WO2005059980A1 - 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

　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。これにより、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。

Description

気相成長装置およびェピタキシャルゥ ーハの製造方法

技術分野

[0001] 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ェピタキシャルゥ ーハの製造方法 に関するものである。

背景技術

[0002] 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ェピタキシャ ルゥヱーハは、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、素子を作りこむェピタキシャルゥエーハ主 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ないしそれ以上のェピタキシャルゥエーハの製造においては、 複数枚のゥヱ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カゝ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、容器他端側の排出ロカ 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。

[0004] また、特開平 7-193015号公報には、ガス導入ロカもの原料ガスを、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 量のムラを解消しょ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（特開 2002— 231641号公報)。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カ卩えるこ とも提案されている（特開 2002-198316号公報)。

[0005] 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ェピタキシャル成長さ せる際の代表的な問題として、ノターン変形がある。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 HC1ガスの拡散係数を大きくし、 HC1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ェピタキシャル成長には、減圧条件が相応 U、。

[0006] ところが、上記特開平 7— 193015号公報に記載されているような装置を用い、減圧 下でェ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。

[0007] 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、それを用いたェピ タキシャルゥエーハの製造方法とを提供することにある。

特許文献 1：特開平 7 - 193015号公報

特許文献 2：特開 2002— 231641号公報

特許文献 3 :特開 2002-198316号公報

発明の開示

[0008] 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ロカゝら反応容器内に 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、ガス排出ロカ 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略一致する位置 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、該ガス導入ロカ の原料ガス力 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力 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] より具体的には、誘導部は、原料ガスの流れを水平基準線力 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。

[0012] 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。

[0013] また、ガス導入ロカ 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 、ることが望ま 、。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。

[0014] 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 、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。

[0015] 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。

[0016] 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、ノターン変形量を小さくすることができる減圧条件下 でのェピタキシャル成長が可能である。

[0017] また、本発明のェピタキシャルゥエーハの製造方法は、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ェピタキシャル成長させるこ とによりェピタキシャルゥエーハを得ることを特徴とする。

[0018] また、気相ェ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力も選択される 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ェピタキシャル成長させることが できる。

[0019] なお、堤部材の上面は、サセプタの上面と略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 のではなぐ 2mm程度までの位置の違!、は一致して!/、るとみなす。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]図 1は、本発明の気相成長装置の一例を示す側面断面図。

[図 2]図 2は、本発明の気相成長装置の要部を拡大した断面図。

[図 3]図 3は、本発明の気相成長装置の平面図。

[図 4]図 4は、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]図 5は、誘導板の配置形態の別例を示す断面図。

[図 6]図 6は、誘導板の別形態の斜視図。

[図 7]図 7は、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。

[図 8]図 8は、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。

[図 9]図 9は、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。

[図 10A]図 10Aは、計算機シミュレーション力 得られた本発明の気相成長装置にお ける原料ガスの流通経路分布図。

[図 10B]図 10Bは、計算機シミュレーション力も得られた従来の気相成長装置におけ る原料ガスの流通経路分布図。

[図 11A]図 11Aは、計算機シミュレーション力 得られた本発明の気相成長装置にお ける成長速度分布を示す等高線図。

[図 11B]図 11Bは、計算機シミュレーション力 得られた従来の気相成長装置におけ る成長速度分布を示す等高線図。 発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付の図面に基づき説明する。

図 1一図 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力 S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。

[0022] 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、シリコンェピタキシャルゥエ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。

[0023] 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 、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つている。本実施形態では、堤部材 23の外周面 23 b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 、ともに石英材料力 作製されたリング状の部品である。

[0024] 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 (図 3)とする。

[0025] 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 、る。

[0026] 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, 4 OL, 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 2 3a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。

[0027] 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の下面 4aから堤部材 23の上面 23aに向力つて真下に 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。

[0028] 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力 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 、る。

[0029] 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 (21A, 21B)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 24 0, 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。

[0030] 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, 3 5L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。

[0031] 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 21 A, 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 24 T (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。

[0032] 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 力 ¾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がー体ィ匕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

[0033] 図 3および図 4から分力るように、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力 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 34 R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。

[0034] 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。

[0035] 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 、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（堤部材 23の外周面） 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 4 a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 、る。

[0036] 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、ノ ッフル 26は、ガス案内部材 2 4R, 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。

[0037] 以下、上記気相成長装置 1を用いたェピタキシャルゥヱ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、必要に応じ自然酸ィ匕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力も原料ガス 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ェピタキシャル成長させることにより、ェピタキシャルゥエー ハを得る。

[0038] 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、 SiCl、 SiH CI、 SiH等のシリコン化合物の中力 選択される。原

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料ガス Gには、ドーパントガスとしての B Hあるいは PHや、希釈ガスとしての H等

2 6 3 2 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、 HC1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雰囲気中で高温熱処理を施す。

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[0039] 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 2 4R, 24Lを通り、堤部材 23の外周面 23bに向力つて流れる。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。

[0040] 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は基板の中心に向力つて水平基準線 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 dlよりも大である。つまり、最短距離 dl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 2 30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力 離れるほど大きい。したがって、水平基準線 HSL力 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力つて大きく変化する。

[0041] 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 ん基板の中心に向力つて進むものの、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 V、場合には、ガスの運動量が大き 、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。

[0042] 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ェピタキ シャル成長（ 、わゆる減圧ェピタキシャル成長）では、反応容器内を流れる原料ガス Gの流速は、常圧ェピタキシャル成長に比べて数倍速い。したがって、特に減圧ェピ 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。

[0043] これに対し、本発明に力かる気相成長装置 1にお 、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

[0044] (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 レーシヨンにより求めた。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 ェ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上に気相ェ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。

[0045] ソフトウェア： Fluent Ver 6. 0 (フルーェント '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） = 16m m

'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）

• lOOOOPa

(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 Z分 (標準状態）

•外側案内路… 13. 5リットル Z分 (標準状態）

[0046] 図 10A、図 10Bは、計算機シミュレーション力も得られた原料ガス Gの流通経路図 、図 11A、図 11B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 10Aおよび図 11 Aが本発明の気相成長装置 1の場合、図 10Bおよび図 11Bが従 来の気相成長装置の場合である。

[0047] まず、図 10A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 10B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。

[0048] 次に、図 11A、図 1 IBに示す成長速度分布を示す等高線図についてである力 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、図中下流側に進むほど、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 つているのに対し、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。

Claims

請求の範囲

[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、前記ガス排出ロカ 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略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の範囲第 1項に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!、側と、遠!、側とに 分ける誘導板であることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の気相成 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 、ることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の気 相成長装置。

[5] 前記ガス導入口力 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の範囲第 3項または第 4項に記載の気相成長装 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の範囲第 5 項に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の範 囲第 5項に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 を特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 7項のいずれ力 1項に記載の気相成長装置

[9] 請求の範囲第 1項ないし第 8項のいずれか 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ェピタキシャル成 長させることによりェピタキシャルゥエーハを得ることを特徴とするェピタキシャルゥェ 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 ガスのグループ力 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 を気相ェピタキシャル成長させることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載のェピタ キシャルゥヱーハの製造方法。