JP2003203866A

JP2003203866A - 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

Info

Publication number: JP2003203866A
Application number: JP2002309766A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yamaguchi; 進一山口; Hiroichi Yamamoto; 博一山本; Toru Yamada; 透山田
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: 2001-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2003-07-18

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に形成されたガス
受入領域６０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。ガス受入領域６０に
は、原料ガスＧの流れ方向下流側に進むにつれて、堤部
材２３の上面２３ａに対する高さが段階的に変化する壁
９，９，２３ｂを有するガス乱し部８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、下記特許文献には、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
せる形で基板の表面に原料ガスを供給する装置の構成が
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原料ガスを分散させ、流量の
ムラを解消しようというものである。

【０００５】

【特許文献１】特開平７−１９３０１５号公報

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成を以ってしても、原料ガスを均一に分散させて流量ム
ラを解消する効果は不十分であり、より一層平坦性に優
れるエピタキシャルウェーハを望めなくなってきてい
る。

【０００７】本発明の課題は、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とを提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用・効果】気相エ
ピタキシャル成長に用いられる原料ガスは、ガス導入口
から反応容器内に導かれる。原料ガスは比較的重いので
指向性が強く、これが流量ムラを招く一要因であると考
えられる。本発明者等はその点に着目し、ウェーハの上
面に到達するよりも手前のポイントで、ガスの流れに一
層大きな乱れを生じさせて、ガス成分を積極的に分散さ
せれば流量ムラを解消できることを発見し、本発明を完
成させるに至った。すなわち、課題を解決するために本
発明の気相成長装置は、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、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、堤部材に形成されたガス受入領域に当たって上面側
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、ガス受入領域には、原料ガスの流れ方向下流側に
進むにつれて、堤部材の上面に対する高さが段階的に変
化する壁を有するガス乱し部が形成されていることを特
徴とする。

【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】本発明の気相成長装置は、ウェーハを回転
保持するサセプタを取り囲むようにして堤部材を設け、
その堤部材に形成されたガス受入領域に、ガス導入口か
ら反応容器内に導かれる原料ガスが当たるようにしたも
のである。そして、そのガス受入領域には、原料ガスの
分散を促進するために、原料ガスの流れ方向下流側、つ
まり排気口側に進むにつれて高さが段階的に変化する壁
を有するガス乱し部が形成されている。ガス導入口から
流れてきた原料ガスは、堤部材の上面に乗り上げるまで
に、それら複数の壁のそれぞれによって逆向きに跳ね返
される。原料ガスは次々と流れてくるものだから、壁に
跳ね返されつつも後ろから押し上げられて、排気口側に
向かって流れる。しかし、１つの壁を昇りきったあとに
も再び壁が待ち受けているので、そこにおいても跳ね返
しの作用を受ける。このように、ガス乱し部において
は、原料ガスに乱流を生じさせる作用がある。そのた
め、原料ガスは、堤部材の上面に乗り上げたあともウェ
ーハ表面全体に均一に分散し易い。ウェーハの表面に対
して均一にガスを流すことができれば、膜厚分布の良好
な単結晶薄膜を得ることができる。

【００１１】なお、「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、たとえば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の主表面に沿う方向に沿って
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】図６に示すように、座ぐり１２ｂの深さｄ
は、サセプタ１２に配置される基板Ｗの厚さｄ’よりも
若干大きく（たとえば２００ないし４００μｍ程度）調
整するとよい。

【００１６】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４に示すように、堤部材２３に形成
されたガス受入領域６０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。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。

【００１７】図３〜５に示すガス受入領域６０には、原
料ガスＧの流れ方向下流側、つまり排気口３６側に進む
につれて、堤部材２３の上面２３ａに対する高さが段階
的に変化する壁９，９，２３ｂを有するガス乱し部８が
形成されている（図２参照）。堤部材２３の外周面２３
ｂは、ガス乱し部８の有する一部の壁２３ｂに兼用され
ている。ガス導入口２１から流れてきた原料ガスＧは、
それら複数段の壁９，９，２３ｂのそれぞれによって逆
向きに跳ね返されながら、堤部材２３の上面２３ａに至
る。壁９，９，２３ｂは、複数段にわたり設けられてい
るため、これが１段のみ、すなわち堤部材２３の外周面
２３ｂのみの場合よりも、原料ガスＧの流れに乱れを生
じさせる効果が高い。従って、原料ガスＧは、堤部材２
３の上面２３ａに到達したあと、側方にもより一層分散
しながら基板Ｗ上へ流れる。

【００１８】図２の要部拡大図から分かるように、ガス
乱し部８の形状として階段形状を好適に採用できる。階
段形状を採用すれば、原料ガスＧが流れ方向の反対側へ
跳ね返される作用と、排気口３６側へ進もうとする作用
とのバランスを僅かな設計変更で調整し易い。つまり、
原料ガスＧの流れを乱し易いのである。ガス乱し部８
は、堤部材２３と一体に形成してもよいし、着脱可能な
別体に形成してもよい。

【００１９】図１に示すように、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と定義す
る。

【００２０】ガス乱し部８は、たとえば図５（ａ）に示
すように、堤部材２３の上面２３ｂ側外周縁部を周方向
に切り欠く形で形成された凹状の収容部２３ｋに、図５
（ｂ）に示すように、階段状の石英部材１０が着脱可能
に配置されることによって形成される。収容部２３ｋ
は、堤部材２３の外周面２３ｂの一部と、ガス導入面２
３ｃとによって構成され、サセプタ１２の形状を反映し
た円弧状に形成することができる。そして、そこに配置
すべき階段状石英部材１０も同じく円弧状に作製すれ
ば、収容部２３ｋに隙間なく嵌り、精度良く位置決めで
きるので都合がよい。ただし、このことは、後述するよ
うに積極的に隙間を形成する形態を否定するものではな
い。また、石英部材１０単独では、水平基準線ＨＳＬと
サセプタ１２の回転軸線Ｏとを含む断面においてＬ字形
状をなしている。石英材料を円弧状に加工したり、複雑
な形状に加工するのは難しいので、なるべく簡素な形状
とするのが好ましい。

【００２１】図７（ａ）は図１から図５に示したガス乱
し部８であり、図７（ｂ）〜（ｄ）はガス乱し部８とし
て適用できる別形態を示す断面模式図である。まず、図
７（ｂ）は、原料ガスＧの流れ方向上流側に壁９，９を
所定角度傾斜させた階段形状の石英部材１０ｂが配置さ
れて、ガス乱し部８が形成された例である。この形態に
よれば、原料ガスＧを流れ方向上流側に跳ね返す作用
が、図７（ａ）に示す形態よりも大きく、乱流を生じさ
せ易い。次に、図７（ｃ）は、板状の石英部材１０ｃを
堤部材２３に形成された溝２３ｎに嵌合させて固定し、
壁９，９，２３ｂの各間に原料ガスＧが侵入可能とした
例である。この形態も、原料ガスＧの流れ方が複雑にな
り、乱流を生じさせ易い。また、図７（ｄ）は、堤部材
２３の周方向に断続的に石英製ブロック材１０ｄを複数
配置して、ガスの流れを乱す作用を狙ったものである。
原料ガスＧの障害となる壁９，９，２３ｂの数として
は、最も効果が高くなるように適宜その数を調整すると
よい。

【００２２】また、図８（ａ）の斜視図および図８
（ｂ）の断面図に示すように、ガス乱し部８は、原料ガ
スＧの流れ方向に関して堤部材２３の上面２３ａに隣接
する壁２３ｂ（堤部材２３の外周面を包含する）から離
れた凸部１４を含むものとして形成されていてもよい。
凸部１４と壁２３ｂとの間に空隙ＳＡが生じるようにす
る、という観点においては図７（ｃ）の形態に類似して
おり、原料ガスＧの流れを乱す作用が期待できる。ま
た、図８（ｂ）は、水平基準線ＨＳＬおよびサセプタ１
２の回転軸線Ｏに平行な断面を示すものであるが、この
断面において凸部１４が方形状を呈するようにすると、
原料ガスＧの流れ方向における空隙ＳＡの幅は所定距離
Ｄを有することとなる。この所定距離Ｄについては適宜
調整することができ、たとえば水平基準線ＨＳＬの左右
で異ならせてもよい。

【００２３】上記のような凸部１４は、堤部材２３と一
体または別体に形成することができる。図８に示す形態
においては後者を採用している。具体的には、前述した
ように堤部材２３の上面側外周縁部を周方向に切り欠く
形で凹状の収容部２３ｋを形成して、該収容部２３ｋに
石英製ブロック材１０ｅを着脱可能に配置して凸部１４
を形成することができる。このようにすると、凸部１４
の形状を容易に調整できる。したがって、エピタキシャ
ル層（シリコン単結晶薄膜）の厚さ分布（膜厚分布）の
最適化も簡単に行なえる。なお、石英製ブロック材１０
ｅは、堤部材２３に沿うように湾曲した形状を有するこ
とが好ましいが、単純に角形状のものを採用してもよ
い。また、石英製ブロック材１０ｅは、水平基準線ＨＳ
Ｌ（図３参照）に関して対称となるように、あるいは非
対称となるように配置される。

【００２４】また、図９に示すように、堤部材２３の外
周面に接するように石英製ブロック材１０ｅを配置する
こともでき、この場合は、階段形状を有するガス乱し部
８が形成されることとなる。

【００２５】さて、図３〜５に示すように、堤部材２３
の外周面２３ｂ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，３５
Ｌが配置されている。そして、それら堤部材側仕切板３
５Ｒ，３５Ｌによって仕切られた形となるガス受入領域
６０に関し、水平基準線ＨＳＬを含むガス受入領域６０
についてのみ、ガス乱し部８が形成されている。本実施
形態では、堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌが配置される
ことにより、ガス受入領域６０を構成する凹状の収容部
２３ｋが幅方向ＷＬの３箇所に仕切られている。

【００２６】図５（ａ）より分かるように、ガス受入領
域６０は、ガス乱し部８を設けずとも既に全体が階段状
を呈しており、流れを乱して原料ガスＧを分散させる構
成になっている。しかしながら、水平基準線ＨＳＬの近
傍を流れる原料ガスＧは、ガス受入領域６０への原料ガ
スＧの侵入角度が直角に近い。そのため、水平基準線Ｈ
ＳＬから離れた場所に比べると、堤部材２３の上面２３
ａに乗り上げたあと、幅方向ＷＬに散らばり難い傾向に
ある。そこで、水平基準線ＨＳＬを含むガス受入領域６
０のみで、より一層強い乱れを原料ガスＧに生じさせて
やれば、堤部材２３の上面２３ａに達したあとも、幅方
向ＷＬにも分散し易くなる。もしも、水平基準線ＨＳＬ
を含まない両サイドのガス受入領域６０においてもガス
乱し部８を形成し、乱流の生成を促すと、中央のガス受
入領域６０でのガス乱し効果と相殺される恐れがある。
従って、水平基準線ＨＳＬを含むガス受入領域６０につ
いてのみ、ガス乱し部８が形成されるのがよいのであ
る。

【００２７】また、階段状の石英部材１０の高さは、そ
の上端が堤部材２３に形成されたガス受入面２３ｃと、
上面２３ａとの中間ないし、ガス受入面２３ｃから上面
２３ａまでの高さの２／３程度に調整するとよい。一つ
一つの段差があまり小さくなりすぎると、原料ガスＧを
反対側へ跳ね返す作用が小さくなるので、適宜調整する
のがよい。

【００２８】次に、図３および図４に示すように、ガス
導入口２１からの原料ガスＧをガス受入領域６０に向け
て導くガス案内部材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。ガ
ス案内部材２４Ｒ，２４Ｌの内側に形成されたガス案内
空間２４Ｓの各々には、原料ガスＧの流れを幅方向ＷＬ
にて仕切るガス案内部材側仕切板３４Ｒ，３４Ｌが、各
々堤部材２３のガス受入領域６０に向かって延びるよう
に配置されている。そして、そのガス案内部材側仕切板
３４Ｒ，３４Ｌと堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌとがそ
れぞれ、水平基準線ＨＳＬと平行かつ幅方向ＷＬに垂直
な仮想平面の同一面内に配置された形となっている。

【００２９】上記したように、ガス導入口２１から堤部
材２３に至るまでの間において、原料ガスＧの流れを、
幅方向ＷＬにおいて仕切るようにすると、その流速が局
所的に速くなったり遅くなったりするという不具合を防
止できる。そして、原料ガスＧは、堤部材２３を通過す
る際に、ガス乱し部８によって強い分散作用を受ける。

【００３０】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２４ａと下
面板２４ｂとによって挟まれ、自身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等において
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。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３
３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。

【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】また、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２
３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、堤部材２３には、ガス乱し部８の壁９
に隣接する形で、ガス導入面２３ｃが形成されている。
該ガス導入面２３ｃは、ガス案内部材２４の下面板２４
ｂの内面の延長に略一致する形となっており、ガス流を
堤部材２３側にスムーズに導く役割を果たす。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、堤部材２３の外周面２３ｂと平行な第二面
４ｂと、ガス導入面２３ｃに対向する第三面４ｃとを有
する段部を有し、堤部材２３との間にクランク状のガス
通路を形成している。

【００３３】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、ガス案内部材側仕切板３４Ｒ，３
４Ｌ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３６との間には、
排出側ガス案内部材２５が配置されている。

【００３４】また、ガス乱し部８を形成することに併せ
て、サセプタ１２側の調整を実施することにより、エピ
タキシャル層の厚さ分布の最適化が一層容易になる。具
体的には、たとえば図１０の断面図に示すように、外側
に向かって上方に傾いたウェーハ着座面１２１を有する
座ぐり１２ｂが形成されたサセプタ１２を好適に使用す
ることができる。座ぐり１２ｂは、サセプタ１２の上面
１２ａに垂直に隣接した座ぐり内周面１２２を含み、そ
の座ぐり内周面１２２に続く部分として、上記ウェーハ
着座面１２１が形成されている。ウェーハ着座面１２１
の形成されている領域において、座ぐり１２ｂは擂り鉢
形状を示す。サセプタ１２上に基板Ｗをセットする際、
ウェーハ着座面１２１の傾斜により、ウェーハＷの水平
方向への移動が抑止されるので、気相成長中にウェーハ
Ｗの位置ズレが生じて、エピタキシャル層の厚さ分布に
影響をおよぼす程度が小さくなる。また、座ぐり１２ｂ
の深さに関していえば、ウェーハＷを載置したとき、ウ
ェーハＷの上面がサセプタ１２の上面１２ａよりもやや
鉛直下方に位置するように調整するのが好ましい。

【００３５】以下、上記気相成長装置１の作用について
説明する。図１〜図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。

【００３６】原料ガスは、分散板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２３に形成されたガス受入領域６０に向っ
て流れる。ガス受入領域６０に当たったガス流Ｇ１およ
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。

【００３７】たとえば、図１１（ｃ）に示すように、ガ
ス受入領域６０が単に円筒面状になっている場合を考え
ると、外側ガス流Ｇ２は、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、ガス案内部材側仕切板
３４Ｒ，３４Ｌ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、ガス流量の幅方向ＷＬ
における分布には、図１１（ｂ）に示すように、ガスの
直進傾向が強いガス案内部材側仕切板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。また、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およ
び低流量部Ｌ_１に、左側の高流量部Ｈ_１，Ｈ_２および低
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１１（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。

【００３８】しかしながら、本実施形態の気相成長装置
１は、ガス受入領域６０において階段状のガス乱し部８
を形成することで、堤部材２３の概略形状を図１１
（ｃ）に示すものと略同様に保ちつつ、基準線ＨＳＬ近
傍、すなわち中央付近を流れる原料ガスＧ_１を積極的に
分散させることができる（図１２（ｃ）参照）。その結
果、低流量部Ｌ_１が生じるという不具合が効果的に解消
されて、図１２（ｂ）に示すように反応容器本体２の内
部空間５全体にほぼ均一なガス流量を実現でき、形成さ
れるエピタキシャル層の厚さ分布を図１２（ａ）に示す
ようなより均一なものとすることができる。

【００３９】以上、本発明の気相成長装置の実施形態に
ついて説明したが、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、請求項に記載した概念を逸脱しない範囲
にて種々の変形を加えることができる。

【００４０】

【実施例】（実施例１）ＣＺ法により作製した直径２０
０ｍｍのシリコン単結晶基板Ｗを、図１〜図４および図
１２（ｃ）に示す気相成長装置１内に配置した。他方、
比較例として、堤部材２３のガス受入領域６０を、図１
１（ｃ）に示すように、単に円筒面状とした気相成長装
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。

【００４１】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。

【００４２】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１３に示す。すなわち、本
発明の装置を用いた場合（ａ）は、比較例の装置を用い
た場合（ｂ）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。

【００４３】また、本発明の装置を用いて得られた結果
において、シリコン単結晶薄膜の直径方向の最大膜厚値
をｔmax、同じく直径方向の最小膜厚値をｔminとしたと
き、その差（ｔmax−ｔmin）は０．０４μｍであった。
それに対し、比較例の装置を用いた場合、（ｔmax−ｔm
in）は０．１３μｍであった。ただし、これらの値の大
小はシリコン単結晶薄膜の全厚さに依存するので、（ｔ
max−ｔmin）の（ｔmax＋ｔmin）に対する割合、つまり
１００×（ｔmax−ｔmin）／（ｔmax＋ｔmin）で求めら
れる値をシリコン単結晶薄膜の膜厚分布の目安として求
めた。

【００４４】その結果、本発明の装置を用いて得られた
測定結果（図１３（ａ））については、０．３４という
値が得られた。それに対し、比較例の装置を用いて得ら
れた測定結果（図１３（ｂ））については、１．０７と
いう値であった。このように、本発明の気相成長装置１
を用いることにより、１００×（ｔmax−ｔmin）／（ｔ
max＋ｔmin）で定義される値が０．４以下となるよう
に、シリコン単結晶薄膜の厚さ調整を行なうことができ
るのである。

【００４５】（実施例２）図８に示すガス乱し部８が形
成された本発明の気相成長装置を用い、実施例１と同様
の手法に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てシリコンエピタキシ
ャルウェーハを作製した。石英製ブロック材１０ｅとし
ては、奥行き１０ｍｍ（原料ガスの流れ方向）、幅３５
ｍｍ（幅方向ＷＬ）、高さ３．５ｍｍに寸法調整したも
のを用い、これを水平基準線ＨＳＬに関して左右対称と
なるように配置した。また、堤部材２３の外周面２３ｂ
から石英製ブロック材１０ｅまでの距離Ｄは５ｍｍに設
定した。これと比較検討するために、石英製ブロック材
１０ｅを撤去、つまり堤部材２３のガス受入領域６０を
図１１（ｃ）に示すように単に円筒面状とした従来の装
置を用い、同条件にてシリコンエピタキシャルウェーハ
を作製した。そして、これらの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−Ｉ
Ｒ法により測定し、グラフにプロットした。測定結果を
図１４に示す。

【００４６】図１４（ａ）は、本発明の装置で作製した
エピタキシャルウェーハ、図１４（ｂ）は、改良されて
いない従来の装置で作製したエピタキシャルウェーハに
ついて、エピタキシャル層の厚さ分布をそれぞれ示して
いる。本発明の装置で作製したエピタキシャルウェーハ
は、改良されていない従来の装置で作製したエピタキシ
ャルウェーハで観察されるウェーハ中心部の大きなうね
りが消失している。つまり、エピタキシャルウェーハの
半径をｒとしたときの、ウェーハの中心からｒ／２の位
置までの膜厚分布が大幅に改善された。

【００４７】（実施例３）図９に示すガス乱し部８が形
成され、さらにサセプタ１２の座ぐり１２ｂが図１０の
ように改良された本発明の気相成長装置を用い、実施例
１と同様の手法に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てシリコンエ
ピタキシャルウェーハを作製した。石英製ブロック材１
０ｅとしては、奥行き１０ｍｍ（原料ガスの流れ方
向）、幅３５ｍｍ（幅方向ＷＬ）、高さ３．５ｍｍに寸
法調整したものを用い、これを水平基準線ＨＳＬに関し
て左右対称かつ堤部材２３の外周面２３ｂに接して配置
した。なお、石英製ブロック材１０ｅは、堤部材２３の
外周面２３ｂに沿うように形状調整してある。これと比
較検討を行うために、石英製ブロック材１０ｅを撤去
し、かつサセプタ１２の座ぐり１２ｂを、図６に示すよ
うに均一な深さｄを有する形態に調整した従来の装置を
用い、同条件にてシリコンエピタキシャルウェーハを作
製した。そして、これらの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１
５に示す。

【００４８】図１５（ａ）は、本発明の装置で作製した
エピタキシャルウェーハ、図１５（ｂ）は、改良されて
いない従来の装置で作製したエピタキシャルウェーハに
ついて、エピタキシャル層の厚さ分布をそれぞれ示して
いる。本発明の装置で作製したエピタキシャルウェーハ
は、改良されていない従来の装置で作製したエピタキシ
ャルウェーハに比べて、ウェーハ中心部のうねり、ウェ
ーハ周縁部における跳ね上がりが共に小さいプロファイ
ルを呈する結果となった。この結果は、ガス乱し部８の
形状調整と、サセプタ１２の座ぐり１２ｂの形状調整と
を組み合わせることにより、エピタキシャル層の厚さ分
布を改善することが可能であることを示している。

【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】本発明の気相成長装置の要部を拡大した断面
図。

【図３】本発明の気相成長装置の平面図。

【図４】本発明の気相成長装置の要部を一部切り欠いて
示す分解斜視図。

【図５】堤部材に形成されたガス受入領域の拡大図。

【図６】サセプタに形成された座ぐりの拡大図。

【図７】ガス乱し部の様々な形態を説明する断面図およ
び斜視図。

【図８】図７と同様の斜視図および断面図。

【図９】図７と同様の斜視図。

【図１０】サセプタに形成された座ぐりの別形態を示す
拡大断面図。

【図１１】階段状のガス乱し部が形成されていない従来
の気相成長装置の問題点を説明する図。

【図１２】階段状のガス乱し部を形成することにより達
成される効果を説明する図。

【図１３】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。

【図１４】同じく膜厚分布の測定結果を示すグラフ。

【図１５】同じく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８ガス乱し部９壁１０階段状石英部材１０ｅ石英製ブロック材１２サセプタ１２ａサセプタの上面１２ｂ座ぐり１４凸部２１ガス導入口２３堤部材２３ａ堤部材の上面２３ｂ堤部材の外周面２３ｋ収容部２４，２４Ｒ，２４Ｌガス案内部材２４Ｓガス案内空間３１第一端部３２第二端部３４Ｒ，３４Ｌガス案内部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌ堤部材側仕切板３６ガス排出口１２１ウェーハ着座面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） 5F045 AA02 AA03 AB02 AC01 AC03 AC05 AC15 AC16 AC19 AF03 BB02 DP04 EB02 EF13 EK13

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、
前記堤部材に形成されたガス受入領域に当たって上面側
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、前記ガス受入領域には、前記原料ガスの流れ方向下流側
に進むにつれて、前記堤部材の上面に対する高さが段階
的に変化する壁を有するガス乱し部が形成されているこ
とを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】前記ガス乱し部は階段形状をなすことを
特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】前記堤部材の上面側外周縁部を周方向に
切り欠く形で凹状の収容部が形成され、該収容部に階段
状の石英部材が着脱可能に配置されて前記ガス乱し部が
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。
【請求項４】前記ガス乱し部は、前記原料ガスの流れ
方向に関して前記堤部材の上面に隣接する壁から離れた
凸部を含むものとして形成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５】前記堤部材の上面側外周縁部を周方向に
切り欠く形で凹状の収容部が形成され、該収容部に石英
製ブロック材が着脱可能に配置されて前記凸部が形成さ
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。
【請求項６】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、前記堤部材の外周面には、前記水平基準線に対し左右対
称に振り分けた形にて、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配置さ
れ、それらによって仕切られた形となる前記ガス受入領
域に関し、前記水平基準線を含む前記ガス受入領域につ
いてのみ、前記ガス乱し部が形成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。
【請求項７】前記ガス導入口からの前記原料ガスを前
記ガス受入領域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、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
前記原料ガスの流れを前記幅方向にて仕切るガス案内部
材側仕切板が設けられ、そのガス案内部材側仕切板と前
記堤部材側仕切板とが、前記幅方向に垂直な仮想平面の
同一面内に配置されていることを特徴とする請求項６記
載の気相成長装置。
【請求項８】前記サセプタには、外側に向かって上方
に傾いたウェーハ着座面を有する座ぐりが形成されてい
る請求項１ないし７のいずれか１項に記載の気相成長装
置。
【請求項９】請求項１ないし８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。
【請求項１０】前記シリコン単結晶薄膜の直径方向の
最大膜厚値をｔmax、同じく最小膜厚値をｔminとしたと
きに、１００×（ｔmax−ｔmin）／（ｔmax＋ｔmin）で
定義される値が０．４以下となるように、前記シリコン
単結晶薄膜の厚さ調整を行なうことを特徴とする請求項
９記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。