特開 2024-42428 ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024042428

(43)【公開日】2024-03-28

(54)【発明の名称】ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/20 20060101AFI20240321BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240321BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20240321BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20240321BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20240321BHJP

【ＦＩ】

H01L21/20

H01L21/205

C30B25/20

C30B29/36 A

C23C16/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022147136

(22)【出願日】2022-09-15

(71)【出願人】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】株式会社レゾナック

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100137017

【弁理士】

【氏名又は名称】眞島 竜一郎

(72)【発明者】

【氏名】田中 健勝

(72)【発明者】

【氏名】金田一 麟平

(72)【発明者】

【氏名】大内 まり絵

【テーマコード（参考）】

4G077

4K030

5F045

5F152

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077AB01

4G077AB09

4G077BE08

4G077DB04

4G077DB07

4G077EB01

4G077ED05

4G077ED06

4G077GA01

4G077GA05

4G077HA12

4G077TA04

4G077TB02

4G077TK01

4K030AA06

4K030AA09

4K030BA37

4K030BB02

4K030CA04

4K030CA12

4K030JA10

4K030LA12

5F045AA03

5F045AB06

5F045AC01

5F045AC03

5F045AC05

5F045AC07

5F045AC12

5F045AC19

5F045AF02

5F045DA59

5F045DP03

5F045EK06

5F045EK07

5F045EK26

5F152LL03

5F152LM08

5F152MM18

5F152NN05

5F152NN27

5F152NQ02

(57)【要約】

【課題】キャリア濃度の面内均一性の高いＳｉＣエピタキシャルウェハ及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板に積層されたＳｉＣエピタキシャル層と、を備え、前記ＳｉＣエピタキシャル層のキャリア濃度均一性は３．８％未満であり、前記キャリア濃度均一性は、平面視した際の前記ＳｉＣエピタキシャル層の中心を通る直線に沿って測定された前記ＳｉＣエピタキシャル層のキャリア濃度の最大値と最小値との差を平均値で割った値である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板に積層されたＳｉＣエピタキシャル層と、を備え、
前記ＳｉＣエピタキシャル層のキャリア濃度均一性は３．８％未満であり、
前記キャリア濃度均一性は、平面視した際の前記ＳｉＣエピタキシャル層の中心を通る直線に沿って測定された前記ＳｉＣエピタキシャル層のキャリア濃度の最大値と最小値との差を平均値で割った値である、ＳｉＣエピタキシャルウェハ。

【請求項2】

前記ＳｉＣ基板の直径が１４９ｍｍ以上である、請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハ。

【請求項3】

前記ＳｉＣ基板の直径が１９９ｍｍ以上である、請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハ。

【請求項4】

ＳｉＣ基板の一面に、ＳｉＣエピタキシャル層を成膜する成膜工程を有し、
前記ＳｉＣエピタキシャル層の成長速度は、６１μｍ／ｈ以上であり、
前記ＳｉＣエピタキシャル層の内側領域は、前記成膜工程における成膜温度が、前記内側領域内の平均温度に対して±１℃未満であり、
前記ＳｉＣエピタキシャル層の外側領域は、前記成膜工程における成膜温度が、前記内側領域の最外周の温度より２℃以上１０℃未満低く、
前記内側領域は、中心位置が前記ＳｉＣ基板の中心と一致し直径が前記ＳｉＣ基板の直径の８０％の同心円より内側の領域であり、
前記外側領域は、前記内側領域より外側の領域である、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。

【請求項5】

前記ＳｉＣ基板の直径が１４９ｍｍ以上である、請求項４に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。

【請求項6】

前記ＳｉＣ基板の直径が１９９ｍｍ以上である、請求項４に記載の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及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法に関する。

【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、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。そのため炭化珪素（ＳｉＣ）は、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基板の表面にＳｉＣエピタキシャル層を積層することで得られる。以下、ＳｉＣエピタキシャル層を積層前の基板をＳｉＣ基板と称し、ＳｉＣエピタキシャル層を積層後の基板をＳｉＣエピタキシャルウェハと称する。ＳｉＣ基板は、ＳｉＣインゴットから切り出される。

【0004】

ＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度は、半導体デバイスの素子特性に影響を及ぼす。ＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度の面内均一性が低いと、同じＳｉＣエピタキシャルウェハから加工された半導体デバイスであっても、素子特性がばらつく。素子特性のバラツキを抑え、製品歩留まりを高めるために、キャリア濃度の面内均一性が高いＳｉＣエピタキシャルウェハが求められている。

【0005】

例えば、特許文献１及び特許文献２には、キャリア濃度の面内均一性の高いＳｉＣエピタキシャルウェハが開示されている。例えば、特許文献１には、キャリアガスをアンモニアガスとし、ガスの流量を低くすることで、ＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度の面内均一性が高まることが記載されている。また例えば、特許文献２には、炭化ケイ素基板の温度分布を調整することで、キャリア濃度の面内均一性が高まることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６９６９６２８号公報

【特許文献2】特開第２０１７－８４９８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度の面内均一性をさらに高めることが求められている。ＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度は、最外周から数ミリ程度内側までのいわゆるエッジエクスクルージョン領域の近傍において特異的に高くなる又は低くなり、外周に向かうほどその変化が顕著になる傾向にある。当該キャリア濃度の特異的な変化をより抑制することで、ＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度の面内均一性をさらに高めることが求められている。

【0008】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、キャリア濃度の面内均一性の高いＳｉＣエピタキシャルウェハ及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法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】

【0009】

本発明者らは、ＳｉＣエピタキシャル層の成長速度を高め、かつ、ＳｉＣエピタキシャル層の面内の温度分布を調整することで、ＳｉＣエピタキシャルウェハのキャリア濃度の面内均一性をさらに高めることができることを見出した。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。

【0010】

（１）第１の態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板に積層されたＳｉＣエピタキシャル層と、を備える。前記ＳｉＣエピタキシャル層のキャリア濃度均一性は３．８％未満である。前記キャリア濃度均一性は、平面視した際の前記ＳｉＣエピタキシャル層の中心を通る直線に沿って測定された前記ＳｉＣエピタキシャル層のキャリア濃度の最大値と最小値との差を平均値で割った値である。

【0011】

（２）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、前記ＳｉＣ基板の直径が１４９ｍｍ以上でもよい。

【0012】

（３）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、前記ＳｉＣ基板の直径が１９９ｍｍ以上でもよい。

【0013】

（４）第２の態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、ＳｉＣ基板の一面に、ＳｉＣエピタキシャル層を成膜する成膜工程を有する。前記ＳｉＣエピタキシャル層の成長速度は、６１μｍ／ｈ以上である。前記ＳｉＣエピタキシャル層の内側領域は、前記成膜工程における成膜温度が、前記内側領域内の平均温度に対して温度差が±１℃未満である。前記ＳｉＣエピタキシャル層の外側領域は、前記成膜工程における成膜温度が、前記内側領域の最外周の温度より２℃以上１０℃未満低い。前記内側領域は、中心位置が前記ＳｉＣ基板の中心と一致し直径が前記ＳｉＣ基板の直径の８０％の同心円より内側の領域である。前記外側領域は、前記内側領域より外側の領域である。

【0014】

（５）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法において、前記ＳｉＣ基板の直径が１４９ｍｍ以上でもよい。

【0015】

（６）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法において、前記ＳｉＣ基板の直径が１９９ｍｍ以上でもよい。

【発明の効果】

【0016】

上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、キャリア濃度の面内均一性が高い。また上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハを用いること、キャリア濃度の面内均一性の高いＳｉＣエピタキシャルウェハが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの断面図である。

【図2】本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの平面図である。

【図3】本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの成膜装置の一例の模式図である。

【図4】本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル層の成膜工程を説明するための模式図である。

【図5】実施例２の測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本実施形態にかかるＳｉＣ基板等について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本実施形態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。以下の説明において例示される材質、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。

【0019】

まず方向について規定する。ＳｉＣ基板の広がる面内の一方向をｘ方向とし、同じ面内でｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｘ方向は、例えば、＜１１－２０＞方向である。ｙ方向は、例えば、＜１－１００＞方向である。ｚ方向は、ＳｉＣ基板に対して垂直な方向であり、ｘ方向及びｙ方向と直交する。

【0020】

「ＳｉＣエピタキシャルウェハ」
図１は、本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の断面図である。ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、ＳｉＣ基板１とＳｉＣエピタキシャル層２とを備える。図２は、本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の平面図である。図２は、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０のＳｉＣエピタキシャル層２側の面をｚ方向から平面視した図である。

【0021】

ＳｉＣ基板１は、例えば、ｎ型ＳｉＣである。ＳｉＣ基板１のポリタイプは、特に問わず、２Ｈ、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈのいずれでもよい。ＳｉＣ基板１は、例えば、４Ｈ－ＳｉＣである。

【0022】

ＳｉＣ基板１の平面視形状は略円形である。ＳｉＣ基板１は、結晶軸の方向を把握するためのオリエンテーションフラットＯＦもしくはノッチを有してもよい。ＳｉＣ基板１の直径は、特に問わない。ＳｉＣ基板１の直径は、例えば、１４９ｍｍ以上１５１ｍｍ以下である。ＳｉＣ基板１の直径は、例えば、１９９ｍｍ以上２０１ｍｍ以下でもよいし、２４９ｍｍ以上２５１ｍｍ以下でもよいし、２９９ｍｍ以上３０１ｍｍ以下でもよい。ＳｉＣ基板１の直径は、例えば、１４９ｍｍ以上でもよいし、１９９ｍｍ以上でもよいし、２４９ｍｍ以上でもよいし、２９９ｍｍ以上でもよい。

【0023】

ＳｉＣエピタキシャル層２は、不純物がドープされたＳｉＣである。ＳｉＣエピタキシャル層２は、例えば、導電型を決定する不純物として窒素を含む。ＳｉＣエピタキシャル層２は、窒素の他に、ボロン等の不純物を含んでもよい。ＳｉＣエピタキシャル層２は、例えば、ｎ型ＳｉＣである。

【0024】

ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度の平均値は、例えば、１．０×１０^１４ｃｍ^－３以上９．０×１０^１６ｃｍ^－３以下であり、好ましくは１．０×１０^１４ｃｍ^－３以上９．０×１０^１５ｃｍ^－３以下である。ここでキャリア濃度は、実効キャリア濃度である。実効キャリア濃度は、ドナー濃度とアクセプタ濃度との差の絶対値である。

【0025】

ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度は、例えば、水銀プローブ（Ｈｇ－ＣＶ）法、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法で測定できる。Ｈｇ－ＣＶ法は、ドナー濃度とアクセプタ濃度の差を実効キャリア濃度として測定する。二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）は、厚み方向に層を削りながら、飛び出してきた二次イオンの質量分析をする方法である。質量分析からドーピング濃度を測定できる。

【0026】

ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度は、例えば、平面視した際のＳｉＣエピタキシャル層２の中心Ｃを通る直線Ｌに沿って測定する。直線Ｌは、例えば、＜１１－２０＞方向に延びる線である。直線Ｌは、＜１－１００＞方向に延びる線でもよい。また直線Ｌは複数であってもよい。例えば、ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度を、中心Ｃを原点とする十字の方向に延びる線に沿って測定してもよい。またＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の最外周の近傍はデバイス取得領域外であるため、最外周から５ｍｍ未満の位置は、測定点に含めない。ここで、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の最外周は、ベベル部（外周端の傾斜部）を含むウェハ全体の最外周である。キャリア濃度の測定は、直線Ｌ上に、中心Ｃから等間隔に行ってもよいし、間隔が変わってもよい。キャリア濃度の測定は、１０ｍｍ間隔で行ってもよいし、１５ｍｍ間隔で行ってもよいし、２０ｍｍ間隔で行ってもよいし、２５ｍｍ間隔で行ってもよいし、３０ｍｍ間隔で行ってもよい。

【0027】

ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度均一性は、３．８％未満である。ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度均一性は、好ましくは３．０％以下である。ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度均一性は、さらに好ましくは１．０％以下である。キャリア濃度均一性は、ｚ方向から平面視した際のＳｉＣエピタキシャル層２の中心Ｃを通る直線Ｌに沿って測定されたＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度の最大値と最小値との差を平均値で割って求められる。

【0028】

一例として、ＳｉＣ基板１の直径が１５０ｍｍ（６インチ）の場合、中心Ｃを基準として＜１１－２０＞方向に延びる直線Ｌに沿って、中心及び中心から±１５ｍｍ、±３０ｍｍ、±４５ｍｍ、±６０ｍｍ、±７０ｍｍのそれぞれの位置でキャリア濃度を測定し、これらの測定点におけるそれぞれのキャリア濃度からキャリア濃度均一性を求める。

【0029】

また例えば、ＳｉＣ基板１の直径が２００ｍｍ（８インチ）の場合、中心Ｃを基準として＜１１－２０＞方向に延びる直線Ｌに沿って、中心及び中心から±２０ｍｍ、±４０ｍｍ、±６０ｍｍ、±８０ｍｍ、±９５ｍｍのそれぞれの位置でキャリア濃度を測定し、これらの測定点におけるそれぞれのキャリア濃度からキャリア濃度均一性を求める。

【0030】

また例えば、ＳｉＣ基板１の直径が２５０ｍｍ（１０インチ）の場合、中心Ｃを基準として＜１１－２０＞方向に延びる直線Ｌに沿って、中心及び中心から±２５ｍｍ、±５０ｍｍ、±７５ｍｍ、±１００ｍｍ、±１２０ｍｍのそれぞれの位置でキャリア濃度を測定し、これらの測定点におけるそれぞれのキャリア濃度からキャリア濃度均一性を求める。

【0031】

また例えば、ＳｉＣ基板１の直径が３００ｍｍ（１２インチ）の場合、中心Ｃを基準として＜１１－２０＞方向に延びる直線Ｌに沿って、中心及び中心から±３０ｍｍ、±６０ｍｍ、±９０ｍｍ、±１２０ｍｍ、±１４５ｍｍのそれぞれの位置でキャリア濃度を測定し、これらの測定点におけるそれぞれのキャリア濃度からキャリア濃度均一性を求める。

【0032】

本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度均一性が３．８％未満である。キャリア濃度均一性は、値がゼロに近いほど、面内方向におけるキャリア濃度の均一性が高いことを示す。本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０から切り出されたＳｉＣデバイスは、キャリア濃度のばらつきが小さく、素子特性のばらつきが小さい。

【0033】

また本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、面内におけるキャリア濃度のばらつきが小さいため、信頼性試験の一部を省略できる。面内におけるキャリア濃度のばらつきが大きい場合、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の面内の複数箇所に対して、信頼性試験を行う必要がある。これに対し、面内におけるキャリア濃度のばらつきが小さい場合は、代表する１点に対して信頼性試験を行えばよい。例えば、ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度均一性が３．８％以上である場合において３点(例えば、中心、半径の２分の１、半径の５ｍｍ内側)で信頼性試験を行っていた場合でも、キャリア濃度均一性が３．０％以下のＳｉＣエピタキシャル層２であれば２点(例えば、中心、半径の５ｍｍ内側)で信頼性試験を行えばよく、キャリア濃度均一性が１．０％以下であれば１点（例えば、中心）で信頼性試験を行えばよくなる場合がある。信頼性試験は様々な項目がある。測定点毎に、複数の試験項目の測定を行うと、それだけ時間もコストもかかる。これに対し、本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、信頼性試験の一部を省略でき、低コストとなる。

【0034】

「ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法」
ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、ＳｉＣ基板１の準備工程と、ＳｉＣエピタキシャル層２の成膜工程と、を有する。

【0035】

まずＳｉＣ基板１を準備する。ＳｉＣ基板１は、ＳｉＣインゴットを所定の厚みでスライスすることで得られる。例えば、ＳｉＣ基板１の主面が（０００１）面に対して０．４°以上５°以下のオフセット角を有するように、ＳｉＣインゴットをスライスする。ＳｉＣインゴットは、例えば、昇華法で作製される。ＳｉＣ基板１は、販売されているものを購入してもよい。ＳｉＣ基板１の直径は、特に問わない。ＳｉＣ基板１の直径は、例えば、１４９ｍｍ以上１５１ｍｍ以下である。ＳｉＣ基板１の直径は、例えば、１９９ｍｍ以上２０１ｍｍ以下でもよいし、２４９ｍｍ以上２５１ｍｍ以下でもよいし、２９９ｍｍ以上３０１ｍｍ以下でもよい。ＳｉＣ基板１の直径は、例えば、１４９ｍｍ以上でもよいし、１９９ｍｍ以上でもよいし、２４９ｍｍ以上でもよいし、２９９ｍｍ以上でもよい。

【0036】

次いで、ＳｉＣ基板１上にＳｉＣエピタキシャル層２を成膜する成膜工程を行う。ＳｉＣエピタキシャル層２は、例えば、ＣＶＤ法で成膜される。

【0037】

図３は、第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の成膜装置１００の一例の模式図である。成膜装置１００は、例えば、チャンバー２０と支持体３０とサセプタ４０と下部ヒーター５０と上部ヒーター６０とを有する。図３は、ＳｉＣ基板１がサセプタ４０に載置された状態を示す。成膜装置１００は、ＳｉＣ基板１の載置面の上方にガス供給口２２がある縦型炉である。

【0038】

チャンバー２０は、例えば、本体２１とガス供給口２２とガス排出口２３とを有する。
本体２１は、成膜空間Ｓを取り囲む。ガス供給口２２は、成膜ガスＧを成膜空間Ｓに供給する入口である。ガス供給口２２は、例えば、ＳｉＣ基板１の載置面の上方にある。ガス排出口２３は、成膜空間Ｓ内に滞留した成膜ガスＧ等を排出する出口である。ガス排出口２３は、例えば、ＳｉＣ基板１の載置面より下方にある。成膜ガスＧは、例えば、Ｓｉ系ガス、Ｃ系ガス、パージガス、ドーパントガスである。

【0039】

Ｓｉ系ガスは、分子内にＳｉを含む原料ガスである。Ｓｉ系ガスは、例えば、シラン（ＳｉＨ_４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）等である。Ｃ系ガスは、例えばプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）等である。ドーパントガスは、キャリアとなる元素を含むガスである。ドーパントガスは、例えば、窒素、アンモニア等である。パージガスは、これらのガスをＳｉＣ基板１に搬送するガスであり、ＳｉＣに対して不活性な水素等である。

【0040】

支持体３０は、ＳｉＣ基板１を支持する。支持体３０は、軸中心に回転可能である。ＳｉＣ基板１は、例えば、サセプタ４０にＳｉＣ基板１が載置された状態で、支持体３０に載置される。サセプタ４０は、ＳｉＣ基板１を載置した状態で、チャンバー２０内に搬送される。下部ヒーター５０は、例えば、支持体３０内にあり、ＳｉＣ基板１を加熱する。上部ヒーター６０は、チャンバー２０の上部を加熱する。成膜空間Ｓ内に露出する部材は、例えば、カーボン部材であり、表面がＳｉＣ又はＴａＣで被覆されていてもよい。成膜工程は、例えば、図３に示す縦型炉で行われる。

【0041】

成膜工程では、ＳｉＣエピタキシャル層２の成膜温度を制御する。成膜温度は、ＳｉＣエピタキシャル層２の内側領域Ａ１と外側領域Ａ２のそれぞれを制御する。図４は、本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル層２の成膜工程を説明するための模式図である。

【0042】

内側領域Ａ１は、中心位置が前記ＳｉＣ基板１の中心と一致し直径が前記ＳｉＣ基板１の直径の８０％の同心円より内側の領域である。例えば、ＳｉＣ基板１の直径が１５０ｍｍ（６インチ）の場合、半径６０ｍｍの同心円より内側の領域が内側領域Ａ１である。例えば、ＳｉＣ基板１の直径が２００ｍｍ（８インチ）の場合、半径８０ｍｍの同心円より内側の領域が内側領域Ａ１である。例えば、ＳｉＣ基板１の直径が２５０ｍｍ（１０インチ）の場合、半径１００ｍｍの同心円より内側の領域が内側領域Ａ１である。例えば、ＳｉＣ基板１の直径が３００ｍｍ（１２インチ）の場合、半径１２０ｍｍの同心円より内側の領域が内側領域Ａ１である。外側領域Ａ２は、内側領域Ａ１より外側に位置する領域である。

【0043】

成膜工程において、内側領域Ａ１の成膜温度は、内側領域Ａ１内の平均温度に対する温度差が±１℃未満となるように制御する。内側領域Ａ１の成膜温度は、例えば、下部ヒーター５０の出力を調整することで制御できる。またこの他、サセプタの構造や輻射率等を調整して内側領域Ａ１の成膜温度を調整してもよいし、上部ヒーター６０の出力を調整して内側領域Ａ１の成膜温度を調整してもよい。

【0044】

また成膜工程において、外側領域Ａ２の成膜温度は、内側領域Ａ１の最外周の温度より２℃以上１０℃未満低くなるように制御する。すなわち、外側領域Ａ２の成膜温度は、内側領域Ａ１の最外周の温度より２℃以上低くし、１０℃以上低くなることが無いように制御する。内側領域Ａ１の最外周の温度は、例えば、内側領域Ａ１の最外周上のいくつかの測定点における成膜温度の平均値である。外側領域Ａ２の成膜温度は、内側領域Ａ１の成膜温度と同様の方法で調整できる。

【0045】

成膜工程における成膜温度は、例えば、放射温度計によって測定できる。また、計算機によるシミュレーション結果を用いて、成膜工程における成膜温度を求めても良い。

【0046】

成膜工程では、ＳｉＣエピタキシャル層２の成長速度も制御する。ＳｉＣエピタキシャル層２の成長速度は、６１μｍ／ｈ以上とする。ＳｉＣエピタキシャル層２の成長速度は、原料ガス（Ｓｉ系ガス及びＣ系ガス）の供給量、サセプタ４０の温度等を調整することで変更可能である。ＳｉＣエピタキシャル層２の成長速度は、例えば、成膜前後のウエハ厚さの差及び成膜時間から算出できる。

【0047】

ＳｉＣエピタキシャル層２の成長速度を早くすることで、ＳｉＣエピタキシャル層２に、導電型を決定する元素と異なるボロン等の元素が不純物として取り込まれることを抑制できる。例えば、キャリア濃度と同じ全ての測定点において、ボロンとアルミがそれぞれ１．０×１０^１４ｃｍ^－３以下にすることができる。さらに内側領域の温度差を±１℃と小さく、外側領域を内側領域よりも２℃以上１０℃未満低くし、ウエハ全面における対流を制御することで、導電型を決定する元素と異なるボロン等の元素が不純物として取り込まれる量を制御することができる。例えば、キャリア濃度と同じ全ての測定点において、ボロンとアルミがそれぞれ１．０×１０^１３ｃｍ^－３以上１．０×１０^１４ｃｍ^－３以下にすることができる。これらの元素はチャンバー２０から供給される元素であり、ＳｉＣエピタキシャル層２に取り込まれると、実効的なキャリア濃度が変動してしまう。導電型を決定する元素と異なる元素がＳｉＣエピタキシャル層２へ取り込まれることを抑制することで、実効的なキャリア濃度の変動を抑制することができる。例えば、ＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度の平均値が１．０×１０^１６ｃｍ^－３の場合、ボロン及びアルミが１．０×１０^１３ｃｍ^－３以上１．０×１０^１４ｃｍ^－３以下であれば実行的なキャリア濃度の変動は０．１％以上１％以下となり、実効的なキャリア濃度に与える影響が小さくなる。また、導電型を決定する元素と異なるボロン等の元素は、ＳｉＣエピタキシャル層２に含まれる量が少ない程キャリアライフタイムは長くなる傾向がある。一方で、キャリアライフタイムが長すぎると、バイポーラデバイスにおいては、スイッチング特性が悪化し、スイッチング損失が増加する場合がある。キャリア濃度と同じ全ての測定点において、ボロンとアルミをそれぞれ１．０×１０^１３ｃｍ^－３以上１．０×１０^１４ｃｍ^－３以下に制御することで、デバイスにおけるキャリアライフタイムをより安定化することができる。

【0048】

またこの他、成膜工程では、ＳｉＣエピタキシャル層２に供給されるガス流量を制御する。ガス流量を制御するガスは、例えば、Ｓｉ系ガス、Ｃ系ガス、パージガス、ドーパントガスである。ガス流量を制御することで、ＳｉＣエピタキシャル層２内のキャリア濃度のばらつきを小さくできる。

【0049】

本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、ＳｉＣエピタキシャル層２の成膜温度及び成長速度を調整することで、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の面内におけるキャリア濃度のばらつきを小さくできる。上述のように、面内におけるキャリア濃度のばらつきが小さいＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、信頼性試験を省略でき、各種装置の電源等に使われる高耐圧の半導体デバイス用の基板として好適に用いることができる。

【0050】

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0051】

「実施例１」
直径が１５０ｍｍのＳｉＣ基板１を準備した。図３に示す成膜装置１００と同様の縦型炉を用いてＳｉＣ基板１上にＳｉＣエピタキシャル層２を成膜した。そして成膜後のＳｉＣエピタキシャル層２の厚さを赤外分光光度計で測定した。成膜後のＳｉＣエピタキシャル層２の厚さは、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の中心Ｃを基準に、＜１－１００＞方向に０ｍｍ、１５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍの６点のそれぞれで測定した。上記６点の平均厚さを成膜時間で除することによって求められるＳｉＣエピタキシャル層２の成長速度は、６１μｍ／ｈ以上とした。

【0052】

また成膜工程における内側領域Ａ１及び外側領域Ａ２の成膜温度は、計算機を用いたシミュレーションによって求めた。シミュレーションによって求められるＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の各位置の温度は、放射温度計を用いて実測定される温度と、略一致する。成膜温度は、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の中心Ｃを基準に、＜１－１００＞方向に１ｍｍ間隔で求めた。内側領域Ａ１内の各測定点の成膜温度は、これらの測定点の平均温度に対して±１℃未満であった。また成膜時の外側領域Ａ２の成膜温度は、内側領域Ａ１の最外周の温度より３．３℃低かった。外側領域Ａ２の成膜温度は、中心Ｃから＜１－１００＞方向に７０ｍｍ離れた位置の温度とした。内側領域Ａ１の最外周の温度は、中心Ｃから＜１－１００＞方向に６０ｍｍ離れた位置の温度とした。

【0053】

そして成膜後のＳｉＣエピタキシャル層２のキャリア濃度を測定した。キャリア濃度は、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の中心Ｃを基準に、＜１－１００＞方向に０ｍｍ、１５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍの６点のそれぞれで測定した。測定点のキャリア濃度の最大値と最小値の差を平均値で割り、キャリア濃度均一性を求めた。実施例１のＳｉＣエピタキシャルウェハ１０のキャリア濃度均一性は、２．４％であった。

【0054】

「比較例１」
比較例１は、ＳｉＣエピタキシャル層２の成長速度を６１μｍ／ｈ未満とした点が実施例１と異なる。また比較例１は、成膜時の外側領域Ａ２の成膜温度が内側領域Ａ１の最外周の温度より２．９℃低かった。比較例１のその他の条件は、実施例１と同じとして、比較例１のＳｉＣエピタキシャルウェハ１０のキャリア濃度均一性を求めた。比較例１のＳｉＣエピタキシャルウェハ１０のキャリア濃度均一性は、５．０％であった。

【0055】

「比較例２」
比較例２は、外側領域Ａ２の成膜温度を変更した点が実施例１と異なる。比較例２は、成膜時の外側領域Ａ２の成膜温度が内側領域Ａ１の最外周の温度より１．９７℃低かった。比較例２のその他の条件は、実施例１と同じとして、比較例２のＳｉＣエピタキシャルウェハ１０のキャリア濃度均一性を求めた。比較例２のＳｉＣエピタキシャルウェハ１０のキャリア濃度均一性は、１２．９％であった。

【0056】

以下の表１に、実施例１、比較例１及び比較例２の結果をまとめた。表１の内側領域の列は、内側領域内の平均温度に対する各測定点の温度差である。表１の外側領域の列は、内側領域の最外周の温度を基準とした温度差である。

【0057】

【表1】

【0058】

成長速度及び成膜温度が制御された実施例１は、比較例１及び２よりキャリア濃度均一性の値が低く、キャリア濃度の面内バラツキが小さい。比較例１は、成長速度が遅く、最外周近傍にボロン等の導電型を決定する元素以外の元素が取り込まれたことにより、キャリア濃度が面内にばらついていると思われる。比較例２は、内側領域と外側領域との成膜温度差が所定値以下であり、キャリア濃度が面内にばらついていると思われる。

【0059】

「実施例２」
実施例２は、内側領域の最外周の温度に対する外側領域の温度を変更した点が実施例１と異なる。実施例２では、成膜工程における外側領域の成膜温度が内側領域の最外周の温度より２℃以上１０℃未満低くなるように設定した。実施例１及び実施例２の測定結果を図５にまとめた。

【0060】

実施例２に示すように、成長速度が所定値以上で、内側領域と外側領域との温度差が所定値以上であれば、キャリア濃度均一性の値を低くできることが確認できた。

【符号の説明】

【0061】

１…ＳｉＣ基板、２…ＳｉＣエピタキシャル層、１０…ＳｉＣエピタキシャルウェハ、Ｃ…中心、Ｌ…直線、２０…チャンバー、２１…本体、２２…ガス供給口、２３…ガス排出口、３０…支持体、４０…サセプタ、５０…下部ヒーター、６０…上部ヒーター、１００…成膜装置、Ａ１…内側領域、Ａ２…外側領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】