(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＶＤ反応炉内に配置したグラファイトもしくはＳｉＣコートしたグラファイトからなるサセプタに炭化珪素単結晶基板を載置し、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を除く。）により上記炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる炭化珪素薄膜ウェハの製造方法において、上記ＣＶＤ反応炉として縦型の常圧反応炉を用いると共に、上記炭化珪素単結晶基板を載置したサセプタをその常圧反応炉内で鉛直方向に吊り下げて配置し、常圧反応炉の底部に設けたキャリアガス導入配管から、上記サセプタの劣化を防ぐために水素及び酸素を含まないキャリアガスを流して常圧反応炉内を水素及び酸素を含まない雰囲気に保ちつつ、同じく常圧反応炉の底部に設けた原料ガス導入配管から原料ガスを追加して流し、上記炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする炭化珪素薄膜ウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素薄膜ウェハ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化珪素のエピタキシャル成長は、ＣＶＤ法で行われ、水素をキャリアガスとしてＳｉＨ4 やＣ3 Ｈ8 等の原料ガスをキャリアガスと混合し、この混合ガスを反応炉（通常、高純度石英で形成されている。）に導入し、反応炉内に配置されたグラファイト製のサセプタの上に配置された炭化珪素やシリコンの単結晶基板を、１４００℃から１５００℃に加熱して炭化珪素の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このグラファイト製サセプタの劣化が問題であった。また、炭化珪素でコートしたグラファイトサセプタも劣化の問題があった。ここで、劣化とは炭素や炭化珪素が蒸発してサセプタがぼろぼろになりやせ細る現象をいう。
【０００４】
この劣化は、エピタキシャル成長の再現性を悪くする。なぜなら、サセプタの消耗は基板の温度の変化、不安定、温度分布の悪化をもたらすからである。また、サセプタから気化した物が反応炉の内壁に付着して堆積し、この堆積物がガス流路の変化や不純物汚染をもたらすという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、良質な炭化珪素薄膜ウェハ及びサセプタの消耗のない炭化珪素薄膜ウェハの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の炭化珪素薄膜ウェハの製造方法は、ＣＶＤ反応炉内に配置したグラファイトもしくはＳｉＣコートしたグラファイトからなるサセプタに炭化珪素単結晶基板を載置し、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を除く。）により上記炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる炭化珪素薄膜ウェハの製造方法において、上記ＣＶＤ反応炉として縦型の常圧反応炉を用いると共に、上記炭化珪素単結晶基板を載置したサセプタをその常圧反応炉内で鉛直方向に吊り下げて配置し、常圧反応炉の底部に設けたキャリアガス導入配管から、上記サセプタの劣化を防ぐために水素及び酸素を含まないキャリアガスを流して常圧反応炉内を水素及び酸素を含まない雰囲気に保ちつつ、同じく常圧反応炉の底部に設けた原料ガス導入配管から原料ガスを追加して流し、上記炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させるものである。
【００１８】
ここで、本発明者は、炭化珪素薄膜ウェハを形成するためのサセプタの劣化原因について考察した。
【００１９】
キャリアガスとして水素ガスを用いる場合、水素ガスがグラファイトサセプタの炭素と還元反応してメタンが生成されるとグラファイトが消耗する。また、反応雰囲気中に不純物として含まれる酸素が炭素と反応して二酸化炭素等が生成され、グラファイトが消耗することが分かった。
【００２０】
また、炭化珪素コートサセプタの炭化珪素が水素と可逆反応を起こしてシリコンや炭素の水素化物となり、気化する。酸素が不純物として雰囲気中にあると、前述した還元反応に酸化反応が加わり炭化珪素の劣化がさらに加速する。
【００２１】
このため、水素をキャリアガスに用いなければよいことが分かった。また、酸素の無い雰囲気で基板上に炭化珪素薄膜を成長させることが必要であることが分かった。
【００２２】
従ってアルゴン等の不活性ガスをキャリアガスとして用いると、上述した劣化が抑制される。また、アルゴン等の不活性ガスをキャリアガスとして用いると、基板上の雰囲気ガスの温度分布も急峻になって、ガス中での原料の消耗を防止できる。
【００２３】
温度分布が急峻になると、反応炉の基板対向面の温度が低くなるため、対向面での堆積が減少し、原料の利用効率が向上し、成長の安定性と再現性が向上する。堆積物でガスの流れが乱れないため、良質なエピタキシャル成長が行える。
【００２４】
本発明によれば、水素を含まない雰囲気中で基板上に炭化珪素薄膜を成長させることにより、炭化珪素が水素と可逆反応を起こして珪素や炭素の水素化物となって気化するのが防止される。この結果、良質な炭化珪素薄膜ウェハ及びサセプタの消耗のない炭化珪素薄膜ウェハの製造方法の提供を実現できる。また、酸素を含まない雰囲気中で基板上に炭化珪素薄膜を成長させる場合には酸化反応がないので、炭化珪素薄膜の劣化が防止される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の炭化珪素薄膜ウェハの製造方法の一実施の形態について説明する。
【００２６】
本発明の炭化珪素薄膜ウェハの製造方法は、水素及び酸素を含まない雰囲気中で基板上に炭化珪素薄膜を成長させるものであり、ＣＶＤ反応炉内に配置したグラファイトもしくはＳｉＣコートしたグラファイトからなるサセプタに炭化珪素単結晶基板を載置し、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を除く。）により炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる。この時、ＣＶＤ反応炉として縦型の常圧反応炉を用いると共に、炭化珪素単結晶基板を載置したサセプタをその常圧反応炉内で鉛直方向に吊り下げて配置する。また、常圧反応炉の底部に設けたキャリアガス導入配管から、サセプタの劣化を防ぐために水素及び酸素を含まないキャリアガスを流して常圧反応炉内を水素及び酸素を含まない雰囲気に保ちつつ、同じく常圧反応炉の底部に設けた原料ガス導入配管から原料ガスを追加して流し、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる。
【００２７】
本発明によれば、水素を含まない雰囲気中で基板上に炭化珪素薄膜を成長させることにより、炭化珪素が水素と可逆反応を起こして珪素や炭素の水素化物となって気化するのが防止される。この結果、良質な炭化珪素薄膜ウェハが得られ、サセプタの消耗のない炭化珪素薄膜ウェハの製造方法の提供を実現できる。
【００２８】
【実施例】
図１は本発明の炭化珪素薄膜ウェハの製造方法を適用した反応炉の概念図である。
【００２９】
反応炉としてのＣＶＤ炉に縦型の常圧反応炉を用いた。この反応炉は高純度石英からなり、図示しない水冷機構により冷却されるようになっている。
【００３０】
反応炉は、略漏斗型で有蓋有底の石英反応管１と、石英反応管１の蓋部に設けられ反応管１内で円盤状のサセプタ４を鉛直方向に吊り下げると共に回転させるサセプタ回転機構９と、石英反応管１の外周部に配置された高周波加熱機構２とを備え、石英反応管１の底部にキャリアガス導入配管６、原料ガス導入配管７及びドーパントガス導入配管８が設けられている。なお、３は余分なガスを排気するための排気ポートである。
【００３１】
炭化珪素単結晶基板をグラファイト製のサセプタ４に載置し、キャリアガスとして高純度アルゴンを毎分９リッター流し、高周波加熱機構２による加熱で炭化珪素単結晶基板５を１５００℃まで加熱する。炭化珪素単結晶基板５の温度が１５００℃に到達したら、原料ガスとしてＳｉＨ4 を毎分１ｃｃ流し、Ｃ3 Ｈ8 を毎分０．６ｃｃ追加して流し、炭化珪素単結晶基板５上に炭化珪素膜を１０μｍ厚さまでエピタキシャル成長させた。必要に応じてｐ型、ｎ型、ｉ型等の導電性を制御するドーパントガスを流し、かつ、キャリアガス流量、ＳｉＨ4 、Ｃ3 Ｈ8 の流量や成長厚さを変えながら数十回成長させた。
【００３２】
この結果、水素ガスを用いた従来のようなサセプタの消耗や劣化は認められなかった。なお、上記サセプタ４として、ＳｉＣコートしたグラファイトを用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３４】
良質な炭化珪素薄膜ウェハ及びサセプタの消耗のない炭化珪素薄膜ウェハの製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の炭化珪素薄膜ウェハの製造方法を適用した反応炉の概念図である。
【符号の説明】
１  石英反応管
２  高周波加熱機構
３  排気ポート
４  サセプタ
５  炭化珪素単結晶基板
６  キャリアガス導入配管
７  原料ガス導入配管
８  ドーパントガス導入配管
９  サセプタ回転機構
【図１】
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