CN110494957A - 外延生长装置及预热环以及使用这些的外延晶片的制造方法 - Google Patents

外延生长装置及预热环以及使用这些的外延晶片的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够改善外延膜的厚度均匀性的外延生长装置。基于本发明的外延生长装置具有基座(20)及留有间隙而覆盖基座(20)的侧面的预热环(60)，在基座(20)与预热环(60)之间的至少一部分设置比在反应气体供给口侧的基座(20)与预热环(60)的间隙宽度(W1)宽的间隙宽度。

Description

外延生长装置及预热环以及使用这些的外延晶片的制造方法
技术领域
本发明涉及外延生长装置及该装置内使用的预热环以及使用这些的外延晶片的制造方法。
背景技术
外延晶片是在半导体晶片的表面上气相生长外延膜而成的晶片。例如，在进一步要求晶体的完整性的情况或需要电阻率不同的多层结构的情况等时，在硅晶片上气相生长(外延生长)单晶硅薄膜来制造外延硅晶片。
外延晶片的制造中使用例如单片式外延生长装置。在此，参考图1对一般的单片式外延生长装置进行说明。如图1所示，外延生长装置100具有包括上部圆顶11、下部圆顶12及圆顶安装体13的腔室10，该腔室10划分出外延膜形成室。并且，圆顶安装体13以基座为边界划分为上部衬垫17及下部衬垫18。在腔室10的侧面的对置位置的上部衬垫17侧，设置有进行反应气体GP的供给及排出的反应气体供给口15A及反应气体排出口16A。并且，在腔室10的侧面的对置位置的下部衬垫18侧，设置有进行环境气体GA的供给及排出的环境气体供给口15B及环境气体排出口16B，该环境气体GA用于将腔室内下部圆顶12的部分保持为氢环境。
并且，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所支承。基座支承轴30通过臂部的前端的3个支承销(未图示)来嵌合支承基座20的下表面外周部。而且，在基座20形成有3个贯穿孔(其中，1个未图示)，在基座支承轴30的臂部也各形成有1个贯穿孔。这些臂部的贯穿孔及基座的贯穿孔插通有由顶升销(lift pin)40A、40B、40C(其中，顶升销40B由于配置的关系，在图1的示意剖视图中未图示)。并且，顶升销40的下端部被升降轴50所支承。支承搬入腔室10内的半导体晶片W，将该半导体晶片W载置于基座20上，且将气相生长后的外延晶片搬出腔室20外时，通过升降轴50进行升降，能够一边使顶升销40与臂部的贯穿孔及基座的贯穿孔滑动一边升降，并且用其上端部进行半导体晶片W的升降。用该单片式外延生长装置形成外延膜时，使基座20旋转，并且使反应气体GP与载置于基座20的半导体晶片W的上表面接触。另外，反应气体是指将源气体(source gas)与载气混合而成的气体。在形成硅外延层作为外延层的情况下，源气体使用三氯硅烷气体等硅源气体。
在此，基座20的侧面一般留有3mm左右的间隙而被预热环60覆盖。预热环60也称为预加热环，反应气体GP流入外延膜形成室，反应气体GP在与半导体晶片W接触之前，预热环60预热反应气体GP。并且，预热环60也进行基座20的预热。由此，能够提高成膜前及成膜中的半导体晶片W的热均匀性，并提高外延膜的均匀性。
另外，到目前为止，在俯视预热环的情况下，成为以基座的中心点对称的环状的形状。当形成外延层时，如上所述，使基座旋转，因此可以说避免基座与预热环接触是原因之一。并且，因为考虑到为了提高成膜前及成膜中的半导体的热均匀性，预热环也优选为相对于半导体晶片或基座的中心为对称结构。
专利文献1中记载有具备预加热环(预热环)的外延生长装置，该预加热环包围基座的周围，并以反应气体在气体供给口及气体排出口之间移动时加热反应气体的方式动作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平07-078863号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，对通过单片式外延生长装置成膜后的外延层的厚度分布进行测定时，发现厚度分布不均。近年来，由于半导体器件的细微化日益发展，因此要求能够改善外延层的厚度均匀性的技术。
因此，本发明的目的在于提供一种能够改善外延层的厚度均匀性的外延生长装置。
用于解决技术问题的方案
本发明人对产生该厚度分布不均的原因进行了深入研究。发现即使精度良好地进行基座及半导体晶片的位置调整，基座及半导体晶片的各个中心相对于单片式外延生长装置的中心轴也会产生μm级的偏差。因此，认为预热环与基座的间隙的长度在基座的旋转中发生变动，反应气体的流动产生偏移。本发明人认为这种反应气体的流动的偏移有可能是因为外延层的厚度分布不均。而且，发现了在反应气体供给口15A侧的预热环与基座之间的间隙中，若产生环境气体GA的上吹变动，则反应气体GP与半导体晶片W的上表面不均匀地接触，此时特别容易使外延层的厚度均匀性崩溃。
在此，使用图2示意性地说明在反应气体排出口16A及环境气体排出口16B侧的反应气体GP及环境气体GA的气体流的流动。反应气体GP主要是在反应气体排出口16A侧流动，但经由基座20与预热环60之间的间隙，其一部分下沉至环境气体排出口16B侧。相反，环境气体GA主要是在环境气体排出口16B侧流动，但经由基座20与预热环60之间的间隙，其一部分上吹至反应气体排出口16A侧。一般此现象是因为腔室10的上部圆顶部分与下部圆顶部分的压力差而产生的。
为了抑制在上述反应气体供给口15A侧的环境气体GA的上吹，本发明人认为也可以有目的地增强在反应气体排出口16A侧的预热环60与基座20之间的间隙的环境气体GA的上吹。这是因为，由此能够相对地抑制在反应气体供给口15A侧的环境气体GA的上吹变动。而且，为了增强在排出口16A侧的环境气体GA的上吹，本发明人认为例如可以将预热环60与基座20之间的间隙的长度w设为大于在供给口侧的间隙的长度。
本发明人进一步进行了深入研究。为了在排出口16A侧产生环境气体GA的上吹，在基座20与预热环60之间的至少一部分设置比在反应气体GP的供给侧的基座20与预热环60之间的间隙宽度宽的间隙宽度，由此能够抑制在供给口15A侧的上吹。而且，本发明人发现使用这种外延生长装置能够解决上述技术问题，从而完成了本发明。
即，本发明的主旨方案如下。
(1)一种外延生长装置，在半导体晶片的表面上气相生长外延膜，其特征在于，具有：
腔室；
基座，在所述腔室的内部载置所述半导体晶片；
预热环，留有间隙而覆盖所述基座的侧面；及
反应气体供给口，将用于气相生长所述外延层的反应气体供给至所述半导体晶片的上表面，
在所述基座与所述预热环之间的至少一部分设置比在所述反应气体供给口侧的所述基座与所述预热环的间隙宽度宽的间隙宽度。
(2)根据所述(1)所述的外延生长装置，其中，
在与所述反应气体供给口相反侧的所述基座与所述预热环的间隙宽度比在所述反应气体供给口侧的所述基座与所述预热环的间隙宽度宽。
(3)根据所述(1)或(2)所述的外延生长装置，其中，
所述预热环的外径与内径之差在周向上不均匀。
(4)根据所述(3)所述的外延生长装置，其中，
所述预热环的外周缘及内周缘为彼此直径不同的圆形，且所述外周缘的中心点与所述内周缘的中心点不同。
(5)根据所述(4)所述的外延生长装置，其中，
以所述基座的旋转方向为正，相对于所述外周缘的中心点，最靠近所述反应气体供给口侧的点与所述间隙宽度成为最小的位置所成的角度为-40°以上且小于0°。
(6)根据所述(3)所述的外延生长装置，其中，
在所述预热环的内周缘设置有缺口部。
(7)根据所述(3)所述的外延生长装置，其中，
所述预热环的外周缘为圆形，且所述预热环的内周缘为椭圆形。
(8)根据所述(1)至(7)中任一项所述的外延生长装置，其中，
所述预热环为圆环结构。
(9)一种预热环，在外延生长装置内留有间隙而覆盖载置半导体晶片的基座的侧面，其特征在于，
所述预热环的外径与内径之差在周向上不均匀。
(10)根据所述(9)所述的预热环，其中，
所述预热环的外周缘及内周缘为彼此直径不同的圆形，且所述外周缘的中心点与所述内周缘的中心点不同。
(11)根据所述(10)所述的预热环，其中，
以所述基座的旋转方向为正，相对于所述外周缘的中心点，最靠近所述反应气体供给口侧的点与所述间隙宽度成为最小的位置所成的角度为-40°以上且小于0°。
(12)根据所述(9)所述的预热环，其中，
在所述预热环的内周缘设置有缺口部。
(13)根据所述(9)所述的预热环，其中，
所述预热环的外周缘为圆形，且所述预热环的内周缘为椭圆形。
(14)根据所述(9)至(13)中任一项所述的预热环，其中，
所述预热环为圆环结构。
(15)一种外延晶片的制造方法，其特征在于，
向所述(1)至(8)所述的外延生长装置或具备所述(9)至(14)所述的预热环的外延生长装置供给环境气体及包含作为载气的氢气的反应气体，而在半导体晶片外延生长外延层。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够改善外延膜的厚度均匀性的外延生长装置。
附图说明
图1是基于现有技术的外延生长装置的剖视图。
图2是说明基于本发明人的研究的在外延生长装置的气体排出口附近的气体流的示意剖视图。
图3是说明根据本发明的一实施方式的外延生长装置中的基座与预热环的配置关系的一例的示意俯视图。
图4A是说明根据本发明的一实施方式的外延生长装置中的预热环的优选方式的示意俯视图。
图4B是说明根据本发明的另一实施方式的外延生长装置中的预热环的优选方式的示意俯视图。
图4C是说明根据本发明的又一实施方式的外延生长装置中的预热环的优选方式的示意俯视图。
图5是表示实验例1中的外延层的膜厚均匀性的图表。
图6是表示实验例2中的P1与P2的距离与外延层的厚度分布不均的关系的图表。
图7A是表示实验例3中的角度φ与外延层的厚度分布不均的关系的示意图。
图7B是表示实验例3中的角度φ与外延层的厚度分布不均的关系的图表。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的顶升销进行详细说明。另外，图中各结构的纵横比是为了便于说明而夸张地图示，与实际情况不同。
(外延生长装置)
根据本发明的一实施方式的外延生长装置在半导体晶片W的表面上气相生长外延膜。在此，外延生长装置100具有：腔室10；基座20，在腔室10的内部载置半导体晶片；预热环60，留有间隙而覆盖基座20的侧面；及反应气体供给口15A，将用于气相生长外延层的反应气体GP供给至半导体晶片W的上表面。而且，与现有技术不同，如图3所例示，在根据本实施方式的外延生长装置100中，在基座20与预热环60之间的至少一部分设置比在反应气体供给口15A侧的基座20与预热环60的间隙宽度w1宽的间隙宽度w2。以下对各结构的详细内容依次进行说明。
<腔室>
腔室10包括上部圆顶11、下部圆顶12及圆顶安装体13，该腔室10划分出外延膜形成室。在腔室10中，一般在上部衬垫17侧的侧面的对置位置设置有进行反应气体GP的供给及排出的反应气体供给口15A及反应气体排出口16A。并且，在腔室10中，一般在下部衬垫18侧的侧面的交叉位置设置有进行环境气体GA的供给及排出的环境气体供给口15B及环境气体排出口16B。图1中为了简化，在相同的截面图示出反应气体GP及环境气体GA的供给口及排出口，有时如图1所示以反应气体GP与环境气体GA并行的方式设置供给口。
<基座>
基座20是在腔室10的内部载置半导体晶片W的圆盘状的部件。基座20一般在周向上以120°的等间隔具有沿铅直方向贯穿正面和背面的3个贯穿孔。在这些贯穿孔中分别插通有顶升销40A、40B、40C。基座20的厚度大致为2～8mm左右，能够使用以碳石墨(石墨)为母材，将其表面用碳化硅(SiC：维氏硬度2，346kgf/mm2)涂覆的材料。在基座20的表面形成有容纳并载置半导体晶片W的沉孔部(未图示)。
<预热环>
预热环60留有间隙而覆盖基座20的侧面。通过从未图示的卤素灯照射的光而加热，反应气体GP流入外延膜形成室，且在反应气体GP与半导体晶片W接触之前，预热环60将反应气体GP预热。预热环60还进行基座20的预热。由此，预热环60提高成膜前及成膜中的基座20及半导体晶片的热均匀性。
预热环60与基座20相同，能够使用以碳石墨(石墨)为母材，将其表面用碳化硅(SiC：维氏硬度2，346kgf/mm2)涂覆的材料。预热环60的厚度能够设为与基座20相同程度，或者比基座20厚，例如能够设为2mm～6mm。并且，预热环60优选水平设置，但容许相对于水平±1度左右的倾斜。
关于本说明书中的基座20与预热环60的间隙宽度，参考图3进行说明。首先，预热环60以最靠近反应气体供给口侧的位置为基点A，将在从预热环60的外周缘的中心P1顺时针旋转θ度的位置的基座20与预热环60的间隙宽度称为wθ。如图3所示，将从基点A沿着反应气体的气体流动方向的上游侧的间隙宽度(w0°)特别称为w1，将下游侧的间隙宽度(w180°)特别称为w2。图3的例子中，与反应气体供给口侧对置的位置，即沿着反应气体的气体流动方向的下游侧的间隙宽度w2成为最宽的间隙宽度，上游侧的间隙宽度w1成为最窄的间隙宽度。另外，虽然也依存于预热环60的形状及反应气体供给口的设置区域，但是通常以外周缘的中心P1为中心，将成为预热环60与反应气体供给口15A的最短距离的位置A旋转±45度的区域称为本说明书中的预热环60的反应气体供给口侧。另外，反应气体GP从图中箭头的上游侧开始流向下游侧，也会受到基座20旋转时的离心力的影响，但主要是沿着图中的箭头流动。
并且，与上述的间隙宽度相同，如图3所示，将在从预热环60的外周缘的中心P1顺时针旋转θ度的位置的预热环60的外径与内径之差称为Dθ。而且，将沿着反应气体的气体流动方向的上游侧的预热环60的外径与内径之差(D0°)特别称为D1，将下游侧的外径与内径之差(D180°)称为D2。
本实施方式中，在除了预热环60的反应气体供给口侧的区域中，在基座20与预热环60之间的至少一部分设置比在反应气体供给口15A侧的基座20与预热环60的间隙宽度宽的间隙宽度。以下对该技术意义进行说明。
为了抑制在反应气体供给口15A侧的反应气体GP与半导体晶片W的上表面不均匀地接触，只要抑制在反应气体供给口15A侧的环境气体GA的上吹即可。为了如此，如使用图2已经叙述，例如只要有目的地增强在反应气体排出口16A侧的预热环60与基座20之间的间隙的环境气体GA的上吹即可。并且，不限于反应气体排出口16A侧，在反应气体供给口15A侧以外的位置，设置这种有目的地增强环境气体GA的上吹的位置，也能够抑制在反应气体供给口15A侧的环境气体GA的上吹。
所以，若在基座20与预热环60之间的至少一部分设置比在反应气体供给口15A侧的基座20与预热环60的间隙宽度宽的间隙宽度，则能够降低在反应气体供给口15A侧的环境气体GA的上吹，并抑制反应气体GP与半导体晶片W的上表面不均匀地接触。而且，其结果，能够改善使用根据本实施方式的外延生长装置100形成的外延层的厚度均匀性。
为了该目的，优选在与反应气体供给口侧的相反侧(即反应气体排出口侧)的基座20与预热环60的间隙宽度比在反应气体供给口侧的基座与所述预热环的间隙宽度宽。尤其，优选在反应气体供给口侧的基座20与预热环的间隙宽度最窄，并且也优选在反应气体供给口侧的基座与预热环的间隙宽度随着朝向与反应气体供给口侧的对置侧而逐渐减小。而且，也优选预热环60的外径与内径之差在周向上不均匀。
使用图3及图4A～图4C对能够将上述间隙宽度具体化的具体例进行说明。但是，能够应用于本实施方式的预热环60的形状并不受这些的任何限定。
如图3所示，优选预热环60的外周缘及内周缘为彼此直径不同的圆形，且外周缘的中心点P1与内周缘的中心点P2的中心点不同。预热环60的外周缘及内周缘也可以称作彼此偏心。该情况下，预热环60的外径与内径之差在周向上非恒定(即不均匀)，而在基座20与预热环60之间设置有比间隙宽度w1宽的间隙宽度。
该情况下，预热环60的外周半径R1能够设为220～224mm左右，并且内周半径R2能够设为187～191mm左右。而且，能够将外周缘的中心点P1与内周缘的中心点P2之间的距离设为1～3mm左右。在图3的例子中，基座20与预热环60之间的最大间隙宽度为w2，最小间隙宽度为w1。为了防止基座20沿周向旋转并外延生长时因基座20与预热环60接触而起尘，优选将最小间隙宽度w1设为1mm以上，另一方面，为了抑制在前述反应气体供给口侧的环境气体GA的上吹，优选将最大间隙宽度w2设为3mm以上。
而且，如后述的图7A所示，优选以基座的旋转方向为正，相对于外周缘的中心点P1，最靠近反应气体供给口侧的点A与间隙宽度成为最小的位置B所成的角度φ为-40°以上且小于0°。
并且，如图4A所示，也优选在预热环60的内周缘设置有缺口部。在图4A的例子中，预热环60的外周缘及内周缘具有共同的中心点P，但由于设置有缺口部，所以在与反应气体供给口侧对置的位置的间隙宽度w2大于反应气体供给口侧的间隙宽度w1。例如，能够将在缺口部侧的间隙宽度w2设为3mm～10mm左右，将在反应气体供给口侧的间隙宽度w1设为1mm～3mm左右。并且，能够将在缺口部侧的外径与内径之差D2设为29mm～33mm左右，将在反应气体供给口侧的外径与内径之差D1设为33mm～34mm左右。在该例子的情况下，由于在缺口部环境气体的上吹变强，其结果能够抑制在反应气体供给口侧的环境气体的上吹。
而且，如图4B所示，也优选预热环60的外周缘为圆形，且预热环60的内周缘为椭圆形。在图4A的例子中，预热环60的外周缘及内周缘具有共同的中心点P，但内周缘的椭圆形的短轴沿着反应气体的气体流动，内周缘的椭圆形的长轴沿着与反应气体的气体流动垂直的方向。该情况下，能够将在沿着反应气体的气体流动的方向的间隙宽度w1、w2设为1mm～3mm左右，将在与反应气体的气体流动垂直的方向的间隙宽度w3(W90°)设为3mm～10mm左右。而且，能够将在沿着反应气体的气体流动的方向的外径与内径之差D1、D2设为33mm～34mm左右，将在与反应气体的气体流动垂直的方向的外径与内径之差D3(D90°)设为29mm～33mm左右。在该例子的情况下，由于在预热环60的长轴侧环境气体的上吹变强，其结果能够抑制在反应气体供给口侧的环境气体的上吹。
并且，如图4C所示，也优选将预热环60的外周缘设为圆形，而另一方面将内周缘设为非圆形。在图4C的例子中，预热环60的外周缘及内周缘具有共同的中心点P，但在内周缘中，图的左半部为圆，图的右半部为椭圆的一部分。而且，在与反应气体供给口侧对置的位置的间隙宽度w2大于反应气体供给口侧的间隙宽度w1。在该例子的情况下，由于在内周缘的椭圆侧环境气体的上吹变强，其结果也能够抑制在反应气体供给口侧的环境气体的上吹。在图4C的情况下，能够将间隙宽度w2设为3mm～15mm左右，将间隙宽度w1设为1mm～3mm左右。并且，能够将外径与内径之差D2设为26mm～33mm左右，并将外径与内径之差D1设为33mm～34mm左右。并且，图4C中，仅将图中的内周缘的右半部设为椭圆形的轮廓，但也可以设为长圆形的轮廓，即使设为抛物线形状的轮廓也无妨，只要是除了反应气体供给口侧以外，在何处设置非圆形也无妨。
以上，对预热环60的各种优选方式进行了说明，但如前述，只要是在基座20与预热环60之间的至少一部分设置比在反应气体供给口侧的基座20与预热环60的间隙宽度宽的间隙宽度，就能够抑制在反应气体供给口侧的环境气体的上吹，其结果能够改善外延层的膜厚均匀性。
另外，如参考图3、图4A～图4C等已经叙述，本实施方式中的预热环60优选为较圆地连接成圆形的圆环结构。
根据本实施方式的外延生长装置中，优选使用硅晶片作为半导体晶片W，优选在硅晶片上形成的外延层为硅外延层。但是，根据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中，也能够应用于异质外延生长。
而且，根据本实施方式的外延生长装置能够具有以下的基座支承轴、顶升销、升降轴、加热灯及用于外延生长装置中的一般的结构。但是，本实施方式并不受这些具体方式的任何限定。
<基座支承轴>
基座支承轴30在腔室10内从下方支承基座20，其支柱与基座20的中心几乎配置于同轴上。
<顶升销>
顶升销40A、40B、40C分别插通于基座20的贯穿孔。顶升销40A、40B、40C通过升降轴50沿上下方向升降，由此能够以顶升销的上端部支承半导体晶片W(半径50％以上的背面部区域)并且使半导体晶片W装卸于基座20上。关于该动作的详细内容在后面叙述。顶升销40A、40B、40C的材料与基座20相同，一般使用碳石墨和/或碳化硅。
<升降轴>
升降轴50划分出容纳基座支承轴30的主柱的中空，并通过支柱的前端部分别支承顶升销的下端部。升降轴50优选由石英构成。升降轴通过沿着基座支承轴30的主柱上下移动，能够使顶升销40A、40B、40C升降。
<加热灯>
加热灯配置在腔室10的上侧区域及下侧区域，一般使用升降温速度快、温度控制性优异的卤素灯或红外线灯。
(预热环)
并且，根据本发明的一实施方式的预热环是在外延生长装置内留有间隙而覆盖载置半导体晶片的基座的侧面的预热环。而且，预热环的外径与内径之差在周向上不均匀。若将这种预热环用于外延生长装置，则如前述能够抑制在外延的反应气体供给口侧的环境气体的上吹，其结果能够改善外延层的膜厚均匀性。使用已经叙述的图3、图4对这种预热环的优选方式进行说明，省略与外延生长装置的实施方式重复的说明。
并且，如图3所示，优选预热环60的外周及内周为彼此直径不同的圆形，且外周的中心点P1与内周的中心点P2不同。而且，如图4A所示，也优选在预热环60的内周设置有缺口部。并且，也优选预热环60的外周为圆形，且预热环60的内周为椭圆形。
并且，根据本发明的一实施方式的外延晶片的制造方法中，向前述外延生长装置或具备预热环的外延生长装置供给环境气体及包含作为载气的氢气的反应气体，而在半导体晶片外延生长外延层。由此，如前述能够抑制在外延的反应气体供给口侧的环境气体的上吹。
另外，在供给包含作为载气的氢气的反应气体时的流量能够设为5～100SLM，供给环境气体时的流量能够设为1～50SLM。并且，作为载气优选使用氢气，作为硅的源气体优选使用二氯硅烷、三氯硅烷等。而且，作为环境气体优选使用氢气。并且，作为半导体晶片W优选使用硅晶片，在硅晶片上形成的外延层优选为硅外延层。
实施例
接着，为了使本发明的效果更加明确，举出以下的实施例，但本发明并不受以下的实施例的任何限制。
[实验例1]
(发明例1)
将图3所示的预热环60设置于外延生长装置。与图3相同，将预热环60的外径与内径之差成为最小的位置设为反应气体供给口侧，将预热环60的外径与内径之差成为最大的位置设为反应气体排出口侧。图3所示的中心点P1与P2之间的距离为1.5mm，并且基座20与预热环60之间的间隙宽度w1为2mm，间隙宽度w2为5mm。
作为硅外延晶片的基板，使用了掺杂有硼的直径300mm的硅晶片W。在该硅晶片W上，使用基于发明例1的外延生长装置制造了外延晶片。在外延晶片的制造时，首先，将作为原料源气体的三氯硅烷气体在温度1130℃下进行供给，并对基座20的表面施加了硅涂层。接着，将半导体晶片W导入外延膜形成室内，并使用顶升销载置于基座20上。接着，在1130℃下供给氢气，并进行了氢烘烤之后，在1130℃下生长4μm的硅的外延膜而得到外延硅晶片。在此，使用三氯硅烷气体作为原料源气体，并且使用乙硼烷气体作为掺杂剂气体，使用氢气作为载气。并且，反应气体GP的合计流量(源气体及载气的合计流量)为70SLM，环境气体GA的流量为25SLM。
(现有例)
使用现有技术所涉及的以中心点对称的环状的预热环来代替发明例1中的预热环60，除此以外以与发明例1相同的方式形成了外延层。另外，现有例中的预热环与基座之间的间隙的长度为3.5mm左右且在周向上均匀。
<评价：外延层的膜厚测定>
使用FT-IR方式的膜厚测定器(Nanometrics公司制：QS-3300EG)，分别测定了根据发明例1及现有例所制作的外延晶片的外延膜的膜厚分布。将结果示于图5。其中，图5的图表的纵轴由相对值表示。根据图5，能够确认到与现有例相比，外延硅晶片的比100mm靠外侧的厚度分布不均改善了约58％。另外，在此所谓的“不均”是指通过上述膜厚测定器所测定的晶片外周部(将距晶片中心半径100mm以内除外)的测定值的不均程度，并由{(最大测定值-最小测定值)/(最大测定值+最小测定值)}×100％来定义。以下的实验例2、3中也相同。
[实验例2]
维持发明例1中的预热环的外周半径R1及内周半径R2，并且变更外周中心P1与内周中心P2的距离，除此以外以与发明例1相同的方式制作了硅外延晶片。图6中示出外周中心P1与内周中心P2的距离和厚度分布不均的关系性。另外，外周中心P1与内周中心P2的距离为3mm以上的w1几乎为0而接触，因此无法正常地外延生长。
根据图6，在发明例1中，在w1不为1mm以下的程度上，能够确认到w2越宽，与现有例相比越能够改善在外周方向的膜厚分布的不均。尤其，外周中心P1与内周中心P2的距离若为1mm以上，则能够确认到不均可成为0.6％以下。通过使用根据本发明条件的外延装置，能够抑制在外延装置内的在反应气体供给口侧的环境气体的上吹，因此推测能够改善膜厚的均匀性。
[实验例3]
如图7A所示，维持发明例1中的预热环的外周半径R1及内周半径R2，使相对于外周中心P1最靠近反应气体供给口侧的点A和预热环60与基座20之间的间隙宽度成为最小的位置B所成的角度φ旋转，除此以外以与发明例1相同的方式制作了硅外延晶片。(发明例1中，角度φ为0°。)另外，为了便于说明，图7A中，为了明确地对比位置关系而继续沿用图3中的w1(最小间隙宽度)、w2(最大间隙宽度)等符号。因此，在最靠近反应气体供给口侧的点A的预热环60与基座20的间隙宽度wφ成为w1＜wφ＜w2。关于角度φ，如图7A所示，从基点A逆时针前进至间隙宽度成为最小的位置B时，将角度φ视作负的角度，相反，从基点A顺时针前进至间隙宽度成为最小的位置B时，将角度φ视作正的角度。另外，与实验例2不同，将外周中心P1与内周中心P2的距离维持1.5mm。
图7B中示出角度φ与厚度分布不均的关系性。由于相对于中心点P1，作为反应气体供给口侧的基点A与间隙宽度成为最小的位置B所成的角度φ为正负45°时为0.8％，所以根据图7B，若将角度φ设在正负45°的范围内，则确认到能够抑制厚度分布不均。尤其，通过将角度φ设为-40°至+15°，能够将厚度分布不均设为0.6％以下，可确认得到高的效果。而且，能够确认到角度φ小于0°时能够得到更高的效果。另外，在图7B的图表中，角度φ为0°时未对称于中心，推测其原因之一为基座顺时针旋转。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种能够改善外延膜的厚度均匀性的外延生长装置。
附图标记说明
100-外延生长装置，10-腔室，11-上部圆顶，12-下部圆顶，13-圆顶安装体，14-加热灯，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-顶升销，50-升降轴，60-预热环，W-半导体晶片。

Claims (15)

1.一种外延生长装置，在半导体晶片的表面上气相生长外延膜，其特征在于，具有：
腔室；
基座，在所述腔室的内部载置所述半导体晶片；
预热环，留有间隙而覆盖所述基座的侧面；及
反应气体供给口，将用于气相生长所述外延层的反应气体供给至所述半导体晶片的上表面，
在所述基座与所述预热环之间的至少一部分设置比在所述反应气体供给口侧的所述基座与所述预热环的间隙宽度宽的间隙宽度。
2.根据权利要求1所述的外延生长装置，其中，
在与所述反应气体供给口相反侧的所述基座与所述预热环的间隙宽度比在所述反应气体供给口侧的所述基座与所述预热环的间隙宽度宽。
3.根据权利要求1或2所述的外延生长装置，其中，
所述预热环的外径与内径之差在周向上不均匀。
4.根据权利要求3所述的外延生长装置，其中，
所述预热环的外周缘及内周缘为彼此直径不同的圆形，且所述外周缘的中心点与所述内周缘的中心点不同。
5.根据权利要求4所述的外延生长装置，其中，
以所述基座的旋转方向为正，相对于所述外周缘的中心点，最靠近所述反应气体供给口侧的点与所述间隙宽度成为最小的位置所成的角度为-40°以上且小于0°。
6.根据权利要求3所述的外延生长装置，其中，
在所述预热环的内周缘设置有缺口部。
7.根据权利要求3所述的外延生长装置，其中，
所述预热环的外周缘为圆形，且所述预热环的内周缘为椭圆形。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的外延生长装置，其中，
所述预热环为圆环结构。
9.一种预热环，在外延生长装置内留有间隙而覆盖载置半导体晶片的基座的侧面，其特征在于，
所述预热环的外径与内径之差在周向上不均匀。
10.根据权利要求9所述的预热环，其中，
所述预热环的外周缘及内周缘为彼此直径不同的圆形，且所述外周缘的中心点与所述内周缘的中心点不同。
11.根据权利要求10所述的预热环，其中，
以所述基座的旋转方向为正，相对于所述外周缘的中心点，最靠近所述反应气体供给口侧的点与所述间隙宽度成为最小的位置所成的角度为-40°以上且小于0°。
12.根据权利要求9所述的预热环，其中，
在所述预热环的内周缘设置有缺口部。
13.根据权利要求9所述的预热环，其中，
所述预热环的外周缘为圆形，且所述预热环的内周缘为椭圆形。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的预热环，其中，
所述预热环为圆环结构。
15.一种外延晶片的制造方法，其特征在于，
向权利要求1至8所述的外延生长装置或具备权利要求9至14所述的预热环的外延生长装置供给环境气体及包含作为载气的氢气的反应气体，而在半导体晶片外延生长外延层。
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