(57)【要約】【課題】ウエハ基板裏面へのＳｉＣ付着を防止でき、また反応管の内壁の汚染を防止でき、エピタキシャルウェーハを低コストで製造できるようにする。【解決手段】サセプタ１の反応ガス流路１１内に配置したウエハ基板２上にエピタキシャル成長させてエピタキシャルウェーハを作製するホットウオール加熱型化学気相成長装置において、反応ガス流路１１の左右側壁５，６間に架設した第１のプレート７と、この第１のプレート７に穿設した支持用孔７０の内周に段状に形成した受部７１０に載置した第２のプレート８と、を備え、第２のプレート８上にウエハ基板２を配置し、そのウエハ基板２にエピタキシャル成長を行わせるようにした、ことを特徴としている。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタの反応ガス流路内に配置したウエハ基板上にエピタキシャル成長させてエピタキシャルウェーハを作製するホットウオール加熱型化学気相成長装置において、
上記反応ガス流路の左右側壁間に架設した第１のプレートと、
上記第１のプレートに穿設した支持用孔の内周に段状に形成した受部に載置した第２のプレートと、を備え、
上記第２のプレート上にウエハ基板を配置し、そのウエハ基板にエピタキシャル成長を行わせるようにした、
ことを特徴とするホットウオール加熱型化学気相成長装置。
【請求項２】
上記第１のプレートはＳｉＣでコーティングされたグラファイトプレートであり、第２のプレートはＳｉＣからなるプレートである、請求項１に記載のホットウオール加熱型化学気相成長装置。
【請求項３】
上記エピタキシャルウェーハはＳｉＣからなるウエハである、請求項１または２に記載のホットウオール加熱型化学気相成長装置。
【請求項４】
サセプタの反応ガス流路内に配置したウエハ基板上にエピタキシャル成長させてエピタキシャルウェーハを作製するホットウオール加熱型化学気相成長装置を用いて行うエピタキシャルウェーハの作製方法において、
上記反応ガス流路内に、その内壁とは空隙を保持した状態になるようにプレートを配置し、そのプレート上にウエハ基板を載置し、そのウエハ基板にエピタキシャル成長を行わせエピタキシャルウェーハを作製する、
ことを特徴とするホットウオール加熱型化学気相成長装置を用いて行うエピタキシャルウェーハの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホットウオール加熱型化学気相成長装置、およびその装置を用いて行うエピタキシャルウェーハの作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ホットウオール加熱型の化学気相成長装置（ＣＶＤ装置）では、石英製の反応管内にサセプタが設置され、このサセプタは上部壁と下部壁と左右の側壁とからなり、その中心に反応ガス流路が構成されている。そして、反応管に送り込まれたキャリヤガスやソースガスは、途中に設置されているサセプタではその反応ガス流路を通過するようになっている。
このサセプタの上部壁と下部壁と左右の側壁とは、表面がＳｉＣでコーティングされたグラファイトからなり、ウエハ基板は、そのサセプタ下部壁に直接載置されるか、あるいはその下部壁に載置された、ＳｉＣでコーティングされたグラファイト製プレートやＳｉＣからなるプレート上に配置される。このサセプタはは石英管外周に配置されたコイルによる高周波誘導によって加熱され、そのサセプタ下部壁の熱は、ウエハ基板の下方に直接伝達され、一方、サセプタ上部壁および側壁の熱は、輻射によりウエハ基板上方に伝わり、それによってウエハ基板が加熱される。
【０００３】
そして、一般にＳｉＣのエピタキシャル成長では、減圧された水素雰囲気中において１５００℃以上の高温に保持されたウエハ基板表面に、キャリアガスとして水素、ソースガスとしてシラン、プロパンを導入することにより、ウエハ基板上にＳｉＣ薄膜が堆積し、エピタキシャルウエハが作製される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来装置では、ウエハ基板裏面側はその基板が直接接しているサセプタ下部壁やプレートで加熱されて高温に保持されるものの、ウエハ基板表面側は熱伝導率の高い水素ガスに曝されるために冷却されることになり、その結果、ウエハ基板裏面側は下部壁やプレートよりも若干温度が低くなってしまう。
【０００５】
一方、上記のように、水素雰囲気中かつ１５００℃以上の高い温度でエピタキシャル成長を行うと、サセプタ下部壁表面やプレート表面あるいはプレートそのものを形成するＳｉＣは容易に昇華し、サセプタ下部壁やプレートのＳｉＣはエッチングされる。そして、この昇華したＳｉＣは、若干温度が低くなっているウエハ基板裏面に付着してしまう。このような基板を備えたエピタキシャルウエハは、ウエハ裏面が凹凸になってしまったり、高抵抗率となって電気的コンタクトがとりにくくなるため、裏面の再研磨が必要となり、このため製造コストを増加させてしまっていた。
【０００６】
また、上記した従来装置では、反応管を上流から下流に向けて流れるソースガスが接触し反応する領域は、サセプタの上部壁下面、プレート上面、ウエハ基板上面に限定されており、このためソースガスは十分に消費されず、未反応のソースガスがサセプタより下流側の反応管内壁に付着し、その反応管内壁が汚染されしてしまっていた。したがって、定期的に装置を停止させ、付着物を除去する必要があり、その結果、装置の稼働率が低下し、この点からも製造コストを増加させてしまっていた。
【０００７】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、ウエハ基板裏面へのＳｉＣ付着を防止でき、また反応管内壁の汚染を防止でき、エピタキシャルウェーハを低コストで製造できるようになるホットウオール加熱型化学気相成長装置およびその装置を用いて行うエピタキシャルウェーハの作製方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、サセプタの反応ガス流路内に配置したウエハ基板上にエピタキシャル成長させてエピタキシャルウェーハを作製するホットウオール加熱型化学気相成長装置において、上記反応ガス流路の左右側壁間に架設した第１のプレートと、上記第１のプレートに穿設した支持用孔の内周に段状に形成した受部に載置した第２のプレートと、を備え、上記第２のプレート上にウエハ基板を配置し、そのウエハ基板にエピタキシャル成長を行わせるようにした、ことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記第１のプレートはＳｉＣでコーティングされたグラファイトプレートであり、第２のプレートはＳｉＣからなるプレートである、ことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、上記した請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、上記エピタキシャルウェーハはＳｉＣからなるウエハである、ことを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項４に記載の発明は、サセプタの反応ガス流路内に配置したウエハ基板上にエピタキシャル成長させてエピタキシャルウェーハを作製するホットウオール加熱型化学気相成長装置を用いて行うエピタキシャルウェーハの作製方法において、上記反応ガス流路内に、その内壁とは空隙を保持した状態になるようにプレートを配置し、そのプレート上にウエハ基板を載置し、そのウエハ基板にエピタキシャル成長を行わせエピタキシャルウェーハを作製する、ことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１、図２および図３はこの発明のホットウオール加熱型化学気相成長装置におけるサセプタのガス流路の構成を示す図で、図１はガス流路上流部縦断面を示す正面図、図２はガス流路下流部縦断面を示す正面図、図３は中央部縦断面を示す側面図である。また、図４はウエハ基板の配置を示す図で、（ａ）はガス流路中央部の平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。これらの図において、この発明のホットウオール加熱型化学気相成長装置は、サセプタ１の反応ガス流路１１内に配置したウエハ基板２上にエピタキシャル成長させてエピタキシャルウェーハを作製する装置であり、この装置においては、石英製の反応管９内に断熱材１０を介してサセプタ１が設置され、このサセプタ１は、上壁（天井壁）３、下壁（底壁）４、ガスの流れ方向に対して左側の左側壁５、および反応ガス流路方向に対して右側の右側壁６で囲まれて構成され、その中心に反応ガス流路１１が形成されている。そして、反応管１に送り込まれたキャリヤガスやソースガスは、途中に設置されているサセプタ１の反応ガス流路１１を通過するようになっている。
【００１４】
サセプタ１の左側壁５には、反応ガス流路１１の上流側から下流側に沿って内面を溝状に浅く切り欠いて形成した段部５１が設けられ、また右側壁６にも同様に、反応ガス流路１１の上流側から下流側に沿って内面を溝状に浅く切り欠いて形成した段部６１が設けられている。この段部５１および６１の各受面５１０，６１０は互いに同一高さを保持しつつ、下流側に向けて上り勾配となるように形成されている。そして、受面５１０，６１０には、厚肉矩形の第１プレート７が載置されている。
【００１５】
この第１プレート７は、表面が炭化珪素（ＳｉＣ）でコーティングされたグラファイトからなり、平面視略中央の位置に支持用孔７０が穿設されている。この支持用孔７０は周状に段部７１が形成され、この段部７１は段部上半が段部下半より拡径し、その受面７１０に、ＳｉＣからなる円盤状の第２プレート８が載置されている。そして、この第２プレート８には、薄い円盤状のウエハ基板２がさらに載置される。
【００１６】
上記構成のホットウオール加熱型化学気相成長装置において、ウエハ基板２は減圧された水素雰囲気中で１５００℃以上の高温に保たれ、キャリアガスとして水素、ソースガスとしてシラン、プロパンを導入することにより、ウエハ基板上にＳｉＣ薄膜が堆積し、エピタキシャルウエハが作製される。
【００１７】
例えばウエハ基板２の温度を１６００℃、反応管９内の圧力を２５０ｍｂａｒに制御し、水素ガスを４０ｓｌｍ、プロパンガスを３．３３ｓｃｃｍ、シランガスを６．６７ｓｃｃｍ導入することによりエピタキシャルウエハの作製を行った。その結果を図５〜図８を用いて説明する。
【００１８】
図５は本発明を用いて２時間の成長を行わせ作製したエピタキシャルウエハ裏面の断面を写した写真であり、図６は従来の技術を用いて１時間の成長を行わせ作製したエピタキシャルウエハ裏面の断面を写した写真である。図６に示す従来の技術によるエピタキシャルウェーハでは、下部壁表面やプレート表面あるいはプレートそのものを形成するＳｉＣが昇華してその昇華したＳｉＣがウエハ基板裏面に付着しているのが見られ、ウエハ裏面が凹凸になってしまって裏面の再研磨が必要となるのがわかる。これに対し、図５に示す本発明によるエピタキシャルウェーハでは、ウエハ基板裏面にＳｉＣが付着しておらず、ウエハ裏面は滑らかであり、裏面の再研磨も不要である。
【００１９】
図７は本発明を用いて４０時間成長を行った後のサセプタより下流の反応管内壁の汚染の状態を写した写真であり、図８は従来の技術を用いて同じ時間成長を行った後のサセプタより下流の反応管内壁の汚染の状態を写した写真である。図８に示す従来の技術によるサセプタより下流の反応管内壁は、未反応ガスにより汚染され、曇ってしまっているのに対し、図７に示す本発明によるサセプタ１より下流の反応管内壁は、曇っておらず、ほとんど汚染されていないことがわかる。
【００２０】
このように、この発明の実施形態では、サセプタ１の反応ガス流路１１内に、その内壁とは空隙を保持した状態になるように第１プレート７および第２プレート８を配置し、その第２プレート８上にウエハ基板２を載置し、そのウエハ基板２にエピタキシャル成長を行わせエピタキシャルウェーハを作製するようにしたので、第１プレート７、第２プレート８、ウエハ基板２の各表面および各裏面が主としてサセプタ１の内壁からの輻射でのみ加熱されるとともに、水素ガスがウエハ基板２、第１プレート７および第２プレート８の各表面側だけでなく、第１プレート７、第２プレート８の各裏面側にも流れることになる。このため、ウエハ基板２の表面だけでなく、第１プレート７、第２プレート８の各裏面側も水素ガスで冷却されることとなり、ウエハ基板２と第２プレート８との温度差、特にウエハ基板２の裏面と第２プレート８との温度差がほとんどなくなる。したがって、第１プレート７にコーティングされているＳｉＣや、第２プレート８を形成するＳｉＣが昇華しても、そのＳｉＣがウエハ基板２の裏面に付着するのを防止することができ、その裏面の再研磨が不要となるのでエピタキシャルウェーハを低コストで製造することができる。
【００２１】
また、サセプタ１の反応ガス流路１１を上流から下流に向けて流れるソースガスが反応する領域が、上壁３の下面や第１プレート７、第２プレート８の各上面、ウエハ基板２の上面等だけに限定されることなく、第１プレート７や第２プレート８の各下面、下壁４の上面等にも拡大されるため、反応ガス流路１１内で反応ガスの消費が促進され、このため、サセプタ１の下流側での未反応ガスが減少し、下流領域の反応管９の内壁の汚染を抑制することができる。したがって、付着物除去作業のための定期的な装置停止も必要でなくなり、この点からもエピタキシャルウェーハを低コストで製造できるようになる。
【００２２】
なお、上記の説明では、第１プレート７を左右側壁５，６に載置し、第２プレート８を第１プレート７の支持用孔７０に載置し、その支持用孔７０にウエハ基板２を配置するように構成したが、この発明はこの構成に限定されることなく、要するにサセプタ１の反応ガス流路１１内に、その内壁とは空隙を保持した状態になるように第１プレート７、第２プレート８を配置し、その第２プレート８上にウエハ基板２を配置するように構成すればよい。
【００２３】
また、支持用孔７０の形状を円形状のものとしたが、四角形状等その他の形状であってもよい。
【００２４】
また、この発明をＳｉＣからなるエピタキシャルウェーハの形成に適用したが、ＳｉＣに限らずその他の材料からなるエピタキシャルウェーハの形成に適用することもできる。
【００２５】
さらに、この発明を横型のＣＶＤ装置に適用するようにしたが、縦型のＣＶＤ装置に適用してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上、述べたようにこの発明では、サセプタの反応ガス流路内に、その内壁とは空隙を保持した状態になるように第１プレートおよび第２プレートを配置し、その第２プレート上にウエハ基板を載置し、そのウエハ基板にエピタキシャル成長を行わせエピタキシャルウェーハを作製するようにしたので、キャリアガスがウエハ基板および第２プレートの各表面側だけでなく、第２プレートの裏面側にも流れ、ウエハ基板の表面だけでなく、第２プレートの裏面側も水素ガスで冷却されることとなり、ウエハ基板の裏面と第２プレートとの温度差がほとんどなくなる。したがって、第１プレートや第２プレートを形成する組成が昇華しても、その組成がウエハ基板の裏面に付着するのを防止することができ、その裏面の再研磨が不要となるのでエピタキシャルウェーハを低コストで製造することができる。
【００２７】
また、サセプタの反応ガス流路を上流から下流に向けて流れるソースガスが反応する領域が、上壁下面や第１プレート、第２プレートの各上面、ウエハ基板の上面等だけに限定されることなく、第１プレートや第２プレートの各下面、下壁上面等にも拡大されるため、反応ガス流路内で反応ガスの消費が促進され、このため、サセプタの下流側での未反応ガスが減少し、下流領域の反応管内壁の汚染を抑制することができる。したがって、付着物除去作業のための定期的な装置停止も必要でなくなり、この点からもエピタキシャルウェーハを低コストで製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のホットウオール加熱型化学気相成長装置におけるサセプタのガス流路の構成のうち、ガス流路上流部縦断面を示す正面図である。
【図２】この発明のホットウオール加熱型化学気相成長装置におけるサセプタのガス流路の構成のうち、ガス流路下流部縦断面を示す正面図である。
【図３】この発明のホットウオール加熱型化学気相成長装置におけるサセプタのガス流路の構成のうち、中央部縦断面を示す側面図である。
【図４】ウエハ基板の配置を示す図で、（ａ）はガス流路中央部の平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図５】本発明を用いて２時間の成長を行わせ作製したエピタキシャルウエハ裏面の断面を写した写真である。
【図６】従来の技術を用いて１時間の成長を行わせ作製したエピタキシャルウエハ裏面の断面を写した写真である。
【図７】本発明を用いて４０時間成長を行った後のサセプタより下流の反応管内壁の汚染の状態を写した写真である。
【図８】従来の技術を用いて同じ時間成長を行った後のサセプタより下流の反応管内壁の汚染の状態を写した写真である。
【符号の説明】
１　　　サセプタ
１１　　　反応ガス流路
２　　　ウエハ基板
３　　　サセプタの上壁
４　　　サセプタの下壁
５　　　サセプタの左側壁
５１　　　段部
５１０　　　受面
６　　　サセプタの右側壁
６１　　　段部
６１０　　　受面
７　　　第１プレート
７０　　　支持用孔
７１　　　段部
７１０　　　受面
８　　　第２プレート
９　　　反応管
１０　　　断熱材
【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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