JP2005183511A - 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

【課題】 シリコン単結晶基板上に流れる原料ガスの流通経路を制御することが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。
【解決手段】 本発明の気相成長装置１は、枚葉式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２内に導かれる。サセプタ１２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。堤部材２３の上面２３ａには、原料ガスＧの幅方向ＷＬの流れを仕切る誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌが配置されている。
【選択図】 図３

Description

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。

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、たとえば直径が２００ｍｍ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。

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通経路がある。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、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。

また、下記特許文献１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。また、上記のような気相成長装置において、原料ガスがよりスムーズにサセプタに向かって流れるように、堤部材に改良を加えることも提案されている（下記特許文献２）。さらには、上記のような気相成長装置において、あえてサセプタの左右で原料ガスの流れを異ならせる改良を加えることも提案されている（下記特許文献３）。

ところで、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際の代表的な問題として、パターン変形がある。パターン変形に影響する要因としてはいくつかあるが、一般には、反応容器内の圧力を下げて基板表面で生成したＨＣｌガスの拡散係数を大きくし、ＨＣｌガスによるエッチング作用を低下させれば、パターン変形量を小さくできることが知られている。こうした理由から、パターンの形成されたシリコン単結晶基板上への気相エピタキシャル成長には、減圧条件が相応しい。
特開平７−１９３０１５号公報 特開２００２−２３１６４１号公報 特開２００２−１９８３１６号公報

ところが、上記特許文献１に記載されているような装置を用い、減圧下でエピタキシャル成長を行うと、所期の膜厚分布を得ることが困難な場合がある。

本発明の課題は、良好な膜厚分布を確保するために、シリコン単結晶基板上に流れる原料ガスの流通経路を制御することが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。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記の課題を解決するために本発明は、シリコン単結晶基板の主表面上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内に導入され、該反応容器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、サセプタの回転軸線と、水平基準線との双方に直交する方向を幅方向としたとき、原料ガスの幅方向の流れを仕切る誘導部を、堤部材の上面の上に設けたことを主要な特徴とする。

上記本発明の気相成長装置には、堤部材の上面の上に原料ガスの誘導部が設けられている。したがって、堤部材の上面に乗り上げた原料ガスは、当該誘導部により幅方向の流れを大きく制限される。このように、サセプタに向う原料ガスの幅方向の流れを堤部材の上面上で仕切ることにより、堤部材のすぐ下流側に載置される基板上に流れる原料ガスの幅方向の流通経路を制御することができるので、より均一な膜厚分布のシリコン単結晶薄膜を得ることが可能となる。

好適な態様において、上記誘導部は、原料ガスが水平基準線に接近することを妨げるように構成される。堤部材は、円盤状のサセプタを取り囲むように円筒状に形成されているため、該堤部材の外周面に当たって上面に乗り上げた原料ガスは、基板の中心方向、すなわち水平基準線に寄りながら流れる傾向がある。したがって、本発明の誘導部により、原料ガスが水平基準線に寄ってくることを阻止ないし抑制すれば、原料ガスの流通経路の改善を図れる。

より具体的には、誘導部は、原料ガスの流れを水平基準線から近い側と、遠い側とに分ける誘導板により構成することができる。このような誘導板の、配置形態（配置位置、配置向き、配置数、誘導板の厚さ等）の調整により、比較的簡単に、原料ガスの流れ方向を制御する効果が最も高くなるように最適化を行える。

また、誘導板は、該誘導板の板面がサセプタの回転軸線および水平基準線と平行になるように配置されていることが望ましい。このように、原料ガスの流れ方向に無理に逆らわないように誘導板を配置すれば、ガス流に乱れが生じ難いので、堤部材の上面に乗り上げた原料ガスの流通経路を均一化し易い。

また、ガス導入口からの原料ガスを堤部材の外周面に向けて導くガス案内部材が、幅方向において水平基準線に関して左右に振り分けた形にてガス導入口と堤部材との間に配置され、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、原料ガスの流れを幅方向にて仕切るガス案内部材側仕切板が設けられており、堤部材の外周面には、水平基準線に対し左右対称に振り分けた形にて、原料ガスの流れを幅方向における複数個所に仕切る堤部材側仕切板が配置されていることが望ましい。このような構成によれば、堤部材よりも上流側を流れる原料ガスと、堤部材に乗り上げようとする原料ガスとについても幅方向の流れを制御できるようになるため、堤部材の上面の上に配置する誘導板との相乗作用を期待できる。

具体的には、誘導板が、幅方向における堤部材側仕切板およびガス案内部材側仕切板の配置位置よりも外側に配置されている形態を例示できる。幅方向における外側領域を流れる原料ガスほど、流れ方向を基板の中心方向、すなわち、水平基準線寄りに大きく変化させながらサセプタに到達する傾向が大きい。そのため、本発明の誘導板を外側領域に形成することにより、効率的に流通経路を均一化することができる。

より好ましくは、誘導板は、堤部材側仕切板およびガス案内部材側仕切板と同一面内に配置された第１誘導板と、幅方向における第１誘導板の配置位置よりも外側に配置された第２誘導板とを含んで構成することができる。この構成によれば、より確実に原料ガスの幅方向の流れを制御することができる。

また、本発明にかかる気相成長装置には、反応容器内を大気圧よりも減圧された状態に保持する排気系を設けることができる。この構成によれば、パターンの形成された基板上に気相成長する際に、パターン変形量を小さくすることができる減圧条件下でのエピタキシャル成長が可能である。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、以上に説明した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。

また、気相エピタキシャル成長の原料ガスとして、モノクロロシランガス、ジクロロシランガスおよびトリクロロシランガスのグループから選択される１種のものを使用し、以上に説明した気相成長装置の反応容器内を大気圧よりも減圧された状態に保ちつつ、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ができる。

なお、堤部材の上面は、サセプタの上面と一致する位置関係であるとしているが、これ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。

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、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、本発明の気相成長装置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３６が形成された反応容器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２内に導入され、該反応容器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から排気管７を経て排出されるように構成されている。排気管７は、減圧ポンプＲＰ（図３）とともに気相成長装置１の排気系を構成している。

図１に示すように、反応容器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反応容器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。

反応容器２の内部空間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。また、内部空間５内には、堤部材２３に対向する位置に、堤部材２３とほぼ同径の上部内張り部材４が配置されている。堤部材２３および上部内張り部材４は、ともに石英材料から作製されたリング状の部品である。

図１に示すように、気相成長装置１においては、反応容器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。

次に、図３および図４に示すように、堤部材２３の上面２３ａには、誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌが配置されている。誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌは、原料ガスＧの幅方向ＷＬの流れを仕切るように構成されている。各誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌは、堤部材２３の上面２３ａ上に載置された石英部材であり、堤部材２３の上面２３ａと外周面２３ｂとの境界から、堤部材２３と予熱リング２２との境界に渡って設けられている。

本実施形態において、各誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌは、上端が上部内張り部材４の下面４ａ（図２参照）にまで延びて接するように寸法調整されている。そのため、各誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌの外側から内側（あるいはその逆）への原料ガスＧの幅方向ＷＬの流通は遮断されている。ただし、微調整のために、各誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌの上端と、上部内張り部材４の下面４ａとの間に、若干の隙間を形成することも可能である。また、各誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌは、堤部材２３の上面２３ａに形成された溝に、着脱可能に嵌め込むようにして位置を固定することができる。このようにすれば、誘導板の増減も容易である。

また、上部内張り部材４側に誘導板を固定することも可能である。すなわち、図５に示すように、上部内張り部材４の上面４ａから堤部材２３の上面２３ａに向かって真下に延びる形態にて、誘導板４３を設けることができる。このような誘導板４３と堤部材２３との間に若干の隙間ＳＨが形成されるように、誘導板４３の寸法調整を行ってもよい。

各誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌは、堤部材２３の上面２３ａにおける原料ガスＧの流れを水平基準線ＨＳＬから近い側と、遠い側とに分けるように配置されている。図３および図４に示す実施形態では、誘導板４０Ｒと４０Ｌ、誘導板４１Ｒ，４１Ｌは、それぞれ水平基準線ＨＳＬに関して左右対称な組として設けられている。また、これらの誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌは、その板面がサセプタ１２の回転軸線Ｏおよび水平基準線ＨＳＬと平行になるように配置されている。

また、図３に示すように、ガス導入口２１Ａ，２１Ｂからの原料ガスＧを堤部材２３の外周面２３ｂに向けて導くガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌが、水平基準線ＨＳＬの左右（具体的には反応容器２の支柱３３の左右）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の内部に形成されたガス案内空間２４０，２４０（図４）の各々に、原料ガスＧの流れを幅方向ＷＬにさらに仕切るガス案内部材側仕切板３４Ｒ，３４Ｌが設けられている。これにより、ガス案内空間２４０，２４０は、水平基準線ＨＳＬ寄りのガス案内空間２４Ｔ，２４Ｔと、水平基準線ＨＳＬから遠い側のガス案内空間２４Ｓ，２４Ｓとに分断される。

一方、図３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，３５Ｌが配置されている。原料ガスＧは、堤部材２３の上面２３ａ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の幅方向ＷＬの流れを制御している。本実施形態では、堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌは、水平基準線ＨＳＬを挟んで左右に各々１個所ずつ配置されている。そして、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および回転軸線Ｏに平行な同一平面内に配置された形となっている。

また、図３に示すように、ガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌの各々に対応してガス導入口２１Ａ，２１Ｂが形成されている。ガス配管５０は、水平基準線ＨＳＬ寄りのガス案内空間２４Ｔ（図４）にガスを供給する内側配管５３と、水平基準線ＨＳＬから遠い側のガス案内空間２４Ｓ（図４）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）５４，５２により独立に制御できるようにしている。ここで、ＭＦＣ５４，５２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５６，５６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。

図４に示すように、ガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌ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状部品である。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とにまたがる形で、ガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌの各内部に配置されている。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２４Ｒ，２４Ｌを、反応容器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２４Ｒ，２４Ｌの交換により簡単に対応することができる。

図３および図４から分かるように、堤部材側仕切板３５Ｒおよびガス案内部材側仕切板３４Ｒは、水平基準線ＨＳＬとサセプタ１２の回転軸線Ｏとの双方に平行な同一面内に配置され、その面よりも水平基準線ＨＳＬから遠い位置、すなわち幅方向ＷＬにおける外側に、誘導板４１Ｒが配置されている。同様に、堤部材側仕切板３５Ｌおよびガス案内部材側仕切板３４Ｌは、水平基準線ＨＳＬとサセプタ１２の回転軸線Ｏとの双方に平行な同一面内に配置され、その面よりも水平基準線ＨＳＬから遠い位置に、誘導板４１Ｌが配置されている。また、本実施形態においては、１組の誘導板４０Ｒ，４０Ｌのうち、一方の誘導板４０Ｒは、堤部材側仕切板３５Ｒおよびガス案内部材側仕切板３４Ｒと同一面内に配置され、同様に他方の誘導板４０Ｌは、堤部材側仕切板３５Ｌおよびガス案内部材側仕切板３４Ｌと同一面内に配置されている。この時、他の組の誘導板４１Ｒ，４１Ｌは、上記誘導板４０Ｒ，４０Ｌよりも幅方向ＷＬにおける外側に配置されていることになる。このような配置形態は、原料ガスＧの幅方向ＷＬの流れを制御するのに適している。

なお、堤部材側仕切板３５Ｒ，３５Ｌを、誘導板４０Ｒ，４０Ｌと一体に作製してもよい。具体的には、図６に示すように堤部材２３と上部内張り部材４とにより形成されるガス通路６０（図２参照）に一致するクランク形状を有する誘導板４２を例示することができる。

また、図４に示すように、堤部材２３には、上面２３ａの外周縁部をガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌ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２は、下部容器２ｂと上部容器２ａとからなり、上部内張り部材４は上部容器２ａ、堤部材２３は下部容器２ｂ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２４Ｒ，２４Ｌ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２３ｂに当たって上面２３ａに乗り上げる。なお、上部内張り部材４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とに基づく段部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６０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６０に対応したＬ字状に形成されている。

また、図３に示すように、ガス導入口２１Ａ，２１Ｂとガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌとの間には、バッフル２６が配置されている。図４に示すように、バッフル２６は、ガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌの開口部に対応して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。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が配置される。

以下、上記気相成長装置１を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。図１から図４に示すように、反応容器２内のサセプタ１２上に基板Ｗを配置し、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、反応容器２内に各ガス導入口２１Ａ，２１Ｂから原料ガスＧを所定の流速にて流通させて、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ることにより、エピタキシャルウェーハを得る。

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_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、ドーパントガスとしての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自然酸化膜除去処理を行う際には、ＨＣｌ等の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、または、Ｈ_２雰囲気中で高温熱処理を施す。

反応容器２内に原料ガスＧを流通させるときの作用について説明する。図３の平面図中に矢印付き一点鎖線で示すように、原料ガスＧは、バッフル２６、ガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌを通り、堤部材２３の外周面２３ｂに向かって流れる。外周面２３ｂに当たった原料ガスＧ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る。そして、排出側ガス案内部材２５によって排気ガスＥＧが排気管７に集められ、排出される。

図８に、誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌを有していない従来の気相成長装置の場合を示す。本発明の気相成長装置１との対応部分は、ゼロを追加した符号で表している。従来の気相成長装置で、原料ガスＧは基板の中心に向かって水平基準線ＨＳＬに寄りながら、予熱リング２２０を経てサセプタ１２０上に進んでくる。なぜなら、堤部材２３０と上部内張り部材４００とにより形成されるガス通路（図２の本発明の符号６０に相当）を通過する際、原料ガスＧは、なるべく抵抗が小さくなる方向に流れようとするからである。堤部材２３０はリング状の形態を有するため、図９の模式図に示すように、原料ガスＧが堤部材２３０の上面２３０ａを横切るときの直進距離ｄ２は、基板の中心方向の最短距離ｄ１よりも大である。つまり、最短距離ｄ１で堤部材２３０の上面２３０ａ上を通過すれば、サセプタに向う原料ガスＧが受ける抵抗は最も小さくなる。また、堤部材２３０および上部内張り部材４００はリング状の形態を有するため、直進距離ｄ２は水平基準線ＨＳＬから離れるほど大きい。したがって、水平基準線ＨＳＬから離れた位置、すなわち幅方向ＷＬの外側を流れる原料ガスＧほど、堤部材２３０の上面２３０ａ上での流れ方向が基板の中心に向かって大きく変化する。

原料ガスＧの流速がそれほど大きくない場合には、堤部材２３０を越えた後、いったん基板の中心に向かって進むものの、気流が集まる水平基準線ＨＳＬ付近の圧力が高まるため、気流はすぐに下流方向に向きを変える。このため、原料ガスＧの流速がそれほど大きくない場合には、原料ガスＧが堤部材２３０を越えた後、いったん基板の中心に向かって進むことは大きな問題にならない。しかし、原料ガスＧの流速が大きい場合には、ガスの運動量が大きいので気流が集まる水平基準線ＨＳＬ付近の圧力が十分高まる位置まで、気流は下流方向に向きを変えない。つまり、基板の中心に向かって進む距離が長い。このため、原料ガスＧの流速が大きい場合には、原料ガスＧが堤部材２３０を越えた後、いったん基板の中心に向かって進む影響が大きくなる。

反応容器内の圧力を大気圧よりも低くした状態でのシリコン単結晶薄膜のエピタキシャル成長（いわゆる減圧エピタキシャル成長）では、反応容器内を流れる原料ガスＧの流速は、常圧エピタキシャル成長に比べて数倍速い。したがって、特に減圧エピタキシャル成長では、原料ガスＧが堤部材２３０を越えた後、いったん基板の中心に向かって進むことを無視できなくなる。

これに対し、本発明にかかる気相成長装置１においては、堤部材２３の上面２３ａの上に、原料ガスＧの流れを幅方向に仕切る誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌが配置されている。そのため、図７に示すように、原料ガスＧは、堤部材２３に乗り上げた後も幅方向ＷＬの流れを制御され、比較的まっすぐサセプタ１２上に流れていく。これにより、基板Ｗ上での均一な流通経路が確保される。

実験例

（計算機による模擬実験）
図１から図４に示す気相成長装置１における原料ガスの流通経路を、計算機シミュレーションにより求めた。また、これと比較するために、誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌを有さない従来の気相成長装置での原料ガスの流通経路も求めた。さらに、図１から図４に示す気相成長装置１で、シリコン単結晶基板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る場合の、シリコン単結晶薄膜の成長速度分布についても、計算機シミュレーションにより見積もった。また、これと比較するために、誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌを有さない従来の気相成長装置で、シリコン単結晶薄膜をシリコン単結晶基板Ｗ上に気相エピタキシャル成長させる場合の、シリコン単結晶薄膜の成長速度分布を併せて見積もった。設定条件等は、以下に記す通りである。

ソフトウェア：Fluent Ver 6.0（フルーエント・アジアパシフィック社製）
（寸法）
・反応容器直径＝３００ｍｍ
・反応容器高さ（サセプタ１２から反応容器２の上面内側までの距離）＝２０ｍｍ
・堤部材高さ（切欠き部２３ｋの底面２３ｃから堤部材２３の上面２３ａまでの高さ）＝１６ｍｍ
・シリコン単結晶基板直径＝２００ｍｍ
（成長温度）
・シリコン単結晶基板…１４００Ｋ
・反応容器上面…７００Ｋ
（反応容器内圧力）
・１００００Ｐａ
（原料ガス）
・トリクロロシラン…１．５ｍｏｌ％
・水素…９８．５ｍｏｌ％
（原料ガス流量）
・内側案内路…１３．５リットル／分（標準状態）
・外側案内路…１３．５リットル／分（標準状態）

図１０は、計算機シミュレーションから得られた原料ガスＧの流通経路図、図１１は、シリコン単結晶薄膜の成長速度分布を示す等高線図である。図１０および図１１について、ともに（ａ）が本発明の気相成長装置１の場合、（ｂ）が従来の気相成長装置の場合である。

まず、図１０（ａ）に示すように、誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌを有する本発明の気相成長装置１では、原料ガスが基板の中央（水平基準線）に寄ってくる傾向が小さい。他方、図１０（ｂ）に示すように、誘導板４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌを有さない従来の気相成長装置では、原料ガスＧは、堤部材２３の上面２３ａで流れる向きを大きく変化させている。

次に、図１１に示す成長速度分布を示す等高線図についてであるが、シリコン単結晶基板Ｗは回転しないと仮定しているので、図中右側に進むほど、成長速度が遅い等高線を示している。従来の気相成長装置の場合、等高線が大きく波打っているのに対し、本発明の気相成長装置１の場合、等高線は小さい波打ちを繰り返す結果となった。

本発明の気相成長装置の一例を示す側面断面図。 本発明の気相成長装置の要部を拡大した断面図。 本発明の気相成長装置の平面図。 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。 誘導板の配置形態の別例を示す断面図。 誘導板の別形態の斜視図。 本発明の気相成長装置における原料ガスの流れを説明する模式図。 従来の気相成長装置における原料ガスの流れを説明する模式図。 堤部材の上面上での原料ガスの流れ方を説明する概念図。 計算機シミュレーションから得られた原料ガスの流通経路分布図。 計算機シミュレーションから得られた成長速度分布を示す等高線図。

符号の説明

１ 気相成長装置
２ 反応容器
５ 内部空間
７ 排気管
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
２３ｂ 堤部材の外周面
２４Ｒ，２４Ｌ ガス案内部材
２４０ 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
４０Ｒ，４０Ｌ，４１Ｒ，４１Ｌ，４２，４３ 誘導板
ＲＰ 減圧ポンプ
Ｗ 基板
Ｇ 原料ガス
Ｏ 回転軸線
ＨＳＬ 水平基準線
ＷＬ 幅方向

Claims (10)

1. シリコン単結晶基板の主表面上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内に導入され、該反応容器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、前記サセプタの回転軸線と、前記水平基準線との双方に直交する方向を幅方向としたとき、
   前記原料ガスの前記幅方向の流れを仕切る誘導部を、前記堤部材の上面の上に設けたことを特徴とする気相成長装置。
2. 前記誘導部は、前記原料ガスが前記水平基準線に接近することを妨げるように構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。
3. 前記誘導部は、前記原料ガスの流れを前記水平基準線から近い側と、遠い側とに分ける誘導板であ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. 前記誘導板は、該誘導板の板面が前記サセプタの回転軸線および前記水平基準線と平行になるように配置されていることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
5. 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ガス案内部材が、前記幅方向において前記水平基準線に関して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ており、
   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仕切る堤部材側仕切板が配置されていることを特徴とする請求項３または４記載の気相成長装置。
6. 前記誘導板が、前記幅方向における前記堤部材側仕切板および前記ガス案内部材側仕切板の配置位置よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項５記載の気相成長装置。
7. 前記誘導板は、前記堤部材側仕切板および前記ガス案内部材側仕切板と同一面内に配置された第１誘導板と、前記幅方向における前記第１誘導板の配置位置よりも外側に配置された第２誘導板とを含んで構成されていることを特徴とする請求項５記載の気相成長装置。
8. 前記反応容器内を大気圧よりも減圧された状態に保持する排気系を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の気相成長装置。
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。
10. 前記原料ガスとして、モノクロロシランガス、ジクロロシランガスおよびトリクロロシランガスのグループから選択される１種のものを使用し、前記反応容器内を大気圧よりも減圧された状態に保ちつつ、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。

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