特開 2024-50958 ＳｉＣデバイス及びＳｉＣデバイスの製造方法

(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】P2024050958

(43)【公開日】2024-04-10

(54)【発明の名称】ＳｉＣデバイス及びＳｉＣデバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20240403BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20240403BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20240403BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C30B29/36 A

C30B25/20

C23C16/42

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024023280

(22)【出願日】2024-02-19

(62)【分割の表示】P 2023108842の分割

【原出願日】2021-08-04

(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

(72)【発明者】

【氏名】田中 健勝

(72)【発明者】

【氏名】梅田 喜一

(57)【要約】

【課題】ボロンの含有量が少ない、ＳｉＣデバイスを得ることを目的とする。
【解決手段】このＳｉＣデバイスは、ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板に積層されたＳｉＣのエピタキシャル層と、を備え、前記エピタキシャル層は、導電型を決定する不純物と、前記不純物と導電型が異なるボロンと、を含み、二次イオン質量分析法で測定した前記ボロンの濃度は５．０×１０^１２ｃｍ^－３未満である。
【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のエピタキシャル層と、を備え、
前記エピタキシャル層は、導電型を決定する不純物と、前記不純物と導電型が異なるボロンと、を含み、
二次イオン質量分析法で測定した前記ボロンの濃度は５．０×１０^１２ｃｍ^－３未満である、ＳｉＣデバイス。

【請求項2】

パワーデバイスである、請求項１に記載のＳｉＣデバイス。

【請求項3】

高周波デバイスである、請求項１に記載のＳｉＣデバイス。

【請求項4】

高温動作デバイスである、請求項１に記載のＳｉＣデバイス。

【請求項5】

バイポーラデバイスである、請求項１に記載のＳｉＣデバイス。

【請求項6】

ＳｉＣ基板にＳｉＣのエピタキシャル層が形成されたＳｉＣエピタキシャルウェハを用いてＳｉＣデバイスを作製する工程を有し、
前記エピタキシャル層は、導電型を決定する不純物と、前記不純物と導電型が異なるボロンと、を含み、
前記ＳｉＣエピタキシャルウェハは、前記エピタキシャル層の中心における二次イオン質量分析法で測定した前記ボロンの濃度が５．０×１０^１２ｃｍ^－３未満である、ＳｉＣデバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳｉＣデバイス及びＳｉＣデバイス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倍大きく、熱伝導率が３倍程度高い。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。

【0003】

ＳｉＣデバイスの実用化の促進には、高品質のＳｉＣエピタキシャルウェハ及び高品質のエピタキシャル成長技術の確立が求められている。

【0004】

ＳｉＣデバイスは、ＳｉＣエピタキシャルウェハに形成される。ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板上に積層されたエピタキシャル層と、を備える。ＳｉＣ基板は、昇華再結晶法等で成長させたＳｉＣのバルク単結晶から加工して得られる。エピタキシャル層は、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）等によって作製され、デバイスの活性領域となる。

【0005】

エピタキシャル層は、エピタキシャル層の導電型を決める不純物と、不純物と異なる導電型のボロンと、を有する場合がある（例えば、特許文献１～３）。ボロンは、ドリフト層内の実効的なキャリア濃度を低減させ、バイポーラデバイスのキャリアライフタイムを短くする原因となる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－１２１６９０号公報

【特許文献2】国際公開第２００６／００８９４１号

【特許文献3】国際公開第２０１８／１９３６６４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ボロンは製造に用いられる部材等に含まれるため、完全に除去することは難しいが、ボロン濃度の更なる低減が求められている。

【0008】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ボロンの含有量の少ないＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法を得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のエピタキシャル層と、を備え、前記エピタキシャル層は、導電型を決定する不純物と、前記不純物と導電型が異なるボロンと、を含み、前記エピタキシャル層の中心における前記ボロンの濃度は５．０×１０^１２ｃｍ^－３未満である。

【0011】

（２）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、直径が１５０ｍｍ以上であってもよい。

【0012】

（３）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、直径が２００ｍｍ以上であってもよい。

【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基板の載置面の上方にガス供給口を有する縦型炉を用いて、ＳｉＣ基板上にＳｉＣのエピタキシャル層を成膜する成膜工程を有し、前記成膜工程は、第１昇温速度、第２昇温速度、第３昇温速度の順に昇温速度を変更しながら成膜温度まで昇温する昇温工程を有し、前記第１昇温速度は、前記第２昇温速度より早く、前記第２昇温速度は、前記第３昇温速度より早く、前記第１昇温速度は、１００℃／ｍｉｎ以上であり、前記成膜工程において、前記ガス供給口及び前記ガス供給口から前記載置面に至るガス流路の途中にある上流部材の温度を１２００℃以下にする。

【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、前記ガス供給口及び前記上流部材は、複数のＳｉＣ層が積層されたカーボン部材であってもよい。

【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、成膜温度で前記ＳｉＣ基板の前記載置面の中心の高さ位置を外周の高さ位置より３０μｍ以上高くしてもよい。

【0016】

（７）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法の前記昇温工程に要する時間を３００秒以上７５０秒以下としてもよい。

【0017】

（８）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基板を前記縦型炉に搬送する際の温度を５００℃以上としてもよい。

【0018】

（９）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法の前記成膜工程において、前記ＳｉＣ基板の裏面からパージガスを供給してもよい。前記パージガスは、例えば、前記ＳｉＣ基板の外周より２０ｍｍ以上内側から供給される。

【発明の効果】

【0019】

上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、ボロンの含有量が少なく、デバイスのキャリア寿命を長くできる。また上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、ボロンの含有量を少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１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】第１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】第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハを作製するための成膜装置の一例の模式図である。

【図4】第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの成膜プロセスの一例である。

【図5】第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの成膜装置のＳｉＣ基板近傍の拡大図である。

【図6】第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハを作製するための成膜装置の別の例の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本実施形態について、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。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。

【0022】

図１は、第１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。図２は、第１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。ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、ＳｉＣ基板１とエピタキシャル層２とを有する。ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、例えば、直径が１５０ｍｍ以上の円板である。ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の直径は、２００ｍｍ以上でもよい。

【0023】

ＳｉＣ基板１は、例えば、ＳｉＣインゴットから切り出されたものである。ＳｉＣインゴットは、例えば、昇華法を用いてＳｉＣ種結晶上に成長する。ＳｉＣ基板１は、例えば、（０００１）から＜１１－２０＞方向にオフセット角を有する面を成長面とする。ＳｉＣ基板１は、不純物を含む。不純物は、例えば、窒素である。

【0024】

ＳｉＣ基板１の平面視形状は、例えば、円形である。ＳｉＣ基板１の直径は、例えば、１５０ｍｍ以上である。ＳｉＣ基板１は、円の一部が切り欠かれていてもよい。切り欠かれた部分は、オリエンテーションフラットＯＦと称される。オリエンテーションフラットＯＦは、ＳｉＣ基板１の方位等の確認に用いられる。

【0025】

エピタキシャル層２は、ＳｉＣ基板１上に積層されている。エピタキシャル層２は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）で形成される。エピタキシャル層２は、ＳｉＣの単結晶膜である。エピタキシャル層２は、例えば、複数層からなってもよい。例えば、エピタキシャル層２は、不純物濃度の異なる複数のＳｉＣ単結晶膜からなってもよい。

【0026】

エピタキシャル層２は、導電型を決定する不純物とボロンとを含む。導電型を決定する不純物は、例えば、窒素である。窒素の導電型は、ｎ型である。エピタキシャル層２における導電型を決定する不純物濃度は、例えば、１．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下であり、好ましくは１．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１５ｃｍ^－３以下である。エピタキシャル層２における導電型を決定する不純物濃度の面内均一性は、例えば、２０％以内であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。導電型を決定する不純物濃度の面内均一性は、例えば、ＳｉＣエピタキシャルウェハの中心を通る径方向の１０点以上の測定点の結果から求められる。不純物濃度の面内均一性は、複数の測定点のうちの不純物濃度の最大値と最小値との差を、複数の測定点の不純物濃度の平均値で割った値である。オリエンテーションフラットＯＦと平行な方向に測定点を配置してもよいし、オリエンテーションフラットＯＦと垂直な方向に測定点を配置してもよいし、オリエンテーションフラットＯＦと平行及び垂直な方向のそれぞれに測定点を配置してもよい。

【0027】

ボロンは、窒素の導電型と異なる導電型を示す。ボロンの導電型は、ｐ型である。ボロンは、意図的にエピタキシャル層２にドーピングしたものではなく、エピタキシャル層２の成膜時にサセプタ等の成膜装置に含まれていたものが不純物として混入したものである。ボロンは、実効的なキャリア濃度の低下の原因であり、かつ、バイポーラデバイスの伝導度変調効果を抑制する原因にもなりえる。エピタキシャル層２におけるボロン濃度は少ないことが好ましいが、完全に除去することは難しい。

【0028】

エピタキシャル層２の中心ｐ１におけるボロンの濃度は、５．０×１０^１２ｃｍ^－３以下である。エピタキシャル層２の外周側の点ｐ２におけるボロン濃度は、好ましくは１．０×１０^１４ｃｍ^－３未満である。点ｐ２は、エピタキシャル層２の外周から５ｍｍ内側の点である。外周から５ｍｍの範囲は、デバイスの有効領域としてみなされない場合がある。そのため、外周から５ｍｍの範囲は、無視できる場合が多い。

【0029】

各層の不純物及びボロン濃度は、例えば、水銀プローブ（Ｈｇ－ＣＶ）法や二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等で測定できる。

【0030】

Ｈｇ－ＣＶ法は、ドナー濃度Ｎ_ｄとアクセプター濃度Ｎ_ａの差（Ｎ_ｄ－Ｎ_ａ）をｎ型の不純物濃度として測定する。ドナー濃度に比べてアクセプター濃度が十分に小さい場合は、これらの濃度差をｎ型の不純物濃度とみなせる。

【0031】

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。

【0032】

次いで、第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法を説明する。まずＳｉＣ基板１を準備する。ＳｉＣインゴットを所定の厚みで切ることで、ＳｉＣ基板１が得られる。ＳｉＣ基板１は、販売されているものを購入してもよい。

【0033】

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

【0034】

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。

【0035】

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、ガス供給管のうち成膜空間Ｓに露出した部分である。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。

【0036】

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。

【0037】

ガス供給口２２は、例えば、カーボン部材と、その表面をコートするＳｉＣ又はＴａＣ層を含む。表面がＳｉＣ又はＴａＣでコートされていることで、ガス供給口２２からのボロンの放出を抑制できる。またガス供給口２２は、複数のＳｉＣ層が積層されたカーボン部材であることがより好ましい。複数のＳｉＣ層は、それぞれＳｉＣのエピタキシャル層であることが好ましい。複数のＳｉＣ層のそれぞれは、エピタキシャル層２を成膜する際の条件と同様の条件で成膜されたものであることが好ましい。カーボン部材の表面に複数のＳｉＣ層が形成されていると、部材からのボロン放出をより抑制できる。

【0038】

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。支持体３０及びサセプタ４０は、例えば、ガス供給口２２と同様の材料を用いることができる。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。

【0039】

成膜工程は、例えば、図３に示す縦型炉で行われる。まずＳｉＣ基板１を成膜空間Ｓに搬送する。ＳｉＣ基板１は、例えば、サセプタ４０上に載置された状態で搬送される。ＳｉＣ基板１を成膜装置１００内に搬送する際の温度は、５００℃以上とすることが好ましい。ＳｉＣ基板１の搬送温度を高く維持することで、成膜全体に係る時間を短くできる。

【0040】

次いで、搬送後のＳｉＣ基板１上に、エピタキシャル層２を成膜する。図４は、第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の製造プロセスの一例である。成膜工程は、成膜温度Ｔ１まで昇温する昇温工程ＲＳを有する。昇温工程後に成膜温度Ｔ１を維持し、エピタキシャル層２の成膜を行う。成膜温度Ｔ１は、例えば、１５００℃以上である。

【0041】

昇温工程ＲＳに要する時間は、例えば、３００秒以上７５０秒以下である。昇温工程ＲＳに要する時間が短いと、ＳｉＣ基板１やサセプタ４０の歪が大きくなり、エピタキシャル層２の面内均一性が悪くなる。また昇温工程ＲＳに要する時間が短いと、サセプタ４０の面内の温度差などに起因する対流によって成膜ガスの巻き返しが発生してしまい、サセプタ４０から放出されるボロンがウエハに取り込まれてしまう。昇温工程ＲＳに要する時間が長いと、成膜装置１００に用いられている部材から放出されるボロンの量が増える。

【0042】

昇温工程ＲＳは、例えば、第１昇温工程Ｓ１と第２昇温工程Ｓ２と第３昇温工程Ｓ３とを有する。第１昇温工程Ｓ１と第２昇温工程Ｓ２と第３昇温工程Ｓ３とは、それぞれ昇温速度が異なる。昇温工程ＲＳは、昇温速度を２回以上変更すればよく、第４昇温工程、第５昇温工程等の昇温速度の異なる更なる工程を有してもよい。

【0043】

第１昇温工程Ｓ１は、第１昇温速度で昇温を行う。第１昇温速度は、１００℃／ｍｉｎ以上である。第１昇温速度は、第２昇温工程Ｓ２における第２昇温速度より早い。第１昇温工程Ｓ１では、例えば、温度を１２００℃程度まで上げる。

【0044】

第２昇温工程Ｓ２は、第１昇温工程Ｓ１の後に第３昇温工程Ｓ３の前に行う。第２昇温工程Ｓ２は、第２昇温速度で行う。第２昇温速度は、第１昇温速度より遅く、第３昇温速度より早い。第２昇温速度は、例えば、第１昇温速度の９０％以下である。第２昇温工程Ｓ２では、例えば、温度を１４００℃程度まで上げる。

【0045】

第３昇温工程Ｓ３は、第２昇温工程Ｓ２の後に行う。第３昇温工程Ｓ３は、第３昇温速度で行う。第３昇温速度は、第２昇温速度より遅い。第３昇温速度は、例えば、第２昇温速度の９０％以下である。

【0046】

第１昇温速度を早くすることで、昇温工程ＲＳ全体に要する時間を短くできる。昇温工程ＲＳ全体に要する時間が短くなると、成膜装置１００から放出されるボロンの量が少なくなる。また昇温速度を段階的に遅くしていくことで、ＳｉＣ基板１やサセプタ４０の歪が大きくなりすぎることを抑制できる。

【0047】

次いで、成膜温度Ｔ１に至った後に、ＳｉＣ基板１へのエピタキシャル層２の成膜を行う。成膜の際は、ガス供給口２２の温度を１２００℃以下、好ましくは１１００℃以下にする。ガス供給口２２の温度は、例えば、上部ヒーターや下部ヒーターといった各種ヒーターの出力を調整することで実現できる。このほか、炉内を構成する部材の構造や放射率などの物性値を利用することで実現してもよい。上記ガス供給口２２の温度は、例えば、熱電対を用いて測定できる。また、計算機によるシミュレーション結果を用いても良い。部材からのボロンの放出量は、温度が高いほど多くなる。ガス供給口２２の温度を低くすることで、ボロンの放出量を低減できる。

【0048】

また図５は、第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの成膜装置のＳｉＣ基板１近傍の拡大図である。ＳｉＣ基板１は、サセプタ４０上に載置されている。サセプタ４０は、例えば、支持部４１と外周部４２と貫通孔４３とを有する。

【0049】

ＳｉＣ基板１は、支持部４１上に載置される。外周部４２は、成膜時にＳｉＣ基板１が外側に飛び出すことを防ぐ。外周部４２は、例えば、リング状の別部材でもよい。リング状の別部材は、複数のＳｉＣ層が積層されたカーボン部材であることがより好ましい。複数のＳｉＣ層は、それぞれＳｉＣのエピタキシャル層であることが好ましい。複数のＳｉＣ層のそれぞれは、エピタキシャル層２を成膜する際の条件と同様の条件で成膜されたものであることが好ましい。カーボン部材の表面に複数のＳｉＣ層が形成されていると、部材からのボロン放出をより抑制できる。貫通孔４３は、支持部４１の上面と下面とをつなぐ孔である。

【0050】

ＳｉＣ基板１の載置面の中心の高さ位置と最外周の高さ位置との差を高低差Δｈと称する。高低差Δｈは、例えば、レーザー変位計によって測定できる。まず、炉の上部にサセプタの中心、外周部それぞれに測定用のポート及びレーザー変位計を設置し、ウェハを設置しない状態で成膜温度における中心部と外周部の高さの差分を求めることで、サセプタの反りを測定する。次いで、サセプタ上にウェハを設置し、ウェハを設置せずに反りを測定した時と同一条件で測定することで、高低差Δｈを測定できる。高低差Δｈを測定しながら成膜することで、任意の高低差Δｈを保つことができる。またレーザー光源の波長を選択することで、ウェハを設置したままサセプタの反りを測定することもできる。例えば、ＳｉＣウェハの場合、レーザー光源の波長を６００ｎｍ以上とすると、レーザーはＳｉＣウェハを透過するので、ウェハを設置したままサセプタの反りを測定できる。成膜時における高低差Δｈは、３０μｍ以上であることが好ましい。すなわち、成膜温度Ｔ１において、ＳｉＣ基板１の載置面の中心の高さ位置を最外周の高さ位置より３０μｍ以上高くすることが好ましい。また成膜温度Ｔ１における高低差Δｈは、１００μｍ以下であることが好ましい。

【0051】

上記の高低差Δｈの範囲は、成膜温度Ｔ１において満たしていればよく、常温で満たしていなくてもよい。また載置面の外周は、外周部４２がある場合は、外周部４２と載置面との境界が載置面の外周となる。

【0052】

高低差Δｈは、例えば、成膜条件で制御できる。昇温速度が速いと高低差Δｈは大きくなる傾向にある。このほか、サセプタ４０を構成する材料で高低差Δｈを調整してもよい。例えば、サセプタ４０を熱膨張率の異なる２つ以上の材料を用いて作製すると、熱膨張率の違いを利用して高低差Δｈを調整してもよい。

【0053】

高低差Δｈが大きくなれば、ＳｉＣ基板１の上面近傍においてＳｉＣ基板１の中央から外側に向かう成膜ガスＧの流れができ、成膜ガスＧの巻き返し等が生じることを防ぐことができる。成膜ガスＧの巻き返しは、部材から放出したボロンが再度エピタキシャル層２に取り込まれる原因となる。ＳｉＣ基板１の上面近傍においてＳｉＣ基板１の中央から外側に向かう成膜ガスＧの流れができると、エピタキシャル層２に含まれるボロン濃度が低くなる。また高低差Δｈが所定の範囲内であれば、エピタキシャル層２の中心と外周部分との成膜条件の差が小さく、エピタキシャル層２の面内均一性が高まる。

【0054】

また成膜時には、貫通孔４３を介して、ＳｉＣ基板１の裏面に、ガスを供給してもよい。ＳｉＣ基板１の裏面側に供給されるガスは、成膜ガスＧのＳｉＣ基板１の裏面への回り込みを防ぐ。裏面に供給されるガスは、ＳｉＣに対して不活性なパージガスである。

【0055】

パージガスは、ＳｉＣ基板１の最外周より２０ｍｍ以上内側からＳｉＣ基板１の裏面に向かって供給されることが好ましい。例えば、貫通孔４３と最外周との距離ｄは、２０ｍｍ以上であることが好ましい。ＳｉＣ基板１の裏面へのパージガスの供給位置が、上記条件を満たすと、裏面からのパージガスによって成膜ガスＧの流れが乱されることを抑制でき、成膜ガスＧのＳｉＣ基板１への巻き返しを抑制できる。

【0056】

本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の成膜方法は、縦型炉を用い、昇温工程を規定することで、成膜ガスＧの流れを制御し、エピタキシャル層２への未反応ガスの巻き返しを防ぐことができる。また本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の成膜方法は、ガス供給口２２の温度を規定することで、そもそもの部材からのボロンの放出量を低減することができる。その結果、実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の成膜方法は、エピタキシャル層２の中心におけるボロンの濃度を５．０×１０^１２ｃｍ^－３未満にすることができる。またエピタキシャル層２の外周におけるボロンの濃度を１．０×１０^１４ｃｍ^－３以下とすることができる。

【0057】

ボロンはライフタイムキラーになるため、バイポーラデバイスにおいて十分な伝導度変調効果を得るためにはボロンの濃度が５．０×１０^１２ｃｍ^－３未満である必要がある。本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、エピタキシャル層２の中心におけるボロンの濃度が５．０×１０^１２ｃｍ^－３未満であるため、バイポーラ―デバイスにおいて、十分な伝導度変調効果を得ることができる。すなわち、本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１０を用いると、高品質なデバイスを作製できる。

【0058】

エピタキシャル層２において、導電型を決める不純物濃度が低いほど、ボロン濃度がキャリア濃度均一性に与える影響が大きくなる。エピタキシャル層２における窒素の濃度が低いほど、相対的にエピタキシャル層２に含まれる窒素に対するボロンの割合が高くなるためである。換言すると、導電型を決める不純物濃度が低いエピタキシャル層２において、ボロン濃度が低いことは価値がある。

【0059】

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。

【0060】

例えば、図６は、第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハを作製するための成膜装置の別の例の模式図である。図６に示す成膜装置１０１は、成膜空間Ｓ内のガス供給口２２からＳｉＣ基板１の載置面に至るガス流路の途中に上流部材７０がある点が、図３に係る成膜装置１００と異なる。成膜装置１０１の説明において、成膜装置１００と同様の構成には同様の符号を付す。成膜装置１０１を用いる場合も、成膜装置１００と同様の方法でエピタキシャル層２の成膜を行う。

【0061】

上流部材７０は、成膜空間Ｓ内にある部材であって、ガスの流れ方向においてガス供給口２２とＳｉＣ基板１の載置面との間にある部材である。上流部材７０は、例えば、ヒーターからの輻射を反射するリフレクタ、ガス流れを制御するテーパー部材等である。

【0062】

上流部材７０は、例えば、カーボン部材と、その表面をコートするＳｉＣ又はＴａＣ層を含む。表面がＳｉＣ又はＴａＣでコートされていることで、上流部材７０からのボロンの放出を抑制できる。

【0063】

当該変形例においても、縦型炉を用い、昇温工程を規定することで、成膜ガスＧの流れを制御し、エピタキシャル層２への未反応ガスの巻き返しを防ぐことができる。また成膜空間Ｓにおけるガス流路の途中にあるガス供給口２２及び上流部材７０の温度を規定することで、そもそもの部材からのボロンの放出量を低減することができる。その結果、当該変形例においても、エピタキシャル層２の中心におけるボロンの濃度を５．０×１０^１２ｃｍ^－３未満にすることができる。またエピタキシャル層２の外周におけるボロンの濃度を１．０×１０^１４ｃｍ^－３以下とすることができる。

【実施例0064】

（実施例１）
直径が１５０ｍｍのＳｉＣ基板を準備した。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上にエピタキシャル層２を成膜した。外周部４２は、複数のＳｉＣ層が積層されたリング状の別部材を用いた。昇温工程は３段階として、２回昇温速度を変更した。１回目の昇温速度（第１昇温速度）は、１００℃／ｍｉｎ以上とした。２回目の昇温速度（第２昇温速度）は、第１昇温速度の８０％未満とした。３回目の昇温速度（第３昇温速度）は、第２昇温速度の８０％未満とした。成膜温度は、１６００℃以上１７００℃未満とした。昇温に要する時間は、３５０秒以上７５０秒未満であった。

【0065】

エピタキシャル層２の成膜時には、ＳｉＣ基板１の裏面側からパージガスを供給した。パージガスは、ＳｉＣ基板１の外周から２０ｍｍ以上内側の位置に当たるように供給した。また１６００℃以上１７００℃未満の温度域において、ＳｉＣ基板１の載置面の中心の高さ位置は、最外周の高さ位置より３０μｍ以上高くした。また成膜時におけるガス供給口２２の温度は、１１００℃以下であった。

【0066】

そして、作製後において、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の中心ｐ１におけるボロン濃度を測定した。実施例１の中心ｐ１におけるボロン濃度は２．０×１０^１２ｃｍ^－３であった。

【0067】

（比較例１）
直径が１５０ｍｍのＳｉＣ基板を準備した。比較例１は、ＳｉＣ基板の側方にガス供給口を有する横型炉を用いた。炉を構成する部材の一部は、ＳｉＣエピタキシャル層で被覆されていないカーボン部材を用いた。そして横型炉を用いて、ＳｉＣ基板１上にエピタキシャル層２を成膜した。昇温工程は１段階で、昇温速度は変更しなかった。昇温速度は、１００℃／ｍｉｎ以下とした。成膜温度は、１６００℃以上１７００℃未満とした。昇温に要する時間は、７５０秒以上であった。

【0068】

比較例１では、ＳｉＣ基板１の裏面側にパージガスを供給しなかった。また昇温速度が実施例と比べて緩やかなため、１６００℃以上１７００℃未満の温度域において、ＳｉＣ基板１の載置面の中心の高さ位置は、外周の高さ位置より３０μｍ未満であった。

【0069】

そして、作製後において、比較例１のＳｉＣエピタキシャルウェハの中心ｐ１におけるボロン濃度を測定した。比較例１の中心ｐ１におけるボロン濃度は１．７×１０^１４ｃｍ^－３であった。

【符号の説明】

【0070】

１…ＳｉＣ基板、２…エピタキシャル層、１０…ＳｉＣエピタキシャルウェハ、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、４１…支持部、４２…外周部、４３…貫通孔、５０…下部ヒーター、６０…上部ヒーター、７０…上流部材、１００…成膜装置、Ｇ…成膜ガス、ＲＳ…昇温工程、Ｓ１…第１昇温工程、Ｓ２…第２昇温工程、Ｓ３…第３昇温工程、Ｔ１…成膜温度、Δｈ…高低差、ｄ…距離、ｐ１…中心、ｐ２…点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】