JP2002198316A

JP2002198316A - 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP2002198316A
Application number: JP2000398034A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Tamura; 明彦田村; Takaharu Kono; 隆治河野; Hiroichi Yamamoto; 博一山本; Shinichi Yamaguchi; 進一山口
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-12
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP3516654B2

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
の幅方向の流量分布の影響を効果的に減殺することがで
き、ひいては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】気相成長装置１においては、ガス導入口
２１Ａ，２１Ｂからの原料ガスＧ_１、Ｇ_２が、堤部材２
３の外周面２３ｂに当たって上面側に乗り上げた後、サ
セプタ１２上の基板Ｗの主表面に沿って流れる。そして
水平基準線ＨＳＬとサセプタ１２の回転軸線Ｏとの双方
に直交する方向を幅方向ＷＬと定義したときに、ガス導
入口２１Ａ，２１Ｂと基板Ｗとの間に、基板Ｗに向かう
原料ガスＧ _１、Ｇ_２の流れを、幅方向ＷＬにおける複数
個所にて仕切る仕切板３４Ｒ，３４Ｌが設けられてい
る。複数の仕切板３４Ｒ，３４Ｌは、幅方向ＷＬにおい
て水平基準線ＨＳＬに対し左右に振り分けた形にて、各
々堤部材２３の外周面２３ｂに向かって延びるように配
置されるとともに、水平基準線ＨＳＬに対し右側の仕切
板３４Ｒの形成形態と左側の仕切板３４Ｌの形成形態と
を互いに異ならせる。

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
板の主表面にシリコン単結晶薄膜を気相成長させるため
の気相成長装置と、それを用いて実現されるエピタキシ
ャルウェーハの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶基板（以下、単に「基
板」と略称する）の表面に、気相成長法によりシリコン
単結晶薄膜（以下、単に「薄膜」と略称する）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。そして、電子デバイスの微細化等に伴い、素子を作
りこむエピタキシャルウェーハ主表面のフラットネスに
対する要求がますます厳しくなりつつある。フラットネ
スに影響を及ぼす因子としては、基板の平坦度と薄膜の
膜厚分布とがある。ところで、近年、例えば直径が２０
０ｍｍないしそれ以上のエピタキシャルウェーハの製造
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、枚葉式気相成長装置が主流になりつつある。こ
れは、反応容器内に１枚の基板を水平に回転保持し、反
応容器の一端から他端へ原料ガスを略水平かつ一方向に
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気相成長装置におい
て、形成される薄膜の膜厚均一化を図る上で重要な因子
として、反応容器内における原料ガスの流量あるいは流
量分布がある。枚葉式気相成長装置においては、通常、
ガス供給管を介して反応容器の一端部に形成されたガス
導入口から原料ガスが供給され、基板表面に沿って原料
ガスが流れた後、容器他端側の排出口から排出される構
造となっている。このような構造の場合、ガス流量はガ
ス導入口もしくはその延長線上において局所的に高くな
りやすく、ガス流方向に対し水平に直交する向き（以
下、幅方向という）に流量のムラが生じやすい問題があ
る。これを解消するために、従来より、ガス導入口の下
流側に多数の孔を形成した分散板を設けたり、あるいは
ガス流を幅方向に仕切る仕切板を設けたりした装置が提
案されている。

【０００４】また、特開平７−１９３０１５号公報に
は、ガス導入口からの原料ガスを、基板を支持するサセ
プタの周囲に配置された堤部材の外周面に向けて流し、
堤部材を乗り越えさせる形で基板Ｗの表面に原料ガスを
供給する装置が開示されている。この方法の主旨は、原
料ガス流を堤部材の外周面に当てることで分散させ、流
量のムラを解消しようというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平７−１９３
０１５号公報の装置の場合、堤部材の外周面に当たった
原料ガスは、堤部材を乗り越えようとする流れと、外周
面に沿って横方向に向かおうとする流れとを生ずる形に
なる。この場合、その横方向の流れにより、堤部材の外
周面ひいては上記の幅方向に沿って原料ガスが均等に分
散することが、流量ムラを解消する上で重要である。し
かしながら、堤部材の外周面形状によっては原料ガスが
必ずしも幅方向に均等に分散せず、流れに偏りを生じて
しまうことがある。特に、図８に示すように、堤部材の
外周面２３ｂの形状が円筒面状である場合、幅方向ＷＬ
における両端付近は、外周面２３ｂが大きく傾斜してい
るため、当たったガスＧが外側へ逃げやすく、流量ムラ
ひいては膜厚の不均一を生じやすい問題がある。また、
円筒面状の外周面２３ｂは幅方向ＷＬにおいて左右対称
であるから、これに当たって生ずるガス流の流量分布も
左右対称な分布となりやすい。従って、基板Ｗの回転軸
線Ｏに対して左右同じ位置に同じ傾向で流量ムラが生じ
やすくなり、回転する基板Ｗの半径方向の特定位置で
は、左右の流量ムラの影響が重なって、大きな膜厚異常
につながりやすくなる。

【０００６】本発明の課題は、比較的単純な機構により
ながら、反応容器内の幅方向の流量分布の影響を効果的
に減殺することができ、ひいては良好な膜厚分布精度を
確保できる気相成長装置と、それを用いたエピタキシャ
ルウェーハの製造方法とを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明
は、シリコン単結晶基板の主表面にシリコン単結晶薄膜
を気相成長させる気相成長装置であって、上記の課題を
解決するために、水平方向における第一端部側にガス導
入口が形成され、同じく第二端部側にガス排出口が形成
された反応容器本体を有し、シリコン単結晶薄膜形成の
ための原料ガスがガス導入口から反応容器本体内に導入
され、該反応容器本体の内部空間にて略水平に回転保持
されるシリコン単結晶基板の主表面に沿う方向に沿って
原料ガスが流れた後、ガス排出口から排出されるように
構成され、内部空間内にて回転駆動される円盤状のサセ
プタ上にシリコン単結晶基板が配置される一方、サセプ
タを取り囲むとともに、上面が該サセプタの上面と一致
する位置関係にて堤部材が配置され、さらに、ガス導入
口は堤部材の外周面に対向する形にて開口し、該ガス導
入口からの原料ガスが、堤部材の外周面に当たって上面
側に乗り上げた後、サセプタ上のシリコン単結晶基板の
主表面に沿って流れるように構成され、かつ、反応容器
本体の第一端部からサセプタの回転軸線と直交して第二
端部に至る原料ガスの流れ方向に沿った仮想的な中心線
を水平基準線とし、該水平基準線と回転軸線との双方に
直交する方向を幅方向と定義したときに、ガス導入口と
堤部材との間に、シリコン単結晶基板に向かう原料ガス
の流れを、幅方向における複数個所にて仕切る仕切板が
設けられた気相成長装置において、複数の仕切板は、幅
方向において水平基準線に対し左右に振り分けた形に
て、各々堤部材の外周面に向かって延びるように配置さ
れるとともに、水平基準線に対し右側の仕切板の形成形
態と左側の仕切板の形成形態とを互いに異ならせたこと
を特徴とする。

【０００８】なお、右側と左側とで「仕切板の形成形態
を異ならせる」とは、仕切板の配置位置、仕切板の数、
仕切板の配置方向、仕切板の形状及び仕切板の寸法の少
なくともいずれかを異ならせることを意味する。また、
「上面がサセプタの上面と一致する位置関係にて堤部材
が配置され」とは、堤部材の上面とサセプタの上面とが
完全に一致することを必ずしも意味するのではなく、２
ｍｍ程度までの位置の違いは一致しているとみなす。

【０００９】また、本発明のエピタキシャルウェーハの
製造方法は、上記の気相成長装置の反応容器内にシリコ
ン単結晶基板を配置し、該反応容器内に原料ガスを流通
させてシリコン単結晶基板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ることによりエピタキシャル
ウェーハを得ることを特徴とする。

【００１０】上記構成によると、ガス導入口からの原料
ガスが堤部材の外周面に当たって上面側に乗り上げるの
で、原料ガス流は上記幅方向へ分散する。その際、堤部
材の外周面上の特定位置に原料ガスが極端に集中して当
たる不具合が生じないよう、基板に向かう原料ガスの流
れを、幅方向における複数個所にて仕切板により仕切
る。そして、本発明によると、上記の水平基準線に対し
右側の仕切板の形成形態と左側の仕切板の形成形態とを
互いに異ならせることにより、水平基準線に対し左右の
ガス流量分布を非対称なものとすることができる。これ
により、水平基準線から見て左右同じ位置に同一傾向の
流量ムラが重なる現象が生じ難くなるので、左右の流量
ムラが互いに相殺しあってより均一な膜厚分布の薄膜を
得ることができる。

【００１１】

【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〜図４
は、本発明に係る気相成長装置１の一例を模式的に示す
ものである。図１はその側面断面図、図２は図１の原料
ガス導入部付近の拡大図、図３は図１の要部を取り出し
て示す平面図、図４は同じく一部を切り欠いた斜視図で
ある。この気相成長装置１は、図１に示すように、水平
方向における第一端部３１側にガス導入口２１が形成さ
れ、同じく第二端部３２側にガス排出口２２が形成され
た反応容器本体２を有する。薄膜形成のための原料ガス
Ｇは、ガス導入口２１から反応容器本体２内に導入さ
れ、該反応容器本体２の内部空間５にて略水平に回転保
持される基板Ｗの主表面に沿う方向に沿って流れた後、
ガス排出口２２から排出管７を経て排出されるように構
成されている。

【００１２】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、ＳｉＨ
Ｃｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_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Ｐ
Ｈ_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
ガスを反応容器本体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。

【００１３】図１に示すように、反応容器本体２の内部
空間５には、垂直な回転軸線Ｏの周りにモータ１３によ
り回転駆動される円盤状のサセプタ１２が配置され、そ
の上面に形成された浅い座ぐり１２ｂ内に、シリコンエ
ピタキシャルウェーハを製造するための基板Ｗが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
型気相成長装置として構成されている。基板Ｗは、例え
ば直径が１００ｍｍあるいはそれ以上のものである。ま
た、基板Ｗの配置領域に対応して容器本体２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。

【００１４】内部空間５内には、図３に示すようにサセ
プタ１２を取り囲むように堤部材２３が配置されてい
る。図２に示すように、堤部材２３は、その上面２３ａ
がサセプタ１２の上面１２ａ（ひいては基板Ｗの主表
面）と略一致する位置関係にて配置される。図１に示す
ように、ガス導入口２１は、堤部材２３の外周面２３ｂ
に対向する形にて開口しており、該ガス導入口２１から
の原料ガスＧは、図２（図４も参照）に示すように、堤
部材２３の外周面２３ｂに当たって上面２３ａ側に乗り
上げた後、サセプタ１２上の基板Ｗの主表面に沿って流
れるようになっている。本実施形態では、堤部材２３の
外周面２３ｂは、サセプタ１２の形状に対応した円筒面
状とされている。なお、堤部材２３の内周縁に沿って板
状に形成された均熱用の予熱リング２２が配置され、そ
の内側に配置されるサセプタ１２の上面１２ａが、該予
熱リング２２の上面２２ａと略面一となっている。

【００１５】次に、図１に示すように、反応容器本体２
の第一端部３１からサセプタ１２の回転軸線Ｏと直交し
て第二端部３２に至る原料ガスＧの流れ方向に沿った仮
想的な中心線を水平基準線ＨＳＬとして定める。また、
図３に示すように、該水平基準線ＨＳＬと回転軸線Ｏと
の双方に直交する方向を幅方向ＷＬとして定義する。本
実施形態の気相成長装置１には、ガス導入口２１（図
１）と堤部材２３との間に、基板Ｗに向かう原料ガスＧ
の流れを、幅方向ＷＬにおける複数個所（本実施形態で
は２箇所）にて仕切る仕切板３４Ｒ，３４Ｌが設けられ
ている（図３、図４）。図４に示すように、これらの仕
切板３４Ｒ，３４Ｌは、幅方向ＷＬにおいて水平基準線
ＨＳＬに対し左右に振り分けた形にて、各々堤部材２３
の外周面２３ｂに向かって延びるように配置されてい
る。

【００１６】図３に示すように、右側の仕切板３４Ｒと
左側の仕切板３４Ｌとのそれぞれに個別に対応してガス
導入口２１Ａ，２１Ｂが形成されている。具体的には、
原料ガスＧは、ガス配管５０を経て各ガス導入口２１
Ａ，２１Ｂから内部空間５に導かれる。本実施形態で
は、ガス配管５０は、幅方向ＷＬにおける内側領域にガ
スを供給する内側配管５３と同じく外側にガスを供給す
る外側配管５１とに分岐し、各々原料ガスの流量を、マ
スフローコントローラ（ＭＦＣ）５２，５４により独立
に制御できるようにしている。ここで、ＭＦＣ５２、５
４の替りに手動バルブを使用してもよい。また、内側配
管５３及び外側配管５１は、それぞれ分岐配管５６，５
６及び分岐配管５５，５５にさらに分れ、水平基準線Ｈ
ＳＬに対して両側にそれぞれ内側ガス導入口２１Ａ，２
１Ａ及び外側ガス導入口２１Ｂ，２１Ｂを開口してい
る。

【００１７】次に、気相成長装置１においては、図３に
示すように水平基準線ＨＳＬに対し右側の仕切板３４Ｒ
の形成形態と左側の仕切板３４Ｌの形成形態とが互いに
異るものとされている。すでに説明した通り、この構成
によると、水平基準線ＨＳＬに対し左右のガス流量分布
を非対称なものとすることができ、膜厚分布の均一化を
図る上で効果がある。例えば図３においては、その一形
態として、右側の仕切板３４Ｒと左側の仕切板３４Ｌと
を、幅方向ＷＬにおいて水平基準線ＨＳＬからの距離Ｄ
_Ｒ、Ｄ_Ｌが互いに異なるものとなるように配置する構成
が採用されている（本実施形態ではＤ_Ｒ＞Ｄ_Ｌである
が、もちろん逆でもよい）。この構成によると、左右の
仕切板３４Ｒ，３４Ｌの配置位置調整という簡便な手段
により、ガス流量分布の非対称化を効果的に図ることが
できる。以下、さらに詳細に説明する。

【００１８】図１、図３及び図４に示すように、本実施
形態の気相成長装置１では、内部にガス案内空間２４ｓ
が形成されたガス案内部材２４がガス導入口２１と堤部
材２３との間に配置されており、ガス導入口２１Ａ，２
１Ｂからの原料ガスＧ１，Ｇ２は、このガス案内空間２
４ｓを経て堤部材２３の外周面２３ｂに向けて導かれる
とともに、仕切板３４Ｒ，３４Ｌはこのガス案内部材２
４に設けられる形となっている。図４に示すように、ガ
ス案内部材２４は、ガス導入口２１側と堤部材２３側と
にそれぞれ開口する横長状断面を有する石英製の筒部材
であり、仕切板３４Ｒ，３４Ｌは、互いに略平行に配置
された上面板２４ｂと下面板２４ａとの上端面と下端面
とが各々溶接される形もしくは点支持される形にて配置
されている。仕切板３４Ｒ，３４Ｌが一体化されたガス
案内部材２４を、反応容器本体２に対して着脱可能に配
置することで、例えば仕切板３４Ｒ，３４Ｌの位置を変
更したい場合には、ガス案内部材２４の交換により簡単
に対応することができる。

【００１９】具体的には、図３に示すように、原料ガス
Ｇを堤部材２３の外周面２３ｂに向けて導く１対のガス
案内部材２４Ｒ，２４Ｌが、幅方向ＷＬにおいて水平基
準線ＨＳＬに対し左右に振り分けた形にて、ガス導入口
２１と堤部材２３との間に配置されている。そして、ガ
ス案内部材２４Ｒ，２４Ｌの内側に形成されたガス案内
空間２４ｓ，２４ｓの各々に仕切板３４Ｒ，３４Ｌが配
置されている。この構成によると、例えば左右のガス流
量分布の非対称の度合いや、流量バランス等を調整する
ために、一方の仕切板３４Ｒの形成形態を固定して、他
方の仕切板３４Ｌの形成形態（例えば配置位置）のみ設
計変更したい場合に、対応する側のガス案内部材２４Ｌ
のみを交換すればよいから経済的である。なお、ガス案
内部材２４Ｒ，２４Ｌの、堤部材２３の外周面２３ｂと
の対向面は、該外周面２３ｂに対応した円筒面状に形成
されている。また、幅方向ＷＬにおいて、左右のガス案
内部材２４Ｒ，２４Ｌの間には、位置決め用のスペーサ
３３が容器本体部２に対して一体的に設けられている。
この位置決め用のスペーサも一種の仕切り板として機能
していると見ることもできる。

【００２０】次に、図３に示すように、堤部材２３の外
周面２３ｂには、原料ガスＧ１，Ｇ２の流れを幅方向Ｗ
Ｌにおける複数個所にて仕切る堤部材側仕切板３５Ｒ，
３５Ｌが設けられている。すなわち、原料ガスＧ１，Ｇ
２は、堤部材２３に乗り上げる際に横方向に逃げやす
く、流量分布にムラを生じやすい。そこで、堤部材側仕
切板３５Ｒ，３５Ｌを設けておくと、原料ガスＧ１，Ｇ
２の横方向への逃げを抑制することができ、幅方向ＷＬ
における流量分布にムラを生じにくくすることができ
る。この場合、右側の仕切板３４Ｒと左側の仕切板３４
Ｌのうちいずれか一方、本実施形態では左側の仕切板３
４Ｌを、幅方向ＷＬにおいて堤部材側仕切板３５Ｌとは
異なる位置に配置することで、左右の流量分布を適度に
非対称化することができ、ひいては得られる薄膜の膜厚
分布をより均一なものとすることができる。

【００２１】本実施形態では、堤部材側仕切板３５Ｒ，
３５Ｌは、幅方向ＷＬにおいて水平基準線ＨＳＬに関し
左右に各々１個所ずつ配置されている。例えば、図５
（ｂ）に示すような形で生じようとする内側のガス流Ｇ
１の外方向への逃げを、（ａ）に示すように左右の堤部
材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌにより挟み込むことで効果的
に防止ないし抑制できる。

【００２２】本実施形態においては、図４に示すよう
に、堤部材２３の上面２３ａの外周縁部を、ガス案内部
材２４との対向区間において凹状に切り欠くことにより
弓形の切欠部２３ｋが形成されている。図１に示すよう
に、容器本体部２は、下部ケース３と上部ケース４とか
らなり、堤部材２３は下部ケース３の内周面に沿って配
置されている。図２に示すように、切欠部２３ｋの底面
２３ｃは、ガス案内部材２４の下面板２４ｂの内面の延
長に略一致する形となっており、ガス案内面の役割を果
たす。そして、原料ガスは切欠部２３ｋの側面２３ｂに
当たって上面２３ａに乗り上げる。なお、上部ケース４
には、堤部材２３の上面２３ａに対向する第一面４ａ
と、切欠部２３ｋの側面２３ｂに対向する第二面４ｂ
と、同じく底面２３ｃに対向する第三面４ｃとを有する
段部４ｄを有し、切欠部２３ｋとの間にクランク状の断
面を有するガス通路５１を形成している。図４に示すよ
うに、堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌは、ガス通路５１
に対応したＬ字状（あるいは上面２３ａ側まで延びるク
ランク状形態としてもよい）に形成されている。この構
造によると、原料ガスＧの流れが、Ｌ字型の狭いガス通
路５１を通過することにより横方向につぶれやすくな
り、流量分布の極端な偏りを生じにくくすることができ
る。

【００２３】また、図３に示すように、ガス導入口２１
Ａ，２１Ｂとガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌとの間には、
分散板２６が配置されている。図４あるいは図６に示す
ように、分散板２６は、ガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌの
開口部に対応した横長に形成されており、長手方向に沿
って所定の間隔で複数のガス流通孔２６ａが形成されて
いる。なお、ガス流通孔２６ａは、仕切板３４Ｒ，３４
Ｌと干渉しない位置に形成されている。一方、図３に示
すように、堤部材２３とガス排出口２２との間には、排
出側ガス案内部材２５が配置されている。

【００２４】以下、上記気相成長装置１の作用について
説明する。図１〜４に示すように、サセプタ１２上に基
板Ｗをセットし、必要に応じ自然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、各
ガス導入口２１Ａ，２１Ｂから原料ガスを所定の流速に
て導入する。

【００２５】原料ガスは、分散板２６を通り、仕切板３
４Ｒ，３４Ｌの間を通る内側ガス流Ｇ１と、同じく外側
を通る外側ガス流Ｇ２とに仕切られて、さらに堤部材２
３の外周面２３ｂに向けて流れる。外周面２３ｂに当た
ったガス流Ｇ１及びＧ２は、堤部材２３の上面２３ａに
乗り上げて、基板Ｗの主表面に沿って流れ、排出側ガス
案内部材２５を経て排出管７に集められ、排出される。

【００２６】例えば、図９（ｃ）に示すように、仕切板
３４Ｒ，３４Ｌ及び堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌの配
置形態が、水平基準線ＨＳＬに関して完全に対称になっ
ている場合を考えると、外側ガス流Ｇ２は堤部材２３の
円筒面状の外周面２３ｂに対し、幅方向ＷＬにおける端
部の大きく傾いた面に当たるので、外側に大きく逃げる
形となる。他方、内側ガス流Ｇ１は、幅方向ＷＬにおけ
る中央付近の、それほど傾斜の強くない位置にて外周面
２３ｂに直角に近い形態にて当たることと、仕切板３４
Ｒ，３４Ｌ及び堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌにより外
側への逃げが抑制されることから、直進しようとする傾
向が強くなる。その結果、ガス流量の幅方向ＷＬにおけ
る分布には、図９（ｂ）に示すように、ガスの直進傾向
が強い仕切板３４Ｒ，３４Ｌの間の領域においては第一
の高流量部Ｈ_１が、横方向に逃げたガスが集中する左右
の端部付近には第二の高流量部Ｈ_２が現われ、それらの
間の区間には谷状の低流量部Ｌ_１が現われる。流量分布
は、水平基準線ＨＳＬに関してほぼ左右対称となるか
ら、軸線Ｏ周りに回転する基板の主表面上において右側
の高流量部Ｈ_１，Ｈ_２及び低流量部Ｌ_１に、左側の高流
量部Ｈ_１，Ｈ_２及び低流量部Ｌ_１が重なり、形成される
エピタキシャル層の厚さ分布には、図９（ａ）に示すよ
うに、ガス流量分布に対応した大きなムラが発生するこ
ととなる。

【００２７】しかしながら、本実施形態の気相成長装置
１においては、左側の仕切板３４Ｌの位置が、右側の仕
切板３４Ｒよりも幅方向ＷＬにおいて水平基準線ＨＳＬ
に近い側に位置し、左右非対称な配置となっている。そ
のため、図１０（ｃ）に示すように、右側では図９と同
じ形態の内側ガス流Ｇ１及び外側ガス流Ｇ２が生じ、図
１０（ｂ）に示すようにガス流量分布も略同様となる
が、左側においては、図９では内側ガス流Ｇ１の一部と
なっていたガス流が仕切板３４Ｌよりも外側へ逃がさ
れ、結果として図９では高流量部Ｈ_１となっていた部分
の流量が減少し、低流量部Ｌ_１となっていた部分の流量
が増大する形となる。これにより、仕切板３４Ｌより内
側のガス流Ｇ１’は右側の高流量部Ｈ１に対応する位置
に低流量部Ｌ _１’を作り、外側のガス流Ｇ２’は同じく
低流量部Ｌ_１に対応する位置に高流量部Ｈ_１’を作る。
そして、このような左右非対称なガス流量分布のもと
で、軸線Ｏ周りに回転する基板の主表面上にエピタキシ
ャル成長を行なうと、右側の高流量部Ｈ_１が左側の低流
量部Ｌ_１’により、同じく低流量部Ｌ_１が高流量部
Ｈ_１’によりそれぞれ相殺され、図１０（ａ）に示すよ
うに、形成されるエピタキシャル層の厚さ分布はより均
一なものとなる。

【００２８】なお、水平基準線ＨＳＬに対する左右の仕
切板の配置形態を非対称化する方法は、上記のものに限
られるものではない。図６に示すように、例えば右側の
仕切板３４Ｒ及び堤部材側仕切板３５Ｒの位置を、いず
れも水平基準線ＨＳＬからの距離がＬ_０となるように固
定した場合で考えても（左右の反転は当然可能であ
る）、左側の仕切板３４Ｌ及び堤部材側仕切板３５Ｌの
非対称となる配置の組合せは、距離Ｌ_０、それよりも長
いＬ_１及び短いＬ_２の３種類同士の９種類の組合せか
ら、両部材３４Ｌ．３５Ｌの距離がいずれもＬ_０となる
組合せを除いた都合８種類が可能である。図７（ａ）〜
（ｆ）には、そのうちの６種類を例示してある。ＶＰ１
は、水平基準線ＨＳＬからの距離がＬ_０となる仕切板３
４Ｌの位置を、ＶＰ２は同じく水平基準線ＨＳＬからの
距離がＬ_０となる堤部材側仕切板３５Ｌの位置を示して
いる。さらに、右側の仕切板３４Ｒ及び堤部材側仕切板
３５Ｒのいずれかについて、水平基準線ＨＳＬからの距
離をＬ_０以外の値に設定することも可能である。

【００２９】また、左右の仕切板の配置位置のみでな
く、仕切板の形状や数、さらには取付方向などを非対称
化することによっても、幅方向ＷＬにおける左右のガス
流量分布を改善することが可能である。図１１に、その
いくつかの例を示している。図１１（ａ）は、左側の仕
切板３４Ｌの下流側部分を省略して右側の仕切板３４Ｒ
よりも短くした例であり、仕切板３４Ｌよりも内側のガ
ス流の一部を該仕切板３４Ｌよりも外側に逃がすことが
できるので、図１０と同様の効果が達成できる。

【００３０】また、図１１（ｂ）は、幅方向ＷＬにおい
て水平基準線ＨＳＬに対し右側の仕切板と左側の仕切板
との少なくともいずれか、本実施形態では左側の仕切板
１３４のみ、原料ガスの流れ方向における下流側の端１
３４ｈが上流側の端１３４ｊよりも幅方向ＷＬにおいて
内側に位置するように配置した例を示すものである。こ
のように構成すると、幅方向ＷＬにおいて外側に逃げよ
うとするガス流Ｇが、仕切板１３４により内側に招き寄
せられるので、図９（ｂ）のような高流量部Ｈ _２や低流
量部Ｌ_１が形成されにくくなり、ガス流量分布の均一化
を図ることができる。なお、図１１（ｂ）の態様では、
左側においては、水平基準線ＨＳＬに関して右側の仕切
板３４Ｒと対称な位置に設けられた仕切板３４Ｌと、下
流側の端１３４ｈが上流側の端１３４ｊよりも幅方向Ｗ
Ｌにおいて内側に位置するように傾けて配置した仕切板
１３４Ｌとが組み合わせてある。すなわち、右側と左側
とで仕切板の配置枚数を異ならせた実施例にも相当す
る。

【００３１】また、図１１（ｂ）においては、ガス案内
部材２４Ｌのガス入り口側の端からガス出口側の端に至
る傾斜した長い仕切板１３４Ｌを１枚のみ使用していた
が、図１１（ｃ）に示すように、ガス流方向の中間位置
からガス出口側の端に至る傾斜した短い仕切板１３５Ｌ
を設けてもよい。この実施形態では、このような仕切板
１３５Ｌを幅方向ＷＬにおいて所定の間隔で複数枚配置
している。

【００３２】

【実施例】ＣＺ法により作製した直径２００ｍｍのp^＋
型シリコン単結晶基板Ｗを、図１〜図４に示すように気
相成長装置１内に配置した。なお、左右の仕切板３４
Ｒ、３４Ｌと、堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌの配置位
置は、図６において、右側の仕切板３４Ｒ及び堤部材側
仕切板３５Ｒと左側の堤部材側仕切板３５Ｌに関して
は、水平基準線ＨＳＫからの距離を５７．２ｍｍに固定
し、左側の仕切板３４Ｌまでの距離ｄを、３２．５ｍｍ
（非対称）、５７．２ｍｍ（対称）及び７１．５ｍｍ
（非対称）のいずれかに設定した。

【００３３】そして、試験を下記の手順で行った。ま
ず、赤外線加熱ランプ１１（図１）に通電し、基板Ｗの
温度が１１００℃になった後に、基板Ｗ表面の自然酸化
膜を除去した。その後、基板Ｗの温度を１１００℃に保
持したまま内側ガス導入口２１Ａ及び外側ガス導入口２
１Ｂから原料ガスとして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。なお、内側ガス導入
口２１Ａと外側ガス導入口２１Ｂとの原料ガスの合計供
給流量は５０リットル／分に固定した。また、ガス導入
口２１Ａと外側ガス導入口２１Ｂとの供給流量比は種々
に変えてシリコン単結晶薄膜の成長を行い、膜厚分布が
最適となるものを選択するようにした。

【００３４】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、グラフにプロット
した。測定結果を図１２に示す。すなわち、左右の仕切
板までの距離を非対称とした本発明の実施例（（ａ）、
（ｃ））は、対称とした比較例（（ｂ）よりも膜厚の位
置的な変動が小さく、均一な分布が得られていることが
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】図１の要部を拡大した断面図。

【図３】図１の平面図。

【図４】図１の装置の要部を一部切り欠いて示す分解斜
視図。

【図５】堤部材側仕切板の作用説明図。

【図６】左右の仕切板及び堤部材側仕切板の配置態様の
組合せ形態を説明する図。

【図７】左右の仕切板及び堤部材側仕切板の配置態様の
変形例を示す図。

【図８】円筒面状の外周面を有する堤部材の問題点を説
明する図。

【図９】左右対称な仕切板配置形態を採用した場合の問
題点を説明する図。

【図１０】左右非対称な仕切板配置形態を採用すること
により達成される効果を説明する図。

【図１１】左右の仕切板の形状、配置数及び配置方向を
非対称とする種々の実施例を示す平面模式図。

【図１２】実施例の実験結果である膜厚分布の測定結果
を示すグラフ。

【符号の説明】

１気相成長装置２反応容器本体５内部空間１２サセプタ１２ａサセプタの上面２１ガス導入口２２ガス排出口２３堤部材２３ａ堤部材の上面２３ｂ堤部材の外周面２４，２４Ｒ，２４Ｌガス案内部材２４ｓガス案内空間３１第一端部側３２第二端部側３４Ｒ，３４Ｌ仕切板３５Ｒ，３５Ｌ堤部材側仕切板１３４Ｌ仕切板１３４ｈ仕切板１３４Ｌの下流側の端１３４ｊ仕切板１３４Ｌの上流側の端Ｗ基板Ｇ原料ガスＯ回転軸線ＨＳＬ水平基準線ＷＬ幅方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河野隆治群馬県安中市磯部二丁目13番１号信越半導体株式会社磯部工場内 (72)発明者山本博一長野県更埴市大字屋代1393番地長野電子工業株式会社内 (72)発明者山口進一長野県更埴市大字屋代1393番地長野電子工業株式会社内Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 DB05 EE02 EG21 HA06 TH10 4K030 AA03 AA06 AA17 BA29 BB02 CA04 DA03 EA03 FA10 KA08 LA15 5F045 AA03 AB02 AC01 AC03 AC15 AC16 AC19 AD14 AD15 AF03 BB02 DP04 EF14 EK12 EK14 EM10 HA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン単結晶基板の主表面にシリコン
単結晶薄膜を気相成長させる気相成長装置であって、水平方向における第一端部側にガス導入口が形成され、
同じく第二端部側にガス排出口が形成された反応容器本
体を有し、シリコン単結晶薄膜形成のための原料ガスが
前記ガス導入口から前記反応容器本体内に導入され、該
反応容器本体の内部空間にて略水平に回転保持される前
記シリコン単結晶基板の前記主表面に沿う方向に沿って
前記原料ガスが流れた後、前記ガス排出口から排出され
るように構成され、前記内部空間内にて回転駆動される円盤状のサセプタ上
に前記シリコン単結晶基板が配置される一方、前記サセ
プタを取り囲むとともに、上面が該サセプタの上面と一
致する位置関係にて堤部材が配置され、さらに、前記ガス導入口は前記堤部材の外周面に対向す
る形にて開口し、該ガス導入口からの前記原料ガスが、
前記堤部材の外周面に当たって上面側に乗り上げた後、
前記サセプタ上の前記シリコン単結晶基板の主表面に沿
って流れるように構成され、かつ、前記反応容器本体の前記第一端部から前記サセプ
タの回転軸線と直交して前記第二端部に至る前記原料ガ
スの流れ方向に沿った仮想的な中心線を水平基準線と
し、該水平基準線と前記回転軸線との双方に直交する方
向を幅方向と定義したときに、前記ガス導入口と前記堤
部材との間に、前記シリコン単結晶基板に向かう前記原
料ガスの流れを、前記幅方向における複数個所にて仕切
る仕切板が設けられた気相成長装置において、前記複数の仕切板は、前記幅方向において前記水平基準
線に対し左右に振り分けた形にて、各々前記堤部材の外
周面に向かって延びるように配置されるとともに、前記
水平基準線に対し右側の仕切板の形成形態と左側の仕切
板の形成形態とを互いに異ならせたことを特徴とする気
相成長装置。
【請求項２】前記右側の仕切板と前記左側の仕切板
は、前記幅方向において前記水平基準線からの距離が互
いに異なるものとなるように配置されていることを特徴
とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】前記ガス導入口からの前記原料ガスを前
記堤部材の外周面に向けて導く１対のガス案内部材が、
前記幅方向において前記水平基準線に対し左右に振り分
けた形にて、前記ガス導入口と前記堤部材との間に配置
され、前記ガス案内部材の内側に形成されたガス案内空
間の各々に前記仕切板が配置されることを特徴とする請
求項１又は２に記載の気相成長装置。
【請求項４】前記堤部材の外周面には、前記原料ガス
の流れを前記幅方向における複数個所にて仕切る堤部材
側仕切板が設けられ、前記右側の仕切板と前記左側の仕
切板のうちいずれか一方は、前記幅方向において前記堤
部材側仕切板とは異なる位置に配置されることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載の気相成長装
置。
【請求項５】前記堤部材の外周面が円筒面状に形成さ
れることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
載の気相成長装置。
【請求項６】前記堤部材側仕切板は、前記幅方向にお
いて前記水平基準線に関し左右に各々１個所ずつ配置さ
れることを特徴とする請求項４記載の気相成長装置。
【請求項７】前記幅方向において前記水平基準線に対
し右側の仕切板と左側の仕切板との少なくともいずれか
を、前記原料ガスの流れ方向における下流側の端が上流
側の端よりも前記幅方向において内側に位置するように
配置したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか
に記載の気相成長装置。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の気
相成長装置の前記反応容器内に前記シリコン単結晶基板
を配置し、該反応容器内に前記原料ガスを流通させて前
記シリコン単結晶基板上に前記シリコン単結晶薄膜を気
相エピタキシャル成長させることによりエピタキシャル
ウェーハを得ることを特徴とするエピタキシャルウェー
ハの製造方法。