JP2003168650A - 気相成長装置およびエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的単純な機構によりながら、良好な膜厚
分布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を提供する。 【解決手段】 本発明の気相成長装置１は、枚葉式気相
成長装置として構成されている。原料ガスＧは、ガス導
入口２１から反応容器本体２内に導かれる。サセプタ１
２の周囲には堤部材２３が配置されており、ガス導入口
２１からの原料ガスＧは、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
に載置されたシリコン単結晶基板Ｗの主表面に沿って流
れる仕組みである。ガス導入口２１と堤部材２３との間
には、板状のバッフル２６が配置される。バッフル２６
には、当該気相成長装置１を左右に２等分する基準平面
αに関して非対称となるように、ガス流通孔２６ａが形
成されている。

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）の主表面に、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Ｉ
Ｃ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、たとえば直径が２
００ｍｍ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。このような構造の気相成長装置におい
て、流量ムラを減ずるために、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および作用・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
ための原料ガスが前記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た気相成長装置におい
て、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し、さらに、水平
基準線を含み幅方向に垂直な平面を基準平面と定義した
ときに、ガス導入口と堤部材との間には、ガス流通孔が
形成されたバッフルが配置され、ガス流通孔の形成形態
が基準平面に関して非対称とされていることを特徴とす
る。

【０００８】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。

【０００９】従来の気相成長装置においては、回転する
基板Ｗの半径方向の特定位置で、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かった。そ
こで、本発明者等は、サセプタを取り囲む堤部材の左右
で原料ガスの流れ方を変えてやれば、回転駆動されるサ
セプタの左右で流量ムラが打ち消しあうのではないかと
考え、本発明を完成させるに至った。具体的に、本発明
の気相成長装置においては、原料ガスの流れを制御する
ために、ガス導入口と堤部材との間に配置されるバッフ
ルに形成されるガス流通孔が、左右非対称となるように
調整されている。

【００１０】上記構成により、基準平面に関して左右の
ガス流量分布を非対称なものとすることができる。すな
わち、原料ガスがウェーハ上において偏在するような現
象、あるいは流速が異なるような現象があるにしても、
基準平面の左右で同一傾向を示すという不具合を消滅さ
せる。プロセス中のウェーハは回転しているため、基準
平面の左右で同一傾向の流量ムラが生じていなければ、
左右の流量ムラが重なることに基づく大きな膜厚異常は
生じなくなる。そればかりでなく、左右の流量ムラが互
いに相殺しあうという効果も期待できる。従って、より
均一な膜厚分布の薄膜を得ることができるのである。

【００１１】なお、「基準平面に関して左右非対称」と
は具体的に、ガス流通孔の数、ガス流通孔の形状および
ガス流通孔の寸法の少なくともいずれかを、基準平面の
一方側と他方側とで異ならせること、あるいはそれらが
同一であっても基準平面を鏡映面とした場合に鏡映対称
にならないことを意味する。ただし、設計後に生ずる誤
差、たとえば１〜２ｍｍ程度の位置のずれ、ガス流通孔
の形状や寸法の微小な相違は、非対称であるうちに含ま
ないものとする。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、２ｍｍ程度までの位置の違いは一
致しているとみなす。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付の図面に基づき説明する。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の気相成長装置１の平面図、図４
は、図１の気相成長装置１の要部を一部切り欠いて示す
分解斜視図である。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３
６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の主表面に沿って流れた後、
ガス排出口３６から排出管７を経て排出されるように構
成されている。

【００１３】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（たとえ
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、または、Ｈ_２雰囲気中で高
温熱処理を施す。

【００１４】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は枚葉式気
相成長装置として構成されている。基板Ｗは、たとえば
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。

【００１５】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あるいは図４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（図２参照）と略同一面とな
っている。

【００１６】なお、本実施形態の気相成長装置１におい
ては、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
とする。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とする。
さらに、水平基準線ＨＳＬを含み幅方向ＷＬに垂直な平
面を基準平面αと定義する。すなわち、図１および図２
は基準平面αでの気相成長装置１の断面図を示すもので
ある。

【００１７】さて、図３に示すように、ガス導入口２１
Ａ，２１Ｂと堤部材２３との間には、原料ガスＧの流通
経路となるガス流通孔２６ａが形成されたバッフル２６
が配置されている。ガス流通孔２６ａは、原料ガスＧの
流れ方向に貫通する定径の円筒形状をなし、基準平面α
に関して左右非対称となるように形成されている（図４
参照）。原料ガスはＧは、比較的重いガスであるため、
均一に分散させるにも限度がある。そこで、あえて原料
ガスＧの流量分布を基準平面αの左右で異ならせ、流量
ムラが生じても基準平面αの左右で同一傾向となること
だけは回避する。そうすれば、エピタキシャル成長中の
基板Ｗはサセプタ１２によって回転支持されているた
め、左右の流量ムラが重なることに基づく大きな膜厚異
常は生じなくなる。

【００１８】図４に示すように、バッフル２６は板状の
形態を有し、ガス流通孔２６ａは、基準平面αの左右に
それぞれ複数個ずつ位置するようバッフル２６に形成さ
れている。本実施形態では、基準平面αをまたがるよう
に配置される一枚の石英製長板部材をバッフル２６とし
て採用している。ただし、基準平面αの左右に設けられ
たガス導入口２１Ａ，２１Ｂのそれぞれに、個別に対応
する複数部材として配置することも可能である。

【００１９】さらに、バッフル２６の板厚方向に垂直な
断面におけるガス流通孔２６ａの占める合計面積は、基
準平面αの左右で等しくなるように調整されている。ガ
ス流通孔２６ａの合計面積を異ならせると、原料ガスＧ
の流量を調整する必要性が生じ、面倒である。従って、
ガス流通孔２６ａの合計面積は左右同一となるように定
め、その他の要件のみで設計を行なうのが望ましい。以
下に、その具体例を示す。

【００２０】図５は、バッフル２６におけるガス流通孔
２６ａの形成形態を説明する模式図である。バッフル２
６において、ガス流通孔２６ａは、基準平面αの左右で
同数となるように形成される一方、複数のガス流通孔２
６ａの集合形態としてガス流通孔セグメントＳｅｇ１，
Ｓｅｇ２が複数種類設定される。図５中の従来例におい
ては、３つのガス流通孔２６ａの集まりで示されるガス
流通孔セグメントＳｅｇ１と、４つのガス流通孔２６ａ
の集まりで示されるガス流通孔セグメントＳｅｇ２とが
基準平面αの左右で対称となるように設定される。

【００２１】他方、本実施例では、それらガス流通孔セ
グメントＳｅｇ１，Ｓｅｇ２の配列が基準平面αに関し
て非対称となるように構成されている。つまり、基準平
面αの一方のサイドにおいては、基準平面αに近い側に
ガス流通孔セグメントＳｅｇ１、遠い側がガス流通孔セ
グメントＳｅｇ２となるように構成されている。他方の
サイドでは、その逆になっている。このように、ガス流
通孔２６ａのまとまりとしてガス流通孔セグメントＳｅ
ｇ１，Ｓｅｇ２を予め設定しておき、ガス流通孔セグメ
ントＳｅｇ１，Ｓｅｇ２の配列変更によって、ガス流通
孔２６ａの形成形態を非対称にすることができる。そし
て、そのようにすれば設計や加工も簡単であるし、原料
ガスＧの流れを効果的に左右非対称にすることができ
る。

【００２２】なお、本実施形態では、ガス流通孔セグメ
ントは２種類（Ｓｅｇ１，Ｓｅｇ２）に定めたが、これ
に限定されるわけではなく、３種類以上のガス流通孔セ
グメントを定めることもできる。従って、基準平面αの
左右いずれかにおいて、基準平面αから最も遠いガス流
通孔セグメントが基準平面αから最も近いガス流通孔セ
グメントとなるように、ガス流通孔セグメントの配列を
反転させた場合に、ガス流通孔２６ａの形成形態が基準
平面αに関して対称となるように構成するとよい。つま
り、ガス流通孔２６ａの位置が基準平面αに対して対称
となる状態と、非対称となる状態の２状態を、簡単な反
転操作によって瞬時に変更できるように設計を行う。左
右対称な状態からガス流通孔セグメントの並びを反転さ
せるだけならば、設計も極めて簡単であるし、原料ガス
Ｇの流れを左右非対称にする効果も十分に期待できる。

【００２３】たとえば、図６に示すように、バッフル２
６を１枚の長板で形成するのではなく、気相成長装置１
におけるバッフル２６の配置予定位置を複数のパーティ
ションに区切り、各パーティションに対応する形にて部
分バッフル２６１，２６２，２６１’，２６２’を個別
に着脱可能に配置するようにしてもよい。このようにす
れば、部分バッフル同士の取り替えのみで、簡単にガス
流通孔２６ａの位置を変更できる。なお、このパーティ
ションは、ガス導入口２１の配置に対応させて設けるの
がよく、本実施例では図６のように４箇所に区切るのが
よい。

【００２４】次に、図７に、バッフル２６の別形態を示
す。なお、図７（ａ）は、ガス流通孔２６ａが基準平面
αに関して対称に形成された従来例である。まず、図７
（ｂ）の形態では、図７（ａ）に示す左右対称な状態か
ら、基準平面αを境に一方側にあるガス流通孔２６ａ
が、基準平面αから離れる方向へ全体的に移動した形と
なっている。つまり、基準平面αに関して左右対称とな
る仮想形態を各ガス流通孔２６ａの基準位置２６ａ’と
したとき、基準平面αの左右いずれかにおいて、基準位
置２６ａ’から幅方向ＷＬへ全体的にシフトした位置に
ガス流通孔２６ａが形成されている。この例も、ガス流
通孔２６ａの数や形状はそのままにし、位置をずらすこ
とによって左右非対称にすることに他ならないので、図
５に示した本実施形態と同様の効果が得られる。

【００２５】次に示す図７（ｃ）の形態においては、基
準平面αを隔てて一方側のガス流通孔２６ａを、他方側
に向けて幅方向ＷＬにそのまま平行移動させると、他方
側のガス流通孔２６ａに概ね一致するように調整されて
いる。簡単にいうと、ガス流通孔２６ａの数や形状はそ
のままにし、位置をずらすことによって左右非対称にす
る。この形態は、概念的には図５に示した本実施例に含
まれる。

【００２６】次に、図５（ｄ）に示すのは、ガス導入孔
の数を基準平面αの左右で異ならせた別例である。すな
わち、基準平面αを境に、径小のガス流通孔２６ａによ
って構成される側と、その径小のガス流通孔２６ａより
も径大のガス流通孔２６ｂによって構成される側とに分
かれている。図５（ｅ）に示すのは、ガス導入孔の形状
を基準平面αの左右で異ならせた別例である。すなわ
ち、基準平面αを境に、円筒形状を有するガス流通孔２
６ａによって構成される側と、角筒形状を有するガス流
通孔２６ｃによって構成される側とに分かれている。し
かしながら、前述したように、いずれの別例においても
ガス流通孔の合計面積は基準平面αの左と右とで等しく
なるように調整されている。

【００２７】さて、上記のようにバッフル２６が配置さ
れると同時に、図１、図３および図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２
４Ｓ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との間に配置される。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。従って、バッフル２６はガス案内部材２４Ｒ，
２４Ｌとガス導入口２１Ａ，２１Ｂとの間に配置される
こととなる。原料ガスＧの流通経路が基準平面αの左右
で別々になっているため、バッフル２６を通過した原料
ガスＧが堤部材２３に達するまでに互いに緩衝し合わな
い構造となっている。

【００２８】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の各々には、ガス案
内部材側仕切板３４Ｒ，３４Ｌが配置されている。図５
および図７に示したバッフル２６の模式図において、破
線部３４Ｒ，３４Ｌは、上記ガス案内部材側仕切板３４
Ｒ，３４Ｌを表している。つまり、図５に示したガス流
通孔セグメントＳｅｇ１，Ｓｅｇ２の各々は、ガス案内
空間２４Ｓ，２４Ｓに対応した形となっている。図６に
示す形態の場合、幅方向ＷＬにおいて部分バッフル２６
１，２６２の境に、丁度、上記ガス案内部材側仕切板３
４Ｒ，３４Ｌが位置する。バッフル２６に設けられる全
てのガス流通孔２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、上記ガス案
内部材側仕切板３４Ｒ，３４Ｌと干渉しないようにその
位置が調整される。

【００２９】ガス導入口２１Ａ，２１Ｂからの原料ガス
Ｇ１，Ｇ２は、このガス案内空間２４Ｓを経て堤部材２
３の外周面２３ｂに向けて導かれるとともに、ガス案内
部材側仕切板３４Ｒ，３４Ｌはこのガス案内部材２４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、ガス案内部材側仕切板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。ガス案内部材側仕切板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、たとえばガス
案内部材側仕切板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。

【００３０】次に、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Ｗ
Ｌ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。また、図３に示すように、堤部材２３とガス排出口
３６との間には、排出側ガス案内部材２５が配置されて
いる。

【００３１】図３に示すように、右側のガス案内部材側
仕切板３４Ｒと左側のガス案内部材側仕切板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２１Ａ，２１Ｂから反応容器本
体２の内部空間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、同じく外側領域にガスを供給する外
側配管５１とに分岐し、各々原料ガスＧ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、５４
の替りに手動バルブを使用してもよい。また、内側配管
５３および外側配管５１は、それぞれ分岐配管５６，５
６および分岐配管５５，５５にさらに分れ、水平基準線
ＨＳＬに対して両側にそれぞれ内側ガス導入口２１Ａ，
２１Ａおよび外側ガス導入口２１Ｂ，２１Ｂを開口して
いる。

【００３２】図３に示すように、堤部材２３の外周面２
３ｂには、水平基準線ＨＳＬに対し左右対称に振り分け
た形にて、原料ガスＧの流れを幅方向ＷＬにおける複数
個所にて仕切る堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌが配置さ
れている。原料ガスＧ_１，Ｇ _２は、堤部材２３の上面２
３ａに乗り上げる際に幅方向ＷＬに逃げやすい。そこ
で、前述したガス案内部材側仕切板３４Ｒ，３４Ｌとと
もに、堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌを設けることによ
り、原料ガスＧ_１，Ｇ_２の流れる方向を適度に整えるこ
とに成功している。本実施形態では、堤部材側仕切板３
５Ｒ，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。

【００３３】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、反応容器本体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Ｇは切欠部２３ｋの側面２３
ｂ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４
ａ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。

【００３４】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。

【００３５】原料ガスは、バッフル２６を通り、ガス案
内部材側仕切板３４Ｒ，３４Ｌの間を通る内側ガス流Ｇ
_１と、同じく外側を通る外側ガス流Ｇ_２とに仕切られ
て、さらに堤部材２３の外周面２３ｂに向けて流れる。
外周面２３ｂに当たったガス流Ｇ_１およびＧ_２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。

【００３６】例えば、図９（ｂ）に示すように、バッフ
ル２６におけるガス流通孔２６ａの形成形態が、基準平
面α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Ｇ_２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Ｇ_１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、ガス案内部材側仕切板３４Ｒ，３４
Ｌおよび堤部材側仕切板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、幅方向ＷＬにおいて、流量の多い領
域と少ない領域とが生じてしまう。流量分布は、基準平
面α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左右の高流量部および低
流量部が重なりあってしまい、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。

【００３７】しかしながら、本実施形態の気相成長装置
１においては、バッフル２６において、ガス流通孔２６
ａは基準平面αに関して左右非対称となるように形成さ
れている。そのため、図１０（ｂ）に示すように、基準
平面α（水平基準線ＨＳＬを含む）を挟んで右側におけ
る原料ガスＧの流れ方と、左側におけるそれとが同一と
ならない。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、流量ムラが生じたとして
も、基準平面αの左右で強め合ったり弱めあったりする
恐れが少ない。従って、図１０（ａ）に示すように、膜
厚分布のより均一なエピタキシャル層を形成できる。

【００３８】

【実施例】ＣＺ法により作製した直径２００ｍｍのシリ
コン単結晶基板Ｗを、図１〜図４および図１０（ｂ）に
示す気相成長装置１（実施例）内に配置した。他方、比
較例として、図９（ｂ）に示すように、基準平面αに対
して左右対称となるようにガス流通孔２６ａが形成され
たバッフル２６を備える気相成長装置も用意し、シリコ
ン単結晶基板Ｗを同様に配置した。そして、試験を下記
の手順で行った。

【００３９】まず、赤外線加熱ランプ１１（図１参照）
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お
よび外側ガス導入口２１Ｂ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反応容器内に供給し
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、標準状態
における値で５０リットル／分に固定した。また、内側
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。なお、
シリコン単結晶薄膜は厚さ６μｍを目標として、膜厚を
モニターしながら成長させた。

【００４０】そして、得られた薄膜付きの基板すなわち
シリコン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１１に示す。すなわち、実
施例の装置を用いた場合は、比較例の装置を用いた場合
よりも膜厚の変動が小さく、均一な分布が得られている
ことが一見してわかる。なお、本実施例では直径２００
ｍｍのシリコン単結晶基板を使用したが、直径３００ｍ
ｍのものについても同様の効果が得られることはもちろ
んである。

【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】バッフルにおけるガス流通孔の形成形態を説明
する模式図。

【図６】バッフルを複数部材で構成する場合の模式図。

【図７】ガス流通孔の形成形態の別例を説明する模式図

【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】ガス流通孔を左右対称に形成した場合の問題点
を説明する図。

【図１０】ガス流通孔の形成形態を左右非対称にするこ
とにより達成される効果を説明する図。

【図１１】実施例および比較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 ２３ 堤部材 ２３ａ 堤部材の上面 ２４，２４Ｒ，２４Ｌ ガス案内部材 ２６ バッフル ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ ガス流通孔 ３１ 第一端部 ３２ 第二端部 ３６ ガス排出口 Ｓｅｇ１，Ｓｅｇ２ ガス流通孔セグメント Ｗ 基板 Ｇ 原料ガス Ｏ 回転軸線 ＨＳＬ 水平基準線 ＷＬ 幅方向 α 基準平面

フロントページの続き (72)発明者 山田 透 群馬県安中市磯部二丁目13番１号 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 DB05 EG24 HA06 TA04 TB04 TG07 TH10 4K030 AA06 BA29 BB02 CA04 EA03 FA10 LA15 5F045 AA03 AB02 AC01 AC03 AC05 AC15 AC16 AC19 AD15 AF03 CA01 DP04 DQ10 DQ11 EE20 EF14 HA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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た気相成長装置において、 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
   向とし、さらに、前記水平基準線を含み前記幅方向に垂
   直な平面を基準平面と定義したときに、 前記ガス導入口と前記堤部材との間には、ガス流通孔が
   形成されたバッフルが配置され、前記ガス流通孔の形成
   形態が前記基準平面に関して非対称とされていることを
   特徴とする気相成長装置。
2. 【請求項２】 前記バッフルは板状の形態を有し、前記
   ガス流通孔は、前記基準平面の左右にそれぞれ複数個ず
   つ位置するよう前記バッフルに形成され、さらに、前記
   バッフルの板厚方向に垂直な断面における前記ガス流通
   孔の占める合計面積が、前記基準平面の左右で等しくな
   るように調整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。
3. 【請求項３】 前記バッフルは板状の形態を有し、前記
   ガス流通孔は、前記基準平面の左右にそれぞれ複数個ず
   つ位置するよう前記バッフルに形成され、さらに、前記
   基準平面に関して対称となる仮想形態を前記ガス流通孔
   の基準位置としたとき、前記基準平面の左右いずれかに
   おいて、前記基準位置から前記幅方向へ全体的にシフト
   した位置に前記ガス流通孔が形成されていることを特徴
   とする請求項１または２記載の気相成長装置。
4. 【請求項４】 前記ガス流通孔は、前記基準平面の左右
   で同数となるように形成される一方、複数の前記ガス流
   通孔の集合形態としてガス流通孔セグメントが複数種類
   設定され、それらガス流通孔セグメントの配列が前記基
   準平面に関して非対称となるように構成されていること
   を特徴とする請求項１または２記載の気相成長装置。
5. 【請求項５】 前記基準平面の左右いずれかにおいて、
   前記基準平面から最も遠い前記ガス流通孔セグメントが
   前記基準平面から最も近い前記ガス流通孔セグメントと
   なるように、前記ガス流通孔セグメントの配列を反転さ
   せた場合に、前記ガス流通孔の形成形態が前記基準平面
   に関して対称となるように構成されていることを特徴と
   する請求項４記載の気相成長装置。
6. 【請求項６】 前記ガス導入口と前記堤部材との間に
   は、前記ガス導入口からの前記原料ガスを前記堤部材に
   向けて導くガス案内部材が、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ていることを特徴とする
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の気相成長装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
   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。