JP2000331943A - 半導体ウェーハの薄膜形成方法および半導体ウェーハの薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】薄膜の品質に影響を与えることなく、しかも薄
膜成長炉に大きな構造の変更を加えることなく最小で簡
易な構造の変更を加えるだけで、滞留を取り除く。 【解決手段】第１の吐出口１４とは別の第２の吐出口１
５からガス１８が矢印Ｋに示す方向に吐出される。この
ため第１の吐出口１４から吐出され薄膜成長炉１０内で
上昇した成長ガス１８の流れＱに対向するガスの流れＲ
が当該薄膜成長炉１０内で形成される。これにより成長
ガス１８が矢印Ｈに示すように排出口１７に向かう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
薄膜形成方法および薄膜形成装置に関し、特に基板の表
面に、高濃度の不純物が添加された高濃度不純物薄膜を
成長させ、これに連続して低濃度の不純物が添加された
低濃度不純物薄膜を成長させる場合に適用して好適な薄
膜形成方法および薄膜形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ＩＧ
ＢＴなどの半導体デバイスは半導体ウェーハ上に薄膜を
重ねて作成される。

【０００３】半導体デバイスのうちＩＧＢＴ用のウェー
ハは図１０に示すように半導体基板１の表面に第１層の
高濃度薄膜２ａをエピタキシャル成長させ、更にこの上
に第２層の低濃度薄膜２ｂをエピタキシャル成長させる
ことによって作成される。

【０００４】すなわちＩＧＢＴ用半導体ウェーハはシリ
コン（Ｓi）ウエーハ３である。シリコン基板１には不
純物としてホウ素Ｂが添加される。薄膜２の原料ガスと
しては例えばＳiＨＣｌ3（トリクロロシラン）が使用さ
れる。

【０００５】エピタキシャル成長装置の炉内でＳiＨＣ
ｌ3がシリコン基板１の表面に供給される。そしてＳiＨ
Ｃｌ3の化学反応によってシリコン基板１の表面に同じ
シリコンの第１層の薄膜２ａがエピタキシャル成長によ
って形成されていく。

【０００６】エピタキシャル成長第１層２ａには不純物
として高濃度のリンＰが添加される。リンＰはエピタキ
シャル成長の過程で高濃度１００〜１０００ｐｐｍのド
ーピングガスＰＨ3を炉内に供給することによってエピ
タキシャル成長第１層２ａの中にドーピングされる。こ
のようにして高濃度Ｐ+の不純物Ｂが添加されたシリコ
ン基板１の表面に、高濃度Ｎ+の不純物Ｐが添加された
エピタキシャル成長第１層２ａが形成される。

【０００７】エピタキシャル成長第２層２ｂには不純物
として低濃度のリンＰが添加される。リンＰはエピタキ
シャル成長の過程で低濃度３〜５０ｐｐｍのドーピング
ガスＰＨ3を炉内に供給することによってエピタキシャ
ル成長第２層２ｂの中にドーピングされる。このように
して高濃度Ｎ+の不純物Ｐが添加されたエピタキシャル
成長第１層２ａの上に、低濃度Ｎ-の不純物Ｐが添加さ
れたエピタキシャル成長第２層２ｂが形成される。

【０００８】以上のように第１層２ａは不純物として高
濃度であり第２層は低濃度であるため第１層２ａは低抵
抗値となり第２層２ｂは高抵抗値となる。抵抗値の大き
さは３桁程異なることもある。

【０００９】かかる不純物濃度の異なる第１層２ａ、第
２層２ｂは、同一のエピタキシャル成長炉内で連続して
成長させることが、工程数を低減する上で、またリード
タイムを短縮する上で、望ましい。

【００１０】図１１は上記ＩＧＢＴ用ウェーハ３の抵抗
値プロファイル４を示している。このグラフの横軸はウ
ェーハ３の深さｄｐを示し、縦軸は抵抗値を対数表示し
たものである。

【００１１】同図１１に示すように理想的には、第１層
２ａから第２層２ｂへの境界部分で抵抗値が急峻に変化
する。つまり境界部分の抵抗値プロファイル４のライン
４ａの傾きが大きく急峻であることが理想のプロファイ
ルである。ここで抵抗値の大きさは、不純物濃度Ｎ（不
純物濃度と抵抗値は概ね逆数の関係にある）を表してい
る。

【００１２】ＩＧＢＴ用ウェーハ３では境界部分のライ
ン４ａの傾きが大きく急峻性があるものが要求されてい
る。

【００１３】しかし現状では、同一のエピタキシャル成
長炉を用いて、ＩＧＢＴ用ウェーハ３の第１層２ａ、第
２層２ｂを連続してエピタキシャル成長させた場合に
は、ライン４ａの傾きを要求される大きさにまで急峻に
することはできず、このため所望の形状の抵抗値プロフ
ァイル４を得ることができない。これは図４を用いて以
下のように説明される。

【００１４】図４は従来のエピタキシャル成長炉１０を
示す。

【００１５】同図４に示すように鐘形状のベルジャ１１
内にはウェーハ３の基板１が載置されている。ベルジャ
１１内の圧力は常圧であり、成長温度はシリコンを成長
させる場合の通常の温度範囲（１１００゜から１１８０
゜）に設定されている。そしてベルジャ１１内の中心に
はノズル１３′が突出されている。

【００１６】ノズル１３′は、ガス供給路３４に連通し
ている。ガス供給路３４には、ガス供給源より原料ガ
ス、ドーピングガス、キャリアガスからなる成長ガスが
供給される。ノズル１３′の側面には、ガス供給路３４
を介して成長ガスを側方Ｆへ吐出させ、ウェーハ３の基
板１の表面に供給する吐出口１４（以下これを第１吐出
口という）が形成されている。ベルジャ１１の下方に
は、ベルジャ１１内のガスを外部に排気する排出口１７
が設けられている。

【００１７】つぎに上記ノズル１３′を用いたときの炉
１０内のガスの流れについて説明する。

【００１８】ノズル１３′の側面の第１吐出口１４から
は、矢印Ｆに示すように側方へ成長ガスが吐出される。
このため矢印Ｇに示すように成長ガスがウェーハ３の基
板１の表面を通過する。第１層２ａの成長時にはドーピ
ングガスとして高濃度のガスが使用される。高温気相中
での化学反応が基板１上でなされ、基板１の表面に不純
物が高濃度の第１層薄膜２ａが形成される。

【００１９】高温気相中での化学反応に寄与した成長ガ
スの一部は、矢印Ｈに示すようにベルジャ１１下方に設
けられた排出口１７から外部に排出される。

【００２０】しかし成長ガスの一部は、ベルジャ１１の
壁面に衝突したり、成長ガスがベルジャ１１内の熱によ
り加熱されることにより上昇気流となる。このため成長
ガスの一部は排出されないままベルジャ１１内で上昇す
る。

【００２１】上昇した成長ガスは矢印Ｊに示すようにベ
ルジャ１１内上部で回流する。このため成長ガスがウェ
ーハ３上に再度戻るなどして上昇した成長ガスがベルジ
ャ１１内から抜けきらない。

【００２２】以上のように従来のノズル１３′を用いた
場合には、本来排気されなければならない成長ガスの一
部が上昇気流となって炉内の上部で回流し、炉内に成長
ガス（原料ガス、ドーピングガス、キャリアガス）が滞
留するという現象が生じる。ここで第２層２ｂを成長さ
せるべくドーピングガスが低濃度のガスに切り換えられ
たとする。

【００２３】しかし第１層２ａの成長に寄与した高濃度
のドーピングガスがベルジャ１１内に滞留している。滞
留により高濃度のドーピングガスがベルジャ１１から排
気しきるまでには長時間を要する。このため低濃度のド
ーピングガスに切り換えたとしても、すぐには低濃度に
はならずにベルジャ１１内のドーピングガスは徐々に時
間をかけて濃度が減っていくことになる。

【００２４】これを図１１の抵抗値プロファイル４に置
き換えると、境界部分のライン４ａは急峻とはならず
に、緩やかなものとなる。このため要求される形状の抵
抗値プロファイル４を得ることができない。このように
従来技術にあっては同一のエピタキシャル成長炉１０内
で第１層２ａと第２層２ｂを連続成長させて所望の形状
の抵抗値プロファイル４を得ることはできなかった。

【００２５】このため従来は、第１層２ａの成長と第２
層２ｂの成長を別々のエピタキシャル成長炉で分割して
行わざるを得なかった。かかる分割成長では、上記滞留
の影響は問題にならない。なお分割成長で作成されるウ
ェーハ３の抵抗値プロファイル４は所望の形状となる。

【００２６】しかし、このような分割成長のプロセスを
採用した場合には、ウェーハ３を第１層２ａ成長用の炉
から第２層２ｂ成長用の炉に入れ換えるときに、品質測
定の工程、洗浄の工程など、連続成長の場合と比較して
余分な工程が必要となる。このため工数が大となりリー
ドタイムが長くなるという問題が生じる。

【００２７】工数の低減、リードタイムの短縮は生産性
の向上のために必要不可欠である。

【００２８】そこで工数の低減、リードタイムの短縮に
優れている連続成長を採用し、連続成長を採用したとき
に生じる滞留を取り除いて所望の形状の抵抗値プロファ
イル４を得るための試みが本発明者らによってなされて
いる。

【００２９】滞留を取り除く方法としてはつぎの方法が
考えられる。

【００３０】滞留には、成長ガスがベルジャ壁面に衝突
するという原因と、成長ガスが熱的に上昇しやすいとい
う原因がある。

【００３１】そこでベルジャ１１内の温度を下げること
が考えられる。しかし原料ガスの反応温度には適温領域
が存在する。ＳiＨＣｌ3などのシリコンの原料ガスの場
合、１１００゜から１１８０゜までが反応に適した温度
領域である。この反応領域以下には温度を下げることは
できない。したがって温度を低下させることにより成長
ガスの滞留を抑制する方法は、これを採用することはで
きない。

【００３２】また成長ガスのベルジャ壁面への衝突を避
けるためにノズル１３′から吐出される成長ガスの流速
を下げることが考えられる。しかし成長ガスの流速を下
げ、単位時間当たりにウェーハ３に供給される成長ガス
の流量（吐出流量）を少なくすることは、エピタキシャ
ル成長のプロセスを長期化させる。このためウェーハ３
の生産性は著しく低下する。しかもエピタキシャル成長
層２ａ、２ｂの抵抗値と厚さのばらつきを少なくし均一
性を一定以上に保持するためには、所定値以上の成長ガ
ス吐出流量（流速）が必要となる。したがって最適に制
御された吐出流量では、ベルジャ壁面に必然的に衝突し
てしまう。したがってノズル１３′から吐出される成長
ガスの流速を低下させることによりベルジャ壁面への衝
突を抑制する方法は、これを採用することはできない。

【００３３】また成長ガスのベルジャ壁面への衝突を避
けるためにノズル１３′とベルジャ１１との横方向の距
離を拡げることが考えられる。しかし、これはエピタキ
シャル成長炉１０の場積の増大を招く。エピタキシャル
成長炉１０はクリーンルームに設置されている。クリー
ンルームの設備は高価であるためエピタキシャル成長炉
１０の場積の増加は、設備コストの増大を招く。すなわ
ちクリーンルームに最小の設置スペースでエピタキシャ
ル成長炉を設置することが要求されているため、ノズル
１３′とベルジャ１１との横方向の距離を拡げベルジャ
壁面への衝突を抑制する方法は、これを採用することは
できない。またこの方法は従来のエピタキシャル成長炉
に大幅な変更を加えることになり既存の炉をそのまま利
用することができない。

【００３４】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、薄膜の品質に影響を与えることなく、しかも
薄膜成長炉に大きな構造の変更を加えることなく最小で
簡易な構造の変更を加えるだけで、滞留を取り除くこと
を解決課題とするものである。

【００３５】なお従来の一般技術水準を示す文献とし
て、特開平２−１９６４１８号公報がある。この公報に
は、ウェーハの基板中から飛び出した不純物が基板に再
取り込みされることを防ぐことを目的として、ノズルを
二重管としてパージガスを噴出させ、オートドーピング
がなされる前に不純物を除去するという発明が記載され
ている。この公報には炉内の成長ガスの滞留をなくす目
的でノズルを二重管とする発明は記載されていない。

【００３６】また従来のエピタキシャル成長炉としてジ
ェミニ型の成長炉がある。この成長炉内には成長ガスを
上方に噴出するノズルが設けられる。ノズルから成長ガ
スを上方に噴出させ、上から下へのガスの流れを形成す
ることでエピタキシャル成長が行われる。この型の成長
炉のノズルは、滞留をなくす目的で成長ガスを上方に噴
出させているのではない。

【００３７】

【課題を解決するための手段および効果】本発明の第１
発明は、成長ガスを第１の吐出口から吐出させ半導体基
板の表面に供給することにより所望の不純物濃度の半導
体薄膜を前記半導体基板の表面に形成するとともに、薄
膜形成後に前記成長ガスを排出口から薄膜成長炉の外部
に排出させるようにした半導体ウェーハの薄膜形成方法
において、前記第１の吐出口とは別の第２の吐出口から
ガスを吐出させ、前記第１の吐出口から吐出され前記薄
膜成長炉内で上昇した成長ガスの流れに対向するガスの
流れを当該薄膜成長炉内で形成し、成長ガスを前記排出
口に向かわせるようにしたことを特徴とする。

【００３８】第１発明を図１、図３を参照して説明す
る。

【００３９】第１発明によれば、第１の吐出口１４とは
別の第２の吐出口１５からガス１８が矢印Ｋに示す方向
に吐出される。このため第１の吐出口１４から吐出され
薄膜成長炉１０内で上昇した成長ガス１８の流れＱに対
向するガスの流れＲが当該薄膜成長炉１０内で形成され
る。これにより成長ガス１８が矢印Ｈに示すように排出
口１７に向かう。

【００４０】このように第２吐出口１５から吐出された
ガス１８は、成長炉１０内で上昇した成長ガス１８の流
れＱを打ち消す方向にガスの流れＲを形成するので、矢
印Ｉで示すように上昇していく成長ガス１８の量が少な
くなり、その分だけ矢印Ｈに示すように排出口１７に向
かう成長ガス１８の量が多くなる。このため成長炉１０
での成長ガス１８の滞留を減少させ、滞留が抵抗値プロ
ファイル４の形状に与える影響等を取り除くことができ
る。

【００４１】また成長炉１０内の反応温度、成長ガスの
流速等を変更する必要がないので薄膜２の品質に影響を
与えることはない。また既存のノズル１３に第２吐出口
１５を設けるなどの最小で簡易な変更を加えるだけで済
み、従来の薄膜成長炉１０に大きな構造の変更を加える
必要もない。

【００４２】また第２発明は、成長ガスを第１の吐出口
から吐出させ半導体基板の表面に供給することにより所
望の不純物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表面に
形成するとともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排出口
から薄膜成長炉の外部に排出させるようにした半導体ウ
ェーハの薄膜形成方法において、前記薄膜成長炉内で高
濃度の不純物が添加された高濃度不純物薄膜を成長させ
る高濃度薄膜成長行程と、前記第１の吐出口とは別の第
２の吐出口からガスを吐出させ、前記第１の吐出口から
吐出され前記薄膜成長炉内で上昇した成長ガスの流れに
対向するガスの流れを当該薄膜成長炉内で形成し、成長
ガスを前記排出口に向かわせ高濃度の不純物を含む成長
ガスを排出させる排出行程と、前記薄膜成長炉内で前記
高濃度不純物薄膜に連続して低濃度の不純物が添加され
た低濃度薄膜を成長させる低濃度薄膜成長行程とを具え
たことを特徴とする。

【００４３】第２発明を図１、図３、図１０を参照して
説明する。

【００４４】第２発明によれば、薄膜成長炉１０内で高
濃度Ｎ+の不純物が添加された高濃度不純物薄膜２ａが
成長される。

【００４５】ここで第１の吐出口１４とは別の第２の吐
出口１５からガス１８が矢印Ｋに示す方向に吐出されて
いる。このため第１の吐出口１４から吐出され薄膜成長
炉１０内で上昇した成長ガス１８の流れＱに対向するガ
スの流れＲが当該薄膜成長炉１０内で形成される。これ
により成長ガス１８が矢印Ｈに示すように排出口１７に
向かう。よって高濃度Ｎ+の不純物を含む成長ガス１８
が排出されることになる。

【００４６】そして薄膜成長炉１０内で高濃度不純物薄
膜２ａに連続して低濃度Ｎ-の不純物が添加された低濃
度薄膜２ｂが成長される。

【００４７】第２発明によれば、第１発明と同様の効果
が得られる。

【００４８】さらに第２発明によれば、成長炉１０内の
成長ガス１８の滞留が減少されるので、高濃度Ｎ+の不
純物を含む成長ガス１８が迅速に排出される。この状態
でドーピングガスを高濃度から低濃度に切り換えて、低
濃度Ｎ-の不純物を含む成長ガス１８を供給して低濃度
薄膜２ｂの成長を開始すると、成長炉１０内の不純物の
濃度は迅速に低濃度に移行する。

【００４９】これを図１１の抵抗値プロファイル４に置
き換えると、境界部分のライン４ａは急峻となる。この
ため所望の形状の抵抗値プロファイル４を得ることがで
きる。

【００５０】このように第２発明によれば、連続成長で
所望の形状の抵抗値プロファイル４を得ることができた
ので、工数の低減、リードタイムの短縮が実現され生産
性が飛躍的に向上するとともに、ＩＧＢＴ等の半導体デ
バイスをきわめて高品質に製作することができる。

【００５１】また第３発明は、成長ガスを第１の供給路
を介して吐出させ半導体基板の表面に供給することによ
り所望の不純物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表
面に形成するとともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排
出口から薄膜成長炉の外部に排出させるようにした半導
体ウェーハの薄膜形成方法において、前記第１の供給路
とは別の第２の供給路を介して排出用のガスを吐出さ
せ、前記第１の供給路を介して吐出され前記薄膜成長炉
内で上昇した成長ガスの流れに対向するガスの流れを当
該薄膜成長炉内で形成し、成長ガスを前記排出口に向か
わせるようにしたことを特徴とする。

【００５２】第３発明を図２、図３を参照して説明す
る。

【００５３】第３発明によれば、第１の供給路１３ａ
（第１ガス供給路３４）とは別の第２の供給路１３ｂ
（第２ガス供給路３５）から排出用ガス３６が矢印Ｋに
示す方向に吐出される。このため第１の供給路１３ａか
ら吐出され薄膜成長炉１０内で上昇した成長ガス１８の
流れＱに対向するガスの流れＲが当該薄膜成長炉１０内
で形成される。これにより成長ガス１８が矢印Ｈに示す
ように排出口１７に向かう。

【００５４】第３発明によれば、第１発明と同様の効果
が得られる。

【００５５】さらに第３発明によれば、成長ガス１８を
吐出する第１の供給路１３ａ（第１ガス供給路３４）と
は別の第２の供給路１３ｂ（第２ガス供給路３５）から
排出用ガス３６を吐出させているので、成長ガス１８の
吐出流量とは独立して排出用ガス３６の吐出流量を設定
することができる。

【００５６】すなわち薄膜２の抵抗値、膜厚のばらつき
を少なくし均一性を高める最適な成長条件は第１の供給
路１３ａから吐出される成長ガス１８の吐出流量で定ま
る。成長ガス１８とは別系統の第２の供給路１３ｂから
排出用ガス３６を吐出すれば、最適な成長条件に影響を
与えることなく、自由に排出用ガス３６の吐出流量を設
定することができ、滞留した成長ガス１８の排出量を自
由に制御することができる。よって排出用ガス３６の吐
出流量を高く設定することが可能となり、成長ガス１８
の滞留を大幅に抑制し、より迅速に成長ガス１８を排出
させることが可能となる。

【００５７】また第４発明は、成長ガスを第１の供給路
を介して吐出させ半導体基板の表面に供給することによ
り所望の不純物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表
面に形成するとともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排
出口から薄膜成長炉の外部に排出させるようにした半導
体ウェーハの薄膜形成方法において、前記薄膜成長炉内
で高濃度の不純物が添加された高濃度不純物薄膜を成長
させる高濃度薄膜成長行程と、前記第１の供給路とは別
の第２の供給路を介して排出用のガスを吐出させ、前記
第１の供給路を介して吐出され前記薄膜成長炉内で上昇
した成長ガスの流れに対向するガスの流れを当該薄膜成
長炉内で形成し、成長ガスを前記排出口に向かわせ高濃
度の不純物を含む成長ガスを排出させる排出行程と、前
記薄膜成長炉内で前記高濃度不純物薄膜に連続して低濃
度の不純物が添加された低濃度薄膜を成長させる低濃度
薄膜成長行程とを具えたことを特徴とする。

【００５８】第４発明を図２、図３、図１０を参照して
説明する。

【００５９】第４発明によれば、薄膜成長炉１０内で高
濃度Ｎ+の不純物が添加された高濃度不純物薄膜２ａが
成長される。

【００６０】ここで第１の供給路１３ａ（第１ガス供給
路３４）とは別の第２の供給路１３ｂ（第２ガス供給路
３５）から排出用ガス３６が矢印Ｋに示す方向に吐出さ
れている。このため第１の供給路１３ａから吐出され薄
膜成長炉１０内で上昇した成長ガス１８の流れＱに対向
するガスの流れＲが当該薄膜成長炉１０内で形成され
る。これにより成長ガス１８が矢印Ｈに示すように排出
口１７に向かう。よって高濃度Ｎ+の不純物を含む成長
ガス１８が排出されることになる。

【００６１】そして薄膜成長炉１０内で高濃度不純物薄
膜２ａに連続して低濃度Ｎ-の不純物が添加された低濃
度薄膜２ｂが成長される。

【００６２】第４発明によれば、第３発明と同様の効果
が得られる。

【００６３】さらに第４発明によれば、第２発明と同様
に、連続成長で所望の形状の抵抗値プロファイル４を得
ることができるので、工数の低減、リードタイムの短縮
が実現され生産性が飛躍的に向上するとともに、ＩＧＢ
Ｔ等の半導体デバイスをきわめて高品質に製作すること
ができる。

【００６４】また第５発明は、成長ガスを第１の供給路
を介して吐出させ半導体基板の表面に供給することによ
り所望の不純物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表
面に形成するとともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排
出口から薄膜成長炉の外部に排出させるようにした半導
体ウェーハの薄膜形成方法において、前記第１の供給路
とは別の第２の供給路を介して成長ガスを吐出させ、前
記第１の供給路を介して吐出され前記薄膜成長炉内で上
昇した成長ガスの流れに対向するガスの流れを当該薄膜
成長炉内で形成し、成長ガスを前記排出口に向かわせる
ようにしたことを特徴とする。

【００６５】第５発明を図２、図３を参照して説明す
る。

【００６６】第５発明によれば、第１の供給路１３ａ
（第１ガス供給路３４）とは別の第２の供給路１３ｂ
（第２ガス供給路３５）から成長ガス１８が矢印Ｋに示
す方向に吐出される。このため第１の供給路１３ａから
吐出され薄膜成長炉１０内で上昇した成長ガス１８の流
れＱに対向するガスの流れＲが当該薄膜成長炉１０内で
形成される。これにより成長ガス１８が矢印Ｈに示すよ
うに排出口１７に向かう。

【００６７】第５発明によれば、第３発明と同様の効果
が得られる。

【００６８】さらに第５発明によれば、第３発明と異な
り、第２の供給路１３ｂから吐出されるガスを、排出用
ガス３６の代わりに、第１の供給路１３ａから吐出され
る成長用ガス１８と同じガスとしている。同じ組成の成
長ガス１８が第２の供給路１３ｂから排出用として吐出
されているので、エピタキシャル成長に寄与する第１の
供給路１３ａから吐出された成長ガス１８が、別の組成
のガス（水素等の排出用ガス３６）によって希釈される
影響を極力取り除くことができる。このため基板１上で
の反応が安定し所望する濃度の薄膜２を安定して形成す
ることができるという効果が得られる。

【００６９】第６発明は、成長ガスを第１の供給路を介
して吐出させ半導体基板の表面に供給することにより所
望の不純物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表面に
形成するとともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排出口
から薄膜成長炉の外部に排出させる半導体ウェーハの薄
膜形成方法において、前記薄膜成長炉内で高濃度の不純
物が添加された高濃度不純物薄膜を成長させる高濃度薄
膜成長行程と、前記第１の供給路とは別の第２の供給路
を介して成長ガスを吐出させ、前記第１の供給路を介し
て吐出され前記薄膜成長炉内で上昇した成長ガスの流れ
に対向するガスの流れを当該薄膜成長炉内で形成し、成
長ガスを前記排出口に向かわせ高濃度の不純物を含む成
長ガスを排出させる排出行程と、前記薄膜成長炉内で前
記高濃度不純物薄膜に連続して低濃度の不純物が添加さ
れた低濃度薄膜を成長させる低濃度薄膜成長行程とを具
えたことを特徴とする。

【００７０】第６発明を図２、図３、図１０を参照して
説明する。

【００７１】第６発明によれば、薄膜成長炉１０内で高
濃度Ｎ+の不純物が添加された高濃度不純物薄膜２ａが
成長される。

【００７２】ここで第１の供給路１３ａ（第１ガス供給
路３４）とは別の第２の供給路１３ｂ（第２ガス供給路
３５）から成長ガス１８が矢印Ｋに示す方向に吐出され
ている。このため第１の供給路１３ａから吐出され薄膜
成長炉１０内で上昇した成長ガス１８の流れＱに対向す
るガスの流れＲが当該薄膜成長炉１０内で形成される。
これにより成長ガス１８が矢印Ｈに示すように排出口１
７に向かう。よって高濃度Ｎ+の不純物を含む成長ガス
１８が排出されることになる。

【００７３】そして薄膜成長炉１０内で高濃度不純物薄
膜２ａに連続して低濃度Ｎ-の不純物が添加された低濃
度薄膜２ｂが成長される。

【００７４】第６発明によれば、第５発明と同様の効果
が得られる。

【００７５】さらに第６発明によれば、第２発明と同様
に、連続成長で所望の形状の抵抗値プロファイル４を得
ることができるので、工数の低減、リードタイムの短縮
が実現され生産性が飛躍的に向上するとともに、ＩＧＢ
Ｔ等の半導体デバイスをきわめて高品質に製作すること
ができる。

【００７６】また第７発明は、薄膜成長炉内に半導体基
板を載置するとともに、前記薄膜成長路内に突出するよ
うにノズルを設け、前記ノズルの側面に設けた第１の吐
出口を介して成長ガスを側方へ吐出させ当該半導体基板
表面に供給することにより所望の不純物濃度の半導体薄
膜を前記半導体基板の表面に形成し、薄膜形成後に前記
成長ガスを前記薄膜成長炉に設けた排出口から外部に排
出させる半導体ウェーハの薄膜形成装置において、前記
ノズル側面の第１の吐出口を介して吐出され前記薄膜成
長炉内で上昇した成長ガスの流れに対向するガスの流れ
が当該薄膜成長炉内で形成されるように、ガスを吐出す
る第２の吐出口を前記ノズルの上端に設けたことを特徴
とする。

【００７７】第７発明は、第１発明の方法の発明を装置
の発明にしたものである。第７発明によれば、第１発明
と同様の効果が得られる。

【００７８】また第８発明は、第７発明において、前記
ノズルに設けた第１の吐出口と第２の吐出口は、当該ノ
ズル内の異なるガス供給路に連通していることを特徴と
する。

【００７９】第８発明は、第３発明、第５発明の方法の
発明を装置の発明にしたものである。第８発明によれ
ば、第３発明、第５発明と同様の効果が得られる。

【００８０】また第９発明は、薄膜成長炉内に半導体基
板を載置するとともに、前記薄膜成長路内に第１のガス
供給路を設け、前記第１のガス供給路を介して成長ガス
を側方へ吐出させ当該半導体基板表面に供給することに
より所望の不純物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の
表面に形成し、薄膜形成後に前記成長ガスを前記薄膜成
長炉に設けた排出口から外部に排出させる半導体ウェー
ハの薄膜形成装置において、前記第１のガス供給路を介
して吐出され前記薄膜成長炉内で上昇した成長ガスの流
れに対向するガスの流れが当該薄膜成長炉内で形成され
るように、ガスを上方へ向けて吐出する第２のガス供給
路を設けたことを特徴とする。

【００８１】第９発明は、第３発明、第５発明の方法の
発明を装置の発明にしたものである。第９発明によれ
ば、第３発明、第５発明と同様の効果が得られる。

【００８２】第９発明の装置は、図６に示す二重管構造
の一体のノズル１３だけではなく、図９（ａ）、（ｂ）
に示す別体のノズル１３ａ、１３ｂを含む概念である。

【００８３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明に係る
半導体ウェーハの薄膜形成方法および半導体ウェーハの
薄膜形成装置の実施の形態について説明する。

【００８４】本実施形態では、ＩＧＢＴ用のウェーハを
連続成長により作成する場合を想定する。ＩＧＢＴ用ウ
ェーハ３は図１０で前述したように半導体基板１の表面
に第１層の高濃度薄膜２ａをエピタキシャル成長させ、
更に同じエピタキシャル成長炉内で第２層の低濃度薄膜
２ｂを連続してエピタキシャル成長させることによって
作成される。

【００８５】・第１の実施形態 図１は第１の実施形態のエピタキシャル成長装置を示
す。

【００８６】同図１に示すようにエピタキシャル成長炉
１０は、鐘形状のベルジャ１１と、このベルジャ１１内
に設けられたサセプタ１２、高周波コイル１６、ノズル
１３等から成る。

【００８７】ベルジャ１１は金属または石英の材質で構
成されている。たとえばベルジャ１１の外側の壁の材質
をＳＵＳとし、内側の壁の材質を石英とすることができ
る。ベルジャ１１内には上面からみて円形状のサセプタ
１２が設けられている。サセプタ１２はウェーハ保持部
材であり、上面には多数のシリコン基板１が載置されて
いる。サセプタ１２の材質はたとえばＳiＣ（シリコン
カーバイド）をコーティングしたＣ（カーボン）で構成
されている。サセプタ１２は図示しないモータを駆動源
としてサセプタ１２の中心点を回転軸Ｃとして矢印Ｅに
示すように回転される。

【００８８】サセプタ１２の下方には、ウェーハ３を反
応温度になるように加熱する高周波コイル１６が設けら
れている。高周波コイル１６に高周波電流が通電される
ことによってコイル１６内に誘導電磁場が形成され、誘
導電磁加熱によりサセプタ１２上のシリコン基板１が加
熱される。こうして成長温度はシリコンを成長させる場
合の通常の温度範囲（１１００゜から１１８０゜）に設
定される。なおベルジャ１１内の圧力は常圧に設定され
る。すなわちベルジャ１１内で常圧気相エピタキシャル
成長がなされる。ベルジャ１１の下方には、ベルジャ１
１内のガスを外部に排気する排出口１７が設けられてい
る。排気口１７は排気ガス処理装置に接続されている。

【００８９】ノズル１３はエピタキシャル成長に必要な
成長ガス１８をシリコン基板１の表面に供給するために
設けられている。ノズル１３は、サセプタ１２の中心軸
Ｃに沿って鉛直方向に突出されるように設けられてい
る。

【００９０】ノズル１３は、ガス供給路３４に連通して
いる。ガス供給路３４には、ガス供給源より原料ガス１
９、ドーピングガス２０ａ、２０ｂ、キャリアガス２１
を混合した成長ガス１８が供給される。

【００９１】すなわちボンベ１９ａには、原料ガス１９
としてのＳiＨＣｌ3が貯留されている。ボンベ１９ａは
管路２２を介してガス供給路３４に連通している。管路
２２上には質量流量コントローラ２６と開閉弁３０が設
けられている。質量流量コントローラ２６によってノズ
ル１３から吐出される原料ガス１９の吐出流量が制御さ
れる。原料ガス１９の吐出流量はたとえば２０ＳＬ/Ｍ
に設定される。

【００９２】ボンベ２０ｃには、第１層２ａ成長用のド
ーピングガス２０ａが貯留されている。ドーピングガス
２０ａは高濃度１００〜１０００ｐｐｍのＰＨ3であ
る。ボンベ２０ｃは管路２４を介してガス供給路３４に
連通している。管路２４上には質量流量コントローラ２
８と開閉弁３２が設けられている。質量流量コントロー
ラ２８によってノズル１３から吐出されるドーピングガ
ス２０ａの吐出流量が制御される。

【００９３】同様にボンベ２０ｄには、第２層２ｂ成長
用のドーピングガス２０ｂが貯留されている。ドーピン
グガス２０ｂは低濃度３〜５０ｐｐｍのＰＨ3である。
ボンベ２０ｄは管路２３を介してガス供給路３４に連通
している。管路２３上には質量流量コントローラ２７と
開閉弁３１が設けられている。質量流量コントローラ２
７によってノズル１３から吐出されるドーピングガス２
０ｂの吐出流量が制御される。

【００９４】ボンベ２１ａには、キャリアガス２１とし
てのＨ2が貯留されている。ボンベ２１ａは管路２５を
介してガス供給路３４に連通している。管路２５上には
質量流量コントローラ２９と開閉弁３３が設けられてい
る。質量流量コントローラ２９によってノズル１３から
吐出されるキャリアガス２１の吐出流量が制御される。
キャリアガス２１の吐出流量はたとえば１２０ＳＬ/Ｍ
に設定される。

【００９５】原料ガス１９、ドーピングガス２０ａまた
は２０ｂ、キャリアガス２１はガス供給路３４に供給さ
れることにより混合され成長ガス１８としてガス供給路
３４を通過してノズル１３内に供給される。そして成長
ガス１８がノズル１３に形成された第１吐出口１４、第
２吐出口１５から吐出される。

【００９６】図５はノズル１３を斜視図にて示してい
る。

【００９７】同図５に示すように、ノズル１３の側面に
は、成長ガス１８を側方Ｆへ吐出させる第１吐出口１４
が形成されている。第１吐出口１４はウェーハ３の基板
１の表面に成長ガス１８を供給するに最適な高さに設定
されている。また第１吐出口１４の穴径はウェーハ３の
基板１上での流速を反応に適した流速にするに必要な穴
径に設定されている。成長ガス１８の流量に応じて穴径
が定まる。第１吐出口１４は６つ設けられている。本実
施形態のノズル１３では、最上位置にある２つの第１吐
出口１４からのガス吐出方向Ｆと、それより下位にある
４つの第１吐出口１４からのガス吐出方向Ｆとが互いに
直交するように、６つの第１吐出口１４が配置されてい
る。なおノズル１３に形成する第１吐出口１４の数、そ
れらの位置関係は任意であり、図５以外の配置関係を採
用してもよい。

【００９８】ノズル１３の上端には、成長ガス１８を上
方Ｋへ吐出させる第２吐出口１５が形成されている。こ
の場合図３で後述するように第２吐出口１５は、第１吐
出口１４を介して吐出されベルジャ１１内で上昇した成
長ガス１８の流れＱに対向しこれを打ち消すに最適なガ
スの流れＲが形成されるような高さに設けられる。図５
では第２吐出口１５の数を１つとしノズル１３の上端に
設けているが、上述した効果を奏効するのであれば、第
２吐出口１５の数は２以上でもよく、それらの位置関係
は任意である。また第２吐出口１５はノズル１３の上端
に必ずしも設けなくてもよい。

【００９９】なお本実施形態のノズル１３は、図４に示
す従来のノズル１３′の上端に第２吐出口１５を開設す
るだけで取得することができる。この場合既存のノズル
１３′にわずかな加工を加えるだけでよいので、部品点
数の増加を招くことなく製造コストを低く抑えることが
できる。

【０１００】つぎにかかるエピタキシャル成長装置を用
いてＩＧＢＴ用ウェーハ３を作成する場合の処理につい
て説明する。

【０１０１】・第１層成長行程 まず開閉弁３０、３２、３３が開位置に制御され、原料
ガス１９、第１層２ａ成長用ドーピングガス２０ａ、キ
ャリアガス２１が成長ガス１８として混合されガス供給
路３４に供給される。この第１層２ａ用の成長ガス１８
はノズル１３内を通り、第１吐出口１４から側方Ｆに吐
出されるとともに、第２吐出口１５から上方Ｋに吐出さ
れる。

【０１０２】図３に示すように第１吐出口１４から吐出
された成長ガス１８は、矢印Ｇに示すようにウェーハ３
の基板１の表面を通過する。こうして高濃度のドーピン
グガス２０ａを含んだ成長ガス１８が基板１上を通過す
ることで、高温気相中での化学反応が基板１上でなさ
れ、基板１の表面に不純物Ｐが高濃度Ｎ+の第１層薄膜
２ａが形成される（図１０参照）。

【０１０３】・高濃度ドーピングガス排出行程 つぎに高濃度のドーピングガス２０ａがベルジャ１１内
から迅速に排気される様子を説明する。図３に示すよう
に高温気相中での化学反応に寄与した成長ガス１８の一
部は、矢印Ｈに示すようにベルジャ１１の下方に設けら
れた排出口１７から外部に排出される。しかし成長ガス
１８の一部は、ベルジャ１１の壁面に衝突したり、成長
ガス１８がベルジャ１１内の熱により加熱されることに
より上昇気流となる。このため成長ガス１８の一部は直
接排出されないままベルジャ１１内で上昇する。

【０１０４】ベルジャ１１内で成長ガス１８が衝突する
のは、基板１表面での流速を高め反応を促進するために
成長ガス１８の速度を大きくせざるを得ないからであ
る。流速が大きいためベルジャ１１の壁面に衝突するこ
とは避けられない。また反応に適した温度（１１００゜
Ｃ〜１１８０゜Ｃ）にせざるを得なく成長ガス１８が上
昇気流となるのも避けられない。

【０１０５】本実施形態のノズル１３の場合には第２吐
出口１５から成長ガス１８が矢印Ｋに示すように上方に
吐出されている。このため第１吐出口１４から吐出され
上昇した成長ガス１８の流れＱに対向するガスの流れＲ
が形成される。これにより成長ガス１８が矢印Ｈに示す
ように排出口１７に向かう。

【０１０６】このように第２吐出口１５から吐出された
成長ガス１８は、ベルジャ１１内で上昇した成長ガス１
８の流れＱを打ち消す方向にガスの流れＲを形成するの
で、矢印Ｉで示すように上昇していく成長ガス１８の量
が少なくなり、その分だけ矢印Ｈで示すように排出口１
７に向かう成長ガス１８の量が多くなる。

【０１０７】この結果ベルジャ１１内の成長ガス１８の
滞留が図４の従来の場合と比較して減少されるので、高
濃度Ｎ+の不純物Ｐを含む成長ガス１８が迅速に排出口
１７から排出される。

【０１０８】・第２層成長行程 開閉弁３２が閉位置にされるとともに開閉弁３１が開位
置にされて、高濃度Ｎ+のドーピングガス２０ａから低
濃度Ｎ-のドーピングガス２０ｂに切り換えられる。こ
れにより原料ガス１９、第２層２ｂ成長用ドーピングガ
ス２０ｂ、キャリアガス２１が成長ガス１８として混合
されガス供給路３４に供給される。この第２層２ｂ用の
成長ガス１８はノズル１３内を通り、第１吐出口１４か
ら側方Ｆに吐出されるとともに、第２吐出口１５から上
方Ｋに吐出される。

【０１０９】第１吐出口１４から吐出された成長ガス１
８は、図３の矢印Ｇに示すようにウェーハ３の基板１の
表面を通過する。低濃度のドーピングガス２０ｂを含ん
だ成長ガス１８によって高濃度Ｎ+の第１層薄膜２ａの
上に低濃度Ｎ-の第２層薄膜２ｂが積み重ねられていく
（図１０参照）。

【０１１０】ここで上記高濃度ドーピングガス排出行程
により、高濃度Ｎ+の不純物Ｐを含む成長ガス１８が迅
速に排出口１７から排出されている状態でドーピングガ
スが高濃度Ｎ+から低濃度Ｎ-に切り換えられる。よって
低濃度Ｎ-の不純物Ｐを含む成長ガス１８をノズル１３
から吐出し始め低濃度薄膜２ｂの成長を開始してから短
期間の間に、ベルジャ１１内の不純物Ｐの濃度は迅速に
低濃度Ｎ-に移行する。

【０１１１】これを図１１の抵抗値プロファイル４に置
き換えると、境界部分のライン４ａは急峻となる。この
ため所望の形状の抵抗値プロファイル４が得られる。

【０１１２】以上のように本実施形態によれば、連続成
長で所望の形状の抵抗値プロファイル４が得られる。こ
のため工数の低減、リードタイムの短縮が実現され生産
性が飛躍的に向上するとともに、ＩＧＢＴ等の半導体デ
バイスをきわめて高品質に製作することができる。たと
えば膜厚が１０μｍで抵抗値が０．０１Ωの第１層２ａ
の上に膜厚が１２０μｍで抵抗値が１００Ωの第２層２
ｂを、膜厚、抵抗値のばらつきがなく均一に形成するこ
とができた。

【０１１３】本実施形態のノズル１３は前述したように
既存のノズル１３′の上端に第２吐出口１５を開設する
だけの構造でもよいが、図８に示すようにベルジャ１１
の最上位置１１ａとの距離が最適な距離ｄとなるような
高さＨaまでノズル上端を延長させてもよい。最適な距
離ｄとなるように第２吐出口１５の高さＨaを延長する
ことによって、ベルジャ１１内で上昇した成長ガス１８
の流れＱに対向しこれを打ち消すに最適なガスの流れＲ
が形成される。

【０１１４】・第２の実施形態 図２は第２の実施形態のエピタキシャル成長装置を示
す。

【０１１５】図２では図１と同じ構成要素には同じ符号
を付している。以下共通する構成要素については適宜説
明を省略し異なる構成要素のみについて説明する。

【０１１６】本実施形態では図１の成長ガス１８用のガ
ス供給路３４を第１ガス供給路３４と呼称する。本実施
形態ではボンベとしてパージガス３６用のボンベ３６ａ
が追加される。ボンベ３６ａには、パージガス３６とし
てのＨ2が貯留されている。ボンベ３６ａは管路３７を
介して第２ガス供給路３５に連通している。管路３７上
には質量流量コントローラ３８と開閉弁３９が設けられ
ている。質量流量コントローラ３８によってノズル１３
から吐出されるパージガス３６の吐出流量が制御され
る。

【０１１７】図６は本実施形態のノズル１３の構造を示
す縦断面図である。

【０１１８】ノズル１３は外側管１３ａとこの外側管１
３ａに内装される内側管１３ｂの二重管構造となってい
る。内側管１３ｂの上端は外側管１３ａの上端よりも高
く位置されるように内側管１３ｂの上部が外側管１３ａ
の外部に設けられている。

【０１１９】外側管１３ａと内側管１３ｂとで画された
室は第１ガス供給路３４に連通している。外側管１３ａ
の側面には図５のノズル１３と同態様で第１吐出口１４
が形成されている。内側管１３ｂの内部管路は第２ガス
供給路３５に連通している。内側管１３ｂの上端には図
５のノズル１３と同態様で第２吐出口１５が形成されて
いる。

【０１２０】原料ガス１９、ドーピングガス２０ａまた
は２０ｂ、キャリアガス２１は第１ガス供給路３４上で
混合され成長ガス１８として第１ガス供給路３４を通過
してノズル１３の外側管１３ａと内側管１３ｂとで画さ
れた室に供給される。そして成長ガス１８がノズル外側
管１３ａに形成された第１吐出口１４から側方Ｆへ吐出
される。

【０１２１】またパージガス３６は第２ガス供給路３５
を通過してノズル１３の内側管１３ｂの内部通路に供給
される。そしてパージガス３６がノズル内側管１３ｂに
形成された第２吐出口１５から上方Ｋへ吐出される。

【０１２２】ここで第２吐出口１５は、第１吐出口１４
を介して吐出されベルジャ１１内で上昇した成長ガス１
８の流れＱに対向しこれを打ち消すに最適なガスの流れ
Ｒが形成されるような高さに設けられる。さらに第２吐
出口１５は、第１吐出口１４から吐出された成長ガス１
８（特にドーピングガス２０ａ、２０ｂ）がパージガス
３６により希釈されることのない高さに設けられる。

【０１２３】すなわち図７に示すようにベルジャ１１の
最上位置１１ａとの距離が最適な距離ｄとなるような高
さＨtまで外側管１３ａの上端に対して内側管１３ｂの
上端が延長される。最適な距離ｄとなるような高さＨt
に内側管１３ｂを設定することによって、ベルジャ１１
内で上昇した成長ガス１８の流れＱに対向しこれを打ち
消すに最適なガスの流れＲが形成される。しかも第１吐
出口１４から吐出された成長ガス１８（特にドーピング
ガス２０ａ、２０ｂ）がパージガス３６により希釈され
ることはなくエピタキシャル成長を安定して行うことが
できる。

【０１２４】本実施形態のノズル１３では第２吐出口１
５の数を１つとしノズル１３の上端に設けているが、上
述した効果を奏効するのであれば、第２吐出口１５の数
は２以上でもよく、それらの位置関係は任意である。ま
た第２吐出口１５はノズル１３の上端に必ずしも設けな
くてもよい。

【０１２５】つぎに本実施形態のエピタキシャル成長装
置を用いてＩＧＢＴ用ウェーハ３を作成する場合の処理
について説明する。

【０１２６】・第１層成長行程 まず開閉弁３０、３２、３３、３８が開位置に制御さ
れ、原料ガス１９、第１層２ａ成長用ドーピングガス２
０ａ、キャリアガス２１が成長ガス１８として混合され
第１ガス供給路３４に供給される。この第１層２ａ用の
成長ガス１８はノズル１３内を通り、第１吐出口１４か
ら側方Ｆに吐出される。パージガス３６は第２ガス供給
路３５に供給され、ノズル１３内を通り、第２吐出口１
５から上方Ｋに吐出される。

【０１２７】第１吐出口１４から吐出された成長ガス１
８は、矢印Ｇに示すようにウェーハ３の基板１の表面を
通過する。こうして高濃度のドーピングガス２０ａを含
んだ成長ガス１８が基板１上を通過することで、高温気
相中での化学反応が基板１上でなされ、基板１の表面に
不純物Ｐが高濃度Ｎ+の第１層薄膜２ａが形成される
（図１０参照）。

【０１２８】・高濃度ドーピングガス排出行程 つぎに図３を用いて高濃度のドーピングガス２０ａがベ
ルジャ１１内から迅速に排気される様子を説明する。同
図３に示すように高温気相中での化学反応に寄与した成
長ガス１８の一部は、矢印Ｈに示すようにベルジャ１１
の下方に設けられた排出口１７から外部に排出される。
しかし成長ガス１８の一部は、ベルジャ１１の壁面に衝
突したり、成長ガス１８がベルジャ１１内の熱により加
熱されることにより上昇気流となる。このため成長ガス
１８の一部は直接排出されないままベルジャ１１内で上
昇する。

【０１２９】ここで第２吐出口１５からパージガス３６
が矢印Ｋに示すように上方に吐出されている。このため
第１吐出口１４から吐出され上昇した成長ガス１８の流
れＱに対向するガスの流れＲが形成される。これにより
成長ガス１８が矢印Ｈに示すように排出口１７に向か
う。

【０１３０】このように第２吐出口１５から吐出された
パージガス３６は、ベルジャ１１内で上昇した成長ガス
１８の流れＱを打ち消す方向にガスの流れＲを形成する
ので、矢印Ｉで示すように上昇していく成長ガス１８の
量が少なくなり、その分だけ矢印Ｈで示すように排出口
１７に向かう成長ガス１８の量が多くなる。

【０１３１】ベルジャ１１内の成長ガス１８の滞留が図
４の従来の場合と比較して減少されるので、高濃度Ｎ+
の不純物Ｐを含む成長ガス１８が迅速に排出口１７から
排出される。

【０１３２】本実施形態では成長ガス１８を供給する第
１ガス供給路３４とは別の第２ガス供給路３５によりパ
ージガス３６が供給されている。このため成長ガス１８
の吐出流量とは独立してパージガス３６の吐出流量を設
定することができる。

【０１３３】すなわちエピタキシャル成長薄膜２の抵抗
値、膜厚のばらつきを少なくし均一性を高める最適な成
長条件は第１ガス供給路３４を介して吐出される成長ガ
ス１８の吐出流量で定まる。ここで成長ガス１８とは別
の系統の第２ガス供給路３５を介してパージガス３６を
吐出すれば、上記最適な成長条件に影響を与えることな
く、自由にパージガス３６の吐出流量を設定することが
でき、滞留した成長ガス１８の排出量を自由に制御する
ことができる。よってパージガス３６の吐出流量を高く
設定することが可能となり、第１の実施形態と比較して
成長ガス１８の滞留を大幅に抑制し、より迅速に成長ガ
ス１８を強制排出させることが可能となる。たとえばパ
ージガス３６の吐出流量はたとえば３００ＳＬ/Ｍに設
定される。

【０１３４】・第２層成長行程 開閉弁３２が閉位置にされるとともに開閉弁３１が開位
置にされて、高濃度Ｎ+のドーピングガス２０ａから低
濃度Ｎ-のドーピングガス２０ｂに切り換えられる。こ
れにより原料ガス１９、第２層２ｂ成長用ドーピングガ
ス２０ｂ、キャリアガス２１が成長ガス１８として混合
され第１ガス供給路３４に供給される。この第２層２ｂ
用の成長ガス１８はノズル１３内を通り、第１吐出口１
４から側方Ｆに吐出される。

【０１３５】第１吐出口１４から吐出された成長ガス１
８は、図３の矢印Ｇに示すようにウェーハ３の基板１の
表面を通過する。低濃度のドーピングガス２０ｂを含ん
だ成長ガス１８によって高濃度Ｎ+の第１層薄膜２ａの
上に低濃度Ｎ-の第２層薄膜２ｂが積み重ねられていく
（図１０参照）。

【０１３６】ここで上記高濃度ドーピングガス排出行程
により、高濃度Ｎ+の不純物Ｐを含む成長ガス１８が迅
速に排出口１７から排出されている状態で、ドーピング
ガスが高濃度Ｎ+から低濃度Ｎ-に切り換えられる。よっ
て低濃度Ｎ-の不純物Ｐを含む成長ガス１８をノズル１
３から吐出し始め低濃度薄膜２ｂの成長を開始してから
短期間の間に、ベルジャ１１内の不純物Ｐの濃度は迅速
に低濃度Ｎ-に移行する。

【０１３７】これを図１１の抵抗値プロファイル４に置
き換えると、境界部分のライン４ａは急峻となる。この
ため所望の形状の抵抗値プロファイル４が得られる。

【０１３８】以上のように本実施形態によれば、連続成
長で所望の形状の抵抗値プロファイル４が得られる。こ
のため工数の低減、リードタイムの短縮が実現され生産
性が飛躍的に向上するとともに、ＩＧＢＴ等の半導体デ
バイスをきわめて高品質に製作することができる。特に
成長ガス１８とは独立してパージガス３６の流量を制御
できるので、最適な成長条件に影響を与えることなく、
滞留した成長ガス１８の排出量を制御することができ
る。この結果成長ガス１８の滞留を大幅に抑制し、より
迅速に成長ガス１８を排出させることが可能となる。

【０１３９】・第３の実施形態 上記第２の実施形態においてボンベ３６ａ内にパージガ
ス３６の代わりに成長ガス１８を貯留してもよい。この
場合第２ガス供給路３５を介してノズル１３の第２吐出
口１５から成長ガス１８が、第１ガス供給路３４を介し
てノズル１３の第１吐出口１４から吐出される成長ガス
１８とは独立して吐出される。

【０１４０】したがって、この第３の実施形態によれ
ば、第２の実施形態と同様に、エピタキシャル成長に寄
与する第１吐出口１４から吐出される成長ガス１８とは
独立して排出に寄与する成長ガス１８の流量を制御でき
るので、最適な成長条件に影響を与えることなく、滞留
した成長ガス１８の排出量を制御することができる。こ
の結果成長ガス１８の滞留を大幅に抑制し、より迅速に
成長ガス１８を排出させることが可能となる。

【０１４１】しかも同じ組成の成長ガス１８が排出用と
して吐出されているので、エピタキシャル成長に寄与す
る成長ガス１８が、別の組成のガス（水素等のパージガ
ス３６）によって希釈される影響を極力取り除くことが
できる。このため基板１上での反応が安定し所望する濃
度のエピタキシャル成長薄膜２を安定して形成すること
ができるという効果が得られる。

【０１４２】以上述べた実施形態によれば、ノズル１３
あるいはノズル１３回りに加工を加えるだけで、薄膜２
の品質に影響を与えることなく、エピタキシャル成長炉
１０内の滞留を取り除くことができる。このようにエピ
タキシャル成長炉１０に大きな構造の変更を加えること
なく最小で簡易な構造の変更を加えるだけでよいので、
設備コストを飛躍的に低減させることができる。

【０１４３】なお本実施形態のノズル１３は、図６に示
すように管を二重構造として一体のもので構成している
が、図９（ａ）、（ｂ）に示すように別体のノズル１３
ａ、１３ｂで構成してもよい。この場合第１吐出口１４
をノズル１３ａの側面ではなく先端に形成してもよい。
またノズル１３ａ、１３ｂの数は任意である（図９
（ｂ）参照）。

【０１４４】また以上説明した実施形態では、不純物濃
度が異なるエピタキシャル成長層２ａ、２ｂを連続して
成長させる場合を想定しているが、本発明としては、同
じ濃度のエピタキシャル成長層を成長させる場合にも適
用することができる。

【０１４５】また以上説明した実施形態では、エピタキ
シャル成長炉１０の排出口１７に排気ガス処理装置を接
続した場合を想定しているが、排出口１７に真空ポンプ
を接続することによってベルジャ１１内の滞留した成長
ガス１８の排出を促進させてもよい。

【０１４６】なお本実施形態では、シリコンウェーハ３
を想定して、シリコン薄膜２の原料ガスとしてＳiHＣｌ
3を想定した。しかし本発明としてはこれに限定される
ことなく原料ガスとしてＳiＨ4、ＳiＣｌ4、ＳiＨ2Ｃｌ
2、Ｓi2Ｈ6などを使用してもよい。また本実施形態では
シリコン基板１のドーパントとしてホウ素Ｂを想定した
が、これ以外のドーパントたとえば砒素Ａs、アンチモ
ンＳb、リンＰなどを使用してもよい。また本実施形態
ではシリコン薄膜２に対してＰＨ3のドーピングガスを
供給してリンＰをドーピングするようにしているが、シ
リコン薄膜２のドーピングガスとして別のものを使用し
てもよい。

【０１４７】また本実施形態では、シリコンウェーハ３
を想定したが、本発明としては半導体であれば他の材料
のウェーハにも適用することができる。たとえば半導体
材料としてＧａＡs（ガリウム砒素）、Ｇe（ゲルマニウ
ム）を使用する場合にも適用することができる。

【０１４８】本実施形態はＩＢＧＴを製作する用途以外
にも、パワートランジスタ、パワーＭＯＳ、ＳＢＤ、Ｆ
ＲＤ、バイポーラＩＣ全般の用途に用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施形態のエピタキシャル成長装
置の構成図である。

【図２】図２は第１の実施形態のエピタキシャル成長装
置の構成図である。

【図３】図３は、実施形態のエピタキシャル成長炉内の
ガスの流れを説明する図である。

【図４】図４は、従来のエピタキシャル成長炉内のガス
の流れを説明する図である。

【図５】図５は第１の実施形態のノズルを示す斜視図で
ある。

【図６】図６は第２の実施形態のノズルの縦断面図であ
る。

【図７】図７は第２の実施形態のノズルとベルジャの位
置関係を説明する図である。

【図８】図８は第１の実施形態のノズルとベルジャの位
置関係を説明する図である。

【図９】図９（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態のノズル
の変形例を示す図である。

【図１０】図１０は実施形態のウェーハの断面図であ
る。

【図１１】図１１は抵抗値プロファイルを示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１ 基板 ２ エピタキシャル成長層 ２ａ 第１層 ２ｂ 第２層 ３ ウェーハ １３ ノズル １３ａ 内側管 １３ｂ 外側管 １４ 第１吐出口 １５ 第２吐出口 １８ 成長ガス ３４ 第１ガス供給路 ３５ 第２ガス供給路 ３６ パージガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AB02 AC01 AC03 AC05 AC19 AD15 AE29 AF03 AF04 BB05 BB08 DP15 DP27 EE04 EE20 EF01 EF02 EF03 EF08 EF20 EK03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成長ガスを第１の吐出口から吐出さ
   せ半導体基板の表面に供給することにより所望の不純物
   濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表面に形成すると
   ともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排出口から薄膜成
   長炉の外部に排出させるようにした半導体ウェーハの薄
   膜形成方法において、 前記第１の吐出口とは別の第２の吐出口からガスを吐出
   させ、 前記第１の吐出口から吐出され前記薄膜成長炉内で上昇
   した成長ガスの流れに対向するガスの流れを当該薄膜成
   長炉内で形成し、 成長ガスを前記排出口に向かわせるようにしたことを特
   徴とする半導体ウェーハの薄膜形成方法。
2. 【請求項２】 成長ガスを第１の吐出口から吐出させ
   半導体基板の表面に供給することにより所望の不純物濃
   度の半導体薄膜を前記半導体基板の表面に形成するとと
   もに、薄膜形成後に前記成長ガスを排出口から薄膜成長
   炉の外部に排出させるようにした半導体ウェーハの薄膜
   形成方法において、 前記薄膜成長炉内で高濃度の不純物が添加された高濃度
   不純物薄膜を成長させる高濃度薄膜成長行程と、 前記第１の吐出口とは別の第２の吐出口からガスを吐出
   させ、 前記第１の吐出口から吐出され前記薄膜成長炉内で上昇
   した成長ガスの流れに対向するガスの流れを当該薄膜成
   長炉内で形成し、 成長ガスを前記排出口に向かわせ高濃度の不純物を含む
   成長ガスを排出させる排出行程と、 前記薄膜成長炉内で前記高濃度不純物薄膜に連続して低
   濃度の不純物が添加された低濃度薄膜を成長させる低濃
   度薄膜成長行程とを具えたことを特徴とする半導体ウェ
   ーハの薄膜形成方法。
3. 【請求項３】 成長ガスを第１の供給路を介して吐
   出させ半導体基板の表面に供給することにより所望の不
   純物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表面に形成す
   るとともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排出口から薄
   膜成長炉の外部に排出させるようにした半導体ウェーハ
   の薄膜形成方法において、 前記第１の供給路とは別の第２の供給路を介して排出用
   のガスを吐出させ、 前記第１の供給路を介して吐出され前記薄膜成長炉内で
   上昇した成長ガスの流れに対向するガスの流れを当該薄
   膜成長炉内で形成し、 成長ガスを前記排出口に向かわせるようにしたことを特
   徴とする半導体ウェーハの薄膜形成方法。
4. 【請求項４】 成長ガスを第１の供給路を介して吐
   出させ半導体基板の表面に供給することにより所望の不
   純物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表面に形成す
   るとともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排出口から薄
   膜成長炉の外部に排出させるようにした半導体ウェーハ
   の薄膜形成方法において、 前記薄膜成長炉内で高濃度の不純物が添加された高濃度
   不純物薄膜を成長させる高濃度薄膜成長行程と、 前記第１の供給路とは別の第２の供給路を介して排出用
   のガスを吐出させ、 前記第１の供給路を介して吐出され前記薄膜成長炉内で
   上昇した成長ガスの流れに対向するガスの流れを当該薄
   膜成長炉内で形成し、 成長ガスを前記排出口に向かわせ高濃度の不純物を含む
   成長ガスを排出させる排出行程と、 前記薄膜成長炉内で前記高濃度不純物薄膜に連続して低
   濃度の不純物が添加された低濃度薄膜を成長させる低濃
   度薄膜成長行程とを具えたことを特徴とする半導体ウェ
   ーハの薄膜形成方法。
5. 【請求項５】 成長ガスを第１の供給路を介して吐出
   させ半導体基板の表面に供給することにより所望の不純
   物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表面に形成する
   とともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排出口から薄膜
   成長炉の外部に排出させるようにした半導体ウェーハの
   薄膜形成方法において、 前記第１の供給路とは別の第２の供給路を介して成長ガ
   スを吐出させ、 前記第１の供給路を介して吐出され前記薄膜成長炉内で
   上昇した成長ガスの流れに対向するガスの流れを当該薄
   膜成長炉内で形成し、 成長ガスを前記排出口に向かわせるようにしたことを特
   徴とする半導体ウェーハの薄膜形成方法。
6. 【請求項６】 成長ガスを第１の供給路を介して吐出
   させ半導体基板の表面に供給することにより所望の不純
   物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表面に形成する
   とともに、薄膜形成後に前記成長ガスを排出口から薄膜
   成長炉の外部に排出させる半導体ウェーハの薄膜形成方
   法において、 前記薄膜成長炉内で高濃度の不純物が添加された高濃度
   不純物薄膜を成長させる高濃度薄膜成長行程と、 前記第１の供給路とは別の第２の供給路を介して成長ガ
   スを吐出させ、 前記第１の供給路を介して吐出され前記薄膜成長炉内で
   上昇した成長ガスの流れに対向するガスの流れを当該薄
   膜成長炉内で形成し、 成長ガスを前記排出口に向かわせ高濃度の不純物を含む
   成長ガスを排出させる排出行程と、 前記薄膜成長炉内で前記高濃度不純物薄膜に連続して低
   濃度の不純物が添加された低濃度薄膜を成長させる低濃
   度薄膜成長行程とを具えたことを特徴とする半導体ウェ
   ーハの薄膜形成方法。
7. 【請求項７】 薄膜成長炉内に半導体基板を載置す
   るとともに、前記薄膜成長路内に突出するようにノズル
   を設け、前記ノズルの側面に設けた第１の吐出口を介し
   て成長ガスを側方へ吐出させ当該半導体基板表面に供給
   することにより所望の不純物濃度の半導体薄膜を前記半
   導体基板の表面に形成し、薄膜形成後に前記成長ガスを
   前記薄膜成長炉に設けた排出口から外部に排出させる半
   導体ウェーハの薄膜形成装置において、 前記ノズル側面の第１の吐出口を介して吐出され前記薄
   膜成長炉内で上昇した成長ガスの流れに対向するガスの
   流れが当該薄膜成長炉内で形成されるように、 ガスを吐出する第２の吐出口を前記ノズルの上端に設け
   たことを特徴とする半導体ウェーハの薄膜形成装置。
8. 【請求項８】 前記ノズルに設けた第１の吐出口と
   第２の吐出口は、当該ノズル内の異なるガス供給路に連
   通していることを特徴とする請求項７記載の半導体ウェ
   ーハの薄膜形成装置。
9. 【請求項９】 薄膜成長炉内に半導体基板を載置す
   るとともに、前記薄膜成長路内に第１のガス供給路を設
   け、前記第１のガス供給路を介して成長ガスを側方へ吐
   出させ当該半導体基板表面に供給することにより所望の
   不純物濃度の半導体薄膜を前記半導体基板の表面に形成
   し、薄膜形成後に前記成長ガスを前記薄膜成長炉に設け
   た排出口から外部に排出させる半導体ウェーハの薄膜形
   成装置において、 前記第１のガス供給路を介して吐出され前記薄膜成長炉
   内で上昇した成長ガスの流れに対向するガスの流れが当
   該薄膜成長炉内で形成されるように、 ガスを上方へ向けて吐出する第２のガス供給路を設けた
   ことを特徴とする半導体ウェーハの薄膜形成装置。