JP2011018772A - 炭化珪素単結晶成膜装置用サセプタ - Google Patents

Abstract

【課題】SiC単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製する炭化珪素単結晶成膜装置において、サセプタの座ぐりの底部表面に堆積するSiC堆積物による座ぐり底面とSiC単結晶基板裏面との間に生じる隙間を防止し、均一な特性のSiCエピタキシャル膜が形成できるサセプタを提供する。
【解決手段】炭化珪素単結晶基板を載置するサセプタ７に、炭化珪素単結晶基板を載置する座ぐり底面１０ａと、収容した基板の周縁を取り囲む周囲側壁と、周囲側壁に沿ってサセプタの厚み方向に掘り込まれたリング状の溝１１とを備え、炭化珪素単結晶基板の直径ｘ、座ぐり底面の直径ｙ、及び溝幅ｚとの関係がｙ＋ｚ＜ｘ＜ｙ＋２ｚであって、かつ、０（mm）＜ｚ≦４（mm）を満たす座ぐり１０を設ける。
【選択図】図６

Description

本発明は、炭化珪素単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製する炭化珪素単結晶成膜装置に用いられるサセプタに関するものである。

炭化珪素(SiC)は、耐熱性及び機械的強度に優れ、物理的、化学的に安定なことから、耐環境性半導体材料として注目されている。また、近年、高周波高耐圧電子デバイス等の基板としてSiC単結晶基板の需要が高まっている。

SiC単結晶基板を用いて、電力デバイス、高周波デバイス等を作製する場合には、通常、基板上に熱ＣＶＤ法(熱化学蒸着法)と呼ばれる方法を用いてSiC薄膜をエピタキシャル成長させたり、イオン注入法により直接ドーパントを打ち込んだりするのが一般的である。後者の場合には、注入後に高温でのアニ−ルが必要となるため、前者のエピタキシャル成長による薄膜形成が多用されている（特許文献１、２参照）。

近年、エピタキシャル成長の方法としては、ホットウォールＣＶＤ法が主流になっているが、その一般的な構成を図１に示す。図１の構成は、石英管１の中に断熱材２を入れ、さらにその中にグラファイト３を入れて、このグラファイトが外側の誘導加熱コイル４によって加熱されるようになっている。SiC単結晶基板５はグラファイト３の上に置かれており、導入された原料ガスが加熱されて分解することにより、SiC単結晶基板５上にSiCがエピタキシャル成長してSiC薄膜が形成されるものである。以前は図１のように、SiC単結晶基板をグラファイト上に置くことが一般的であったが、その場合には、原料ガスが上流（ガス供給側）から消費されてくるため、下流（ガス排出側）になるにしたがってエピタキシャル成長した薄膜の膜厚が小さくなったり、ドーピング値の設定値に対する変動が大きくなったりしていた。そこで、最近では、サセプタにSiC単結晶基板を入れ（特許文献３、４参照）、そのサセプタをグラファイト内に置き、サセプタを回転させて、エピタキシャル成長膜の膜厚やドーピング値等の特性に関して基板面内で均一性を向上させる方法が採用されるようになってきた。その方法を図２に示す。図２は、SiC単結晶基板５、グラファイト３、およびサセプタ７の部分のみの断面図を示している。グラファイト３には窪みが形成されており、その窪みの中にサセプタ７が入るようになっている。図２には回転機構の詳細は示していないが、グラファイト３の窪みの中央に穴を開け、その窪みに回転ロッドを通し、サセプタ７と連結させるものや、サセプタ７の下部から水素ガス等を吹き上げてサセプタ７を回転させる等の方法が一般的に採用されている。しかし、SiC単結晶基板を保持するサセプタ上面付近の構造は、回転機構に関係なくほぼ同様である。サセプタ７の側面図（断面図）と上面図を、それぞれ図３と図４に示す。サセプタ７にはSiC単結晶基板を保持するための座ぐり８が形成されており、座ぐり８の直径は、基板の取り扱いを容易にするために、基板の直径に対し通常２〜３ｍｍ程度大きくなっている。図３および図４は、SiC単結晶基板が１枚の場合のサセプタであるが、SiC単結晶基板が複数枚になっても、サセプタが大きくなり、SiC単結晶基板を収納する数が増加する以外に構造は変わらない。

特開2008−270682号公報 特開2005−223143号公報 特開2007−173467号公報 特開2005−109408号公報 特開2006−351865号公報 特開平10−87394号公報 特開2002-9002号公報

上述のようなサセプタを用いてエピタキシャル成長を行った場合、座ぐり８の直径がSiC単結晶基板の直径より大きいため、基板で覆われなかった座ぐりの底面にSiCがリング状に堆積することになる。通常、１回のエピタキシャル成長では１０〜２０μm程度の成長を行うため、凹部の座ぐり底面上にも同じ厚さだけ堆積されることになり、数回の成長を繰り返した後では５０〜１００μm程度の堆積物が残ることになる。一方、SiC単結晶基板を座ぐり８にセットする際に、常に堆積物の無い部分に置く事は困難であり、たとえ堆積物の無い部分に置く事ができたとしても、サセプタ回転中の遠心力や加熱時の膨張等で基板が動き、堆積物の上に基板の一端が乗り上げてしまう状況が発生する。図５に、座ぐり８の底面上にリング状に堆積したSiC堆積物９の上にSiC単結晶基板が乗り上げた模式図を示す。図５のような状態は、SiC単結晶基板５の一部が乗った状態で基板がセットされた場合、あるいは、SiC単結晶基板５が動いてその一端が堆積物９の上に乗り上げてしまった場合などに起こる。堆積物９の高さが１００μmである場合、SiC単結晶基板中央における座ぐりの底の表面と基板裏面との間に約５０μmの隙間が生じることになる。このような隙間がある状況が発生すると、SiC単結晶基板面内の温度不均一性が大きくなり、成長温度に敏感な、エピタキシャル成長膜の膜厚やドーピング値も、基板面内で大きくばらつくことになる。具体的には、例えば、２インチのSiC単結晶基板を用いた場合、これらのばらつきを標準偏差／平均値（σ/mean）で表すと、膜厚では５〜１０％、ドーピング値では１０〜１５％になる。デバイスの歩留まりを実用的なものにするためには、このばらつきは、膜厚で５％以下、ドーピング値では５〜１０％程度にすることが求められている。一方、上記問題の解決策の一つとして、エピタキシャル成長終了毎に、座ぐりの底面上の堆積物９を除去することが考えられるが、SiCの場合堆積物の付着力が強いため、完全に除去することは困難であり、また生産性にも影響を及ぼすことになる。

したがって、今後デバイスへの応用が期待されるSiCエピタキシャル成長基板であるが、現状のサセプタを使用している限りでは、エピタキシャル膜厚やドーピング値といった基本的特性の面内分布がばらついたエピタキシャル基板を使用することになる。したがってこのようなエピタキシャル基板を用いて作製されるデバイスの特性もばらついたものになり、その歩留まりが低下することになる。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、SiC単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製する炭化珪素単結晶成膜装置において、サセプタの座ぐりの底部表面に堆積するSiC堆積物によって、座ぐり底面とSiC単結晶基板裏面との間に隙間が生じ、形成されるSiCエピタキシャル膜の特性の均一性低下を防止できる炭化珪素単結晶成膜装置サセプタを提供することを目的とする。

本発明は、SiC単結晶基板を保持するためにサセプタに形成されている凹状の座ぐりにおいて、座ぐりの周囲側壁に沿って座ぐり底面に溝を有するサセプタ構造とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、完成したものである。

即ち、本発明は、
(1) 炭化珪素単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製する炭化珪素単結晶成膜装置に使用され、炭化珪素単結晶基板を載置するサセプタであって、該サセプタは、炭化珪素単結晶基板を収容する円形凹状の座ぐりを有し、前記座ぐりは、炭化珪素単結晶基板を載置する座ぐり底面と、収容した基板の周縁を取り囲む周囲側壁と、周囲側壁に沿ってサセプタの厚み方向に掘り込まれたリング状の溝とを備え、前記炭化珪素単結晶基板の直径ｘ、前記座ぐり底面の直径ｙ、及び前記溝幅ｚとの関係が、
ｙ＋ｚ ＜ ｘ ＜ ｙ＋２ｚ
であって、かつ、
０（mm）＜ ｚ ≦ ４（mm）
を満たすことを特徴とする炭化珪素単結晶成膜装置用サセプタ、
(2) 前記溝の底部表面から前記座ぐり底面までの距離Ｓが、
０（μm）＜ Ｓ ＜６００（μm）
であることを特徴とする上記（1）記載の炭化珪素単結晶成膜装置用サセプタ、及び
(3) 前記座ぐり底面からサセプタ上面までの距離Ｌが、収容する炭化珪素単結晶基板の厚さに対して±５０μｍの範囲内である上記(1)又は(2)に記載の炭化珪素単結晶成膜装置用サセプタ、
である。

本発明によれば、SiC単結晶をエピタキシャル成長させて炭化珪素単結晶膜を繰り返し製造しても、炭化珪素単結晶基板に成長できなかった余分な堆積物が基板の周縁に設けられた溝に溜まり、座ぐり底面を常に平坦に保つことができるため、エピタキシャル成長膜の膜厚やドーピング値に関して面内分布の均一性に優れた高品質なSiC単結晶薄膜を歩留まりよく製造できる。

一般的なホットウォールＣＶＤ法の構成を示す断面図。 一般的なホットウォールＣＶＤ法における、ホットウォール部（グラファイト）とサセプタの関係を示す断面図。 ホットウォールＣＶＤ法に用いられる従来のサセプタの断面図。 ホットウォールＣＶＤ法に用いられる従来のサセプタの上面図。 従来のサセプタを用いた場合の、サセプタ上にリング状に堆積したSiC堆積物の上に、SiC単結晶基板の一部が乗った状態を示す断面図。 （ａ）は本発明のサセプタの上面図、（ｂ）はＡ-Ａ’断面図。 本発明のサセプタにおける座ぐりの形状を示す説明図。 本発明のサセプタ上にSiC単結晶基板を乗せた場合の一例を説明する図。 本発明のサセプタ上にSiC単結晶基板を乗せた場合の他の例を説明する図。 本発明を２インチ基板用サセプタに適用した場合の、座ぐり内のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面の直径ｙと溝の幅ｚとの関係を示すグラフ。 本発明のサセプタを用いて成膜した２インチSiC単結晶エピタキシャル膜の膜厚の面内分布を示す図。 本発明のサセプタを用いて成膜した２インチSiC単結晶エピタキシャル膜のドーピング密度の面内分布を示す図。 本発明のサセプタを用いて成膜した３インチSiC単結晶エピタキシャル膜の膜厚の面内分布を示す図。 本発明のサセプタを用いて成膜した３インチSiC単結晶エピタキシャル膜のドーピング密度の面内分布を示す図。 従来のサセプタを用いて成膜した２インチSiC単結晶エピタキシャル膜の膜厚の面内分布を示す図。 従来のサセプタを用いて成膜した２インチSiC単結晶エピタキシャル膜のドーピング密度の面内分布を示す図。

本発明の具体的な内容について述べる。
まず、SiC単結晶基板上へSiC単結晶をエピタキシャル成長させてSiC単結晶薄膜を製造する方法について述べる。一般的な方法としては、サセプタ７にSiC単結晶基板５をセットし（図２）、このサセプタ７を成長炉６内（図１）にある誘導加熱されるグラファイト３内に入れる（図１、２）。成長炉内を真空排気した後、水素ガスを導入して圧力を１×１０⁴〜３×１０⁴Paに調整する。その後、圧力を一定に保ちながらグラファイト３の温度を上げ、１４００〜１５００℃程度で１０〜３０分間、水素中あるいは塩化水素を導入して塩化水素中でのSiC単結晶基板のエッチングを行う。この操作は、研磨等に伴うSiC単結晶基板表面の変質層を取り除き、清浄な表面を出すためのものである。その後、温度をSiC成長温度である１５００〜１６００℃に上げ、原料ガスであるSiH₄とC₂H₄を導入してSiCの成長を開始する。SiH₄ガス流量は４０〜５０cm³/min、C₂H₄ガス流量は３０〜４０cm³/minである。この場合、SiC成長速度（膜厚の増加速度）は６〜７μm/hrである。この成長速度は、通常必要とされるSiCエピタキシャル成長膜の膜厚が１０〜２０μm程度であるため、生産性を考慮して決定されたものである。所定時間SiCを成長させ、所望の膜厚が得られた時点でSiH₄とC₂H₄ガスの導入を止め、水素ガスのみ流した状態で温度を下げる。温度が常温まで下がった後、水素ガスの導入を止める。次に、成長炉６内を真空排気し、不活性ガスを成長炉６内に導入して（成長室内を不活性ガスで置換して）、成長炉６内を大気圧に戻してから、サセプタ７を取り出す。取り出したサセプタ７には、SiC単結晶基板５が収納されており、SiC単結晶基板５の表面にはSiC単結晶がエピタキシャル成長した膜が成膜されている。

次に、上述のようなSiC単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製するSiC単結晶成膜装置に用いられる、本発明のサセプタの上面図を図６（ａ）に示す。また、図６（ａ）のサセプタＡ-Ａ'における断面図を図６（ｂ）に示す。本発明のサセプタは２つの凹部を有している。即ち、SiC単結晶基板を保持するための座ぐり１０と、座ぐりの内周囲側壁に沿って形成され、その底部表面が座ぐり底面１０aより低くなるようにしたリング状の溝１１との２つ凹部である。

特許文献５や特許文献６には、特に、シリコン単結晶基板（シリコンウエーハ）に気相成長する場合であるが、上記と類似して、サセプタの凹状座ぐりの内周部に溝が形成されている。このうち、特許文献６の図２に示された溝８は、座ぐりの周囲側壁が基板側に迫り出した突出部６を有した特殊な座ぐり部にシリコンウエーハを装着しやすくするために施されたものである。また、特許文献５の図１に示された溝５は、半導体集積回路を気相成長で製造する際に、シリコンウエーハが座ぐり部側壁と固着するのを防止するために施されたものであるが、座ぐり内部のシリコンウエーハ支持台（座ぐり底面）がシリコンウエーハよりも大きくなっている。したがって、特許文献５や特許文献６の溝では、本発明の目的は達成できない。本発明では、座ぐりの周囲側壁が基板側に迫り出すことはなく、後述するような溝によって炭化珪素単結晶基板に成長できなかった余分な堆積物を効率的に溜めることができ、本発明の作用効果が得られるものである。

また、特許文献７には、半導体基板にシリコン層を成長させるＣＶＤ炉等の薄膜形成装置に使用されるサセプタに関し、半導体基板のオリエンテーションフラット部で一部露出する座ぐり部内に不要なシリコンが堆積して半導体基板と座ぐり部主面との密着性が悪くなるのを防止するために、座ぐり部内の外周縁に沿う溝を設けることが開示されている。しかしながら、前記サセプタでは、半導体基板表面がサセプタ外周上面より低く設置されているので、成長温度の低いシリコン層を形成させる場合には問題にならないが、シリコンより成長温度が遥かに高くなるSiC単結晶のエピタキシャル成長させる場合には、サセプタの座ぐり部側壁の角部にSiCが析出することになり、前記SiC析出物によってSiC単結晶基板がサセプタに固着したり、前記SiC析出物が邪魔になってSiC単結晶基板が取り出せなくなったりする。また、シリコンの成膜では再蒸発することはないが、前記SiC析出物が最蒸発してSiC析出物よりも下にあるSiC単結晶基板上に付着して表面欠陥を引き起こすことになる。

よって、本発明では、サセプタ上面１２と座ぐり１０内のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面１０ａとの距離（座ぐりの深さ）Ｌは、用いられるSiC単結晶基板の厚さ程度である。即ち、Ｌは、SiC単結晶基板の厚さと同じ、又はSiC単結晶基板の厚さ±５０μｍの範囲が好ましい。通常、Ｌは、４００μm程度である。

図８に本発明のサセプタ上にSiC単結晶基板を乗せた場合の断面図を示す。図８より明らかなように、SiC単結晶基板５の直径が座ぐり１０内のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面１０ａの直径ｙよりも大きく、さらにSiC単結晶基板５の外周には、溝１１があるため、SiC堆積物１３は溝１１の上に堆積され、SiC単結晶基板５とSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面１０ａとの密着性は常に良好に保たれている。その結果、SiC単結晶基板の平面内で温度の均一性が良好になる。しかし、実際には、サセプタ回転中の遠心力等によりSiC単結晶基板５が動き、図９のようにSiC単結晶基板中心とサセプタの座ぐり中心とが一致しなくなるのが一般的である。SiC単結晶基板５が、図９のように移動した場合に、もし、座ぐり１０内のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面１０ａが露出するようになると、その露出部にSiCが堆積する。即ち、上述のように、その後の成膜において、設置するSiC単結晶基板が前記SiC堆積物によって支持面１０ａとの間に隙間ができる。そこで、本発明では、図９のように、SiC単結晶基板５が移動した状態でも、SiC堆積物１３が溝１１の上のみに堆積されるためには、SiC単結晶基板５の直径をｘ、座ぐり10内のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面10ａの直径をｙ、溝11の幅をｚとすると、
ｙ＋ｚ ＜ ｘ ＜ ｙ＋２ｚ ・・・［１］
である必要がある。ｘがｙ＋ｚ以下であると、上述のようにSiC単結晶基板５が移動した場合に、SiC単結晶基板を支持する座ぐり底面１０ａが露出することになる。一方、ｘが、特許文献７と同様にｙ＋２ｚと同じであると、SiC単結晶をエピタキシャル成長させる場合には、SiC単結晶基板と座ぐり部側面や上面との間をSiCが堆積して接着させることになる。ｘが、ｙ＋２ｚを超えると、SiC単結晶基板５がサセプタの座ぐり１０に入らなくなる。よって、ｘとｙ＋２ｚとの間には、適度な隙間画ある方が好ましく、具体的には、（ｙ＋２ｚ）−ｘが、SiC単結晶のエピタキシャル成長膜の膜厚以上であるのがより好ましい。

更に、溝１１の幅ｚに関し、
０(mm) ＜ ｚ ≦ ４(mm) ・・・［２］
の範囲である必要がある。溝１１の幅ｚの値を大きくして４ｍｍを越えると、溝１１の上にあるSiC単結晶基板の領域が増えるため（座ぐり底面１０ａと接していないSiC単結晶基板５の突き出し部分が増えるため）、その部分での基板温度が大きく下がり、基板温度に関して基板面内の均一性が低下する。溝１１の幅ｚのより好ましい範囲は、
１(mm) ≦ ｚ ≦ ４(mm) ・・・［３］
である。溝幅ｚの値を１ｍｍ未満に小さくすると、溝１１の開口部が減少するため、SiC堆積物が溝１１の底まで入りにくくなる場合がある。その場合、溝１１の側壁にSiCが堆積されるようになり、成膜を繰り返すに伴い、ｚの値が更に小さくなり、SiC単結晶基板のセットが難しくなる場合がある。即ち、繰り返しの成膜できる回数が少なくなる。よって、生産性を考慮すると、溝幅は１ｍｍ以上であることがより好ましい。

２インチ基板（x=50.8mm）の場合を例にして、ｙ、ｚの関係を図１０に示す。上記式［１］の関係から、
(ｘ−ｙ)／２ ＜ ｚ ＜ ｘ−ｙ ・・・[４]
に表せることができ、かつ上記式［２］を満足するものあることから、図１０のｚ＝５０．８−ｙ、ｚ＝(５０．８−ｙ)／２、ｚ＝４の３本の直線で囲まれた三角形の内部が、本発明の効果が得られるｙとｚの組み合わせになる。

溝１１の底部表面と座ぐり１０内のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面１０ａとの距離Ｓ（図７）は、
０(μｍ) ＜ Ｓ ＜ ６００(μm)
の範囲であるのが、より好ましい。成膜を繰り返し行い、その回数を重ねると、SiC堆積物１３の高さが増し、座ぐり１０のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面１０ａよりも高くSiCが堆積され、SiC単結晶基板５がSiC堆積物１３の上に乗った状態でサセプタに載置される。このようになると、SiC単結晶基板５と座ぐり１０の座ぐり底面１０ａとの密着性が悪くなり、SiC単結晶基板５の表面における温度分布の均一性が低下する。この不都合を避けるためには、上記距離Ｓ（段差）を大きくすれば良い。但し、距離Ｓが６００μｍを超えると、その部分からの放熱が多くなり、SiC単結晶基板５の表面における温度分布の均一性が低下する場合がある。生産性を考慮すると、更に好ましくは、
４００(μｍ) ≦ Ｓ ≦ ５００(μm)
である。

サセプタの材質は、通常、黒鉛（グラファイト）等の炭素材料であるが、高融点材料、黒鉛コート高融点材料、高融点材料コート黒鉛等の黒鉛以外の材料を部分的に使用してもよい。例えば、水素中でのグラファイト加熱による炭化水素の発生を避けるため、グラファイトの上にTaCをコーティングしたサセプタも用いられる。

(実施例１)
２インチ(50.8mm)ウェーハ用SiC単結晶インゴットから、スライスし、粗削りとダイヤモンド砥粒による通常研磨を実施し、４００μｍの厚さの４Ｈ型のポリタイプを有するSiC単結晶基板を作製した。前記SiC単結晶基板のSi面に、SiC単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製した。SiC単結晶基板のオフ角は８°である。用いたサセプタの構造は、図８に示したｙが４８mm、ｚが２mmであり、また、図７に示した溝の底部表面と座ぐり内のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面との距離Ｓが４５０μm、サセプタ上面１２と座ぐり底面１０ａとの距離Ｌが４００μｍである。なお、このサセプタは、新品の状態から下記と同条件で２０回成長を行った後のものを用いており、その間にサセプタ上のSiC堆積物の除去は行っていない。

成膜の手順としては、このサセプタに前記SiC単結晶基板を入れて成長炉内にセットし、成長炉内を真空排気した後、水素ガスを１５００００cm³/minで導入しながら圧力を１．０×１０⁴Paに調整した。その後、サセプタを回転し、圧力を一定に保ちながら成長炉の温度を上げ、１５５０℃に到達した後、塩化水素を１０００cm³/min流し、２０分間基板のエッチングを行った。エッチング後、温度を１６００℃まで上げ、SiH₄流量を４０cm³/min、C₂H₄流量を３０cm³/min(C/Siモル比=1.5)、ドーピングのためのN₂流量を１０cm³/min流し、SiC単結晶のエピタキシャル薄膜を１０μmの膜厚に成長させた。この時の成長速度は７μm/hr程度であった。

このようにして、SiC単結晶をエピタキシャル成長させて成膜した基板の、膜厚の面内分布を図１１に、ドーピングの面内分布を図１２に示す。σ/meanで表した膜厚の面内分布ばらつきは２．３％、ドーピングの面内分布ばらつきは４．０％と良好であった。特に、SiC単結晶基板の端部におけるデータのばらつきが小さくなっていることから、本発明のサセプタにおいては、SiC単結晶薄膜の成膜を繰り返し行うことによって生じるSiC堆積物が起因となるSiC単結晶基板の表面温度の不均一性が抑制されてことがわかる。

(実施例２)
実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する３インチ(76mm)のSiC単結晶基板（厚さ４００μｍ）のSi面に、SiC単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製した。SiC単結晶基板のオフ角は８°である。成膜手順、温度等の成膜条件は、実施例１と同様である。用いたサセプタの構造は、図８に示したｙが７２．５mm、ｚが３mmであり、また、図７に示した溝の底部表面と座ぐり内のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面との距離Ｓが４５０μmであり、サセプタ上面１２と座ぐり底面１０ａとの距離Ｌが３７５μｍである。なお、このサセプタは、新品の状態から下記と同条件で１０回成長を行った後のものを用いており、その間にサセプタ上のSiC堆積物の除去は行っていない。

成膜後のSiC単結晶のエピタキシャル成長膜について、膜厚の面内分布を図１３に、ドーピングの面内分布を図１４に示す。σ/meanで表した膜厚の面内分布ばらつきは４．４％、ドーピングの面内分布ばらつきは６．６％であり、この場合もSiC単結晶基板の端部におけるデータのばらつきが小さくなっていた。

(実施例３〜７)
実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ(50.8mm)のSiC単結晶基板（厚さ４００μｍ）のSi面に、SiC単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製した。SiC単結晶基板のオフ角は８°である。成膜手順、温度等の成膜条件は、実施例１と同様である。なお、サセプタは、新品の状態から実施例１と同条件で１０回成長を行った後のものを用いており、その間にサセプタ上のSiC堆積物の除去は行っていない。用いたサセプタの構造と、成膜後のSiC単結晶のエピタキシャル成長膜についてσ/meanで表した膜厚の面内分布とドーピングの面内分布ばらつきを、表1にまとめて示す。表１中のｘ、ｙ、ｚ、Ｓ及びＬの定義は実施例１の場合と同様である。

実施例３より、溝の底部表面と座ぐり内のSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面との距離Ｓが大きくなると、その部分からの放熱によりSiC単結晶基板の表面温度の不均一性が増し、本発明の作用効果の得られる許容範囲であるが、ドーピングの面内分布のばらつきが大きくなる傾向がある。また、実施例５では、膜厚の面内分布とドーピングの面内分布は、良好であった。但し、Ｓが１００μmと浅いため、更に成膜回数を増やすと、SiC堆積物の上面がSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面よりも高くなり始め、SiC単結晶基板と座ぐり底面との密着性が悪くなり、膜厚の面内分布やドーピングの面内分布ばらつきが大きくなる。したがって、Ｓに関しては、膜厚の面内分布とドーピングの面内分布、及び、成膜効率から、特に、４００〜５００μｍがより好ましい。

実施例６については、膜厚の面内分布とドーピングの面内分布は、良好であった。但し、本発明の範囲内であるが、ｚが小さいため、溝の側壁に付着したSiC堆積物によって、SiC単結晶基板がサセプタ内に収納し難くなるという傾向が見られた。特に、更に成膜回数を増やすと、前記傾向が著しくなった。実施例7は、実施例６よりもｚが大きくなっているため、実施例６で見られたSiC単結晶基板のサセプタ内への収納に手間がかかるということはこの時点では生じていない。したがって、ｚに関しては、１〜４ｍｍがより好ましい。

また、Ｌに関して、４００μｍ厚みの基板に対して、±５０μｍであれば、良好なSiC単結晶のエピタキシャル成長膜が得られている。例えば、実施例７と同じ条件で、Ｌを３２５μｍにした場合には、基板がサセプタ上面から浮き上がり過ぎて、膜厚のばらつきが大きくなる等良好な膜が得られなかった。一方、Ｌを４７５μｍにした場合には、基板がサセプタ上面から下になり過ぎて、サセプタの座ぐり部側壁の角部にＳｉＣが析出し、その再蒸発によって得られた膜に欠陥が生じた。

(比較例１)
比較例として、実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ(50.8mm)のSiC単結晶基板（厚さ400μｍ）のSi面に、SiC単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製した。SiC単結晶基板のオフ角は８°である。成膜手順、温度等の成膜条件は、実施例１と同様であるが、使用したサセプタは座ぐり底面に溝１１のない従来型（ｘ＝50.8mm、ｙ＝51mm、ｚ＝０mm、Ｓ＝０μm、Ｌ＝400μm）であり、新品の状態から２０回成長を行った後のものを用い、その間にSiC堆積物の除去は行っていない。成膜後のSiC単結晶のエピタキシャル成長膜について、膜厚の面内分布を図１５に、ドーピングの面内分布を図１６に示す。σ/meanで表した膜厚の面内分布ばらつきは６．０％、ドーピングの面内分布ばらつきは１１．８％と、実施例1に比べて悪化している。特に、図１２と図１６の比較から、図１６ではSiC単結晶基板の端部での値が大きく変動していることが分かる。これは、SiC単結晶基板のこの部分の温度が下がっていることを示しており、２０回成長を行ったことによるSiC堆積物の上に、SiC単結晶基板が乗っているために生じたものである。

(比較例２〜５)
実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ(50.8mm)のSiC単結晶基板（厚さ400μｍ）のSi面に、SiC単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製した。SiC単結晶基板のオフ角は８°である。成膜手順、温度等の成膜条件は、実施例１と同様である。なお、サセプタは、新品の状態から実施例１と同条件で２０回成長を行った後のものを用いており、その間にサセプタ上のSiC堆積物の除去は行っていない。用いたサセプタの構造と、成膜後のSiC単結晶のエピタキシャル成長膜についてσ/meanで表した膜厚の面内分布とドーピングの面内分布のばらつきを、表２にまとめて示す。

比較例２は、ｚが本発明の上限値を超えた場合の例であり、座ぐり底部の溝幅が大きすぎ、その部分からの熱放散が大きいため、膜厚の面内分布とドーピングの面内分布のばらつきが大きくなっている。また、比較例３はｙ＋ｚ＝ｘの場合、比較例４及び５はｙ＋ｚ＞ｘの場合であり、既に２０回の成長を行った後のサセプタを使用しているため、その間にSiC単結晶基板を支持する座ぐり底面の端、あるいは底面上に付着したSiC堆積物のため、SiC単結晶基板と座ぐり底面の密着性が悪くなり、SiC単結晶基板の表面温度の不均一性が増して、ばらつきが大きくなっている。特に、比較例５は、単結晶基板よりも座ぐり底面の方が大きい場合であり、特許文献５と同様の構成になるものである。

本発明によれば、SiC単結晶基板上へのSiC単結晶をエピタキシャル成長させて成膜するSiC単結晶成膜装置において、SiC単結晶のエピタキシャル成長させた薄膜に関し、膜厚やドーピング値の基板面内での分布が均一で、高品質なSiC単結晶エピタキシャル膜を有するSiC単結晶基板を提供することが可能である。そのため、このようなSiC単結晶基板上に電子デバイスを形成すれば、デバイスの特性及び歩留まりが向上する。本実施例においては、SiC単結晶基板を１枚のみセットした場合の結果を示しているが、サセプタを大きくし、SiC単結晶基板の枚数を増やした場合でも、その効果は同様である。

１ 石英管
２ 断熱材
３ グラファイト
４ 誘導加熱コイル
５ SiC単結晶基板
６ 成長室
７ サセプタ
７ａ サセプタ上面
８ 座ぐり
９ SiC堆積物
１０ 座ぐり
１０ａ 座ぐり内のSiC単結晶を支持する座ぐり底面
１１ 溝
１２ サセプタ上面
１３ SiC堆積物

Claims (3)

1. 炭化珪素単結晶をエピタキシャル成長させて薄膜を作製する炭化珪素単結晶成膜装置に使用され、炭化珪素単結晶基板を載置するサセプタであって、該サセプタは、炭化珪素単結晶基板を収容する円形凹状の座ぐりを有し、前記座ぐりは、炭化珪素単結晶基板を載置する座ぐり底面と、収容した基板の周縁を取り囲む周囲側壁と、周囲側壁に沿ってサセプタの厚み方向に掘り込まれたリング状の溝とを備え、前記炭化珪素単結晶基板の直径ｘ、前記座ぐり底面の直径ｙ、及び前記溝幅ｚとの関係が、
   ｙ＋ｚ ＜ ｘ ＜ ｙ＋２ｚ
   であって、かつ、
   ０（mm）＜ ｚ ≦ ４（mm）
   を満たすことを特徴とする炭化珪素単結晶成膜装置用サセプタ。
2. 前記溝の底部表面から前記座ぐり底面までの距離Ｓが、
   ０（μm）＜ Ｓ ＜６００（μm）
   であることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素単結晶成膜装置用サセプタ。
3. 前記座ぐり底面からサセプタ上面までの距離Ｌが、収容する炭化珪素単結晶基板の厚さに対して±５０μｍの範囲内である請求項１又は２に記載の炭化珪素単結晶成膜装置用サセプタ。

Images