JP2009260291A - エピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法 - Google Patents

エピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】反応後ガスの逆流を抑制することで、成膜速度とガス利用効率を向上し、ガスの置換効率を向上する、高生産性のエピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】チャンバと、前記チャンバに設けられたガス導入口とガス排気口と、前記チャンバの内部に設けられた回転体ユニットと、前記回転体ユニットの上部に設けられ、ウェーハを保持するウェーハ保持部と、前記回転体ユニット及び前記ウェーハ保持部から離間してその上部を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁と、を備え、前記整流壁の上端は、前記ウェーハ保持部よりも上方にあり、且つその内径は、前記ウェーハ保持部の外周よりも小さく、前記整流壁の下端は、前記回転体ユニットの上面よりも下方にあり、且つその内径は、前記回転体ユニットの外周よりも大きいことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法に関する。
シリコンウェーハ等の半導体基板に単結晶膜を気相成長させるエピタキシャル成長ではＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が多く使用される。ＣＶＤ法を用いたエピタキシャルウェーハの製造装置は、例えば、チャンバの中に回転体ユニットがあり、回転体ユニットの上面にはウェーハを保持する例えば環状のウェーハ保持部が設けられ、回転体ユニット内にはウェーハを加熱するためのヒーターが設けられ、そして、チャンバに原料ガスを導入し、回転体ユニットと共にウェーハを高速回転させながらウェーハ上に単結晶膜を生成する。
ウェーハ上に単結晶膜を生成する際、例えば、トリクロロシランを原料ガスとし、水素をキャリアガスとした場合、塩素等の反応後ガスが発生する。
この反応後ガスは、排気口へと円滑に排気されることが望ましいが、従来のエピタキシャルウェーハの製造装置では、ウェーハやウェーハ保持部が回転体ユニットと共に高速回転しているため、反応後ガスに遠心力が発生する。これによって、この反応後ガスは、回転体ユニット外縁部付近では外周方向への流速が速くなり、その結果、反応後ガスがウェーハ上に逆流することがあった。そして、逆流した反応後ガスによってシリコン膜がエッチングされ、成膜速度の向上やガス利用効率の向上の弊害となっていた。
また、多層の成膜を行う際には、ドーパントガス濃度やドーパントガス種を切り替える必要がある。従来のエピタキシャルウェーハの製造装置では、装置内のガスの置換効率が悪いため、ドーパントガスの濃度やガス種の切り替えに長い時間を要し、スループットを低下させてしまい、結果的にエピタキシャルウェーハの生産性の向上に弊害があった。
なお、特許文献１には、化学蒸着装置において、基板の上方において基板との距離が徐々に狭くなる形状のガス導入ガイドと、基板との間に、ガス整流板を設けることにより、原料ガスの循環流を防止し、膜厚を均一化する技術が公開されている。ただし、この技術は、原料ガスの流れを制御するものであり、上記の反応後ガスの制御はできない。
特開２００１−１４００７８号公報
本発明は、反応後ガスの逆流を抑制することで、成膜速度とガス利用効率を向上し、そして、ガスの置換効率を向上する、高生産性のエピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、チャンバと、前記チャンバに設けられ前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入口と、前記チャンバに設けられ前記反応ガスを前記チャンバ内から排出するガス排気口と、前記チャンバの内部に設けられた回転体ユニットと、前記回転体ユニットの上部に設けられ、ウェーハを保持するウェーハ保持部と、前記回転体ユニット及び前記ウェーハ保持部から離間してその上部を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁と、を備え、前記整流壁の上端は、前記ウェーハ保持部よりも上方にあり、且つその内径は、前記ウェーハ保持部の外周よりも小さく、前記整流壁の下端は、前記回転体ユニットの上面よりも下方にあり、且つその内径は、前記回転体ユニットの外周よりも大きいことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、チャンバと、前記チャンバに設けられ前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入口と、前記チャンバに設けられ前記反応ガスを前記チャンバ内から排出するガス排気口と、前記チャンバの内部に設けられた回転体ユニットと、前記回転体ユニットの上部に設けられ、ウェーハを保持するウェーハ保持部と、を備えるエピタキシャルウェーハの製造装置であって、前記チャンバの内壁は、前記前記回転体ユニット及び前記ウェーハ保持部から離間してその周囲を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁を有し、前記整流壁の上端は、前記ウェーハ保持部よりも上方にあり、且つその内径は、前記ウェーハ保持部の外周よりも小さく、前記整流壁の下端は、前記回転体ユニットの上面よりも下にあり、且つその内径は、前記回転体ユニットの外周よりも大きいことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置が提供される。
本発明の別の一態様によれば、チャンバと、前記チャンバに設けられ前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入口と、前記チャンバに設けられ前記反応ガスを前記チャンバ内から排出するガス排気口と、前記チャンバの内部に設けられた回転体ユニットと、前記回転体ユニットの上部に設けられ、ウェーハを保持するウェーハ保持部と、前記回転体ユニット及び前記ウェーハ保持部から離間してその上部を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁と、を備え、前記整流壁の上端は、前記ウェーハ保持部よりも上方にあり、且つその内径は、前記ウェーハ保持部の外周よりも小さく、前記整流壁は第１ヒーターを有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置が提供される。
本発明の別の一態様によれば、チャンバの内部に設けられた回転体ユニットの上部に配置されたウェーハ保持部にウェーハを設置し、前記チャンバの内部に反応ガスを導入し、前記ウェーハを前記回転体ユニットにより回転しながら前記反応ガスを反応させ、前記反応によって生成した反応後ガスを、前記ウェーハ保持部よりも上方で前記ウェーハ保持部の外周より内側の位置から、前記回転体ユニットの上面よりも下で前記回転体ユニットの外周より外側の位置まで整流し、前記ウェーハの上にエピタキシャル膜を形成す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が提供される。
本発明によれば、反応後ガスの逆流を抑制することで、成膜速度とガス利用効率を向上し、そして、ガスの置換効率を向上する、高生産性のエピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法が提供される。
本発明の第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。 第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置における反応後ガスの状態を例示する断面模式図である。 第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。 第１の実施形態と第１、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置における装置内の反応後ガスの流れを例示する模式図である。 第１の実施形態と第１、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置における装置内の平均空気齢を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の変形例の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の別の変形例の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の要部の構成を例示する模式断面図である。 第２の実施形態と第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置における、整流壁の距離を変えた時の特性を例示する模式図である。 第２の実施形態と第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置における、整流壁の角度を変えた時の特性を例示する模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る別のエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の変形例の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の変形例の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の変形例の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第６の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第７の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。 本発明の第８の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法を例示するフローチャート図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。
図１に表したように、第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａは、チャンバ１０を備える。チャンバ１０の内部には、回転体ユニット７０が設けられ、その上面には、ウェーハ４０を保持するウェーハ保持部５０が設けられている。図１においては、ウェーハ保持部５０は、例えば、平面視（図１において紙面に対して平行に上方から下方に向けて眺めた場合）がリング状などの環状の形態を有する。このウェーハ保持部５０によってウェーハは保持され、回転体ユニット７０によってウェーハ４０は回転する。
また、チャンバ１０の例えば上部には、チャンバ１０の内部に反応ガス（原料ガスやキャリアガス）を導入するガス導入口２０が設けられ、また、チャンバ１０の例えば下部には、反応ガス（反応後ガス）を排気するガス排気口３０、が設けられている。また、チャンバ１０の外壁部には、冷却用の冷媒として、例えば冷却水が循環するための冷却パイプ１２０が設けられている。
回転体ユニット７０の上部には、アダプタ１１５に支持された整流板１１０が設けられ、ガス導入口２０から導入された反応ガスを、ウェーハ４０に向けて均一に整流して導入することができる。整流板１１０には、例えば石英等を用いることができる。ただし、これに限らず、整流板１１０には、耐熱性が高く化学的に安定な各種の材料を用いることができる。また、上記の整流板１１０及びアダプタ１１５は必要に応じて設ければ良く、例えば、ウェーハ保持部５０の上部のチャンバ１０の内壁１２までの空間が狭い場合等は、省略しても良い。また、他の構成要素が、整流板１１０やアダプタ１１５を兼用することもできる。
なお、図１に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ａでは、チャンバ１０の内壁１２には、内壁１２からウェーハ４０への汚染を防止すると同時に、内壁１２への反応物の付着を防止するライナ１３０が設けられている。ライナ１３０には、例えば、石英、ＳｉＣ、シリコン等の他、例えば、カーボンにＳｉＣ膜をコートしたもの等各種の材料を用いることができる。なお、ライナ１３０には、これ以外の材料も用いることができる。また、ライナ１３０は必要に応じて設ければ良く、また、他の構成要素がライナ１３０を兼用することができる。また、エピタキシャルウェーハの製造装置１ａでは、アダプタ１１５は、ライナ１３０を介して、チャンバ１０に保持されているが、本発明はこれに限らず、整流板１１０やアダプタ１１５はライナ１３０を介さず、例えば直接チャンバ１０に接続されても良い。
なお、回転体ユニット７０の内部には、ウェーハ４０を加熱する内部ヒーター１００（第３ヒーター）が設けられている。内部ヒーター１００は、例えば、円盤形状や環状形状を有することができる。また、場合によっては、回転体ユニット７０の内部だけではなく、外部にもヒーターを設けても良い。これらヒーターには、例えば、グラファイトを石英層で挟んだ構造や、ＳｉＣからなる抵抗加熱方式のヒーターを用いることができる。
そして、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａでは、上端がアダプタ１１５に接続した整流壁２００が設けられている。そして、整流壁２００の上端２０１は、ウェーハ保持部５０よりも上方で、ウェーハ保持部５０の外周より内側にある。そして、整流壁２００の下端２０２は、回転体ユニット７０の上面よりも下方で、回転体ユニット７０の外周より外側にある。
すなわち、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａは、回転体ユニット７０及びウェーハ保持部５０から離間してその上部を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁２００を備える。そして、整流壁２００の上端は、ウェーハ保持部５０よりも上方にあり、且つその内径は、ウェーハ保持部５０の外周よりも小さい。そして、整流壁２００の下端は、回転体ユニット７０の上面よりも下方にあり、且つその内径は、回転体ユニット７０の外周よりも大きい。
すなわち、整流壁２００の回転体ユニット７０側の面（内側面）は、回転体ユニット７０の上部の外周部に近接している。すなわち、回転体ユニット７０の回転中心部における、回転体ユニット７０の上方空間の上下方向の長さよりも、回転体ユニット７０の外周部における、回転体ユニット７０の上方空間の上下方向の長さを、短くする。
そして、整流壁２００の内側面は、回転体ユニット７０の上部の側面に近接している。すなわち、回転体ユニット７０の下部における回転体ユニットの側面の外側の空間の、水平方向（回転体ユニット７０の回転中心から外側に向けて）の距離よりも、回転体ユニット７０の上部における回転体ユニット７０の側面の外側の空間の、水平方向の距離を短くする。
整流壁２００には、例えば、石英、ＳｉＣ、シリコン等の他、例えば、カーボンにＳｉＣ膜をコートしたもの等各種の材料を用いることができる。
このような構成のエピタキシャルウェーハの製造装置において、例えば、反応ガスとして、原料ガスであるトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）と、キャリアガスである水素（Ｈ２）との混合ガスをガス導入口２０から導入し、回転体ユニット７０によってウェーハ４０を回転しながら、高温度に保持されたウェーハ４０の上にエピタキシャル膜が形成される。
すなわち、チャンバ内に流入した反応ガスは、アダプタ１１５に保持された整流板１１０を介してウェーハ４０の上面に流入する。流入した反応ガスは、高温に加熱されたウェーハ４０の上にエピタキシャル膜を形成する。
この時、例えばトリクロロシランを原料ガスとし、水素をキャリアガスとした場合には、総括反応として以下の反応式で示す化学反応が生じる。

ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２ → Ｓｉ＋３ＨＣｌ

そして、上式の右辺のＳｉがウェーハ表面にシリコン膜として生成する。この化学反応が示すように、Ｓｉの生成と同時に、塩化水素（ＨＣｌ）ガスが発生する。この塩化水素ガスを含む反応後ガス（この場合、残存する原料ガス、残存するキャリアガス、塩化水素ガス及び中間生成物ガス）がスムースに排出されずに装置内に残留すると、例えば、Ｓｉ膜がエッチングされ、成膜速度の向上やガス利用効率の向上の弊害となるが、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいては、整流壁２００が設けられているので、この反応後ガスを効率良く排気することができる。
すなわち、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいては、整流壁２００を設けているので、回転体ユニット７０の上面及び外側面と、整流壁２００との間の隙間が狭くなることで、反応後ガスの粘性抵抗が増大し、反応後ガスの外周方向への流量を低減でき、反応後ガスの逆流を抑えることができる。この結果、ウェーハ上での成膜速度及びガス利用効率を向上することができる。
さらに、反応後ガスの逆流が低減し、反応後ガスの滞留が生じなくなることと、反応後ガスが流れる空間の体積が低減することと、反応後ガスのガス排気口３０への誘導の効率が向上することによりガスの置換効率を向上し、生産性を向上できる。
（第１の比較例）
以下、第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａについて説明する。
第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａは、図１に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいて、整流壁２００が設けられていない構造を有す。これ以外は、エピタキシャルウェーハの製造装置１ａと同様なので、詳細な説明は省略する。
図２は、第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置における反応後ガスの状態を例示する断面模式図である。
同図は、第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａの要部を例示しており、回転体ユニット７０の回転中心線７１の左側部分の、整流板１１０、アダプタ１１５、回転体ユニット７０、ウェーハ保持部５０、ウェーハ４０を例示している。
第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａは、整流壁２００を有していないので、ウェーハ保持部５０とアダプタ１１５との間の隙間が広い。
そして、図２に表したように、ウェーハ４０及びウェーハ保持部５０は、回転体ユニット７０と共に高速回転しているので、反応ガスに遠心力が発生し、回転体ユニット７０の外縁部付近では外周方向への流速が早くなる。そのため、回転体ユニット７０の外周部の回転体ユニット７０の近傍では、外周方向への流量Ｖｏｕｔが大きくなる。
この時、外周方向へ流れる反応後ガスは、この例では、アダプタ１１５とウェーハ保持部５０との間、及び、ライナ１３０と回転体ユニット７０の側壁との間、を通って、ガス排気口３０に向けて流れようとするが、外周方向への流量Ｖｏｕｔが過度に大きいと、ガス排気口３０に向けての流動可能量を超えてしまい、結果として、例えば、回転体ユニット７０の上方のアダプタ１１５に近接した部位で逆流してしまう。すなわち、反応後ガスの内周方向への流量Ｖｉｎ（逆流流量Ｖｉｎ）が増大する。この逆流流量Ｖｉｎは、外周方向への流量Ｖｏｕｔと、ガス排気口３０に向けての流動可能量と、の差分であり、外周方向への流量Ｖｏｕｔが増大すると、逆流流量Ｖｉｎも増大する。そして、塩化水素ガスを含む反応後ガスが、ウェーハ４０上に逆流すると、シリコン膜がエッチングされ、成膜速度やガス利用効率が低下する。
また、多層の成膜を行う際には、反応後ガスが逆流すると、ドーパントガスの切り替えに長い時間を要し、すなわち、装置内のガスの置換効率が悪くなり、結果として、スループットを低下させてしまい、エピタキシャルウェーハの生産性の向上に弊害がある。
（第２の比較例）
図３は、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。
図３に表したように、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ｂにおいては、整流壁２０９が設けられている。だたし、この整流壁２０９は、回転体ユニット７０の上方のみに設けられている。すなわち、整流壁２０９の上端２０１は、ウェーハ保持部５０よりも上方で、ウェーハ保持部５０の外周より内側にあり、整流壁２０９の下端２０２は、回転体ユニット７０の上面よりも上にある。この整流壁２０９の構造以外は、図１に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ａと同等なので、説明を省略する。
このように、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ｂにおいては、整流壁２０９が、回転体ユニット７０の上方のみに設けられている。このため、反応後ガスは、整流壁２０９の下端２０２からその上方に向かって逆流し、チャンバ内に滞留してしまう。このため、ドーパントガスの切り替えに長い時間を要し、結果として、装置内のガスの置換効率が悪く、スループットを低下させてしまい、エピタキシャルウェーハの生産性の向上に弊害がある。
以下、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａと、第１、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａ、９ｂの特性について詳しく説明する。
図４は、第１の実施形態と第１、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置における装置内の反応後ガスの流れを例示する模式図である。
すなわち、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａ及び第１、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａ、９ｂの反応後ガスの流れの数値解析結果を例示している。
これらの図には、大きい矢印の他に、多くの小さい矢印が描かれている。多くの小さい矢印は、装置内の各位置におけるガスの流れの向きと速さを示している。ただし、回転方向の速度成分を除いている。すなわち、濃い色の矢印は流れが速く、薄い色の矢印は流れが遅く、それらの中間の色の矢印はそれらの中間の速さであることを表している。一方、図中の大きい矢印は、上記の小さい矢印で表されたガスの流れの向きの概要を表している。
図４（ｂ）に表したように、第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａにおいては、回転体ユニット７０の外周の上部において、流速が速い反応後ガスの上方向の流れ２１ａが観察される。そして、回転体ユニット７０の上方のアダプタ１１５に近い空間で反応後ガスの逆流２１ｂが観察される。すなわち、回転体ユニット７０の上方のアダプタ１１５に近い空間で、反応後ガスの逆流流量Ｖｉｎが大きい。例えば、アダプタ１１５と整流板１１０との境界１１６の下部における反応後ガスの流れ２１ｃは内周側（同図中の紙面に向かって右側）に向いており、その流速は速い。
また、図４（ｃ）に表したように、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ｂにおいては、整流壁２０９を有しているため、例えば、アダプタ１１５と整流板１１０との境界１１６の下部における反応後ガスの流れ２１ｃは小さくなっており、第１の比較例に比べると、ある程度の改善効果が見られる。しかしながら、第２の比較例においては、整流壁２０９の下端２０２からその上方に向かう流れ２１ａが観察され、反応後ガスは、チャンバ内に滞留してしまう。すなわち、この上方に向かう流れ２１ａのために、ウェーハ保持部５０とアダプタ１１５との間の空間から、回転体ユニット７０とライナ１３０との間の空間へと、下方向に、反応後ガスが円滑に流出することを妨げてしまい、結果として、反応後ガスの排気効率が低い。
これに対し、図４（ａ）に表したように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａでは、反応後ガスは、ウェーハ４０の上部空間から整流壁２００にそって、回転体ユニット７０の側面に向けて、下方向に円滑に流れている。そして、例えば、アダプタ１１５と整流板１１０との境界１１６の下部における反応後ガスの流れ２１ｃの逆流流量Ｖｉｎが小さい。これにより、反応後ガスの滞留は実質的に生じていない。
また、整流壁２００の下端２０２における上方に向かう流れないため、ウェーハ保持部５０とアダプタ１１５との間の空間から、回転体ユニット７０とライナ１３０との間の空間へと、下方向に、反応後ガスが円滑に流れ出るので、反応後ガスの排気効率が高い。
ここで、これらの装置における、反応後ガスの整流性能を表す指標として、アダプタ１１５と整流板１１０との境界１１６における反応後ガスの流れ２１ｃの逆流流量Ｖｉｎを比較すると、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａの反応後ガスの逆流流量Ｖｉｎは、第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａに対し、５９％低減することが分かった。
これは、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａでは、整流壁２００を設けることにより、回転体ユニット７０の上面及びウェーハ保持部５０の上面と、整流壁２００とで形成される空間の鉛直（上下）方向の隙間が、第１の比較例よりも狭くなっているため、反応後ガスの粘性抵抗が増加し、外周方向への流量Ｖｏｕｔが低減し、結果として、内周方向に向かう逆流流量Ｖｉｎが低減したものと考えられる。
一方、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ｂにおいては、整流壁２０９が設けられているので、反応後ガスの逆流流量Ｖｉｎは、本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造装置１ａと同等に小さな値を示した。しかしながら、製造装置９ｂでは、整流壁２０９の下端が、回転体ユニット７０の上面よりも上にあるため、以下具体的に説明するように、反応後ガスが円滑に排気されずチャンバ１０内に滞留する。
図５は、第１の実施形態と第１、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置における装置内の平均空気齢を例示する模式図である。
すなわち、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａ及び第１、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａ、９ｂの平均空気齢の数値解析結果を例示している。ここで、平均空気齢とは、系に流入したガスが、ある点に至るまでに要した平均的な時間である。つまり、平均空気齢が小さいほど、装置内の置換効率が良いことを表す。
そして、同図中の濃いハッチングの領域は、平均空気齢が大きいことを表し、薄いハッチングの領域は、平均空気齢が小さいことを表し、そして、それらの中間の濃さのハッチングの領域は、それらの中間の平均空気齢であることを表している。
そして、エピタキシャルウェーハの製造装置においては、特に回転体ユニット７０の上部及びウェーハ保持部５０の上部におけるガスの置換効率が高いことが望まれる。すなわち、特に回転体ユニット７０の上部及びウェーハ保持部５０の上部において、平均空気齢が小さいことが望まれる。
図５（ｂ）に表したように、第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａにおいては、回転体ユニット７０及びウェーハ保持部５０の外周部の上部で、平均空気齢が大きい。すなわち、装置の換気効率が低い。
また、図５（ｃ）に表したように、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ｂにおいても、回転体ユニット７０及びウェーハ保持部５０の外周部の上部で、平均空気齢が大きく、装置の換気効率が低い。
これに対し、図５（ａ）に表したように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいては、装置全体で平均空気齢が小さく、特に、回転体ユニット７０及びウェーハ保持部５０の外周部の上部で、平均空気齢が小さい。すなわち、装置の換気効率が高い。
そして、これらの装置における排気効率を表す指標として、回転体ユニット７０の上方の平均空気齢、すなわち、アダプタ１１５と整流板１１０との境界１１６を延長した、アダプタ１１５からウェーハ保持部５０に到る面における、平均空気齢の最大値を比較すると、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａの平均空気齢の最大値は、整流壁２００を設けない第１の比較例に対し、７２％低減し、そして、整流壁２０９の下端が回転体ユニット７０の上面よりも上にある、第２の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ｂに対し、４７％低減することが分かった。
これは、整流壁２００の設置によって、反応後ガスの逆流が低減するため滞留が生じなくなることと、反応後ガスが流れる空間の体積が低減することと、ガス排気口３０へのガスの誘導が効率化することと、整流壁２００と回転体ユニット７０との間の距離が短くなることによって、平均空気齢が大きくなる下部の空間（回転体ユニット７０の側面とライナ１３０との間の空間）と、ウェーハ保持部５０の上方の空間の分離ができることと、が原因と考えられる。
このように、第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａは、整流壁２００を設けることにより、装置内部のガスの流れが整流化され、ウェーハ上への逆流流量及び平均空気齢を大幅に低減することができる。すなわち、成膜速度、ガス利用効率を向上し、そして、ガスの置換効率を向上することで、高生産性のエピタキシャルウェーハの製造装置が提供できる。
なお、図１に例示したように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいては、整流壁２００は、上端の口径が狭く下端の口径が広くなった環状の形状を有している。そして、整流壁２００の上端は、チャンバ１０の内壁１２に連通している。すなわち、この例では、アダプタ１１５を介して、チャンバ１０の内壁１２に連通している。
もし、整流壁２００がこのように環状であり、その上端がアダプタ１１５（及びそれに連通したチャンバ１０の内壁１２）から離間している場合、例えば、整流板１１０を介してウェーハ保持部５０の上方に流入した反応ガスは、整流壁２００の上端において、整流壁２００の回転体ユニット７０側の面だけでなく、整流壁２００のチャンバ１０側の面にも流入されることになり、反応ガスの利用効率が低下する。また、図１に例示したように、整流壁２００の下端がライナ１３０から離間していて、上端がアダプタ１１５から離間している場合、反応後ガスが、整流壁２００の下端から上方に向けて逆流し、整流壁の上端を経て、ウェーハ４０に向けて逆流してしまう。
これを防止するために、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａのように、整流壁２００が、環状の形状を有している場合、整流壁２００の上端は、チャンバ１０の内壁１２に連通していることが望ましい。この場合、整流壁２００の上端は、アダプタ１１５等の他の部材を介して、チャンバ１０の内壁１２に連通していることを含める。すなわち、整流壁２００の外側（チャンバ１０側）の面側の空間に、反応ガスが流入したり、整流壁２００の外側を介して、反応後ガスがウェーハ４０側に逆流しないようにできれば良い。
すなわち、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいては、ガス導入口２０から導入された反応ガスの実質的に全ては、整流壁２００の上端における開口を介して整流壁２００と回転体ユニット７０との間隙を通過する。
なお、後述するように、整流壁２００の外側の面が、チャンバ１０やライナ１３０、アダプタ１１５に当接または近接しており、整流壁２００の外側の面側の空間が狭く、その空間に反応ガスや反応後ガスが流入しなければ、整流壁２００の上端は、必ずしも、チャンバ１０の内壁１２に連通していなくても良い。
また、図１に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいては、整流壁２００の回転体ユニット７０側の面（内側面）の上部は、回転体ユニットに向かった凸形状を有している。そして、整流壁２００の回転体ユニット７０側の面の下部は、回転体ユニット７０に向かった凹形状を有している。これにより、反応ガス及び反応後ガスの両方を整流し、反応後ガスの逆流を効率的に抑制することができる。ただし、後述するように、本発明はこれに限らず、整流壁２００の内側面の断面形状が直線的であっても良い。
さらに、図１に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいては、整流壁２００の回転体ユニット７０側の面は、連続的な曲面である。これにより、反応ガス及び反応後ガスの局部的な滞留を抑制でき、反応後ガスの逆流を効率的に抑制できる。ただし、後述するように、本発明はこれに限らず、整流壁２００の内側面の断面形状は、不連続な面であっても良い。
以下、本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造装置の変形例を説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の変形例の構成を例示する模式断面図である。
図６に表したように、本実施形態に係る変形例のエピタキシャルウェーハの製造装置１ｂでは、整流壁２００が、ライナを兼用している例である。
このような構成とした時も、ウェーハ上への逆流流量及び平均空気齢を大幅に低減することができ、成膜速度、ガス利用効率を向上し、そして、ガスの置換効率を向上することで、高生産性のエピタキシャルウェーハの製造装置が提供できる。
なお、整流壁２００がライナを兼用することから部品点数が減り、装置のメンテナンスが容易となる他、装置の低コスト化等、種々の利点がある。
図７は、本発明の第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の別の変形例の構成を例示する模式断面図である。
図７に表したように、本実施形態に係る別の変形例のエピタキシャルウェーハの製造装置１ｃでは、整流壁２００は、外周面の形状が円筒状であり、内周面上端の口径よりも下端の口径が広くなる形状である。すなわち、整流壁２００の外側の面が、チャンバ１０やライナ１３０、アダプタ１１５に当接または近接している。
このような構成とした時も、ウェーハ上への逆流流量及び平均空気齢を大幅に低減することができ、成膜速度、ガス利用効率を向上し、そして、ガスの置換効率を向上することで、高生産性のエピタキシャルウェーハの製造装置が提供できる。
なお、整流壁２００を、外周面の形状が円筒状であり、内周面上端の口径よりも下端の口径が広くなる形状とすることで、整流壁２００の外側の面が、チャンバ１０やライナ１３０、アダプタ１１５に当接または近接することにより、整流壁２００の温度は低温下し、整流壁２００への膜の付着量を低減できるため、装置のメンテナンス回数を低減できる。
（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の要部の構成を例示する模式断面図である。
図８に表したように、本発明の第２の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置２ａにおいては、整流壁２００が設けられている。そして、整流壁２００の断面形状が直線形状である例である。すなわち、図１に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいては、整流壁２００の断面形状が、曲線の形状を有していたが、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置２ａは、整流壁２００の断面形状が直線である。これ以外は、エピタキシャルウェーハの製造装置１ａと同様なので説明を省略する。
そして、以下では、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置２ａにおいて、整流壁２００の構成を変えた場合の特性について、詳しく説明する。
すなわち、図８に例示したように、整流壁２００がウェーハ保持部５０の上面となす角θ（整流壁角θ）、及び、整流壁２００とウェーハ保持部との水平方向（回転体ユニット７０の回転軸に垂直方向）の距離Ｌ（整流壁距離Ｌ）を変えて、反応後ガスの逆流流量Ｖｉｎ及び平均空気齢を数値解析した。なお、整流壁角θを変える際、ウェーハ保持部５０の上面の延長線と整流壁２００とが交差する同図中のａ点を中心として、角度を変えた。
以下に例示するのは、整流壁角θを４５°一定とし、整流壁距離Ｌを変え、反応後ガスの逆流流量Ｖｉｎ及び平均空気齢を求めた結果である。そして、整流壁距離Ｌを一定とし、整流壁角θを３０°、４５°、６０°と変えて、反応後ガスの逆流流量Ｖｉｎ及び平均空気齢を求めた結果である。
図９、図１０は、第２の実施形態と第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置における、整流壁の、それぞれ距離と角度を変えた時の特性を例示する模式図である。
すなわち、図９（ａ）及び図１０（ａ）は、反応後ガスの逆流流量Ｖｉｎの解析結果を例示しており、縦軸は、ウェーハ保持部５０の上方のアダプタ１１５と整流板１１０の境界１１６における反応後ガスの逆流流量Ｖｉｎを表している。また、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）は、平均空気齢を例示しており、縦軸は、アダプタ１１５と整流板１１０との境界１１６を延長した、アダプタ１１５からウェーハ保持部５０に到る面における、平均空気齢の最大値である。そして、これらの図には、第１の比較例のエピタキシャルウェーハの製造装置９ａの結果も合わせて記載している。
図９（ａ）に例示したように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置２ａにおいては、整流壁距離Ｌが大きい場合（例えばＬが３ｄ）は、逆流流量Ｖｉｎは第１の比較例と同等であるが、整流壁距離Ｌが小さくなると（例えばＬがｄや２ｄの場合）、比較例に比べて逆流流量Ｖｉｎが特に小さくなり、逆流が抑制されている。なお、上記において、「ｄ」は、製造装置の各サイズに関連する所定の長さである。
また、図９（ｂ）に例示したように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置２ａにおいては、整流壁距離Ｌがいずれの場合も、平均空気齢が第１の比較例よりも小さい。そして、整流壁距離Ｌが小さいほど、逆流流量Ｖｉｎが小さくなっている。
このように、整流壁距離Ｌが小さいほど、逆流流量Ｖｉｎが小さくなり、逆流が抑制され、そして、平均空気齢も小さくなり、換気効率が向上する。
一方、図１０（ａ）に例示したように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置２ａにおいては、どの整流壁角θの場合も、逆流流量Ｖｉｎは第１の比較例よりも小さい。そして。整流壁角θが小さくなるほど逆流流量Ｖｉｎは小さくなり、特にθが３０°の場合に、逆流流量Ｖｉｎは特に小さくなっている。
また、図１０（ｂ）に例示したように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置２ａにおいては、整流壁角θがいずれの場合も、平均空気齢は第１の比較例よりも小さい。そして、整流壁角θが小さいほど逆流流量Ｖｉｎが小さくなっている。
このように、整流壁角θが小さいほど、逆流流量Ｖｉｎが小さくなり、逆流が抑制でき、そして、平均空気齢も小さくなり、換気効率が向上する。
以上のように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置２ａにおいて、整流壁距離Ｌ及び整流壁角θが小さいほど、逆流流量Ｖｉｎが小さくなり逆流が抑制でき、そして、平均空気齢も小さくなり換気効率が向上する。
特に、整流壁角θが小さい場合に、逆流流量Ｖｉｎが特に改善されている。すなわち、整流壁角θが小さくなると、整流壁２００の上端が、ウェーハ保持部５０の内周側に位置することになる。この時、回転体ユニット７０の外周部において、回転体ユニット７０（またはウェーハ保持部５０）の上方空間の上下方向の長さが短くなる。すなわち、回転体ユニット７０（またはウェーハ保持部５０）と整流壁２００とで形成される空間の鉛直方向の隙間が、第１の比較例と比較して狭くなるため、反応後ガスの粘性抵抗が増加し、外周方向への流量Ｖｏｕｔが低減し、結果として逆流流量Ｖｉｎが低減したものと考えられる。
すなわち、整流壁２００の回転体ユニット７０側の面（内側面）は、回転体ユニット７０の上部の外周部に近接することによって、回転体ユニット７０の回転中心部における、回転体ユニット７０の上方空間の上下方向の長さよりも、回転体ユニット７０の外周部における、回転体ユニット７０の上方空間の上下方向の長さを短くする形状であることが望ましい。
また、上記のように、整流壁距離Ｌが小さくなると、逆流流量Ｖｉｎ及び平均空気齢が改善する。すなわち、整流壁距離Ｌが小さくなると、整流壁２００が、回転体ユニット７０の側面部の上部に近づく。これにより、回転体ユニット７０の上部における空間、すなわち、反応後ガスが流れる空間の体積が低減することと、ガス排気口へのガスの誘導が効率化することと、整流壁２００と回転体ユニット７０との間の距離が短くことによって、平均空気齢が大きくなる下部の空間（回転体ユニット７０とライナ１３０との間の空間）と、ウェーハ保持部５０の上方の空間の分離ができ、逆流流量Ｖｉｎ及び平均空気齢が改善する。
すなわち、整流壁２００の内側面は、回転体ユニット７０の上部の側面に近接することによって、回転体ユニット７０の下部における回転体ユニットの側面の外側の空間の、水平方向（回転体ユニット７０の回転中心から外側に向けて）の距離よりも、回転体ユニット７０の上部における回転体ユニット７０の側面の外側の空間の、水平方向の距離を短くする形状であることが望ましい。
なお、既に説明したように、第１の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおける整流壁２００の形状も上記の条件に合致している。
（第３の実施の形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。
図１０に表したように、本発明の第３の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置３ａでは、チャンバ１０の内壁１２自身が、整流壁２００となる例である。
すなわち、チャンバ１０の内壁は、回転体ユニット７０及びウェーハ保持部５０から離間してその周囲を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁２００を有している。整流壁２００の上端は、ウェーハ保持部５０よりも上方にあり、且つその内径は、ウェーハ保持部５０の外周よりも小さい。そして、整流壁２００の下端は、回転体ユニット７０の上面よりも下にあり、且つその内径は、回転体ユニット７０の外周よりも大きい。
すなわち、チャンバ１０の内側の面に、上端が、ウェーハ保持部５０よりも上方でウェーハ保持部５０の外周より内側にあり、下端が、回転体ユニット７０の上面よりも下で回転体ユニット７０の外周より外側にある整流壁２００が設けられている。そして、この整流壁２００は、反応ガスが反応した後の反応後ガスを整流して、ガス排気口３０に向けて流出させる。
すなわち、エピタキシャルウェーハの製造装置３ａにおいては、チャンバ１０の内壁１２が、図１に例示した整流壁２００の内側の側面の形状を有している。この場合、整流壁２００の断面形状は曲線である。
このような構成とした時も、ウェーハ上への逆流流量及び平均空気齢を大幅に低減することができ、成膜速度、ガス利用効率を向上し、そして、ガスの置換効率を向上することで、高生産性のエピタキシャルウェーハの製造装置が提供できる。
また、チャンバ１０の内壁１２自身が、整流壁２００なることで、部品点数を減らすことができ、装置のメンテナンスが容易となる他、装置の低コスト化等、種々の利点がある。
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る別のエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。
図１２に表したように、本発明の第３の実施形態に係る別のエピタキシャルウェーハの製造装置３ｂでは、チャンバ１０の内壁１２自身が、整流壁２００なる別の例である。すなわち、製造装置３ｂにおいては、チャンバ１０の内壁１２が、断面形状が直線的な形状を有している。
このような構成とした時も、ウェーハ上への逆流流量及び平均空気齢を大幅に低減することができ、成膜速度、ガス利用効率を向上し、そして、ガスの置換効率を向上することで、高生産性のエピタキシャルウェーハの製造装置が提供できる。
また、チャンバ１０の内壁１２自身が、整流壁２００なることで、部品点数を減らすことができ、装置のメンテナンスが容易となる他、装置の低コスト化等、種々の利点がある。
なお、図１１、図１２において、整流壁２００が設けられている部分のチャンバ１０の壁の内部にも冷却パイプを設けることができる。また、整流壁２００が設けられるチャンバ１０の内側の面には、石英やＳｉＣ等の反応ガスに対して汚染性の小さい保護層を設けることができる。
（第４の実施の形態）
図１３は、本発明の第４の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。
図１３に表したように、第４の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置４ａは、図１に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ａにおいて、整流壁２００が整流壁ヒーター２１０（第１ヒーター）を有するものである。それ以外はエピタキシャルウェーハの製造装置１ａと同様なので説明を省略する。
整流壁ヒーター２１０は、ウェーハ保持部５０の少なくとも一部を加熱する。エピタキシャルウェーハの製造装置４ａにおいては、整流壁２００に整流壁ヒーター２１０が設けられているので、ウェーハ保持部５０の外周部を整流壁ヒーター２１０で加熱することができる。これにより、成膜速度、ガス利用効率、及びガスの置換効率を向上することに加えて、ウェーハ保持部５０内の温度差を縮小することで応力を緩和してウェーハ保持部５０の破損のリスクや歪みを低減できる。そして、ウェーハ４０の温度均一性を高め、均一なエピタキシャル膜が得られる。
すなわち、ウェーハ４０上に単結晶膜を生成する際に、内部ヒーター１００からの輻射熱によってウェーハの温度を例えば１１００℃程度の高温に加熱する。このとき、ウェーハ保持部５０の温度も上昇する。
この時、一般的には、ウェーハ保持部５０の外周部では反応ガスの流速が速いため、反応ガスによってウェーハ保持部５０の外周部は冷却される傾向となる。また、例えば、チャンバ１０の外壁が冷却水により冷却されて温度は低くされ、この外壁への輻射により、ウェーハ保持部５０の外周部は冷却される。これのため、ウェーハ保持部５０の外周部の温度はその内側に比べて低下する傾向になる。
このため、通常のエピタキシャルウェーハの製造放置では、この外周部と内側の温度差のために、ウェーハ保持部５０に大きな応力が発生し易くなる。また、ウェーハ保持部５０としてウェーハ４０の裏面を保持するサセプタを用いた場合にも同様のことが起きる。これにより、サセプタに温度差による応力が発生して、サセプタに僅かではあるが歪みが生じ、ウェーハ４０の裏面とサセプタとの接触が不均一となり、結果としてウェーハ４０の温度が不均一となり、均一なエピタキシャル膜を得ることが難しい。
これに対し、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置４ａでは、ウェーハ保持部５０の外周部を整流壁ヒーター２１０で加熱することができるので、ウェーハ保持部５０の外周部の温度低下が抑制され、結果としてウェーハ保持部５０の応力を緩和できる。また、内部ヒーター１００と整流壁ヒーター２１０の両者によって、ウェーハ４０の外周部を加熱することができるので、ウェーハ４０の外周部を局部的に加熱でき、ウェーハ４０の温度分布が均一化され、均一なエピタキシャル膜が得られる。
なお、整流壁２００に原料ガスが付着することがある。この時、ＨＣｌ等のガスを導入してこの付着物の除去を行う際、整流壁２００を整流壁ヒーター２１０によって加熱できるので、除去し易くなり、装置のクリーニングの効率の点でも本実施形態の構成は優れている。
図１４は、本発明の第４の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の変形例の構成を例示する模式断面図である。
図１４（ａ）に表したように、本実施形態に係る変形例のエピタキシャルウェーハの製造装置４ｂは、図１３に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置４ａにおいて、内部ヒーター１００が、アウトヒーター１０２とインヒーター１０４とを有するものである。それ以外はエピタキシャルウェーハの製造装置４ａと同様なので説明を省略する。
インヒーター１０４は例えば円盤状であり、アウトヒーター１０２はインヒーター１０４の外周部に設けられ、環状である。そして、本具体例では、アウトヒーター１０２は、インヒーター１０４よりもウェーハ保持部５０側に設けられている。そして、インヒーター１０４とアウトヒーター１０２とによってウェーハ４０を加熱しつつエピタキシャル成膜を行う。
この時、ウェーハ４０の温度を均一にするために、一般に、アウトヒーター１０２の温度は非常に高温となり、このためアウトヒーター１０２の寿命が短くなり、結果として、生産性を低下させる要因となる。
これに対し、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置４ｂにおいては、整流壁ヒーター２１０によってウェーハ４０の外周部を加熱でき、結果として、アウトヒーター１０２の温度を従来よりも下げることができる。これにより、アウトヒーター１０２の寿命を向上し、生産性を向上させる。そして、整流壁ヒーター２１０によってウェーハ４０の外周部を局部的に加熱でき、ウェーハ４０の温度分布が均一化されるので、均一なエピタキシャル膜が得られる。
また、図１４（ｂ）に表したように、本実施形態に係る変形例のエピタキシャルウェーハの製造装置４ｃは、図１４（ａ）に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置４ｂにおいて、内部ヒーター１００が、実質的に同一平面上に配置されたインヒーター１０８とアウトヒーター１０７を有するものである。それ以外はエピタキシャルウェーハの製造装置４ｂと同様なので説明を省略する。
この場合も、整流壁ヒーター２１０によってウェーハ４０の外周部を加熱でき、アウトヒーター１０７の温度を従来よりも下げ、アウトヒーター１０７の寿命を向上し、生産性を向上させる。そして、ウェーハ４０の温度分布が均一化され、均一なエピタキシャル膜が得られる。
図１５は、本発明の第４の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の変形例の構成を例示する模式断面図である。
図１５に表したように、本実施形態に係る変形例のエピタキシャルウェーハの製造装置４ｄは、図６に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ｂにおいて、整流壁２００が整流壁ヒーター２１０を有するものである。すなわち、整流壁２００が、ライナを兼用し、さらに、整流壁ヒーター２１０を有する。それ以外はエピタキシャルウェーハの製造装置１ｂと同様なので説明を省略する。
この場合も、成膜速度、ガス利用効率、及びガスの置換効率を向上することに加えて、ウェーハ保持部５０内の温度差を縮小することで応力を緩和してウェーハ保持部５０の破損のリスクや歪みを低減できる。そして、ウェーハ４０の温度均一性を高め、均一なエピタキシャル膜が得られ、そして、整流壁２００がライナを兼用することから部品点数が減り、装置のメンテナンスが容易となる他、装置の低コスト化等、種々の利点がある。
図１６は、本発明の第４の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の変形例の構成を例示する模式断面図である。
図１６に表したように、本実施形態に係る変形例のエピタキシャルウェーハの製造装置４ｅは、図７に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ｃにおいて、整流壁２００が整流壁ヒーター２１０を有するものである。それ以外はエピタキシャルウェーハの製造装置１ｃと同様なので説明を省略する。
この場合も、成膜速度、ガス利用効率、及びガスの置換効率を向上することに加えて、ウェーハ保持部５０内の温度差を縮小することで応力を緩和してウェーハ保持部５０の破損のリスクや歪みを低減できる。そして、ウェーハ４０の温度均一性を高め、均一なエピタキシャル膜が得られる。
なお、上記のエピタキシャルウェーハの製造装置４ｄ及び４ｅにおいて、内部ヒーター１００が、ウェーハ保持部５０に対して異なる位置に設けられるアウトヒーター１０２及びインヒーター１０４や、ウェーハ保持部５０に対して実質的に同一平面上の位置に設けられるアウトヒーター１０７及びインヒーター１０８を有しても良い。
また、上記のエピタキシャルウェーハの製造装置４ａ〜４ｅにおいて、ウェーハ保持部５０としてサセプタを用いても良い。この場合は、サセプタにおいて温度差による応力を減少させ、サセプタの歪みを縮小し、ウェーハ４０の裏面とサセプタとの接触を均一にし、結果としてウェーハ４０の温度が均一となり、均一なエピタキシャル膜が得られる。
また、上記のエピタキシャルウェーハの製造装置４ａ〜４ｅの具体例においては、整流壁ヒーター２１０は整流壁２００の内部に埋め込まれる構造として例示したが、本発明はこれに限らない。すなわち、整流壁２００が整流壁ヒーター２１０を有していれば良く、整流壁ヒーター２１０は、整流壁２００の外側面（回転体ユニット７０の側と反対の側の面であり、これらの具体例ではチャンバ１０の内壁１２の側の面）に、その少なくとも一部が接触して、または接触しないで設けられても良い。
（第５の実施の形態）
図１７は、本発明の第５の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。
図１７（ａ）及び（ｂ）に表したように、本実施形態に係る変形例のエピタキシャルウェーハの製造装置５ａ及び５ｂは、それぞれ図１１及び図１２に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置３ａ及び３ｂにおいて、内壁１２の一部に形成される整流壁２００が整流壁ヒーター２１０を有するものである。それ以外はエピタキシャルウェーハの製造装置３ａ及び３ｂと同様なので説明を省略する。
すなわち、エピタキシャルウェーハの製造装置５ａ及び５ｂにおいては、チャンバ１０の内壁１２は、回転体ユニット７０及びウェーハ保持部５０から離間してその周囲を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁２００を有し、そして、整流壁２００が整流壁ヒーター２１０を有する。
この場合も、成膜速度、ガス利用効率、及びガスの置換効率を向上することに加えて、ウェーハ保持部５０内の温度差を縮小することで応力を緩和してウェーハ保持部５０の破損のリスクや歪みを低減できる。そして、ウェーハ４０の温度均一性を高め、均一なエピタキシャル膜が得られる。
なお、この場合も、チャンバ１０の内壁１２の整流壁２００に原料ガスが付着することがある。この時、ＨＣｌ等のガスを導入してこの付着物の除去を行う際、整流壁２００を整流壁ヒーター２１０によって加熱できるので、除去し易くなり、装置のクリーニングの効率の点でも本実施形態の構成は優れている。
なお、上記のエピタキシャルウェーハの製造装置５ａ及び５ｂにおいて、内部ヒーター１００が、ウェーハ保持部５０に対して異なる位置に設けられるアウトヒーター１０２及びインヒーター１０４や、ウェーハ保持部５０に対して実質的に同一平面上の位置に設けられるアウトヒーター１０７及びインヒーター１０８を有しても良い。
また、上記のエピタキシャルウェーハの製造装置５ａ及び５ｂにおいて、ウェーハ保持部５０としてサセプタを用いても良い。この場合は、サセプタにおいて温度差による応力を減少させ、サセプタの歪みを縮小し、ウェーハ４０の裏面とサセプタとの接触を均一にし、結果としてウェーハ４０の温度が均一となり、均一なエピタキシャル膜が得られる。
また、上記のエピタキシャルウェーハの製造装置５ａ及び５ｂの具体例においては、整流壁ヒーター２１０は整流壁２００の内部に埋め込まれる構造として例示したが、本発明はこれに限らない。すなわち、整流壁２００が整流壁ヒーター２１０を有していれば良く、整流壁ヒーター２１０は、例えば、整流壁２００の外側面（回転体ユニット７０の側と反対の側の面であり、これらの具体例ではチャンバ１０の外側の面）に、その少なくとも一部が接触して、または接触しないで設けられても良い。
（第６の実施の形態）
図１８は、本発明の第６の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。
また、図１８に表したように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置６ａ及び６ｂは、図１及び図６に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置１ａ及び１ｂにおいて、整流壁２００とチャンバ１０との間に設けられた付加ヒーター２２０をさらに備える。すなわち、付加ヒーター２２０は、整流壁２００の回転体ユニット７０とは反対の側に設けられている。
この付加ヒーター２２０は、整流壁２００とは別体として設けられる。そして、付加ヒーター２２０は、ウェーハ保持部５０の少なくとも一部を加熱する。具体的には、付加ヒーター２２０は、整流壁２００を加熱し、結果として、整流壁２００からの輻射熱により、ウェーハ保持部５０の外周部を整流壁ヒーター２１０で加熱することができる。これにより、成膜速度、ガス利用効率、及びガスの置換効率を向上することに加えて、ウェーハ保持部５０内の温度差を縮小することで応力を緩和してウェーハ保持部５０の破損のリスクや歪みを低減できる。そして、ウェーハ４０の温度均一性を高め、均一なエピタキシャル膜が得られる。
このように、付加ヒーター２２０は、整流壁２００の回転体ユニット７０の側、及び、整流壁２００の回転体ユニット７０とは反対の側、の少なくともいずれかに設けることができる。なお、この付加ヒーター２２０は、既に説明した本発明の実施形態に係るエピタキシャルウェーハのいずれかにおいて設けることができる。
（第７の実施の形態）
図１９は、本発明の第７の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を例示する模式断面図である。
図１９に表したように、本実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置７は、図３に例示したエピタキシャルウェーハの製造装置９ｂにおいて、整流壁２０８が整流壁ヒーター２１０を有するものである。
すなわち、エピタキシャルウェーハの製造装置７は、チャンバ１０と、チャンバ１０に設けられチャンバ１０内に反応ガスを導入するガス導入口２０と、チャンバ１０に設けられ反応ガスをチャンバ１０内から排出するガス排気口３０と、チャンバ１０の内部に設けられた回転体ユニット７０と、回転体ユニット７０の上部に設けられ、ウェーハを保持するウェーハ保持部５０と、回転体ユニット７０及びウェーハ保持部５０から離間してその上部を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁２０８と、を備える。そして、整流壁２０８の上端は、ウェーハ保持部５０よりも上方にあり、且つその内径は、ウェーハ保持部５０の外周よりも小さく、整流壁２０８は、整流壁ヒーター２１０（第１ヒーター）を有する。
整流壁ヒーター２１０は、ウェーハ保持部５０の少なくとも一部を加熱する。すなわち、ウェーハ保持部５０の外周部を整流壁ヒーター２１０で加熱することができる。これにより、ウェーハ保持部５０内の温度差を縮小することで応力を緩和してウェーハ保持部５０の破損のリスクや歪みを低減できる。そして、ウェーハ４０の温度均一性を高め、均一なエピタキシャル膜が得られる。
また、内部ヒーター１００と整流壁ヒーター２１０の両者によって、ウェーハ４０の外周部を加熱することができるので、ウェーハ４０の外周部を局部的に加熱でき、ウェーハ４０の温度分布が均一化され、均一なエピタキシャル膜が得られる。
すなわち、ウェーハ保持部がアウトヒーター１０２（または１０７）を有する場合、アウトヒーター１０２（または１０７）の寿命を向上し、生産性を向上させる。
そして、ウェーハ保持部５０としてサセプタを用いた場合は、サセプタにおける温度差による応力を減少させ、サセプタの歪みを縮小し、ウェーハ４０の裏面とサセプタとの接触を均一にし、結果としてウェーハ４０の温度が均一となり、均一なエピタキシャル膜が得られる。
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施の形態である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２０は、本発明の第８の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法を例示するフローチャート図である。
図２０に表したように、第８の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法は、まず、チャンバ１０の内部に設けられた回転体ユニット７０の上部に配置したウェーハ保持部５０に、例えばシリコンからなるウェーハ４０を設置する（ステップＳ１１０）。
そして、ウェーハ４０を回転体ユニット７０により回転しながらチャンバ１０の内部に反応ガスを導入する（ステップＳ１２０）。例えば、反応ガスとしては、エピタキシャル成長させる膜の原料ガスであるＳｉＨ２Ｃｌ２と、キャリアガスであるＨ２と、の混合ガス等を用いることができる。
そして、反応ガスを、ウェーハ保持部５０よりも上方でウェーハ保持部５０の外周よりも内側の位置から、回転体ユニット７０の上面よりも下で回転体ユニット７０の外周よりも外側の位置まで整流しつつ、ウェーハ４０の上にエピタキシャル膜を形成する（ステップＳ１３０）。
これには、例えば、第１〜第６の実施形態で説明した各種の整流壁２００を用いることができる。
なお、ウェーハ４０を、例えば、回転体ユニット７０の内部に設けられた内部ヒーター１００等で加熱することができる。
このように、第８の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法においては、整流壁２００を設けることで、反応後ガスの逆流流量Ｖｉｎを低減し、また、平均空気齢を小さくし、反応後ガスの滞留を抑制することで、成膜速度とガス利用効率を向上し、そして、ガスの置換効率を向上する、高生産性のエピタキシャルウェーハの製造方法が得られる。
なお、上記において、ステップＳ１２０とステップＳ１３０は同時に実施しても良い。
上記の各種の実施形態において、反応ガスとしては、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＨ４等の他、各種のシリコン化合物を用いることができる。また、さらに、これらの原料ガスと、Ｈ２、ＨＣｌ等のガスを交互に導入し、単結晶シリコンを一層ずつ結晶成長させる際にも応用できる。また、ドーパントとしてジボランＢ２Ｈ６等のボロン化合物やＰＨ３等のリン化合物のガスを混合しても良い。本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法により、高品質のエピタキシャルウェーハが安定して得られ、超高速バイポーラや超高速ＣＭＯＳ等の半導体デバイスの品質が向上し、また、製造コストを低減できる。
また、上記の実施形態では、シリコンの単結晶膜をエピタキシャル成長させる場合を例示したが、これに限らず他のものでも良い。例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）をエピタキシャル成長させることにも応用できる。この時、用いるガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ４等が、Ｃ源としＣ３Ｈ８等が、キャリアガスとしてＨ２等が例示できる。また、ｎ型ドーパントガスとしてＮ２等が、ｐ型ドーパントガスとしてＡｌ（ＣＨ３）３等が例示できる。
一方、本発明においては、炭化珪素の他にも、各種の化合物の薄膜を形成することも可能である。例えば、III-Ｖ族化合物半導体やサファイアなどからなる基板の上に、III-Ｖ族化合物半導体やその他の各種の化合物を形成することができる。この場合、形成する化合物は、半導体には限定されず、絶縁体や誘電体でも良い。
具体的には、例えば、本発明の実施形態は、超高周波・マイクロ波用のショットキーダイオードやヘテロ接合バイポーラトランジスタ、可視光半導体レーザなどの構成材料に用いられるガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系の膜をエピタキシャル成長する際にも応用できる。この時、用いるガスとしては、トリメチルガリウム、トリエチルガリウムなどの有機金属が例示できる。また、各種のドーパントガスを使用することができる。
本発明の実施形態として説明したエピタキシャルウェーハの製造装置と製造方法は、減圧ＣＶＤや常圧ＣＶＤなど各種のエピタキシャルウェーハの製造装置と製造方法に応用できる。
なお、本願明細書において、「環状」とは、大略の形状を指しており、各種の変形された形状も含む。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、エピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述したエピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのエピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、３ａ、３ｂ、４ａ〜４ｅ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７、９ａ、９ｂ エピタキシャルウェーハの製造装置
１０ チャンバ
１２ 内壁
２０ ガス導入口
２１ａ、２１ｃ ガスの流れ
２１ｂ 逆流
３０ ガス排気口
４０ ウェーハ
５０ ウェーハ保持部
７０ 回転体ユニット
７１ 回転中心線
１００ 内部ヒーター（第３ヒーター）
１０２、１０７ アウトヒーター
１０４、１０８ インヒーター
１１０ 整流板
１１５ アダプタ
１１６ 境界
１２０ 冷却パイプ
１３０ ライナ
２００、２０８、２０９ 整流壁
２０１ 上端
２０２ 下端
２１０ 整流壁ヒーター（第１ヒーター）
２２０ 付加ヒーター（第２ヒーター）

Claims (17)

  1. チャンバと、
    前記チャンバに設けられ前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入口と、
    前記チャンバに設けられ前記反応ガスを前記チャンバ内から排出するガス排気口と、
    前記チャンバの内部に設けられた回転体ユニットと、
    前記回転体ユニットの上部に設けられ、ウェーハを保持するウェーハ保持部と、
    前記回転体ユニット及び前記ウェーハ保持部から離間してその上部を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁と、
    を備え、
    前記整流壁の上端は、前記ウェーハ保持部よりも上方にあり、且つその内径は、前記ウェーハ保持部の外周よりも小さく、
    前記整流壁の下端は、前記回転体ユニットの上面よりも下方にあり、且つその内径は、前記回転体ユニットの外周よりも大きいことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。
  2. 前記ガス導入口から導入された前記反応ガスの実質的に全ては、前記整流壁の上端における前記開口を介して前記整流壁と前記回転体ユニットとの間隙を通過することを特徴とする請求項１記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  3. チャンバと、
    前記チャンバに設けられ前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入口と、
    前記チャンバに設けられ前記反応ガスを前記チャンバ内から排出するガス排気口と、
    前記チャンバの内部に設けられた回転体ユニットと、
    前記回転体ユニットの上部に設けられ、ウェーハを保持するウェーハ保持部と、
    を備えるエピタキシャルウェーハの製造装置であって、
    前記チャンバの内壁は、前記回転体ユニット及び前記ウェーハ保持部から離間してその周囲を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁を有し、
    前記整流壁の上端は、前記ウェーハ保持部よりも上方にあり、且つその内径は、前記ウェーハ保持部の外周よりも小さく、
    前記整流壁の下端は、前記回転体ユニットの上面よりも下にあり、且つその内径は、前記回転体ユニットの外周よりも大きいことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。
  4. 前記回転体ユニットの回転中心部における、前記回転体ユニットの上方空間の上下方向の長さよりも、
    前記回転体ユニットの外周部における、前記回転体ユニットの上方空間の上下方向の長さを、短くするように、
    前記整流壁の前記回転体ユニット側の面は、前記回転体ユニットの上部の外周部に近接することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  5. 前記回転体ユニットの下部における前記回転体ユニットの側面の外側の空間の、前記回転体ユニットの回転中心から外側に向けての距離よりも、
    前記回転体ユニットの上部における前記回転体ユニットの側面の外側の空間の、前記回転体ユニットの前記回転中心から外側に向けての距離を短くするように、
    前記整流壁の前記回転体ユニット側の面は、前記回転体ユニットの前記上部の前記側面に近接することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  6. 前記整流壁の前記回転体ユニット側の面の上部は、前記回転体ユニットに向かった凸形状であり、前記整流壁の前記回転体ユニット側の面の下部は、前記回転体ユニットに向かった凹形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  7. 前記整流壁の前記回転体ユニット側の面は、連続的な曲面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  8. 前記整流壁は、前記チャンバの内壁側に設けられ、前記チャンバから前記ウェーハへの汚染及び前記チャンバの前記内壁への膜付着の少なくともいずれかを防止するライナと一体形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  9. 前記整流壁は、第１ヒーターを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  10. 前記整流壁の前記回転体ユニットの側、及び、前記整流壁の前記回転体ユニットとは反対の側、の少なくともいずれかに設けられた第２ヒーターをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  11. チャンバと、
    前記チャンバに設けられ前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入口と、
    前記チャンバに設けられ前記反応ガスを前記チャンバ内から排出するガス排気口と、
    前記チャンバの内部に設けられた回転体ユニットと、
    前記回転体ユニットの上部に設けられ、ウェーハを保持するウェーハ保持部と、
    前記回転体ユニット及び前記ウェーハ保持部から離間してその上部を取り囲み下方に向けて拡開した環状の整流壁と、
    を備え、
    前記整流壁の上端は、前記ウェーハ保持部よりも上方にあり、且つその内径は、前記ウェーハ保持部の外周よりも小さく、前記整流壁は第１ヒーターを有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。
  12. 前記ウェーハ保持部は、前記ウェーハの外周部を保持する環状の環状ホルダーであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  13. 前記ウェーハ保持部は、前記ウェーハの裏面を保持するサセプタであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  14. 前記回転体ユニットの内部に設けられた第３ヒーターをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  15. 前記第３ヒーターは、円盤状のインヒーターと前記インヒーターの外周部に設けられた環状のアウトヒーターとを含むことを特徴とする請求項１４記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  16. 前記アウトヒーターは、前記インヒーターよりも前記ウェーハ保持部の側に設けられていることを特徴とする請求項１５記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  17. チャンバの内部に設けられた回転体ユニットの上部に配置されたウェーハ保持部にウェーハを設置し、
    前記ウェーハを前記回転体ユニットにより回転しながら前記チャンバの内部に反応ガスを導入し、
    前記反応ガスを、前記ウェーハ保持部よりも上方で前記ウェーハ保持部の外周よりも内側の位置から、前記回転体ユニットの上面よりも下で前記回転体ユニットの外周よりも外側の位置まで整流しつつ、前記ウェーハの上にエピタキシャル膜を形成す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。
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