JP6018909B2

JP6018909B2 - ウェハホルダーおよびエピタキシャルウェハの製造装置

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Publication number: JP6018909B2
Application number: JP2012284009A
Authority: JP
Inventors: 晶宮坂; 賢治百瀬
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014127612A

Description

本発明は、チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置に用いられるウェハホルダー、および、そのウェハホルダーを備えたエピタキシャルウェハの製造装置に関する。

例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に対して、バンドギャップが約３倍、絶縁破壊電界強度が約１０倍、熱伝導度が約３倍という優れた物性を有しており、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。

このようなＳｉＣ半導体デバイスの製造には、通常、ＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられる。このＳｉＣエピタキシャルウェハは、昇華再結晶法等を用いて作製されたＳｉＣ単結晶基板（ＳｉＣウェハ）の面上に、ＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣ単結晶薄膜（ＳｉＣエピタキシャル層）をエピタキシャル成長させることで作製される。

また、エピタキシャルウェハの製造装置としては、チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたＳｉＣウェハの面上にＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長させる化学的気相成長（ＣＶＤ）装置が用いられる。
ＳｉＣのエピタキシャル成長は、１５００℃以上の高温で行われる。ＳｉＣのエピタキシャル成長に用いられるＣＶＤ法としては、横方向にガスを流す方法や縦方向にガスを流す方法等、種々の形態が挙げられる。特許文献１や特許文献２に記載されている横型のホットウオール法や、特許文献３〜５に記載されている自公転型のＣＶＤ装置は、その典型的なものである。いずれの方法においても、高温度に保持されたＳｉＣ基板上に材料ガスを流通させてエピタキシャル成長が行われる。その際、ガスの上流側と下流側でエピタキシャル成長の膜厚が変化したり、ドーピング濃度が変化したりするということが起こるため、最近の装置では、ウェハを載置したウェハ支持台（サセプター）を回転させることにより、結晶成長中にＳｉＣ基板を回転させている（特許文献２参照）。

これらの装置において、ウェハはウェハ支持台の上に載置されているが、ウェハが回転により移動しないように、ウェハ支持台に円形凹状の座繰り加工部を設ける等してウェハを支持している。

また、複数枚の基板を同時にエピタキシャル成長させる装置では、複数のウェハ支持台を乗せた搭載プレートが回転（公転）し、さらにウェハ支持台自体が回転(自転)する、自公転型のものが用いられる（特許文献３〜５参照）。

この自公転型のＣＶＤ装置では、ウェハ支持台（基板ホルダ）を収容するための複数の凹状の収容部を有する搭載プレートに、基板ホルダが自転可能な状態で収容され、基板ホルダ上にＳｉＣウェハが搭載されてエピタキシャル成長が行われる。引用文献４では、基板ホルダの中央に円形凹状の座繰り加工部が設けられ、その座繰り加工部にＳｉＣウェハが載置される。また、座繰り加工部の代わりに、基板部分の周辺部の凸部分を別のリング状の部品で構成する場合もある。
また、別の基板ホルダの形態である引用文献５に記載されている装置では、ＳｉＣウェハが載置されるウェハ支持台（基板ホルダ）を収容する複数の凹状の収容部を有する搭載プレートに、基板ホルダを支持するために、収容部と、収容部に収容された基板ホルダとの間に中心リングを挿入し、中心リングを収容部の内側面に当接するとともに、中心リングで基板ホルダの側面を囲んでいる。さらに、中心リングの上面および基板ホルダの外縁を覆うように、中心リングとは別体のカバーリング（ダミー基板）を配置する。このカバーリングにおける、中心リングの上面および基板ホルダの外縁を覆っていない部分（カバーリングの内側）にＳｉＣウェハが収容され、基板ホルダ上にＳｉＣウェハが載置される（特許文献５参照）。

ところで、ＣＶＤ装置では、成膜中に、搭載プレートがその中心軸周りに回転駆動されるとともに、複数の基板ホルダが各々の中心軸周りに回転駆動される。そのため、特許文献５に記載の発明では、この回転駆動に伴って、中心リングと基板ホルダが擦れ合って、パーティクルと呼ばれる微細な屑が生じることがあった。このようなパーティクルが、ＳｉＣウェハの面上やＳｉＣエピタキシャル層の面上に付着すると、ＳｉＣエピタキシャル層の膜質が著しく低下する。

また、ＳｉＣウェハは高価であり、サイズが大きくなるほど高価である。そのため、ＳｉＣウェハの面上にＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長させる条件を調整する際には、実際のエピタキシャルウェハの製造時に用いられるものよりもサイズが小さいＳｉＣウェハを用いることにより、コストを削減することが望まれていた。

特開２００８−２７０６８２号公報特開２０１１−１８７７２号公報特開平１−２７８４９８号公報米国特許第５７９９７７号明細書特表２００４−５０７６１９号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、上述したパーティクルの低減を図ることによって、高品質なエピタキシャル層をウェハの面上に安定して堆積成長させることが可能であるとともに、サイズが小さいウェハを用いてエピタキシャル層を堆積成長させる条件を調整することが可能なウェハホルダー、および、そのようなウェハホルダーを用いることによって、製品歩留まりの更なる向上を可能とするとともに、低コストでエピタキシャル層を堆積成長させる条件を調整することを可能としたエピタキシャルウェハの製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の手段を提供する。
（１）チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハ支持台の上に搭載されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置において、前記ウェハ支持台の上に載置されるウェハホルダーであって、
前記ウェハ支持台は、その上面の中央にウェハ載置面を有するとともに、周辺部に段差面を有し、
前記ウェハホルダーは、前記ウェハ支持台の上面の一部を覆うとともに、前記ウェハ支持台の上面側に前記ウェハを載置する平面視円形状の開口部を有する平板状の支持部、および、前記ウェハ支持台の外周と同じ外周を有する円環状の外嵌部を備え、
前記支持部と前記外嵌部は一体に形成され、
前記開口部の端部が平面視で前記ウェハ支持台のウェハ載置面の外周に接する位置にあり、
前記開口部の直径は、前記ウェハ支持台のウェハ載置面の直径の０．５倍より大きくかつ１倍未満であることを特徴とするウェハホルダー。
（２）チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置において、前記ウェハが載置されるウェハ支持台を収容する複数の凹状の収容部を有する搭載プレート上に、前記ウェハ支持台および前記ウェハを支持するために用いられるウェハホルダーであって、
前記ウェハ支持台は、その上面の中央にウェハ載置面を有するとともに、周辺部に段差面を有し、
前記ウェハ支持台の上面の一部を覆うとともに、前記ウェハ支持台の上面側に前記ウェハを載置する平面視円形状の開口部を有する平板状の支持部、および、前記ウェハ支持台の外周と同じ外周を有する円環状の外嵌部を備え、
前記支持部と前記外嵌部は一体に形成され、
前記開口部の端部が平面視で前記ウェハ支持台のウェハ載置面の外周に接する位置にあり、
前記開口部の直径は、前記ウェハ支持台のウェハ載置面の直径の０．５倍より大きくかつ１倍未満であることを特徴とするウェハホルダー。
（３）前記支持部と前記外嵌部は炭化珪素が用いられていることを特徴とする前項（１）または（２）に記載のウェハホルダー。
（４）チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置であって、
前記ウェハが載置されるウェハ支持台を収容する複数の凹状の収容部を有し、これら複数の収容部が周方向に並んで配置された搭載プレートと、
前記搭載プレートとの間で反応空間を形成するように、前記搭載プレートの上面に対向して配置された天板と、
前記搭載プレートの下面側と前記天板の上面側のいずれか一方または両方に配置されて、前記ウェハ支持台に載置されたウェハを加熱する加熱手段と、
前記天板の上面中央部から前記反応空間内に前記原料ガスを導入するガス導入口を有して、このガス導入口から放出された原料ガスを前記反応空間の内側から外側に向かって供給するガス供給手段と、を備え、
前記ウェハ支持台および前記ウェハは、前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載のウェハホルダーによって、前記搭載プレートに支持されることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造装置。

このウェハホルダーでは、開口部の端部が平面視でウェハ支持台のウェハ載置面の外周に接する位置にあり、開口部の直径が、ウェハ支持台のウェハ載置面の直径の０．５倍より大きくかつ１倍未満であることから、実際のエピタキシャルウェハの製造時に用いられるものよりもサイズが小さいウェハを用いて、ウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させる条件を調整することが可能である。すなわち、ウェハ支持台が自転しているので、ウェハ支持台のウェハ載置面の面内の分布（成長層厚やキャリア濃度）が回転対称であるため、ウェハ支持台の回転中心からウェハ載置面の外周までのデータがすべて測定され、ウェハ支持台の載置面のデータ全てを推定できる。これにより、高価である大口径のウェハを用いることなく、エピタキシャル層を堆積成長させる条件の調整を行うことができるため、費用を削減することができる。また、生産工程においても、このウェハホルダーを用いることにより、生産する基板の口径を簡単に変更することが可能になる。

本発明に係るウェハホルダーは、ウェハが自転しながら成長する方式のエピタキシャル装置に適用することができる。図２に示すようなウェハがプラネタリ（自公転）せずに、自転のみする場合に適用しても、上記の効果が得られる。

また、本発明に係るウェハホルダーでは、支持部と外嵌部が一体に形成されていることから、搭載プレートが自公転する場合において、支持部と外嵌部が擦れ合って、パーティクルが生じることがない。また、支持部と外嵌部が一体に成形されているため、支持部の強度が補強され、開口部の大きさを大きくとっても破損し難い。

また、本発明に係るエピタキシャルウェハの製造装置では、本発明に係るウェハホルダーによって一体として、ウェハ支持台およびウェハを搭載プレートに支持させていることから、ウェハ上にエピタキシャル層を堆積成長させる際に、搭載プレートが自公転しても、ウェハ位置が固定されて、がたつきが少なくパーティクルが生じることがないので、ウェハの面上に、パーティクルが埋め込まれることなく、高品質のエピタキシャル層を薄膜形成することが可能である。

本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置の第一の実施形態を示す断面模式図である。本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置の第一の実施形態を構成する搭載プレートの一例を示す平面模式図である。本発明を適用したウェハホルダーの一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置の第二の実施形態を示す断面模式図である。実施例において、ＳｉＣエピタキシャル層を形成した後の４インチのＳｉＣウェハについて膜厚を測定した位置を示す平面模式図である。実施例および比較例において、ＳｉＣエピタキシャル層を形成した後のＳｉＣウェハについて膜厚分布を示すグラフである。比較例において、ＳｉＣエピタキシャル層を形成した後の６インチのＳｉＣウェハについて膜厚を測定した位置を示す平面模式図である。実施例および比較例において、ＳｉＣエピタキシャル層を形成する際、ＳｉＣウェハ上におけるキャリア濃度分布を示すグラフである。

以下、本発明を適用したウェハホルダーおよびエピタキシャルウェハの製造装置について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かり易くするために、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等が実際と同じであるとは限らない。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、本発明はそれらに必ずしも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。

（１）第一の実施形態
（エピタキシャルウェハの製造装置、ウェハホルダー）
図１は、本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置の第一の実施形態を示す断面模式図である。図２は、本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置の第一の実施形態を構成する搭載プレートの一例を示す平面模式図である。図３は、本発明を適用したウェハホルダーの一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置は、例えば、図１に示すようなＣＶＤ装置１であり、図示を省略する減圧排気可能なチャンバ（成膜室）内に、ＳｉＣの原料ガスＧを供給しながら、加熱されたＳｉＣウェハＷの面上にＳｉＣエピタキシャル層（図示せず。）を堆積成長させるものである。なお、原料ガスＧには、例えば、Ｓｉ源にシラン（ＳｉＨ_４）、炭素（Ｃ）源にプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）を含むものを用いることができ、さらに、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）を含むものを用いことができる。

具体的に、このＣＶＤ装置１は、チャンバの内部において、複数のＳｉＣウェハＷが載置される搭載プレート２と、この搭載プレート２との間で反応空間Ｋを形成するように、搭載プレート２の上面に対向して配置されたシーリング（天板）３と、搭載プレート２およびシーリング３の外側に位置して、反応空間Ｋの周囲を囲むように配置された周壁４とを備えている。

搭載プレート２は、円盤状の回転台５と、この回転台５の下面５ｂ中央部に取り付けられた回転軸６とを有し、回転台５は、この回転軸６と一体に回転自在に支持されている。また、回転台５の上面５ａ側には、ＳｉＣウェハＷが載置される円盤状のウェハ支持台（基板ホルダ）７を収容する複数の凹状の収容部８が設けられている。

収容部８は、平面視（回転台５の上面５ａ側から見て）円形状をなし、回転台５の周方向（回転方向）に等間隔に複数並んで設けられている。図２では、収容部８が等間隔に６個並んで設けられている場合を例示する。
ウェハ支持台７の上面は、後述するウェハホルダー９の外嵌部９ｃの内径よりも小さなウェハ載置面７ａと、外嵌部９ｃが嵌り込む段差部７ｂとを有する。
また、ウェハ支持台７は、回転台５の収容部８の内径よりも僅かに小さい外径を有し、収容部８の底面の中央部にあるピン状の小突起（図示せず）によって下から支えられることにより、回転台５の収容部８に、各々の中心軸周りに回転自在に支持されている。

ウェハホルダー９は、ウェハ支持台７の上面、すなわち、ウェハ載置面７ａの一部（主に外縁部）を覆うとともに、ウェハ支持台７のウェハ載置面７ａ側にＳｉＣウェハＷを載置する平面視円形状の開口部９ａを有する、平面視した外形が円形状の支持部９ｂ、および、支持部９ｂに対して垂直に設けられ、ウェハ支持台７の段差部７ｂとの間に挿入され、支持部９ｂと同じ外径を有し、収容部８の内側面８ａに当接するとともに、平面視円環状の外嵌部９ｃを備えている。
また、支持部９ｂと外嵌部９ｃは一体に形成されている。ここで、支持部９ｂと外嵌部９ｃが一体に形成されているとは、支持部９ｂと外嵌部９ｃが同一の材料で連続して（境目がなく）形成されていること、および、支持部９ｂと外嵌部９ｃが同一の材料または異なる材料で形成され、接着剤による接着、溶着、溶接等によって一体化されていることを言う。

また、図３に示すように、ウェハホルダー９の開口部９ａのなす円Ｘ_１は、回転台５の収容部８に収容されたウェハ支持台７のウェハ載置面７ａのなす円Ｘ_２に内接し、開口部９ａの直径Ｄ_１は、ウェハ支持台７の直径Ｄ_２の０．５倍より大きくかつ１倍未満である。なお、ウェハホルダー９の開口部９ａのなす円Ｘ_１が、回転台５の収容部８に収容されたウェハ支持台７のウェハ載置面７ａのなす円Ｘ_２に内接するとは、すなわち、ウェハホルダー９の開口部９ａのなす円Ｘ_１が、ウェハホルダー９の外嵌部９ｃの内側面がなす円Ｘ_３に内接していることを言う。これにより、ウェハホルダー９の開口部９ａのなす円Ｘ_１の中心Ｃ_１は、回転台５の収容部８に収容されたウェハ支持台７のウェハ載置面７ａのなす円Ｘ_２の中心Ｃ_２と重なることなく、ずれて配置される。

また、ウェハホルダー９の開口部９ａのなす円Ｘ_１が、回転台５の収容部８に収容されたウェハ支持台７のなす円Ｘ_２に内接し、ウェハホルダー９の開口部９ａの直径Ｄ_１が、ウェハ支持台７のウェハ載置面７ａの直径Ｄ_２の０．５倍より大きくかつ１倍未満であることにより、開口部９ａ内に載置されたＳｉＣウェハＷは、回転台５の上面５ａ側において、少なくとも、ウェハ支持台７の上面７ａ全面を覆うように載置されたＳｉＣウェハの中心から外周に渡る領域（ウェハ支持台７のウェハ載置面７ａ全面を覆うように載置されたＳｉＣウェハの半径方向の領域）に重なるように配置される。

ウェハホルダー９の支持部９ｂの厚さ、言い換えれば、ウェハホルダー９がウェハ支持台７に支持された状態で、ウェハ支持台７のウェハ載置面７ａから支持部９ｂにおけるウェハ支持台７のウェハ載置面７ａと対向する面とは反対側の面（上面）９ｄまでの高さは、ＳｉＣウェハの厚さＷに対して、５０％以上かつ１５０％以下であることが好ましく、８０％以上かつ１３０％以下であることがより好ましく、９０％以上かつ１１０％以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、ウェハホルダー９の開口部９ａおよびＳｉＣウェハは回転中心に対して偏った位置に配置されるため、ウェハホルダー９の支持部９ｂの厚さとＳｉＣウェハの厚さが大きく異なると、ウェハ支持台７の重心が回転中心からずれてしまい回転が変則的になってしまうためである。特に、駆動用ガスによりウェハ支持台７を回転駆動させる機構の場合、駆動力が小さいため、回転が変則的になると、複数のウェハ支持台７間で回転の差が生じやすくなる。複数のウェハ支持台７間で回転の差があると、複数のウェハ支持台７間で特性の差が生じてしまうので好ましくない。

また、図１に示すように、ウェハホルダー９の上面９ｄは、回転台５の上面５ａと同一面か、それよりも下側にあることが好ましい。ＳｉＣウェハが支持部９ｂより高い場合、ＳｉＣウェハ端部で原料ガスの流れの乱れ（層流の乱れ）が生じやすく、ＳｉＣウェハ端部のエピタキシャル層の特性が内側と差が生じてしまう場合がある。さらに、ＳｉＣウェハがウェハホルダー９の上面９ｄと略同一面上にあることが最も好ましい。この場合、原料ガスの流れを乱さない。

ウェハホルダー９の開口部９ａは、円形であることが望ましい。また、ＳｉＣウェハとして、オリエーテンションフラット（ＯＦ）がついている場合は、ＳｉＣウェハと相似形でＯＦに対応する直線部があってもよい。ウェハ支持台７のウェハ載置面７ａ上に、ＳｉＣウェハにも支持部９ｂにも覆われていない部分があると、その部分にＳｉＣ結晶が堆積するため、ＳｉＣウェハがウェハ載置面７ａに対し浮く場合がある。そこで、この直線部を設けることにより、ＯＦの外側のウェハ載置面７ａに不要な炭化珪素が堆積することを防止できる。また、直線部は、ウェハホルダー９の支持部９ｂにおける、ウェハ支持台７のウェハ載置面７ａの外周と接する面とは反対側に設けられることが好ましい。直線部は、面内分布のデータを不足させることがないためである。

ウェハホルダー９には、炭化珪素を用いるのが望ましい。ウェハホルダー９の支持部９ｂの表面をＳｉＣウェハと同じ材料で形成することにより、ＳｉＣウェハ周辺部の特性のばらつきを小さくすることができる。また、ウェハホルダー９の支持部９ｂの表面に堆積したＳｉＣは強固に付着するため、剥離してパーティクルとなることが少ない。

そして、搭載プレート２は、いわゆるプラネタリ（自公転）方式を採用している。搭載プレート２は、図示を省略する駆動モータにより回転軸６が回転駆動されると、回転台５がその中心軸周りに回転駆動される。複数のウェハ支持台７は、原料ガスとは別の駆動用ガスが各々のウェハ支持台７の下面と収容部との間に供給されることにより、各々の中心軸周りに回転駆動される仕組みとなっている（図示せず）。これにより、複数のウェハ支持台７に載置された各ＳｉＣウェハＷに対して均等に成膜を行うことが可能である。

シーリング３は、搭載プレート２の回転台５と略一致した径を有する円盤状の部材であり、回転台５の上面と相対向しながら、搭載プレート２との間で扁平状の反応空間Ｋを形成している。周壁４は、搭載プレート２およびシーリング３の外周部を取り囲むリング状の部材である。

ＣＶＤ装置１は、ウェハ支持台７に載置されたＳｉＣウェハＷを加熱する加熱手段として、高周波誘導加熱により搭載プレート２およびシーリング３を加熱するための誘導コイル１０を備えている。この誘導コイル１０は、搭載プレート２（回転台５）の下面およびシーリング３の上面に、それぞれ近接した状態で対向配置されている。

そして、このＣＶＤ装置１では、図示を省略する高周波電源から誘導コイル１０に高周波電流が供給されると、搭載プレート２（回転台５およびウェハ支持台７）およびシーリング３が高周波誘導加熱により加熱されて、これら搭載プレート２およびシーリング３からの輻射や、ウェハ支持台７からの熱伝導等により、ウェハ支持台７に載置されたＳｉＣウェハＷを加熱することが可能となっている。

なお、搭載プレート２（回転台５およびウェハ支持台７）およびシーリング３には、高周波誘導加熱に適した材料として、耐熱性に優れなおかつ熱伝導率の良いグラファイト（カーボン）材料からなるものを用いることができ、さらにグラファイト（カーボン）からのパーティクル等の発生を防ぐため、表面がＳｉＣやＴａＣ等で被覆されたものを好適に用いることができる。また、ＳｉＣウェハＷの加熱手段としては、上述した高周波誘導加熱によるものに限らず、抵抗加熱よるもの等を用いてもよい。また、加熱手段は、搭載プレート２（回転台５）の下面側およびシーリング３の上面側に配置された構成に限らず、これらのいずれか一方側のみに配置された構成とすることも可能である。

ＣＶＤ装置１は、チャンバ内に原料ガスＧを供給するガス供給手段として、シーリング３の上面中央部から反応空間Ｋ内に原料ガスＧを導入するガス導入管（ガス導入口）１１を備えている。このガス導入管１１は、円筒状に形成されて、シーリング３の中央部に設けられた円形状の開口部１２を貫通した状態で、その先端部（下端部）が反応空間Ｋの内側に臨んで配置されている。

また、ガス導入管１１の先端部（下端部）には、拡径方向に突出されたフランジ部１１ａが設けられている。このフランジ部１１ａは、ガス導入管１１の下端部から鉛直下向きに放出された原料ガスＧを、その対向する回転台５との間で水平方向に放射状に流すためのものである。

そして、このＣＶＤ装置１では、ガス導入管１１から放出された原料ガスＧを反応空間Ｋの内側から外側に向かって放射状に流すことで、ＳｉＣウェハＷの面内に対して平行に原料ガスＧを供給することが可能となっている。また、チャンバ内で不要になったガスは、周壁４の外側に設けられた排気口（図示せず。）からチャンバの外へと排出することが可能となっている。

ここで、シーリング３は、誘導コイル１０により高温で加熱されるものの、その内周部（開口部１２が形成された中央部）が原料ガスＧを導入するために低温とされたガス導入管１１とは非接触とされている。また、シーリング３は、ガス導入管１１の外周部に取り付けられた支持リング（支持部材）１３の上に、その内周部が載置されることによって、鉛直上向きに支持されている。さらに、このシーリング３は、上下方向に移動させることが可能となっている。

ＣＶＤ装置１は、シーリング３の下面に近接して配置された遮蔽板１４を備えている。
この遮蔽板１４は、表面がＳｉＣ膜で被覆された円盤状のグラファイト（カーボン）基板からなり、その中央部には、ガス導入管１１を貫通させる円形状の開口部１５が設けられている。

そして、この遮蔽板１４は、チャンバ内に着脱自在に取り付けられている。具体的に、この遮蔽板１４は、周壁４の内周面から突出して設けられた支持部１６の上に、その外周部が載置されることによって、鉛直上向きに支持されている。この場合、遮蔽板１４の外周部のみを支持することによって、誘導コイル１０により加熱されて高温となる遮蔽板１
４に対して、原料ガスＧを導入するために低温とされたガス導入管１１と、この遮蔽板１４の内周部（開口部１５が形成された中央部）との接触を回避しながら、遮蔽板１４をチャンバ内に着脱自在に取り付けることが可能となっている。
この遮蔽板１４は、シーリング３の下面に反応空間からの堆積物が堆積するのを阻止して、その下面に堆積物を堆積させることができる。そして、従来のようなシーリングの下面に堆積した堆積物を除去するといった面倒なクリーニング作業を行わずに、遮蔽板を交換するといった簡便なメンテナンス作業を行うだけで、シーリング下面から落下してＳｉＣエピタキシャル層内に入り込むダウンフォールの低減を図ることが可能である。

また、支持部１６は、周壁４の内周面に全周に亘って設けられた段差部であり、この段差部上に遮蔽板１４の外周部が載置されている。この場合、遮蔽板１４の外周部が支持部（段差部）１６と全周に亘って接触した状態となることから、この遮蔽板１４の外周部側からシーリング３との間に向かってガスが流れ込むのを防ぐことが可能である。

一方、シーリング３の下面中央部には、遮蔽板１４の開口部１５の内側に位置するように、円筒状のスリーブ部１７が突出して設けられている。このスリーブ部１７は、遮蔽板１４の内周部側からシーリング３との間に向かってガスを流れ込み難くするためのものである。

なお、ＣＶＤ装置１では、遮蔽板１４が設けられていなくてもよく、遮蔽板１４を介さずに、搭載プレート２の上面に対向してシーリング３が配置されていてもよい。

以上のような構造を有するＣＶＤ装置１では、ウェハ支持台７を回転台５の収容部８に支持するとともに、ＳｉＣウェハＷをウェハ支持台７のウェハ載置面７ａ上に支持するために用いられるウェハホルダー９において、ウェハ支持台７のウェハ載置面７ａの一部を覆う支持部９ｂと、ウェハ支持台７の段差部７ｂと嵌る外嵌部９ｃとが一体に形成されているので、ＣＶＤ装置１によりＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長させる際に、サセプタ２が、いわゆるプラネタリ（自公転）運動しても、支持部９ｂと外嵌部９ｃが擦れ合って、パーティクルが生じることがない。これにより、ＳｉＣウェハＷの面上に、パーティクルが埋め込まれることなく、高品質のＳｉＣエピタキシャル層を薄膜形成することが可能である。

また、ウェハホルダー９の開口部９ａのなす円Ｘ_１が、回転台５の収容部８に収容されたウェハ支持台７のなす円Ｘ_２に内接し、ウェハホルダー９の開口部９ａの直径Ｄ_１が、ウェハ支持台７の直径Ｄ_２の０．５倍より大きくかつ１倍未満であることにより、開口部９ａ内に載置されたＳｉＣウェハＷは、回転台５の上面５ａ側において、少なくとも、ウェハ支持台７のウェハ載置面７ａ全面を覆うように載置されたＳｉＣウェハＷの中心から外周に渡る領域に重なるように配置することができる。なお、ＳｉＣエピタキシャル層は、その中心軸周りに回転するＳｉＣウェハＷ上に形成されるため、条件が同一であれば、ＳｉＣウェハＷの中心から外周に渡る領域において、ＳｉＣエピタキシャル層の形成状態は全域（ＳｉＣウェハＷ上のＳｉＣエピタキシャル層の全体）に渡って均一であると考えられる。したがって、ＣＶＤ装置１によれば、実際のエピタキシャルウェハの製造時に用いられるものよりもサイズが小さいＳｉＣウェハを用いて、ＳｉＣウェハの面上にＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長させる条件を調整することが可能である。例えば、６インチのＳｉＣウェハの面上にＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長させる条件を調整するために、４インチのＳｉＣウェハを用いてＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長させる条件を調整することが可能である。これにより、６インチのＳｉＣウェハの代わりに４インチのＳｉＣウェハを用いてＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長させる条件を調整することができるので、コストを削減することができる。
また、収容部８毎に異なる開口部９ａを有するウェハホルダー９を用いることにより、同一バッチ内で、異なる大きさのエピタキシャルウェハを製造することができる。

（エピタキシャルウェハの製造方法）
本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造方法の第一の実施形態は、上記のＣＶＤ装置１を用いて、ウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させる工程を含む方法である。

エピタキシャルウェハを製造する際は、昇華再結晶法等を用いて作製されたＳｉＣインゴットを円盤状にスライスした後、その表面に研磨加工等を施したＳｉＣウェハを作製または用意する。そして、このＳｉＣウェハＷの面上に、ＣＶＤ装置１を用いてＳｉＣエピタキシャル層を堆積成長（エピタキシャル成長）させることで、エピタキシャルウェハを作製することができる。

本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造方法では、ＣＶＤ装置１を用いることによって、高品質なＳｉＣエピタキシャル層をＳｉＣウェハＷの面上に安定して堆積成長させることが可能である。そして、ＣＶＤ装置１のメンテナンスにかかる時間も短縮できることから、エピタキシャルウェハの製品歩留まりを更に向上させることが可能である。

（２）第二の実施形態
（エピタキシャルウェハの製造装置）
図４は、本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置の第二の実施形態を示す断面模式図である。
本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造装置は、例えば、図４に示すようなＣＶＤ装置２０であり、図示を省略する減圧排気可能なチャンバ（成膜室）内に、ＳｉＣの原料ガスＧを供給しながら、加熱されたＳｉＣウェハＷの面上にＳｉＣエピタキシャル層（図示せず。）を堆積成長させるものである。なお、原料ガスＧには、上述の第一の実施形態と同様のものが用いられる。

具体的に、このＣＶＤ装置２０は、チャンバの内部において、ＳｉＣウェハＷが載置される搭載プレート２１と、この搭載プレート２１を収容して反応空間Ｋを形成するように、搭載プレート２１を収容した石英管２２と、搭載プレート２１と石英管２２との間に介在し、搭載プレート２１を囲むように配置されたグラファイトヒーター２３と、グラファイトヒーター２３と石英管２２との間に介在し、グラファイトヒーター２３を囲むように配置された断熱材２４とを備えている。

搭載プレート２１は、円盤状の基台２５と、この基台２５の中央部に形成された、平面視（基台２５の上面２５ａ側から見て）円形状の収容部２６と、収容部２６に収容されたウェハ支持台２７と、収容部２６の底面２６ａに取り付けられた回転軸２８と、収容部２６の底面２６ａ近傍に連通し、回転軸２８を中心にしてウェハ支持台２７を回転させるための駆動用ガスを供給する回転駆動用ガス配管２９とを有している。

上述の第一の実施形態と同様にして、ウェハ支持台２７のウェハ載置面２７ａにＳｉＣウェハＷが載置されると、上述の第一の実施形態と同様の構成のウェハホルダー４０によって、ウェハ載置面２７ａ上にＳｉＣウェハＷが支持される。

ＣＶＤ装置２０は、ウェハ支持台２７に載置されたＳｉＣウェハＷを加熱する加熱手段として、高周波誘導加熱により搭載プレート２１を加熱するための誘導コイル３０を備えている。この誘導コイル３０は、石英管２２の外周面に、それぞれ近接した状態で対向配置されている。

本実施形態では、搭載プレート２１を囲むように配置された高周波誘導加熱に適した材料からなるグラファイトヒーター２３が配設されているので、誘導コイル３０により、グラファイトヒーター２３を高周波誘導加熱して、そのグラファイトヒーター２３に生じた熱により搭載プレート２１を加熱することができる。ここでも、搭載プレート２１には、高周波誘導加熱に適した材料として、耐熱性に優れなおかつ熱伝導率の良いグラファイト（カーボン）材料からなるものを用いることが好ましい。

また、このＣＶＤ装置２０では、石英管２２の一端部に設けられた給気口（図示せず。）から内部に、原料ガスＧを石英管２２の長手方向に沿って流すことで、ＳｉＣウェハＷの面内に対して平行に原料ガスＧを供給することが可能となっている。また、チャンバ内で不要になったガスは、石英管２２の他端部に設けられた排気口（図示せず。）からチャンバの外へと排出することが可能となっている。

以上のような構造を有するＣＶＤ装置２０においても、上述の第一の実施形態のＣＶＤ装置１と同様の効果が得られる。

（エピタキシャルウェハの製造方法）
本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造方法の第二の実施形態は、上記のＣＶＤ装置２０を用いて、ウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させる工程を含む方法である。

エピタキシャルウェハを製造する際は、上述の第一の実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法と同様の工程を行う。

本発明を適用したエピタキシャルウェハの製造方法では、ＣＶＤ装置２０を用いることによって、上述の第一の実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法と同様の効果が得られる。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

「実施例」
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、４インチのＳｉＣウェハＷ_１上に、ＳｉＣエピタキシャル層を形成した。
本実施例では、搭載プレート２のウェハ支持台７のウェハ載置面７ａに、ウェハホルダー９を用いて、４インチのＳｉＣウェハＷ_１を支持した。
４インチのＳｉＣウェハＷ_１としては、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板、ｃ面（（０００１）面）が＜１１−２０＞方向に４°傾斜したＳｉ面を主面とする、直径４インチ（１００ｍｍ）、厚さ３３５μｍのものを用いた。また、この４インチのＳｉＣウェハＷ_１は、両面研磨が施されたものであった。
また、ウェハホルダー９としては、支持部９ｂの厚さが０．６ｍｍ、外嵌部の９ｃ厚さが０．４ｍｍのものを用いた。

４インチのＳｉＣウェハＷ_１には、有機溶剤洗浄、酸・アルカリ洗浄および十分な水洗による前処理を施した。
キャリアガスとしては水素（Ｈ_２）を用いた。炭化ケイ素の原料としてはモノシラン（ＳｉＨ_４）とプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）との混合ガスを用いた。ドーパントとしては、窒素（Ｎ_２）を用いた。
モノシラン（ＳｉＨ_４）とプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）の濃度比を、Ｃ／Ｓｉ＝１．１５を満たすように調整した。
モノシラン（ＳｉＨ_４）と塩化水素（ＨＣｌ）の濃度比を、Ｃｌ／Ｓｉ＝３を満たすように調整した。
成膜室内の圧力を１５０ｍｂｒ、成長温度を１５５０℃、成長時間を１ｈとして、４インチのＳｉＣウェハＷ_１上に、ＳｉＣエピタキシャル層を形成した。

ＳｉＣエピタキシャル層を形成した後の４インチのＳｉＣウェハＷ_１について、図５に数字で示す位置における膜厚を測定した。結果を、図６に示す。
また、４インチのＳｉＣウェハＷ_１の中心からの距離（ｍｍ）と、その位置におけるキャリア濃度（ｃｍ^−３）との関係を測定した。結果を、図８に示す。キャリア濃度は、ＣＶ測定法を用いて測定している。

「比較例」
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、６インチのＳｉＣウェハＷ_２上に、ＳｉＣエピタキシャル層を形成した。
本比較例では、搭載プレート２のウェハ支持台７のウェハ載置面７ａに、ウェハホルダー９を用いて、６インチのＳｉＣウェハＷ_２を支持した。
６インチのＳｉＣウェハＷ_２としては、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板、ｃ面（（０００１）面）が＜１１−２０＞方向に４°傾斜したＳｉ面を主面とする、直径６インチ（１５０ｍｍ）、厚さ５２５μｍのものを用いた。また、この６インチのＳｉＣウェハＷ_２は、両面研磨が施されたものであった。
また、ウェハホルダー９を用いなかった。

以下、実施例と同一の装置内で、実施例と同様の条件、かつ、実施例と同時に、６インチのＳｉＣウェハＷ_２上に、ＳｉＣエピタキシャル層を形成した。

ＳｉＣエピタキシャル層を形成した後の６インチのＳｉＣウェハＷ_２について、図７に数字で示す位置における膜厚を測定した。結果を、図６に示す。
また、６インチのＳｉＣウェハＷ_２の中心からの距離（ｍｍ）と、その位置におけるキャリア濃度（ｃｍ^−３）との関係を測定した。結果を、図８に示す。

図６および図８の結果から、４インチのＳｉＣウェハＷ_１および６インチのＳｉＣウェハＷ_２は回転しているため、膜厚分布およびキャリア濃度の分布は回転対称となっており、回転の中心部も含めて、４インチのＳｉＣウェハＷ_１と６インチのＳｉＣウェハＷ_２は同じ膜厚分布およびキャリア濃度の分布になっていることが確認された。また、ウェハホルダー９を用いた実施例でも、特に回転に起因するパーティクルによる欠陥の発生はないことが確認された。

１・・・ＣＶＤ装置（エピタキシャルウェハの製造装置）２・・・搭載プレート３・・・シーリング（天板）４・・・周壁５・・・回転台６・・・回転軸７・・・ウェハ支持台（基板ホルダ）８・・・収容部９・・・ウェハホルダー９ａ・・・開口部９ｂ・・・支持部９ｃ・・・外嵌部１０・・・誘導コイル（加熱手段）１１・・・ガス導入管（ガス導入口）１２・・・開口部１３・・・支持リング（支持部材）１４・・・遮蔽板１５・・・開口部１６・・・支持部（段差部）１７・・・スリーブ部Ｇ・・・反応ガスＫ・・・反応空間Ｗ・・・ＳｉＣウェハ（ウェハ）。

Claims

チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハ支持台の上に搭載されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置において、前記ウェハ支持台の上に載置されるウェハホルダーであって、
前記ウェハ支持台はその中心軸まわりに回転自在であり、
前記ウェハ支持台は、その上面の中央にウェハ載置面を有するとともに、周辺部に段差面を有し、
前記ウェハホルダーは、前記ウェハ支持台の上面の一部を覆うとともに、前記ウェハ支持台の上面側に前記ウェハを載置する平面視円形状の一つの開口部を有する平板状の支持部、および、前記ウェハ支持台の外周と同じ外周を有する円環状の外嵌部を備え、
前記支持部と前記外嵌部は一体に形成され、
前記開口部の端部が平面視で前記ウェハ支持台のウェハ載置面の外周に接する位置にあり、
前記開口部の直径は、前記ウェハ支持台のウェハ載置面の直径の０．５倍より大きくかつ１倍未満であって、前記開口部は、平面視で、前記ウェハ支持台の回転中心に対して偏った位置に配置されていることを特徴とするウェハホルダー。
チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置において、前記ウェハが載置されるウェハ支持台を収容する複数の凹状の収容部を有する搭載プレート上に、前記ウェハ支持台および前記ウェハを支持するために用いられるウェハホルダーであって、
前記ウェハ支持台はその中心軸まわりに回転自在であり、
前記ウェハ支持台は、その上面の中央にウェハ載置面を有するとともに、周辺部に段差面を有し、
前記ウェハホルダーは、前記ウェハ支持台の上面の一部を覆うとともに、前記ウェハ支持台の上面側に前記ウェハを載置する平面視円形状の一つの開口部を有する平板状の支持部、および、前記ウェハ支持台の外周と同じ外周を有する円環状の外嵌部を備え、
前記支持部と前記外嵌部は一体に形成され、
前記開口部の端部が平面視で前記ウェハ支持台のウェハ載置面の外周に接する位置にあり、
前記開口部の直径は、前記ウェハ支持台のウェハ載置面の直径の０．５倍より大きくかつ１倍未満であって、前記開口部は、平面視で、前記ウェハ支持台の回転中心に対して偏った位置に配置されていることを特徴とするウェハホルダー。
前記支持部と前記外嵌部は炭化珪素が用いられていることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハホルダー。
チャンバ内に原料ガスを供給しながら、加熱されたウェハの面上にエピタキシャル層を堆積成長させるエピタキシャルウェハの製造装置であって、
前記ウェハが載置されるウェハ支持台を収容する複数の凹状の収容部を有し、これら複数の収容部が周方向に並んで配置された搭載プレートと、
前記搭載プレートとの間で反応空間を形成するように、前記搭載プレートの上面に対向して配置された天板と、
前記搭載プレートの下面側と前記天板の上面側のいずれか一方または両方に配置されて、前記ウェハ支持台に載置されたウェハを加熱する加熱手段と、
前記天板の上面中央部から前記反応空間内に前記原料ガスを導入するガス導入口を有して、このガス導入口から放出された原料ガスを前記反応空間の内側から外側に向かって供給するガス供給手段と、を備え、
前記ウェハ支持台および前記ウェハは、請求項１〜３のいずれか１項に記載のウェハホルダーによって、前記搭載プレートに支持されることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造装置。