(57)【要約】【課題】簡便な構成でウェハ面内のキャリア濃度を均一化することができ、製造品質及び 生産性に優れたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置およびこの装置によって製造さ れるＳｉＣエピタキシャルウェハを提供する。【解決手段】本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、凹状収容部を有する搭 載プレート２と、前記凹状収容部２３内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサ テライト３と、前記凹状収容部２３内に、ＳｉＣ基板より下方の位置であってＳｉＣ基  板に接触しない位置に配置されたカーボン部材と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、
凹状収容部を有する搭載プレートと、
前記凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、
前記凹状収容部内に、ＳｉＣ基板より下方の位置であってＳｉＣ基板に接触しない位置に配置されたカーボン部材と、を備えたことを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項２】
ＳｉＣ基板とほぼ同じサイズの開口部を有し、ＳｉＣ基板の側面を囲むように配置された基板保持リングを備え、
前記カーボン部材は、その基板保持リングの下に配置されたリング状部材であることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項３】
前記カーボン部材は、前記凹状収容部の底面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項４】
ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、
凹状収容部を有する搭載プレートと、
前記凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、
前記サテライトは、非カーボン材料で被覆されたカーボン基材からなるものであって、載置されるＳｉＣ基板に接触しない位置にカーボン基材が露出した部分を有してなることを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項５】
前記サテライトは、その上面の中央部にＳｉＣ基板と接触しないように形成されたざぐり部と、そのざぐり部を囲むように配置してＳｉＣ基板を支持する支持部とを有し、
前記ざぐり部の底面の少なくとも一部はカーボン基材が露出して、前記カーボン基材が露出した部分をなしていることを特徴とする請求項４に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項６】
前記サテライトの裏面の少なくとも一部はカーボン基材が露出して、前記カーボン基材が露出した部分をなしていることを特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項７】
ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、
凹状収容部を有する搭載プレートと、
前記凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、
前記サテライト上に載置されたＳｉＣ基板の主面上に、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料ガスを供給するための原料ガス導入管と、
前記原料ガス導入管のガス導入口と前記サテライトとの間の原料ガスの上流側に配置されたカーボン部材と、を備えたことを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項８】
前記搭載プレートの上面をカバーする複数のカバー部材を備え、
前記複数のカバー部材のうちの一部はカーボンからなるものであり、この一部のカバー部材が前記カーボン部材をなすことを特徴とする請求項７に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項９】
ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、
凹状収容部を有する搭載プレートと、
前記凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、
ＳｉＣ基板とほぼ同じサイズの開口部を有し、ＳｉＣ基板の側面を囲むように配置された、カーボン材料からなる基板保持リングと、を備えたことを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載のカーボン部材、カーボン基材又はカーボン材料からなる基板保持リングをＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置に設置してＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣエピタキシャルウェハ製造装置及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法に関し、特に、ウェハ面内のキャリア濃度のばらつきを抑制できるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置およびＳｉＣエピタキシャルウェハに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、また、バンドギャップが３倍大きく、さらに、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有することから、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。
【０００３】
ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する基板として昇華法等で作製したＳｉＣのバルク単結晶から加工したＳｉＣ単結晶基板を用い、通常、この上に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）によってＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル膜を成長させることによって製造する。
【０００４】
ＳｉＣエピタキシャルウェハを製造するための装置としては、複数のウェハを水平に配置し、各ウェハを公転させるとともにウェハ中心を軸にしてウェハ自体を自転させる水平自公転型のエピタキシャル成長装置が挙げられる（図１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置も参照）。このようなエピタキシャル成長装置は、一般に、黒鉛からなる回転可能な搭載プレート（サセプタ）上に、この搭載プレートの回転軸を囲むように、ＳｉＣ単結晶基板の載置部である、黒鉛からなる複数のサテライトが設けられており、搭載プレート及びサテライトの上方に、黒鉛からなる円盤状のシーリングが配置された構成とされている。シーリングの中央部には、ＳｉＣ単結晶基板上に原料ガスを供給するためのガス供給部が設けられている。そして、サテライトが回転駆動機構によって自転可能とされることにより、このサテライト上に載置されたＳｉＣ単結晶基板は、搭載プレートの回転軸を中心に公転するとともに自転することで、自公転可能に構成されている。
【０００５】
上述のようなエピタキシャル成長装置においては、ガス供給部から原料ガスを供給することにより、搭載プレート上に載置されたＳｉＣ単結晶基板の外周端部の外側から、このＳｉＣ単結晶基板上を通過するように原料ガスが供給される。この際、加熱手段によってＳｉＣ単結晶基板を高温に維持しながら、基板上にエピタキシャル材料を堆積させることでエピタキシャル膜を成膜する。
【０００６】
ところで、このような装置においては、一般に、黒鉛からなる搭載プレート（サセプタ）やサテライト等の各部材が高温に曝されることで、エピタキシャル膜内に黒鉛に由来するデポジションが発生すること等を防止するため、例えば、ＴａＣ等の被覆膜によってコーティングされている。例えば、特許文献１および２には、黒鉛からなるエピタキシャル成長炉の部材の表面をＳｉＣやＴａＣ等でコーティングすることが記載されている。また特許文献３および４には、サテライトがサセプタの一部として記載され、それらの表面をＳｉＣやＴａＣ等で被覆されたものを好適に用いていることが記載されている。さらに、特許文献５〜７には、黒鉛からなる部材の一部を保護するためにコーティングすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１５０１０１号公報
【特許文献２】特表２００４−５０７６１９号公報
【特許文献３】特開２０１３−３８１５２号公報
【特許文献４】特開２０１３−３８１５３号公報
【特許文献５】特表２００５−５０８０９７号公報
【特許文献６】特開２００８−２７０６８２号公報
【特許文献７】特表平１０−５１３１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、ＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた際、ＳｉＣエピタキシャル膜の外周部、即ちエッジ付近においてキャリア濃度が高くなり過ぎ、このＳｉＣエピタキシャル膜の面内におけるキャリア濃度のばらつきが大きくなるという問題があった。
【０００９】
本発明者等は、上述のようなキャリア濃度のばらつきが生じる原因について、鋭意検討を重ねた。この結果、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料ガスとして一般的に用いられるプロパン（Ｃ３Ｈ８）とシラン系ガス（ＳｉＨ４）とでは、その分解速度が大きく異なることにその原因があることを見出した。
炭素を含むＣ３Ｈ８はＳｉＨ４よりも分解速度が遅いことが知られている。また、エピタキシャル成長時にＳｉＣ単結晶基板上に原料ガスが供給される際、ＳｉＣ単結晶基板は自転していることから、ＳｉＣ単結晶基板の外周端部がガスの導入口（ガスフローの上流側）に近くなる。すなわち、これら原料ガスの供給に伴ってＳｉＣエピタキシャル膜が成長する際、ガスフローの上流側となるＳｉＣ単結晶基板の外周部付近においては、炭素を含むＣ３Ｈ８の分解が十分に進んでおらず、成長膜中に含まれるカーボンが減少する。一方、下流側となる基板中心付近では、炭素を含むＣ３Ｈ８の分解が十分に進むため、外周部付近と比較して相対的にカーボン比率が増加する。
【００１０】
供給する原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、プロパン（Ｃ３Ｈ８）とシラン系ガス（ＳｉＨ４）が十分に分解したものと仮定した上で設定しているため、分解速度の違いがあると、相対的にＳｉＣエピタキシャル膜の外周部においてＣ／Ｓｉ比が低い状態となる。すなわち、十分に分解が進んでいる基板中心付近では、ＳｉＣエピタキシャル膜の面内におけるキャリア濃度が適正に制御される一方、外周部においてＣ／Ｓｉ比が低くなり、キャリア濃度が高くなるという問題がある。
【００１１】
この外周部においてＣ／Ｓｉ比が低いためにキャリア濃度が外周部において高くなるということについて説明する。ＳｉＣエピタキシャル成長において、キャリアとしてＮを用いることが一般的であるが、このＮはカーボン原子の占有するサイトに選択的に導入される。Ｃ／Ｓｉ比が低いと、相対的に原料ガスにおけるカーボン量が低くなっていることから、キャリアとなるＮが、エピタキシャル成長するＳｉＣ膜におけるカーボンの占有するサイトに入り易くなる。すなわち、キャリアであるＮの取り込みが増え、キャリア濃度が高くなってしまう。そのため、従来の方法では、ＳｉＣエピタキシャル膜の外周部のキャリア濃度が高くなり、ばらつきが大きくなるという問題が発生する。
【００１２】
ここで、外周部のカーボン量が不足するために、キャリア濃度が低くなることから、例えば、上記の原料ガスの炭素濃度を高めることで、ＳｉＣエピタキシャル膜の外周部におけるＣ／Ｓｉ比を高めることが考えられる。しかし、単に炭素濃度を高めるだけでは、中央部のＣ／Ｓｉ比がばらつき、ウェハ中央部と外周部のキャリア濃度差を抑制することはできない。
【００１３】
上述のように、従来、ＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる際に生じる面内におけるキャリア濃度のばらつきを抑制する装置については、何ら提案されていないのが実情であった。このため、工程の増加やコストアップを招くことなく、ＳｉＣ単結晶基板上に成長させるＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度を、膜の面内において効果的に均一化できる装置及び方法が切に求められていた。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、簡便な構成でウェハ面内のキャリア濃度を均一化することができ、製造品質及び生産性に優れたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置およびＳｉＣエピタキシャルウェハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者等は、上述したような、ＳｉＣエピタキシャルウェハのＳｉＣエピタキシャル膜に生じる面内におけるキャリア濃度のばらつきを抑制するため、鋭意検討を重ねた。その結果、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長に用いる原料ガスのうち、炭化水素系ガスは、シラン系ガスも分解速度が遅いため、原料ガスのフロー上流に位置するウェハ外周部におけるＣ／Ｓｉが低くなることに起因して、ウェハ外周部はウェハ中央部に比べてキャリア濃度が高くなることを見出した。即ち、本発明者等は、ウェハ外周部近傍にカーボンを補う構成を備えることで、キャリア濃度のばらつきを抑制することが可能となると考えた。
【００１６】
外周部近傍の炭素濃度のみを高める方法としては、図１０に示すように、従来は、黒鉛からなる基材５０１がＴａＣ等からなる被覆膜５０２でコーティングされていたサテライト５００を、例えば、基材５０１が露出した状態に構成することが考えられる。即ち、図１１に示すサテライト６００のように、基材６０１である黒鉛を完全に露出させることで、エピタキシャル成長時の熱により、サテライト６００からカーボンを取り出して原料ガスに供給できる構成とすることが考えられる。
しかしながら、図１１に示すように、サテライト６００を、基材６０１である黒鉛の表面をコーティングしない状態で使用した場合、サテライト６００に載置するＳｉＣ単結晶基板１１の裏面１１ｂ側と黒鉛基材とが直に接触することになる。その為、ＳｉＣ単結晶基板１１の裏面１１ｂが荒れてしまうことが判明した。このようなことが起こると、その後の工程において各種デバイスを製造した場合に、ＳｉＣエピタキシャルウェハ本来の優れた物性値から期待されるような電気的特性が得られ難くなり、また、検査工程において基板の吸着エラー等が生じるおそれもある。また、黒鉛材料が完全に剥き出しとなった部材を採用した場合には、黒鉛材料とＳｉＣ単結晶基板が接触すると接触時において擦れた黒鉛がパーティクルとなって、ＳｉＣエピタキシャル膜表面に付着するなど表面状態を悪化させるおそれがある。その為、サテライトの基材にコーティング処理を施さず、サテライト全体を黒鉛が露出した構成としただけでは課題は解決できない。当然ながら、ＳｉＣのＣＶＤ成長では必要とされてきたＴａＣやＳｉＣによるコーティングをやめてしまうことだけでは、不具合が生じることになる。
【００１７】
そこでさらに、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる際に、Ｃ／Ｓｉ比の低下を補うためのより具体的な手段として、カーボン部材を特定の場所に設置することにより、ウェハ面内のキャリア濃度のばらつきを抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【００１８】
（１）ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、凹状収容部を有する搭載プレートと、前記凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、前記凹状収容部内に、ＳｉＣ基板より下方の位置であってＳｉＣ基板に接触しない位置に配置されたカーボン部材と、を備えたことを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
（２）ＳｉＣ基板とほぼ同じサイズの開口部を有し、ＳｉＣ基板の側面を囲むように配置された基板保持リングを備え、前記カーボン部材は、その基板保持リングの下に配置されたリング状部材であることを特徴とする（１）に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
（３）前記カーボン部材は、前記凹状収容部の底面に配置されていることを特徴とする（１）に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
（４）ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、凹状収容部を有する搭載プレートと、前記凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、前記サテライトは、非カーボン材料で被覆されたカーボン基材からなるものであって、載置されるＳｉＣ基板に接触しない位置にカーボン基材が露出した部分を有してなることを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
（５）前記サテライトは、その上面の中央部にＳｉＣ基板と接触しないように形成されたざぐり部と、そのざぐり部を囲むように配置してＳｉＣ基板を支持する支持部とを有し、前記ざぐり部の底面の少なくとも一部はカーボン基材が露出して、前記カーボン基材が露出した部分をなしていることを特徴とする（４）に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
（６）前記サテライトの裏面の少なくとも一部はカーボン基材が露出して、前記カーボン基材が露出した部分をなしていることを特徴とする（４）又は（５）のいずれかに記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
（７）ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、凹状収容部を有する搭載プレートと、前記凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、前記サテライト上に載置されたＳｉＣ基板の主面上に、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料ガスを供給するための原料ガス導入管と、前記原料ガス導入管のガス導入口と前記サテライトとの間の原料ガスの上流側に配置されたカーボン部材と、を備えたことを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
（８）前記搭載プレートの上面をカバーする複数のカバー部材を備え、前記複数のカバー部材のうちの一部はカーボンからなるものであり、この一部のカバー部材が前記カーボン部材をなすことを特徴とする（７）に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
（９）ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、凹状収容部を有する搭載プレートと、前記凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、ＳｉＣ基板とほぼ同じサイズの開口部を有し、ＳｉＣ基板の側面を囲むように配置された、カーボン材料からなる基板保持リングと、を備えたことを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。
（１０）（１）〜（９）の何れか一項に記載のカーボン部材、カーボン基材又はカーボン材料からなる基板保持リングをＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置に設置してＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置によれば、カーボンを供給するカーボン部材を特定の位置に具備した構成を採用している。そして、ＳｉＣ基板上に成長するＳｉＣエピタキシャル膜の外周部において、原料ガスと別にカーボンを供給することで、ＳｉＣエピタキシャル膜の外周部におけるＣ／Ｓｉ比を高めることができる。これにより、このＳｉＣエピタキシャル膜の面内におけるキャリア濃度のばらつきを抑制することができる。従って、簡便な構成の装置で、ウェハ面内のキャリア濃度を効果的に均一化することができ、電気的特性に優れたＳｉＣエピタキシャルウェハを生産性良く製造することが可能となる。
【００２０】
また、本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法によれば、実効的なＣ／Ｓｉ比を制御することによりキャリア濃度の面内分布を改善することができるので、電気的特性に優れたデバイス作成に好適なエピタキシャルウェハを作成することできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図であり、ＣＶＤ法を用いてＳｉＣ基板の主面にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図であり、製造装置に備えられるカーボン部材の配置の一例を示す概略図で、（ａ）はサテライト上にＳｉＣ基板を載置したサテライト部分（サテライトと基板保持リング等の近接部品を含む部分）の断面図、（ｂ）はサテライト部分の平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図であり、製造装置に備えられるカーボン部材の配置の他の例を示す概略図で、（ａ）はサセプタの凹状収容部とサテライト上にＳｉＣ基板を載置したサテライト部分の断面図、（ｂ）はサテライト部分の平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図であり、製造装置に備えられるカーボン部材の配置の一例を示す概略図で、（ａ）はサテライト上にＳｉＣ基板を載置したサテライト部分の断面図、（ｂ）はサテライト部分の平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図であり、製造装置に備えられるカーボン部材の配置の他の例を示す概略図で、（ａ）はサテライトの表面平面図、（ｂ）はサテライトの裏面平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図であり、ＣＶＤ法を用いてＳｉＣ基板の主面にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる装置の他の例を示す概略図である。
【図７】本発明の第４実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図であり、製造装置に備えられるカーボン部材の配置の一例を示す概略図であり、サセプタの凹状収容部とサテライト上にＳｉＣ基板を載置したサテライト部分の断面図である。
【図８】本発明の実施例１および実施例２を説明するための図であり、（ａ）はＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向におけるキャリア濃度の分布を示すグラフであり、（ｂ）はウェハ中心のキャリア濃度に対するＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向におけるキャリア濃度の比を示したグラフである。
【図９】本発明の実施例３を説明するための図であり、（ａ）はＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向におけるキャリア濃度の分布を示すグラフであり、（ｂ）はウェハ中心のキャリア濃度に対するＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向におけるキャリア濃度の比を示したグラフである。
【図１０】従来のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図である。
【図１１】ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を適用したＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置およびその製造方法について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２３】
＜ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置＞
（第１実施形態）
以下に、本発明の第１実施形態のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置の一例について説明する。
第１実施形態の製造装置１は、図１及び図２（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜１２を成長させる装置であり、図示例のように、複数のウェハ（ＳｉＣ基板）を水平に配置し、各ウェハを公転させるとともにウェハ中心を軸にしてウェハ自体を自転させる、水平自公転型のエピタキシャル成長装置である。
【００２４】
第１実施形態のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１は、凹状収容部２３（図３参照）を有する搭載プレート２と、この凹状収容部２３内に配置され、上面にＳｉＣ基板１１が載置されるサテライト３と、この凹状収容部２３内に、ＳｉＣ基板１１より下方の位置であってＳｉＣ基板１１に接触しない位置に配置されたカーボン部材８とを備える。
図２（ａ）および（ｂ）に示す例では、カーボン部材８は、基板保持リング９の下に配置されたリング状部材とされている。この基板保持リング９は、ＳｉＣ基板１１をその側面から保持するために、ＳｉＣ基板１１に近接して設置される。
また、搭載プレート２及びサテライト３の上方にはシーリング６が配置されており、このシーリング６には、その中央部６ａを貫通するように、サテライト３に載置されたＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に原料ガス５を供給するための原料ガス導入管４が設けられている。図示例では、サセプタ２の回転軸２Ａは、原料ガス導入管４の直下に配置されており、この回転軸２Ａと原料ガス導入管４とが同軸で設けられている。
原料ガス５は、原料ガス導入管４から装置中央に供給され、装置の外周部に向かって原料ガスがフローするように構成されている。
【００２５】
搭載プレート２は、黒鉛を材料とする基材２１の表面に、被覆膜２２がコーティングされてなる円盤状部材である。また、搭載プレート２の上面２ａ側には、回転軸２Ａを囲むように、サテライト３を保持するための複数の凹状収容部２３が設けられている。また、搭載プレート２の下面２ｂ側には、図示略の駆動機構によってサセプタを回転駆動させるための回転軸２Ａが設けられている。
搭載プレート２の表面をコーティングする被覆膜２２は、例えば、従来公知のＴａＣやＳｉＣ等を用いて形成することが可能である。
【００２６】
サテライト３も、搭載プレート２と同様に、黒鉛を材料とする基材３１の表面に、被覆膜３２がコーティングされてなる円盤状部材である。サテライト３の表面をコーティングする被覆膜３２も、搭載プレート２と同様、従来公知のＴａＣやＳｉＣ等を用いて形成することが可能である。
【００２７】
また、サテライト３は、搭載プレート２の上面２ａに設けられた凹状収容部２３に収容され、図示略の回転駆動機構によって自転可能とされている。これにより、サテライト３は、搭載プレート２の回転軸２Ａを中心に公転するとともに自転することで、ＳｉＣ基板１１を自公転させるように構成されている。
【００２８】
シーリング６は、搭載プレート２及びサテライト３を上方から覆うように配置されることで、シーリング６と搭載プレート２及びサテライト３との間に反応空間を形成する。
シーリング６も、搭載プレート２およびサテライト３と同様に、黒鉛を材料とする基材の表面をコーティングされてなる円盤状部材である。シーリング６の表面をコーティングする被覆膜も、搭載プレート２と同様、従来公知のＴａＣやＳｉＣ等を用いて形成することが可能である。
また、上述したように、シーリング６には、中央部６ａの位置に原料ガス導入管４が設けられている。
【００２９】
原料ガス導入管４は、図示略の外部タンク等から原料ガスが導入されることで、シーリング６と搭載プレート２及びサテライト３との間の空間に原料ガスを送出し、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に原料ガス５を供給する。このような原料ガス５としては、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料として一般に用いられる炭化水素系ガス及びシラン系ガスを含有するものを用いることができ、具体的には、炭化水素系ガスとしてＣ３Ｈ８を、シラン系ガスとしてＳｉＨ４を用いることができる。
【００３０】
カーボン部材８は、図２（ａ）に示す例のように、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａよりも下方に位置し、且つ、ＳｉＣ基板１１と非接触で設けられる。
カーボン部材８を、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａよりも下方に設けることで、高温雰囲気中でのＨ２との反応等により、カーボン部材８をなす黒鉛からカーボンが発生した場合であっても、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａにカーボンが付着するのを防止することができる。
また、黒鉛からなるカーボン部材８を、ＳｉＣ基板１１の裏面と非接触となるように設けることで、ＳｉＣ基板１１の表面に荒れ等が生じるのを防止することができる。
また、カーボン部材８は、パーティクルが生じるのを防止する観点から、他の部材等と間で摺動しない箇所に設置することが好ましい。
【００３１】
カーボン部材８は、ＳｉＣ基板１１を取り囲むようにリング状に配置することが好ましい。ＳｉＣ基板１１を取り囲むようにリング状に配置することで、ＳｉＣ基板１１の外周全体に渡って均一にカーボンを供給することができ、ＳｉＣ基板１１の面内でのキャリア濃度のばらつきを抑えることができる。
さらに、カーボン部材８の表面は、図２（ａ）で示すように、原料ガス５と直接接触させないようにその表面をカバーされていることが好ましい。ＳｉＣ基板１１上にエピタキシャル膜１２を形成する際に、カーボン部材８の原料ガス５側の表面にもエピタキシャル成長が進む。そのため、カバーを設けないと、カーボン部材８の原料ガス５側の表面にエピタキシャル膜が成長し、カーボン部材８からカーボンの発生が阻害され、カーボンの供給効率が経時的に変化する。
【００３２】
基板保持リング９は、ＳｉＣ基板１１が横滑りしないように保持するための部材である。基板保持リング９は、炭素が露出しないようにＳｉＣやＴａＣ等でコーティングした黒鉛や、炭化珪素等を用いる。図２（ａ）で示すように、第１実施形態では、同時にカーボン部材８の原料ガス側の表面のカバーとしての役割も果たしている。図２に示す例では、基板保持リング９は、サテライト３の外周に形成された、上面より低い段差部にカーボン部材８を介して配置されている。
また、この基板保持リング９は、カーボンの供給効率の経時的変化を防止するために、カーボン部材８の原料ガス５側の表面を完全にカバーしていることが好ましい。さらに、基板保持リング９は、ＳｉＣ基板１１およびサテライト３と完全に密着していないことが好ましい。これらが互いに完全に密着すると、カーボン部材８で発生したカーボンの流路を十分確保できず、原料ガス５側にカーボンを適切に供給することができなくなる。
【００３３】
また、カーボン部材８の材料である黒鉛としては、特に制限されないが、水素との反応でカーボンが発生する際にカーボン以外の不純物が発生しないように、高純度のものを使用することがより好ましい。
【００３４】
カーボン部材は、図２で示される他に、図３（ａ）、（ｂ）に例示するように、搭載プレート２上に設けられ、凹状収容部２３の底面に設置してもよい。またカーボン部材１８は、平面視でサテライト３の外周端部を囲むように配置することが好ましい。サテライト３の外周端部を囲むように配置することにより、ＳｉＣ基板１１の外周に渡って均一にカーボンを供給することができ、ＳｉＣ基板１１の面内でのキャリア濃度の不均一性を抑えることができる。
その形状は、Ｃ型リング状、即ち円弧状に構成しても良いし、図３（ｂ）に示すようなＯ型リング状に構成しても良い。
またカーボン部材１８は、サテライト３が凹状収容部２３内を自転する際の摺動箇所外にカーボン部材１８が配置されることが好ましい。
具体的には、図３で示すように、サテライト２の凹状収容部２３の底面２３ｂに、カーボン部材１８を収容する凹部２８を設けることができる。この構成では、サテライト３が自転する際に、サテライト３の下面３ｂが擦れる凹状収容部２３の底面２３ｂより低い位置にある凹部２８内にカーボン部材１８が設置される。そのため、カーボン部材１８がサテライト３の下面３ｂと擦れることを避けることができ、パーティクルの発生を抑制できる。またこの際、カーボン部材１８の高さは、凹部２８の深さより低いことが好ましい。
図３に示す例では、基板保持リング９は、サテライト３の外周に形成された、上面より低い段差部に配置されている。
【００３５】
またサテライト３の外径と凹状収容部２３の内径はほぼ同一のサイズとし、わずかに凹状収容部２３が大きいことが好ましい。凹状収容部２３の大きさがサテライト３より大きすぎると、サテライト３が自転する際に、サテライト３が横滑りしてしまい、均一なＳｉＣエピタキシャル膜１２を得ることができない。一方、サテライト３と凹状収容部２３が同一であると、カーボン部材１８から発生するカーボンを原料ガス５側に供給する流路を十分に確保できず、適切にカーボンを供給することができない。
【００３６】
第１実施形態の製造装置１においては、原料ガス導入管４から下方に向けて原料ガス５を供給することにより、サテライト３上に載置されたＳｉＣ基板１１の外周端部の外側から、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上を通過するように原料ガス５が供給される（図２（ａ）を参照）。そして、サセプタ２の下方に設けられた図示略の高周波コイル等からなる加熱手段により、ＳｉＣ基板１１を高温に維持しながら、この上にエピタキシャル材料を堆積させることによってエピタキシャル膜を成膜する。
この際、図２（ａ）に示すように、図示略の加熱手段による加熱に伴って、黒鉛からなるカーボン部材８からカーボン（Ｃ）が発生し、原料ガス５のガスフローにおける上流側、即ち、図２中に示す矢印ＦのＦ１側に向けてカーボンを供給することで、上流（Ｆ１）側のＣ／Ｓｉ比を高める。
【００３７】
上述したように、通常、原料ガス５を構成する炭化水素系ガスは、シラン系ガスに含まれるＳｉよりも分解速度が遅いため、特に、原料ガス５のガスフロー上流のＦ１に位置するＳｉＣエピタキシャル膜１２の外周部においてＣ濃度が低くなる傾向がある。
これに対し、本発明の製造装置１によれば、カーボン部材８を備えた上記構成を採用することにより、原料ガス５のガスフローの上流側に向けてカーボンを供給することで、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の外周部の近傍のガスのＣ／Ｓｉ比を高め、ＳｉＣエピタキシャル膜１２を成長させる。これにより、原料ガス５を構成する各成分の分解速度の違いに起因したＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内におけるＣ／Ｓｉ比のばらつきを抑制できる。このように、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内全体におけるガスのＣ／Ｓｉ比の位置依存性の低減に伴い、ＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度のばらつきも低減する。
尚、本実施形態の様な自公転型の装置の場合、ガスは中央から公転している搭載プレートの外周側に広がり、また原料ガスも分解・消費されてゆくので、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長速度は搭載プレートの外周部に行くほど小さくなる。その為、ＳｉＣ基板の一方の側の端部に注目すると、中心側にいるときの成長の方が、寄与が大きい。サテライトが自転している場合にはある程度は平均化されるが、実質的な成長条件としてはウェハの中心部と外周部を比較してウェハ周辺部がガスの上流側になっている。
【００３８】
（第２実施形態）
第２実施形態の製造装置は、第１の実施形態の製造装置１とサテライトの構成のみが異なっており、その他の構成は第１の実施形態の製造装置１と同様のものを用いることができる。
第２実施形態のサテライトは、非カーボン材料で被覆されたカーボン基材からなるものであって、載置されるＳｉＣ基板に接触しない位置にカーボン基材が露出した部分を有する。
【００３９】
その一例としては、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、サテライト１０３の上面１０３ａの中央部にＳｉＣ基板１１と接触しないように形成されたざぐり部１３２ａと、そのざぐり部１３２ａを囲むように配置してＳｉＣ基板１１を支持する支持部１３３とを有し、ざぐり部１３２ａの底面の少なくとも一部はカーボン基材１０８が露出している。
支持部１３３を用いて、カーボン基材１０８とＳｉＣ基板１１とが直接接触しないようにすることにより、ＳｉＣ基板１１の裏面を汚染することを避けることができる。
また図４（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板１１を載置すると、カーボン基材１０８は、サテライト１０３と、ＳｉＣ基板１１と、支持部１３３とで囲まれた空間内にある。そのため、カーボン基材１０８で発生したカーボンが、この空間内に閉じ込められ原料ガス５に適切に供給できなくなることを防ぐために、支持部１３３は、ざぐり部１３２ａの全周に渡り配置せずに、離散的に配置することが好ましい。
図４に示す例では、基板保持リング９は、サテライト３の外周に形成された、上面より低い段差部に配置されている。
【００４０】
また、図５（ａ）、（ｂ）に例示するように、サテライト１１３のＳｉＣ基板１１が設置される表面１１３ａと反対側の裏面１１３ｂの少なくとも一部でカーボン基材１１８が露出した構成としてもよい。
サテライトの裏面１１３ｂ全面をカーボン基材１１８が露出した構成を採用した場合には、サテライト１１３が自転する際に、カーボン基材１１８が擦れてパーティクルを生み出すことが考えられる。そのため、裏面１１３ｂ全面を露出させないことが好ましい。裏面全面を露出させなければ、露出されたカーボン基材１１８と、サテライト１１３の裏面との間には、被覆膜分の厚さの差があるため、サテライト１１３が自転しても、カーボン基材１１８が擦れることを避けることができる。サテライト１１３の裏面１１３ｂに、図４に示すようなざぐり部と支持部とを有す、ざぐり部の一部でカーボン基材が露出する構成としてもよい。
【００４１】
第１実施形態では、カーボン部材８を、従来の成膜に用いる製造装置に備わる部材以外の別途の部材として準備しているのに対し、第２実施形態では従来の製造装置に備わるサテライトを加工して、カーボン供給源としてカーボン基材１０８を露出させている点が異なる。
【００４２】
第２実施形態の製造装置においては、第１の製造装置と同様に、搭載プレート２の下方に設けられた高周波コイル等からなる加熱手段により、ＳｉＣ基板１１を高温に維持しながら、この上にエピタキシャル材料を堆積させることによってエピタキシャル膜を成膜する。
この際、カーボン基材１０８からカーボンが発生する。ざぐり部１３２ａは、ＳｉＣ基板１１で蓋をされた状態になっているため、発生したカーボンは、支持部１３３の隙間から表出する。このように、発生したカーボンが、ＳｉＣ基板１１の外周部（すなわち、原料ガス５の上流側）に供給されることで、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の外周部におけるＣ／Ｓｉ比を高めることができる。
【００４３】
（第３実施形態）
第３実施形態の製造装置は、第１実施形態の製造装置１のカーボン供給源が、サテライトの近傍ではなく、より原料ガスの上流側であるガス導入口とサテライトの間に配置している点が異なる。その他の構成は第１実施形態の製造装置１と同様のものを用いることができる。
第３実施形態の製造装置は、凹状収容部を有する搭載プレート２０２と、凹状収容部内に配置され、上面にＳｉＣ基板１１が載置されるサテライト２０３と、サテライト２０３上に載置されたＳｉＣ基板１１の主面上１１ａに、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の原料ガス５を供給するための原料ガス導入管２０４と、前記原料ガス導入管２０４のガス導入口と前記サテライト２０３との間の原料ガス５の上流側に配置されたカーボン部材２０８と、を備える。
【００４４】
図６は第３実施形態の製造装置の一例を示す模式図である。図６で示した第３実施形態における製造装置は、図１で示した第１実施形態の製造装置１の変形例である。
また搭載プレート２０２、サテライト２０３等は、第１実施形態と同様のものを用いることができる。シーリング２０６は理解の助けとなるように点線で表示した。
【００４５】
ここで、カーボン部材２０８は、原料ガス導入管２０４のガス導入口とサテライト２０３との間の原料ガス５の上流側に配置される。この範囲に、カーボン部材２０８を設置すれば、成膜時に発生したカーボンが、原料ガス５のガスフローにより、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の外周部（すなわち上流側）に向けて供給される。そのため、原料ガス５を構成する各成分の分解速度の違いに起因したＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内におけるガスのＣ／Ｓｉ比のばらつきを抑制できる。このように、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内全体におけるガスのＣ／Ｓｉ比の位置依存性の低減に伴い、ＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度のばらつきも低減する。
【００４６】
また、一般に搭載プレート２０２の表面には、カバー部材２０９が設置されている。これは、ＳｉＣ基板１１上以外の部分でも、エピタキシャル成長は生じるため、複数回成膜した際に搭載プレート２０２上に堆積した膜を容易に交換するために用いられている。
そのため、このカバー部材２０９のうちの一部をカーボンからなるものとし、カーボン部材２０８として機能させることが好ましい。この場合、新たに別途カーボン部材を設置するスペースを形成する必要がなく、従来の装置においても容易に適用することができる。
【００４７】
（第４実施形態）
第４実施形態の製造装置は、第１実施形態の基板保持リング９がカーボン部材を有する点が異なる。その他の構成は第１実施形態の製造装置１と同様のものを用いることができる。
図７は第４実施形態の製造装置の一例を示す模式図である。第４実施形態の製造装置は、凹状収容部を有する搭載プレート３０２と、前記凹状収容部３２３内に配置され、上面にＳｉＣ基板１１が載置されるサテライト３０３と、ＳｉＣ基板１１とほぼ同じサイズの開口部を有し、ＳｉＣ基板１１の側面を囲むように配置された、カーボン材料からなる基板保持リング３０９、を備える。
【００４８】
第４実施形態では、基板保持リング３０９をカーボン材料からなるとし、カーボンの供給源として使用する。この場合、サテライト３０３上に載置されたＳｉＣ基板１１を保持するリングをカーボン部材に変更するのみで良く、従来の装置においても容易に適用することができる。
【００４９】
カーボン材料からなる基板保持リング３０９は、その原料ガス５側の表面のみを被覆膜で被覆していることが好ましい。被覆膜は炭化珪素、ＴａＣ等が好ましい。この表面を被覆することで、エピタキシャル成長中に、カーボン材料からなる基板保持リング３０９上に、エピタキシャル膜が成長しても、その成長した膜がカーボンの供給を阻害することなくなり、経時的にカーボンの供給量を一定とすることができる。
【００５０】
カーボン材料からなる基板保持リング３０９はカーボン材料からなるため、成膜時にカーボンが発生する。カーボン材料からなる基板保持リング３０９は、ＳｉＣ基板１１の外周部に在るため、発生したカーボンが、ＳｉＣ基板１１の外周部（すなわち、原料ガス５の上流側）に供給され、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の外周部近傍のガスのＣ／Ｓｉ比を高めることができる。これにより、原料ガス５を構成する各成分の分解速度の違いに起因したＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内におけるＣ／Ｓｉ比のばらつきを抑制する。このように、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内全体におけるガスのＣ／Ｓｉ比の位置依存性の低減に伴い、ＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度のばらつきも低減する。
【００５１】
またサテライト３０３が自転した際に、ＳｉＣ基板１１の側面が、カーボン材料からなる基板保持リング３０９に接触し、汚染されることが考えられる。しかし、汚染は側面に留まるため、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内の多くの部分はキャリア濃度の均一なＳｉＣエピタキシャル膜として使用することができる。
【００５２】
（作用効果）
本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１によれば、カーボンの供給源を、ＳｉＣ基板１１の裏面と非接触で設けられ、ガス供給部４から供給される原料ガス５の上流側に向けてカーボンを供給する炭素原子供給部材（カーボン部材、カーボン基材、カーボン材料からなる基板保持リング）を具備した構成を採用している。そして、ＳｉＣ基板１１上に成長するＳｉＣエピタキシャル膜１２の外周部において、Ｃ／Ｓｉ比を高めるように制御することにより、このＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内におけるキャリア濃度のばらつきを抑制することができる。従って、特別な設備を設けることなく、簡便な構成の装置でウェハ面内のキャリア濃度を効果的に均一化することができ、電気的特性に優れたＳｉＣエピタキシャルウェハ１０を生産性良く製造することが可能となる。
【００５３】
＜ＳｉＣエピタキシャルウェハ＞
本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置又はその製造方法によって製造されるＳｉＣエピタキシャルウェハは、図２中に示すように、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、ＳｉＣエピタキシャル膜１２が形成されてなるものであり、各種の半導体デバイスに用いられるウェハである。なお、主面１１ａはＣ面としてもＳｉ面としてもよい。Ｃ面はＳｉ面に比べ、ドーピングを行う際Ｃ／Ｓｉ比の影響を受けやすく、キャリア濃度が均一なウェハを得ることがより難しい。本発明のＣ／Ｓｉ比を制御してキャリア濃度が改善する方法は、Ｃ面でより顕著な効果を発揮する。
【００５４】
［ＳｉＣ基板］
ＳｉＣエピタキシャルウェハに用いられるＳｉＣ基板１１は、例えば、昇華法等によって作製したＳｉＣバルク単結晶のインゴットの外周を研削して円柱状に加工した後、ワイヤーソー等を用いて円板状にスライス加工し、外周部を面取りして所定の直径に仕上げることで製造できる。この際のＳｉＣバルク単結晶としては、何れのポリタイプのものも用いることができ、実用的なＳｉＣデバイスを作製するためのＳｉＣバルク単結晶として主に採用されている４Ｈ−ＳｉＣを用いることができる。
【００５５】
スライス加工によって円板状とされたＳｉＣ基板１１は、最終的に表面が鏡面研磨されるが、まず、従来公知の機械的研磨法を用いて表面を研磨することで、研磨面の凹凸を大まかに除去するとともに平行度を整えることができる。そして、機械的研磨法を用いて表面が研磨されたＳｉＣ基板の表面が、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法によってメカノケミカル研磨されることにより、表面が鏡面に仕上げられたＳｉＣ基板１１となる。この際、ＳｉＣ基板１１の片面（主面）のみが研磨され、鏡面とされていても良いが、両面のそれぞれが研磨された鏡面であっても良い。
【００５６】
ＳｉＣ基板１１は、表面の研磨処理により、上記のインゴットをスライス加工する際に発生するうねりや加工歪が除去されるとともに、基板の表面が平坦化された鏡面となる。このような表面が鏡面に研磨されたＳｉＣ基板１１は、平坦性に非常に優れたものとなり、さらに、ＳｉＣ基板１１上に各種のエピタキシャル膜を形成したウェハは、各層の結晶特性に優れたものとなる。
【００５７】
ＳｉＣ基板１１の厚さは、特に制限は無く、例えば、従来と同様、３００~８００μｍ程度とすることができる。
また、ＳｉＣ基板１１のオフ角としても、何れのオフ角であっても良く、特に制限は無いが、コスト削減の観点からはオフ角が小さいもの、例えば、４°〜８°のものを用いることができる。
【００５８】
本発明者等は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの物理特性（電気的特性等）を向上させるにあたり、ＳｉＣエピタキシャル膜面内におけるキャリア濃度のばらつきに着目した。そして、ＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度のばらつきを低減するためには、このＳｉＣエピタキシャル膜の成膜時に、基板全面でガスのＣ／Ｓｉ比のばらつきを低減することが有効であることを見出した。
従来、ＣＶＤ法等によってＳｉＣエピタキシャル膜が成膜されたＳｉＣエピタキシャルウェハにおいては、ＳｉＣエピタキシャル膜面内におけるキャリア濃度に、Ｓｉ面を用いた場合でも約３０％程度のばらつきが見られた。このようなキャリア濃度のばらつきは、主として、成膜装置（製造装置）の構造や成膜条件（成膜方法）等に起因し、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜時におけるウェハ中心部と外周部との間で生じるＣ／Ｓｉ比のばらつきに依ることが明らかとなった。即ち、ＳｉＣエピタキシャル膜におけるＣ／Ｓｉ比を制御することで、その面内におけるばらつきを低減すれば、ＳｉＣエピタキシャル膜面内におけるキャリア濃度を均一化できることを見出した。
【００５９】
ＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内におけるキャリア濃度のばらつきは、中心部におけるキャリア濃度に対してＳｉ面を用いた場合には１０％以下である。Ｃ面の場合は、Ｓｉ面よりも面内均一性の良いエピタキシャルウェハ得ることが難しいが、同程度まで面内均一性を向上させることができる。キャリア濃度のばらつきが上記以下であれば、ＳｉＣエピタキシャルウェハを用いて各種デバイスを形成した際、優れた電気的特性が安定して得られる。
【００６０】
なお、ＳｉＣエピタキシャルウェハに添加されるドーパントとしては、電気抵抗を制御するため、例えば、アルミニウムや窒素等をドープして用いることができる。窒素はＳｉＣのカーボンサイトに選択的に入ってドナーとなり、アルミニウムはシリコンサイトに入ってアクセプターとなる。窒素とアルミニウムではＣ／Ｓｉ比に対するドーピング濃度依存性は逆であるが、Ｃ／Ｓｉ比に対して依存性があるということは同様である。また、そのキャリア濃度としては、デバイス形成後の電気的特性等を考慮し、１×１０１４ｃｍ３〜１×１０１８ｃｍ３の範囲であることが好ましい。
【００６１】
ＳｉＣエピタキシャルウェハの全体の厚さとしては、特に制限されないが、例えば５μｍ以上とすることができる。
また、ＳｉＣエピタキシャルウェハにおけるＳｉＣエピタキシャル膜１２の厚さについても、特に制限されないが、例えば、通常の成長速度の範囲内である４μｍ／ｈ程度でエピタキシャル成長させた場合、２．５時間の成膜を行うと１０μｍ程度の厚さとなる。
【００６２】
＜ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法＞
本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、第１実施形態から第４実施形態（図１〜図７）において説明した、カーボン部材、カーボン基材又はカーボン材料からなる基板保持リングをＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置に設置して、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜１２を成長させる方法である。
当該製造方法をより具体的に図２（ａ）を例にとって説明する。当該製造方法は、サテライト３上に載置されたＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に原料ガス５を供給してＳｉＣエピタキシャル膜１２を成長させるエピタキシャル工程を少なくとも具備し、このエピタキシャル工程において、原料ガス５のガスフローの上流側、即ち、図２（ａ）に示す矢印ＦのＦ１側に向けてカーボンを供給する供給源であるカーボン部材８を有することにより、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の外周部におけるＣ／Ｓｉ比を高めるように制御しながら、ＳｉＣエピタキシャル膜１２を成長させる。
【００６３】
［ＳｉＣ基板の準備］
まず、ＳｉＣ基板１１を準備するにあたり、ＳｉＣバルク単結晶のインゴットを準備し、このインゴットの外周を研削して、円柱状のインゴットに加工する。その後、ワイヤーソー等により、インゴットを円板状にスライス加工し、さらに、その外周部を面取りすることで、所定の直径を有するＳｉＣ基板１１に仕上げる。この際、ＳｉＣバルク単結晶の成長方法や、インゴットの研削加工方法、スライス加工方法等については、特に限定されることなく、従来公知の方法を採用できる。
【００６４】
［ＳｉＣ基板の粗研磨工程］
次に、粗研磨工程では、後述のエピタキシャル層を形成する前のＳｉＣ基板１１の主面１１ａを、機械式研磨法によって研磨する。
具体的には、例えば、ラップ研磨等の機械式研磨法により、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａにおける比較的大きなうねりや加工歪等の凹凸を除去する研磨処理を行う。この際、従来公知のラップ研磨装置を用いて、キャリアプレートにＳｉＣ基板を保持させ、スラリーを供給するとともに、キャリアプレートを遊星運動させながら定盤を回転させることにより、ＳｉＣ基板の片面、あるいは裏面側も含めた両面を同時にラップ研磨する方法を採用することができる。
【００６５】
なお、上記説明においては、ＳｉＣ基板１１の粗研磨工程として、上記のようなラップ研磨による粗研磨を行う方法を例に挙げているが、例えば、ラップ研磨の後にポリッシュを用いた精密な研磨を行うことで、ＳｉＣ基板１の各面を超精密研磨する方法としても良い。あるいは、上記のラップ研磨において、二次粒子の平均粒径が０．２５μｍ（２５０ｎｍ）程度の、ポリッシュにおいても用いられる細やかなダイヤモンドスラリーを用い、精密な研磨を行うことも可能である。
また、上述のようなＳｉＣ基板の粗研磨工程を複数回で行っても良い。
【００６６】
［ＳｉＣ基板の平坦化工程］
次に、平坦化工程においては、上記粗研磨工程において凹凸及び平行度が整えられたＳｉＣ基板１１に対して、ＣＭＰ法によって超精密研磨（鏡面研磨）を施すことで、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａを平坦化する。この際、上記の粗研磨工程と同様の装置を用いて、エピタキシャル層が形成される前のＳｉＣ基板１１の主面１１ａを研磨することが可能である。
【００６７】
［エピタキシャル工程］
次に、エピタキシャル工程においては、平坦化されたＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、ＳｉＣエピタキシャル膜１２を成長させる。エピタキシャル工程は、具体的には、従来公知のＣＶＤ法を用いて、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、半導体デバイスを形成するためのＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜する。
エピタキシャル工程では、原料ガス５へのカーボンの供給源となるカーボン部材またはカーボン基材を有する。例えば、図１〜７に示すような本発明に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１を用いてＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜することができる。
【００６８】
まず、ＳｉＣ基板１１を、主面１１ａ側が上方を向くように、製造装置１のサテライト３上に載置する。
次いで、サセプタ２及びサテライト３を回転させることにより、ＳｉＣ基板１１を自公転させながら、原料ガス導入管４から原料ガス５をキャリアガスとともに供給する。この際の原料ガス５としては、従来からＳｉＣエピタキシャル膜の成膜に用いられる、炭化水素系ガス及びシラン系ガスを含有してなるものを使用し、例えば、炭化水素系ガスとしてＣ３Ｈ８、シラン系ガスとしてＳｉＨ４を含有するものを採用することができる。また、キャリアガスとして水素、ドーパントガスとして窒素を導入することができる。
【００６９】
原料ガス５におけるＣ／Ｓｉモル比は、例えば、０．５〜〜２．０程度とすればよい。また、キャリアガスとして水素を含むガスが好ましく、水素がより好ましい。流量は、用いる装置より適宜定めることができる。
【００７０】
また、エピタキシャル成長条件としては、例えば、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の成長速度を１μｍ／ｈ以上とし、成長温度を１０００℃〜１８００℃、より好ましくは１３００℃〜１７００℃、さらに好ましくは１４００℃〜１６００℃とする。雰囲気圧力は減圧が好ましく、３００Ｔｏｒｒ以下とすることができ、５０〜２５０Ｔｏｒｒがより好ましい。ＳｉＣエピタキシャル膜１２の成長速度を２〜３０μｍ／ｈの範囲とすることができる。
【００７１】
ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法では、上記製造装置の説明でも記したように、エピタキシャル工程において、原料ガス５のガスフローの上流側（即ち、図２（ａ）においては矢印ＦのＦ１側）に向けてカーボンを供給するカーボン供給源であるカーボン部材またはカーボン基材を有することにより、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の外周部におけるＣ／Ｓｉ比を高めるように制御しながら、ＳｉＣエピタキシャル膜１２を成長させる。これにより、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内において、Ｃ／Ｓｉ比を均一化することができる。
【００７２】
本発明のエピタキシャル工程において、カーボン部材、カーボン基材又はカーボン材料からなる基板保持リングの材料である黒鉛とＨ２とが高温で接触することにより、炭化水素が生じる。そのため、原料ガス５の上流側には、カーボン部材、カーボン基材又はカーボン材料からなる基板保持リングから供給される炭化水素が、上記の原料ガスに加えて同時に供給される。炭化水素はＣを含有するガスであるので、原料ガス５の上流側に向けて、より効果的にカーボンを供給することが可能となる。固体のカーボン部材が水素と反応することによって炭化水素が生じることは知られていたが、ＳｉＣのエピタキシャル成長に用いる温度で生じる炭化水素が、Ｃ／Ｓｉ比の変化およびそれに伴うキャリア濃度変化にどの程度影響があるかは把握されておらず、それをＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度分布制御に用いるということは試みられていなかった。また、炭化水素の発生をキャリア濃度分布制御に利用するためには、カーボン部材をウェハの近くに配置する必要があるが、被覆されていないカーボン部材を用いると劣化したカーボンがエピ成長に悪影響を与えることが懸念される。したがって、上記の原理を用いてキャリア濃度分布の制御を行うためには、ＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度分布制御に効果があり、かつ悪影響を与えない位置にカーボン部材を配置する必要がある。
【００７３】
ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法では、エピタキシャル工程において、ＳｉＣエピタキシャル膜１２における外周部のＣ／Ｓｉ比を高めるように制御する。この際の外周部を含めて実効的なＣ／Ｓｉ比が、エピタキシャルウェハ全体で０．５〜２．０の範囲となるように制御することが好ましい。
【００７４】
このように、ＳｉＣエピタキシャル膜１２における上記範囲の外周部のＣ／Ｓｉ比を高くすることで、このエリアにおけるキャリア濃度が低減される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内におけるキャリア濃度のばらつきが抑制され、均一なキャリア濃度分布が得られる。
また、外周部のＣ／Ｓｉ比を０．５〜２．０の範囲に制御することで、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内におけるキャリア濃度のばらつきを、中心部のキャリア濃度に対して１０％以下に制御することができるので、面内で均一なキャリア濃度を有するＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜することが可能となる。
【００７５】
（作用効果）
以上の各工程により、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の面内におけるキャリア濃度が均一化された、電気的特性に優れるＳｉＣエピタキシャルウェハ１０を製造することができる。
【００７６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
本実施例においては、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる際、カーボン部材を備える製造装置を用いた場合と、このカーボン部材を持たない製造装置を用いた場合とで、ＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向における、ＳｉＣエピタキシャル膜中のキャリア濃度分布を調査した。
【００７８】
［実施例１］
実施例１においては、まず、ＳｉＣ基板（６インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板）のＣ面を主面とし、二次粒子の平均粒径が０．２５μｍのダイヤモンドスラリーを用いてラップ式研磨を施した後、さらに、ＣＭＰ研磨を施した。
Ｃ面上のＳｉＣエピタキシャル成長では、キャリア濃度がＣ／Ｓｉ比の影響を大きく受けるため、キャリア濃度分布が大きくなる。今回、カーボン部材によるキャリア濃度分布改善の効果をより顕著に示すため、Ｃ面ウェハを用いた。
【００７９】
次に、研磨後のＳｉＣ基板の主面（Ｃ面）に、図１に示すような製造装置（ＣＶＤ成膜装置）を用いて、ＳｉＣエピタキシャル膜を５μｍの厚さで成膜した。この際、サセプタ上に設けられたサテライトの上にＳｉＣ基板を載置し、このＳｉＣ基板を自公転させながら、原料ガスをキャリアガスとともに供給した。
また、この際の成膜条件としては、成長温度を１６００℃とし、キャリアガスに水素、ドーパント用ガスとして窒素を用い、Ｃ原料ガスとしてとしてプロパンを、Ｓｉ原料ガスとしてシランを用い、Ｃ／Ｓｉ比は１．１とした。
【００８０】
本実施例においては、サテライトとして、第１実施形態の図２のものを使用した。すなわち、カーボンの供給源であるカーボン部材８をＳｉＣ基板より下方の位置であってＳｉＣ基板に接触しない位置に配置し、そのカーボン部材８上をリング状部材９でカバーしている。
またこの時のカーボン部材８は、超高純度黒鉛を用いた。市販されている超高純度黒鉛は、不純物としてＢが０．１ｐｐｍ ｗｔ、Ｍｇが０．０．００１ｐｐｍ ｗｔ以下、Ａｌが０．００１ｐｐｍ ｗｔ以下、Ｔｉが０．００１ｐｐｍ ｗｔ以下、Ｖが０．００１ｐｐｍ ｗｔ以下、Ｃｒが０．００４ｐｐｍ ｗｔ以下、Ｆｅが０．０２ｐｐｍ ｗｔ以下、Ｎｉが０．００１ｐｐｍ ｗｔ以下程度であり、さらにベークして窒素を除去したものを用いた。従って、カーボン以外の元素が供給されることは殆んどない。
【００８１】
そして、上記手順で得られた、ＳｉＣ基板の主面にＳｉＣエピタキシャル膜が形成されたＳｉＣエピタキシャルウェハに関し、ＣＶ測定装置を用いて、ＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向において、外周端部〜中心部〜外周端部に向けて、１０ｍｍピッチでキャリア濃度を測定し、結果を図８（ａ）および（ｂ）のグラフに示した。なお、図８（ａ）はＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向におけるキャリア濃度の分布を示すグラフであり、（ｂ）はウェハ中心のキャリア濃度に対するＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向におけるキャリア濃度の比を示したグラフである。
【００８２】
［実施例２］
実施例２においては、サテライトとして、第２実施形態の図４（ａ）および（ｂ）で示すものを用いた。すなわち、カーボンの供給源として、ざぐり部１３２ａの底面全体が露出してなるカーボン基材１１８を用いた。その他の点は、上記実施例１と同様の手順及び条件でＳｉＣエピタキシャルウェハを作製した。
そして、上記実施例１と同様の方法で、ＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向において、外周端部〜中心部〜外周端部に向けて、１０ｍｍピッチでキャリア濃度を測定し、結果を図８（ａ）および（ｂ）のグラフに示した。
【００８３】
［比較例１］
比較例１においては、製造装置として、カーボン部材を備えていないものを用いた点を除き、実施例１と同様の手順及び条件でＳｉＣエピタキシャルウェハを作製した。
そして、上記実施例１と同様の方法で、ＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向において、外周端部〜中心部〜外周端部に向けて、１０ｍｍピッチでキャリア濃度を測定し、結果を図８（ａ）および（ｂ）のグラフに示した。
【００８４】
［評価結果］
図８（ａ）および（ｂ）のグラフに示すように、本発明の製造装置を用い、原料ガスの上流にカーボンを供給しながら、ＳｉＣ基板の主面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成することで得られた実施例１および実施例２のＳｉＣエピタキシャルウェハは、面内全体においてキャリア濃度が比較例１と比較して均一であることがわかる。
【００８５】
ここで、比較例１では、ウェハ中心部付近において比較的低いキャリア濃度を示しているものの、ウェハ外周部（エッジ付近）においては非常に高いキャリア濃度を示しており、ＳｉＣエピタキシャル膜の面内におけるキャリア濃度が著しく不均一となっていることがわかる。
一方、実施例１および実施例２では、キャリア濃度のばらつきが比較例１より低減していた。図８（ｂ）に示すように、比較例１ではキャリア濃度のばらつき（中央部と外周部のキャリア濃度の差）は２５％以上であったのに対して、実施例１では２０％以下、実施例２では１０％程度だった。
特に、実施例１では、面内全体において比較例１に比べてキャリア濃度が低く制御されており、特に、ウェハ外周部において、キャリア濃度が大きく低減されていることがわかる。
【００８６】
上記結果より、実施例１および実施例２で作製したＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、特に、外周部におけるキャリア濃度が低減されている理由としては、原料ガスの上流側にカーボンを供給する条件でＳｉＣエピタキシャル膜を成膜したことにより、ガスフローの上流側に位置するウェハ外周部においてＣ／Ｓｉ比が高められ、これに伴って、この位置のキャリア濃度が低くなったものと考えられる。
【００８７】
［実施例３］
実施例３においては、まず、ＳｉＣ基板（４インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板）のＣ面を主面とし、二次粒子の平均粒径が０．２５μｍのダイヤモンドスラリーを用いてラップ式研磨を施した後、さらに、ＣＭＰ研磨を施した。
【００８８】
次に、研磨後のＳｉＣ基板の主面（Ｃ面）に、図６に示すような製造装置（ＣＶＤ成膜装置）を用いて、ＳｉＣエピタキシャル膜を５μｍの厚さで成膜した。この際、サセプタ上に設けられたサテライトの上にＳｉＣ基板を載置し、このＳｉＣ基板を自公転させながら、原料ガスをキャリアガスとともに供給した。またこの際の成膜条件は実施例１と同様とした。
【００８９】
本実施例では、第３実施形態で示すように、図６のガス導入部材２０４の近傍のカバー部材２０９をカーボンからなるものとした。このカーボンからなるカバー部材２０９により、原料ガスの上流側に向けてカーボンを供給しながらＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた。またカバー部材のカーボンの材質は実施例１のカーボン部材と同一のものを使用した。
そして、上記実施例１と同様の方法で、ＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向において、外周端部〜中心部〜外周端部に向けて、１０ｍｍピッチでキャリア濃度を測定し、結果を図９（ａ）および（ｂ）のグラフに示した。なお、図９（ａ）はＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向におけるキャリア濃度の分布を示すグラフであり、（ｂ）はウェハ中心のキャリア濃度に対するＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向におけるキャリア濃度の比を示したグラフである。
【００９０】
［比較例２］
比較例２においては、製造装置として、カーボン部材を備えていないものを用いた点を除き、実施例３と同様の手順及び条件でＳｉＣエピタキシャルウェハを作製した。
そして、上記実施例１と同様の方法で、ＳｉＣエピタキシャルウェハの半径方向において、外周端部〜中心部〜外周端部に向けて、１０ｍｍピッチでキャリア濃度を測定し、結果を図９（ａ）および（ｂ）のグラフに示した。
【００９１】
［評価結果］
図９（ｂ）に示すように、比較例２ではキャリア濃度のばらつき（中央部と外周部のキャリア濃度の差）は５０％以上であったのに対して、実施例３では２０％以下だった。
これは実施例３では、原料ガスの上流側にカーボンを供給する条件でＳｉＣエピタキシャル膜を成膜したことにより、ガスフローの上流側に位置するウェハ外周部においてＣ／Ｓｉ比が高められ、これに伴って、この位置のキャリア濃度が低くなったものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置は、電気特性に優れたＳｉＣエピタキシャルウェハを、簡便な装置で生産性良く製造できることから、例えば、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等に用いられるＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１、…製造装置（ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置）、
２、２０２、３０２…サセプタ、
２Ａ…回転軸、
２ａ…上面、
２ｂ…下面、
２１…基材、
２２…被覆膜、
２３、３２３…凹状収容部、
２８…凹部、
２３ｂ…底面、
３、１０３、１１３、２０３、３０３…サテライト、
３１…基材、
３２…被覆膜、
１０３ａ…上面、
１１３ａ…表面、
１１３ｂ…裏面、
１３２ａ…ざぐり部、
１３３…支持部、
８、１８、２０８…カーボン部材、
１０８、１１８…カーボン基材、
４、２０４…ガス導入管、
６、２０６…シーリング、
１１…ＳｉＣ基板、
１１ａ…主面、
１２…ＳｉＣエピタキシャル膜、
５…原料ガス、
９、３０９…基板保持リング、
２０９…カバー部材
Ｆ…原料ガスのガスフロー（矢印）、
Ｃ…カーボン、
Ｆ１…上流（原料ガスのガスフロー）、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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