JP4588894B2 - 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
【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、例えば直径が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。
【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。このような構造の場合、ガス流量はガス導入口もしくはその延長線上において局所的に高くなりやすく、ガス流方向に対し水平に直交する向き（以下、幅方向という）に流量のムラが生じやすい問題がある。これを解消するために、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７−１９３０１５号公報に記載される装置の場合、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７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。
【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ムラを効果的に解消することができ、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及び作用・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、以下の基本構成を有する。すなわち、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、堤部材の外周面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る。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、２ｍｍ程度までの位置の違いは一致しているものとみなす。
【０００８】
そして、上記の課題を解決するために、その第一の構成は、
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、該水平基準線を含んで回転軸線と直交する仮想的な平面を基準平面としたときに、堤部材のガス受入領域には、基準平面と平行な任意の仮想平面による断面において水平基準線と垂直となる外形線を有する、垂直ガス受面が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、第二の構成は、
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、水平基準線と回転軸線との双方と直交する向きを幅方向とし、さらに、水平基準線を含んで回転軸線と直交する仮想的な平面を基準平面として、堤部材のガス受入領域が、基準平面と平行な任意の仮想平面による断面において、幅方向における中央位置が両縁位置よりもガス排出口側に引っ込んだ凹状の外形線を有する、１つ又は堤部材の周方向に沿って隣接する複数のガス受入凹部からなり、ガス受入凹部には、基準平面と平行な任意の仮想平面による断面において水平基準線と垂直となる外形線を有する、垂直ガス受面が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、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。
【００１１】
上記本発明の気相成長装置の第一の構成においては、堤部材のガス受入領域に、前記のように定義された基準平面（水平面である）と平行な任意の仮想平面による断面において、ガス流方向を反映する水平基準線に対し垂直となる外形線を有した垂直ガス受面が形成されている。すなわち、該垂直ガス受面においては、ガス導入口からのガス流が、前記幅方向に対して常に垂直となるように当たるので、ガス受面が大きく傾斜した従来の気相成長装置におけるような、幅方向外側にガス流が逃げる傾向を効果的に抑制することができる。
【００１２】
また、第二の構成においては、堤部材のガス受け入れ領域が、上記基準平面と平行な任意の断面において、幅方向における中央位置が両縁位置よりもガス排出口側に引っ込んだ凹状の外形線を有する、１つ又は堤部材の周方向に沿って隣接する複数のガス受入凹部により形成される。このようなガス受入凹部においては、凹状をなす断面外形線の幅方向中央位置が両縁位置よりも引っ込んでいるので、ガス流が幅方向に大きく逃げようとする傾向が和らげられる。
【００１３】
すなわち、いずれの構成においても、幅方向のガス流量分布の均一化、ひいては形成されるシリコン単結晶薄膜の膜厚分布の均一化を図ることができる効果が達成される。また、シリコン単結晶薄膜の気相成長に使用するガスの使用量も削減できる。なお、両構成を互いに組み合わせることにより、上記効果をさらに高めることができる。
【００１４】
【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の要部を取り出して示す平面図、図４は、装置１の主要構成部材である堤部材２３の詳細説明図である。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。
【００１５】
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、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６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Ｂ２Ｈ６あるいはＰＨ３や、希釈ガスとしてのＨ２、Ｎ２、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（例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、ＣｌＦ３、ＮＦ３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、又は、Ｈ２雰囲気中で高温熱処理を施す。
【００１６】
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は水平枚葉型気相成長装置として構成されている。基板Ｗは、例えば直径が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。
【００１７】
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。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と略面一となっている。
【００１８】
次に、図１に示すように、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として定める。また、図３に示すように、該水平基準線ＨＳＬと回転軸線Ｏとの双方に直交する方向を幅方向ＷＬとして定義する。さらに、図１に示すように、該水平基準線ＨＳＬを含んで回転軸線Ｏと直交する仮想的な平面を基準平面ＲＰとして定める。
【００１９】
図４は、本実施形態の気相成長装置１の堤部材２３のガス受入領域６０及びその周辺の詳細を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は水平基準線ＨＳＬ近傍に位置するガス受面セグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）６１ｓを抜き出して示す平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ断面である。該図は、気相成長装置１が本発明の第一の構成を具備することを示す。すなわち、堤部材２３のガス受入領域６０には、基準平面ＲＰと平行な任意の仮想平面ＲＰＡ（図４（ｃ））による断面において、（ｄ）に示すように、水平基準線ＨＳＬと垂直となる外形線６１ｓ’を有する、垂直ガス受面６１が形成されている。
【００２０】
また、気相成長装置１は、前記した本発明の第二の構成も具備するものである。すなわち、堤部材２３のガス受け入れ領域６０は、（ｃ）に示す仮想平面ＲＰＡによる断面において、（ｄ）に示すように、幅方向ＷＬにおける中央位置ＣＱが両縁位置ＥＱ，ＥＱよりもガス排出口３１（図３）側に引っ込んだ凹状の外形線を有するガス受入凹部７０からなる。これらのガス受入凹部７０は、堤部材２３の周方向に沿って隣接する形で複数形成されている。
【００２１】
各垂直ガス受面６１の幅方向ＷＬにおける両端部に隣接して、ガス導入口２１（図１）側に延出するガス案内面６２，６２が形成され、それらガス案内面６２，６２と垂直ガス受面６１とがガス受入凹部７０を形成している。幅方向ＷＬに沿って横方向に逃げようとする原料ガスの流れは、ガス案内面６２，６２により有効に抑制される。その結果、個々のガス受入凹部７０に分配された原料ガスの流れが、垂直ガス受面６１を乗り越えた後も良好に保存され、幅方向ＷＬにおける流速ムラが軽減される。
【００２２】
また、垂直ガス受面６１は、幅方向ＷＬにおいて水平基準線の左右両側に階段状に配列するガス受面セグメント（以下、ガス受面セグメント６１ｓともいう）により形成されている。階段状に隣接するガス受面セグメント６１ｓ，６１ｓの間には、水平基準線に沿う連結面部６１ｊが必ず形成される。そして、それら隣接するガス受面セグメント６１ｓ，６１ｓのガス排出口に近い側、つまりガス流方向下流側に位置するものから見て、該連結面部６１ｊは、幅方向ＷＬへのガス流の逃げを阻止ないし抑制するガス案内面（６２）としても機能する。換言すれば、階段状のガス受面セグメント６１ｓにより副産物的に形成される連結面部６１ｊを、ガス案内面６２として流用することで、堤部材の構造の簡略化あるいはコンパクト化を図ることができる。
【００２３】
本実施形態においてガス受面セグメント６１ｓは、図３に示すように、水平基準線ＨＳＬから離れるに従いガス排出口３１側に近づく階段状に配列されている。この構成によれば、堤部材２３の形状が、サセプタ１２の外周縁に対応した単純なものとなるので作製が容易であり、かつ、ガス受面セグメント６１ｓをこれに倣う階段状に形成することで、幅方向ＷＬにおけるガスの流速ムラの解消を効果的に図ることができる。この場合、ガス受面セグメント６１ｓは、図３のように、サセプタ１２の回転軸線Ｏを中心とする円周状経路に沿って配列しておくとなお望ましい。
【００２４】
図４（ｂ）に示すように、隣接するガス受面セグメント６１ｓ，６１ｓのガス排出口３１に近い側に位置するもの、例えば図４（ｂ）において中央のガス受面セグメント６１ｓから見た場合、その左右両側に隣接するガス受面セグメント６１ｓには、幅方向ＷＬにおいて連結面部６１ｊが位置しているのと反対側の端部に、ガス導入口２１（図１）側に突出するガス案内壁部６３が形成されている。該ガス案内壁部６３の内面と連結面部６１ｊとは、それぞれガス案内面６２を形成している。ガス受面セグメント６１ｓの階段状の形態を利用すれば、ガス案内壁部６３を１つ追加するだけで、横方向の流速分布ムラの解消に有効なガス受入凹部７０を簡単に形成することができる。
【００２５】
また、ガス受入領域６０には、水平基準線ＨＳＬに沿う方向にてガス導入口２１（図１）側にガス導入口側に下り勾配となる傾斜ガス受面６１が形成されている。傾斜ガス受面６１の形成により原料ガスを堤部材２３の上面２３ａにスムーズに乗り上げさせることができ、ガス流の分散を適度に図ることが可能となる。本実施形態では、前記した垂直ガス受面（あるいはガス受面セグメント）６１が傾斜ガス受面として形成されている。
【００２６】
次に、本実施形態の気相成長装置１においては、図３に示すように、ガス導入口２１（図１）と堤部材２３との間に、基板Ｗに向かう原料ガスＧの流れを、幅方向ＷＬにおける複数個所（本実施形態では２箇所）にて仕切る仕切板３４Ｒ，３４Ｌが設けられている。図５に示すように、これらの仕切板３４Ｒ，３４Ｌは、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、各々堤部材２３のガス受け入れ領域６０に向かって延びるように配置されている。
【００２７】
図３に示すように、右側の仕切板３４Ｒと左側の仕切板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と同じく外側にガスを供給する外側配管５１とに分岐し、各々原料ガスの流量を、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及び外側配管５１は、それぞれ分岐配管５６，５６及び分岐配管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及び外側ガス導入口２１Ｂ，２１Ｂを開口している。
【００２８】
図１、図３、図５あるいは図８（ｃ）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２４ｓ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との間に配置されており、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２３の外周面２３ｂに向けて導かれるとともに、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５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、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。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、例えば仕切板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。
【００２９】
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。そして、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の各々に仕切板３４Ｒ，３４Ｌが配置されている。なお、ガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌの、堤部材２３の外周面（ガス受入領域６０）との対向面は、該外周面に対応した円筒面状に形成されている。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。
【００３０】
また、図１に示すように、容器本体部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、堤部材２３には、垂直ガス受面６１の下端上流側に続く形で、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２４ｂの内面の延長に略一致する形となっており、ガス流を垂直ガス受面６１に向けて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、垂直ガス受面６１に対向する第二面４ｂと、同じくガス導入面２３ｃに対向する第三面４ｃとを有する段部を有し、堤部材２３との間にガス通路５１を形成している。
【００３１】
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、分散板２６が配置されている。図５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、仕切板３４Ｒ，３４Ｌ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。
【００３２】
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、あるいは図８（ｃ）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。
【００３３】
原料ガスは、分散板２６を通り、図８（ｃ）に示すように、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の外周面２３ｂに向けて流れる。外周面２３ｂに当たったガス流Ｇ１及び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。
【００３４】
例えば、図７に示すように、堤部材２３の外周面２３ｂ（ガス受入領域６０）が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、外側に大きく逃げる形となる。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、仕切板３４Ｒ，３４Ｌ及び堤部材側仕切板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７（ｂ）に示すように、ガスの直進傾向が強い仕切板３４Ｒ，３４Ｌの間の領域においては第一の高流量部Ｈ１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Ｈ２が現われ、それらの間の区間には谷状の低流量部Ｌ１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Ｈ１，Ｈ２及び低流量部Ｌ１に、左側の高流量部Ｈ１，Ｈ２及び低流量部Ｌ１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７（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。
【００３５】
しかしながら、本実施形態の気相成長装置１においては、各々垂直ガス受面を形成する階段状のガス受面セグメント６１ｓとガス案内面６２とによりガス受入凹部７０を形成することで、堤部材２３の概略形状を図７に示すものと略同様に保ちつつ、ガス受入凹部７０の任意位置において各ガス受面セグメント６１ｓに対して原料ガスを略垂直に当てることができるので、図７のように原料ガスが外側に大きく逃げる不具合が効果的に解消されて、図８（ｂ）に示すように内部空間５全体に均一なガス流量とでき、その結果、形成されるエピタキシャル層の厚さ分布を図８（ａ）に示すようなより均一なものとすることができる。
【００３６】
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。以下、そのいくつかの例を示す（図１〜図５と概念的に共通する要素には同一の符号を付与して詳細な説明を省略する）。まず、図９は、垂直ガス受面（ガス受面セグメント）を、傾斜面ではなく切立面（水平面に対して垂直な面）２６１ｓとして形成した例である。また、図１０は、ガス受入凹部７５の内周面底部を垂直ガス受面とせず、湾曲面６５として形成した例である。
【００３７】
他方、図１１は、堤部材２３のガス受入領域６０を、幅方向ＷＬに沿う横長単一の、切立面状の垂直ガス受面６１として形成した例である。なお、垂直ガス受面を、図中一点鎖線で示すように、傾斜面６１’として形成してもよい。さらに、図１２に示すように、垂直ガス受面６１を仕切り壁６１ａにより、幅方向ＷＬにおいて所定の間隔で仕切ってもよい。この場合、隣接する仕切り壁６１ａ，６１ａ間には方形のガス受入凹部８０が形成される。
【００３８】
また、図１３に示すように、ガス受入領域６０を、横長単一の凹状面１６１として形成してもよい。該凹状面１６１はガス受入凹部８５を形成していると見ることができる。この場合、図１４に示すように、該凹状面を、各々垂直ガス受面をなす階段状のガス受面セグメント１６１ｓにより形成してもよい。さらに、図１５に示すように、各ガス受面セグメントを各々傾斜面１６１ｓ’として形成することもできる。
【００３９】
【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５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、堤部材２３の外周面を、図７に示すような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。まず、赤外線加熱ランプ１１（図１）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及び外側ガス導入口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流通して、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５０リットル／分に固定した。また、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。
【００４０】
そして、得られた薄膜付きの基板すなわち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１６に示す。すなわち、実施例の装置を用いた場合（（ａ））は、比較例の装置を用いた場合（（ｂ））よりも膜厚の位置的な変動が小さく、均一な分布が得られていることがわかる。
【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、堤部材を示す説明図。
【図５】図１の装置の要部を一部切り欠いて示す分解斜視図。
【図６】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７】従来の気相成長装置の問題点を説明する図。
【図８】本発明の気相成長装置の効果を説明する図。
【図９】堤部材の第一変形例を示す斜視図。
【図１０】堤部材の第二変形例を示す斜視図。
【図１１】堤部材の第三変形例を示す斜視図。
【図１２】堤部材の第四変形例を示す斜視図。
【図１３】堤部材の第五変形例を示す平面図。
【図１４】堤部材の第六変形例を示す平面図。
【図１５】堤部材の第七変形例を示す平面図。
【図１６】実施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
２３ｂ 堤部材の外周面
３１ 第一端部側
３２ 第二端部側
３６ ガス排出口
６０ ガス受入領域
６１ 垂直ガス受面
６１ｊ 連結面部
６１ｓ ガス受面セグメント
６２ ガス案内面
６３ ガス案内壁部
７０，７５，８０，８５ ガス受入凹部
Ｗ 基板
Ｇ 原料ガス
Ｏ 回転軸線
ＨＳＬ 水平基準線
【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、例えば直径が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。
【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。このような構造の場合、ガス流量はガス導入口もしくはその延長線上において局所的に高くなりやすく、ガス流方向に対し水平に直交する向き（以下、幅方向という）に流量のムラが生じやすい問題がある。これを解消するために、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７−１９３０１５号公報に記載される装置の場合、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７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。
【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ムラを効果的に解消することができ、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及び作用・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、以下の基本構成を有する。すなわち、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、堤部材の外周面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る。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、２ｍｍ程度までの位置の違いは一致しているものとみなす。
【０００８】
そして、上記の課題を解決するために、その第一の構成は、
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、該水平基準線を含んで回転軸線と直交する仮想的な平面を基準平面としたときに、堤部材のガス受入領域には、基準平面と平行な任意の仮想平面による断面において水平基準線と垂直となる外形線を有する、垂直ガス受面が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、第二の構成は、
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、水平基準線と回転軸線との双方と直交する向きを幅方向とし、さらに、水平基準線を含んで回転軸線と直交する仮想的な平面を基準平面として、堤部材のガス受入領域が、基準平面と平行な任意の仮想平面による断面において、幅方向における中央位置が両縁位置よりもガス排出口側に引っ込んだ凹状の外形線を有する、１つ又は堤部材の周方向に沿って隣接する複数のガス受入凹部からなり、ガス受入凹部には、基準平面と平行な任意の仮想平面による断面において水平基準線と垂直となる外形線を有する、垂直ガス受面が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、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。
【００１１】
上記本発明の気相成長装置の第一の構成においては、堤部材のガス受入領域に、前記のように定義された基準平面（水平面である）と平行な任意の仮想平面による断面において、ガス流方向を反映する水平基準線に対し垂直となる外形線を有した垂直ガス受面が形成されている。すなわち、該垂直ガス受面においては、ガス導入口からのガス流が、前記幅方向に対して常に垂直となるように当たるので、ガス受面が大きく傾斜した従来の気相成長装置におけるような、幅方向外側にガス流が逃げる傾向を効果的に抑制することができる。
【００１２】
また、第二の構成においては、堤部材のガス受け入れ領域が、上記基準平面と平行な任意の断面において、幅方向における中央位置が両縁位置よりもガス排出口側に引っ込んだ凹状の外形線を有する、１つ又は堤部材の周方向に沿って隣接する複数のガス受入凹部により形成される。このようなガス受入凹部においては、凹状をなす断面外形線の幅方向中央位置が両縁位置よりも引っ込んでいるので、ガス流が幅方向に大きく逃げようとする傾向が和らげられる。
【００１３】
すなわち、いずれの構成においても、幅方向のガス流量分布の均一化、ひいては形成されるシリコン単結晶薄膜の膜厚分布の均一化を図ることができる効果が達成される。また、シリコン単結晶薄膜の気相成長に使用するガスの使用量も削減できる。なお、両構成を互いに組み合わせることにより、上記効果をさらに高めることができる。
【００１４】
【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の要部を取り出して示す平面図、図４は、装置１の主要構成部材である堤部材２３の詳細説明図である。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。
【００１５】
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、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６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Ｂ２Ｈ６あるいはＰＨ３や、希釈ガスとしてのＨ２、Ｎ２、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（例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、ＣｌＦ３、ＮＦ３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、又は、Ｈ２雰囲気中で高温熱処理を施す。
【００１６】
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は水平枚葉型気相成長装置として構成されている。基板Ｗは、例えば直径が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。
【００１７】
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。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と略面一となっている。
【００１８】
次に、図１に示すように、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として定める。また、図３に示すように、該水平基準線ＨＳＬと回転軸線Ｏとの双方に直交する方向を幅方向ＷＬとして定義する。さらに、図１に示すように、該水平基準線ＨＳＬを含んで回転軸線Ｏと直交する仮想的な平面を基準平面ＲＰとして定める。
【００１９】
図４は、本実施形態の気相成長装置１の堤部材２３のガス受入領域６０及びその周辺の詳細を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は水平基準線ＨＳＬ近傍に位置するガス受面セグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）６１ｓを抜き出して示す平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ断面である。該図は、気相成長装置１が本発明の第一の構成を具備することを示す。すなわち、堤部材２３のガス受入領域６０には、基準平面ＲＰと平行な任意の仮想平面ＲＰＡ（図４（ｃ））による断面において、（ｄ）に示すように、水平基準線ＨＳＬと垂直となる外形線６１ｓ’を有する、垂直ガス受面６１が形成されている。
【００２０】
また、気相成長装置１は、前記した本発明の第二の構成も具備するものである。すなわち、堤部材２３のガス受け入れ領域６０は、（ｃ）に示す仮想平面ＲＰＡによる断面において、（ｄ）に示すように、幅方向ＷＬにおける中央位置ＣＱが両縁位置ＥＱ，ＥＱよりもガス排出口３１（図３）側に引っ込んだ凹状の外形線を有するガス受入凹部７０からなる。これらのガス受入凹部７０は、堤部材２３の周方向に沿って隣接する形で複数形成されている。
【００２１】
各垂直ガス受面６１の幅方向ＷＬにおける両端部に隣接して、ガス導入口２１（図１）側に延出するガス案内面６２，６２が形成され、それらガス案内面６２，６２と垂直ガス受面６１とがガス受入凹部７０を形成している。幅方向ＷＬに沿って横方向に逃げようとする原料ガスの流れは、ガス案内面６２，６２により有効に抑制される。その結果、個々のガス受入凹部７０に分配された原料ガスの流れが、垂直ガス受面６１を乗り越えた後も良好に保存され、幅方向ＷＬにおける流速ムラが軽減される。
【００２２】
また、垂直ガス受面６１は、幅方向ＷＬにおいて水平基準線の左右両側に階段状に配列するガス受面セグメント（以下、ガス受面セグメント６１ｓともいう）により形成されている。階段状に隣接するガス受面セグメント６１ｓ，６１ｓの間には、水平基準線に沿う連結面部６１ｊが必ず形成される。そして、それら隣接するガス受面セグメント６１ｓ，６１ｓのガス排出口に近い側、つまりガス流方向下流側に位置するものから見て、該連結面部６１ｊは、幅方向ＷＬへのガス流の逃げを阻止ないし抑制するガス案内面（６２）としても機能する。換言すれば、階段状のガス受面セグメント６１ｓにより副産物的に形成される連結面部６１ｊを、ガス案内面６２として流用することで、堤部材の構造の簡略化あるいはコンパクト化を図ることができる。
【００２３】
本実施形態においてガス受面セグメント６１ｓは、図３に示すように、水平基準線ＨＳＬから離れるに従いガス排出口３１側に近づく階段状に配列されている。この構成によれば、堤部材２３の形状が、サセプタ１２の外周縁に対応した単純なものとなるので作製が容易であり、かつ、ガス受面セグメント６１ｓをこれに倣う階段状に形成することで、幅方向ＷＬにおけるガスの流速ムラの解消を効果的に図ることができる。この場合、ガス受面セグメント６１ｓは、図３のように、サセプタ１２の回転軸線Ｏを中心とする円周状経路に沿って配列しておくとなお望ましい。
【００２４】
図４（ｂ）に示すように、隣接するガス受面セグメント６１ｓ，６１ｓのガス排出口３１に近い側に位置するもの、例えば図４（ｂ）において中央のガス受面セグメント６１ｓから見た場合、その左右両側に隣接するガス受面セグメント６１ｓには、幅方向ＷＬにおいて連結面部６１ｊが位置しているのと反対側の端部に、ガス導入口２１（図１）側に突出するガス案内壁部６３が形成されている。該ガス案内壁部６３の内面と連結面部６１ｊとは、それぞれガス案内面６２を形成している。ガス受面セグメント６１ｓの階段状の形態を利用すれば、ガス案内壁部６３を１つ追加するだけで、横方向の流速分布ムラの解消に有効なガス受入凹部７０を簡単に形成することができる。
【００２５】
また、ガス受入領域６０には、水平基準線ＨＳＬに沿う方向にてガス導入口２１（図１）側にガス導入口側に下り勾配となる傾斜ガス受面６１が形成されている。傾斜ガス受面６１の形成により原料ガスを堤部材２３の上面２３ａにスムーズに乗り上げさせることができ、ガス流の分散を適度に図ることが可能となる。本実施形態では、前記した垂直ガス受面（あるいはガス受面セグメント）６１が傾斜ガス受面として形成されている。
【００２６】
次に、本実施形態の気相成長装置１においては、図３に示すように、ガス導入口２１（図１）と堤部材２３との間に、基板Ｗに向かう原料ガスＧの流れを、幅方向ＷＬにおける複数個所（本実施形態では２箇所）にて仕切る仕切板３４Ｒ，３４Ｌが設けられている。図５に示すように、これらの仕切板３４Ｒ，３４Ｌは、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、各々堤部材２３のガス受け入れ領域６０に向かって延びるように配置されている。
【００２７】
図３に示すように、右側の仕切板３４Ｒと左側の仕切板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と同じく外側にガスを供給する外側配管５１とに分岐し、各々原料ガスの流量を、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及び外側配管５１は、それぞれ分岐配管５６，５６及び分岐配管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及び外側ガス導入口２１Ｂ，２１Ｂを開口している。
【００２８】
図１、図３、図５あるいは図８（ｃ）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２４ｓ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との間に配置されており、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２３の外周面２３ｂに向けて導かれるとともに、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５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、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。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、例えば仕切板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。
【００２９】
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。そして、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の各々に仕切板３４Ｒ，３４Ｌが配置されている。なお、ガス案内部材２４Ｒ，２４Ｌの、堤部材２３の外周面（ガス受入領域６０）との対向面は、該外周面に対応した円筒面状に形成されている。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。
【００３０】
また、図１に示すように、容器本体部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、堤部材２３には、垂直ガス受面６１の下端上流側に続く形で、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２４ｂの内面の延長に略一致する形となっており、ガス流を垂直ガス受面６１に向けて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、垂直ガス受面６１に対向する第二面４ｂと、同じくガス導入面２３ｃに対向する第三面４ｃとを有する段部を有し、堤部材２３との間にガス通路５１を形成している。
【００３１】
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、分散板２６が配置されている。図５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、仕切板３４Ｒ，３４Ｌ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。
【００３２】
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、あるいは図８（ｃ）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。
【００３３】
原料ガスは、分散板２６を通り、図８（ｃ）に示すように、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の外周面２３ｂに向けて流れる。外周面２３ｂに当たったガス流Ｇ１及び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。
【００３４】
例えば、図７に示すように、堤部材２３の外周面２３ｂ（ガス受入領域６０）が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、外側に大きく逃げる形となる。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、仕切板３４Ｒ，３４Ｌ及び堤部材側仕切板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７（ｂ）に示すように、ガスの直進傾向が強い仕切板３４Ｒ，３４Ｌの間の領域においては第一の高流量部Ｈ１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Ｈ２が現われ、それらの間の区間には谷状の低流量部Ｌ１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Ｈ１，Ｈ２及び低流量部Ｌ１に、左側の高流量部Ｈ１，Ｈ２及び低流量部Ｌ１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７（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。
【００３５】
しかしながら、本実施形態の気相成長装置１においては、各々垂直ガス受面を形成する階段状のガス受面セグメント６１ｓとガス案内面６２とによりガス受入凹部７０を形成することで、堤部材２３の概略形状を図７に示すものと略同様に保ちつつ、ガス受入凹部７０の任意位置において各ガス受面セグメント６１ｓに対して原料ガスを略垂直に当てることができるので、図７のように原料ガスが外側に大きく逃げる不具合が効果的に解消されて、図８（ｂ）に示すように内部空間５全体に均一なガス流量とでき、その結果、形成されるエピタキシャル層の厚さ分布を図８（ａ）に示すようなより均一なものとすることができる。
【００３６】
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。以下、そのいくつかの例を示す（図１〜図５と概念的に共通する要素には同一の符号を付与して詳細な説明を省略する）。まず、図９は、垂直ガス受面（ガス受面セグメント）を、傾斜面ではなく切立面（水平面に対して垂直な面）２６１ｓとして形成した例である。また、図１０は、ガス受入凹部７５の内周面底部を垂直ガス受面とせず、湾曲面６５として形成した例である。
【００３７】
他方、図１１は、堤部材２３のガス受入領域６０を、幅方向ＷＬに沿う横長単一の、切立面状の垂直ガス受面６１として形成した例である。なお、垂直ガス受面を、図中一点鎖線で示すように、傾斜面６１’として形成してもよい。さらに、図１２に示すように、垂直ガス受面６１を仕切り壁６１ａにより、幅方向ＷＬにおいて所定の間隔で仕切ってもよい。この場合、隣接する仕切り壁６１ａ，６１ａ間には方形のガス受入凹部８０が形成される。
【００３８】
また、図１３に示すように、ガス受入領域６０を、横長単一の凹状面１６１として形成してもよい。該凹状面１６１はガス受入凹部８５を形成していると見ることができる。この場合、図１４に示すように、該凹状面を、各々垂直ガス受面をなす階段状のガス受面セグメント１６１ｓにより形成してもよい。さらに、図１５に示すように、各ガス受面セグメントを各々傾斜面１６１ｓ’として形成することもできる。
【００３９】
【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５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、堤部材２３の外周面を、図７に示すような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。まず、赤外線加熱ランプ１１（図１）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及び外側ガス導入口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流通して、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５０リットル／分に固定した。また、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。
【００４０】
そして、得られた薄膜付きの基板すなわち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１６に示す。すなわち、実施例の装置を用いた場合（（ａ））は、比較例の装置を用いた場合（（ｂ））よりも膜厚の位置的な変動が小さく、均一な分布が得られていることがわかる。
【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、堤部材を示す説明図。
【図５】図１の装置の要部を一部切り欠いて示す分解斜視図。
【図６】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７】従来の気相成長装置の問題点を説明する図。
【図８】本発明の気相成長装置の効果を説明する図。
【図９】堤部材の第一変形例を示す斜視図。
【図１０】堤部材の第二変形例を示す斜視図。
【図１１】堤部材の第三変形例を示す斜視図。
【図１２】堤部材の第四変形例を示す斜視図。
【図１３】堤部材の第五変形例を示す平面図。
【図１４】堤部材の第六変形例を示す平面図。
【図１５】堤部材の第七変形例を示す平面図。
【図１６】実施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
２３ｂ 堤部材の外周面
３１ 第一端部側
３２ 第二端部側
３６ ガス排出口
６０ ガス受入領域
６１ 垂直ガス受面
６１ｊ 連結面部
６１ｓ ガス受面セグメント
６２ ガス案内面
６３ ガス案内壁部
７０，７５，８０，８５ ガス受入凹部
Ｗ 基板
Ｇ 原料ガス
Ｏ 回転軸線
ＨＳＬ 水平基準線
Claims (9)
- 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、該水平基準線を含んで前記回転軸線と直交する仮想的な平面を基準平面としたときに、前記堤部材の前記ガス受入領域には、前記基準平面と平行な任意の仮想平面による断面において前記水平基準線と垂直となる外形線を有する、垂直ガス受面が形成されていることを特徴とする気相成長装置。 - 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と直交する向きを幅方向とし、さらに、前記水平基準線を含んで前記回転軸線と直交する仮想的な平面を基準平面として、前記堤部材の前記ガス受入領域が、前記基準平面と平行な任意の仮想平面による断面において、前記幅方向における中央位置が両縁位置よりも前記ガス排出口側に引っ込んだ凹状の外形線を有する、１つ又は前記堤部材の周方向に沿って隣接する複数のガス受入凹部からなり、
前記ガス受入凹部には、前記基準平面と平行な任意の仮想平面による断面において前記水平基準線と垂直となる外形線を有する、垂直ガス受面が形成されていることを特徴とする気相成長装置。 - 前記垂直ガス受面の前記幅方向における両端部に隣接して前記ガス導入口側に延出するガス案内面が形成され、それらガス案内面と前記垂直ガス受面とが前記ガス受入凹部を形成することを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
- 前記堤部材において前記垂直ガス受面は、前記幅方向において前記水平基準線の左右両側に階段状に配列するガス受面セグメントにより形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の気相成長装置。
- 前記ガス受面セグメントは、前記水平基準線から離れるに従い前記ガス排出口側に近づくよう階段状に配列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。
- 前記ガス受面セグメントは、前記サセプタの回転軸線を中心とする円周状経路に沿って配列されている請求項５記載の気相成長装置。
- 前記ガス受入領域には、前記水平基準線に沿う方向において前記ガス導入口側に下り勾配となる傾斜ガス受面が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の気相成長装置。
- 前記垂直ガス受面が前記傾斜ガス受面として形成されていることを特徴とする請求項７記載の気相成長装置。
- 請求項１ないし８のいずれか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。
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