特許 7392417 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-28

(45)【発行日】2023-12-06

(54)【発明の名称】ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20231129BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20231129BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20231129BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20231129BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20231129BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20231129BHJP

   C30B 25/12 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/31 B

H01L21/68 N

C23C16/42

C23C16/458

C30B29/36 A

C30B25/12

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019211666

(22)【出願日】2019-11-22

(65)【公開番号】P2021082793

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2022-10-20

(73)【特許権者】

【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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100108187

【弁理士】

【氏名又は名称】横山 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】馬渕 雄一郎

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０２２３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９３８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２８３３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０９５７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０９８２８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０８２１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０９９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－０８９３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０５８０２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｃ２３Ｃ １６／４２

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

Ｃ３０Ｂ ２５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のサテライト収容部を有する搭載プレートとを備えたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置により、ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、
前記サテライト収容部に取り付けられる第１のサテライト及び第２のサテライトの上面は、凹状の球面の一部により形成されており、
前記第１のサテライトの上面における高低差と、前記第２のサテライトの上面における高低差とは異なっており、
複数の前記サテライト収容部のすべてに、前記第１のサテライトを取り付け、前記第１のサテライトの上面に対向するように、前記ＳｉＣ基板を載置して、前記ＳｉＣ基板の上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する第１の成膜工程と、
前記第１の成膜工程において成膜されたＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度を測定するキャリア濃度測定工程と、
前記キャリア濃度測定工程において測定されたキャリア濃度に基づき、前記サテライト収容部に取り付けられている前記第１のサテライトを前記第２のサテライトに交換し、前記第１のサテライトまたは前記第２のサテライトの上面に対向するように、前記ＳｉＣ基板を載置して、前記ＳｉＣ基板の上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する第２の成膜工程と、
を有することを特徴とする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の製造装置及び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、また、バンドギャップが３倍大きく、更に、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有することから、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ている。

【0003】

ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する基板として昇華法等で作製したＳｉＣのバルク単結晶から加工したＳｉＣ単結晶基板（以下、「ＳｉＣ基板」と記載する場合がある。）を用い、通常、この上に化学的気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）によってＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル膜を成長させることによって製造される。

【0004】

ＳｉＣエピタキシャルウェハを製造するための装置としては、複数のウェハを水平に配置し、各ウェハを公転させるとともにウェハ中心を軸にしてウェハ自体を自転させる水平自公転型のエピタキシャル成長装置が挙げられる。このようなエピタキシャル成長装置は、一般に、黒鉛からなる回転可能な搭載プレート（サセプタ）上に、この搭載プレートの回転軸を囲むように、ＳｉＣ基板の載置部である、黒鉛からなる複数のサテライトが設けられており、搭載プレート及びサテライトの上方に、黒鉛からなる円盤状のシーリングが配置された構成とされている。シーリングの中央部には、ＳｉＣ基板上に原料ガスを供給するためのガス供給部が設けられている。そして、サテライトが回転駆動機構によって自転可能とされることにより、このサテライト上に載置されたＳｉＣ基板は、搭載プレートの回転軸を中心に公転するとともに自転することで、自公転可能に構成されている。

【0005】

上記のようなエピタキシャル成長装置においては、ガス供給部から原料ガスを供給することにより、搭載プレート上に載置されたＳｉＣ基板の外周端部の外側から、このＳｉＣ基板上を通過するように原料ガスが供給される。この際、加熱手段によってＳｉＣ基板を高温に維持しながら、基板上にエピタキシャル材料を堆積させることでエピタキシャル膜を成膜する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－０２２８８０号公報

【文献】特開２００７－１８０１３２号公報

【文献】特開２０１５－１２２４４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の方法では、搭載プレートに取り付けられた複数のサテライトの各々に、ＳｉＣ基板を載置した状態で、各々のＳｉＣ基板にＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を同時に行うことにより、複数のＳｉＣエピタキシャルウェハが、同時に製造される。成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜には、一般的に、不純物元素がドープされるが、ＳｉＣエピタキシャルウェハ間において、成膜されたＳｉＣエピタキシャル膜に、ドープされた不純物元素の濃度、即ち、キャリア濃度に大きなばらつきが生じる場合がある。

【0008】

このため、同時に複数のＳｉＣ基板に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜するＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置において、各々のＳｉＣエピタキシャルウェハ間におけるＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度の均一性の高い製造装置が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１） ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、複数のサテライト収容部を有する搭載プレートと、前記サテライト収容部内に取り付けられる前記ＳｉＣ基板が載置されるサテライトと、を有し、前記サテライトにおいて、載置された前記ＳｉＣ基板と対向する上面は、凹状の球面の一部により形成されていることを特徴とする。
（２） ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置であって、複数のサテライト収容部を有する搭載プレートと、前記サテライト収容部内に取り付けられる前記ＳｉＣ基板が載置される第１のサテライト及び第２のサテライトと、を有し、前記第１のサテライト及び前記第２のサテライトにおいて、載置された前記ＳｉＣ基板と対向する上面は、凹状の球面の一部により形成されており、前記第１のサテライトの上面における高低差と、前記第２のサテライトの上面における高低差とは、異なることを特徴とする。
（３） 前記搭載プレート及び前記サテライトは、カーボンにより形成されていることを特徴とする。
（４） 複数のサテライト収容部を有する搭載プレートとを備えたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置により、ＳｉＣ基板の主面上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、前記サテライト収容部に取り付けられる第１のサテライト及び第２のサテライトの上面は、凹状の球面の一部により形成されており、前記第１のサテライトの上面における高低差と、前記第２のサテライトの上面における高低差とは異なっており、複数の前記サテライト収容部のすべてに、第１のサテライトを取り付け、前記第１のサテライトの上面に対向するように、前記ＳｉＣ基板を載置して、前記ＳｉＣ基板の上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する第１の成膜工程と、前記第１の成膜工程において成膜されたＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度を測定するキャリア濃度測定工程と、前記キャリア濃度測定工程において測定されたキャリア濃度に基づき、前記サテライト収容部に取り付けられている前記第１のサテライトを前記第２のサテライトとを交換し、前記第１のサテライトまたは前記第２のサテライトの上面に対向するように、前記ＳｉＣ基板を載置して、前記ＳｉＣ基板の上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する第２の成膜工程と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本開示のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置では、複数のＳｉＣ基板に、同時にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜するＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置において、各々のＳｉＣエピタキシャルウェハ間におけるＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度の均一性を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置のサテライトの模式的な説明図（１）

【図2】第１の実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置のサテライトの模式的な説明図（２）

【図3】第１の実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置のサテライトの模式的な説明図（３）

【図4】第１の実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を模式的な説明図

【図5】第１の実施の形態において製造されるＳｉＣエピタキシャルウェハの模式的な断面図

【図6】第２の実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法のフローチャート

【図7】搭載プレートの模式的な上面図

【図8】第１のサテライトと第２のサテライトを用いて成膜されたＳｉＣエピタキシャル膜におけるキャリア濃度分布図

【図9】ＳｉＣエピタキシャル膜におけるキャリア濃度の測定点の説明図

【図10】第１のサテライトを用いて成膜されたＳｉＣエピタキシャル膜におけるキャリア濃度の説明図

【図11】一部を第２のサテライトを交換して成膜されたＳｉＣエピタキシャル膜におけるキャリア濃度の説明図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。また、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。また、以下の説明において例示される材料、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。

【0013】

〔第１の実施の形態〕
最初に、複数のＳｉＣ基板に同時に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜するＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置を用いて製造されたＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、ＳｉＣエピタキシャルウェハ間におけるＳｉＣエピタキシャル膜にキャリア濃度のばらつきが生じることについて説明する。

【0014】

ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置では、サテライトや搭載プレート（サセプタ）は、黒鉛の焼結体で作られており、消耗部品であるため、多数回の成膜ごとに交換している。サテライトはかなり大きな部品あることから、完全に同一なものを作製することは困難であり、搭載プレートでは、サテライトが載置される部分ごとに温度差が生じやすい。

【0015】

このような温度差が生じると、ＳｉＣ基板の基板温度が変動し、これに伴い、エピタキシャル膜のキャリア濃度も変動する。具体的には、基板温度が下がるとキャリア濃度高くなる。

【0016】

このため、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置により、複数のＳｉＣ基板に同時に成膜される同一バッチのＳｉＣエピタキシャル膜において、キャリア濃度にばらつきが生じる場合がある。また、サテライトを新しいものと交換する度に、キャリア濃度のばらつきの傾向も変化する。

【0017】

ここで、発明者は鋭意検討を行った結果、図１及び図２に示されるように、サテライト３０において、ＳｉＣ基板１１と対向する上面３０ａの形状を凹状の球面の一部により形成することにより、ＳｉＣエピタキシャルウェハ間におけるＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度のばらつきを抑制することができることを見出した。尚、図１は、本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置のサテライトの一例の断面図であり、図２は、このサテライトにＳｉＣ基板１１を載置した状態を示す。また、高低差Ｈは、サテライト３０の上面３０ａにおいて、周囲の高い部分と中央の低い部分との高さの差を示す。

【0018】

サテライト３０に載置されるＳｉＣ基板１１は、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する前は平坦であるが、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することにより、エピタキシャル膜の歪みにより、サテライト３０側が凸となるように形状が変化する。このため、サテライト３０をＳｉＣ基板１１と対向する上面３０ａが凹状の球面の一部となるように形成することにより、各々のＳｉＣ基板１１の基板温度をできるだけ均一に近づけることができる。これにより、成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜におけるキャリア濃度のばらつきを抑制することができる。

【0019】

本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置においては、図３に示されるように、サテライト３０には、ＳｉＣ基板１１を周囲より支持するリング状の基板支え部３１が設けられていてもよい。図３では、基板支え部３１は、サテライト３０の上のＳｉＣ基板１１の周囲に載置される状態のものを示しているが、サテライト３０と基板支え部３１とが一体化しているものであってもよい。

【0020】

尚、各々のＳｉＣ基板１１に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する際には、サテライト３０の温度より、ＳｉＣ基板１１の温度が低くなる。このため、ＳｉＣ基板１１は、サテライト３０からの輻射熱、またガスを介した熱伝導により加熱される。よって、サテライト３０とＳｉＣ基板１１の距離が近くなると基板温度は高くなる。

【0021】

（ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置）
本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置について説明する。図４に示されるように、本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００は、複数のウェハ（ＳｉＣ基板）を水平に配置し、各ウェハを公転させるとともにウェハ中心を軸にしてウェハ自体を自転させる、水平自公転型のエピタキシャル成長装置である。これにより、図５に示されるように、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、化学的気相成長法によってＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜することにより、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０を製造することができる。

【0022】

第１の実施形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００は、サテライト収容部２３を有する搭載プレート２０と、このサテライト収容部２３内に配置され、上面にＳｉＣ基板１１が載置されるサテライト３０を備える。尚、本実施の形態においては、搭載プレート２０及びサテライト３０はカーボンにより形成されている。

【0023】

また、搭載プレート２０及びサテライト３０の上方には、シーリング６０が配置されており、このシーリング６０には、その中央部６０ａを貫通するように、サテライト３０に載置されたＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に原料ガス５０を供給するための原料ガス導入管４０が設けられている。図４では、搭載プレート２０の回転軸２０Ａは、原料ガス導入管４０の直下に配置されており、この回転軸２０Ａと原料ガス導入管４０とが同軸となるように設けられている。原料ガス５０は、原料ガス導入管４０から装置中央に供給され、装置の外周部に向かって原料ガスがフローするように構成されている。

【0024】

搭載プレート２０は、黒鉛を材料とする基材の表面に、被覆膜がコーティングされてなる円盤状部材である。また、搭載プレート２０の上面２０ａ側には、回転軸２０Ａを囲むように、サテライト３０を保持するための複数のサテライト収容部２３が設けられている。また、搭載プレート２０の下面２０ｂ側には、不図示の駆動機構によって搭載プレート２０を回転駆動させるための回転軸が設けられている。搭載プレート２０の表面をコーティングする被覆膜は、例えば、従来公知のＴａＣやＳｉＣ等を用いて形成することが可能である。

【0025】

サテライト３０も、搭載プレート２０と同様に、黒鉛を材料とする基材の表面に、被覆膜がコーティングされてなる円盤状部材であってもよい。サテライト３０の表面をコーティングする被覆膜も、搭載プレート２０と同様、従来公知のＴａＣやＳｉＣ等を用いて形成することが可能である。

【0026】

また、サテライト３０は、搭載プレート２０の上面２０ａに設けられたサテライト収容部２３に収容され、不図示の回転駆動機構によって自転可能とされている。これにより、サテライト３０は、搭載プレート２０の回転軸２０Ａを中心に公転するとともに自転することで、ＳｉＣ基板１１を自公転させるように構成されている。

【0027】

シーリング６０は、搭載プレート２０及びサテライト３０を上方から覆うように配置されることで、シーリング６０と搭載プレート２０及びサテライト３０との間に反応空間が形成される。シーリング６０も、搭載プレート２０及びサテライト３０と同様に、黒鉛を材料とする基材の表面をコーティングされてなる円盤状部材である。シーリング６０の表面をコーティングする被覆膜も、搭載プレート２０と同様、従来公知のＴａＣやＳｉＣ等を用いて形成することが可能である。

【0028】

原料ガス導入管４０は、不図示の外部タンク等から原料ガスを導入することにより、シーリング６０と搭載プレート２０及びサテライト３０との間の空間に原料ガスが供給され、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、原料ガス５０によりＳｉＣエピタキシャル膜１２が成膜される。このような原料ガス５０としては、ＳｉＣエピタキシャル膜の原料として一般に用いられる炭化水素系ガス及びシラン系ガスを含有するものを用いることができ、具体的には、炭化水素系ガスとしてＣ_３Ｈ_８を、シラン系ガスとしてＳｉＨ_４を用いることができる。

【0029】

また、サテライト３０の外径と、サテライト収容部２３の内径は、ほぼ同一のサイズとし、わずかにサテライト収容部２３が大きいことが好ましい。サテライト収容部２３の大きさがサテライト３０より大きすぎると、サテライト３０が自転する際に、サテライト３０が横滑りしてしまい、均一なＳｉＣエピタキシャル膜１２を得ることができない。

【0030】

第１の実施形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００においては、原料ガス導入管４０から下方に向けて原料ガス５０を供給することにより、サテライト３０上に載置されたＳｉＣ基板１１の外周端部の外側から、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上を通過するように原料ガス５０が供給される。そして、搭載プレート２０の下方に設けられた不図示の高周波コイル等からなる加熱手段により、ＳｉＣ基板１１を高温に維持しながら、ＳｉＣ基板１１の上にエピタキシャル材料を堆積させることによってＳｉＣエピタキシャル膜１２が成膜される。

【0031】

次に、本実施の形態におけるサテライト３０について説明する。本実施の形態におけるサテライト３０は、図１に示すように、サテライト３０の上面３０ａが凹状の球面の一部により形成されており、中央部において、ＳｉＣ基板１１と接触しないように形成されている。サテライト３０の上面３０ａは、例えば、半径５１４０ｍｍの球面の一部や、半径３６４０ｍｍの球面の一部により形成されている。ＳｉＣ基板１１が４インチでは、サテライト３０の上面３０ａが、半径５１４０ｍｍの球面の一部により形成されている場合には、上面３０ａの中心部分と周辺部分との高低差Ｈは、０．２４３ｍｍとなる。また、サテライト３０の上面３０ａが、半径３６４０ｍｍの球面の一部により形成されている場合には、上面３０ａの中心部分と周辺部分との高低差Ｈは、０．３４３ｍｍとなる。

【0032】

本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００によれば、サテライト３０の上面３０ａは凹状の球面の一部により形成されているため、複数のＳｉＣ基板１１に同時に、ＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜する場合であっても、各々のＳｉＣ基板１１に成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜１２におけるキャリア濃度の均一性を高くすることができる。

【0033】

ＳｉＣエピタキシャル膜１２におけるキャリア濃度の均一性を高くすることにより、各々のＳｉＣエピタキシャルウェハを用いて各種デバイスを形成した際、優れた電気的特性が安定して得られ、歩留まりを向上させることができる。

【0034】

＜ＳｉＣエピタキシャルウェハ＞
本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置又はその製造方法によって製造されるＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、図５に示されるように、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、ＳｉＣエピタキシャル膜１２が形成されてなるものであり、各種の半導体デバイスに用いられるウェハである。尚、主面１１ａはＣ面としてもＳｉ面としてもよい。Ｃ面はＳｉ面に比べ、ドーピングを行う際Ｃ／Ｓｉ比の影響を受けやすく、キャリア濃度が均一なウェハを得ることがより難しい。

【0035】

［ＳｉＣ基板］
ＳｉＣエピタキシャルウェハに用いられるＳｉＣ基板１１は、例えば、昇華法等によって作製したＳｉＣバルク単結晶のインゴットの外周を研削して円柱状に加工した後、ワイヤーソー等を用いて円板状にスライス加工し、外周部を面取りして所定の直径に仕上げることで製造できる。この際のＳｉＣバルク単結晶としては、何れのポリタイプのものも用いることができ、実用的なＳｉＣデバイスを作製するためのＳｉＣバルク単結晶として主に採用されている４Ｈ－ＳｉＣを用いることができる。

【0036】

スライス加工によって円板状とされたＳｉＣ基板１１は、最終的に表面が鏡面研磨されるが、まず、従来公知の機械的研磨法を用いて表面を研磨することで、研磨面の凹凸を大まかに除去するとともに平行度を整えることができる。そして、機械的研磨法を用いて表面が研磨されたＳｉＣ基板の表面が、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）法によってメカノケミカル研磨されることにより、表面が鏡面に仕上げられたＳｉＣ基板１１となる。この際、ＳｉＣ基板１１の片面（主面）のみが研磨され、鏡面とされていてもよいが、両面のそれぞれが研磨された鏡面であってもよい。

【0037】

ＳｉＣ基板１１は、表面の研磨処理により、上記のインゴットをスライス加工する際に発生するうねりや加工歪が除去されるとともに、基板の表面が平坦化された鏡面となる。このような表面が鏡面に研磨されたＳｉＣ基板１１は、平坦性に非常に優れたものとなり、さらに、ＳｉＣ基板１１上に各種のエピタキシャル膜を形成したウェハは、各層の結晶特性に優れたものとなる。

【0038】

ＳｉＣ基板１１の厚さは、特に制限は無く、例えば、従来と同様、３００~８００μｍ程度とすることができる。また、ＳｉＣ基板１１のオフ角としても、何れのオフ角であってもよく、特に制限は無いが、コスト削減の観点からはオフ角が小さいもの、例えば、４°～８°のものを用いることができる。

【0039】

尚、ＳｉＣエピタキシャルウェハに添加されるドーパントとしては、電気抵抗を制御するため、例えば、アルミニウムや窒素等をドープして用いることができる。窒素はＳｉＣのカーボンサイトに選択的に入ってドナーとなり、アルミニウムはシリコンサイトに入ってアクセプターとなる。窒素とアルミニウムではＣ／Ｓｉ比に対するドーピング濃度依存性は逆であるが、Ｃ／Ｓｉ比に対して依存性があるということは同様である。また、そのキャリア濃度としては、デバイス形成後の電気的特性等を考慮し、１×１０^１４ｃｍ^３～１×１０^１８ｃｍ^３の範囲であることが好ましい。

【0040】

（ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法）
次に、本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法について詳細に説明する。

【0041】

［ＳｉＣ基板の準備］
まず、ＳｉＣ基板１１を準備するにあたり、ＳｉＣバルク単結晶のインゴットを準備し、このインゴットの外周を研削して、円柱状のインゴットに加工する。その後、ワイヤーソー等により、インゴットを円板状にスライス加工し、さらに、その外周部を面取りすることで、所定の直径を有するＳｉＣ基板１１に仕上げる。この際、ＳｉＣバルク単結晶の成長方法や、インゴットの研削加工方法、スライス加工方法等については、特に限定されることなく、従来公知の方法を採用できる。

【0042】

［ＳｉＣ基板の粗研磨工程］
次に、粗研磨工程では、後述のＳｉＣエピタキシャル膜を形成する前のＳｉＣ基板１１の主面１１ａを、機械式研磨法によって研磨する。具体的には、例えば、ラップ研磨等の機械式研磨法により、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａにおける比較的大きなうねりや加工歪等の凹凸を除去する研磨処理を行う。この際、従来公知のラップ研磨装置を用いて、キャリアプレートにＳｉＣ基板を保持させ、スラリーを供給するとともに、キャリアプレートを遊星運動させながら定盤を回転させることにより、ＳｉＣ基板の片面、あるいは裏面側も含めた両面を同時にラップ研磨する方法を採用することができる。

【0043】

［ＳｉＣ基板の平坦化工程］
次に、平坦化工程においては、上記粗研磨工程において凹凸及び平行度が整えられたＳｉＣ基板１１に対して、ＣＭＰ法によって超精密研磨（鏡面研磨）を施すことで、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａを平坦化する。この際、上記の粗研磨工程と同様の装置を用いて、ＳｉＣエピタキシャル膜が形成される前のＳｉＣ基板１１の主面１１ａを研磨することが可能である。

【0044】

［エピタキシャル工程］
次に、エピタキシャル工程においては、平坦化されたＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、ＳｉＣエピタキシャル膜１２をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル工程は、具体的には、従来公知のＣＶＤ法を用いて、ＳｉＣ基板１１の主面１１ａ上に、半導体デバイスを形成するためのＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜する。

【0045】

まず、ＳｉＣ基板１１を、主面１１ａ側が上方を向くように、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００のサテライト３０上に載置する。次いで、搭載プレート２０及びサテライト３０を回転させることにより、ＳｉＣ基板１１を自公転させながら、原料ガス導入管４０から原料ガス５０をキャリアガスとともに供給する。この際の原料ガス５０としては、従来からＳｉＣエピタキシャル膜の成膜に用いられる、炭化水素系ガス及びシラン系ガスを含有してなるものを使用し、例えば、炭化水素系ガスとしてＣ_３Ｈ_８、シラン系ガスとしてＳｉＨ_４を含有するものを採用することができる。また、キャリアガスとして水素、ドーパントガスとして窒素を導入することができる。

【0046】

原料ガス５０におけるＣ／Ｓｉモル比は、例えば、０．５～２．０程度とすればよい。また、キャリアガスとして水素を含むガスが好ましく、水素がより好ましい。流量は、用いる装置より適宜定めることができる。

【0047】

また、エピタキシャル成長条件としては、例えば、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の成長速度を１μｍ／ｈ以上とし、成長温度を１０００℃～１８００℃、より好ましくは１３００℃～１７００℃、さらに好ましくは１４００℃～１６００℃とする。雰囲気圧力は減圧が好ましく、３００Ｔｏｒｒ以下とすることができ、５０～２５０Ｔｏｒｒがより好ましい。ＳｉＣエピタキシャル膜１２の成長速度を２～３０μｍ／ｈの範囲とすることができる。

【0048】

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００を用いたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法である。

【0049】

図６は、本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法のフローチャートである。本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法では、上面を形成している球面の半径が異なるサテライト３０を複数準備しておく。この説明では、上面を形成している球面の半径が異なる２種類のサテライト３０、即ち、第１のサテライトと第２のサテライトを用いた場合について説明する。

【0050】

最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、第１のサテライトの上にＳｉＣ基板１１を載置する工程を行う。具体的には、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００のチャンバー内の搭載プレート２０の各々のサテライト収容部２３に第１のサテライトを取り付け、第１のサテライトの上にＳｉＣ基板１１を載置する。この後、チャンバー内を真空ポンプにより所定の圧力に到達するまで排気する。

【0051】

次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、第１の成膜工程を行う。具体的には、ＳｉＣ基板１１の上に、所望の膜厚となるまでエピタキシャル成長させることにより、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する。

【0052】

次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、第１の成膜工程によりＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度を測定するキャリア濃度測定工程を行う。具体的には、ＳｉＣエピタキシャル膜が成膜されたＳｉＣ基板１１をＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００のチャンバー内より取り出し、ＳｉＣ基板１１の上のＳｉＣエピタキシャル膜１２の濃度の測定を行う。

【0053】

次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、キャリア濃度に基づき第１のサテライトと第２のサテライトに交換し、ＳｉＣ基板１１を載置する工程を行う。具体的には、ステップ１０６において測定されたＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度が所望のキャリア濃度の範囲よりも低い場合には、そのＳｉＣ基板１１が載置されていた第１のサテライトを第２のサテライトに交換し、交換された第２のサテライトの上に、新たなＳｉＣ基板１１を載置する。ステップ１０６において測定されたＳｉＣエピタキシャル膜におけるキャリア濃度が所望のキャリア濃度の範囲内である場合には、サテライトは交換することなく、第１のサテライトの上に、新たなＳｉＣ基板１１を載置する。この後、チャンバー内を真空ポンプにより所定の圧力に到達するまで排気する。

【0054】

次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、第２の成膜工程を行う。具体的には、ＳｉＣ基板１１の上に、ＳｉＣエピタキシャル膜をエピタキシャル成長させる。

【0055】

以上により、本実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法により、ＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。この後、新たなＳｉＣ基板１１に交換して、第２の成膜工程を行うことを繰り返し行ってもよい。

【0056】

上記の説明では、２種類の異なる半径の球面を有するサテライトを用いた場合について説明したが、３種類以上の異なる半径の球面を有するサテライトを用いてもよい。例えば、３種類の異なる半径の球面を有するサテライト、即ち、第１のサテライト、第２のサテライト、第３のサテライトを用いてもいよい。この場合、ステップ１０６の工程において測定されたＳｉＣエピタキシャル膜のキャリア濃度が所望の濃度よりも低い場合には、ステップ１１０の第２の成膜工程により成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜におけるキャリア濃度が所望のキャリア濃度となるように、キャリア濃度が高くなるような半径の球面により上面が形成された第２のサテライトに交換する。また、ステップ１０６の工程において測定されたＳｉＣエピタキシャル膜におけるキャリア濃度が所望の濃度よりも高い場合には、ステップ１１０の第２の成膜工程により成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜におけるキャリア濃度が所望のキャリア濃度となるように、キャリア濃度が低くなるような半径の球面により上面が形成された第３のサテライトに交換する。

【実施例】

【0057】

次に、本実施形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置１００により形成されたＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度について説明する。

【0058】

具体的には、図７に示されるように、１０枚のサテライト３０が搭載可能なサテライト収容部２３を有する搭載プレート２０を用いて、搭載プレート２０の各々のサテライト収容部２３にサテライト３０を取り付け、取り付けられたサテライト３０の上に、ＳｉＣ基板１１を載置し、載置されたＳｉＣ基板１１の上にＳｉＣエピタキシャル膜１２の成膜を行った。

【0059】

ＳｉＣ基板１１には、直径４インチ、４Ｈ－４°ｏｆｆ基板を用いた。

【0060】

サテライトは、第１のサテライトと第２のサテライトを準備した。第１のサテライトは、サテライト３０の上面３０ａが、半径５１４０ｍｍの球面の一部により形成されおり、上面３０ａの中心部分と周辺部分との高低差Ｈは、０．２４３ｍｍである。また、第２のサテライトは、サテライト３０の上面３０ａが、半径３６４０ｍｍの球面の一部により形成されており、上面３０ａの中心部分と周辺部分との高低差Ｈは、０．３４３ｍｍである。

【0061】

ＳｉＣエピタキシャル膜１２の成膜は、搭載プレート２０のサテライト収容部２３にサテライト３０を取り付け、取り付けられたサテライト３０の上にＳｉＣ基板１１を載置する。この後、チャンバー内を真空ポンプにより所定の圧力に到達するまで排気する。

【0062】

次に、研磨後のＳｉＣ基板の主面（Ｃ面）に、図４に示すような製造装置（ＣＶＤ成膜装置）を用いて、ＳｉＣエピタキシャル膜を５μｍの厚さで成膜した。この際、搭載プレート２０の各々のサテライト収容部２３に取り付けられたサテライトの上に載置されたＳｉＣ基板を自公転させながら、原料ガスをキャリアガスとともに供給した。

【0063】

また、成膜の際の成長温度を１６００℃とし、上記手順で得られた、ＳｉＣ基板の主面にＳｉＣエピタキシャル膜が形成されたＳｉＣエピタキシャルウェハに関し、ＣＶ測定装置を用いてキャリア濃度を測定した。

【0064】

図８は、第１のサテライトを用いてＳｉＣ基板１１の上にＳｉＣエピタキシャル膜１２の成膜を行った場合における、ＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度分布と、第２のサテライトを用いてＳｉＣ基板１１の上にＳｉＣエピタキシャル膜１２の成膜を行った場合における、ＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度分布を示す。

【0065】

各々の測定値は、図９に示されるように、ＳｉＣエピタキシャル膜１２が成膜されたＳｉＣエピタキシャルウェハ１０において、ＳｉＣ基板１１のオリエンテーションフラットが、Ｘ方向に沿うように設置した場合に、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の中心を通るＹ軸上、及び、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の中心を通るＸ軸上の２１の測定点について、キャリア濃度の測定を行った。

【0066】

この結果、図８に示されるように、第１のサテライト、及び、第２のサテライトを用いた場合、ともにＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度は、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０の中心部分が低く、周辺部分が高くなる傾向にあった。

【0067】

また、第１のサテライトを用いた場合よりも、第２のサテライトを用いた場合の方が、ＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度が高くなる。これは第２のサテライトは、第１のサテライトよりも高低差Ｈが大きく、より凹んでいるためＳｉＣ基板１１の中心部分の温度が下がり、キャリア濃度が上昇するからである。

【0068】

従って、サテライトの上面の凹部の高低差を変えること、即ち、上面を形成する球面の半径を変えることにより、成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度を調整することができる。具体的には、成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度を増やしたい場合には、サテライトの上面の凹部の高低差が大きい、即ち、上面を形成する球面の半径が小さなサテライトを用いて、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の成膜を行う。また、成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度を減らしたい場合には、サテライトの上面の凹部の高低差が小さい、即ち、上面を形成する球面の半径が大きいサテライトを用いて、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の成膜を行う。これにより、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０間におけるキャリア濃度を均一にすることができる。

【0069】

図１０は、搭載プレート２０の１０個のサテライト収容部２３の各々すべてに第１のサテライトを取り付けて、各々の第１のサテライトの上にＳｉＣ基板１１を載置して、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の成膜を行った場合におけるＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度を示す。図１０における横軸のＰ１～Ｐ１０は、１０個のサテライト収容部２３の位置を示しており、各々のＳｉＣエピタキシャルウェハ１０に対応している。図１０に示されるように、１０枚のＳｉＣエピタキシャルウェハ１０におけるＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度より、１０枚のＳｉＣエピタキシャルウェハ１０におけるＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度の平均（ａｖｅ）、キャリア濃度の最大値（ｍａｘ）、最小値（ｍｉｎ）より、（ｍａｘ－ｍｉｎ）／ａｖｅの値は、約１７．０％であった。

【0070】

図１１は、図１０に示される結果を踏まえ、搭載プレート２０の１０個のサテライト収容部２３のうち、キャリア濃度が低い位置Ｐ１、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ９、Ｐ１０のサテライト収容部２３において、第１のサテライトを第２のサテライトに交換し、各々のサテライトにＳｉＣ基板１１を載置して、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の成膜を行った場合におけるＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度を示す。即ち、図１１は、図１０に示される結果に基づきサテライトを交換して第２の成膜工程を行った結果であり、第２の実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法に対応するものである。

【0071】

図１１における横軸は、Ｐ１～Ｐ１０は、１０個のサテライト収容部２３の位置を示している。図１１に示されるように、１０枚のＳｉＣエピタキシャルウェハ１０におけるＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度より、（ｍａｘ－ｍｉｎ）／ａｖｅの値は、約１１．６％であった。

【0072】

従って、図１０に示されるように、搭載プレート２０の１０個のサテライト収容部２３の各々すべてに第１のサテライトを取り付けて、ＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜した場合よりも、図１１に示されるように、キャリア濃度が低いサテライト収容部２３に取り付けられている第１のサテライトを第２のサテライトに交換してＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜した場合の方が、ＳｉＣエピタキシャルウェハ１０におけるＳｉＣエピタキシャル膜１２のキャリア濃度を均一にすることができる。

【0073】

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。

【符号の説明】

【0074】

１１ ＳｉＣ基板
１１ａ 主面
１２ ＳｉＣエピタキシャル膜
２０ 搭載プレート
２０ａ 上面
２０Ａ 回転軸
２３ サテライト収容部
３０ サテライト
３０ａ 上面
４０ 原料ガス導入管
５０ 原料ガス
６０ シーリング
６０ａ 中央部
１００ ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】