発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

上述のように、Ｃｌ系ガス及びＮ系ガス（分子内にＮ原子を含みかつＮ原子同士の２重結合、３重結合のいずれも有さない分子で構成される塩基性のガス）をそれぞれ用いることができることについては知られていた。しかしながら、実験室レベルの検討でそれぞれの検討は行われてはいたが、実際の生産現場でそれぞれのガスを用いることは検討されていないのが実状であった。 Ｃｌ系ガスについては、Ｓｉ原料の投入量が多くなければ気相中Ｓｉ核生成やウェハ表面のＳｉ液滴は発生せず、また低圧化することでＣｌ系ガスを使わなくてもでも気相中Ｓｉ核生成やウェハ表面のＳｉ液滴を防ぐことができるという実状があり、Ｃｌ系ガスは不可欠なものではなく、シラン（ＳｉＨ_４）のみで足りる場合も多かった。
またＮ系ガスについては、４インチ以下のエピタキシャルウェハにおいては、面内の温度やガス分圧の不均一性がそれほど大きくなく、３重結合を有する窒素ガスでもキャリアの均一性の十分満足できるエピタキシャルウェハを得ることができていた。そのため、窒素ガスに比べて、ＳｉＣエピタキシャルウェハへのドーパント元素の取り込み性も高くなく、かつ扱いにくいＮ系ガスを敢えて用いることは検討されていなかった。
そのため、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法において、これらのＮ系ガスとＣｌ系ガスを同時に用いようとする検討は行われておらず、これらのガスを同時に用いた場合の課題は認識されていなかった。 一方で、近年、本発明者らは、６インチを超えるような大型で、高品質なＳｉＣエピタキシャルウェハを作製する検討を進めている。このような大型のＳｉＣエピタキシャルウェハは、単純に種々のサイズを大きくしただけでは得ることができず、実際に高品質な膜を得るためには課題が多い。４インチのＳｉＣエピタキシャルウェハと比較しても、例えば欠陥の低減や、キャリア密度の均一化という点において課題がある。また、近年スループットを上げることや高耐圧デバイス用の厚膜が求められるようになってきたので、エピ成長速度を上げるためにＳｉ原料の投入量を増やすことが求められるようになってきた。そのため、上述のようなＣｌ系ガス及びＮ系ガスを用いることに伴う効果がより顕著に期待される。そこで、本発明者らはＣｌ系ガス及びＮ系ガスを同時に用いて、エピタキシャル膜を作製することについて初めて実際に検討を行った。 その結果、単純に、分子内にＮ原子を含みかつＮ原子同士の２重結合、３重結合のいずれも有さない分子で構成される塩基性のＮ系ガスと、分子内にＣｌ原子を含む分子で構成されるＣｌ系ガスとを混合しただけでは、ＳｉＣエピタキシャルウェハを均質、かつ欠陥の少ない状態で作製することが出来なかった。
すなわち本発明者らは、鋭意検討の結果、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスを混合すると固体生成物が生成され、その固体生成物がＳｉＣエピタキシャルウェハの欠陥となるという課題に初めて到達した。このような問題は、反応空間に同時にＮ系ガスとＣｌ系ガスを存在させる必要性があるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法において特に顕著であった。 例えば、非特許文献１には、ＨＣｌガスを用いることは記載されているが、ドーパントガスを加えることについて記載も示唆もない。
また例えば、非特許文献２には、トリクロロシランガスを用い、キャリアをドープするために窒素を用いることが記載されているが、窒素は３重結合を有し安定的であるため、固体生成物は生成されない。 また特許文献１では、Ｎ系ガスを用いることが記載されている。しかしながら、原料ガスとして用いられているガスはシラン（ＳｉＨ_４）であり、ＨＣｌガスを同時に用いることも記載されていない。
シランガスに変えて、トリクロロシラン等のクロロシラン化合物を用いることが考えられるが、特許文献１の図１に示すように配管の段階で、二つのガスを混合している。
配管は、一般にステンレス等からなり加熱されていないため、これらのガスを配管内で混合すると、固体生成物が生成され配管内に付着する。付着した固体生成物は、剥離し、ＳｉＣエピタキシャルウェハ上にパーティクルとして飛来することが考えられる。飛来した固体生成物起因のパーティクルはＳｉＣエピタキシャルウェハにおける欠陥となり得る。例えば、ウェハ表面に付着した固体生成物起因のパーティクルは、ＳｉＣのステップフロー成長を阻害し、パーティクルを起点とした三角欠陥を発生させる。Ｎ系ガス、Ｃｌ系ガスの使用量や使用回数にも依るが、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスを混合して導入すると、１個ｃｍ^−２以上の表面欠陥が発生してしまっていた。特許文献１に記載された発明からは、固体生成物が形成されるという課題、及び、固体生成物がＳｉＣエピタキシャルウェハの欠陥となるという課題に到達できないことは明らかである。 すなわち、ＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスを同時に用いると、固体生成物が生成され、その固体生成物が欠陥となるという課題は、本発明者らが実際に検討を進める中で、初めて見出したものであり、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスを同時に用いることにより発生する固体生成物に伴う欠陥を抑制することができるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法及びＳｉＣエピタキシャル成長装置については、何ら提案されていないのが実情であった。
したがって、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスの混合により発生する固体生成物に伴う欠陥を抑制することができるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法及びＳｉＣエピタキシャル成長装置が切に求められていた。 本発明は問題に鑑みてなされたものであり、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスを同時に用いることにより発生する固体生成物に伴う欠陥を抑制することができるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法及びＳｉＣエピタキシャル成長装置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[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明の一態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、分子内にＮ原子を含み、かつＮ原子同士の２重結合、３重結合のいずれも有さない分子で構成される塩基性のＮ系ガスと、分子内にＣｌ原子を含む分子で構成されるＣｌ系ガスとを用いる。Ｎ系ガスは、２重結合、３重結合のいずれも有さないため熱分解におけるエネルギーが小さく、熱分解過程の制御が容易であり、ＳｉＣエピタキシャルウェハにおけるドーピングに寄与する活性種を均一に分布させることができる。またＣｌ系のガスは、気相中でのＳｉの核成長を抑制できる。またウェハの表面でのＳｉ液滴の発生も抑制することもできる。 さらに、本発明の一態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、ＳｉＣエピタキシャル成長の反応空間にＮ系ガスとＣｌ系ガスを分離して導入し、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスとを、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスとの混合によって生じる固体生成物の沸点または昇華温度以上で混合する。Ｎ系ガスとＣｌ系ガスを分離して導入するため、ＳｉＣエピタキシャル成長の反応空間外の配管等でも固体生成物の生成を抑制することができる。また混合する際には、固体生成物の沸点または昇華温度以上の温度で混合するため、反応空間内でも固体生成物の生成を抑制することができる。したがって、固体生成物に伴う欠陥を低減したＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。また反応空間全体の温度を、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスとの混合によって生じる固体生成物の沸点または昇華温度以上としてもよい。反応空間全体の温度を高めることにより、固体生成物が混合後に発生することを抑制することができ、より固体生成物に伴う欠陥を低減したＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。 本発明の一態様にかかるＳｉＣエピタキシャル成長装置は、成長空間を構成する炉体と、前記炉体内に備えられＳｉＣウェハを載置する載置台と、前記炉体内へガスを導入するガス導入管とを有し、前記ガス導入管が、分子内にＮ原子を含み、かつＮ原子同士の２重結合、３重結合のいずれも有さない分子で構成される塩基性のＮ系ガスを導入するＮ系ガス導入管と、分子内にＣｌ原子を含む分子で構成されるＣｌ系ガスを導入するＣｌ系ガス導入管とを、互いに分離して有し、前記Ｎ系ガス導入管及び前記Ｃｌ系ガス導入管の導入口を、前記Ｎ系ガスと前記Ｃｌ系ガスとの混合によって生じる固体生成物の沸点または昇華温度以上に加熱できる加熱手段とを備える。 上述のように、Ｎ系ガス及びＣｌ系ガスを用いることで、欠陥を抑制し、エピタキシャルウェハの均質性を高めることができる。またＮ系ガス導入管とＣｌ系ガス導入管を分離することにより、炉体内にＮ系ガスとＣｌ系ガスを分離して導入することができ、ＳｉＣエピタキシャル成長の反応空間外の配管等でも固体生成物の生成を抑制することができる。さらに、Ｎ系ガス導入管及びＣｌ系ガス導入管の導入口を、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスとの混合によって生じる固体生成物の沸点または昇華温度以上に加熱できる加熱手段を有するため、炉体内にＮ系ガス及びＣｌガスが導入された段階で、固体生成物の沸点または昇華温度以上の温度以上となり、固体生成物は固体として存在することができない。そのため、本発明の一態様にかかるＳｉＣエピタキシャル成長装置を用いることで、固体生成物に伴う欠陥を低減したＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。 またガス導入管の導入口と前記載置台の間の温度を、Ｎ系ガスとＣｌ系ガスとの混合によって生じる固体生成物の沸点または昇華温度以上とすることができる構成としてもよい。この構成によれば、混合後に固体生成物が発生することも抑制することができ、より固体生成物に伴う欠陥を低減したＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。
またガス導入管の導入口と載置台との距離が、２００〜２０００ｍｍであってもよい。ガス導入管の導入口と載置台との距離が大きければ、生成した固体生成物がエピタキシャルウェハの表面に落下する前に、気化させることができる。ガス導入管の導入口と載置台との距離は、３００〜１０００ｍｍであることがより好ましい。距離が大きすぎると、加熱源の大型化が必要となり、装置コスト、ランニングコストの観点で好ましくない。
さらに、ガス導入管が前記載置台の上部に配置された、縦型の炉体構造でもよい。縦型の炉体構造では、反応空間である炉体が大きくなる。反応空間が大きくなると、ウェハの周囲は輻射の影響が大きくなるため、温度を均一に保つことが難しくなる。そのため、ウェハの周囲に至る前に気化することができるＮ系ガスの効果がより顕著となる。