JP2014019596A - Epitaxial growth apparatus, silicon carbide epitaxial wafer, and manufacturing method for silicon carbide epitaxial wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素パワーデバイス等に用いられるエピタキシャルウエハを作製するエピタキシャル成長装置、炭化珪素エピタキシャルウエハ、および炭化珪素エピタキシャルウエハ製造方法に関する。 The present invention relates to an epitaxial growth apparatus for manufacturing an epitaxial wafer used for a silicon carbide power device or the like, a silicon carbide epitaxial wafer, and a silicon carbide epitaxial wafer manufacturing method.
ＳｉＣ（炭化珪素）は、Ｓｉ（珪素）と比較してバンドギャップが大きく、また絶縁破壊電界強度、飽和電子速度、および熱伝導度などの物性値が優れており、半導体パワーデバイスの材料として優れた性質を有する。特に、ＳｉＣを用いたパワーデバイス（以下、ＳｉＣパワーデバイスとも称する）は、電力損失の大幅な低減やデバイスの小型化等が可能となり、電源電力変換時の省エネルギー化が実現できるため、電気自動車の高性能化、あるいは太陽電池システム等の高機能化等、低炭素社会を実現する上でキーデバイスとなる可能性を有している。 SiC (silicon carbide) has a larger band gap than Si (silicon), and has excellent physical properties such as dielectric breakdown field strength, saturation electron velocity, and thermal conductivity, and is an excellent material for semiconductor power devices. Have the same properties. In particular, power devices using SiC (hereinafter also referred to as SiC power devices) can significantly reduce power loss, reduce the size of the device, etc., and can realize energy saving during power supply power conversion. It has the potential to become a key device for realizing a low-carbon society such as higher performance or higher functionality of solar cell systems.
ＳｉＣパワーデバイスを製造する際には、予め熱化学気相堆積（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によりＳｉＣバルク基板上に半導体デバイスの活性領域をエピタキシャル成長させておくことが必須である。ここで、活性領域とは、結晶中におけるドーピング密度および膜厚が精密に制御されて形成された成長方向軸を含む断面領域を示す。なお、以下では、エピタキシャル成長によって形成された活性領域をエピタキシャル成長層とも称する。ＳｉＣバルク基板上にエピタキシャル成長層が必要とされる理由は、デバイスの設計仕様によってドーピング濃度および膜厚がほぼ規定されるからであり、また、通常はＳｉＣバルク基板のドーピング濃度よりも高精度の制御性が求められるためである。 When manufacturing a SiC power device, it is essential that an active region of a semiconductor device is epitaxially grown on a SiC bulk substrate in advance by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. Here, the active region refers to a cross-sectional region including a growth direction axis formed by precisely controlling the doping density and the film thickness in the crystal. Hereinafter, an active region formed by epitaxial growth is also referred to as an epitaxial growth layer. The reason why the epitaxial growth layer is required on the SiC bulk substrate is that the doping concentration and the film thickness are almost prescribed by the design specification of the device, and the control is usually more accurate than the doping concentration of the SiC bulk substrate. This is because sex is required.
ＳｉＣバルク基板上にエピタキシャル成長層を形成したウエハのことを、以下ではエピタキシャルウエハとも称する。ＳｉＣパワーデバイスはエピタキシャルウエハに対して様々な加工を施して作製されるため、一枚のウエハから所望の特性を有するデバイスが作製される個数の割合（いわゆる素子歩留り）は、エピタキシャル成長層の電気的特性の均一性に強く依存している。すなわち、エピタキシャルウエハ面内において他の領域に比べて絶縁破壊電界が小さい領域、あるいは、一定の電圧を印加した際に相対的に大きな電流が流れるような局所的な領域が存在すれば、当該領域を含むデバイスの特性は例えば耐電圧特性が劣ってしまい、相対的に小さな電圧が印加された場合でも、いわゆるリーク電流が流れるという不具合が生じる。言い換えれば、素子歩留りを第一義的に規定する要素はエピタキシャルウエハの結晶学的な均一性である。当該均一性を阻害する要因としては、エピタキシャル成長時の不具合に起因する、いわゆる種々の電流リーク欠陥の存在が知られている。 A wafer in which an epitaxial growth layer is formed on a SiC bulk substrate is also referred to as an epitaxial wafer below. Since SiC power devices are manufactured by performing various processes on an epitaxial wafer, the ratio of the number of devices having desired characteristics manufactured from a single wafer (so-called element yield) is the electrical ratio of the epitaxial growth layer. It strongly depends on the uniformity of characteristics. That is, if there is a region in the epitaxial wafer surface where the breakdown electric field is smaller than other regions or a local region where a relatively large current flows when a certain voltage is applied, the region For example, the withstand voltage characteristic is inferior in the characteristics of the device including a so-called leak current even when a relatively small voltage is applied. In other words, the factor that primarily defines the device yield is the crystallographic uniformity of the epitaxial wafer. As a factor inhibiting the uniformity, the existence of so-called various current leak defects due to defects during epitaxial growth is known.
上述の結晶欠陥に共通する特徴は、結晶における原子配列の周期性が結晶成長方向に沿って局所的に不完全となっている点である。ＳｉＣのエピタキシャル成長によって生じる欠陥として、その表面形状の特徴から、キャロット欠陥、三角欠陥、ダウンフォール欠陥等と呼称される電流リーク欠陥が知られている。 A feature common to the above crystal defects is that the periodicity of atomic arrangement in the crystal is locally incomplete along the crystal growth direction. As defects generated by epitaxial growth of SiC, current leak defects called carrot defects, triangular defects, downfall defects, and the like are known from the surface shape characteristics.
上記の欠陥の発生を抑制する方法として、従来では、例えば、４度オフＳｉＣ基板に対し、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理後、１５００℃で２０分間エッチングを行った後、基板温度を１６００℃、Ｃ／Ｓｉ＝１．０の条件でエピタキシャル成長した場合、三角欠陥を伴うダウンフォール欠陥が２．８個／ｃｍ２であるのに対し、成長温度のみを１６５０℃に高温化することによって、上記の欠陥密度を０．６個／ｃｍ２に低減する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。 As a method for suppressing the occurrence of the above-described defects, conventionally, for example, a 4-degree off-SiC substrate is subjected to CMP (Chemical Mechanical Polishing) treatment, etching is performed at 1500 ° C. for 20 minutes, and then the substrate temperature is set to 1600 ° C. When epitaxial growth is performed under the condition of C / Si = 1.0, the number of downfall defects with triangular defects is 2.8 / cm 2 , whereas only the growth temperature is increased to 1650 ° C. A method for reducing the defect density to 0.6 / cm 2 is disclosed (for example, see Patent Document 1).
またエピタキシャル装置の代表的部材であるサセプタに対して、４００℃以上の温度で、ＣｌＦ３（三フッ化塩素）ガスによりクリーニングするという手法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。 In addition, a technique of cleaning a susceptor, which is a representative member of an epitaxial apparatus, with ClF 3 (chlorine trifluoride) gas at a temperature of 400 ° C. or higher is disclosed (for example, see Patent Document 2).
特許文献１では、ダウンフォール欠陥を伴う三角欠陥について記載されているが、実際には、三角欠陥を伴わない孤立ダウンフォール欠陥もエピタキシャルウエハに存在する。当該孤立ダウンフォール欠陥も、上述の電流リーク欠陥となることが知られている。しかし、特許文献１では、孤立ダウンフォール欠陥のような三角欠陥を伴わないダウンフォール欠陥の低減方法について開示されてない。 Patent Document 1 describes a triangular defect accompanied by a downfall defect, but actually, an isolated downfall defect not accompanied by a triangular defect also exists in the epitaxial wafer. It is known that the isolated downfall defect also becomes the above-described current leak defect. However, Patent Document 1 does not disclose a method for reducing a downfall defect without a triangular defect such as an isolated downfall defect.
上記の孤立ダウンフォール欠陥は、エピタキシャル成長装置内等において形成されるエピタキシャル成長に寄与しないＳｉＣの粒子（以下、ＳｉＣ粒子とも称する）が、エピタキシャル成長の開始直前やエピタキシャル成長中に、ＳｉＣ基板あるいはエピタキシャル成長表面に付着することによって発生することが知られている。 In the isolated downfall defect, SiC particles (hereinafter also referred to as SiC particles) formed in the epitaxial growth apparatus or the like do not contribute to the epitaxial growth adhere to the SiC substrate or the epitaxial growth surface immediately before the start of the epitaxial growth or during the epitaxial growth. It is known to occur by
ＳｉＣには、多種のポリタイプが存在する。エピタキシャル成長において、基板と同一のポリタイプが成長可能となる最も重要な要素は、基板にオフ角が設けられ、当該オフ角によって結晶格子のｃ軸に関する原子配列の周期情報が、基板およびエピタキシャル成長表面に顕わになっていることである。このような表面にＳｉＣ粒子が付着すると、付着した近傍の領域において上記の周期情報が失われ、ポリタイプの異なる積層欠陥等が形成される。あるいは、上記の領域に付着する材料ガスの実効的供給量が低下する結果、エピタキシャル成長後、成長膜厚が周囲に比べて著しく低下する。これがダウンフォールと呼ばれる電流リーク欠陥の実態である。 There are many polytypes of SiC. In epitaxial growth, the most important factor that allows the same polytype as the substrate to grow is that the substrate is provided with an off-angle, and the off-angle causes periodic information on the atomic arrangement with respect to the c-axis of the crystal lattice to be transferred to the substrate and the epitaxial growth surface. It has become obvious. When SiC particles adhere to such a surface, the above periodic information is lost in the adjoining region, and stacking faults having different polytypes are formed. Alternatively, as a result of a decrease in the effective supply amount of the material gas adhering to the above region, the growth film thickness is significantly reduced after the epitaxial growth as compared with the surroundings. This is the actual state of current leak defects called downfall.
上述の通り、上記の欠陥はＳｉＣ粒子により誘発されるものである。ＳｉＣ粒子は、エピタキシャル成長装置内に設置された基板表面に対向する表面に原料ガスの一部が供給されることによって形成される。通常、基板表面に対向する表面（以下、対向面とも称する）には、多結晶ＳｉＣがコーティングされている。コーティングされているＳｉＣはポリタイプも均一ではなく、微視的な配列も乱雑であるため、対向面上ではエピタキシャル成長が生じない。従って、基板表面上にエピタキシャル成長を継続的に行うと、対向面上に付着したＳｉＣは粒子形状を呈する様になる。また、同時に、ＳｉＣ粒子はナノメータースケールからマイクロメータースケールへと巨大化し、質量も増加する。付着したＳｉＣ粒子の接触面積に応じて決まる付着力に対し、ＳｉＣ粒子の重力、またはエピタキシャル成長装置内部のガス流が付着したＳｉＣ粒子に働く力が上回ると、ＳｉＣ粒子は対向面から脱離し、基板あるいはエピタキシャル表面に落下する。すなわち、エピタキシャル成長装置内におけるエピタキシャル成長の膜厚増大に伴い、ダウンフォール欠陥も増加する。ダウンフォール欠陥は素子歩留りを低下する原因となるため、装置内部に付着したＳｉＣ粒子を例えば機械的に除去するメンテナンスが必要となるが、当該メンテナンスはエピタキシャル成長装置の時間的稼働率を低減する主要素となる。 As described above, the above defects are induced by SiC particles. SiC particles are formed by supplying a part of the source gas to the surface facing the substrate surface installed in the epitaxial growth apparatus. In general, a surface facing the substrate surface (hereinafter also referred to as a facing surface) is coated with polycrystalline SiC. Since the coated SiC is not uniform in polytype and the microscopic arrangement is messy, epitaxial growth does not occur on the facing surface. Therefore, when the epitaxial growth is continuously performed on the substrate surface, the SiC attached on the facing surface becomes a particle shape. At the same time, the SiC particles become larger from the nanometer scale to the micrometer scale, and the mass also increases. When the force acting on the SiC particles to which the gravity of the SiC particles or the gas flow inside the epitaxial growth apparatus exceeds the adhesion force determined according to the contact area of the adhered SiC particles, the SiC particles are detached from the opposing surface, and the substrate Or it falls to the epitaxial surface. That is, as the film thickness of epitaxial growth in the epitaxial growth apparatus increases, the downfall defects also increase. Downfall defects cause a reduction in device yield, so maintenance is required to mechanically remove SiC particles adhering to the inside of the device, for example, but this maintenance is a main factor for reducing the time availability of the epitaxial growth device. It becomes.
上記より、ＳｉＣ粒子の形成は、エピタキシャルウエハの素子歩留りおよびエピタキシャル成長装置の稼働率の低下を引き起こし、生産性の低下およびＳｉＣ素子コストの増加という問題を引き起こす。 From the above, the formation of SiC particles causes a reduction in device yield of the epitaxial wafer and an operation rate of the epitaxial growth apparatus, and causes a problem of a reduction in productivity and an increase in SiC device cost.
また、特許文献２は、エッチングガスを活用することによってメンテナンスを効率化するものである。しかし、特許文献２では、メンテナンスによってＳｉＣ粒子の除去は可能であるが、ＳｉＣ粒子の付着そのものを防止することはできず、ダウンフォール欠陥を低密度化することが困難である。また、メンテナンスの頻度を抑制することも極めて困難である。さらに、クリーニングガスを構成する例えばフッ素が、エピタキシャル成長層に混入する可能性は否定できない。フッ素はＳｉＣにおいて深い準位を形成するものと考えられ、エピタキシャル成長層の電気的特性を低減する。
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228867 improves maintenance efficiency by utilizing an etching gas. However, in
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、ダウンフォール欠陥を低減して生産性を向上させることが可能なエピタキシャル成長装置、炭化珪素エピタキシャルウエハ、および炭化珪素エピタキシャルウエハ製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and provides an epitaxial growth apparatus, a silicon carbide epitaxial wafer, and a silicon carbide epitaxial wafer manufacturing method capable of improving productivity by reducing downfall defects. The purpose is to provide.
上記の課題を解決するために、本発明によるエピタキシャル成長装置は、＜０００１＞面に対して傾斜角が５度よりも小さい表面を有する炭化珪素バルク基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させて炭化珪素エピタキシャルウエハを作製するエピタキシャル成長装置であって、エピタキシャル成長時に用いる材料ガスの流路と、流路に面して設けられ、加熱領域を有する所定の部材とを備え、部材の少なくとも流路に露出する部分は、炭化珪素バルク基板と同一のポリタイプを有する単結晶炭化珪素を含んで形成されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an epitaxial growth apparatus according to the present invention includes a silicon carbide epitaxial wafer obtained by epitaxially growing silicon carbide on a silicon carbide bulk substrate having a surface having an inclination angle smaller than 5 degrees with respect to the <0001> plane. An epitaxial growth apparatus for producing a material gas flow path used for epitaxial growth, a predetermined member provided facing the flow path and having a heating region, and at least a portion of the member exposed to the flow path, A single crystal silicon carbide having the same polytype as the silicon carbide bulk substrate is formed.
本発明によると、＜０００１＞面に対して傾斜角が５度よりも小さい表面を有する炭化珪素バルク基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させて炭化珪素エピタキシャルウエハを作製するエピタキシャル成長装置であって、エピタキシャル成長時に用いる材料ガスの流路と、流路に面して設けられ、加熱領域を有する所定の部材とを備え、部材の少なくとも流路に露出する部分は、炭化珪素バルク基板と同一のポリタイプを有する単結晶炭化珪素を含んで形成されるため、ダウンフォール欠陥を低減して生産性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, there is provided an epitaxial growth apparatus for producing a silicon carbide epitaxial wafer by epitaxially growing silicon carbide on a silicon carbide bulk substrate having a surface with an inclination angle smaller than 5 degrees with respect to a <0001> plane, A flow path of the material gas to be used and a predetermined member provided facing the flow path and having a heating region, and at least a portion of the member exposed to the flow path has the same polytype as the silicon carbide bulk substrate Since it is formed including single crystal silicon carbide, it is possible to reduce downfall defects and improve productivity.
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
＜実施の形態＞
まず、本発明の実施の形態によるＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１の構成について説明する。
<Embodiment>
First, the configuration of SiC epitaxial wafer manufacturing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
図１は、本実施の形態によるＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１（エピタキシャル成長装置）の構成の一例を示す側面の断面図である。 FIG. 1 is a side sectional view showing an example of the configuration of SiC epitaxial wafer manufacturing apparatus 1 (epitaxial growth apparatus) according to the present embodiment.
図１に示すように、ＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１は、後述のＳｉＣバルク基板３７（炭化珪素バルク基板）上にＳｉＣをエピタキシャル成長させてエピタキシャルウエハ（炭化珪素エピタキシャルウエハ）を作製するための成長室２を備えている。成長室２の側面には、エピタキシャル成長時に用いる材料ガスおよびキャリアガスを成長室２内に導入するためのガス導入部である導入ノズル３が接続されている。また、成長室２の上面には、成長室２外に材料ガスおよびキャリアガスを排出するためのガス排出部である排出ノズル４が接続されている。
As shown in FIG. 1, a SiC epitaxial wafer manufacturing apparatus 1 is a
キャリアガス供給源６から供給されるキャリアガスは、キャリアガス純化器７でキャリアガスに混入されている不純物ガス成分を除去した後、ガス混合制御系８を経て、導入ノズル３から成長室２内に導入される。また、材料ガス供給源５から供給される材料ガスは、キャリアガス供給源６から供給されるキャリアガスとガス混合制御系８で混合され、導入ノズル３から成長室２内に導入される。
The carrier gas supplied from the carrier
排出ノズル４には排気ポンプ９が接続されており、排気ポンプ９によって成長室２内を真空引きすることができるようになっている。成長室２外に排出された材料ガスおよびキャリアガスは、ガス除害装置１０によって処理される。
An exhaust pump 9 is connected to the
次に、成長室２について説明する。
Next, the
成長室２は、少なくともその外周部分が、例えば石英を含む材料などのような耐熱性材料で形成されていることが好ましい。成長室２内には、材料ガスおよびキャリアガスが導入ノズル３から排出ノズル４に向かって流れるガスの流路２０が設けられている。
The
成長室２の中央付近の外周面上には、成長室２を挟んで互いに対向するように、加熱装置である誘導加熱コイル２７，２８がそれぞれ設置されている。なお、誘導加熱コイル２７，２８自体が高温になるとその近傍領域が高温化してしまうため、当該高温化を防止するために誘導加熱コイル２７，２８に冷却水用チューブを設けて水冷することが好ましい。また、冷却水用チューブに限らず、誘導加熱コイル２７，２８の近傍領域の高温化を防止する構成であればよい。
On the outer peripheral surface near the center of the
誘導加熱コイル２７と誘導加熱コイル２８との間に位置する成長室２内には、上部サセプタ２１と下部サセプタ２３とが流路２０を挟んで互いに対向するように設置されている。すなわち、上部サセプタ２１（所定の部材）は、流路２０に面して設けられ、加熱領域を有している。
In the
上部サセプタ２１と誘導加熱コイル２７との間には、断熱材２５が設置されている。また、下部サセプタ２３と誘導加熱コイル２８との間には、断熱材２６が設置されている。
A
下部サセプタ２３の流路２０側には、後述のＳｉＣバルク基板３７を支持（載置）するための基板支持具である基板ホルダ２４が設置されている。すなわち、基板ホルダ２４（所定の部材）は、流路２０に面して設けられ、加熱領域を有している。
On the
成長室２内において、基板ホルダ２４はその表面全体が流路２０に接するように（流路２０に面して）設置されているが、このように基板ホルダ２４を設置すると、流路２０において成長室２の内壁と基板ホルダ２４とによって機械的段差が形成される。当該機械的段差を軽減するために、流路２０をキャリアガスおよび材料ガスが流れる方向に対して、基板ホルダ２４よりも上流側および下流側のそれぞれに隣接して段差軽減部材２９（第１の段差軽減部材）が設置されている。
In the
また、上部サセプタ２１も流路２０に接するように（流路２０に面して）設置されており、流路２０において成長室２の内壁と上部サセプタ２１とによって機械的段差が形成される。当該機械的段差を軽減するために、流路２０をキャリアガスおよび材料ガスが流れる方向に対して、上部サセプタ２１よりも上流側および下流側のそれぞれに隣接して段差軽減部材３０（第２の段差軽減部材）が設置されている。
The
流路２０における基板ホルダ２４よりも下流側の成長室２の側面には、取り出しドア３１が開閉自在に設置されており、基板ホルダ２４の出し入れができるようになっている。取り出しドア３１にはＯリングなどが備えられており、取り出しドア３１を閉じて排気ポンプで成長室２内を真空引きしたときにおける成長室２内の気密性が保てるようになっている。なお、基板ホルダ２４の出し入れは大気圧で行うため、取り出しドア３１にリークバルブを装着しておいてもよい。
A take-out
また、取り出しドア３１には、基板ホルダ２４あるいはその近傍領域の温度を測定するために、例えばパイロメーターのような測温装置３２が設置されている。例えば、パイロメーターを測温装置３２として用いる場合には、取り出しドア３１に、パイロメーターに用いる波長に対して透過率が高い部材で形成されたビューポートを設けておく。
The take-out
次に、上部サセプタ２１について説明する。
Next, the
上部サセプタ２１は、流路２０を挟んでＳｉＣバルク基板３７を載置する基板ホルダ２４と対向する側に設けられている。上部サセプタ２１の流路２０側は、単結晶ＳｉＣ２２の薄膜が形成されている。当該単結晶ＳｉＣ２２が形成される領域は、通常１４００℃以上の高温となるが、上述の通り、従来の多結晶ＳｉＣコーティングを上部サセプタ２１に施した場合は、多結晶ＳｉＣコーティング上にＳｉＣ粒子が付着し、付着したＳｉＣ粒子がダウンフォール欠陥の原因となる。従って、本実施の形態のように、単結晶ＳｉＣ２２を上部サセプタ２１に密着して形成することによって、単結晶ＳｉＣ２２上においてＳｉＣ粒子の形成を防止してエピタキシャル成長がなされるようにすることが最も有効である。なお、単結晶ＳｉＣ２２は、単結晶ＳｉＣ基板を加工しこれらを機械的に組み合わせて形成すればよい。また、単結晶ＳｉＣ２２もそのオフ角がＳｉＣバルク基板３７と同程度でもよいが、オフ角が小さくなるとステップバンチングと呼ばれる凹凸がエピタキシャル成長膜厚の増加に伴い顕著となって現れるため、ステップバンチングを抑制するために、オフ角は例えば４度以上としてもよい。
The
また、単結晶ＳｉＣ２２が形成される領域の温度は必ずしも均一ではないため、エピタキシャルウエハと同一のポリタイプではなく、材料ガスが供給される状態において、エピタキシャル成長が優位に生じるか、あるいは、エッチングが優位に生じるかのいずれかの特性を有する単結晶ＳｉＣを用いてもよい。
In addition, since the temperature of the region where the
次に、導入ノズル３について説明する。
Next, the
図２は、本実施の形態によるＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１の構成の一例を示す上面図であり、図１に示すＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１を上面から見た図である。なお、図２では、材料ガス供給源５、キャリアガス供給源６、キャリアガス純化器７、ガス混合制御系８、排出ノズル４、排気ポンプ９およびガス除害装置１０を省略して示している。
FIG. 2 is a top view showing an example of the configuration of SiC epitaxial wafer manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment, and is a view of SiC epitaxial wafer manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 as viewed from above. In FIG. 2, the material
導入ノズル３の形状は、導入ノズル３を通って成長室２内に導入されたキャリアガスに乱流が発生することを抑制するために、急峻な角度や直線状の形状をできる限り有さないことが好ましい。具体的には、図２に示すように、導入ノズル３の形状を、少なくとも１つの変曲点を有する曲線で形成することにより、キャリアガス及び材料ガスに乱流が発生することを抑制することができる。
The shape of the
次に、段差軽減部材２９および段差軽減部材３０について説明する。
Next, the
図３は、本実施の形態による基板ホルダ２４および段差軽減部材２９を示す上面図である。段差軽減部材２９は、処理対象物であるＳｉＣバルク基板３７（図６参照）の電気伝導性にできるだけ影響を与えにくい物質で形成することが好ましい。例えば、アルミニウムや窒素のような、ＳｉＣバルク基板３７の電気伝導性に影響を与える物質をできるだけ含まないものを用いることが好ましい。さらに、段差軽減部材２９は高温になることが想定されるため、断熱性材料で形成することが好ましい。なお、段差軽減部材２９の本体部分を断熱性材料で形成し、本体部分の表面上にＳｉＣバルク基板３７の電気伝導性に影響を与えにくい、例えばＳｉＣ、ＴａＣ、あるいはグラファイト（炭素）の層をコーティングして形成してもよい。また、上記では段差軽減部材２９について説明したが、段差軽減部材３０についても同様の材料で形成することが好ましい。
FIG. 3 is a top view showing the
図１および図３に示すように、段差軽減部材２９は板状の部材であり、図１の紙面垂直方向（すなわち、図３の縦方向）の幅が基板ホルダ２４の幅とほぼ同じであって、流路２０において成長室２の内壁と基板ホルダ２４とによって形成される機械的段差をできるだけ軽減するような厚さに形成される。従って、基板ホルダ２４の流路２０と接する面と、段差軽減部材２９の流路２０と接する面とは、ほぼ同一の平面上に存在するようになる。すなわち、段差軽減部材２９（第１の段差軽減部材）の表面と基板ホルダ２４の表面とは面一となる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
また、基板ホルダ２４と段差軽減部材２９とは、できるだけ相互の間に間隔が生じないように接触して配置することが好ましい。すなわち、段差軽減部材２９を設置することによって、流路２０における機械的段差ができるだけ生じないようにすることが好ましい。このようにすることによって、成長室２内に導入されたガスに乱流が発生することを抑制することができる。
Further, it is preferable that the
また、基板ホルダ２４と段差軽減部材２９とは機械的に連結されていることが取り扱いの観点から好ましい。基板ホルダ２４と段差軽減部材２９とが機械的に連結されている場合は、図３に示すように、基板ホルダ２４の流路２０の下流側に設置された段差軽減部材２９に取り出し用部品３３を設けておくとよい。取り出し用部品３３は、具体的には、例えば貫通孔や突起状部材であって、機械的に連結された基板ホルダ２４と段差軽減部材２９とを取り出しドア３１から出し入れする際に使用することにより取り扱い効率が向上する。なお、図３では取り出し用部品３３を２つ設けた例を示しているが、これに限ることはなく、少なくとも１つ以上設けるようにすればよい。
The
また、上部サセプタ２１に隣接して設置される段差軽減部材３０も、段差軽減部材２９と同様に板状の部材であり、図１の紙面垂直方向の幅が上部サセプタ２１の幅とほぼ同じであって、流路２０における成長室２の内壁と上部サセプタ２１とによって形成される機械的段差をできるだけ軽減するような厚さに形成される。従って、上部サセプタ２１の流路２０と接する面と、段差軽減部材３０の流路２０と接する面とは、ほぼ同一の平面上に存在するようになる。すなわち、段差軽減部材３０の表面と上部サセプタ２１の表面とは面一となる。
The
また、上部サセプタ２１と段差軽減部材３０とは、できるだけ相互の間に間隔が生じないように接触して配置することが好ましい。すなわち、段差軽減部材３０を設置することによって、流路２０における機械的段差ができるだけ生じないようにすることが好ましい。このようにすることによって、成長室２内に導入されたガスに乱流が発生することを抑制することができる。
Further, it is preferable that the
次に、基板ホルダ２４について説明する。
Next, the
図４は、本実施の形態による基板ホルダ２４の一例を示す断面図である。また、図５は、図４に示す基板ホルダ２４の斜視図である。また、図６は、基板ホルダ２４でＳｉＣバルク基板３７を支持した様子を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the
基板ホルダ２４は、１５００℃程度以上の熱処理に耐え得ることが好ましい。また、処理対象物であるＳｉＣバルク基板３７の電気伝導性にできるだけ影響を与えにくい物質で形成することが好ましく、例えばアルミニウムや窒素のような、ＳｉＣバルク基板３７の電気伝導性に影響を与える物質をできるだけ含まないことが好ましい。また、ＳｉＣバルク基板３７を効率的に加熱するために、誘導加熱コイル２７の作用によって基板ホルダ２４自体に誘導電流を流して基板ホルダ２４を直接加熱できるようにすることが好ましい。
It is preferable that the
特に、基板ホルダ２４の表面は、ＳｉＣバルク基板３７とほぼ同一の温度となり、材料ガスにも曝されている。従って、上述の上部サセプタ２１と同様に、基板ホルダ２４の表面にＳｉＣ粒子が付着し、エピタキシャル成長が繰り返し行われることによって、ＳｉＣ粒子のサイズが増加する。基板ホルダ２４上に付着したＳｉＣ粒子は、上部サセプタ２１の場合とは異なり、重力の影響は受けない。しかし、流路２０におけるガスの流れにより、力学的な力が加わるため、ＳｉＣ粒子のサイズの増加に伴ってＳｉＣ粒が基板ホルダ２４から脱離する。ＳｉＣ粒子が脱離した結果、ＳｉＣバルク基板３７上にＳｉＣ粒子が付着し、このことが実効的にダウンフォール欠陥の原因となる。このような事態を考慮すると、基板ホルダ２４の表面は、単結晶ＳｉＣ基板で形成されていることが好ましい。従って、基板ホルダ２４の本体部分を高純度のグラファイト（炭素）で形成し、本体部分の少なくともガス流（流路２０）と接する面にはエピタキシャル成長膜と同一のポリタイプを有する単結晶ＳｉＣ３４を密着して形成することが、ダウンフォール欠陥の原因となるＳｉＣ粒子の形成を防止する観点から重要である。すなわち、基板ホルダ２４の少なくとも流路２０に露出する部分は、ＳｉＣバルク基板３７と同一のポリタイプを有する単結晶ＳｉＣ３４を含んで形成されている。
In particular, the surface of the
図５に示すように、基板ホルダ２４は、ＳｉＣバルク基板３７を支持（載置）するための領域である凹部３５を複数有している。１つの凹部３５に対して１枚のＳｉＣバルク基板３７を載置することができ、複数の凹部３５を有することにより複数のＳｉＣバルク基板３７を載置できるようになっている。すなわち、基板ホルダ２４に形成された凹部３５と同数のＳｉＣバルク基板３７を載置することができる。また、ＳｉＣバルク基板３７の凹部３５は、基板ホルダ２４上で格子の一辺がガスの流れる方向とほぼ平行となる２次元面心格子状に配置されている。
As shown in FIG. 5, the
図６に示すように、基板ホルダ２４の凹部３５は、凹部３５内にＳｉＣバルク基板３７が嵌まるように凹形状で形成されている。成長室２内に導入されたキャリアガスおよび材料ガスに乱流が発生することを抑制するために、凹部３５の深さは、凹部３５内に載置されたＳｉＣバルク基板３７の表面と、基板ホルダ２４の表面との間に機械的段差ができるだけ生じないように設定することが好ましい。ＳｉＣバルク基板３７の厚さと凹部３５の深さとの差は、±５００μｍ以下とすることが好ましく、±１００μｍ以下とすることがより好ましい。凹部３５内には、ＳｉＣバルク基板３７が、エピタキシャル成長用の面が上方（流路２０側）を向くように載置され、ＳｉＣバルク基板３７のエピタキシャル成長用の面が流路２０と接することになる。
As shown in FIG. 6, the
流路２０におけるキャリアガスおよび材料ガスに乱流が発生することを抑制する観点から、凹部３５は、ＳｉＣバルク基板３７の外形とほぼ同じ形状を有し、ＳｉＣバルク基板３７の外周と凹部３５との間にできるだけ間隙が生じないようにすることが好ましい。ただし、ＳｉＣバルク基板３７と基板ホルダ２４との熱膨張係数の差や、ＳｉＣバルク基板３７を凹部３５に配置したり取り出したりする作業の効率を考慮すると、ＳｉＣバルク基板３７の外周と凹部３５との間には５００μｍ程度の間隙があることが好ましい。
From the viewpoint of suppressing the occurrence of turbulent flow in the carrier gas and the material gas in the
また、ＳｉＣバルク基板３７は、表裏の研磨状態の相違によって同心円状に反っている場合が多い。凹部３５の底面３６が平坦に形成されている場合は、ＳｉＣバルク基板３７の反りによって、凹部３５の底面３６とＳｉＣバルク基板３７との間に間隙が生じる。ＳｉＣバルク基板３７の反りによって生じる間隙の大きさは、ＳｉＣバルク基板３７の口径が大きくなるほど増大する。ＳｉＣバルク基板３７を均一に加熱するためには、凹部３５の底面３６とＳｉＣバルク基板３７との間に生じる間隙ができるだけ小さい方が好ましい。従って、凹部３５の底面３６の形状は、ＳｉＣバルク基板３７の反りに合わせて湾曲していることが好ましい。具体的には、凹部３５の底面３６の断面形状が、底面３６の中心からの距離に対して２次以上の関数で表される曲線で形成されることが好ましい。
Further, the SiC bulk substrate 37 often warps concentrically due to the difference in the polishing state between the front and back surfaces. When the
特に、基板ホルダ２４の凹部３５または底面３６は、ＳｉＣバルク基板３７と部分的に接触し、原料ガスおよびキャリアガスがこれらの面に回りこむ。従って、凹部３５および底面３６もＳｉＣ単結晶で形成されていることが好ましい。底面３６とＳｉＣバルク基板３７の裏面とは部分的に接触するため、エピタキシャル成長膜厚が大きい場合は、底面３６とＳｉＣバルク基板３７の裏面とが結合する可能性がある。このような結合を防止するためには、底面３６（基板ホルダ２４のＳｉＣバルク基板３７を載置する面）あるいはＳｉＣバルク基板３７の裏面を梨地加工しておくことが好ましい。
In particular, the
次に、本実施の形態によるＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１を用いてＳｉＣバルク基板３７上にエピタキシャル成長層を形成したエピタキシャルウエハを製造する方法、およびＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１の動作について説明する。 Next, a method for manufacturing an epitaxial wafer in which an epitaxial growth layer is formed on SiC bulk substrate 37 using SiC epitaxial wafer manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment, and an operation of SiC epitaxial wafer manufacturing apparatus 1 will be described.
ＳｉＣ結晶には、ポリタイプと呼ばれる特有の周期性が存在する。すなわち、化学量論比的組成はＳｉとＣとで１対１であり、かつ、結晶格子が六方最密充填構造であっても、本構造におけるｃ軸に沿って原子配列に別種の周期性が存在し、この原子スケールでの周期および結晶格子の対称性によってＳｉＣの物性が規定される。現在、デバイス応用の観点から最も注目を集めているのは、４Ｈ−ＳｉＣと呼ばれるポリタイプである。４Ｈ−ＳｉＣを用いたパワーデバイスでは、主に原材料費を低減するという観点から、＜０００１＞面から＜１１−２０＞方向に傾斜角が５度程度よりも小さな角度で傾斜させ、かつ、Ｓｉ原子がＣ原子と比較してより安定的に配置し得る面を表面とするエピタキシャルウエハを用いることが主流である。従って、以下では、ポリタイプが４Ｈ−ＳｉＣであり、かつ、＜０００１＞面から＜１１−２０＞方向に傾斜角が５度程度よりも小さな角度で傾けた仕様のＳｉＣバルク基板３７を使用する場合について述べる。なお、上記の傾斜方向は＜１１−２０＞方向に厳密に限定されるものではなく、他の方向に傾斜した仕様としてもよい。また、ポリタイプは、４Ｈに限定されるものではなく、例えば６Ｈや３Ｃ等の他のポリタイプでもよい。 The SiC crystal has a specific periodicity called a polytype. That is, the stoichiometric composition is one-to-one between Si and C, and even if the crystal lattice is a hexagonal close-packed structure, there is another periodicity in the atomic arrangement along the c-axis in this structure. The physical properties of SiC are defined by the period on this atomic scale and the symmetry of the crystal lattice. At present, the polytype called 4H-SiC is attracting the most attention from the viewpoint of device application. In the power device using 4H-SiC, the tilt angle is tilted from the <0001> plane in the <11-20> direction at an angle smaller than about 5 degrees, mainly from the viewpoint of reducing raw material costs. The mainstream is to use an epitaxial wafer having a surface on which atoms can be arranged more stably than C atoms. Therefore, hereinafter, the SiC bulk substrate 37 having a specification in which the polytype is 4H—SiC and the tilt angle is tilted from the <0001> plane in the <11-20> direction at an angle smaller than about 5 degrees is used. Describe the case. In addition, said inclination direction is not strictly limited to <11-20> direction, It is good also as a specification inclined in the other direction. Further, the polytype is not limited to 4H, and may be another polytype such as 6H or 3C.
まず、ＳｉＣバルク基板３７を、機械研磨および酸性またはアルカリ性を呈する薬液を用いて化学機械研磨(ＣＭＰ)により平坦化処理（ＣＭＰ処理）する。ＣＭＰ処理後、ＳｉＣバルク基板３７に対してアセトン等を用いて超音波洗浄を施し、表面に付着した有機物を除去する。有機物を除去した後、硫酸と過酸化水素水とを体積比率で５：１に混合し約１３０℃（±５℃）に加熱した混合溶液中にＳｉＣバルク基板を浸漬することにより、主に金属付着物を除去する。その後、王水によりＳｉＣバルク基板の残留金属付着物を除去する。 First, the SiC bulk substrate 37 is planarized (CMP process) by mechanical mechanical polishing and chemical mechanical polishing (CMP) using a chemical solution exhibiting acidity or alkalinity. After the CMP process, the SiC bulk substrate 37 is subjected to ultrasonic cleaning using acetone or the like to remove organic substances attached to the surface. After removing the organic matter, the SiC bulk substrate is immersed in a mixed solution in which sulfuric acid and hydrogen peroxide water are mixed at a volume ratio of 5: 1 and heated to about 130 ° C. (± 5 ° C.). Remove deposits. Thereafter, residual metal deposits on the SiC bulk substrate are removed with aqua regia.
次に、ＳｉＣバルク基板３７に対して、ＲＣＡ洗浄と呼ばれるウェット薬液洗浄を行う。具体的には、ＳｉＣバルク基板３７を、７５℃（±５℃）に加熱したアンモニア水と過酸化水素水との混合溶液（１：９）中に１０分間浸した後、７５℃（±５℃）に加熱した塩酸と過酸化水素水との混合溶液（１：９）に浸す。その後、ＳｉＣバルク基板３７を、体積比率で５％程度のフッ酸を含む水溶液に浸した後、純水により置換処理を施して、ＳｉＣバルク基板３７に対する表面洗浄を行う。 Next, wet chemical liquid cleaning called RCA cleaning is performed on the SiC bulk substrate 37. Specifically, after immersing the SiC bulk substrate 37 in a mixed solution (1: 9) of aqueous ammonia and hydrogen peroxide heated to 75 ° C. (± 5 ° C.) for 10 minutes, 75 ° C. (± 5 Immersion in a mixed solution (1: 9) of hydrochloric acid and hydrogen peroxide heated to Then, after immersing the SiC bulk substrate 37 in an aqueous solution containing about 5% hydrofluoric acid by volume ratio, the SiC bulk substrate 37 is subjected to surface cleaning by performing substitution treatment with pure water.
上記の工程によって、ＳｉＣバルク基板３７のエピタキシャル成長前処理が完了する。 Through the above steps, the pretreatment for epitaxial growth of SiC bulk substrate 37 is completed.
次に、ＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１の取り出しドア３１を開け、段差軽減部材２９と機械的に連結された基板ホルダ２４を成長室２外に取り出す。そして、基板ホルダ２４の凹部３５に、ＳｉＣバルク基板３７をエピタキシャル成長用の面が上方を向くようにそれぞれ設置する。その後、ＳｉＣバルク基板３７が設置された基板ホルダ２４を段差軽減部材２９とともに成長室２内の所定の位置に導入する（図１参照）。これにより、ＳｉＣバルク基板３７のエピタキシャル成長用の面が流路２０に接することになる。そして、成長室２内に残存する意図しない分子あるいは原子状の不純物がＳｉＣバルク基板３７に悪影響を与えることを抑制するために、排気ポンプ９によって成長室２内を約１×１０−７ｋＰａ程度にまで真空引きする。
Next, the
次に、成長室２内にキャリアガスとして、例えば水素ガスを導入する。キャリアガス供給源６から供給されるガスは、キャリアガス純化器７にて混入不純物ガスを除去された後、ガス混合制御系８を経て、導入ノズル３から成長室２内に導入される。成長室２内に導入されたキャリアガスは、流路２０を通過して排出ノズル４から成長室２外に排出される。排出されたガスは、ガス除害装置１０によって除害処理される。
Next, for example, hydrogen gas is introduced into the
キャリアガスが成長室２内に導入されると、ＳｉＣバルク基板３７のエピタキシャル成長用の面にキャリアガスが接する設定下で、成長室２内の真空度が例えば２５ｋＰａ程度で一定に保持されるように圧力を制御する。
When the carrier gas is introduced into the
その後、誘導加熱コイル２８に対して通電することによって下部サセプタ２３および基板ホルダ２４を加熱し、ＳｉＣバルク基板３７を所定の処理温度、例えば１５５０℃に高温化する。高温化後、ＳｉＣバルク基板３７の温度を処理時間１８０秒間で保持し、高温アニール処理を行う。これにより、キャリアガスとして水素ガスを用いる場合は、ＳｉＣバルク基板３７の表面に付着したウェット処理で除去できないＳｉＣ塵が、水素ガスが有する還元性によって水素置換され、結果的に除去される。
Then, the
次にキャリアガスである水素ガス雰囲気中で、同一圧力を保持しつつ、ＳｉＣバルク基板３７の温度を降温する。上述の水素ガス雰囲気中における高温アニール処理工程、およびＳｉＣバルク基板３７の温度の降温工程の後、所定の結晶成長温度、例えば１４５０℃に到達した後、材料ガスの供給を行うことによって、エピタキシャル成長が開始される。 Next, the temperature of the SiC bulk substrate 37 is lowered while maintaining the same pressure in an atmosphere of hydrogen gas as a carrier gas. After reaching the predetermined crystal growth temperature, for example, 1450 ° C. after the high-temperature annealing treatment step in the hydrogen gas atmosphere and the temperature lowering step of the SiC bulk substrate 37, the epitaxial growth is performed by supplying the material gas. Be started.
材料ガスの流量は、反応炉の構造あるいは圧力によって好適な量が決まるものであり、またエピタキシャル成長速度によって大きく変化するため、一律に規定することはできないが、本実施の形態にて用いたＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１（ＣＶＤ装置）では、少なくとも、シリコン原子を含むガスとして例えば水素で９０％希釈されたＳｉＨ４（シラン）を９０ｓｃｃｍの流量で、また、炭素原子を含むガスとして例えばＣ３Ｈ８（プロパン）を２．４ｓｃｃｍの流量で同時に供給し始めるシーケンスによって、成長室２内の基板ホルダ２４に載置されたＳｉＣバルク基板３７上にエピタキシャル成長を行うことができる。
The flow rate of the material gas is determined appropriately by the structure or pressure of the reactor and greatly varies depending on the epitaxial growth rate. Therefore, it cannot be uniformly defined, but the SiC epitaxial used in the present embodiment is used. In the wafer manufacturing apparatus 1 (CVD apparatus), at least SiH 4 (silane) diluted with hydrogen, for example, 90% as a gas containing silicon atoms at a flow rate of 90 sccm, and as a gas containing carbon atoms, for example, C 3 H 8. Epitaxial growth can be performed on the SiC bulk substrate 37 placed on the
また、このとき必要に応じてＮ型ドーピング用のＮ２（窒素）ガスを同時に供給してもよく、Ｐ型ドーピング用にアルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）を含む有機金属材料を供給してもよい。さらに、成長速度の高速化を図るためにＨＣｌガスを併用してもよく、あるいは、シリコン原子を含むガスとしてシランを用いてもよい。 At this time, N 2 (nitrogen) gas for N-type doping may be simultaneously supplied as necessary, and an organic metal containing aluminum (Al), boron (B), and beryllium (Be) for P-type doping. Material may be supplied. Further, HCl gas may be used in combination in order to increase the growth rate, or silane may be used as a gas containing silicon atoms.
所望のエピタキシャル成長膜厚が得られる時間が経過した後、キャリアガス以外のガスの供給を停止し、エピタキシャル成長を終了する。 After the elapse of time for obtaining a desired epitaxial growth film thickness, the supply of gas other than the carrier gas is stopped, and the epitaxial growth is terminated.
次に、キャリアガス雰囲気中で、同一圧力を保持しつつ、ＳｉＣバルク基板３７を室温程度まで降温する。 Next, the SiC bulk substrate 37 is cooled to about room temperature while maintaining the same pressure in a carrier gas atmosphere.
上記の工程によって、ＳｉＣバルク基板３７上に炭化珪素をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウエハ（炭化珪素エピタキシャルウエハ）が完成する。 Through the above steps, an epitaxial wafer (silicon carbide epitaxial wafer) in which silicon carbide is epitaxially grown on SiC bulk substrate 37 is completed.
以上のことから、本実施の形態によれば、上部サセプタ２１の表面を単結晶ＳｉＣ２２で形成したため、材料ガスによって上部サセプタ２１の表面でエピタキシャル成長が生じ、また、成長室２をＳｉＣ粒子が形成されないように構成しているため、ダウンフォール欠陥の発生を大幅に抑制したエピタキシャルウエハを作製することができる。また、基板ホルダ２４についても同様である。
From the above, according to the present embodiment, since the surface of the
なお、本実施の形態のように単結晶ＳｉＣ２２を構成しても、単結晶ＳｉＣ２２のサイズが十分に大きくない場合には、それらを機械的に加工して組み合わせる必要がある。その結果、単結晶ＳｉＣ２２間の僅かな隙間の石英部材等にＳｉＣ粒子が形成される可能性がある。従って、ＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置１内における乱流発生をできるだけ防止し、ＳｉＣ粒子がＳｉＣバルク基板３７に付着しないようにすることが重要である。
Even if the
また、本実施の形態では、基板ホルダ２４に隣接して段差軽減部材２９を設置することにより、基板ホルダ２４のキャリアガスおよび材料ガスが流れる流路２０と接する面（基板ホルダ２４の流路２０に露出する面）と、段差軽減部材２９の流路２０と接する面（段差軽減部材２９の流路２０に露出する面）とが、ほぼ同一の平面（面一）上に存在するようにしている。従って、流路２０における機械的段差を軽減することができるため、成長室２内に導入されたガスの流れに乱流が発生することを抑制することができる。乱流が発生すると、ＳｉＣバルク基板３７上から離れたＳｉＣ粒子あるいはＳｉＣ塵が下流側に流されずに、再度ＳｉＣバルク基板３７上に付着することがある。乱流の発生を抑制することにより、ＳｉＣ塵の再付着を抑制することができるため、エピタキシャル成長後の欠陥密度が低いＳｉＣのエピタキシャルウエハを得ることができる。
Further, in the present embodiment, the
また、上部サセプタ２１に隣接して段差軽減部材３０を設置したことにより、上部サセプタ２１の流路２０と接する面（上部サセプタ２１の流路に露出する面）と、段差軽減部材３０の流路２０と接する面（段差軽減部材３０の流路に露出する面）とが、ほぼ同一の平面（面一）上に存在するようにしている。従って、流路２０における機械的段差を軽減できるため、成長室２内に導入されたガスに乱流が発生することを抑制することができる。乱流の発生を抑制することにより、エピタキシャル成長後の欠陥密度がより低いＳｉＣのエピタキシャルウエハを得ることができる。
Further, since the
また、基板ホルダ２４上に複数の凹部３５が２次元面心格子状に並ぶように配置されており、基板ホルダ２４はガスの流れる方向とほぼ平行な平面上で複数のＳｉＣバルク基板３７を支持（載置）しているため、基板ホルダ２４上にＳｉＣバルク基板３７をより稠密に配置することができる。従って、基板ホルダ２４上で複数のＳｉＣバルク基板３７をより均一に加熱することができる。
A plurality of
また、基板ホルダ２４において、格子の一辺がガスの流れる方向とほぼ平行となる平面上に２次元面心格子状にＳｉＣバルク基板３７を配置することにより、ガスが流れる方向とほぼ平行な方向で隣接するＳｉＣバルク基板３７同士の距離を縮めることなく、基板ホルダ２４上にＳｉＣバルク基板３７をより稠密に配置することができる。ガスが流れる方向とほぼ平行な方向で隣接するＳｉＣバルク基板３７同士の距離が短いと、ＳｉＣバルク基板３７上から離れたＳｉＣ塵あるいはＳｉＣ粒子がガスの流れに乗って移動し、ガスが流れる方向とほぼ平行な方向で隣接する他のＳｉＣバルク基板３７上に再度付着することがある。しかし、本実施の形態では上述のようにすることにより、ＳｉＣバルク基板３７上から離れたＳｉＣ塵あるいはＳｉＣ粒子が、ガスが流れる方向とほぼ平行な方向で隣接する他のＳｉＣバルク基板３７上に再度付着することを抑制できる。
Further, in the
また、本実施の形態では、基板ホルダ２４の凹部３５が２次元面心格子状に並んで配置される場合について説明したが、エピタキシャル成長膜の膜厚およびドープ濃度の均一化を徹底するためには、基板ホルダ２４を図７に示すような円盤状の形状として、当該円盤の表面に凹部３５を加工して形成し、凹部３５にＳｉＣバルク基板３７を配置（載置）するようにしてもよい。また、少なくとも上記の円盤の中心を軸として回転可能なようにしてもよい。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施の形態では、図１に示すように、段差軽減部材２９を成長室２の内壁と接触するように設置しているが、必ずしも成長室２の内壁と接触して設置する必要はなく、基板ホルダ２４の流路２０と接する面と、段差軽減部材２９の流路２０と接する面とが、ほぼ同一の平面上に存在するように設置されていればよい。また、段差軽減部材３０についても同様に、上部サセプタ２１の流路２０と接する面と、段差軽減部材３０の流路２０と接する面とが、ほぼ同一の平面上に存在するように設置されていればよい。すなわち、段差軽減部材２９，３０の厚さや形状等は適宜設定すればよく、また、板状の部材である必要もない。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
また、本実施の形態では、誘導加熱コイル２７，２８を成長室２の外面に設置したが、これに限るものではなく、成長室２の内部に設置してもよい。また、加熱装置として誘導加熱コイル２７，２８を用いたが、これに限るものではない。しかし、誘導加熱コイルは広い範囲を均一に加熱することが可能であるため、多くのＳｉＣバルク基板３７に対してエピタキシャル成長を行う場合は、誘導加熱コイルを用いることが好ましい。
Moreover, in this Embodiment, although the induction heating coils 27 and 28 were installed in the outer surface of the
また、本実施の形態では、導入ノズル３を成長室２の側面に接続したが、接続箇所は側面に限るものではなく、例えば、成長室２の上面や下面など他の箇所でもよい。また、排出ノズル４についても同様である。
In the present embodiment, the
また、導入ノズル３の個数は１個に限らず、複数個であってもよい。例えば、多数の微細なノズルを密集して設けることによって、ガスに乱流が発生することを抑制することができる。また、排出ノズル４についても同様である。
Further, the number of
また、本実施の形態では、段差軽減部材２９，３０を成長室２内に設置することによって流路２０における機械的段差を軽減した。しかし、この段差軽減部材２９，３０を成長室２の内壁の一部として一体となるように形成してもよい。すなわち、成長室２の内壁と、基板ホルダ２４の流路２０と接する面と、上部サセプタ２１の流路２０と接する面とが、ほぼ同一の平面（面一）上となるように形成してもよい。
Further, in the present embodiment, the mechanical level difference in the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.
１ ＳｉＣエピタキシャルウエハ製造装置、２ 成長室、３ 導入ノズル、４ 排出ノズル、５ 材料ガス供給源、６ キャリアガス供給源、７ キャリアガス純化器、８ ガス混合制御系、９ 排気ポンプ、１０ ガス除害装置、２０ 流路、２１ 上部サセプタ、２２ 単結晶ＳｉＣ、２３ 下部サセプタ、２４ 基板ホルダ、２５，２６ 断熱材、２７，２８ 誘導加熱コイル、２９，３０ 段差軽減部材、３１ 取り出しドア、３２ 測温装置、３３ 取り出し用部材、３４ 単結晶ＳｉＣ、３５ 凹部、３６ 底面、３７ ＳｉＣバルク基板。 1 SiC epitaxial wafer manufacturing apparatus, 2 growth chamber, 3 introduction nozzle, 4 discharge nozzle, 5 material gas supply source, 6 carrier gas supply source, 7 carrier gas purifier, 8 gas mixing control system, 9 exhaust pump, 10 gas removal Harmful device, 20 flow path, 21 upper susceptor, 22 single crystal SiC, 23 lower susceptor, 24 substrate holder, 25, 26 heat insulating material, 27, 28 induction heating coil, 29, 30 step reduction member, 31 take-out door, 32 measurement Temperature device, 33 member for removal, 34 single crystal SiC, 35 recess, 36 bottom surface, 37 SiC bulk substrate.
Claims (10)
前記エピタキシャル成長時に用いる材料ガスの流路と、
前記流路に面して設けられ、加熱領域を有する所定の部材と、
を備え、
前記部材の少なくとも前記流路に露出する部分は、前記炭化珪素バルク基板と同一のポリタイプを有する単結晶炭化珪素を含んで形成されることを特徴とする、エピタキシャル成長装置。 An epitaxial growth apparatus for producing a silicon carbide epitaxial wafer by epitaxially growing silicon carbide on a silicon carbide bulk substrate having a surface with an inclination angle smaller than 5 degrees with respect to a <0001> plane,
A flow path of a material gas used during the epitaxial growth;
A predetermined member provided facing the flow path and having a heating region;
With
The epitaxial growth apparatus characterized in that at least a portion of the member exposed to the flow path includes single crystal silicon carbide having the same polytype as the silicon carbide bulk substrate.
前記第１の段差軽減部材の表面と前記基板ホルダの表面とは面一であることを特徴とする、請求項２に記載のエピタキシャル成長装置。 A step difference between the substrate holder and the inner wall of the epitaxial growth apparatus is reduced, and further provided with a first step reduction member provided adjacent to the upstream and downstream sides of the flow path with respect to the substrate holder,
The epitaxial growth apparatus according to claim 2, wherein a surface of the first step reducing member and a surface of the substrate holder are flush with each other.
前記第２の段差軽減部材の表面と前記サセプタの表面とは面一であることを特徴とする、請求項３に記載のエピタキシャル成長装置。 Further reducing a step between the susceptor and the inner wall of the epitaxial growth apparatus, and further comprising a second step reducing member provided adjacent to the susceptor on the upstream side and the downstream side of the flow path,
The epitaxial growth apparatus according to claim 3, wherein a surface of the second level difference reducing member and a surface of the susceptor are flush with each other.
（ａ）前記炭化珪素バルク基板を前記エピタキシャル成長装置内の前記所定の部材の位置に導入する工程と、
（ｂ）前記流路に前記材料ガスを供給し、前記炭化珪素バルク基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させる工程と、
を備える、炭化珪素エピタキシャルウエハ製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer using the epitaxial growth apparatus according to any one of claims 1 to 8,
(A) introducing the silicon carbide bulk substrate into the position of the predetermined member in the epitaxial growth apparatus;
(B) supplying the material gas to the flow path, and epitaxially growing silicon carbide on the silicon carbide bulk substrate;
A silicon carbide epitaxial wafer manufacturing method comprising:
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