JP2000269147A - 気相成長装置、気相成長方法及びシリコンエピタキシャルウェーハ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的単純な機構によりながら、反応容器内
の原料ガスの流速分布を飛躍的に高めることができ、ひ
いては大口径ウェーハ等の基材に対しても、良好な膜厚
分布精度を確保できる気相成長装置を提供する。 【解決手段】 ガス導入口７０，７１，７２に続く流れ
調整部４において、原料ガスＧの直進を妨げる位置に妨
害部材５０，５１，５２を配置し、原料ガス流をその外
縁を経て迂回させつつ裏面側へ流通させた後、ガス流通
孔６５が多数分散形成された整流部材４をさらに流通さ
せて容器本体３内に導く。ガス導入口７０，７１，７２
から直進してくるガス流は、妨害部材５０，５１，５２
に当たってガス導入口７０，７１，７２から外れる位置
に強制的に迂回させられた後、整流部材４へ導かれるの
で、ガス導入口７０，７１，７２に対応する領域におい
て透過ガスの流速が大きくなりやすくなる不具合が緩和
される。その結果、容器本体３内の広い範囲内にてガス
流速分布を均一化でき、ひいては基材Ｗ上に均一な膜厚
にて薄膜Ｆを気相成長させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶基
板等の基材表面に、シリコン単結晶薄膜等の薄膜を気相
成長させるための気相成長装置と、それに用いて実現さ
れる気相成長方法、ならびに該気相成長方法の採用によ
り実現されるシリコンエピタキシャルウェーハとに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶基板の表面に、気相成長
法によりシリコン単結晶薄膜を形成したシリコンエピタ
キシャルウェーハは、バイポーラＩＣやＭＯＳ−ＩＣ等
の電子デバイスに広く使用されている。近年、電子デバ
イスの微細化による薄膜化やウェーハの大口径化が進む
中、形成されるシリコン単結晶薄膜の膜厚あるいは抵抗
率の面内均一化をどのように図るかが重要な課題の一つ
となっている。例えば直径が２００ｍｍのシリコン単結
晶ウェーハの製造においては、複数枚のウェーハをバッ
チ処理する方法に代えて、膜厚分布等の制御が比較的容
易な枚葉式装置が主流になりつつある。これは、反応容
器内に１枚のシリコン単結晶ウェーハを水平に保持し、
反応容器の一端から他端へ原料ガスを水平かつ一方向に
供給しながら薄膜を気相成長させるものである。

【０００３】上記のような枚葉式装置において、形成さ
れる薄膜の膜厚均一化を図る上で重要な因子の一つに、
反応容器内の原料ガスの流速分布がある。原料ガスの流
速分布の均一化を図るためのガス導入機構については、
下記のような技術が提案されている（図番及び参照符号
は各公報内にて使用されているものである）。 特開平４−２３３７２３号公報（図３、図４） 反応容器片側の幅方向に多数のガス流入口３１を形成
し、その各々に対応して流量制御装置４２，４４を設
け、各ガス流入口３１から原料ガスを個別に流量調整し
つつ反応容器内に導く。 特開平７−１９３０１５号公報（図２〜図４） 反応容器片側の管路１１４から導入された原料ガスを、
孔１１２を分散形成した拡散プレート１０４を介して反
応容器内に導く。 特表平３−５００１８５号公報（図４） 周壁部に複数の開口部３６を形成した環状のバブル部材
４１を容器片側幅方向に挿入し、そのバブル部材４１内
に導入された原料ガスを開口部３６から主本体２０を経
て反応容器内に導く。 特開昭５９−２０７８９９号公報（図２） ガス導入口１７から原料ガスを、焼結ステンレス板（連
通気孔を有する多孔質体であると思料される）からなる
中間仕切板１８と、細孔を有する石英板からなる供給仕
切板１９とを介して反応管９内に導く。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術には以下のような問題がある。まず、の公報
技術では、各ガス流入口３１のそれぞれに流量制御装置
４２，４４を設ける形となるので装置構成が複雑で高価
となるばかりでなく、多数の流量制御装置４２，４４を
個別に作動制御しなければならないので、制御シーケン
スの設定や管理が極めて面倒である。また、その制御条
件は微妙であり、ガス流速分布の調整精度にも限界があ
る。

【０００５】また、あるいはの公報技術では、通気
孔を多数有した整流板（拡散プレート１０４あるいはバ
ブル部材４１）がガス流れ方向において１段階に設けら
れているのみであるから、ガス流の圧力分散効果ひいて
は流速均一化の効果が必ずしも十分に達成できない欠点
がある。

【０００６】次に、の公報技術は、ガス流れ方向にお
いて整流板が２段階に設けられており（中間仕切板１８
と供給仕切板１９）、上記あるいはの公報技術と比
較すれば流速均一化の効果は高められているといえる。
しかしながら、中間仕切板１８と供給仕切板１９とは、
いずれも通気孔が一様に分散する形で形成された構造を
有することから、２段階整流による効果を考慮しても、
ガス導入口１７に対応する領域すなわちガスが直接当た
る領域ほど、透過ガスの流速が大きくなる傾向を完全に
解消することは困難である。

【０００７】前記した通り、近年、シリコンエピタキシ
ャルウェーハにおいては、シリコン単結晶薄膜の膜厚分
布精度に関し非常に厳しいレベルが求められている。そ
して、上記従来技術では、直径が２００ｍｍまでのウェ
ーハにおいては、ある程度の膜厚分布精度が実現されて
いるものの、直径３００ｍｍあるいは４００ｍｍの口径
を有するウェーハにおいては、すでに説明した理由によ
り、薄膜形成面全体を包含する広い領域にて必要十分な
均一度のガス流速分布を確保することが難しく、良好な
膜厚分布精度が実現されているとはいえなかった。

【０００８】本発明の第一の課題は、比較的単純な機構
によりながら、反応容器内の原料ガスの流速分布を飛躍
的に高めることができ、ひいては大口径ウェーハ等の基
材に対しても、良好な膜厚分布精度を確保できる気相成
長装置を提供することにある。また、第二の課題は、上
記の気相成長装置を使用すれば容易に実現でき、大口径
ウェーハ等にシリコン単結晶薄膜等の薄膜を極めて均一
な膜厚にて形成できる気相成長方法を提供することにあ
る。さらに、第三の課題は、上記の気相成長方法の採用
により、これまで工業的な実現が不可能であった膜厚分
布精度を有する直径３００ｍｍのエピタキシャルウェー
ハを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
気相成長装置は、基材表面に薄膜を気相成長させるため
のものであって、上記の課題を解決するために、薄膜形
成のための原料ガスが、ガス導入口から流れ調整部を経
て反応容器本体の内部空間に対し、基材表面に沿う方向
に導かれるようになっており、流れ調整部が、原料ガス
の直進を妨げる位置に配置され、前面側にて受けた原料
ガス流をその外縁を経て迂回させつつ裏面側へ流通させ
る妨害部材と、その妨害部材の下流側に配置され、妨害
部材を経て流通する原料ガスを透過させるガス流通孔が
多数分散形成された整流部材と、を備えたことを特徴と
する。

【００１０】また、これにより実現される本発明の気相
成長方法の第一は、反応容器本体の内部に基材を配置
し、薄膜形成のための原料ガスを、ガス導入口から流れ
調整部を経て反応容器本体の内部空間に対し、基材表面
に沿う方向に導くとともに、流れ調整部として、原料ガ
スの直進を妨げる位置に配置され、前面側にて受けた原
料ガス流をその外縁を経て迂回させつつ裏面側へ流通さ
せる妨害部材と、その妨害部材の下流側に配置され、妨
害部材を経て流通する原料ガスを透過させるガス流通孔
が多数分散形成された整流部材と、を備えたものを使用
し、その流れ調整部を経て供給される原料ガス雰囲気中
にて、基板上に薄膜を気相成長させることを特徴とす
る。

【００１１】上記本発明の気相成長装置及び気相成長方
法においては、ガス導入口に続く流れ調整部において、
原料ガスの直進を妨げる位置に妨害部材を配置し、原料
ガス流をその外縁を経て迂回させつつ裏面側へ流通させ
た後、ガス流通孔が多数分散形成された整流部材をさら
に流通させて反応容器内に導くようにしている。すなわ
ち、ガス導入口から直進してくるガス流は、妨害部材に
当たってガス導入口から外れる位置に強制的に迂回させ
られた後、整流部材へ導かれるので、前記したの公報
技術のように、ガス導入口に対応する領域において透過
ガスの流速が大きくなりやすくなる不具合が緩和され
る。その結果、反応容器内の広い範囲内にてガス流速分
布を均一化でき、ひいては基材上に均一な膜厚にて薄膜
を気相成長させることが可能となる。

【００１２】具体的には、妨害部材の前面側にてガス流
を所定方向にふり分け、そのふり分け方向における各対
応縁を経て原料ガスを裏面側に流通させることができ
る。原料ガスを妨害部材表面に沿ってふりわける形で迂
回させることで、ガス流速分布のさらなる均一化を図る
ことができる。例えば、エピタキシャルウェーハの製造
におけるシリコン単結晶基板など、基材は板状に形成さ
れることが多いが、均一な膜厚の薄膜を気相成長させる
には、反応容器夲体内にこれをほぼ水平に配置し、流れ
調整部からの原料ガスは反応容器本体の内部空間に対し
ほぼ水平かつ一方向に供給する方式が合理的である（例
えば、水平枚葉式装置）。この場合、原料ガス流は、妨
害部材の前面の左右両縁及び上下両縁の少なくともいず
れかを経て裏面側にふりわけ流通させることが、ガス流
速の均一化、ひいては得られる膜厚分布の均一化を図る
上で望ましい。なお、原料ガス流は、妨害部材の左右両
縁及び上下両縁のいずれか一方のみを経由させるように
してもよいが、左右両縁及び上下両縁の双方を経由させ
るようにすれば、ガス流速均一化の効果はさらに高めら
れる。

【００１３】また、本発明者らが検討した結果、反応容
器本体内の原料ガス流速分布を、本発明の気相成長方法
の第二に係る以下の条件にて調整することが、大口径の
基板上に薄膜を均一に気相成長させる上で、極めて有効
であることを見い出した。すなわち、該気相成長方法の
第二においては、反応容器本体の内部に基材を配置し、
薄膜形成のための原料ガスを基材表面に沿って一方向に
供給するとともに、基材の上方において、反応容器高さ
方向におけるガス流速最大位置を通り、かつ基材表面と
平行な基準面を設定したときに、その基準面内において
反応容器の幅方向のガス流速分布が、該方向における最
大流速値をＶmax、同じく最小流速値をＶminとして、 （Ｖmax−Ｖmin）／（Ｖmax＋Ｖmin）≦０．３５ を満足するように反応容器本体の内部への原料ガスの供
給がなされ、その供給される原料ガス雰囲気中にて、基
板上に薄膜を気相成長させる。例えば反応容器内に板状
の基材を略水平に配置し、その板面に沿って原料ガスを
一方向供給するとき、上記基準面は、反応容器本体内部
空間の高さ方向におけるガス流速最大位置を与えるもの
となる（以下、本明細書では、（Ｖmax−Ｖmin）／（Ｖ
max＋Ｖmin）を流速分布評価パラメータＥＰＶと称す
る）。

【００１４】上記ＥＰＶの値が０．３５以下となる特有
のガス流速分布は、前記した本発明の気相成長装置の構
成を採用することにより容易に実現することができる。
そして、基準面におけるガス流速分布を上記のように調
整することで、例えば基材として直径が３００ｍｍある
いはそれに近似する寸法を有するシリコン単結晶基板を
用いた場合でも、面内膜厚分布の極めてシャープな薄膜
形成が可能となる。具体的には、形成される薄膜の面内
最大膜厚値をｔmax、同じく面内最小膜厚値をｔminとし
て、 （ｔmax−ｔmin）／（ｔmax＋ｔmin）≦０．０１ が実現できる（以下、本明細書では、（ｔmax−ｔmin）
／（ｔmax＋ｔmin）を膜厚分布評価パラメータＥＰＴと
称する）。

【００１５】そして、本発明の気相成長方法の採用によ
り、上記のようにＥＰＴの値が０．０１以下の極めて均
一な膜厚分布を有した直径略３００ｍｍのシリコンエピ
タキシャルウェーハを実現することが可能となり、例え
ばこれを用いて製造されるＤＲＡＭあるいはＭＯＳ−Ｌ
ＳＩといった電子デバイスの品質あるいは歩留まりの向
上に大きく寄与することができる。

【００１６】なお、本発明の気相成長方法を、シリコン
エピタキシャルウェーハ等の薄膜付き基板の製造に適用
する場合は、該方法は薄膜付き基板の製造方法を意味す
るものとする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す種々の実施例に基づき説明する。図１及び図２
は、本発明に係る気相成長装置１の一例を模式的に示す
ものであり、図１はその側面断面図、図２は平面断面図
である。この気相成長装置１は、偏平箱状に形成された
石英ガラス製の反応容器２を備え、該反応容器２の一端
に形成されたガス導入口７０，７１，７２からの原料ガ
スＧが、流れ調整部４を経て容器本体３の内部空間に水
平かつ一方向に供給されるようになっている。そして、
その容器本体３内には、基材としてのシリコン単結晶基
板（以下、単に基板という）Ｗが略水平に１枚のみ配置
される。すなわち、該気相成長装置１は水平枚葉型装置
として構成されている。基板Ｗは円板状であり、例えば
直径が略３００ｍｍあるいはそれ以上のものである。

【００１８】反応容器２には、原料ガス導入口７０，７
１，７２が形成されているのと反対側の端部に、ベンチ
ュリ状の絞り部９を介してガス排出口８が形成されてい
る。導入された原料ガスＧは、基板Ｗの表面上を通過し
た後ガス排出口８から排気される。原料ガスＧは、上記
の基板Ｗ上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させるため
のものであり、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＨ_２Ｃ
ｌ_２、ＳｉＨ_４、Ｓｉ _２Ｈ_６等のシリコン化合物の中か
ら選択される。原料ガスＧには、ドーパンドガスとして
のＢ_２Ｈ_６あるいはＰＨ_３や、希釈ガスとしてのＨ_２、
Ｎ_２、Ａｒ等が適宜配合される。また、薄膜の気相成長
処理に先立って基板前処理（例えば自然酸化膜や付着有
機物の除去処理）を行う際には、ＨＣｌ、ＨＦ、ＣｌＦ
_３、ＮＦ _３等から適宜選択された腐蝕性ガスを希釈ガス
にて希釈した前処理用ガスを反応容器２内に供給する
か、又は、Ｈ_２雰囲気中で高温熱処理を施す。

【００１９】容器本体３の底部には、サセプタ１２を収
容するサセプタ収容凹部１０が形成されており、そのサ
セプタ１２の上面にて基板Ｗは、容器本体３の底面と略
面一となるように支持される。なお、サセプタ１２は基
板回転のために、モータ１３により回転駆動される。ま
た、基板Ｗの配置領域に対応して容器本体３の上下に
は、基板加熱のための赤外線加熱ランプ１１が所定間隔
にて配置されている。

【００２０】図５に示すように、原料ガスＧは、ガス配
管１００を経て各ガス導入口７０，７１，７２から反応
容器２内に導かれる。本実施例では、図２に示すよう
に、基板Ｗの中央位置に対応して、反応容器２の幅方向
略中央に形成された主導入口７１に加え、その主導入口
７１の両側において略左右対称な位置に副導入口７０，
７２を形成している。これは、基板Ｗの外周領域は、基
板Ｗの回転周速の差や、容器壁面による冷却あるいはガ
ス流乱れ等の影響により、基板中央領域とは膜形成速度
等が異なりやすいことを考慮して、基板中央領域と外周
領域とで原料ガスＧの流れを独立に制御できるようにす
るためである。ここでは、ガスの主配管１００を２系統
に分岐させ、その一方の分岐配管１０２を主導入口７１
に接続する一方、他方の分岐配管１０１をさらに２系統
１０３，１０４に分岐させてそれぞれ副導入口７０，７
１に接続しており、分岐配管１０１及び１０２を流れる
原料ガスの流量を、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
１０５，１０６により独立に制御できるようにしてい
る。

【００２１】次に、図２に示すように、流れ調整部４に
は、各ガス導入口７０，７１，７２に対応して妨害板４
０，４１，４２が配置され、そのガス流れ方向下流側に
おいて所定距離隔たった位置には整流板（整流部材）６
０，６１，６２が配置されている。この実施例では、ガ
ス導入口７０，７１，７２の各々に対応して、幅方向に
配列する仕切板（仕切部材）２０，２１により仕切られ
た流れ調整室２２，２３，２４が形成され、それら流れ
調整室２２，２３，２４毎に妨害板と整流板の対（４０
と６０、４１と６２、４２と６２）が設けられて、各々
個別の流れ調整部を形成する形となっている。なお、妨
害板４０，４１，４２、整流板６０，６１，６２及び仕
切板２０，２１は、本実施例ではいずれも石英ガラス板
により構成されているが、耐熱性と耐食性とを十分確保
できるのであれば材質はこれに限定されず、例えばステ
ンレス鋼、炭化珪素あるいは窒化珪素を使用してもよ
い。

【００２２】図３に示すように、各妨害板４０，４１，
４２はそれぞれ方形の外形を呈し、各々幅方向両縁から
それぞれ内側に切れ込む方形の切欠き部４０ａ，４１
ａ，４２ａを有する一方、高さ方向両縁にも同様の切欠
き４０ｂ，４１ｂ，４２ｂが形成されている。これによ
り、各妨害板４０，４１，４２には、幅方向及び高さ方
向の各縁に対応する４つの切欠き底縁に囲まれた位置
に、方形の流れ妨害部（請求項でいう妨害部材に相当す
る）５０，５１，５２が形成されている。

【００２３】図１及び図２に示すように、妨害板４０，
４１，４２の、切欠き形成位置を除く外周面は、反応容
器２の内壁面及び仕切板２０，２１の内面と密着して、
ガス流通が阻止されるようになっている。また、流れ妨
害部５０，５１，５２は、いずれも対応するガス導入口
７０，７１，７２からの原料ガスＧの直進を妨げる位置
に形成されている。これにより、図４に示すように、妨
害板４０，４１，４２は、流れ妨害部５０，５１，５２
の前面側にて受けた原料ガス流をその外縁（換言すれ
ば、各切欠きの底縁）、具体的にはその左右及び上下の
各縁を経て迂回させつつ裏面側へ流通させる役割を果た
すこととなる。

【００２４】一方、図３に示すように、各整流板６０，
６１，６２は、原料ガスＧを透過させるガス流通孔６５
が多数分散形成されたものである。図４に示すように、
妨害板４０，４１，４２の流れ妨害部５０，５１，５２
を経て迂回流通してきた原料ガスＧは、整流板６０，６
１，６２のガス流通孔６５を通って容器本体３の内部空
間に流れ込むこととなる。なお、本実施例では、各流れ
調整室２２，２３，２４に対応する整流板６０，６１，
６２は、横方向に一体化されて１枚の整流板６となって
いるが、各流れ調整室２２，２３，２４毎に分離して配
置するようにしてもよい。

【００２５】以下、上記の気相成長装置にて実現される
薄膜の気相成長方法について説明する。すなわち、図１
に示すように、容器本体３内に配置されたサセプタ１０
上に基板Ｗをセットし、必要に応じ酸化膜除去等の前処
理を行った後、基板Ｗを回転させながら赤外線加熱ラン
プ１１により所定の反応温度に加熱する。その状態で、
図４に示すように、各ガス導入口７０，７１，７２から
原料ガスを所定の流速（例えば、平均流速値にて２０〜
１００ｍ／秒）にて、各流れ調整室２２，２３，２４に
噴射する。

【００２６】導入された原料ガスＧは、各流れ妨害部５
０，５１，５２に当り、流れがその板面方向に分散され
てガス流の圧力を減少しつつ、左右及び上下の各縁を迂
回して裏側に回り込み、さらに多孔の整流板６０，６
１，６２を通過することでガス流の圧力が均一化されて
容器本体３内に流れ込む。本発明者らが計算機シミュレ
ーションにて確認したところによると、流れ妨害部５
０，５１，５２に当たってこれを迂回した原料ガスＧ
は、妨害板４０，４１，４２と整流板６０，６１，６２
との間で渦流を形成することでガス流の圧力が適度に分
散し、さらに整流板６０，６１，６２を通過することに
より非常に均一な流速分布を持ったガス流が得られるこ
とがわかった。その結果、容器本体３内の原料ガス供給
状態を容易に制御することができ、ひいては基板面内に
均一な膜厚あるいは抵抗率分布を形成することが可能と
なる。

【００２７】例えば、容器本体３の高さ方向のガス流速
分布におけるガス流速最大位置を通り、かつ基板表面と
平行な仮想的基準面ＳＰを設定したときに、上記の方法
によれば、その基準面ＳＰ内において、原料ガスＧの供
給方向（複数の矢印列にて示す）と直交する向き、すな
わち容器本体３の内部空間の幅方向ガス流速分布が、該
向きにおける最大流速値をＶmax、同じく最小流速値を
Ｖminとして、 ＥＰＶ＝（Ｖmax−Ｖmin）／（Ｖmax＋Ｖmin）≦０．３
５ を満足する形での原料ガスＧの供給が可能となる。

【００２８】上記のように流速調整された原料ガスＧに
基板Ｗを接触させることで、基板Ｗ上にはシリコン単結
晶薄膜Ｆが気相エピタキシャル成長し、エピタキシャル
ウェーハＥＷが得られる。このエピタキシャルウェーハ
ＥＷは、直径が略３００ｍｍであり、かつシリコン単結
晶薄膜Ｆの膜厚分布として、その最大膜厚値をｔmax、
同じく最小膜厚値をｔminとしたとき、 ＥＰＴ＝（ｔmax−ｔmin）／（ｔmax＋ｔmin）≦０．０
１ を達成することができる。

【００２９】なお、本実施例では、ガス導入口が反応容
器２の一端部幅方向に所定の間隔で複数形成され、さら
にそれらガス導入口７０，７１，７２の各々に対応して
流れ妨害部（妨害部材）５０，５１，５２と整流板６
０，６１，６２（整流部材）との対を設けている。すな
わち、ガス導入口７０，７１，７２毎にガス流速均一化
を図ることができるようにしている。これにより、容器
本体３の内部空間には、膜厚の不均一化に悪影響を与え
る流速の偏り等がさらに生じにくくなり、大口径エピタ
キシャルウェーハの膜厚分布精度確保の上で一層有利と
なる。また、本実施例では、図２等に示すように、ガス
導入口７０，７１，７２に対応する流れ調整室２２，２
３，２４を形成し、隣接する室間でのガスの行き来を仕
切板２０，２１により阻止するようにしている。これに
より、流れ妨害部にて発生した渦流等の影響が、隣の流
れ調整室内のガス流に影響しにくくなり、ガス流速制御
の精度をさらに高めることができる。

【００３０】流れ妨害部（妨害部材）の板面を含む断面
に対するガス実効流路（この実施例では、切欠き形成部
分）の面積比率は、必要十分なガス流量確保の観点にお
いて３０％以上とすることが望ましい。また、該面積比
率の上限は、ガス導入口から噴射される原料ガスの直進
阻止効果が損なわれない範囲にて適宜設定される（ガス
導入口の開口寸法やガス噴射速度、さらにはガス導入口
と流れ妨害部との距離等によって、可能な上限値は異な
る）。なお、各ガス導入口からのガス噴射流速に応じ
て、流れ妨害部の面積やガス実効流路面積率を、ガス導
入口毎に異ならせる形としてもよい。

【００３１】また、図３においては、整流板６０，６
１，６２のガス流通孔６５は円状断面孔として形成して
いるが、角状やスリット状など他の形状としてもよい。
この場合、個々のガス流通孔６５のガス流通断面積は、
ガス導入口からの原料ガスの噴射流速によっても異なる
が、流速均一化の効果が損なわれず、かつ透過ガス流量
が過度に低下しないよう、例えば０．８〜３ｍｍ^２の範
囲で適宜調整できる。また、整流板の全面積に対するガ
ス流通孔６５の合計流通断面積の割合は、同様の理由に
より３０〜５０％の範囲で調整することができる。な
お、本実施例では、ガス流通孔６５のガス流通断面積
（あるいは寸法）と、その整流板に対する形成密度を、
全てのガス導入口７０，７１，７２に対して同一に設定
しているが、これをガス噴射流速に応じてガス導入口７
０，７１，７２毎に異ならせるようにしてもよい。

【００３２】また、ガス導入口７０，７１，７２と、対
応する流れ妨害部（妨害部材）５０，５１，５２との距
離は、あまり近くなり過ぎるとガス導入口からの正常な
ガス噴射に支障を来たすことにつながり、逆に遠すぎる
と装置寸法の不要な増大を招くので、このような不具合
が生じないよう、例えば５〜５０ｍｍ程度の範囲で適宜
選択できる。また、流れ妨害部５０，５１，５２と対応
する整流板（整流部材）６０，６１，６２との距離は、
あまり近くなり過ぎると、流れ妨害部を迂回したガスが
整流板との間の空間に進入しにくくなって流速均一化の
効果が損なわれ、逆に遠すぎると装置寸法の不要な増大
を招くので、このような不具合が生じないよう、例えば
５〜５０ｍｍ程度の範囲で適宜選択できる。

【００３３】以下、本発明の気相成長装置における流れ
調整部の種々の変形例について説明する。図６（ａ）及
び（ｂ）に示す例では、妨害板４０，４１，４２の幅方
向両縁側に切欠き４０ａ，４１ａ，４２ａを形成する一
方、それら妨害板４０，４１，４２の高さ方向寸法を縮
小することで、図３の切欠き４０ｂ，４１ｂ，４２ｂに
代えて、各上下縁側にガス流通を許容する隙間ＳＰ1，
ＳＰ2を形成している。この態様によれば、方形の流れ
妨害部５０，５１，５２が形成される点では変わりがな
いが、各流れ妨害部５０，５１，５２は、その板面対角
線方向にふり分けられたガスの迂回流通も許容するもの
となり、ガス流速均一化の効果を高めることができる。

【００３４】妨害板に形成するガス流通部は、図３の妨
害板４０，４１，４２のような切欠き４０ａ，４１ａ，
４２ａあるいは４０ｂ，４１ｂ，４２ｂに限られるもの
ではなく、窓状の流通部を形成してもよいし、図７に示
すように、ガス流通孔６６が分散形成された気通領域４
０ｄ，４１ｄ，４２ｄ、４０ｃ，４１ｃ，４２ｃとして
もよい。また、流れ妨害部５０，５１，５２を除く周囲
の領域全てを、上記のような気通領域とすることも可能
である。他方、整流板については、図３のように、板厚
方向に孔を多数形成した孔開き板で構成する以外に、例
えば石英等の粒子を連通気孔が多数残留する形で焼成す
ることに得られる多孔質板として構成してもよい。

【００３５】また、ガス導入口の形成数は、図４のよう
な３ケ所に限られるものではなく、これよりも多数設け
るようにしてもよいし、ガス流速分布がＥＰＶ≦０．１
５を満足できるのであれば、これよりも数を減ずるこ
と、例えば図８に示すように、１ケ所にのみ形成するよ
うにしてもよい。この例では、容器本体３の幅方向中央
に対応してガス導入口７１が形成されるとともに、その
ガス噴射方向正面に妨害板２４０を配置している。この
妨害板２４０は、左右方向において整流板６よりも短い
寸法を有し、上下縁側に切欠き２４０ｂ，２４０ｂが形
成されて、それらの底縁間に挟まれた領域が流れ妨害部
５１となっている。ガス導入口７１から噴射された原料
ガスＧは、流れ妨害部５１に当たって、その上下及び左
右の縁を迂回し、さらに整流板６を経て容器本体３の内
部空間へ導かれる。

【００３６】また、図９の例では、妨害板４０，４１，
４２の高さ方向の寸法が、対応する各整流板６０，６
１，６２と略同一とされ、かつ、原料ガスを流通させる
切欠きがそれぞれ左右縁側にのみ形成されており（４０
ａ，４１ａ，４２ａ）、左右の切欠きの底縁に挟まれた
領域が流れ妨害部５０，５１，５２となっている。この
構成では、各流れ妨害部５０，５１，５２に当たった原
料ガスＧは、その左右縁のみを迂回する形で流通する。
他方、図１０の例は、図６の構成における各妨害板４
０，４１，４２から、切欠き４０ａ，４１ａ，４２ａを
省略したものに相当する。この構成では、各妨害板４
０，４１，４２の全体が流れ妨害部として機能し、これ
に当たった原料ガスＧは、その上下縁のみを迂回する形
で流通する。

【００３７】さらに、妨害部材の形状は、原料ガスＧの
直進を妨げてこれを迂回させる効果を有するものであれ
ば上記の態様に限定されず、例えば図１１に示す妨害板
５００のように菱形状に形成したり、あるいは図１２に
示す妨害板６００のように円板状に形成してもよい。こ
の場合、原料ガスＧは、妨害板５００あるいは６００の
周縁を迂回して流通する形となる。

【００３８】以上、本発明の気相成長方法により、シリ
コン単結晶基板状にシリコン単結晶薄膜を気相成長させ
て、エピタキシャルウェーハを製造する実施例について
説明したが、本発明の気相成長方法の適用対象はこれに
限定されるものではない。例えばシリコン単結晶基板に
代えて化合物半導体単結晶基板など、他の種類の半導体
基板を使用し、これに薄膜として、シリコン単結晶薄膜
以外の半導体単結晶薄膜を形成するようにしてもよい。
また、半導体単結晶薄膜以外に、多結晶半導体薄膜や絶
縁酸化物薄膜を気相成長させる技術にも適用可能であ
る。

【００３９】また、本発明の気相成長方法は、ガラスや
プラスチックあるいは非磁性金属等のディスク基材の表
面に、フェライトや希土類磁性体薄膜等を気相成長させ
て磁気ディスクを製造したり、金属やセラミック等で構
成された部品基材に、装飾用あるいは耐摩耗性付与等を
目的としたセラミック薄膜等の無機材料薄膜を形成する
ことにより、各種被覆部品を製造するなど、半導体製造
以外の分野にも適用できる。この場合、気相成長方法
は、形成薄膜の種類に応じ、原料ガスの化学反応により
薄膜形成物質を生成させて基材表面に堆積させるＣＶＤ
法以外に、蒸着法やスパッタリング、反応性スパッタリ
ング、イオンプレーティング等のＰＶＤ法を使用しても
よい。

【００４０】

【実験例】本発明の効果確認のため、下記の実験を行っ
た。 （実験例１）本発明の気相成長装置における流れ調整部
の作用確認のため、以下のような計算機シミュレーショ
ンを行った。シミュレーションには市販の流体解析ソフ
トウェア（商品名：FLUENT （フルーエント社：ver.4.3
2）を使用した。解析に使用した流れ調整部の形態は、
基本的には、図６、図９及び図１０に示したものと同様
のものである（容器本体部分の構成については図１及び
図２を参照のこと）。

【００４１】図１３〜図１５に、シミュレーションに使
用した、各部の寸法条件を示す（図６〜図１０の各部に
対応する部分には、同一の参照符号を付与している）。
なお、比較例として、図１４において、妨害板を省略し
た形態の流れ調整部についてもシミュレーションを行っ
ている。図１３（ａ）は整流板６の形状を、同（ｂ）は
妨害板４０，４１，４２、整流板６及び仕切板２０，２
１の配置関係を、図１４は容器本体の寸法とガス導入口
７０，７１，７２の寸法及び配設位置を示す。また、図
１５は、採用した各種妨害板４０，４１，４２の形状を
示し、（ａ）は図１０のタイプのもの、（ｂ）は図９の
タイプのもの、（ｃ）は図６のタイプのものである。図
中、黒く塗りつぶした領域がガス流通を許容しない部分
であり、格子状の座標セルパターンを表示している領域
がガス流通可能な部分である（ただし、座標セルパター
ンは実体的な網等を示すものではない）。なお、容器本
体３のガス流れ方向と直交する断面上の位置表示は、左
下角位置に原点を設定し、左右方向をＪ方向、上下方向
をＫ方向として、各方向における原点からのセル数を用
いた座標表示により行うものとする。なお、セルの実寸
法との対応は、Ｊ方向が３．９ｍｍ／セル、Ｋ方向が
０．８５ｍｍ／セルである。

【００４２】一方、図面に表れていないシミュレーショ
ン設定条件は以下の通りである。 整流板のガス流通孔断面形状：正方形 整流板のガス流通孔断面寸法：１．８２ｍｍ口（断面積
３．３ｍｍ^２） 整流板のガス流通孔形成密度：Ｊ方向及びＫ方向ともに
４個／ｃｍの千鳥状配置 基板温度：室温 基板回転：なし ガス種別：水素ガス； 主導入口７１からの噴射流速及び流量：１１２ｍ／秒、
５０ｓリッター／分；副導入口７０，７２からの噴射流
速及び流量：各２６ｍ／秒、１２．５ｓリッター／分； ガス排出口断面寸法：３７９ｍｍ×１９．５ｍｍ。

【００４３】以下、シミュレーション結果を示す。図１
６及び図１７は、比較例の解析結果を示すものである。
図１６は、基板中心位置直上において流速最大となる基
準面（図４を援用すればＳＰの位置）近傍、具体的には
Ｋ＝１０（基板面から上方８．５ｍｍ）の位置における
Ｊ方向流速分布を示すものである。なお、図中には基板
の存在範囲（直径３００ｍｍ）を表示している。これに
よれば、基板存在範囲においては、 流速最大値Ｖmax＝２３．２６ｍ／秒； 流速最小値Ｖmin＝０．１ｍ／秒； ＥＰＶ＝（Ｖmax−Ｖmin）／（Ｖmax＋Ｖmin）＝０．９
９； となっている。ＥＰＶは０．３５を超える大きな値を示
している。また、図１７は、基準面上での流速分布を二
次元マッピングしたものである。原料ガス導入口に対応
する位置にて極度に流速が大きくなり、不均一な流速分
布を呈していることがわかる。

【００４４】次に、図１８〜図２０は、図１５（ａ）の
タイプの妨害板（ガスが各流れ妨害部の上下を迂回流通
するもの）を用いたときの解析結果を示すものである。
図１９は、Ｊ＝５２（基板中心位置直上）におけるＫ方
向流速分布であり、容器高さ方向略中央のＫ＝１２（１
０．２ｍｍ）にて流速最大となっていることがわかる。
図１８は、Ｋ＝１２（基準面位置）とＫ＝３の各位置に
おけるＪ方向流速分布を示すものである。基準面位置に
おいて基板存在範囲では、 流速最大値Ｖmax＝０．４５５ｍ／秒； 流速最小値Ｖmin＝０．２２０ｍ／秒； ＥＰＶ＝（Ｖmax−Ｖmin）／（Ｖmax＋Ｖmin）＝０．３
５； となっている。ＥＰＶは上記の比較例の値よりも著しく
小さく、流速分布が均一化していることがわかる。ま
た、図２０は、基準面上での流速分布を二次元マッピン
グしたものである。基板存在範囲にて、均一性の高い流
速分布となっていることがわかる。

【００４５】また、図２１〜図２３は、図１５（ｂ）の
タイプの妨害板（ガスが各流れ妨害部の左右を迂回流通
するもの）を用いたときの解析結果を示すものである。
図２２は、Ｊ＝５２（基板中心位置直上）及びＪ＝７５
におけるＫ方向の流速分布であり、容器高さ方向略中央
のＫ＝１２（１０．２ｍｍ）にて流速最大となっている
ことがわかる。図２１は、Ｋ＝１２（基準面位置）とＫ
＝３の各位置におけるＪ方向流速分布を示すものであ
る。基準面位置において基板存在範囲では、 流速最大値Ｖmax＝０．２７５ｍ／秒； 流速最小値Ｖmin＝０．２０７ｍ／秒； ＥＰＶ＝（Ｖmax−Ｖmin）／（Ｖmax＋Ｖmin）＝０．１
４； となっている。ＥＰＶは図１５（ａ）よりも小さくな
り、流速分布がさらに均一化していることがわかる。ま
た、図２３は、二次元マッピングしたものである。基板
存在範囲にて、さらに均一性の高い流速分布となってい
ることがわかる。

【００４６】さらに、図２４及び図２５は、図１５
（ｃ）のタイプの妨害板（ガスが各流れ妨害部の上下及
び左右を迂回流通するもの）を用いたときの解析結果を
示すものである。図２５は、Ｊ＝５２（基板中心位置直
上）における高さ方向の流速分布であり、高さ方向略中
央のＫ＝１２（１０．２ｍｍ）にて流速最大となってい
ることがわかる。図２４は、Ｋ＝１２（基準面位置）と
Ｋ＝３の各位置におけるＪ方向流速分布を示すものであ
る。基準面位置において基板存在範囲では、 流速最大値Ｖmax＝０．２７０ｍ／秒； 流速最小値Ｖmin＝０．２６５ｍ／秒； ＥＰＶ＝（Ｖmax−Ｖmin）／（Ｖmax＋Ｖmin）＝０．０
０９； となっている。ＥＰＶの値が非常に小さくなり、略平坦
に近い流速分布が得られていることがわかる。

【００４７】上記のシミュレーションは、室温・基板非
回転の条件で行ったものであるが、流れ調整部に妨害板
と整流板とを配置する本発明特有の装置構成により、均
一な流速分布が得られる点については、基板の回転と昇
温を行う、実際の成膜条件下においても何ら変わりはな
い。従って、上記のシミュレーション結果は、原料ガス
流通により形成される薄膜の膜厚分布を、本発明の採用
により大幅に均一化できることを示唆している。以下、
エピタキシャルウェーハの製造に本発明を適用した場合
に、実際に均一な膜厚が得られるかどうかを確認する実
験も行ったので、その結果について説明する。

【００４８】（実験例２）直径３００ｍｍのＰ型シリコ
ン単結晶基板Ｗを、図１あるいは図２に示すように気相
成長装置１内に配置した。なお、気相成長装置の各部の
寸法は、実施例１のシミュレーションに使用したもの
（図１４参照）と同一であり、妨害板の種別としては、
図１５（ａ）（上下流通型：試験番号）と同（ｃ）
（上下左右流通型：試験番号）とを採用した。また、
比較例として、妨害板のみを省略したもの（試験番号
）、及び妨害板と整流板との双方を省略したもの（試
験番号）についても試験した。

【００４９】そして、試験を下記の手順で行った。ま
ず、各原料ガス導入口７０，７１，７２から、１．０％
のＨＦガスを含有する水素ガスを室温で５分間供給し、
基板Ｗの表面の自然酸化膜を除去した。次に、赤外線加
熱ランプ１１（図１）に通電し、基板Ｗの温度が７００
℃になった後に、原料ガス導入口７０，７１，７２から
ＨＣｌガス２．０％を含有する水素ガスを１分間導入
し、基板Ｗ表面の有機物を除去した。その後、赤外線加
熱ランプ１１の通電量を調整し、基板Ｗの温度が１００
０℃に到達した後、基板Ｗを原料ガス導入口７０，７
１，７２からトリクロロシランガスを含有する水素ガス
を流通して、基板Ｗ上にシリコン単結晶薄膜を気相エピ
タキシャル成長させた。詳しい条件は以下の通りであ
る： 基板回転速度：２０回／分 原料ガス：トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）＋水素混
合ガス（Ｈ_２流量９０リットル／分に対して、トリクロ
ロシランが３０ｇ／分となるように配合） 主導入口７１からの噴射流速及び流量：１１２ｍ／秒、
１６リットル／分； 副導入口７０，７２からの噴射流速及び流量：各２６ｍ
／秒、４リットル／分： 原料ガス流通時間：２分。

【００５０】そして、得られた薄膜付きの基板すなわち
エピタキシャルウェーハの、直径方向の膜厚分布プロフ
ァイルをＦＴ−ＩＲ法により測定し、最大膜厚値をｔma
x、同じく最小膜厚値をｔminとして、前記した膜厚分布
パラメータＥＰＴ（＝（ｔmax−ｔmin）／（ｔmax＋ｔm
in））の値を算出した。膜厚分布プロファイルの測定結
果を図２６に、膜厚分布パラメータＥＰＴの算出結果を
表１にそれぞれ示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】すなわち、本発明を採用した及びにお
いては、比較例である及びと比較して、ＥＰＴの値
にて１％以内の非常に均一な膜厚分布が得られており、
特に流れ妨害部の上下左右を流通させるようにしたに
ついては、ＥＰＴ＝０．５％程度まで膜厚ばらつきが低
減されていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気相成長装置の一例を示す側面断面
図。

【図２】同じくその平面断面図。

【図３】図１及び図２の装置の流れ調整部の正面図、平
面図及びＡ−Ａ断面図。

【図４】図３の流れ調整部の作用を説明する斜視図。

【図５】図１及び図２の装置に対するガス供給配管系統
の一例を模式的に示す図。

【図６】流れ調整部の第一の変形例を示す斜視図及び正
面図。

【図７】同じく第二の変形例を示す斜視図。

【図８】同じく第三の変形例を示す斜視図。

【図９】同じく第四の変形例を示す斜視図及び正面図。

【図１０】同じく第五の変形例を示す斜視図及び正面
図。

【図１１】同じく第六の変形例を示す斜視図。

【図１２】同じく第七の変形例を示す斜視図。

【図１３】シミュレーションに使用した整流板の形状
と、妨害板、整流板及び仕切板の配置関係とを示す説明
図。

【図１４】同じく容器本体の寸法を示す斜視図。

【図１５】実験例１のシミュレーションに採用した、各
種妨害板の形状及び寸法を示す正面図。

【図１６】比較例のシミュレーション結果におけるＪ方
向流速分布プロファイル。

【図１７】同じく基準面近傍の流速分布二次元マッピン
グ。

【図１８】図１５（ａ）の妨害板形状を採用したときの
シミュレーション結果におけるＪ方向流速分布プロファ
イル。

【図１９】同じくＫ方向流速分布プロファイル。

【図２０】同じく基準面の流速分布二次元マッピング。

【図２１】図１５（ｂ）の妨害板形状を採用したときの
シミュレーション結果におけるＪ方向流速分布プロファ
イル。

【図２２】同じくＫ方向流速分布プロファイル。

【図２３】同じく基準面の流速分布二次元マッピング。

【図２４】図１５（ｃ）の妨害板形状を採用したときの
シミュレーション結果におけるＪ方向流速分布プロファ
イル。

【図２５】同じくＫ方向流速分布プロファイル。

【図２６】実験例２の膜厚分布測定結果を示す図。

【符号の説明】

１ 気相成長装置 ２ 反応容器 ３ 容器本体 ４ 流れ調整部 ２０，２１ 仕切板（仕切部材） ２２，２３，２４ 流れ調整室 ４０，４１，４２ 妨害板 ５０，５１，５２ 流れ妨害部（妨害部材） ６０，６１，６２ 整流板 ６５ ガス流通孔 ７０，７１，７２ ガス導入口 １００ ガス供給配管 ＳＰ 基準面 Ｗ シリコン単結晶基板 Ｇ 原料ガス

フロントページの続き (72)発明者 羽深 等 群馬県安中市磯部２−13−１ 信越半導体 株式会社半導体磯部研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 DB04 DB05 EG24 TB02 TB03 TG04 TH07 5F045 AB02 AC01 AC02 AC15 AC16 AC19 BB02 DP04 EF05 EF14 GB17 HA03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材表面に薄膜を気相成長させる気相成
   長装置であって、薄膜形成のための原料ガスが、ガス導
   入口から流れ調整部を経て前記反応容器本体の内部空間
   に対し、前記基材表面に沿う方向に導かれるようになっ
   ており、 前記流れ調整部が、 前記原料ガスの直進を妨げる位置に配置され、前面側に
   て受けた原料ガス流をその外縁を経て迂回させつつ裏面
   側へ流通させる妨害部材と、 その妨害部材の下流側に配置され、前記妨害部材を経て
   流通する原料ガスを透過させるガス流通孔が多数分散形
   成された整流部材と、 を備えたことを特徴とする気相成長装置。
2. 【請求項２】 前記妨害部材の前面側にて前記ガス流が
   ふり分けられ、そのふり分け方向における各対応縁を経
   て前記原料ガスが裏面側に流通するようにした請求項１
   記載の気相成長装置。
3. 【請求項３】 前記原料ガス流は、前記妨害部材の前面
   の左右両縁及び上下両縁の少なくともいずれかを経て裏
   面側に流通するようになっており、 前記流れ調整部からの前記原料ガスが反応容器本体の内
   部空間に対しほぼ水平かつ一方向に供給されるようにな
   っている請求項２記載の気相成長装置。
4. 【請求項４】 前記原料ガス流は、前記妨害部材の前面
   の左右及び上下の各縁を経て裏面側に流通するようにな
   っている請求項３記載の気相成長装置。
5. 【請求項５】 前記ガス導入口は、原料ガス供給方向上
   流側における反応容器夲体の端部の幅方向に一定の間隔
   で複数形成され、その各々に対応して前記妨害部材と前
   記整流部材との対が設けられている請求項１ないし４の
   いずれかに記載の気相成長装置。
6. 【請求項６】 前記ガス導入口の各々に対応して、前記
   幅方向に配列する仕切部材により仕切られた流れ調整室
   が形成され、それら流れ調整室毎に前記妨害部材と前記
   整流部材との対が設けられて各々個別の前記流れ調整部
   を形成している請求項５記載の気相成長装置。
7. 【請求項７】 反応容器本体の内部に基材を配置し、薄
   膜形成のための原料ガスを前記基材表面に沿って一方向
   に供給するとともに、 前記基材の上方において、反応容器高さ方向におけるガ
   ス流速最大位置を通り、かつ前記基材表面と平行な基準
   面を設定したときに、その基準面内において反応容器の
   幅方向のガス流速分布が、該方向における最大流速値を
   Ｖmax、同じく最小流速値をＶminとして、 （Ｖmax−Ｖmin）／（Ｖmax＋Ｖmin）≦０．３５ を満足するように前記反応容器本体の内部への前記原料
   ガスの供給がなされ、その供給される原料ガス雰囲気中
   にて、前記基板上に薄膜を気相成長させることを特徴と
   する気相成長方法。
8. 【請求項８】 反応容器本体の内部に基材を配置し、薄
   膜形成のための原料ガスを、ガス導入口から流れ調整部
   を経て前記反応容器本体の内部空間に対し、前記基材表
   面に沿う方向に導くとともに、 前記流れ調整部として、 前記原料ガスの直進を妨げる位置に配置され、前面側に
   て受けた原料ガス流をその外縁を経て迂回させつつ裏面
   側へ流通させる妨害部材と、 その妨害部材の下流側に配置され、前記妨害部材を経て
   流通する原料ガスを透過させるガス流通孔が多数分散形
   成された整流部材と、 を備えたものを使用し、 その流れ調整部を経て供給される前記原料ガス雰囲気中
   にて、前記基板上に薄膜を気相成長させることを特徴と
   する気相成長方法。
9. 【請求項９】 前記基材は半導体単結晶基板であり、前
   記薄膜は、該半導体単結晶基板上に形成される半導体単
   結晶薄膜である請求項７又は８に記載の気相成長方法。
10. 【請求項１０】 前記半導体単結晶基板は、略３００ｍ
    ｍの直径を有するシリコン単結晶基板であり、該基板上
    に前記半導体単結晶薄膜としてのシリコン単結晶薄膜
    を、その面内膜厚分布が、最大膜厚値をｔmax、同じく
    最小膜厚値をｔminとして、 （ｔmax−ｔmin）／（ｔmax＋ｔmin）≦０．０１ となるように形成する請求項９記載の気相成長方法。
11. 【請求項１１】 略３００ｍｍの直径を有するシリコン
    単結晶基板の主表面にシリコン単結晶薄膜が形成されて
    おり、かつそのシリコン単結晶薄膜の面内膜厚分布が、
    最大膜厚値をｔmax、同じく最小膜厚値をｔminとして、 （ｔmax−ｔmin）／（ｔmax＋ｔmin）≦０．０１ を満足することを特徴とするシリコンエピタキシャルウ
    ェーハ。