CN110004487B - 外延生长装置和使用其的半导体外延晶片的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及外延生长装置和使用其的半导体外延晶片的制造方法。提供能够改善外延层形成时的膜厚均匀性控制的鲁棒性的外延生长装置。根据本发明的外延生长装置（100）是，一种外延生长装置，其特征在于，具有：载置半导体晶片（W）的基座（20）、向半导体晶片（W）的上表面供给第1工艺气体（G1）的第1气体供给部（150）、以及供给对半导体晶片（W）的周缘部中的第1工艺气体（G1）的气流进行控制的第2工艺气体（G2）的第2气体供给部（170），配设第2气体供给部，以使同时供给第1和第2工艺气体（G1）、（G2）时的第2工艺气体（G2）的气流的主流路（F）流入到基座（20）上并且该主流路与半导体晶片（W）的周缘隔离。

Description

外延生长装置和使用其的半导体外延晶片的制造方法

技术领域

本发明涉及外延生长装置和使用其的半导体外延晶片的制造方法。

背景技术

外延晶片是使外延膜在半导体晶片的表面上气相生长后的晶片。例如，在为了制作半导体器件而进一步要求结晶的完整性的情况或需要电阻率不同的多层构造的情况等下，使单晶硅薄膜在硅晶片上气相生长（外延生长）来制造外延硅晶片。

在外延晶片的制造中，使用例如单片式外延生长装置。在此，参照图1来对通常的单片式外延生长装置进行说明。如图1所示那样，外延生长装置900具有包括上部拱顶11、下部拱顶12和拱顶安装体13的腔室10，该腔室10对外延膜形成室进行划分。此外，拱顶安装体13以基座为边界被划分为上部衬垫17和下部衬垫18。在腔室10中在其侧面的相向的位置的上部衬垫17侧设置有分别进行反应气体G_P的供给和排出的反应气体供给口15A和反应气体排出口16A。此外，在腔室10的侧面的相向的位置的下部衬垫18侧设置有分别进行环境气体G_A的供给和排出的环境气体供给口15B和环境气体排出口16B，环境气体G_A用于使腔室内下部拱顶12的部分保持为氢环境。

此外，在腔室10内配置有载置半导体晶片W的基座20。基座20从下方被基座支承轴30支承。基座支承轴30通过臂的顶端的3个支承销（未图示）对基座20的下表面外周部进行嵌合支承。进而，在基座20形成3个贯通孔（其中，1个未图示），在基座支承轴30的臂也一个一个地形成贯通孔。将升降销40A、40B、40C（其中，升降销40B由于配置的关系而未图示在图1的示意截面图中）插通到这些臂的贯通孔和基座的贯通孔中。此外，升降销40A、40B、40C的下端部被升降轴50支承。在搬入到腔室10内的半导体晶片W的支承、该半导体晶片W向基座20上的载置和气相外延生长后的外延晶片向腔室10外的搬出时，通过升降轴50进行升降，从而升降销40A、40B、40C一边在臂的贯通孔和基座的贯通孔滑动一边进行升降，在其上端部进行半导体晶片W的升降。在使用该单片式外延生长装置900来形成外延层EP时，一边使基座20旋转，一边使反应气体G_P与在基座20载置的半导体晶片W的上表面接触。再有，反应气体G_p是指意味着在载气中混合源气体后的气体。在形成硅外延层来作为外延层EP的情况下，源气体使用三氯硅烷气体等硅源气体。此外，基座20的侧面通常经由3mm左右的间隙被预热环60覆盖。

预热环60也被称为预热环或预加热环。在反应气体G_P流入到外延膜形成室时，在反应气体G_P与半导体晶片W接触之前，预热环60对基座20和反应气体G_P进行预热。通过像这样做使用预热环60来提高成膜前和成膜中的半导体晶片W的热均匀性，提高外延膜的均匀性。

参照图2来关于在反应气体排出口16A和环境气体排出口16B侧的、反应气体G_P和环境气体G_A的气流的流动进行说明。如图2所示那样，反应气体G_P主要向反应气体排出口16A侧流动，环境气体G_A主要向环境气体排出口16B侧流动。经由基座20与预热环60之间的间隙g，反应气体G_P的一部分能够沉入到环境气体排出口16B侧，相反地，关于环境气体G_A，其一部分能够喷到反应气体排出口16A侧。但是，环境气体G_A与反应气体G_p不同，环境气体G_A不意图向半导体晶片W的上表面方向供给。

在此，在专利文献1中公开了以下气体注入装置：在外延生长装置中，具备相对于一个平面状表面以一个角度供给第一工艺气体的带有角度的注入的喷出口的第一组、以及与前述喷出口的第一组接近而实质上沿着前述平面状表面供给第二工艺气体的被加压后的层流的喷出口的第二组，前述平面状表面相对于前述喷出口的第二组垂直地扩大。

根据专利文献1，通过使用这样的两种喷出口，从而使在外延层成膜时使用的工艺气体间的流动发生相互作用，改善外延层的厚度和组成上的不均匀性或它们两者。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2015-534283号公报。

发明内容

发明要解决的课题

本发明人们期待能够通过使用图3所示的外延生长装置800来良好地控制在半导体晶片W形成外延层EP时的膜厚均匀性，并试验了实验。在此，外延生长装置800具有第1气体供给部15、以及第2气体供给部70，所述第1气体供给部15具备放出第1工艺气体G1的反应气体供给口15A并且向半导体晶片W的上表面供给第1工艺气体G1，所述第1工艺气体G1包括反应气体Gp，所述第2气体供给部70具备放出第2工艺气体G2的第2放出口70A并且向半导体晶片W的上表面方向供给第2工艺气体G2，所述第2工艺气体G2控制半导体晶片W的周缘部中的第1工艺气体G1的气流。然后，如图3所示那样，当俯视半导体晶片W时，第1工艺气体G1和第2工艺气体G2的供给方向垂直地交叉。

如果使用外延生长装置800，则由于第1工艺气体G1在晶片周缘部也均匀地流动，所以期待能够改善外延层EP的膜厚均匀性。然而，当实际形成外延层EP时，确认了存在以下情况：如后述细节的图7B那样产生被称为“凸块（bump）”的晶片周缘部中的鼓起（卷起之后卷开）。由于要求外延周缘部（晶片边缘部）的膜厚单调减少或单调增加地变化，所以不能容许这样的凸块的形成。

此外，还确认了这样的凸块的形成也根据基座20的转速或向晶片中央部和周缘部供给各工艺气体时的供给比率较大地受到影响。因此，本发明人们将在使用第2工艺气体G2时需要改善外延层形成时的膜厚均匀性控制的鲁棒性识别为新的课题。

因此，本发明提供能够改善外延层形成时的膜厚均匀性控制的鲁棒性的外延生长装置。进而，本发明的目的在于提供使用该外延生长装置的半导体外延晶片的制造方法。

用于解决课题的方案

本发明人们为了解决上述诸课题而进行了专心讨论。在外延生长中使基座20旋转，由此，也使载置于那的半导体晶片W旋转，使第1工艺气体G1喷附到半导体晶片W的上表面。因此，伴随着基座20和半导体晶片W的旋转，第1工艺气体G1和第2工艺气体G2的气体流动也发生变化，该情况被考虑为干扰的主要原因之一。进而，在讨论时，发现了，如在图3中示意性地示出那样，在基座20中在旋转方向上在第2工艺气体G2与反应气体排出口16A之间形成第1工艺气体G1的浓度局部变高的区域，该情况可能成为形成了上述的凸块的原因。

因此，本发明人们想到了在使用第2工艺气体G2的情况下，为了使半导体晶片W的上表面中的浓度分布均匀化，使第2工艺气体G2的气流的方向适当化，由此，控制第1工艺气体G1的气流。然后，本发明人发现了：通过使用将第2工艺气体G2的气流的方向适当化后的外延生长装置而能够解决上述课题，到达了完成本发明。

即，本发明的主旨结构如以下那样。

（1）一种外延生长装置，使外延层在半导体晶片的表面上气相外延生长，所述外延生长装置的特征在于，具有：

腔室；

基座，在所述腔室的内部载置所述半导体晶片；

第1气体供给部，具备放出第1工艺气体的第1气体放出口，向所述半导体晶片的上表面供给所述第1工艺气体，所述第1工艺气体包括用于使所述外延层气相外延生长的反应气体；以及

第2气体供给部，具备放出第2工艺气体的第2气体放出口，向所述半导体晶片的上表面方向供给所述第2工艺气体，所述第2工艺气体控制所述半导体晶片的周缘部中的所述第1工艺气体的气流，

配设所述第2气体供给部，以使同时供给所述第1和第2工艺气体时的所述第2工艺气体的气流的主流路流入到所述基座上并且该主流路与所述半导体晶片的周缘隔离。

（2）根据前述（1）所记载的外延生长装置，所述外延生长装置在与所述第1气体放出口相向的位置具有排出所述第1工艺气体的排出口，

在所述基座的旋转方向上，所述第2气体放出口被配置在所述第1气体放出口与所述排出口之间的旋转方向上流。

（3）根据前述（2）所记载的外延生长装置，所述第2气体放出口被配置在所述基座的旋转方向上的所述第1工艺气体的上流侧。

（4）根据前述（2）或（3）所记载的外延生长装置，从所述第1气体放出口朝向所述排出口的第1方向与从所述第2气体放出口放出所述第2工艺气体的放出方向所成的角度为锐角。

（5）根据前述（4）所记载的外延生长装置，所述第1方向与所述放出方向所成的角度为40度至80度的范围。

（6）根据前述（1）~（5）的任一项所记载的外延生长装置，所述第1工艺气体包括源气体和载气，

所述第2工艺气体由所述载气构成。

（7）根据前述（1）~（6）的任一项所记载的外延生长装置，所述半导体晶片的周缘与所述第2工艺气体的所述主流路之间的最短距离为5mm以上40mm以下。

（8）一种半导体外延晶片的制造方法，其中，包括：

在根据前述（1）~（7）的任一项所记载的外延生长装置的所述基座载置半导体晶片的工序；以及

同时供给所述第1工艺气体和所述第2工艺气体来使外延层在所述半导体晶片的表面上气相外延生长的工序。

发明效果

根据本发明，能够提供能够改善外延层形成时的膜厚均匀性控制的鲁棒性的、外延生长装置和使用其的半导体外延晶片的制造方法。

附图说明

图1是根据现有技术的外延生长装置的示意截面图。

图2是说明在外延生长装置的气体排出口附近的气流（gas flow）的示意截面图。

图3是根据本发明人的讨论的包括第2工艺气体（process gas）的外延生长装置的示意平面图。

图4是依照本发明的一个实施方式的外延生长装置的示意平面图。

图5A是示出第2工艺气体的主流路F的示意图。

图5B是由第2工艺气体控制的、源气体的质量浓度分布的一个例子。

图6A是示出实施例1中的第1工艺气体的质量浓度分布的图。

图6B是示出比较例1中的第1工艺气体的质量浓度分布的图。

图7A是示出在实施例1中形成的外延层的周缘部中的膜厚分布的图表。

图7B是示出在比较例1中形成的外延层的周缘部中的膜厚分布的图表。

图8A是示出改变生长条件的情况下的、实施例1中的第2工艺气体的气体流量与晶片周缘部中的膜厚差的关系的图表。

图8B是示出改变生长条件的情况下的、比较例1中的第2工艺气体的气体流量与晶片周缘部中的膜厚差的关系的图表。

具体实施方式

以下，参照附图来对依照本发明的外延生长装置100进行说明。再有，关于图中的各结构的长宽比，为了便于说明而夸张地图示，与实际不同。此外，为了使说明简略化，对各结构使用适当框图。进而，对参照图1已经描述的、与通常的外延生长装置900重复的结构使用同一附图标记。

（外延生长装置）

依照本发明的一个实施方式的外延生长装置100是能够为了使外延层EP在半导体晶片W的表面上气相外延生长来制造半导体外延晶片EW而使用的外延生长装置。参照图1和图4来说明该外延生长装置100。

根据本实施方式的外延生长装置100包括腔室10、在腔室10的内部载置半导体晶片W的基座（susceptor）20、向前述半导体晶片的上表面供给第1工艺气体G1的第1气体供给部150、以及向半导体晶片W的上表面方向供给第2工艺气体G2的第2气体供给部170。在此，第1气体供给部150具备放出第1工艺气体G1的第1气体放出口150A，所述第1工艺气体G1包括用于使外延层EP气相外延生长的反应气体。此外，第2气体供给部170具备放出第2工艺气体G2的第2气体放出口170A，所述第2工艺气体G2控制半导体晶片W的周缘部中的第1工艺气体G1的气流。再有，在图4中，在与第1气体放出口150A相向的位置，图示了排出第1工艺气体G1的排出口160。

为了便于说明，将从排出口160朝向第1气体供给部150并且两者相向的方向定义为x轴，将与该x轴正交且第2气体供给部170侧的方向定义为y轴。同时，使半导体晶片W的厚度方向为z方向（使形成外延层EP的侧为z轴的正方向）。进而，将半导体晶片W的中心位置定义为该xyz空间的原点。此外，将y轴与第2气体放出口170A的中心位置所成的角定义为θ₁。进而，将从第1气体放出口150A朝向排出口160的第1方向（即，x轴的负方向）与从第2气体放出口170A放出第2工艺气体G2的放出方向所成的角度定义为角度θ₂。

那么，第1工艺气体G1包括反应气体，使用该反应气体来在半导体晶片W的表面形成外延层EP。因此，将第1工艺气体G1供给到半导体晶片W的上表面。在本说明书中，反应气体是指意味着在载气中混合源气体后的气体。另一方面，第2工艺气体G2控制第1工艺气体G1的气流，因此，不需要以与半导体晶片W的上表面直接接触的方式供给第2工艺气体G2。通过将第2工艺气体G2供给到半导体晶片W的上表面方向，从而第2工艺气体G2控制第1工艺气体G1的流动。

在此，在根据本实施方式的外延生长装置100中，配设第2气体供给部170，以使同时供给第1和第2工艺气体G1、G2时的第2工艺气体G2的气流的主流路F流入到基座20上并且该主流路F与半导体晶片W的周缘W₀隔离。

参照图4和图5A、图5B来对第2工艺气体G2的气流的主流路F进行说明。图5A示意性地记载了通过依照本实施方式的外延生长装置100一边使基座20旋转一边流动第1工艺气体G1和第2工艺气体G2时的、第2工艺气体的主流路F。在此所说的第2工艺气体G2的气流的主流路F是指第2工艺气体的扩散速度成为最大的流动方向。图5B示出在图5A的结构中同时流动第1工艺气体G1和第2工艺气体G2时的、源气体（具体而言，三氯硅烷（trichlorosilane））的质量浓度分布的一个例子。图5B中的浓色部示出源气体的质量浓度相对较低的（因此，第2工艺气体G2的质量浓度相对较高的）区域，淡色部是指源气体的质量浓度相对较高的（因此，第2工艺气体G2的质量浓度相对较低的）区域。扩散速度成为最大的流动方向与图4、图5A所示的主流路F一致。

由于第2工艺气体G2的主流路F与半导体晶片W的周缘W₀隔离，所以能够使半导体晶片W的周缘部中的第1工艺气体G1的质量浓度比较均匀地扩散。因此，能够抑制形成外延层EP时的前述的凸块的形成，此外，针对基座的转速等干扰主要原因，也能够改善外延层形成时的膜厚均匀性控制的鲁棒性。

再有，为了使第2工艺气体G2的主流路F与半导体晶片W的周缘W₀隔离，只要适当调整放出第2工艺气体G2的第2气体放出口170A的位置和放出方向（也可以称为喷嘴角度）即可。此外，能够通过例如利用有限体积法的数值解析来判别主流路F是否与半导体晶片W的周缘W₀隔离。在这样的数值解析中，例如使用市售的通用热流体解析软件等，作为参数而至少设定第1工艺气体G1的流量、放出起点位置和放出方向、第2工艺气体G2的流量、放出起点位置和放出方向、基座20的旋转方向和转速、腔室空间、晶片表面温度，只要动态地数值解析第1工艺气体G1或第2工艺气体G2的扩散即可。

此外，为了更可靠地得到本发明效果，如图4所示那样，在基座20的旋转方向上，优选将第2气体放出口170A配置在第1气体放出口150A与排出口160之间的旋转方向上流（即，-90度＜θ₁＜90度）。进而，为了该目的，优选将第2气体放出口170A配置在基座20的旋转方向上的第1工艺气体G1的上流侧（即，为x轴方向，0度＜θ₁＜90度），进而优选为2度＜θ₁＜15度。作为θ₁的优选例，能够例示8度~12度的范围。此时，优选从半导体晶片W的中心（即，腔室10的中心）向第1工艺气体G1的上流侧（x轴方向）偏离规定距离L来配置第2气体放出口170A，作为该规定距离L，能够相对于半导体晶片W的半径R而为1/10~1/3左右。然后，只要根据将第2气体放出口170A的位置向第1工艺气体G1的上流侧偏离的距离L来适当调整第2气体放出口170A的方向即可。当具体地说明时，在半导体晶片的半径为例如150mm（直径300mm）的情况下，只要使第2气体放出口170A的位置向第1工艺气体G1的上流侧偏离15mm~50mm左右即可。再有，关于在y方向上偏离的距离，只要配置在腔室的圆周上，则如果决定在x方向上偏离的距离L，那么与其对应地决定在y方向上偏离的距离。

此外，为了得到前述的主流路F，当使从第1气体放出口150A朝向排出口160的第1方向与从第2气体放出口170A放出第2工艺气体的放出方向所成的角度θ₂为锐角时，更可靠。特别地，当第1方向与上述放出方向所成的角度θ₂为40度~80度的范围内时，得到主流路F更可靠，当为45度~55度的范围内时，进一步可靠。此外，为了该目的，优选的是，前述的角度θ₁越大或距离L越大，使角度θ₂越小。

进而，为了可靠地得到根据本发明的效果，使半导体晶片W的周缘W₀与第2工艺气体G2的主流路F之间的最短距离l₀为超过0mm以上40mm以下，进而，优选为5mm以上（参照图5B）。只要最短距离l₀为该范围，则能够可靠地控制第1工艺气体G1的半导体晶片周缘部中的气流，使源气体的浓度分布适当化。再有，周缘W₀与主流路F之间的最短距离l₀是指意味着不同的2个曲线间的最短距离。

再有，上述的第2气体放出口170A的配设位置只不过是优选方式。只要第2工艺气体G2的气流的主流路F流入到基座20上并且该主流路F与半导体晶片W的周缘W₀隔离，则第2气体放出口170A的配设位置丝毫不被限定。进而，关于第2气体放出口170A的配设位置与基座的关系，只要以气流的主流路F流入到基座上的方式设置第2气体放出口170A的配设位置即可，既可以设置为从与例如基座的水平位置同等或比基座高的位置向基座上流入，也可以为其相反。

此外，在依照本实施方式的外延生长装置中，优选使用硅晶片来作为半导体晶片W，在硅晶片上成膜的外延层为硅外延层是优选的。但是，依照本实施方式的外延生长装置也能够应用于化合物半导体晶片等，也能够使用于异质外延生长。

在此，优选的是，第1工艺气体G1包括源气体和载气来作为反应气体，并且，在该情况下，第2工艺气体G2由载气构成。当以在硅晶片形成硅外延层的情况为例进行说明时，能够使用二氯甲硅烷或三氯硅烷等硅源来作为源气体，能够使用氢来作为载气。如果第2工艺气体与第1工艺气体的载气为同种，则由于不会对外延生长时的反应造成影响的方面而是优选的。但是，在本实施方式中使用的第1和第2工艺气体G1、G2并不限定于它们，只要根据半导体晶片W的基板种类和外延层的材料来适当选择即可。进而，第1工艺气体G1和第2工艺气体G2的任一者或两者包括掺杂气体也可。只要为在硅晶片形成硅外延层的情况，则能够使用包括硼、磷、砷等的化合物气体。

此外，为了得到前述的主流路F，优选以8∶1~13∶1的范围设定第1工艺气体G1的气体流量与第2工艺气体G2的气体流量之比。再有，在此所说的气体流量在包括多种不同的气体的情况下是指合计量下的气体流量。即，在第1工艺气体G1包括源气体和氢气的情况下，只要使用它们的合计的气体流量来计算上述比即可。

在以下，说明能够应用于本实施方式的外延生长装置的各结构的具体的方式，但是，本发明丝毫不被限定于这些具体的方式。

＜腔室＞

如图1所示那样，腔室10包括上部拱顶11、下部拱顶12和拱顶安装体13，该腔室10对外延膜形成室进行划分。在腔室10中，通常在上部衬垫（liner）17侧处的侧面的相向的位置设置进行反应气体G_P的供给和排出的反应气体供给口15A和反应气体排出口16A。此外，在腔室10中，通常在下部衬垫18侧处的侧面的交叉的位置设置进行环境气体G_A的供给和排出的环境气体供给口15B和环境气体排出口16B。在图1中，为了简略化，在同一截面图示了反应气体G_P和环境气体G_A的供给口和排出口，有时也如图1那样以反应气体G_P与环境气体G_A平行的方式设置供给口。此外，拱顶安装体13与基座和晶片同样为圆形，设置有第2喷嘴。关于拱顶安装体13，在处理300mm的晶片的外延装置中，直径大致为420~470mm。

＜基座＞

基座20是在腔室10的内部载置半导体晶片W的圆盘状的构件。基座20通常沿周向以120度等间隔具有在铅直方向上贯通表背面的3个贯通孔。将升降销（lift pin）40A、40B、40C分别插通到这些贯通孔中。基座20的厚度大致为2~8mm左右，能够使用将碳石墨（石墨）作为母材并且通过炭化硅（SiC：维氏硬度2, 346kgf/mm²）涂布其表面后的基座。在基座20的表面形成有收容并载置半导体晶片W的锪孔部（未图示）。

＜基座支承轴＞

基座支承轴30在腔室10内从下方支承基座20，其支柱配置在与基座20的中心大致同轴上。

＜升降销＞

将升降销40A、40B、40C分别插通到基座20的贯通孔中。通过升降轴50将升降销40A、40B、40C沿上下方向升降，由此，能够一边在升降销的上端部支承半导体晶片W（半径50％以上的背面部区域）一边在基座20上拆装半导体晶片W。对升降轴的工作在后面进行叙述。对于升降销40A、40B、40C的材料，与基座20同样，通常使用碳石墨和/或炭化硅。

＜升降轴＞

升降轴50划分收容基座支承轴30的主柱的中空，在支柱的顶端部分别支承升降销的下端部。升降轴50由石英构成是优选的。升降轴沿着基座支承轴30的主柱上下移动，由此，能够使升降销40A、40B、40C升降。

＜预热环（preheat ring）＞

预热环60经由间隙覆盖基座20的侧面。被从未图示的卤素灯照射的光加热，反应气体G_P流入到外延膜形成室，在反应气体G_P与半导体晶片W接触之前，预热环60对反应气体G_P进行预热。此外，预热环60也进行基座20的预热。像这样做，预热环60提高成膜前和成膜中的基座20和半导体晶片W的热均匀性。预热环60也与基座20同样能够使用将碳石墨（石墨）作为母材并且通过炭化硅（SiC：维氏硬度2, 346kgf/mm²）涂布其表面后的环。

＜加热灯＞

加热灯被配置在腔室10的上侧区域和下侧区域，通常，使用升降温速度较快、温度控制性优越的卤素灯或红外灯。

再有，作为导入到腔室内的环境气体，优选使用氢气。如前述那样，环境气体不供给到半导体晶片W的上表面。

（半导体外延晶片的制造方法）

此外，依照本发明的一个实施方式的半导体外延晶片的制造方法包括：在前述的外延生长装置的前述基座载置半导体晶片的工序、以及同时供给前述第1工艺气体和前述第2工艺气体来使外延层在前述半导体晶片的表面上气相外延生长的工序。利用该制造方法，能够改善外延层形成时的膜厚均匀性控制的鲁棒性。

此外，在半导体晶片W的表面形成外延层时的生长条件能够为通常的条件。如果为在硅晶片形成硅外延层的情况，则例如将氢作为载气，将二氯甲硅烷、三氯硅烷等源气体作为第1工艺气体导入到外延生长炉内，根据所使用的源气体而生长温度也不同，但是，能够以大致1000~1200℃温度范围的温度利用CVD法在半导体晶片上外延生长。关于第2工艺气体，如前述那样，优选使用氢。此外，所形成的外延层EP的厚度能够为1~15μm的范围内。

【实施例】

接着，为了进一步使本发明的效果明确，举出以下的实施例，但是，本发明丝毫不被限制于以下的实施例。

（实施例1）

对使用图4所示的外延生长装置在硅晶片表面形成硅外延层的情况下的、第2工艺气体G2的主流路F和所形成的外延层的膜厚分布进行了数值解析。在上流侧在L：40mm的位置设置第2工艺气体G2的第2气体放出口170A，使角度θ₁为10度，使角度θ₂为50度。

此外，在本实施例1中，导入三氯硅烷（TCS）和氢气来作为第1工艺气体G1，导入氢气来作为第2工艺气体G2。使第1工艺气体G1的合计流量为84slm（H₂：75slm、TCS：9slm），使第2工艺气体G2的流量为7slm。此外，使基座转速为70rpm，使基座上的晶片温度为1130℃。

在第1工艺气体的质量浓度分布的数值解析时，计算TCS的质量浓度分布，作为参数设定了第1工艺气体G1的流量、放出起点位置和放出方向、第2工艺气体G2的流量、放出起点位置和放出方向、基座20的旋转方向和转速、腔室空间、晶片表面温度和炉内压力（常压）。然后，从得到的质量浓度分布求取主流路F。此外，作为外延生长处理的数值解析，使用TCS来作为硅源，求取了外延生长速度分布。

在图6A中图示由数值解析结果得到的主流路F。如图6A所示那样，主流路F总是与硅晶片的周缘Wo隔离。在上述数值解析中，最短距离l₀为25mm。在图7A中示出在该情况下得到的外延层的晶片周缘部中的膜厚分布的计算结果。从图7A能够确认外延膜厚仅卷起（roll up）。

（比较例1）

除了图3的结构即使第2工艺气体G2的第2气体放出口170A的方向朝向晶片中心并且使第1工艺气体G1的上流侧的移动距离为0（零）以外，也与实施例1同样地对主流路F和所形成的外延层的膜厚分布进行了数值解析。

与实施例1同样，在图6B、图7B中示出根据比较例1的结果。从图6B能够确认在比较例1中主流路F流入到半导体晶片W。然后，从图7B能够确认形成了被称为凸块的晶片周缘部中的外延层的鼓起（卷起之后卷开（roll off））。

进而，在实施例1和比较例1中，在基座转速为70rpm、第1工艺气体的分配比为5∶1（以下，“条件1”）时，进行了变更为基座转速为32rpm、第1工艺气体的分配比为1：1的情况（以下，“条件2”）下的数值解析。进而，在条件1、2的每个中，还进行了使第2工艺气体的流量为3slm、5slm、7slm的情况下的数值解析。在图8A（实施例1）、图8B（比较例1）中分别示出各个条件下的在径向140mm和148mm的位置间的外延层的膜厚差。

从图8A、图8B，在比较例1中确认了：伴随着第2工艺气体的氢气的流量增加，外延晶片的外周膜厚的响应性不是单调增加，噪声影响较大。相对于此，在实施例1中确认了：伴随着第2工艺气体的氢气的流量增加，外延晶片的外周膜厚的响应性为单调增加，因此，确认了：噪声影响较小，能够改善鲁棒性。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供能够改善外延层形成时的膜厚均匀性控制的鲁棒性的外延生长装置。

附图标记的说明

100 外延生长装置

10 腔室

11 上部拱顶

12 下部拱顶

13 拱顶安装体

15A 反应气体供给口

15B 环境气体供给口

16A 反应气体排出口

16B 环境气体排出口

17 上部衬垫

18 下部衬垫

20 基座

30 基座支承轴

40A、40C 升降销

50 升降轴

60 预热环

150 第1气体供给部

150A 第1气体放出口

160 排出口

170 第2气体供给部

170A 第2气体放出口

G1 第1工艺气体

G2 第2工艺气体

F 主流路

W 半导体晶片。

Claims (8)

1.一种外延生长装置，使外延层在半导体晶片的表面上气相外延生长，所述外延生长装置的特征在于，具有：

腔室；

基座，在所述腔室的内部载置所述半导体晶片；

第1气体供给部，具备放出第1工艺气体的第1气体放出口，向所述半导体晶片的上表面供给所述第1工艺气体，所述第1工艺气体包括用于使所述外延层气相外延生长的反应气体；以及

第2气体供给部，具备放出第2工艺气体的第2气体放出口，向所述半导体晶片的上表面方向供给所述第2工艺气体，所述第2工艺气体控制所述半导体晶片的周缘部中的所述第1工艺气体的气流，

配设所述第2气体供给部，以使同时供给所述第1和第2工艺气体时的所述第2工艺气体的气流的主流路流入到所述基座上并且该主流路与所述半导体晶片的周缘隔离。

2.根据权利要求1所述的外延生长装置，其中，所述外延生长装置在与所述第1气体放出口相向的位置具有排出所述第1工艺气体的排出口，

在所述基座的旋转方向上，所述第2气体放出口被配置在所述第1气体放出口与所述排出口之间的旋转方向上流。

3.根据权利要求2所述的外延生长装置，其中，所述第2气体放出口被配置在所述基座的旋转方向上的所述第1工艺气体的上流侧。

4.根据权利要求2或3所述的外延生长装置，其中，从所述第1气体放出口朝向所述排出口的第1方向与从所述第2气体放出口放出所述第2工艺气体的放出方向所成的角度为锐角。

5.根据权利要求4所述的外延生长装置，其中，所述第1方向与所述放出方向所成的角度为40度至80度的范围。

6.根据权利要求1~3的任一项所述的外延生长装置，其中，所述第1工艺气体包括源气体和载气，

所述第2工艺气体由所述载气构成。

7.根据权利要求1~3的任一项所述的外延生长装置，其中，所述半导体晶片的周缘与所述第2工艺气体的所述主流路之间的最短距离为5mm以上40mm以下。

8.一种半导体外延晶片的制造方法，其中，包括：

在根据权利要求1~7的任一项所述的外延生长装置的所述基座载置半导体晶片的工序；以及

同时供给所述第1工艺气体和所述第2工艺气体来使外延层在所述半导体晶片的表面上气相外延生长的工序。

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