WO2005059981A1

WO2005059981A1 - 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

Info

Publication number: WO2005059981A1
Application number: PCT/JP2004/017193
Authority: WO
Inventors: Toru Yamada
Original assignee: Shin-Etsu Handotai Co., Ltd.
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2005-06-30
Also published as: JP4379585B2; JP2005183510A; KR101119599B1; EP1703550B1; US20070107653A1; KR20070026356A; US8926753B2; EP1703550A1; EP1703550A4

Abstract

　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。堤部材２３の上方には、該堤部材２３と向かい合う形で上部内張り部材４が配置されている。堤部材２３と上部内張り部材４との間には、ガス導入隙間６０が形成されている。気相成長装置１においては、ガス導入隙間６０の水平基準線ＨＳＬに沿う方向に形成される長さが、該水平基準線ＨＳＬから遠ざかるにつれて減少するか、もしくは、いずれの位置においても一定となるように、上部内張り部材４の寸法調整がなされている。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より均一に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

明細書

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、下記特開平 7— 193015号公報には、ガス導入ロカゝらの原料ガスを、基板を支持するサセプタの周囲に配置された堤部材の外周面に向けて流し、堤部材を乗り越えさせる形で基板の表面に原料ガスを供給する装置の構成が開示されている。この方法の主旨は、原料ガス流を堤部材の外周面に当てることで原料ガスを分散させ、流量のムラを解消し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力つて流れるように、堤部材に改良をカロ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加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より均一に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] 上記文献に開示された構成の気相成長装置においては、サセプタを取り囲む堤部材と、該堤部材の真上に配置された上部内張り部材とによって、図 8の斜線部で示すようなガス導入隙間 60'が形成される。一方、気相成長装置内に案内された原料ガス Gは、摩擦抵抗がなるべく小さくなる方向に流れようとする。図 8から理解できるように、原料ガス Gが水平基準線 HSLに略平行に流れると仮定した場合、水平基準線 HS Lから遠ざカゝつた位置ほど、原料ガス Gは長い距離のガス導入隙間 60'を流通することになる。そのため、水平基準線 HSL力も遠ざ力つた位置を流れる原料ガス Gは、ガス導入隙間 60'の出口付近において、流れる向きを内寄りに大きく変化させる傾向を持つ。この事実は、シリコン単結晶基板上に流れる原料ガスの流通経路の均一化を困難にする 1つの原因である。

[0009] この点に気付いた本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明の気相成長装置は、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させる気相成長装置であって、水平方向における第一端部側にガス導入口が形成され、同じく第二端部側にガス排出口が形成された反応容器を有し、シリコン単結晶薄膜形成のための原料ガスがガス導入口から反応容器内に導入され、該反応容器の内部空間にて略水平に回転保持されるシリコン単結晶基板の主表面に沿って原料ガスが流れた後、ガス排出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、該ガス導入口から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、堤部材の上力被さるように上部内張り部材が配置され、堤部材と上部内張り部材とによって、反応容器内へのガス導入隙間が形成されており、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定義したとき、水平基準線から幅方向に遠ざかるにつれて、ガス導入隙間の水平基準線と平行な方向に形成される長さが、連続的または段階的に短くなる力、もしくはいずれの位置においても一定となるように構成されて、ることを特徴とする。

[0010] 上記本発明の気相成長装置は、反応容器内に配置されたサセプタの上に向かつて流れる原料ガスの通路を、堤部材 (ロワライナ）と上部内張り部材 (アッパーライナ）とで形成したものである。装置内を流通する原料ガスは、上述したように、摩擦による抵抗がなるべく小さくなる位置を選んで流れる傾向を持つ。本発明の気相成長装置においては、水平基準線から幅方向に遠ざかるにつれてガス導入隙間の形成される長さが短くなる力、もしくは、ずれの位置にぉ、ても一定となるように調整されて!、る。したがって、水平基準線力離れた位置において、原料ガスの流れが水平基準線方向から大きく変化することを防止できる。これにより、サセプタの外周部においても原料ガスの流通経路をより均一にすることが可能になる。この結果、良好な膜厚分布のシリコン単結晶薄膜を作製できる気相成長装置が実現される。

[0011] 1つの好適な態様において、上記の気相成長装置は、ガス導入隙間を形成する堤部材の上面と、同じく上部内張り部材の下面との上下方向での重なり度合いが、水平基準線から幅方向に遠ざかるにつれて小さくなる、もしくはいずれの位置においても一定となるように構成することができる。このような構成によれば、堤部材と上部内張り部材との重なり度合いの調整により、ガス導入隙間の形成される長さの調整を行うことができるため、設計変更等にも対応しやすい。

[0012] また、上部内張り部材の下面の内周縁が、堤部材の上面の内周縁よりも原料ガスの流れ方向上流側に位置するように構成することができる。原料ガスは堤部材の上面に沿って流れ、サセプタの上面にスムーズに案内されることが必要である。上記構成によると、ガス導入隙間の終端を上部内張り部材の下面内周縁の位置で規定することができるので、原料ガスをサセプタの上面にスムーズに案内しつつ、ガス導入隙間の形成される長さを調整することができる。

[0013] また、ガス導入隙間の出口側で、堤部材の上面の内周縁が描く円弧の中心が、サセプタの回転軸線に一致する一方、上部内張り部材の下面の内周縁が描く円弧の中心は、サセプタの回転軸線よりも原料ガスの流れ方向下流側に設定され、堤部材の上面の内周縁が描く円弧の半径よりも、上部内張り部材の下面の内周縁が描く円弧の半径の方が大となるように構成されて、るとょ、。これらの要件を概念図に示すと、図 7のようになる。図 7中斜線部がガス導入隙間の形成領域を表している。すなわち、上記した構成は、ガス導入隙間の形成される長さ（水平基準線 HSLに沿う方向に形成される長さ）を、水平基準線 HSLカゝら離れるにつれて徐々に減少させるための構成をより具体的に示す。 [0014] また、別の視点力も見たときの本発明の気相成長装置は、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させる気相成長装置であって、水平方向における第一端部側にガス導入口が形成され、同じく第二端部側にガス排出口が形成された反応容器を有し、シリコン単結晶薄膜形成のための原料ガスがガス導入口から反応容器内に導入され、該反応容器の内部空間にて略水平に回転保持されるシリコン単結晶基板の主表面に沿って原料ガスが流れた後、ガス排出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力堤部材の外周面に当たつ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ぉ、て、堤部材の上力被さるように上部内張り部材が配置され、堤部材と上部内張り部材とによって、反応容器内へのガス導入隙間が形成されており、上部内張り部材の下面の内周縁が、堤部材の上面の内周縁よりも原料ガスの流れ方向上流側に位置し、ガス導入隙間の出口側で、堤部材の上面の内周縁が描く円弧の中心力サセプタの回転軸線に一致する一方、上部内張り部材の下面の内周縁が描く円弧の中心は、サセプタの回転軸線よりも原料ガスの流れ方向下流側に設定され、堤部材の上面の内周縁が描く円弧の半径よりも、上部内張り部材の下面の内周縁が描く円弧の半径の方が大となるように構成されていることを特徴とする。

[0015] 気相成長装置内を流通する原料ガスは、上述したように、摩擦による抵抗がなるベく小さくなる位置を選んで流れる傾向を持つ。本発明の気相成長装置の主要部を概念図に示すと、図 7のようになる。図 7中斜線部がガス導入隙間の形成領域を表している。反応容器の第一端部からサセプタの回転軸線 Oと直交して第二端部に至る原料ガス 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、サセプタの回転軸線 Oと、水平基準線 HSLとの双方に直交する方向を幅方向 WLとする。堤部材の上面の内周縁 23pが描く円弧の半径 Rに比べ、上部内張り部材の下面の内周縁 40pが描く円弧の半径 Rを大としているので、水平基準線 HSLに沿う方向に関するガス導入隙間の形成される長さが、水平基準線 HSLから離れるにつれて長くならない。したがって、水平基準線 HSL力離れた位置においても、原料ガス Gは、流れる向きが大きく変化しない。なぜならば、ガス導入隙間を流れる原料ガス Gは、抵抗が小さくなる経路、つまり、ガス導入隙間が短く形成された経路を流れる傾向を持つからである。この結果、サセプタの外周部にもより均一に原料ガスを流すことが可能になる。すなわち、基板上での原料ガスの流通経路のムラを解消することができ、良好な膜厚分布のシリコン単結晶薄膜を作製できる気相成長装置を実現できる。

[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] また、水平基準線と平行な方向における、ガス導入隙間の形成される長さに応じて、水平基準線寄りを流れる原料ガスの流量を調節する内側バルブと、水平基準線から離れたところを流れる原料ガスの流量を調節する外側バルブとの開閉度合いを設定するとよい。このようにすれば、前述した本発明にかかる気相成長装置の構成と相俟つて、基板上での原料ガスの流量ムラを低減することが可能である。

[0020] 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。

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必要はなぐ 2mm程度までの位置の違いは許容されると、う意味である。図面の簡単な説明

[0021] [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、上部内張り部材の下方平面図。

[図 6A]図 6Aは、ガス導入隙間の形成形態を説明するための、図 5中に示す水平基準線 HSLを含む線 6A— 6Aにつ!/、ての断面図。

[図 6B]図 6Bは、ガス導入隙間の形成形態を説明するための、図 5の線 6B— 6Bについての断面図。

[図 6C]図 6Cは、ガス導入隙間の形成形態を説明するための、図 5の線 6C— 6Cについての断面図。

[図 7]図 7は、ガス導入隙間の形成領域を示す平面投影図。

[図 8]図 8は、上部内張り部材が改良されていない従来の気相成長装置の作用説明図。

[図 9]図 9は、ガス導入隙間の形成される長さを一定にした別形態を示す模式図。

[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も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も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

[0022] 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の部分拡大図、図 3は図 1の気相成長装置 1の平面図、図 4は、図 1 の気相成長装置 1の要部を一部切り欠いて示す分解斜視図である。この気相成長装置 1は、図 1に示すように、水平方向における第一端部 31側にガス導入口 21が形成され、同じく第二端部 32側にガス排出口 36が形成された反応容器 2を有する。薄膜形成のための原料ガス Gは、ガス導入口 21から反応容器 2内に導入され、該反応容器 2の内部空間 5にて略水平に回転保持される基板 Wの主表面に沿う方向に沿って流れた後、ガス排出口 36から排気管 7を経て排出されるように構成されている。排気管 7は、減圧ポンプ RP (図 3)とともに気相成長装置 1の排気系を構成している。

[0023] 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。

[0024] 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、ともに石英材料により作製されたリング状の部品である。 [0025] 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。

[0026] 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 (04)に、原料ガス Gの流れを幅方向 WLにさらに仕切るガス案内部材側仕切板 34R, 34Lが設けられている。これにより、ガス案内空間 240, 24 0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カゝら遠い側のガス案内空間 24S, 24Sとに分断される。

[0027] 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。

[0028] また、図 3に示すように、ガス案内部材 24R, 24Lに対応してガス導入口 21 A, 21 Bが形成されている。ガス配管 50は、水平基準線 HSL寄りのガス案内空間 24T (図 4)にガスを供給する内側配管 53と、水平基準線 HSLから遠い側のガス案内空間 24 S (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、 MF C54, 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 21 B, 21Bを開口している。

[0029] 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の各内部に設けられている。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

[0030] 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。なお、ガス流通孔 26aは、ガス案内部材側仕切板 34R, 34Lと干渉しない位置に形成されている。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。

[0031] 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, 24 Lとの対向区間におヽて凹状に切り欠くことにより弓形の切欠部 23kが形成されてヽる。切欠部 23kの側面は、堤部材 23の外周面 23bの一部を形成している。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。これにより、上部内張り部材 4と堤部材 23との相対位置が固定されている。図 2に示すように、切欠部 23kの底面 23cは、ガス案内部材 24R, 24Lの下面板 24bの内面の延長に略一致する形となっており、ガス案内面の役割を果たす。そして、原料ガス Gは切欠部 23kの側面 23bに当たって上面 23aに乗り上げる。

[0032] 図 2に示すように、上部内張り部材 4は、堤部材 23の上面 23aに平行対向する第一下面 4aと、切欠部 23kの側面 (堤部材 23の外周面） 23bに対向する内周面 4bと、同じく底面 23cに平行対向する第二下面 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導入隙間 60を形成している。すなわち、ガス導入隙間 60は、堤部材 23と上部内張り部材 4とが対向することにより形成されるガス通路である。なお、図 4に示すように、堤部材側仕切板 35R, 35Lは、ガス導入隙間 60に対応した略 L字状に形成されてヽる。

[0033] 図 5に示すのは、上部内張り部材 4を堤部材 23側から見たとき下方平面図である。

堤部材 23に向かい合う第一下面 4aおよび第二下面 4cがガス導入隙間 60を形成することとなる。上部内張り部材 4と、堤部材 23との上下方向での重なり度合いに応じて、水平基準線 HSLと平行な方向における、ガス導入隙間 60の形成される長さが設定される。本発明の気相成長装置 1は、該水平基準線 HSLから幅方向 WLに遠ざかるにつれて、上記形成される長さが漸次減少するように構成されて、る。

[0034] 図 6Aに示すのは、図 5中に示す水平基準線 HSLを含む 6A— 6A断面図、図 6Bに示すのは、図 5の 6B— 6B断面図、図 6Cに示すのは、図 5の 6C— 6C断面図である。本実施形態においては、堤部材 23の上面 23aの内周縁 23pよりも原料ガス Gの流れ方向上流側に位置する、上部内張り部材 4の下面 4aの内周縁 40pの寸法により、ガス導入隙間 60の形成される長さを調整するようにしている。つまり、図 6A、図 6B、図 6Cの順に見れば分力るように、水平基準線 HSL力幅方向 WLに遠ざかるほど、ガス導入隙間 60を形成する堤部材 23の上面 23aと、同じく上部内張り部材 4の下面 4a との上下方向での重なり度合いが減少している。これにより、水平基準線 HSLに沿う方向での、ガス導入隙間 60の形成される長さが漸次減少する。 6A— 6A断面、 6B— 6B断面、 6C— 6C断面でのガス導入隙間 60の形成される長さをそれぞれ D 、 D、 D

A B

とすると、 D >D >Dという関係が成立している。

C A B C

[0035] また、図 6A、図 6B、図 6Cの各断面図に示すように、堤部材 23の外周縁 23qと上部内張り部材 4の外周縁 40qは、ガス導入隙間 60の原料ガス Gの入口側において、上下一致されている。このようにすれば、ガス流通路としてのガス案内部材 24R, 24 Lを、堤部材 23および上部内張り部材 4に隙間無く接続することが容易である。

[0036] 図 7に、ガス導入隙間 60の形成領域の平面投影図を示す。図 7中において、ガス導入隙間 60は斜線部にて表される。図 7に示すように、ガス導入隙間 60の入口側では、堤部材 23の外周縁 23qが描く円弧と、上部内張り部材 4の外周縁 40qが描く円弧とが上下方向（サセプタ 12の回転軸線 Oに沿う方向）で互、に一致して、る。すなわち、両円弧は等しい半径 Rを持つ。半径 Rの円弧の中心は、サセプタ 12の回転

2 2

軸線 Oに一致する。他方、ガス導入隙間 60の出口側では、堤部材 23の上面 23aの内周縁 23pが描く半径 Rの円弧の中心は、サセプタ 12の回転軸線 Oに一致している力上部内張り部材 4の下面 4aの内周縁 40pが描く半径 Rの円弧の中心 O'は、

3

サセプタ 12の回線軸線 Oよりも原料ガス Gの流れ方向下流側に設定される。そして、各円弧の半径は、 R <R

1 3となっている。

[0037] なお、本実施形態ではガス導入隙間 60の形成される長さが、水平基準線 HSLから離れるにつれて漸次減少する例を示したが、図 9の模式図に示すように、水平基準線 HSLから幅方向 WLに遠ざかったいずれの位置においても、ガス導入隙間 60の形成される長さが一定の値 Dを持つように構成する別形態も好適である。また、ガス

0

導入隙間 60の形成される長さが段階的に減少していくように、上部内張り部材 4の寸法調整を行うことも、もちろん可能である。

[0038] また、気相成長装置 1を別の観点力見ると、以下のような構成を有する。すなわち、図 7に示すように、ガス導入隙間 60 (斜線部）の入口側では、堤部材 23の外周縁 2 3qと、上部内張り部材 4の外周縁 40qとが上下方向（サセプタ 12の回転軸線 Oに沿う方向）で互いに一致される。他方、ガス導入隙間 60の出口側では、堤部材 23の上面 23aの内周縁 23pが描く半径 Rの円弧の中心が、サセプタ 12の回転軸線 Oに一致する一方、上部内張り部材 4の下面 4aの内周縁 40pが描く半径 Rの円弧の中心 0

3 ，力サセプタ 12の回線軸線 Oよりも原料ガス Gの流れ方向下流側の水平基準線 HS L上に設定される。そして、各円弧の半径力 R <Rとなるように調整される。このよう

1 3

にすると、従来の気相成長装置よりも、原料ガス Gが堤部材 23の上面 23a上で水平基準線 HSL寄りに向きを変え難くなる。

[0039] 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。

[0040] 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

3 4 2 2 4

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。

2

[0041] 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に向けて流れる。外周面 23bに当たった原料ガスは、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力 S排気管 7に集められ、排出される。

[0042] ここで、従来の気相成長装置における原料ガス Gの流通経路について、図 8の作用説明図を参照して説明する。従来の気相成長装置の場合、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、予熱リングを経てサセプタ上に進んでくる。なぜなら、堤部材 23'と上部内張り部 4'とにより形成されるガス導入隙間 60' (斜線部）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力もである。ガス導入隙間 60'を原料ガス Gが通過するときの直進距離 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 23'の上面 23 a'上を通過すれば、サセプタ 12に向う原料ガス Gが受ける抵抗は最も小さくなる。従来の気相成長装置の堤部材 23'および上部内張り部材 4'は、同径のリング状の形態を有するため、直進距離 d2は水平基準線 HSLから離れるほど大きい。したがって、水平基準線 HSLカゝら離れた位置、すなわち幅方向 WLの外側を流れる原料ガス G ほど、堤部材 23'の上面 23a'上での流れ方向が基板の中心に向かって大きく変化する。

[0043] 原料ガス Gの流速がそれほど大きくな、場合には、堤部材 23 'を越えた後、 V、つ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 23'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 23，を越えた後、、つたん基板の中心に向力つて進む影響が大きくなる。

[0044] 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 23'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。

[0045] これに対し、本発明に力かる気相成長装置 1は、水平基準線 HSL力幅方向 WL に離れるほど、ガス導入隙間 60の形成される長さが小さくなるように構成されている。このような構成によれば、原料ガス Gが水平基準線 HSLに向力つて流れるように、向きを大きく変更する現象が起こりにくい。そのため、図 7に示すように、原料ガス Gは比較的まっすぐサセプタ 12上に流れるようになる。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

[0046] (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導出した。また、これと比較するために、上部内張り部材が改良されていない、従来の気相成長装置での原料ガスの流通経路を導出した。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、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。

[0047] 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）

•堤部材の内径 = 300mm

•上部内張り部材の R (図 5参照） = 200mm

3

'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）

[0048] 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、 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 1

OAおよび図 11A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。

[0049] まず、図 10Aに示すように、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 HSL)に寄ってくる傾向が小さい。他方、図 10Bに示すように、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で流れる向きを内寄りに大きく変化させている。

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、

前記堤部材の上から被さるように上部内張り部材が配置され、前記堤部材と前記上部内張り部材とによって、前記反応容器内へのガス導入隙間が形成されており、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定義したとき、

前記水平基準線から前記幅方向に遠ざかるにつれて、前記ガス導入隙間の前記水平基準線と平行な方向に形成される長さが、連続的または段階的に短くなるか、もしくは、ずれの位置にぉ、ても一定となるように構成されて、ることを特徴とする気相成長装置。

[2] 前記ガス導入隙間を形成する前記堤部材の上面と、同じく前記上部内張り部材の下面との上下方向での重なり度合いが、前記水平基準線力前記幅方向に遠ざ力るにつれて小さくなる力、もしくは、ずれの位置にぉ、ても一定とな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] 前記上部内張り部材の下面の内周縁が、前記堤部材の上面の内周縁よりも前記原料ガスの流れ方向上流側に位置するように構成されてヽ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] 前記ガス導入隙間の出口側で、前記堤部材の上面の内周縁が描く円弧の中心が

、前記サセプタの回転軸線に一致する一方、前記上部内張り部材の下面の内周縁が描く円弧の中心は、前記サセプタの回転軸線よりも前記原料ガスの流れ方向下流側に設定され、

前記堤部材の上面の内周縁が描く円弧の半径よりも、前記上部内張り部材の下面の内周縁が描く円弧の半径の方が大となるように構成されて、ることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 3項のいずれか 1項に記載の気相成長装置。

[5] 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、

前記堤部材の上から被さるように上部内張り部材が配置され、前記堤部材と前記上部内張り部材とによって、前記反応容器内へのガス導入隙間が形成されており、前記上部内張り部材の下面の内周縁が、前記堤部材の上面の内周縁よりも前記原料ガスの流れ方向上流側に位置し、

前記ガス導入隙間の出口側で、前記堤部材の上面の内周縁が描く円弧の中心が、前記サセプタの回転軸線に一致する一方、前記上部内張り部材の下面の内周縁が描く円弧の中心は、前記サセプタの回転軸線よりも前記原料ガスの流れ方向下流側に設定され、

前記堤部材の上面の内周縁が描く円弧の半径よりも、前記上部内張り部材の下面の内周縁が描く円弧の半径の方が大となるように構成されて、ることを特徴とする気相成長装置。

[6] 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 5項のいずれ力 1項に記載の気相成長装置

[7] 請求の範囲第 1項ないし第 6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。

[8] 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 7項に記載のェピタキシャルゥヱーハの製造方法。

[9] 前記水平基準線と平行な方向における、前記ガス導入隙間の形成される長さに応じて、前記水平基準線寄りを流れる前記原料ガスの流量を調節する内側バルブと、前記水平基準線から離れたところを流れる前記原料ガスの流量を調節する外側バルブとの開閉度合いを設定することを特徴とする請求の範囲第 7項または第 8項に記載のェピタキシャルゥエーハの製造方法。