徴とする、請求項4または請求項5に記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  7.  前記載置部材基板対向面、前記載置部材外周部の内壁、前記プラグ外周部の内壁および前記第2の基板支持面は、1700℃以上の融点を有し、炭化ケイ素とは異なる材料で構成されることを特徴とする、請求項4から請求項6のいずれかに記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  8.  前記炭化ケイ素とは異なる材料は炭化タンタルであることを特徴とする、請求項7に記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  9.  前記載置部材外周部の上に着脱可能に搭載され、その上段の最上部は前記半導体基板の表面よりも高い位置にある、カバーリングをさらに備えることを特徴とする、請求項4から請求項8のいずれかに記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  10.  前記カバーリングの上段は、高さ方向の位置において、前記載置部材外周部の上段および前記プラグ外周部の上段以上にあることを特徴とする、請求項9に記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  11.  前記カバーリングの上段、前記載置部材外周部の上段および前記プラグ外周部の上段は、前記載置部材基板対向面に向かう方向において傾斜を有することを特徴とする、請求項9または請求項10に記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  12.  前記カバーリングは前記載置部材外周部の上段を覆うことを特徴とする、請求項9から請求項11のいずれかに記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  13.  前記カバーリングの少なくとも一部は炭化ケイ素で構成されることを特徴とする、請求項9から請求項12のいずれかに記載の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置。
  14.  第2の基板支持面を有するプラグを、前記第2の基板支持面の高さと同じ高さであり、前記第2の基板支持面の両端で前記第2の基板支持面と連続してつながる第1の基板支持面を有する基板載置部材の上に着脱可能に搭載するプラグ搭載工程と、
     円形外周部を有する半導体基板の裏面の外縁領域を前記第1の基板支持面と前記第2の基板支持面とで支持し、前記外縁領域の内側を前記基板載置部材の内側の載置部材基板対向部と離隔するように、前記半導体基板を前記基板載置部材と前記プラグとに載置する基板載置工程と、
     前記基板載置工程の後に、前記半導体基板の表面に炭化ケイ素をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と
     を備える、炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法。
  15.  前記基板載置工程は、その外周に前記円形外周部ではない特定外周部を有した前記半導体基板を載置する場合に、前記特定外周部の内側の前記外縁領域を前記第2の基板支持面上に載置することを特徴とする、請求項14に記載の炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法。
  16.  前記エピタキシャル成長工程の後に、前記第2の基板支持面に前記半導体基板を載せたまま前記プラグを持ち上げて前記半導体基板を回収する回収工程をさらに備えることを特徴とする、請求項14または請求項15に記載の炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法。
  17.  前記エピタキシャル成長工程の前に、前記基板載置部材へ着脱可能にカバーリングを取り付けるカバーリング取り付け工程をさらに備えることを特徴とする、請求項14から請求項16のいずれかに記載の炭化ケイ素エピタキシャル基板の製造方法。
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