JP3888059B2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は半導体ウェーハ及び気相成長装置に係り、特に大口径の珪素単結晶基板の主面上に均一な抵抗率分布を着する半導体薄膜が形成されている半導体ウェーハ及びその製造に用いられる気相成長装置に関するものである。
背景技術
近年の電子デバイスの微細化に伴って、珪素単結晶基板の主面上に珪素単結晶薄膜が形成されている半導体ウェーハの利用が増加すると共に、珪素単結晶薄膜の抵抗率の均一化が要求されてきている。この抵抗率の均一化とは、珪素単結晶薄膜面内において、その抵抗率が一様になるようにすることをいう。また、このような抵抗率の均一化と共に、半導体ウェーハの大口径化も要求されている。そして、この半導体ウェーハの大口径化に伴って、珪素単結晶基板の主面上に珪素単結晶薄膜を成長させる装置として水平型の枚葉式気相成長装置が主に使用されている。
以下、通常に使用されている水平型の枚葉式気相成長装置を、図５及び図６を用いて説明する。ここで、図５はこの従来の水平型の枚葉式気相成長装置を模式的に示す横断面図であり、図６はその縦断面図である。
図５及び図６に示されるように、従来の水平型の枚葉式気相成長装置においては、水平に設置された透明な石英ガラス製の反応容器１０内の中央底部に、珪素単結晶基板１２を水平に載置するサセプタ１４が設置され、回転軸１６を介して回転装置（図示せず）に接続されている。
また、この反応容器１０の長手方向の一端にはガス導入口１８が設けられ、その他端部には排気口２０が設けられる。このため、ガス導入口１８から反応容器１０内に導入され、排気口２０から外部に排出されるガスの流れは、おおむね反応容器１０の長手方向に沿ってサセプタ１４上に載置された珪素単結晶基板１２の主面上方を通過するようになっている。
また、この反応容器１０のガス導入口１８は、反応容器１０の幅方向に配設された６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆから構成されている。これら６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆのうち、内側の２つの導入口（以下、単に「内側導入口」という）１８ａ、１８ｂ、外側の２つの導入口（以下、単に「外側導入口」という）１８ｅ、１８ｆ、及び内側と外側の中間の２つの導入口（以下、単に「中間導入口」という）１８ｃ、１８ｄは、それぞれ反応容器１０の長手方向に仮想されサセプタ１４上の珪素単結晶基板１２の主面の中心を通る中心軸に対して対称に配設されている。
更に詳細にいえば、反応容器１０の幅方向に仮想されサセプタ１４上の珪素単結晶基板１２の主面の中心を通る中心軸上において、内側導入口１８ａ、１８ｂは珪素単結晶基板１２の主面の中心部近傍を向いており、外側導入口１８ｅ、１８ｆは珪素単結晶基板１２の主面の外縁部近傍を向いており、中間導入口１８ｃ、１８ｄは珪素単結晶基板１２の主面の中心部と外縁部とに挟まれた中間部を向いている。
また、これら６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆは共通のガス配管２２に接続されている。そして、この共通のガス配管２２は３つに分岐し、それぞれガス流量制御器としてのＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；マスフローコントローラ）２４、２６、２８を介して、キャリアガスとしてのＨ_２（水素）ガスのガスソース（図示せず）、半導体原料ガスのガスソース（図示せず）、及びドーパントガスのガスソース（図示せず）にそれぞれ接続されている。
また、反応容器１０の外側には、サセプタ１４上に載置された珪素単結晶基板１２を加熱する加熱源として例えば赤外線輻射ランプ３０が配置され、この赤外線幅射ランプ３０に通電することにより、珪素単結晶基板１２の主面を所定の温度にまで上昇させるようになっている。更に、この赤外線輻射ランプ３０と反応容器１０の外壁とを冷却するための冷却手段（図示せず）が設置され、所謂コールドウォール（Ｃｏｌｄ Ｗａｌｌ）式の気相成長装置となっている。このコールドウォール式の気相成長装置においては、反応容器１０の外壁面が冷媒によって強制的に冷却されるため、反応容器１０の内壁面に珪素を主成分とする付着物が堆積することを防止することができる。
次に、図５及び図６に示される従来の水平型の枚葉式気相成長装置を用いて、珪素単結晶基板１２の主面上に珪素単結晶薄膜を形成する方法を説明する。
先ず、反応容器１０内のサセプタ１４上に珪素単結晶基板１２を水平に載置する。続いて、Ｈ_２ガスのガスソースからＭＦＣ２４、共通のガス配管２２、及び６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆを介して反応容器１０内にＨ_２ガスを供給して、反応容器１０内の雰囲気を水素に置換する。また、回転装置により、回転軸１６を介して、珪素単結晶基板１２を水平に載置した状態のままサセプタ１４を図５及び図６中の矢印で示すように時計回りに回転させる。そして、赤外線輻射ランプ３０により、サセプタ１４上の珪素単結晶基板１２を加熱し、その主面における温度を所定の温度にまで上昇させる。
続いて、半導体原料ガス及びドーパントガスの各ガスソースから、それぞれＭＦＣ２６、２８、共通のガス配管２２、及び６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆを介して、反応容器１０内に半導体原料ガス及びドーパントガスを供給する。
このとき、キャリアガスとしてのＨ_２ガス、半導体原料ガス、及びドーパントガスの流量はそれぞれＭＦＣ２４、２６、２８により個別にかつ精密に制御されると共に、これらのガスはその後混合されて、反応容器１０の幅方向に配設された６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆのそれぞれから殆ど幅方向に拡散することなく原料ガス濃度及びドーパントガス濃度が同一のプロセスガスとして反応容器１０内に導入される。
この反応容器１０内に導入されたプロセスガスは、回転軸１６を中心に回転するサセプタ１４上に水平に載置されている珪素単結晶基板１２の主面上方を、その主面に対して略平行かつ一方向に通過する。そして、その際に化学反応を生じて、珪素単結晶基板１２の主面上に珪素単結晶薄膜３２を気相成長させる。
上述のようにして、図５及び図６に示される従来の水平型の枚葉式気相成長装置を用い、珪素単結晶基板１２の主面上に珪素単結晶薄膜３２を形成する際に、珪素単結晶基板１２の直径が２００ｍｍ以下の場合には、珪素単結晶基板１２の主面上に形成される珪素単結晶薄膜３２の直径方向の抵抗率の分布は略均一であった。
しかし、珪素単結晶基板１２のドーパント濃度が１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度と比較的低く、珪素単結晶基板１２の直径が２００ｍｍよりも大きな場合、例えば直径３００ｍｍの大口径の場合、珪素単結晶薄膜３２の周辺部にスリップ転位が発生し易いという問題があることが判明した。そして、このスリップ転位が発生している領域に集積回路を形成すると、電流のリークが発生するという問題が生じる。
このスリップ転位が発生する原因として、次のことが考えられる。即ち、コールドウォール式の気相成長装置においては、珪素単結晶基板１２を均一な加熱出力で加熱した場合、反応容器１０の外壁面が冷媒によって強制的に冷却されていることから、その影響を受けて、珪素単結晶基板１２の周辺部における温度が中心部の温度よりも低くなる傾向になる。そして、この傾向が、直径３００ｍｍの大口径の場合には顕著に表れ、珪素単結晶基板１２の周辺部と中心部との温度差がスリップ転位を発生させる程に大きくなると考えられる。
そこで、珪素単結晶薄膜３２の周辺部におけるスリップ転位の発生を防止するため、珪素単結晶基板１２の周辺部を加熱する出力を中心部よりも高くして、周辺部と中心部との温度差を小さくしようとすると、今度は、珪素単結晶薄膜３２の周辺部の抵抗率が中心部の抵抗率からずれた値となり、珪素単結晶薄膜３２の直径方向の抵抗率分布が不均一になるという問題が生じる。
この珪素単結晶薄膜３２の直径方向の抵抗率分布の不均一を改善するためには、珪素単結晶基板１２の主面上に供給されるドーパントガスの流量を反応容器１０の幅方向に変化させて調整すればよい。
しかし、図５及び図６に示される従来の水平型の枚葉式気相成長装置において、反応容器１０の幅方向に配設された複数の導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆからは同一濃度のドーパントガスしか反応容器１０内に供給されず、反応容器１０の幅方向にドーパントガスの濃度を変化させることができないため、珪素単結晶薄膜３２の直径方向の抵抗率分布の不均一を解消するような調整を行うことができない。
このため、各導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆの上流部に、各別にドーパントガス流量調整バルブを設けて、ドーパントガス流量を各導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆ毎に個別に調整することも試みてみた。しかし、この方法によると、全ての導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆについてドーパントガス流量を調整する必要があるため、実際の調整は非常に繁雑なものとなり、実用的ではないという問題があった。
発明の開示
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ドーパント濃度が比較的低い直径３００ｍｍ以上の大口径の半導体単結晶基板の主面上に、抵抗率の均一でスリップ転位が実質的に発生していない半導体薄膜を有する半導体ウェーハを提供すると共に、直径３００ｍｍ以上の大口径の半導体単結晶基板の主面上に、スリップ転位を実質的に発生させることなく抵抗率の均一な半導体薄膜を形成することができる気相成長装置を提供することを目的とする。
上記課題は、以下の本発明に係る半導体ウェーハ及びその製造方法により達成される。
即ち、本発明に係る半導体ウェーハは、直径が３００ｍｍ以上４００ｍｍ以下で、ドーパント濃度が４×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の半導体単結晶基板の主面上に、直径方向の抵抗率分布が±３％以下の半導体薄膜が形成されていることを特徴とする。
このように本発明に係る半導体ウェーハにおいては、直径が３００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の大口径の半導体単結晶基板であり、かつドーパント濃度が４×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低濃度の半導体単結晶基板であっても、スリップ転位を実質的に発生させることなく、その主面上に直径方向の抵抗率分布が±３％以下の半導体薄膜が形成されていることにより、最近の半導体ウェーハに要請される大口径化と抵抗率の均一化が共に達成されるため、半導体チップの収量の増大と歩留りの向上の実現に大いに寄与する。
なお、上記本発明に係る半導体ウェーハにおいて、半導体単結晶基板の導電型がｐ型であり、抵抗率が０．０３Ω・ｃｍ以上３００Ω・ｃｍ以下であることが好適である。また、この範囲においても、実際に半導体ウェーハを用いて半導体装置を作製する場合と考えると、特に抵抗率が、１Ω・ｃｍ以上２０Ω・ｃｍ以下であることが望ましい。そして、その際に、半導体単結晶基板に添加されているドーパントとしてボロンを使用することが、その使用の際の取り扱いや制御の容易さ等の実用的な観点から好ましい。
更に、上記本発明に係る半導体ウェーハにおいて、半導体単結晶基板の直径が３００ｍｍであることが好適である。現在の段階では、直径が３００ｍｍまでは高品質にかつ安定して半導体単結晶基板を作製することが可能であるため、実際には、直径３００ｍｍの大口径の場合に、ドーパント濃度が４×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低濃度の半導体単結晶基板の主面上に直径方向の抵抗率分布が±３％以下に均一化するという作用が十全に発揮される。
また、半導体単結晶基板が珪素単結晶基板であり、半導体薄膜が珪素単結晶薄膜であることが好適である。即ち、現在の半導体ウェーハの主流をなす珪素単結晶ウェーハにおいて大口径化と抵抗率の均一化が共に達成されることにより、半導体装置の製造において広範で多様な利用が期待される。
また、本発明に係る気相成長装置は、反応容器と、この反応容器の幅方向に配設された複数のガス導入口とを有し、反応容器内において回転する半導体単結晶基板の主面に対して複数のガス導入口から略平行かつ一方向に半導体原料ガスを供給し、半導体単結晶基板の主面上に半導体薄膜を気相成長させる気相成長装置であって、複数のガス導入口の全てのガス導入口にドーパントガスを供給する主ドーパントガス配管と、複数のガス導入口のうちの特定のガス導入口にドーパントガスを供給する副ドーパントガス配管とを有する。
このように本発明に係る気相成長装置においては、複数のガス導入口の全てのガス導入口にドーパントガスを供給する主ドーパントガス配管と特定のガス導入口にドーパントガスを供給する副ドーパントガス配管とが併設されていることにより、主ドーパントガス配管を介して全てのガス導入口から反応容器内の半導体単結晶基板の主面にドーパントガスを供給して、半導体単結晶基板の主面上に気相成長させる半導体薄膜の全体的な抵抗率を所定の目標値近傍に実現すると共に、副ドーパントガス配管を介して特定のガス導入口から反応容器内の半導体単結晶基板の主面にドーパントガスを追加供給して、半導体薄膜の抵抗率分布を調整することが可能になるため、大口径の半導体単結晶基板の主面上に半導体薄膜を形成する場合であっても、その半導体薄膜の抵抗率の均一化が達成される。
例えば、直径が３００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の大口径でかつドーパント濃度が４×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低濃度の半導体単結晶基板の主面上に形成する半導体薄膜の直径方向の抵抗率分布を±３％以下にすることが可能になる。
また、主ドーパントガス配管及び副ドーパントガス配管を介するドーパントガスの供給条件を、半導体薄膜の直径方向の抵抗率分布が例えば±３％以下に均一化されるように調節した後は、半導体薄膜の目標とする抵抗率が変更されて高くしたり低くしたりする必要が生じた場合であっても、主ドーパントガス配管及び副主ドーパントガス配管を介してそれぞれ供給されるドーパントガスの比率を保持したまま、ドーパントガスを希釈する水素ガスの供給量を制御することにより、抵抗率分布の均一性を保持しつつ目標とする抵抗率の変更が実現される。このため、半導体薄膜の目標とする抵抗率の変更に容易にかつ迅速に対応することが可能になり、生産性の向上が達成される。
また、好ましくは、本発明に係る気相成長装置において、複数のガス導入口が、反応容器の幅方向の内側に配設された内側導入口、反応容器の幅方向の外側に配設された外側導入口、及びこれらの内側導入口と外側導入口との間に配設された中間導入口の３種類の導入口からなり、副ドーパントガス配管がドーパントガスを供給する特定のガス導入口が、これら内側導入口、外側導入口、及び中間導入口のうちの１又は２種類の導入口である。
このように本発明に係る気相成長装置においては、複数のガス導入口が内側導入口と外側導入口と中間導入口の３種類のガス導入口からなり、副ドーパントガス配管がドーパントガスを供給する特定のガス導入口が、これら３種類の内側導入口、外側導入口及び中間導入口のうちの１又は２種類の導入口であることにより、副ドーパントガス配管を介して、ドーパントガスが内側導入口のみに供給されたり、外側導入口のみに供給されたり、中間導入口のみに供給されたり、或いはまた、内側導入口及び中間導入口に供給されたり、中間導入口及び外側導入口に供給されたりすることが可能になる。
即ち、主ドーパントガス配管を介してガス導入口、即ち内側導入口、外側導入口、及び中間導入口の３種類のガス導入口に供給されたドーパントガスを、反応容器の幅方向に仮想され半導体単結晶基板の主面の中心を通る中心軸上において、内側ガス導入口からは半導体単結晶基板の主面の中心部近傍に、外側ガス導入口からは半導体単結晶基板の外縁部近傍に、中間ガス導入口からは半導体単結晶基板の主面の中心部と外縁部とに挟まれた中間部にそれぞれ供給する一方において、半導体単結晶基板の主面上に気相成長する半導体薄膜の抵抗率が局所的に高くなる領域に対応する特定のガス導入口、即ち内側導入口、外側導入口、及び中間導入口のうちの選択された１又は２種類の導入口に副ドーパントガス配管を介してドーパントガスを追加供給することが可能になる。
こうして、主ドーパントガス配管を介して３種類全てのガス導入口から半導体単結晶基板の主面に全体的に供給されるドーパントガスと、副ドーパントガス配管を介して３種類のうちの１又は２種類の特定のガス導入口から反応容器内の半導体単結晶基板の主面に局所的に供給されるドーパントガスとが合わさって、半導体単結晶基板の主面上に形成される半導体薄膜の抵抗率が均一化される。
なお、ここでは、反応容器の幅方向に配設された複数のガス導入口が内側導入口と外側導入口と中間導入口の３種類のガス導入口からなる場合について述べているが、半導体単結晶基板の大口径化の進展によっては、３種類以上のガス導入口を設けることも可能である。その場合、副ドーパントガス配管がドーパントガスを供給する特定のガス導入口としては、これら３種類以上のガス導入口から任意の１種類のガス導入口を選択したり、２種類以上のガス導入口を任意に組み合わせたりすればよい。
また、さらに好ましくは本発明に係る気相成長装置において、主ドーパントガス配管及び副ドーパントガス配管のそれぞれに、ドーパントガスの供給を制御するドーパントガス制御装置が設置される。
このように本発明に係る気相成長装置においては、主ドーパントガス配管及び副ドーパントガス配管のそれぞれにドーパントガス制御装置が設置されていることにより、主ドーパントガス配管を介して複数のガス導入口の全てのガス導入口から半導体単結晶基板の主面全体に供給されるドーパントガスと副ドーパントガス配管を介して特定のガス導入口から半導体単結晶基板の主面に局所的に追加供給されるドーパントガスとがそれぞれ別個に制御されるため、半導体薄膜の抵抗率分布を高精度に調整することが可能になり、大口径の半導体単結晶基板の主面上に半導体薄膜を形成する場合であっても、その半導体薄膜の直径方向の抵抗率分布はより均一なものとなる。
なお、ここで、副ドーパントガス配管が２種類のドーパントガス配管からなる場合には、それら２種類のドーパントガス配管のそれぞれにドーパントガス制御装置が設置されていることが望ましい。このことにより、半導体薄膜の直径方向の抵抗率分布は更により均一なものとなる。
また、本発明に係る気相成長装置は、上記のいずれかに係る気相成長装置がコールドウォール式の気相成長装置であることが好適である。この場合、反応容器の外壁面が冷媒によって強制的に冷却されるため、反応容器の内壁面に気相成長の際に発生する付着物の堆積が防止され、より良質の半導体薄膜が形成される。
発明の実施の形態
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法に使用する水平型の枚葉式気相成長装置を模式的に示す横断面図である。なお、本実施形態に係る半導体ウェーハの製造に使用する水平型の枚葉式気相成長装置を模式的に示す縦断面図は、上記図６と基本的に同様であるため、説明中に上記図６を流用することとし、その図示は省略する。また、上記図５及び図６に示す従来の水平型の枚葉式気相成長装置の構成要素と同一の要素には同一の符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
図１及び上記図６に示されるように、本実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法に使用する水平型の枚葉式気相成長装置においては、水平に設置された透明な石英ガラス製の反応容器１０内の中央底部に、珪素単結晶基板１２を水平に載置するサセプタ１４が設置され、回転軸１６を介して回転装置（図示せず）に接続されている。
また、この反応容器１０の長手方向の一端にはガス導入口１８が設けられ、その他端部には排気口２０が設けられる。このため、ガス導入口１８から反応容器１０内に導入され、排気口２０から外部に排出されるガスの流れは、おおむね反応容器１０の長手方向に沿ってサセプタ１４上に載置された珪素単結晶基板１２の主面上方を通過するようになっている。
また、この反応容器１０のガス導入口１８は、反応容器１０の幅方向に配設された６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆから構成されている。そして、これら６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆのうち、内側導入口１８ａ、１８ｂ、外側導入口１８ｅ、１８ｆ、及び中間導入口１８ｃ、１８ｄは、それぞれ反応容器１０の長手方向に仮想されサセプタ１４上の珪素単結晶基板１２の主面の中心を通る中心軸に対して対称に配設されている。
更に詳細にいえば、反応容器１０の幅方向に仮想されサセプタ１４上の珪素単結晶基板１２の主面の中心を通る中心軸上において、内側導入口１８ａ、１８ｂは珪素単結晶基板１２の主面の中心部近傍を向いており、外側導入口１８ｅ、１８ｆは珪素単結晶基板１２の主面の外縁部近傍を向いており、中間導入口１８ｃ、１８ｄは珪素単結晶基板１２の主面の中心部と外縁部とに挟まれた中間部を向いている。
また、これら６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆは、全て共通のガス配管２２ａに接続されている。そして、この共通のガス配管２２ａは３つに分岐し、それぞれガス流量制御器としてのＭＦＣ２４、２６、２８ａを介して、キャリアガスとしてのＨ_２ガスのガスソース（図示せず）、半導体原料ガスのガスソース（図示せず）、及びドーパントガスのガスソース（図示せず）にそれぞれ接続されている。
このように６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆが共通のガス配管２２ａ及びＭＦＣ２８ａを介してドーパントガスのガスソースに接続されている構成により、共通のガス配管２２ａは６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆの全てにドーパントガスを供給する主ドーパントガス配管として機能する。
また、内側導入口１８ａ、１８ｂは、共に第１の副ドーパントガス配管２２ｂに接続されている。そして、この第１の副ドーパントガス配管２２ｂは、ドーパントガス流量制御器としてのＭＦＣ２８ｂを介してドーパントガスのガスソース（図示せず）に接続されている。
また、同様に、中間導入口１８ｃ、１８ｄは、共に第２の副ドーパントガス配管２２ｃに接続されている。そして、この第２の副ドーパントガス配管２２ｃは、ドーパントガス流量制御器としてのＭＦＣ２８ｃを介してドーパントガスのガスソース（図示せず）に接続されている。
なお、ここで、半導体原料ガスとして、例えばＳｉＣｌ_４（テトラクロロシラン）ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２（ジクロロシラン）ガス、ＳｉＨＣｌ_３（トリクロロシラン）ガス、又はＳｉＨ_１（モノシラン）ガスなどの珪素系ガスが用いられ、ドーパントガスとして、例えばＢ_２Ｈ_６（ジボラン）ガス又はＰＨ_３（フォスフィン）ガスなどが用いられる。
また、反応容器１０の外側には、サセプタ１４上に水平に載置された珪素単結晶基板１２を加熱して珪素単結晶基板１２の主面を所定の温度にまで上昇させる加熱源として例えば赤外線輻射ランプ３０が配置されている。更に、この赤外線輻射ランプ３０と反応容器１０の外壁を冷却するための冷却手段（図示せず）が設置され、コールドウォール式の気相成長装置となっている。
次に、図１及び上記図６に示される水平型の枚葉式気相成長装置を用いて、ドーパント濃度が比較的低く、直径が３００ｍｍ以上の大口径の珪素単結晶基板１２の主面上に、抵抗率が均一でスリップ転位が実質的にない珪素単結晶薄膜を形成する方法を説明する。
先ず、反応容器１０内のサセプタ１４上に、直径が３００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の大口径をもち、かつドーパント濃度が４×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低濃度の珪素単結晶基板１２を水平に載置する。
なお、ここで、ドーパント濃度が４×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３より低濃度であっても特に問題はないが、実際には殆ど使用されないため、実用的ではない。他方、ドーパント濃度が３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３より高濃度になると、オートドープ現象の影響により、珪素単結晶基板１２の主面上に形成する珪素単結晶薄膜の周辺部における抵抗率の低下を無視することができなくなり、その直径方向の抵抗率分布を±３％以下にすることが困難になる。
また、珪素単結晶基板１２の導電型がｐ型の場合には、ドーパント濃度が４×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲は、抵抗率に換算すると、０．０３Ω・ｃｍ〜３００Ω・ｃｍの範囲に略相当する。
続いて、Ｈ_２ガスのガスソースからＭＦＣ２４、共通のガス配管２２ａ、及び６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆを介して反応容器１０内にＨ_２ガスを供給し、反応容器１０内の雰囲気を水素に置換する。また、回転装置により、回転軸１６を介して、珪素単結晶基板１２を水平に載置した状態のままサセプタ１４を図１及び上記図６中の矢印で示されるように時計回りに回転させる。そして、赤外線輻射ランプ３０により、サセプタ１４上の珪素単結晶基板１２に対して、所定の温度サイクルに従った加熱を行い、その主面における温度を所定の設定温度にまで上昇させる。
ここで、次の気相成長工程においてスリップ転位が発生することを防止するために、赤外線輻射ランプ３０からの加熱出力分布を予め調整しておく。即ち、コールドウォール式の気相成長装置においては、反応容器１０の外壁面が冷媒によって強制的に冷却されていることから、その影響を受けて、壁面に近い珪素単結晶基板１２の周辺部の熱が奪われ易くなっている。このため、珪素単結晶基板１２の周辺部をその中心部よりも強く加熱して、周辺部と中心部との温度差が大きくなることを抑制し、珪素単結晶基板１２の主面上に形成する珪素単結晶薄膜にスリップ転位が発生しないような温度分布に予め調整しておく。
但し、この場合、珪素単結晶基板１２の主面上に気相成長させる珪素単結晶薄膜の導電型がｐ型の場合には、その珪素単結晶薄膜の周辺部の抵抗率が中心部よりも低くなり、逆に、ｎ型の場合には、その珪素単結晶薄膜の周辺部の抵抗率が中心部よりも高くなる傾向が表れることに留意する必要がある。
続いて、所定の温度サイクルに従い、その気相成長工程において、半導体原料ガスのガスソースから、ＭＦＣ２６、共通のガス配管２２ａ、及び６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆを介して、反応容器１０内に半導体原料ガスを供給すると共に、ドーパントガスのガスソースから、それぞれＭＦＣ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、共通のガス配管２２ａ、第１の副ドーパントガス配管２２ｂ、及び第２の副ドーパントガス配管２２ｃ、並びに６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆを介して、反応容器１０内にドーパントガスを供給する。
このとき、６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆからは、主ドーパントガス配管として機能する共通のガス配管２２ａを介して供給されたドーパントガスを反応容器１０内に供給する。また、内側導入口１８ａ、１８ｂからは、第１の副ドーパントガス配管２２ｂを介して供給されたドーパントガスを反応容器１０内に追加供給する。更に、中間導入口１８ｃ、１８ｄからは、第２の副ドーパントガス配管２２ｃを介して供給されたドーパントガスを反応容器１０内に追加供給する。
このようにして、珪素単結晶基板１２の主面上に気相成長させる珪素単結晶薄膜の抵抗率の基本的な基準値は、主ドーパントガス配管として機能する共通のガス配管２２ａを介して６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆから供給されるドーパントガス濃度の調整により主に略実現する。そして、第１の副ドーパントガス配管２２ｂ及び第２の副ドーパントガス配管２２ｃを介して特定のガス導入口としての内側導入口１８ａ、１８ｂ及び中間導入口１８ｃ、１８ｄから追加供給されるドーパントガス濃度のそれぞれの調整により、珪素単結晶薄膜の抵抗率分布の均一化を略達成する。
また、このとき、キャリアガスとしてのＨ_２ガス及び半導体原料ガスの流量はそれぞれＭＦＣ２４及びＭＦＣ２６により個別にかつ精密に制御される。また、主ドーパントガス配管として機能する共通のガス配管２２ａを介して供給されるドーパントガスの流量はＭＦＣ２８ａにより精密に制御され、同様に、第１の副ドーパントガス配管２２ｂ及び第２の副ドーパントガス配管２２ｃを介して追加供給されるドーパントガスの流量はそれぞれＭＦＣ２８ｂ及びＭＦＣ２８ｃにより個別にかつ精密に制御される。
そして、ＭＦＣ２８ａ、２８ｂ、２８ｃによりそれぞれ流量を精密に制御されたドーパントガスは、その後混合されて、反応容器１０の幅方向に配設された６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆから殆ど幅方向に拡散することなく反応容器１０内に導入される。
図１に示される気相成長装置において、反応容器１０内に導入されたプロセスガスは、回転軸１６を中心に回転するサセプタ１４上に載置されている珪素単結晶基板１２の主面上方を、その主面に対して略平行かつ一方向に通過する。
このとき、内側導入口１８ａ、１８ｂ及び中間導入口１８ｃ、１８ｄからは、第１の副ドーパントガス配管２２ｂ及び第２の副ドーパントガス配管２２ｃを介して追加供給された分だけ、外側導入口１８ｅ、１８ｆから供給するドーパントガスよりも高濃度のドーパントガスを供給する。そして、その際に化学反応を生じて、珪素単結晶基板１２の主面上に珪素単結晶薄膜３２を気相成長させる。
実施例
以下、図１及び上記図６に示される水平型の枚葉式気相成長装置を用いて、珪素単結晶基板の主面上に珪素単結晶薄膜を形成する際の具体的な条件及びその条件に基づいて形成した珪素単結晶薄膜の抵抗率分布について、図２及び図３を用いて説明する。
ここで、図２は図１に示す気相成長装置を使用して半導体ウェーハを製造する際の温度サイクルを示すグラフであり、図３は図１の気相成長装置を使用して製造した半導体ウェーハの直径方向の抵抗率分布を示すグラフである。
反応容器１０内のサセプタ１４上に載置する珪素単結晶基板１２としては、直径３００ｍｍ±０．２ｍｍ、Ｂ（ボロン）がオートドープ現象の影響を考慮する必要のない程度の比較的低濃度に添加されている抵抗率１Ω・ｃｍ以上２０Ω・ｃｍ以下（ドーパント濃度に換算すると、６×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下）のｐ型珪素単結晶基板１２を用いる。
そして、この珪素単結晶基板１２を反応容器１０内のサセプタ１４上に水平に載置した後、６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆからＨ_２ガスを反応容器１０内に供給して、反応容器１０内をＨ_２雰囲気にする。また、回転装置によって珪素単結晶基板１２を水平に載置した状態のままサセプタ１４を例えば時計回りに回転させる。
続いて、加熱源としての赤外線輻射ランプ３０に通電して、サセプタ１４上の珪素単結晶基板１２を加熱し、図２の温度サイクルに示されるように、珪素単結晶基板１２の主面における温度が１１３０℃になるまで昇温する（昇温工程）。そして、そのままこの１１３０℃に一定時間保持して、珪素単結晶基板１２の主面上に形成された自然酸化膜を除去するための熱処理を行う（熱処理工程）。
なお、このとき、珪素単結晶基板１２の主面上に形成する珪素単結晶薄膜にスリップ転位が発生しないような加熱分布の条件を予め求めておき、その条件に従って熱処理を行う。ちなみに、本実施例においては、珪素単結晶基板１２の周辺部近傍に約６０％の加熱出力を付与し、中心部近傍に約４０％の加熱出力を付与する。
続いて、珪素単結晶基板１２の主面における温度を１１３０℃から１１００℃にまで降温した後、６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆからキャリアガスとしてのＨ_２ガス、半導体原料ガス、及びドーパントガスからなるプロセスガスを反応容器１０内に供給する。
このとき、キャリアガスとしてのＨ_２ガスを、ＭＦＣ２４により精密に制御し、７０リットル／分の流量で全ての導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆから均等に反応容器１０内に供給する。また、半導体原料ガスとしては例えば液体のＳｉＨＣｌ_３を水素でバブリングして得られた混合ガスを用い、この共通の半導体原料ガスソースから供給されるガスをＭＦＣ２６により精密に制御し、２２リットル／分の流量で全ての導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆから均等に反応容器１０内に供給する。
更に、共通のドーパントガスソースとしては例えば水素で希釈されたＢ_２Ｈ_６ガスを用い、主ドーパントガス配管として機能する共通のガス配管２２ａを介して６つの導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆの全てから、９０ｃｍ^３／分の流量で反応容器１０内に供給する。同時に、第１の副ドーパントガス配管２２ｂを介して内側導入口１８ａ、１８ｂから、４ｃｍ^３／分の流量で反応容器１０内に供給すると共に、第２の副ドーパントガス配管２２ｃを介して中間導入口１８ｃ、１８ｄから、４０ｃｍ^３／分の流量で反応容器１０内に供給する。
これら主ドーパントガス配管として機能する共通のガス配管２２ａ、並びに第１の副ドーパントガス配管２２ｂ及び第２の副ドーパントガス配管２２ｃを介して供給されるドーパントガスは、それぞれＭＦＣ２８ａ、２８ｂ、２８ｃにより個別にかつ精密に制御されている。
こうして反応容器１０内に供給されたプロセスガスにより化学反応を生じさせて、珪素単結晶基板１２の主面上に、抵抗率１３Ω・ｃｍ、抵抗率分布±３％以下を目標値として、ｐ型の珪素単結晶薄膜３２を４μｍの厚さに気相成長させる（気相成長工程）。
続いて、気相成長工程の終了後、反応容器１０内をＨ_２ガスによって十分にパージする（パージ工程）。そして、加熱源としての赤外線輻射ランプ３０の通電を切って、珪素単結晶基板１２の主面上に珪素単結晶薄膜３２が形成された半導体ウェーハを６５０℃になるまで冷却する（冷却工程）。その後、この半導体ウェーハを反応容器１０内から取り出す。
次に、このようにして珪素単結晶基板１２の主面上に形成した珪素単結晶薄膜３２の抵抗率を測定する。
なお、この抵抗率の測定には、アメリカ合衆国マサチューセッツ州ウォバーンに所在するＱＣ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社のＳＣＰ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ）装置を使用した。このＳＣＰ装置は、その測定原理として、以下に説明するＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｇｅ）法を用いている。
即ち、先ず、サンプルウェーハを約３００℃において短時間に熱処理し、表面に形成されている自然酸化膜の電荷量を一定にした後、サンプルウェーハ表面にＧａＮ（窒化ガリウム）ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）による波長４５０ｎｍの光を約４０Ｈｚで照射する。
この光の進入深さ約０．４μｍにおいて光により励起された少数キャリアがサンプルウェーハ表面で電位変化を起こすため、この電位変化をＳＰＶ信号として検出する。そして、このＳＰＶ信号が空乏層の幅と比例し、この空乏層の幅が珪素中の不純物濃度と比例することから、サンプルウェーハ表面から約１μｍの深さにおける不純物濃度を検出し、更にその検出値を抵抗率に換算する。
そして、このＳＣＰ装置を使用して、珪素単結晶基板１２の主面上に形成した珪素単結晶薄膜３２の抵抗率をその直径方向に１０ｍｍ間隔で測定したところ、図３のグラフに示されるような結果を得た。
比較例
次に、上記実施例との比較を行うため、従来の水平型の枚葉式気相成長装置を用いて、珪素単結晶基板の主面上に珪素単結晶薄膜を形成した珪素単結晶薄膜の抵抗率分布について、図４を用いて説明する。
ここで、図４は上記図５に示す従来の気相成長装置を使用して製造した半導体ウェーハの直径方向の抵抗率分布を示すグラフである。
この比較例においては、ドーパントガスとして水素で希釈されたＢ_２Ｈ_６ガスを用い、全ての導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆのそれぞれから１６０ｃｍ^３／分の流量で均等に反応容器１０内に供給し、温度１１３０℃において気相成長させる点を除けば、使用する珪素単結晶基板１２の大きさや抵抗率、キャリアガスや半導体原料ガスの種類や流量、昇温工程から熱処理工程を経て気相成長工程を行い、更にパージ工程、冷却工程に至る温度サイクルの条件、珪素単結晶薄膜３２の抵抗率の測定条件等、全て上記実施例の場合と同様とする。
このようにして、従来の気相成長装置を使用して珪素単結晶基板１２の主面上に形成した珪素単結晶薄膜３２の抵抗率をその直径方向に１０ｍｍ間隔で測定したところ、図４のグラフに示されるような結果を得た。
次に、上記実施例の図３のグラフに示される結果と比較例の図４のグラフに示される結果とを比較する。
先ず、図３及び図４のグラフを直接に比較すると、珪素単結晶薄膜３２の外縁部近傍において、上記実施例では抵抗率の低下が見られないのに対し、比較例では抵抗率が低下していることが明らかである。
これは、比較例における珪素単結晶薄膜３２の外縁部近傍が中心部近傍よりも強く加熱されたことにより、ｐ型ドーパントとして供給されるボロンの珪素単結晶薄膜３２中への取り込み率が高くなり、抵抗率が低下するのに対して、上記実施例においては、外縁部近傍における抵抗率の低下に相当するだけのドーパントを第１の副ドーパントガス配管２２ｂ及び第２の副ドーパントガス配管２２ｃを介して中心部近傍に追加供給しているため、珪素単結晶薄膜３２の外縁部近傍における抵抗率の低下が観察されなかったのである。
また、上記実施例と比較例とを数値的に比較すると、次のようになる。即ち、上記実施例においては、図３のグラフに示されるように、珪素単結晶薄膜３２の全測定点の平均抵抗率は１２．９７Ω・ｃｍであり、目標値とした抵抗率１３Ω・ｃｍに極めて近い値が得られている。また、この珪素単結晶薄膜３２の抵抗率分布を、次式
（最大抵抗率−最小抵抗率）／（最大抵抗率＋最小抵抗率） （１）
を用いて計算すると、珪素単結晶薄膜３２の最大抵抗率が１３．３８Ω・ｃｍ、最小抵抗率が１２．６８Ω・ｃｍとなることから、その抵抗率分布は±２．６９％となり、目標値とした抵抗率分布±３％以下を満足するものであった。
ちなみに、珪素単結晶薄膜３２の抵抗率分布を、上記式（１）の代わりに、次式
（最大抵抗率−最小抵抗率）／全測定点の平均抵抗率 （２）
を用いて計算すると、５．４％となる。
これに対して、比較例においては、図４のグラフに示されるように、珪素単結晶薄膜３２の全測定点の平均抵抗率は１１．６２Ω・ｃｍである。また、この珪素単結晶薄膜３２の最大抵抗率が１２．０２Ω・ｃｍ、最小抵抗率が１０．７７Ω・ｃｍとなることから、その抵抗率分布は±５．４８％となり、±３％を超えるものとなった。なお、上記式（２）を用いて計算した場合には、その抵抗率分布は１０．８％となる。
以上のように上記実施例と比較例との比較から、直径３００ｍｍ±０．２ｍｍという大口径の半珪素単結晶基板１２の主面上に珪素単結晶薄膜３２を気相成長させる場合であっても、その珪素単結晶薄膜３２の直径方向の抵抗率分布の均一性が従来よりも十分に改善できることが確認された。
なお、本発明者が上記実施例の条件以外にも種々の条件を変化させて実験を繰り返した結果、珪素単結晶薄膜３２の抵抗率分布は、反応容器１０に供給する半導体原料ガス及びドーパントガスの濃度や反応温度によって多少の変動を生じることが明らかになった。しかし、上記実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法を適用すれば、直径３００ｍｍの低濃度ドープの珪素単結晶基板１２の主面上に珪素単結晶薄膜３２を気相成長させる場合、その珪素単結晶薄膜３２の抵抗率分布を±３％以下（式（１）による場合）或いは６％以下（式（２）による場合）に抑制することは容易に可能である。
そして、珪素単結晶基板１２の直径が３００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の場合であっても、同様に、その珪素単結晶基板１２主面上に気相成長させる珪素単結晶薄膜３２の抵抗率分布を±３％以下（式（１）による場合）或いは６％以下（式（２）による場合）に抑制することが可能である。更にいえば、直径が４００ｍｍを超える珪素単結晶基板１２の場合にも、この大きさの珪素単結晶基板１２は現在の段階では十分に高品質にかつ安定して作製することが困難ではあるが、その珪素単結晶基板１２主面上に気相成長させる珪素単結晶薄膜３２の直径方向の抵抗率分布の均一性を改善することは可能である。
また、上記実施例においては、珪素単結晶基板１２主面上にｐ型の珪素単結晶薄膜３２を気相成長させる場合について述べているため、珪素単結晶薄膜３２の抵抗率が中央部近傍で相対的に高くなる傾向があり、そのため、第１の副ドーパントガス配管２２ｂ及び第２の副ドーパントガス配管２２ｃを介して内側導入口１８ａ、１８ｂ及び中間導入口１８ｃ、１８ｄから反応容器１０内にドーパントガスが追加供給されるような構成にしている。
しかし、ｎ型の珪素単結晶薄膜３２を気相成長させる場合には、珪素単結晶薄膜３２の抵抗率が周辺部近傍で相対的に高くなる傾向があるため、副ドーパントガス配管を介して外側導入口１８ｅ、１８ｆ又は外側導入口１８ｅ、１８ｆ及び中間導入口１８ｃ、１８ｄから反応容器１０内にドーパントガスが追加供給されるような構成にすることが好ましい。
更に、気相成長条件によっては、珪素単結晶薄膜３２の抵抗率が局所的に高くなる場合もあるため、その場合には、その領域に対応する特定のガス導入口、即ち内側導入口、外側導入口、及び中間導入口のうちの選択された１又は２種類の導入口に副ドーパントガス配管を介してドーパントガスを追加供給する構成にすることが好ましい。
また、上記実施例においては、第１の副ドーパントガス配管２２ｂ及び第２の副ドーパントガス配管２２ｃを介して内側導入口１８ａ、１８ｂ及び中間導入口１８ｃ、１８ｄから反応容器１０内にドーパントガスが追加供給しているが、ドーパントガスの代わりに、Ｈ_２ガスを供給することも可能である。
この場合、主ドーパントガス配管として機能する共通のガス配管２２ａを介して導入口１８ａ、１８ｂ、…、１８ｆの全てから供給されているドーパントガスを局所的に希釈することが可能になる。従って、珪素単結晶薄膜３２の抵抗率が局所的に低くなる領域に対応する特定のガス導入口に副ドーパントガス配管を介してＨ_２ガスを追加供給することにより、上記実施例の場合と同様に、珪素単結晶薄膜３２の抵抗率分布を均一化することができる。
産業上の利用可能性
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る半導体ウェーハ及び気相成長装置によれば、次のような効果を奏することができる。
即ち、本発明に係る半導体ウェーハによれば、直径が３００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の大口径の半導体単結晶基板であり、かつドーパント濃度が４×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低濃度の半導体単結晶基板であっても、スリップ転位を実質的に発生させることなく、その主面上に直径方向の抵抗率分布が±３％以下の半導体薄膜が形成されていることにより、最近の半導体ウェーハに要請される大口径化と抵抗率の均一化が共に達成されるため、半導体チップの収量の増大と歩留りの向上の実現に大いに寄与することができる。
また、本発明に係る気相成長装置によれば、複数のガス導入口の全てのガス導入口にドーパントガスを供給する主ドーパントガス配管と特定のガス導入口にドーパントガスを供給する副ドーパントガス配管とが併設されていることにより、主ドーパントガス配管を介して全てのガス導入口から反応容器内の半導体単結晶基板の主面にドーパントガスを供給して、半導体単結晶基板の主面上に気相成長させる半導体薄膜の全体的な抵抗率を所定の目標値近傍に実現することができると共に、副ドーパントガス配管を介して特定のガス導入口から反応容器内の半導体単結晶基板の主面にドーパントガスを追加供給して、半導体薄膜の抵抗率分布を調整することができるため、大口径の半導体単結晶基板の主面上に半導体薄膜を形成する場合であっても、その半導体薄膜の抵抗率の均一化を達成することができる。
例えば、直径が３００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の大口径でかつドーパント濃度が４×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低濃度の半導体単結晶基板の主面上に形成する半導体薄膜の直径方向の抵抗率分布を±３％以下にすることが可能になる。
また、主ドーパントガス配管及び副ドーパントガス配管を介するドーパントガスの供給条件を、半導体薄膜の直径方向の抵抗率分布が例えば±３％以下に均一化されるように調節した後は、半導体薄膜の目標とする抵抗率を変更する必要が生じた場合であっても、主ドーパントガス配管及び副ドーパントガス配管を介してそれぞれ供給されるドーパントガスの比率を保持したまま、ドーパントガスを希釈する水素ガスの供給量を制御することにより、抵抗率分布の均一性を保持しつつ目標とする抵抗率の変更を実現することができるため、半導体薄膜の目標とする抵抗率の変更に容易にかつ迅速に対応することが可能になり、生産性の向上を達成することができる。
また、さらに好適な本発明に係る気相成長装置によれば、複数のガス導入口が内側導入口と外側導入口と中間導入口の３種類のガス導入口からなり、副ドーパントガス配管がドーパントガスを供給する特定のガス導入口が、これら３種類のうちの１又は２種類の導入口であることにより、半導体単結晶基板の主面上に気相成長する半導体薄膜の抵抗率が局所的に高くなる領域に対応する特定のガス導入口、即ち内側導入口、外側導入口、及び中間導入口のうちの選択された１又は２種類の導入口に副ドーパントガス配管を介してドーパントガスを追加供給することが可能になるため、半導体単結晶基板の主面上に形成される半導体薄膜の抵抗率を均一化することができる。
また、さらに好適な本発明に係る気相成長装置によれば、主ドーパントガス配管及び副ドーパントガス配管のそれぞれにドーパントガスの供給を制御するドーパントガス制御装置が設置されていることにより、主ドーパントガス配管を介して全てのガス導入口から半導体単結晶基板の主面全体に供給されるドーパントガスと副ドーパントガス配管を介して特定のガス導入口から半導体単結晶基板の主面に局所的に追加供給されるドーパントガスとがそれぞれ別個に制御されるため、半導体薄膜の抵抗率分布を高精度に調整することが可能になり、大口径の半導体単結晶基板の主面上に半導体薄膜を形成する場合であっても、その半導体薄膜の直径方向の抵抗率分布をより均一なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法に使用する水平型の枚葉式気相成長装置を模式的に示す横断面図である。
図２は、図１の気相成長装置を使用して半導体ウェーハを製造する際の温度サイクルを示すグラフである。
図３は、図１の気相成長装置を使用して製造した半導体ウェーハの直径方向の抵抗率分布を示すグラフである。
図４は、従来の気相成長装置を使用して製造した半導体ウェーハの直径方向の抵抗率分布を示すグラフである。
図５は、従来の半導体ウェーハの製造方法に使用する水平型の枚葉式気相成長装置を模式的に示す横断面図である。
図６は、従来の半導体ウェーハの製造方法に使用する水平型の枚葉式気相成長装置を模式的に示す縦断面図である。

Claims (1)

1. 反応容器と、前記反応容器の幅方向に配設された複数のガス導入口とを有し、前記反応容器内において回転する半導体単結晶基板の主面に対して、前記複数のガス導入口から略平行かつ一方向に半導体原料ガスを供給し、前記半導体単結晶基板の主面上に半導体薄膜を気相成長させる、コールドウォール式の気相成長装置であって、
   前記複数のガス導入口の全てのガス導入口にドーパントガスを供給する主ドーパントガス配管と、
   前記複数のガス導入口のうちの特定のガス導入口にドーパントガスを供給する第一副ドーパントガス配管および第二副ドーパントガス配管と、
   前記主ドーパントガス配管に設置された、ドーパントガスの供給を制御する主ドーパントガス制御装置と、
   前記第一副ドーパントガス配管に設置された、ドーパントガスの供給を制御する第一副ドーパントガス制御装置と、
   前記第二副ドーパントガス配管に設置された、ドーパントガスの供給を制御する第二副ドーパントガス制御装置と、
   前記半導体単結晶基板の加熱装置と、
   を有し、
   前記半導体単結晶基板は直径が３００ｍｍ以上４００ｍｍ以下で、ドーパント濃度が４×１０ ^１３ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ 以上３×１０ ^１８ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ 以下で、導電型がｐ型であり、抵抗率が０．０３Ω・ｃｍ以上３００Ω・ｃｍ以下であり、
   前記加熱装置は、気相成長中において前記半導体単結晶基板の周辺部をその中心部よりも強く加熱して、前記半導体薄膜にスリップ転位が実質的に発生しない温度分布に調整し、
   前記複数のガス導入口が、前記反応容器の幅方向の内側に配設された内側導入口、前記反応容器の幅方向の外側に配設された外側導入口、及び前記内側導入口と前記外側導入口との間に配設された中間導入口の３種類の導入口からなり、前記第一副ドーパントガス配管は前記内側導入口に接続され、前記第二副ドーパントガス配管は前記中間導入口に接続され、
   前記第一副ドーパントガス配管から前記内側導入口へ送られる前記ドーパントガスは前記第一副ドーパントガス制御装置により制御され、前記第二副ドーパントガス配管から前記中間導入口へ送られる前記ドーパントガスは前記第二副ドーパントガス制御装置により制御されることを特徴とする気相成長装置。

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