JP2018190813A - 炭化珪素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の製造方法及び炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板の面内温度分布の均一性を向上させた炭化珪素エピタキシャル成長装置を得る。【解決手段】ウエハホルダー１１の表面は、ウエハポケット１２の形成領域を除き、第１領域Ａ１０と第２領域Ａ２０とに分類される。第２領域Ａ２０はウエハホルダー１１の外周側面からホルダー中心点Ｃ１１に向けて幅Ｗ２０の広さで設けられる。第１領域Ａ１０はウエハホルダー１１の表面のうち第２領域Ａ２０以外の領域となる。したがって、第１領域Ａ１０及び第２領域Ａ２０は、ウエハホルダー１１のホルダー中心点Ｃ１１を基準として第１領域Ａ１０よりも第２領域Ａ２０の方が遠くなる位置関係を有している。さらに、第２領域Ａ２０の表面粗さＳＲ２は、第１領域Ａ１０の表面粗さＳＲ１に比べ大きくなるように設定される。【選択図】図２

Description

この発明は、炭化珪素エピタキシャル成長技術を利用した、炭化珪素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の製造方法及び炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。

炭化珪素は、珪素に比べてバンドギャップが大きく、また、絶縁破壊電界強度、飽和電子速度及び熱伝導度などの物性値が珪素に比べて優れており、半導体装置等の構成材料として優れた性質を有する。特に、炭化珪素を用いた半導体装置においては、電力損失の大幅な低減、半導体装置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。そのため、炭化珪素は、電気自動車の高性能化、太陽電池システムの高機能化等、低炭素社会実現のための半導体材料として注目されている。

炭化珪素が用いられた半導体装置を製造するためには、まず炭化珪素基板上に、不純物濃度が高精度に制御された膜を、炭化珪素エピタキシャル成長装置を用い、熱化学気相堆積法（ＣＶＤ法：Chemical Vapor Deposition法）等の処理を実行して、エピタキシャル成長させエピタキシャル成長層を形成している。このとき、炭化珪素基板は約１５００℃以上の高温に加熱される。エピタキシャル成長層は、例えばエピタキシャル成長ガスに窒素を添加することによって、ｎ型とすることができる。以降、本明細書では、炭化珪素基板上にエピタキシャル成長層を形成したウエハを、「炭化珪素エピタキシャルウエハ」と呼び、炭化珪素エピタキシャルウエハにさらに素子領域を形成したものを「炭化珪素半導体装置」と呼ぶ。

エピタキシャル成長層のキャリア濃度は、炭化珪素エピタキシャルウエハの面内で均一であることが望ましい。エピタキシャル成長層のキャリア濃度が所望のキャリア濃度より低すぎると、炭化珪素半導体装置は、抵抗値が増加するため、歩留まりが低下する。反対に、所望のキャリア濃度よりも高すぎても、炭化珪素半導体装置は、耐圧が低下するため、歩留まりが低下する。

従来の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、成長ガスが供給されるサセプターと、複数の炭化珪素基板を載せるウエハホルダーと、ウエハホルダーを搭載する回転台とを備えている。このような炭化珪素エピタキシャル成長装置として、例えば、特許文献１で開示された化合物半導体膜の成膜システムがある。

一般に、ウエハホルダーは、グラファイトの母材を使用し、化学気相成長で炭化珪素の表面を被膜したもの、または、ウエハホルダーの全体を化学気相成長による炭化珪素で作製したものが使用される。このようなウエハホルダーとして例えば特許文献２で開示された基板ホルダーがある。特許文献２で開示された技術では、サセプター内にウエハホルダーと回転台とが設けられ、サセプターの外側には誘導加熱コイルが巻き回されている。誘導加熱コイルに電力を供給することにより、サセプター、回転台及びウエハホルダーが誘導加熱されるので、サセプター内と炭化珪素基板が、加熱される。加熱された炭化珪素基板に成長ガスを供給することにより、炭化珪素基板上にエピタキシャル成長層を成膜することができる。

特開２０１５−２２９２号公報 特開２０１５-１４１９６６号公報

上述した従来の炭化珪素エピタキシャル成長装置にあっては、エピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板の面内温度分布が均一でないという問題点がある。以下、この点を詳述する。

ウエハホルダー上に載せられる複数の炭化珪素基板は、誘導加熱されるウエハホルダーからの伝導熱の他に、サセプターの内壁等からの輻射熱によっても加熱される。ウエハホルダーの外周に近い部分は、全方位からサセプターの輻射熱を受けるウエハホルダーの中心に近い部分と比べると、輻射熱の受けられる方向は限定されるため、温度が低くなる傾向がある。以下、この傾向を「輻射熱温度格差傾向」と呼ぶ。

温度が低い領域は、プロセスガスの分解効率が低下し、炭素(Carbon)密度が低減する。キャリア濃度を決定する窒素原子は、炭化珪素の炭素格子サイトと競合する。このため、炭化珪素エピタキシャル層の炭素の取り込み量が減少すると、それに応じて窒素の取り込み量が増加するため、キャリア濃度が増加する。

したがって、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板の面内温度分布が均一でない場合、炭化珪素エピタキシャルウエハのエピタキシャル成長層のキャリア濃度は、炭化珪素エピタキシャルウエハの面内で均一でなくなるという問題点が発生してしまう。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、エピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板の面内温度分布の均一性を向上させた炭化珪素エピタキシャル成長装置を得ることを目的とする。

この発明に係る請求項１記載の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、成長ガスが供給され、内部に成長空間を有するサセプターと、前記サセプターの前記成長空間内に設けられ、表面上に炭化珪素基板を載せるためのウエハ載置領域を有するウエハホルダーと、前記成長空間内に設けられ、前記ウエハホルダーを搭載しつつ回転する回転台とを備え、前記サセプター外に設けられ、前記サセプター及び前記回転台を誘導加熱する誘導加熱機構と、前記ウエハホルダーの表面は第１の領域と第２の領域とを有し、前記第１及び第２の領域は、前記ウエハホルダーの中心点を基準として前記第１の領域よりも前記第２の領域が遠くなる位置関係を有し、前記第１の領域の表面粗さである第１の表面粗さが、前記第２の領域の表面粗さである第２の表面粗さよりも小さいことを特徴とする。

この発明に係る請求項１記載の炭化珪素エピタキシャル成長装置において、第１及び第２の領域は、前記ウエハホルダーの中心点を基準として第１の領域よりも第２の領域が遠くなる位置関係を有し、第１の領域の表面粗さである第１の表面粗さが、前記第２の領域の表面粗さである第２の表面粗さよりも小さいことを特徴としている。

一般に、ウエハホルダーの中心点を基準として第１の領域よりも遠くに配置される第２の領域は第１の領域に比べ、サセプターからの輻射熱を受けられる方向が限定されるため、第２の領域が第１の領域に比べ温度が低くなる輻射熱温度格差傾向がある。

請求項１記載の本願発明は上記特徴を有することにより、第２の領域が第１の領域に比べより多くの誘導電流が流れる結果、第２の領域の方が第１の領域より温度上昇が生じやいという、上記輻射熱温度格差傾向とは反対の誘導電流温度格差効果を発揮することができる。

その結果、上記誘導電流温度格差効果によって、上記輻射熱温度格差傾向を効果的に抑制することになり、エピタキシャル成長処理の実行時に、ウエハホルダー全体の表面温度の均一性を向上させることができる。

したがって、請求項１記載の本願発明の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、ウエハホルダーのウエハ載置領域に炭化珪素基板を載置してエピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板の面内温度分布の均一性を向上させることができる。

この発明における実施の形態１である炭化珪素エピタキシャル成長装置の主要部の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素エピタキシャル成長装置の主要部の概略構成を示す上面図である。 実施の形態１のウエハポケットの変形例の構造を示す説明図である。 炭化珪素でコーティングされたウエハホルダー１１の構造を模式的に示す断面図である。 実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法による効果を説明するためのグラフである。 この発明の実施の形態１である炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造されたＭＯＳＦＥＴを示す断面図である。 この発明の実施の形態１である炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造されたショットキーバリアダイオードを示す断面図である。 この発明における実施の形態２である炭化珪素エピタキシャル成長装置の主要部の概略構成を示す上面図である。

＜実施の形態１＞
（炭化珪素エピタキシャル成長装置）
まず、この発明の炭化珪素エピタキシャル成長装置の構成について説明する。図１は、この発明における実施の形態１である炭化珪素エピタキシャル成長装置の主要部の概略構成を示す断面図である。同図に示すように、本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素エピタキシャル成長装置の主要部である成長炉１０が示されている。

実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、図１に示すような成長炉１０を備える。成長炉１０は、ウエハホルダー１１、回転台１３、誘導加熱コイル１５及びサセプター１６を主要構成部として含んでいる。

サセプター１６は内部に成長空間Ｓ１０を有しており、外部に巻回された誘導加熱コイル１５によって誘導加熱される。また、サセプター１６において、上方に設けられたガス供給口５１からエピタキシャル成長用の成長ガスＧ１を供給され、上方に設けられたガス排出口５２から成長ガスＧ１が排出される。

サセプター１６の成長空間Ｓ１０内に平面視円状のウエハホルダー１１を有する。ウエハホルダー１１は、各々が他の領域より表面が凹んで形成される複数のウエハポケット１２を有し、複数のウエハポケット１２内に収容される態様で複数の炭化珪素基板１がウエハホルダー１１上に載せられる。複数のウエハポケット１２はそれぞれ平面視円状に形成され、それぞれの中心点がウエハホルダー１１のホルダー中心点Ｃ１１から等距離になるように、円周方向に沿って均等に配置される（後述する図２参照）。

回転台１３は、ウエハホルダー１１を搭載し、誘導加熱コイル１５によって誘導加熱される。回転台１３は、回転軸１３Ｘを中心とした回転動作が可能であり、回転軸１３Ｘの一部がサセプター１６外に露出している。なお、ウエハホルダー１１は平面視してそのホルダー中心点Ｃ１１が回転軸１３Ｘの中心に位置するように配置される。

誘導加熱コイル１５は、外部に露出した回転台１３の回転軸１３Ｘの近接領域を含み、サセプター１６の外周を巻回している。誘導加熱コイル１５は図示しない高周波電源が接続されており、上記高周波電源から誘導加熱コイル１５に高周波電力が供給されることにより、サセプター１６、回転台１３及びサセプター１６内の成長空間Ｓ１０を誘導加熱することができる。このように、誘導加熱コイル１５と高周波電源とにより誘導加熱機構を構成する。

ウエハホルダー１１の表面は、ウエハポケット１２の形成領域を除き、第１領域Ａ１０と第２領域Ａ２０とに分類される。第１領域Ａ１０は第２領域Ａ２０に比べ回転台１３の回転軸１３Ｘに近い位置に設けられる。なお、図１では、ウエハホルダー１１は、底面から第１領域Ａ１０及び第２領域Ａ２０を含む表面までの厚みＤ１１を有している。

図２は、本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素エピタキシャル成長装置の主要部の概略構成を示す上面図であり、図２のＡ−Ａ断面が図１となる。すなわち、図１は、ウエハホルダー１１を回転台１３上に載置した状態において、炭化珪素基板１を収容するウエハポケット１２とウエハホルダー１１の中心とを結ぶ線に沿って切った断面図となる。

したがって、図２は、本発明の実施の形態１である炭化珪素エピタキシャル成長装置のサセプター１６内のウエハポケット１２及び回転台１３の平面配置を示している。なお、図２では、ウエハホルダー１１上に炭化珪素基板１を載置していない状態を示している。

実施の形態１では、ウエハホルダー１１は円盤状であり、複数の炭化珪素基板１を載置できるように、ウエハホルダー１１の表面には、複数のざぐり加工が施され、このざぐり加工によって、ウエハホルダー１１には他の領域より表面が凹んで、平面視円状のウエハポケット１２が複数個形成される。

炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する際、ウエハ載置領域であるウエハポケット１２内の底面上に炭化珪素基板１が載置される。実施の形態１では、ウエハホルダー１１は平面視円状の円盤状であるとしたが、円盤状でなくても、平面視して矩形状を呈していてもよい。

複数のウエハポケット１２はそれぞれ、炭化珪素基板１のピックアップ性を考慮して、平面視して炭化珪素基板１よりも、少し広い領域で形成される。

なお、ウエハポケット１２の構造は図２で示した構造に限定されず、炭化珪素基板１と同じサイズでウエハホルダー１１にざぐり加工を行い、ざぐり加工した箇所に炭化珪素基板１をピックアップするための箇所をさらに形成して、それをウエハポケット１２とする変形例も考えられる。

図３はウエハポケット１２の変形例であるウエハポケット１２Ｂの１つについて構造を示す説明図である。同図(a) がウエハポケット１２Ｂの平面構造を示す平面図であり、同図(b) が同図(a) のＢ−Ｂ断面、同図(c) が同図(a) のＣ−Ｃ断面をそれぞれ示す断面図である。

図３に示すように、ウエハポケット１２Ｂは一部に半径方向外側に延びるピックアップ領域１２１を有している。なお、ウエハポケット１２Ｂはピックアップ領域１２１を除き、平面視円状の炭化珪素基板１とほぼ同じ平面形状で形成される。

このように、変形例のウエハポケット１２Ｂは平面形状を炭化珪素基板１と同じに設定しても、ウエハホルダー１１のウエハポケット１２Ｂ内に載置された炭化珪素基板１を、ピックアップ領域１２１を利用してウエハポケット１２Ｂから取り出すことができる。

なお、図１において、ウエハホルダー１１の表面は、ウエハホルダー１１の上面全体を示す。すなわち、ウエハホルダー１１がざぐり加工されて凹状となった部分の下面、すなわち、ウエハポケット１２の底面も含まれる。

ウエハホルダー１１は、回転台１３上に搭載され、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する際には、回転台１３の回転動作に伴い回転台１３と共に一定速度で回転する。

前述したように、ウエハホルダー１１のウエハポケット１２以外の表面側は、第１領域Ａ１０と第２領域Ａ２０とに分類される。

第２領域Ａ２０はウエハホルダー１１の外周側面からホルダー中心点Ｃ１１に向けて幅Ｗ２０の広さで設けられる。第１領域Ａ１０はウエハホルダー１１の表面のうち第２領域Ａ２０以外の領域となる。

このように、ウエハホルダー１１の表面は第１の領域である第１領域Ａ１０と第２の領域である第２領域Ａ２０とを有し、第１領域Ａ１０及び第２領域Ａ２０は、ウエハホルダー１１のホルダー中心点Ｃ１１を基準として第１領域Ａ１０よりも第２領域Ａ２０の方が遠くなる位置関係を有している。

そして、第２領域Ａ２０の表面粗さＳＲ２は、第１領域Ａ１０の表面粗さＳＲ１に比べ大きくなるように設定される。すなわち、第１の表面粗さである表面粗さＳＲ１と第２の表面粗さである表面粗さＳＲ２との表面粗さ関係は「ＳＲ１＜ＳＲ２」を満足する。

表面粗さＳＲ２は、表面粗さＳＲ１の１．２倍以上、５倍以下であることが望ましい。表面粗さＳＲ２が、表面粗さＳＲ１の１．２倍よりも小さい場合、第２領域Ａ２０の第１領域Ａ１０に対する温度上昇度合が小さいため、ウエハホルダー１１の面内温度の均一性の改善効果は小さい。

また、表面粗さＳＲ２が、表面粗さＳＲ１の５倍より大きい場合、第２領域Ａ２０の表面は表面温度が高くなりすぎるため、エピタキシャル成長時に、炭化珪素の副生成物が厚く第２領域Ａ２０に付着する。第２領域Ａ２０上に副生成物膜として厚く堆積されると、膜応力で副生成物膜の膜剥がれが発生しやすくなるため、サセプター１６内である成長空間Ｓ１０に成長ガスＧ１及び窒素ガスを含むプロセスガスを導入した場合、付着力の弱い副生成物膜が容易に剥がれるため、副生成物の発塵量が増加する。副生成物の発塵量が増加すると、炭化珪素基板１上に落下する粒子が増え、そのあとエピタキシャル成長処理により形成するエピタキシャル成長層に欠陥が発生してしまうため好ましくない。

上述したように、第１領域Ａ１０の表面粗さＳＲ１と第２領域Ａ２０の表面粗さＳＲ２とは、「表面粗さＳＲ２は、表面粗さＳＲ１の１．２倍以上、５倍以下である」という表面粗さ関係を有することにより、第２領域Ａ２０に付着する副生成物膜の膜剥がれによる発塵を抑制することができ、かつ、ウエハホルダー１１全体の温度の均一性の向上を図ることができる。

表面粗さＳＲ１及び表面粗さＳＲ２は、ウエハホルダー１１を作製する過程で用いるエンドミルの先端形状を変えることによって、種々の表面粗さで加工できる。ウエハポケット１２形成用の加工処理もエンドミルを使用するため、表面粗さＳＲ１及び表面粗さＳＲ２の設定と、ウエハポケット１２の形成とを、エンドミルを用いた同じ工程で連続して作製できる。

この際、ウエハポケット１２の底面を構成する表面領域は第１領域Ａ１０から除かれる。すなわち、ウエハポケット１２の底面の表面粗さＳＲ１２は任意である。ただし、ウエハポケット１２の底面の表面粗さＳＲ１２は、第１領域Ａ１０の表面粗さＳＲ１以下、可能であれば、表面粗さＳＲ１２を表面粗さＳＲ１に等しくすることが望ましい。

また、ウエハポケット１２の表面粗さＳＲ１２は、第２領域Ａ２０の幅Ｗ２０がウエハポケット１２の内側に及んだ場合でも、ウエハポケット１２の面内で第２領域Ａ２０と重なる表面は、第１領域Ａ１０の表面粗さＳＲ１としてもよい。

このほか、ブラスト法によって表面粗さＳＲ１及び表面粗さＳＲ２を加工する方法もあるが、ウエハホルダー１１の母材が強度の弱いグラファイトであるため、ブラスト材料の噴射圧によって、母材が破損することが懸念される。また、ブラスト材料が母材に噛み込むことによる汚染も懸念される。さらには、ブラスト工程が別途必要になるので、費用増加に加え製造期間が延びるため生産性が低下する。

ウエハホルダー１１、回転台１３及びサセプター１６は構成材料として、本実施の形態では炭化珪素でコーティングされたグラファイトが用いられる。炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する際に、炭化珪素基板１を約１５００℃以上に加熱する必要があるため、それに耐え得る必要があるからである。

図４は、炭化珪素でコーティングされたウエハホルダー１１の構造を模式的に示す断面図である。同図に示すように、ウエハホルダー１１はグラファイトを構成材料として形成されたホルダー主要部１１ａとホルダー主要部１１ａの表面全体を薄く覆った炭化珪素形成層１１ｂとにより構成される。

ここで、ウエハホルダー１１、回転台１３及びサセプター１６に関し炭化珪素形成層を形成することなく、グラファイトのみを構成材料として形成した場合を考える。この場合、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する工程中に、グラファイトが発塵する可能性がある。発塵したグラファイトの微粒子が炭化珪素基板１に載った状態でエピタキシャル成長層を成膜すると、微粒子が載った箇所を起点として結晶が異常成長し、エピタキシャル成長層に結晶欠陥が生じる。そのため、グラファイトを炭化珪素でコーティングすることが望ましい。すなわち、図４で示したウエハホルダー１１のように、ウエハホルダー１１、回転台１３及びサセプター１６それぞれの表面全体を炭化珪素形成層１１ｂに相当する炭化珪素被覆層で覆った炭化珪素被覆構造にすることが望ましい。

ウエハホルダー１１、回転台１３及びサセプター１６に上記炭化珪素被覆構造を採用すると、それぞれにおいて炭化珪素被覆層の存在によってグラファイトの発塵が抑制される。また、グラファイトから金属不純物が拡散するようなことも抑制される。金属不純物は、エピタキシャル成長層に結晶欠陥を生じさせるということ以外にも、半導体装置の電気特性に影響を与えるため、拡散させないことが好ましい。したがって、ウエハホルダー１１、回転台１３及びサセプター１６には、炭化珪素でコーティングされたグラファイトを用いた上記炭化形成被覆構造を採用することが好ましい。なお、上記炭化珪素被覆構造に代えて、ＣＶＤ法や焼結法で作製される炭化珪素材を用いてもウエハホルダー１１、回転台１３及びサセプター１６を構成しても良い。

このように、ウエハホルダー１１、回転台１３及びサセプター１６に上記炭化珪素被覆構造を採用することにより、ウエハホルダー１１、回転台１３及びサセプター１６の構成材料であるグラファイトの発塵を効果的に抑制することができる。この際、実施の形態１の効果であるウエハホルダー１１全体の温度の均一性の向上は維持される。

上記効果は、ウエハホルダー１１、回転台１３及びサセプター１６のうち、少なくともウエハホルダー１１に上記炭化珪素被覆構造を採用することが望ましい。なぜなら、ウエハホルダー１１は炭化珪素基板１を載置し、炭化珪素基板１に最も影響を与える可能性が高いからである。

本実施の形態では、炭化珪素エピタキシャル成長装置を以上のような構成としたことにより、エピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板の面内温度分布の均一性を向上させることができる。以下、この点を詳述する。

従来の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いても、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いても、ウエハホルダー１１上の炭化珪素基板１は、ウエハホルダー１１からの伝導熱の他に、サセプター１６の内壁等からの輻射熱によっても加熱される。

従来の炭化珪素エピタキシャル成長装置のウエハホルダー１１上に載置される複数の炭化珪素基板１それぞれにおいて、ウエハホルダー１１の外周に近い領域は、ウエハホルダー１１のホルダー中心点Ｃ１１に近い領域に比べて低温となる。これは、複数の炭化珪素基板１それぞれにおいて、ウエハホルダー１１の外周に近い領域は、ウエハホルダー１１のホルダー中心点Ｃ１１に近い領域に比べて、サセプター１６内の成長空間Ｓ１０の外側に位置することにより、熱が逃げやすく、上記輻射熱温度格差傾向により、温度が低くなる傾向があるためと考えられる。

上述したように、第２領域Ａ２０は第１領域Ａ１０に比べ、サセプター１６からの輻射熱を受けられる方向が限定されるため、第２領域Ａ２０が第１領域Ａ１０に比べ温度が低くなるという、上記輻射熱温度格差傾向がある。

一方、実施の形態１は、上述したように、ウエハホルダー１１のホルダー中心点Ｃ１１を基準として第１領域Ａ１０よりも第２領域Ａ２０の方が遠くなる位置関係を有し、かつ、表面粗さＳＲ１及びＳＲ２は表面粗さ関係「ＳＲ１＜ＳＲ２」を満足することを特徴としている。

実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、上記特徴を有することにより、第２領域Ａ２０が第１領域Ａ１０に比べより多くの誘導電流が流れる結果、第２領域Ａ２０の方が第１領域Ａ１０より温度上昇が生じやすいという、上記輻射熱温度格差傾向とは反対の誘導電流温度格差効果を発揮することができる。

その結果、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、上記誘導得電流温度格差効果によって、第２領域Ａ２０が第１領域Ａ１０に比べ温度が低くなる上記輻射熱温度格差傾向を効果的に抑制することになり、エピタキシャル成長処理の実行時に、ウエハホルダー１１全体の表面温度の均一性を向上させることができる。

したがって、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、ウエハホルダー１１に複数の炭化珪素基板１を載置してエピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板１の面内温度分布の均一性を向上させることができる。

なお、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する際、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板１の面内温度分布の均一性を向上させるために、他には、ウエハホルダー１１の裏面側において、ウエハホルダーの外周に近く、平面視して第２領域Ａ２０に一致する裏面第２領域の表面粗さＳＲ２ｒを、ウエハホルダー１１のホルダー中心点Ｃ１１近く、平面視して第１領域Ａ１０に一致する裏面第１領域の表面粗さＳＲ１ｒよりも、大きくする裏面上表面粗さ設定方法が考えられる。この際、表面粗さＳＲ１ｒを表面粗さＳＲ１に等しく、表面粗さＳＲ２ｒを表面粗さＳＲ２に等しくなるように設定する。

上記裏面上表面粗さ設定方法により、裏面第２領域の温度を高温化でき、ウエハホルダー１１の裏面側における面内温度の均一性を向上することができる。ただし、ウエハホルダー１１の厚みは２ｍｍ〜４ｍｍ程度を有するため、ウエハホルダー１１の裏面側の面内温度分布を、ウエハホルダー１１の表面側の温度の面内分布に反映させるのは困難である。ウエハホルダー１１の表面側における第２領域Ａ２０は、高温化されたウエハホルダー１１の裏面側における裏面第２領域からの伝熱によって、ある程度加熱されるが、ウエハホルダー１１の表面からの放熱の影響が大きいため、ウエハホルダー１１の面内温度は均一になりにくい。さらに、ウエハホルダー１１を作製する場合、ウエハホルダー１１の表面側のウエハポケット１２形成用の加工処理とは別に、ウエハホルダー１１の裏面に裏面第２領域、及び裏面第１領域を加工する必要がある。つまり、ウエハホルダー１１の表面側と裏面側のそれぞれについて、加工機とウエハホルダー１１との位置合わせ調整を２回実施する必要がある。一方、実施の形態１で作製されるウエハホルダー１１は、第１領域Ａ１０及び第２領域Ａ２０は、ウエハポケット１２と同じ表面側に形成されるため、加工機とウエハホルダー１１との位置合わせ調整は１回で済む。このため、作製時間は短時間化され、作製コストの削減が図れる。

また、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、ウエハホルダー１１のみが加工され、誘導加熱される回転台１３及びサセプター１６が加工されることはない。したがって、誘導加熱される回転台１３及びサセプター１６の厚みを薄くする必要がないため、回転台１３及びサセプター１６の加熱効率を下げることなく、エピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板１の面内温度分布の均一性を向上させることができる。

図１において、ウエハホルダー１１は回転台１３上に載置されているだけであり、接着されているものではない。本実施の形態では、回転台１３は、断面形状がＵ字型のような形状をしており、円盤状の底部と、底部の外周を囲う側部とを有するが、底部のみであってもよい。また、底部も円盤状でなくてもよく、平面視して矩形状を呈していてもよい。

図１において、ウエハホルダー１１は、ウエハホルダー１１を回転台１３上に載置したときに、ウエハホルダー１１の側面が回転台１３の側面と離れるように隙間を設けているが、ウエハホルダー１１の側面が回転台１３の側面と接するような構成でも良い。しかしながら、ウエハホルダー１１の側面が回転台１３の側面と接すると、回転台１３からウエハホルダー１１へ伝導する熱量が微量ながらも増えるので、ウエハホルダー１１は、ウエハホルダー１１の側面が回転台１３の側面と離れるように隙間を設ける方が望ましい。

また、ウエハホルダー１１の側面または回転台１３の側面には、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する際に、副生成物が形成される場合があるので、ウエハホルダー１１の搬送のしやすさからも、ウエハホルダー１１は、ウエハホルダー１１の側面と回転台１３の側面とが離れるように隙間を設ける方が望ましい。

図１において、第２領域Ａ２０の幅Ｗ２０は、ウエハホルダー１１の外周の端部から、ウエハホルダー１１の半径Ｒ１１の１／１０以上１／３以下の範囲に設定することが好ましい。第２領域Ａ２０の幅Ｗ２０が半径Ｒ１１の１／１０より狭くなりすぎると、ウエハホルダー１１全体の面積に対して第２領域Ａ２０の面積が小さくなりすぎるため、第２領域Ａ２０による高温化の効果である上記誘導電流温度格差効果がほとんど得られなくなるので好ましくない。

また、第２領域Ａ２０の幅Ｗ２０が、半径Ｒ１１の１／３より広くなりすぎると、ウエハホルダー１１のホルダー中心点Ｃ１１に近い領域の温度も上昇するため、ウエハホルダー１１の面内の温度分布はあまり改善しなくなるので好ましくない。

実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置において、ウエハホルダー１１の表面に形成される第１領域Ａ１０及び第２領域Ａ２０は、各々がウエハ載置領域である複数のウエハポケット１２外に設けられる。

このため、ウエハポケット１２の形成を目的とした加工処理時に、同時に第１領域Ａ１０及び第２領域Ａ２０の表面粗さＳＲ１及びＳＲ２を設定するための加工が行えるので、比較的簡単に第１領域Ａ１０及び第２領域Ａ２０を形成することができる効果を奏する。

さらに、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、第２領域Ａ２０の幅Ｗ２０が、ウエハホルダー１１の外周の端部から、ウエハホルダー１１の半径Ｒ１１の１/１０以上１/３以下の範囲に設定している。このため、ウエハホルダー１１上のそれぞれの炭化珪素基板１において、ウエハホルダー１１の外周に近い領域は、ウエハホルダー１１のホルダー中心点Ｃ１１に近い領域に比べて低温となることが避けられ、上記輻射熱温度格差傾向を抑制する効果が十分に得られる。すなわち、エピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板１の面内温度分布の均一性を向上させる効果が十分に得られる。

（炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法）
次に、本発明の実施の形態１である炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法を説明する。

まず、サセプター１６の外部において、複数のウエハポケット１２内に収容する態様で、ウエハホルダー１１上に複数の炭化珪素基板１を載置する。そして、炭化珪素基板１が載置されたウエハホルダー１１を、サセプター１６の成長空間Ｓ１０内に設けられた回転台１３上に載置する。

次に、サセプター１６内の成長空間Ｓ１０を減圧して所望の真空状態とする。そして、サセプター１６の外周に巻回されている誘導加熱コイル１５に、高周波電源から高周波電力を供給することにより、サセプター１６及び成長空間Ｓ１０内の回転台１３は誘導加熱される。サセプター１６及び回転台１３が誘導加熱されると、サセプター１６の内壁等からの輻射熱によって、真空状態にあるサセプター１６内の成長空間Ｓ１０も加熱される。

ウエハホルダー１１、回転台１３、及びサセプター１６は同じグラファイトを構成材料として用いている。ここで、回転台１３の厚みが６ｍｍ程度、サセプター１６の厚みは１０ｍｍ程度である。

そして、炭化珪素基板１は、サセプター１６の内壁や、回転台１３がＵ字型のような形状の場合は、回転台１３の側部から、輻射熱及びウエハホルダー１１からの伝導熱によって加熱される。炭化珪素基板１が所望の温度になると、サセプター１６内の成長空間Ｓ１０に成長ガスＧ１を供給する。炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜するためには、サセプター１６内に供給される成長ガスＧ１を炭化珪素基板１上で分解させる必要があるため、本実施の形態では、炭化珪素基板１は約１５００℃まで加熱される。

成長ガスＧ１としては、ＳｉＨ_４ガス、Ｃ_３Ｈ_８８ガス及びＨ_２ガスを供給する。炭化珪素基板１上に成膜するエピタキシャル成長層の電気的な特性を調整する必要がある場合等は、必要に応じて、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：TriMethylAluminium）ガスやＮ_２ガスを成長ガスと共に供給する。本実施の形態では、Ｎ_２ガスを成長ガスＧ１と共に供給する。サセプター１６は、ガス供給口５１から成長ガスＧ１等が供給されると同時に、ガス排出口５２から成長ガスＧ１の排気もなされる構造になっているため、サセプター１６内は常に新しい成長ガスＧ１等で満たされる。

炭化珪素基板１は本実施の形態では約１５００℃まで加熱されるので、サセプター１６内に供給された成長ガスＧ１は炭化珪素基板１上で分解する。そして、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜することができる。所望の厚みまでエピタキシャル成長層を成膜すると、サセプター１６内へ成長ガスＧ１等の供給を停止し、高周波電源から誘導加熱コイル１５への電力供給も停止する。その後、ウエハホルダー１１をサセプター１６の外部へ出し、ウエハポケット１２からエピタキシャル成長層が成膜された炭化珪素基板１を取り出す。

前述したように、本明細書では、エピタキシャル成長層が成膜された炭化珪素基板１を、本実施の形態では「炭化珪素エピタキシャルウエハ」と呼ぶ。そして、上述した実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する方法が、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法となる。

実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、エピタキシャル成長層を成膜する際に、ウエハホルダー１１全体の表面温度の均一性を図っているため、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板１の面内温度分布の均一性を向上させることができる。

したがって、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用い、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法によって製造された炭化珪素エピタキシャルウエハは、炭化珪素エピタキシャルウエハ面内のエピタキシャル成長層のキャリア濃度の均一性を向上させることができる。炭化珪素エピタキシャルウエハのエピタキシャル成長層のキャリア濃度は、エピタキシャル成長層成膜時の炭化珪素基板１の温度との相関が強いからである。

上述したように、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、以下のステップ(a) 〜(c) を備えている。

(a) ウエハホルダー１１のウエハ載置領域であるウエハポケット１２の底面上に炭化珪素基板１を載せるステップと、
(b) 誘導加熱コイル１５による誘導加熱機構によってサセプター１６及び回転台１３を誘導加熱するステップと、
(c) サセプター１６の成長空間Ｓ１０に成長ガスＧ１及びＮ_２ガスを供給して炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を形成し、炭化珪素基板１及びエピタキシャル成長層からなる炭化珪素エピタキシャルウエハを得るステップとを備える。

そして、上記ステップ(a) 〜(c) は、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて実行される。この際、上記ステップ(a) 〜(c) は複数のウエハポケット１２の底面上に載せられる複数の炭化珪素基板１に対して実行される。

実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、上記ステップ(a) 〜(c) からなるエピタキシャル成長処理の実行時において、ウエハホルダー１１全体の表面温度の均一性が高い状態でエピタキシャル成長層を形成することができるため、エピタキシャル成長層のキャリア濃度の均一性の向上を図ることができる。

図５は実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法による効果を説明するためのグラフである。すなわち、図５は、実施の形態１である炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法と、従来の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法との温度分布を比較するグラフである。

図５において、温度分布Ｌ１は、本発明の実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いた実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法の実行時におけるウエハホルダー１１の面内温度分布を示す。一方、温度分布Ｌ２は、従来の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いた従来の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法の実行時における面内温度分布を示している。なお、図５で示すグラフの縦軸は、ウエハホルダーの温度を最も高いキャリア濃度で規格化した数値を示しており、横軸は、ウエハホルダー１１の中心から外周の向きに、炭化珪素エピタキシャルウエハの直径に沿った７点の測定箇所を示す。数値が大きい方がウエハホルダー１１の外周に近いことを意味する。なお、温度測定は、高温水素ガスによる炭化珪素エピタキシャル成長層のエッチング量から温度を換算して測定した。

図５に示すように、従来の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いた場合、ウエハホルダー１１の外周領域に近い箇所の温度は、ウエハホルダー１１の中心に近い箇所の温度よりも大幅に低い。一方、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法の場合、ウエハホルダー１１の外周領域に近い箇所の温度の低温化が抑制され、ウエハホルダー１１の面内温度の均一性が向上していることが分かる。

また、炭化珪素エピタキシャルウエハのエピタキシャル成長層の膜厚分布は、キャリア濃度と比べて、エピタキシャル成長層成膜時の炭化珪素基板１の温度に対して敏感に左右されないため、従来の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いた場合と、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いた場合とでは同等の良好な膜厚分布が得られる。

（炭化珪素半導体装置の製造方法）
次に、実施の形態１の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する。以下で示す例では、炭化珪素半導体装置として、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）の製造方法について説明する。

図６は、この発明の実施の形態１である炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造されたＭＯＳＦＥＴ１０１を示す断面図である。

図６において、ＭＯＳＦＥＴ１０１は、ｎ型の炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１の上面上に形成されたエピタキシャル成長層２と、エピタキシャル成長層２の上層部に選択的に形成されたｐ型のベース領域３と、ベース領域３の上層部に選択的に形成されたｎ型のソース領域４とを備える。ＭＯＳＦＥＴ１０１は、エピタキシャル成長層２の上面のうち露出している面と、ベース領域３の上面と、ソース領域４の上面の一部とを覆うゲート絶縁膜５と、ゲート絶縁膜５上に形成されるゲート電極６とをさらに備える。

ＭＯＳＦＥＴ１０１は、ソース領域４上に形成されたソース電極７と、炭化珪素基板１の下面上、すなわち、炭化珪素基板１のエピタキシャル成長層２が形成されなかった面上に、形成されたドレイン電極８とをさらに有している。

炭化珪素基板１と炭化珪素基板１上に形成されたエピタキシャル成長層２とを合わせた積層構造が炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗとなる。炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗのエピタキシャル成長層２は、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用い、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法を実行して製造された層である。

実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法では、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層２を成膜する際、成長ガスとともにＮ_２ガスを供給したため、エピタキシャル成長層２はｎ型となっている。

次に、図６で示す構造のＭＯＳＦＥＴ１０１の製造方法について説明する。まず、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法を実行することにより、炭化珪素基板１及びエピタキシャル成長層２からなる炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗを得る。なお、炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、上述したステップ(a) 〜(c) によって実行される。

次に、炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗのエピタキシャル成長層２内に、ＭＯＳＦＥＴ１０１の素子領域を形成する。ＭＯＳＦＥＴ１０１の素子領域は、上述した、ベース領域３及びソース領域４が相当する。

まず、エピタキシャル成長層２上に、ベース領域３の形成予定領域に開口部を有する第１のマスクを形成し、上記第１のマスク上からｐ型不純物としてＡｌイオンをイオン注入してエピタキシャル成長層２の上層部に選択的にｐ型のベース領域３を形成する。

次に、上記第１のマスクを除去し、エピタキシャル成長層２及びベース領域３上に、ソース領域４の形成予定領域に開口部を有する第２のマスクを形成した後、上記第２のマスク上からｎ型不純物としてＮイオンをイオン注入して、ベース領域３の上層部に選択的にｎ型のソース領域４を形成する。その後、第２のマスクを除去する。

以上のように、ＭＯＳＦＥＴ１０１の素子領域であるベース領域３及びソース領域４が形成される。

次に、ＣＶＤ法などにより酸化珪素を主成分とする膜を堆積することによって、ベース領域３及びソース領域４を有するエピタキシャル成長層２の上面上にゲート絶縁膜５を形成する。ゲート絶縁膜５は、エピタキシャル成長層２の上面のうち露出している面と、ベース領域３の上面と、ソース領域４の上面の一部とを覆うように選択的に形成される。

次に、ゲート絶縁膜５上に、導電性を有する多結晶珪素膜をＣＶＤ法によって形成することにより、ゲート電極６を形成する。

最後に、ソース領域４のうちゲート絶縁膜５が形成されておらず、露出した表面上にソース電極７を、炭化珪素基板１の下面上にドレイン電極８を、スパッタリング法や蒸着法等によって形成する。ソース電極７及びドレイン電極８の材料としては、アルミニウム合金等が用いられる。

以上が、実施の形態１の炭化珪素半導体装置の製造方法である、ＭＯＳＦＥＴ１０１の製造方法である。実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて製造された炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗは、炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗの面内のエピタキシャル成長層２のキャリア濃度の均一性が向上している。したがって、実施の形態１のＭＯＳＦＥＴ１０１の製造方法によって、低抵抗かつ高耐圧特性を有するＭＯＳＦＥＴ１０１を製造できる結果、従来よりも高い素子歩留まりでＭＯＳＦＥＴ１０１を製造できる。

上述したように、実施の形態１のＭＯＳＦＥＴ１０１の製造方法は、以下のステップ(a) 〜(d) を備えている。

(a) ウエハホルダー１１のウエハ載置領域であるウエハポケット１２上に炭化珪素基板１を載せるステップと、
(b) 誘導加熱コイル１５による誘導加熱機構によってサセプター１６及び回転台１３を誘導加熱するステップと、
(c) サセプター１６の成長空間Ｓ１０に成長ガスＧ１及びＮ_２ガスを供給して炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層２を形成し、炭化珪素基板１及びエピタキシャル成長層２からなる炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗを得るステップと、
(d) 炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗのエピタキシャル成長層２内に、ベース領域３及びソース領域４を含む素子領域を形成する工程とを備える。

そして、少なくとも上記ステップ(a) 〜(c) は、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて実行される。また、上記ステップ(a) 〜 (c) は複数のウエハポケット１２の底面上に載せられる複数の炭化珪素基板１に対して実行される。

実施の形態１のＭＯＳＦＥＴ１０１の製造方法は、キャリア濃度の均一性が高いエピタキシャル成長層２にＭＯＳＦＥＴ１０１の素子領域を形成することができるため、製造される炭化珪素半導体装置であるＭＯＳＦＥＴ１０１の歩留り向上を図ることができる。

次に、炭化珪素半導体装置の製造方法として、ショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。

図７は、この発明の実施の形態１である炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造されたショットキーバリアダイオード１０２を示す断面図である。

図７において、ショットキーバリアダイオード１０２は、ｎ型の炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１の上面上に形成されたエピタキシャル成長層２と、エピタキシャル成長層２の上層部に選択的に形成されたｐ型のイオン注入領域９とを備える。ショットキーバリアダイオード１０２は、２つのイオン注入領域９の上面の一部に跨り、かつ、イオン注入領域９，９間に挟まれたエピタキシャル成長層２の上面上に形成されたショットキー電極４０と、炭化珪素基板１の下面上に形成されたオーミック電極４１とをさらに備える。

ＭＯＳＦＥＴ１０１と同様に、炭化珪素基板１と炭化珪素基板１上に形成されたエピタキシャル成長層２とを合わせた積層構造が炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗとなる。エピタキシャル成長層２は、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用い、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法を実行して製造された層である。実施の形態１では、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層２を成膜する際、成長ガスとともにＮ_２ガスを供給したので、図７のショットキーバリアダイオードのエピタキシャル成長層２もｎ型である。

次に、図７のショットキーバリアダイオード１０２の製造方法について説明する。まず、本実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法を実行することにより、炭化珪素基板１及びエピタキシャル成長層２からなる炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗを得る。なお、炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、上述したステップ(a) 〜(c) によって実行される。

次に、炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗのエピタキシャル成長層２内にショットキーバリアダイオード１０２の素子領域を形成する。ショットキーバリアダイオード１０２の素子領域は、上述した、イオン注入領域９が相当する。

まず、エピタキシャル成長層２上に、イオン注入領域９の形成予定領域に開口部を有する第３のマスクを形成し、上記第３のマスク上からｐ型不純物としてＡｌイオンをイオン注入して、エピタキシャル成長層２の上層部に選択的にイオン注入領域９を形成する。次に、Ａｌイオンをイオン注入するために使用した上記第３のマスクを除去する。以上のように、ショットキーバリアダイオード１０２の素子領域であるイオン注入領域９が形成される。

次に、隣接するイオン注入領域９の上面の一部に跨り、イオン注入領域９に挟まれたエピタキシャル成長層２の上面上にショットキー電極４０を形成する。そして、炭化珪素基板１の下面上、すなわち、炭化珪素基板１のエピタキシャル成長層２が形成されなかった面上にオーミック電極４１を形成する。ショットキー電極４０は、隣接するイオン注入領域９の上面の一部と、イオン注入領域９，９に挟まれたエピタキシャル成長層２の上面とショットキー接合し、オーミック電極４１は、炭化珪素基板１とオーミック接合する。

以上が、実施の形態１の炭化珪素半導体装置の製造方法としてのショットキーバリアダイオード１０２の製造方法である。実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて製造された炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗは、炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗ面内のエピタキシャル成長層２のキャリア濃度の均一性が向上している。したがって、実施の形態１のショットキーバリアダイオード１０２の製造方法によって、低抵抗かつ高耐圧特性を有するショットキーバリアダイオード１０２を製造できるため、従来よりも高い素子歩留まりでショットキーバリアダイオード１０２を製造できる。

上述したように、実施の形態１のショットキーバリアダイオード１０２の製造方法は、以下のステップ(a) 〜(d) を備えている。

(a) ウエハホルダー１１のウエハ載置領域であるウエハポケット１２上に炭化珪素基板１を載せるステップと、
(b) 誘導加熱コイル１５による誘導加熱機構によってサセプター１６及び回転台１３を誘導加熱するステップと、
(c) サセプター１６の成長空間Ｓ１０に成長ガスＧ１及びＮ_２ガスを供給して炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を形成し、炭化珪素基板１及びエピタキシャル成長層２からなる炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗを得るステップと、
(d) 炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗのエピタキシャル成長層２内に、イオン注入領域９を含む素子領域を形成する工程とを備える。

そして、少なくとも上記ステップ(a) 〜(c) は、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて実行される。また、上記ステップ(a) 〜 (c)は複数のウエハポケット１２の底面上に載せられる複数の炭化珪素基板１に対して実行される。

実施の形態１のショットキーバリアダイオード１０２の製造方法は、キャリア濃度の均一性が高いエピタキシャル成長層２内に素子領域を形成することができるため、製造される炭化珪素半導体装置であるショットキーバリアダイオード１０２の歩留り向上を図ることができる。

上述した例では、実施の形態１の炭化珪素半導体装置の製造方法で製造される炭化珪素半導体装置として、ＭＯＳＦＥＴ１０１とショットキーバリアダイオード１０２とを取り上げて説明した。

しかしながら、製造される炭化珪素半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ１０１やショットキーバリアダイオード１０２に限らず、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の他の半導体デバイスを炭化珪素半導体装置として製造してもよい。すなわち、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて製造した炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗを製造対象基板とし、エピタキシャル成長層２に素子領域が製造される炭化珪素半導体装置であればよい。

ＭＯＳＦＥＴ１０１やショットキーバリアダイオード１０２以外の他の炭化珪素半導体装置であっても、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて製造した炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗは、炭化珪素エピタキシャルウエハ１Ｗ面内のエピタキシャル成長層２のキャリア濃度の均一性が向上している。その結果、低抵抗かつ高耐圧特性を有する炭化珪素半導体装置を製造することができるため、従来よりも高い素子歩留まりで炭化珪素半導体装置を製造できることは言うまでもない。

実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置に関し、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層２を成膜する装置として説明した。しかしながら、他の材料、すなわち炭化珪素以外を主材料とした基板上にエピタキシャル成長層２を成膜するために、本実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル成長装置を使用してもよい。この場合において、エピタキシャル成長層２の成膜方法は、適宜変更されるものであることは言うまでもない。

＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２では、本発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は適宜省略する。

図８は、この発明における実施の形態２である炭化珪素エピタキシャル成長装置の主要部の概略構成を示す上面図である。実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置と比較してウエハホルダーのみが異なるため、図８では、ウエハホルダー２１の平面構造を中心に図示している。なお、図８のＤ−Ｄ断面が実施の形態１の図１に相当する。

実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置におけるウエハホルダー２１は、図８に示すように、各々がウエハ載置領域となる複数のウエハポケット２２を有し、複数のウエハポケット２２の底面上に複数の炭化珪素基板１を載置することができる。複数のウエハポケット２２はそれぞれ平面視円状に形成され、それぞれの中心点がウエハホルダー２１のホルダー中心点Ｃ２１から等距離になるように、円周方向に沿って均等に配置される。なお、複数のウエハポケット２２の底面がウエハホルダー２１の表面となる。

そして、複数のウエハポケット２２の底面はそれぞれ第１領域Ａ１００と第２領域Ａ２００とに分類されていることを特徴としている。第１領域Ａ１００及び第２領域Ａ２００はウエハポケット２２の底面から、実施の形態１の第１領域Ａ１０及び第２領域Ａ２０と同様の形成深さで形成される。

第２領域Ａ２００はウエハポケット２２のホルダー中心点Ｃ２１から最も遠い最外点Ｐ２からホルダー中心点Ｃ２１に向けて距離Ｗ２２の広さで設けられる。第１領域Ａ１００はウエハポケット２２の底面のうち第２領域Ａ２００以外の領域となる。この際、第１領域Ａ１００は、ウエハポケット２２のホルダー中心点Ｃ２１から最も近い最内点Ｐ１から最外点Ｐ２に向けて距離Ｗ１２に設定される。

このように、ウエハホルダー２１におけるウエハポケット２２の表面は第１の領域である第１領域Ａ１００と第２の領域である第２領域Ａ２００とを有し、第１領域Ａ１００及び第２領域Ａ２００は、ウエハホルダー２１のホルダー中心点Ｃ２１を基準として第１領域Ａ１００よりも第２領域Ａ２００の方が遠くなる位置関係を有している。

第１領域Ａ１００の第１の表面粗さである表面粗さＳＲ１０、第２領域Ａ２００の第２の表面粗さである表面粗さＳＲ２０との表面粗さ関係は、表面粗さＳＲ２０が表面粗さＳＲ１０より大きい。すなわち、表面粗さＳＲ１０と表面粗さＳＲ２０との表面粗さ関係は「ＳＲ１０＜ＳＲ２０」を満足する。

したがって、実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、実施の形態１の場合と同様、第２領域Ａ２００は第１領域Ａ１００よりも、上記誘導電流温度格差効果を発揮して高温化が可能である。

このように、実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置が備えるウエハホルダー１１及びウエハポケット１２が、ウエハホルダー２１及びウエハポケット２２に変わった点が異なる。

上述したように、ウエハホルダー２１における各ウエハポケット２２は、第２領域Ａ２００が、ウエハホルダー２１の最外点Ｐ２からウエハホルダー２１のホルダー中心点Ｃ２１に向かって、距離Ｗ２２を有する弓形状に形成され、第１領域Ａ１００は、ウエハポケット２２における、第２領域Ａ２００以外の領域となる。

第２領域Ａ２００の距離Ｗ２２は、ウエハポケット２２の半径Ｒ２２の１／１０以上１／２以下の範囲が好ましい。距離Ｗ２２がウエハポケット２２の半径Ｒ２２の１／１０より小さいと、高温化する第２領域Ａ２００の面積が、ウエハホルダー２１の全体面積と比較して小さすぎるため、第２領域Ａ２００による高温化の効果である上記誘導電流温度格差効果がほとんど得られず、ウエハホルダー２１の面内温度を均一化するのは困難で好ましくない。

また、距離Ｗ２２がウエハポケット２２の半径Ｒ２２の１／２より大きいと、ウエハホルダー２１のホルダー中心点Ｃ２１に近い領域の温度も上がるため、ウエハホルダー２１の面内の温度分布はあまり改善しないため好ましくない。

上述のように、第２領域Ａ２００の距離Ｗ２２をウエハポケット２２の半径Ｒ２２の１/１０以上１/２以下の範囲とすることにより、上記輻射熱温度格差傾向を抑制するに十分な上記誘導電流温度格差効果を得ることができる。すなわち、エピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板１の面内温度分布の均一性を向上させる効果が十分に得られる。

なお、上記効果を確実に発揮するには、ウエハポケット２２の半径はウエハホルダー２１の半径の１／３〜１／２の範囲であり、ウエハポケット２２の中心点のウエハホルダー２１のホルダー中心点Ｃ２１からの配置距離はウエハホルダー２１の半径の１／１０〜７／１０程度にすることが望ましい。

表面粗さＳＲ２０は、表面粗さＳＲ１０の１．２倍以上１０倍以下であることが望ましい。表面粗さＳＲ２０が、表面粗さＳＲ１０の１．２倍よりも小さい場合、第２領域Ａ２００の温度上昇が小さいため、ウエハホルダー１１の面内温度の均一性の改善効果は小さい。

また、表面粗さＳＲ２０が、表面粗さＳＲ１０の１０倍より大きい場合、炭化珪素基板１の裏面とウエハポケット２２の第２領域Ａ２００との間に隙間が生じるため、プロセスガスが炭化珪素基板１の裏面に回り込んで、副生成物が形成される。炭化珪素基板１の裏面に副生成物が形成されると、後工程のプロセスにおいて炭化珪素基板１の真空吸着不良で搬送不良が発生したり、ウエハポケット２２からの取り出し時における炭化珪素基板１の位置出し精度が悪化したりする等、不具合が発生するため好ましくない。

上述したように、第１領域Ａ１００の表面粗さＳＲ１０と第２領域Ａ２００の表面粗さＳＲ２０とは、「表面粗さＳＲ２０は、表面粗さＳＲ１０の１．２倍以上、１０倍以下である」という表面粗さ関係を有することにより、第２領域Ａ２００に付着する副生成物の形成に伴う不具合を抑制し、かつ、ウエハホルダー１１全体の温度の均一性の向上を図ることができる。

実施の形態２では、炭化珪素エピタキシャル成長装置を以上のような構成としたことにより、エピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板の面内温度分布の均一性を向上させることができる。以下、この点を詳述する。

上述したように、第２領域Ａ２００は第１領域Ａ１００に比べ、サセプター１６からの輻射熱を受けられる方向が限定されるため、第２領域Ａ２００が第１領域Ａ１００に比べ温度が低くなる上記輻射熱温度格差傾向がある。

実施の形態２は、上述したように、ウエハホルダー２１のホルダー中心点Ｃ２１を基準として第１領域Ａ１００よりも第２領域Ａ２００の方が遠くなる位置関係を有し、かつ、表面粗さＳＲ１０及びＳＲ２０は表面粗さ関係「ＳＲ１０＜ＳＲ２０」を満足することを特徴としている。

実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、上記特徴を有することにより、第２領域Ａ２００が第１領域Ａ１００に比べより多くの誘導電流が流れる結果、第２領域Ａ２００の方が第１領域Ａ１００より温度上昇が生じやすいという、上記輻射熱温度格差傾向とは反対の誘導電流温度格差効果を発揮することができる。

その結果、実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、上記誘導得電流温度格差効果によって、第２領域Ａ２００が第１領域Ａ１００に比べ温度が低くなる上記輻射熱温度格差傾向を効果的に抑制する結果、エピタキシャル成長処理の実行時に、ウエハホルダー２１全体の表面温度の均一性を向上させることができる。

したがって、実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、ウエハホルダー２１に複数の炭化珪素基板１を載置してエピタキシャル成長層を成膜する際に、エピタキシャル成長層が成膜される炭化珪素基板１の面内温度分布の均一性を向上させることができる。

このように、実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。

さらに、実施の形態２では、ウエハポケット２２のウエハ搭載面である底面の表面粗さを変化させている。このため、表面粗さを変化させる面である第１領域Ａ１００及び第２領域Ａ２００に副生成物はほとんど付着しないため、副生成物の膜剥がれによる発塵の影響はほとんどない。

したがって、発塵の影響はほとんどない点において、実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、実施の形態１よりも優れている。

実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置は、発塵の影響を考慮する必要がないため、実施の形態１の炭化珪素エピタキシャル成長装置よりも低コストで得ることができる。

＜その他＞
なお、上述した表面粗さＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ１０，ＳＲ１２，ＳＲ２０等の表面粗さとして例えば「算術平均粗さＲａ（μm）」等が考えられる。本発明は表面粗さの比に着目しているため、単位については詳細に説明していない。以下、具体例を説明する。

例えば、第１領域Ａ１０及びＡ１００の表面粗さＳＲ１及びＳＲ１０（以下、「第１の最終表面粗さ」と略記）の絶対値として０．３〜０．８μｍ（中心値は０．６μｍ）が考えられ、第２領域Ａ２０及びＡ２００の表面粗さＳＲ２及びＳＲ２０（以下、「第２の最終表面粗さ」と略記）の絶対値として０．８〜１．２μｍ（中心値は１．０μｍ）が考えられる。但し、第２の最終表面粗さは、第１の最終表面粗さの１．２〜５倍を満足する必要が有る。

なお、第１及び第２の最終表面粗さは、例えば、カーボン母材を構成材料としたホルダー主要部１１ａをエンドミルで加工後、ホルダー主要部１１ａの全体を炭化珪素でコーティングして炭化珪素形成層１１ｂを形成することにより設定される（図４参照）。

また、炭化珪素でコーティングする前のウエハホルダー１１であるホルダー主要部１１ａにおいて、第１領域Ａ１０及びＡ１００表面粗さ（以下、「第１の下地表面粗さ」と略記）の絶対値として１．８〜２．２μｍが考えられ、第２領域Ａ２０及び２００表面粗さ（以下、「第２の下地表面粗さ」と略記）の絶対値として２．７〜３．０μｍが考えられる。第１及び第２の下地表面粗さの設定は、例えば、ホルダー主要部１１ａに対しエンドミルによる加工処理を実行して設定される。

その後、ホルダー主要部１１ａの表面全体を炭化珪素形成層１１ｂで覆うようにコーディングすることにより、図４に示す構造のウエハホルダー１１を得る。炭化珪素形成層１１ｂのコーティング後の第１及び第２の最終表面粗さは、コーティング前の第１及び第２の下地表面粗さを反映しつつ、より小さな値になることにより、上述した値（第１の最終表面粗さ：０．３〜０．８μｍ、第２の最終表面粗さ：０．８〜１．２μｍ）に設定することができる。

実施の形態１の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法では、成長ガスＧ１及びＮ_２ガスを供給してｎ型のエピタキシャル成長層２を形成したが、Ｎ_２ガスに代えて、ｐ型ドーパントして例えばＡｌ（ＣＨ_３）_２ガスを供給することにより、炭化珪素基板１上にｐ型のエピタキシャル成長層を形成することも勿論可能である。

また、実施の形態２においても、実施の形態２の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて、実施の形態１と同様な炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法及び炭化珪素半導体装置の製造方法を実行することができるのは勿論である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１０ 成長炉、１１，２１ ウエハホルダー、１２，２２ ウエハポケット、１３ 回転台、１５ 誘導加熱コイル、１６ サセプター、Ａ１０，Ａ１００ 第１領域、Ａ２０，Ａ２００ 第２領域。

Claims (7)

1. 成長ガスが供給され、内部に成長空間を有するサセプターと、
   前記サセプターの前記成長空間内に設けられ、表面上に炭化珪素基板を載せるためのウエハ載置領域を有するウエハホルダーと、
   前記成長空間内に設けられ、前記ウエハホルダーを搭載しつつ回転する回転台とを備え、
   前記サセプター外に設けられ、前記サセプター及び前記回転台を誘導加熱する誘導加熱機構と、
   前記ウエハホルダーの表面は第１の領域と第２の領域とを有し、前記第１及び第２の領域は、前記ウエハホルダーの中心点を基準として前記第１の領域よりも前記第２の領域が遠くなる位置関係を有し、
   前記第１の領域の表面粗さである第１の表面粗さが、前記第２の領域の表面粗さである第２の表面粗さよりも小さいこと
   を特徴とする、
   炭化珪素エピタキシャル成長装置。
2. 請求項１記載の炭化珪素エピタキシャル成長装置であって、
   前記第２の表面粗さは、前記第１の表面粗さの１．２倍以上、５倍以下である表面粗さ関係を有することを特徴とする、
   炭化珪素エピタキシャル成長装置。
3. 請求項１または請求項２記載の炭化珪素エピタキシャル成長装置であって、
   前記ウエハホルダーは、
   構成材料をグラファイトとしたホルダー主要部と、
   前記ホルダー主要部の表面全体を覆う炭化珪素形成層とを含む、
   炭化珪素エピタキシャル成長装置。
4. 請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル成長装置であって、
   前記第１及び第２の領域は前記ウエハ載置領域外に設けられる、
   炭化珪素エピタキシャル成長装置。
5. 請求項１記載の炭化珪素エピタキシャル成長装置であって、
   前記第１及び第２の領域は前記ウエハ載置領域内のみに設けられる、
   炭化珪素エピタキシャル成長装置。
6. 請求項１から請求項５のうち、いずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いた炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法であって、
   (a) 前記ウエハホルダーの前記ウエハ載置領域上に炭化珪素基板を載せるステップと、
   (b) 前記誘導加熱機構によって前記サセプター及び前記回転台を誘導加熱するステップと、
   (c) 前記サセプター内の前記成長空間に成長ガスを供給して前記炭化珪素基板上にエピタキシャル成長層を形成し、前記炭化珪素基板及び前記エピタキシャル成長層からなる炭化珪素エピタキシャルウエハを得るステップとを備える、
   炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
7. 請求項１から請求項５のうち、いずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いた炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法であって、
   (a) 前記ウエハホルダーの前記ウエハ載置領域上に炭化珪素基板を載せるステップと、
   (b) 前記誘導加熱機構によって前記サセプター及び前記回転台を誘導加熱するステップと、
   (c) 前記サセプター内の前記成長空間に成長ガスを供給して前記炭化珪素基板上にエピタキシャル成長層を形成し、前記炭化珪素基板及び前記エピタキシャル成長層からなる炭化珪素エピタキシャルウエハを得るステップと、
   (d) 前記炭化珪素エピタキシャルウエハの前記エピタキシャル成長層内に素子領域を形成する工程とを備え、
   少なくとも、前記ステップ(a) 〜(c)は、前記炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて実行される、
   炭化珪素半導体装置の製造方法。

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