CN110277304A - 外延晶片的制造方法及其制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种外延晶片的制造方法及其制造装置。在具有中央朝下方***的上圆顶(17)和保持该圆顶的上圆顶用凸缘(18)的反应容器(12)内的基座(13)上载置半导体晶片(11)的状态下，从比上述凸缘更靠下方的气体导入口(14a)向反应容器内导入气体而使外延膜在晶片上生长，且从比上述凸缘更靠下方的气体排出口(14b)排出剩余的气体。使上圆顶的最下表面位于比上述凸缘的下表面的延长面更靠上方的位置，将上圆顶的曲率半径R设定为4500～6000mm，并且将上圆顶的最下表面与上述凸缘的下表面的延长面之间的距离设定为1.0～3.5mm。

Description

外延晶片的制造方法及其制造装置
技术领域
本发明涉及一种使外延膜在硅晶片等半导体晶片上生长而制造外延晶片的方法和制造该外延晶片的装置。
背景技术
以往，公开有在至少具有下凸的上壁的反应室内配置单晶基板，从气体导入口向反应室内导入原料气体及载气而在单晶基板上层叠外延层的外延生长方法(例如，文献1：日本特开2009-147105号公报(参考权利要求1、5及6、段落[0014]、图1)。)。在该外延生长方法中，根据从气体导入口向反应室内导入的载气的流量来调整反应室的上壁的曲率半径或气体导入口的上端与反应室的上壁的下端在高度方向上的差中的任意一方或双方之后，在单晶基板上层叠外延层。并且，在从气体导入口向反应室内导入的载气的流量超过70slm时，将反应室的上壁的曲率半径调整为4500mm以上且小于7500mm或将气体导入口的上端与反应室的上壁的下端在高度方向上的差调整为0mm以上且2mm以下，或者将上述曲率半径及上述差分别调整在上述范围内。另外，在从气体导入口向反应室内导入的载气的流量小于60slm时，将反应室的上壁的曲率半径调整为大于3000mm且小于4500mm或将气体导入口的上端与反应室的上壁的下端在高度方向上的差调整为2.5mm以上，或者将上述曲率半径及上述差分别调整在上述范围内。
在如此构成的外延生长方法中，根据从气体导入口向反应室内导入的载气的流量来调整反应室的上壁的曲率半径或气体导入口的上端与反应室的上壁的下端在高度方向上的差中的任意一方或双方之后，在单晶基板上层叠外延层，因此能够提高通过各流量的载气所带来的生产率或背面品质，并且能够层叠具有均匀膜厚分布的优异的外延层。另外，在本说明书中，单位“slm”为“sta ndard liter/minute”的略语，是指在压力0.1MPa(1个大气压)及温度0℃下每1分钟的流量。
但是，在上述现有的文献1所示的外延生长方法中，必须根据从气体导入口向反应室内导入的载气的流量来变更反应室的上壁的曲率半径或气体导入口的上端与反应室的上壁的下端在高度方向上的差，即，从载气的流量超过70slm的状态变更为小于60slm的状态时或者从载气的流量小于60slm的状态变更为超过70slm的状态时，必须从预先制作的下凸的曲率半径不同的多个上壁中根据供给气体的流量每次更换成适当的下凸形状的上壁，导致作业性大幅下降，难以适用于实际的生产。并且，在上述现有的文献1所示的外延生长方法中，上壁具有下凸的上圆顶和以嵌入至该上圆顶的状态被熔敷并保持上圆顶的上圆顶用凸缘，在该上圆顶用凸缘的下表面与气体导入口的上端之间存在构成气体导入口的上缘的上衬垫、或固定上圆顶用凸缘的底座部件。因此，若将气体导入口的上端与上圆顶的下端(最下表面)在高度方向上的差设定为0mm以上且2mm以下，则上圆顶的最下表面位于比上圆顶用凸缘的下表面的延长面更靠下方的位置，因此若在上圆顶用凸缘上熔敷上圆顶且使上圆顶下凸的状态下，置于保管架或干燥机等的平板上，则在上圆顶用凸缘的下表面与平板接触之前，上圆顶的最下表面与平板接触，有可能损伤上圆顶的最下表面，还存在作为带有上圆顶用凸缘的上圆顶的组件的处理较麻烦的问题。
发明内容
本发明人鉴于上述问题进行了深入研究，其结果发现，使用具有特定的范围内的曲率半径的上圆顶，且将上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离设定在特定的范围内时，无论供给至装置内的气体流量多少，都可得到在面内均匀的外延膜的厚度分布，从而完成了本发明。
本发明的第1目的在于提供一种即使变更从气体导入口被供给至反应容器内的气体流量，也无需更换上圆顶，且能够使外延膜在半导体晶片上生长为均匀厚度的外延晶片的制造方法及其制造装置。本发明的第2目的在于提供一种通过使上圆顶的最下表面位于比上圆顶用凸缘的下表面的延长面更靠上方的位置，即使将带有上圆顶用凸缘的上圆顶以下凸的状态置于平板上，在上圆顶用凸缘的下表面与平板接触之前，上圆顶的最下表面也不会与平板接触，不会损伤上圆顶的最下表面，因此能够比较容易将带有上圆顶用凸缘的上圆顶作为组件来处理的外延晶片的制造方法及其制造装置。
本发明的第1观点为一种外延晶片的制造方法，其在具有中央朝下方***的上圆顶和保持该上圆顶的上圆顶用凸缘的反应容器内设置能够载置半导体晶片的基座，在该基座上载置半导体晶片的状态下，从位于比上圆顶用凸缘更靠下方的位置的气体导入口向反应容器内导入原料气体及载气而使外延膜在半导体晶片上生长，且从位于比上圆顶用凸缘更靠下方的位置的气体排出口排出剩余的上述气体，该外延晶片的制造方法的特征在于，上圆顶的最下表面被构成为位于比上圆顶用凸缘的下表面的延长面更靠上方的位置，将上圆顶的曲率半径设定在4500～6000mm的范围内，将上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离设定在1.0～3.5mm的范围内。另外，在本说明书中，将上圆顶的曲率半径设定在4500～6000mm的范围内是指，以上圆顶的曲率半径成为4500～6000mm的范围内的方式形成上圆顶。并且，在本说明书中，将上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离设定在1.0～3.5mm的范围内是指，以从上圆顶的最下表面至上圆顶用凸缘的下表面的延长面为止的距离成为1.0～3.5mm的范围内的方式形成上圆顶。
本发明的第2观点为一种外延晶片的制造装置，其具备：具有中央朝下方***的上圆顶和保持该上圆顶的上圆顶用凸缘的反应容器；设置于该反应容器内，能够载置半导体晶片的基座；位于比上圆顶用凸缘更靠下方的位置，向反应容器内导入原料气体及载气的气体导入口；及与该气体导入口对置且位于比上圆顶用凸缘更靠下方的位置，排出原料气体及载气的气体排出口，该外延晶片的制造装置的特征在于，上圆顶的最下表面被构成为位于比上圆顶用凸缘的下表面的延长面更靠上方的位置，上圆顶的曲率半径被设定在4500～6000mm的范围内，上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离被设定在1.0～3.5mm的范围内。另外，在本说明书中，上圆顶的曲率半径被设定在4500～6000mm的范围内是指，以上圆顶的曲率半径成为4500～6000mm的范围内的方式形成上圆顶。并且，在本说明书中，上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离被设定在1.0～3.5mm的范围内是指，以从上圆顶的最下表面至上圆顶用凸缘的下表面的延长面为止的距离成为1.0～3.5mm的范围内的方式形成上圆顶。
根据本发明的第1及第2观点的外延晶片的制造方法及其制造装置，无需根据从气体导入口被供给至反应容器内的气体流量来更换成变更了上圆顶最下表面的曲率半径或上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘下表面的延长面之间的距离的上圆顶，且能够使外延膜在半导体晶片上生长为均匀的厚度。
并且，通过使上圆顶的最下表面位于比上圆顶用凸缘的下表面的延长面更靠上方的位置，即使将带有上圆顶用凸缘的上圆顶以下凸的状态置于平板上，在上圆顶用凸缘的下表面与平板接触之前，上圆顶的最下表面也不会与平板接触，不会损伤上圆顶的最下表面，因此能够比较容易将带有上圆顶用凸缘的上圆顶作为组件来处理。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的外延晶片的制造装置的纵截面结构图。
图2是表示在被载置于该装置的基座的硅晶片上表面流动的气体根据上圆顶的曲率半径及位置而变化的状态的硅晶片的俯视图。
图3是表示在硅晶片上表面生长的外延膜的厚度的测定范围的硅晶片的俯视图。
图4是针对实施例1～9及比较例1～6的硅晶片，在将上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离H固定在1.0mm的状态下，使氢流量变化时的外延膜的最大厚度偏差((L3/te)×100)的变化的图。
图5是表示针对实施例10～18及比较例7～12的硅晶片，在将上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离H固定在3.5mm的状态下，使氢流量变化时的外延膜的最大厚度偏差((L3/te)×100)的变化的图。
图6是表示针对比较例13～27的硅晶片，在将上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离H固定在0mm的状态下，使氢流量变化时的外延膜的最大厚度偏差((L3/te)×100)的变化的图。
图7是表示针对比较例28～42的硅晶片，在将上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离H固定在5.0mm的状态下，使氢流量变化时的外延膜的最大厚度偏差((L3/te)×100)的变化的图。
具体实施方式
接着，根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1是示意性地表示一般为了制造直径300mm的外延晶片而使用的单片式外延生长装置(Applied Materials，Inc.制造：Centura(注册商标))的装置剖视图。外延晶片的制造装置10为用于使外延层在硅晶片11的表面上生长的装置，具备：反应容器12；设置于该反应容器12内，能够载置硅晶片11的圆板状的基座13；向反应容器12内导入原料气体及载气的气体导入口14a；及排出使外延膜在载置于基座13的硅晶片11上生长的原料气体及载气的剩余气体的气体排出口14b。反应容器12具有：从基座13的外周面隔着规定的间隔而包围该基座13的环状的底座部件16；位于基座13的上方，中央朝下方***的上圆顶17；下表面抵接于底座部件16的上表面，保持上圆顶17的上圆顶用凸缘18；位于基座13的下方，形成为随着朝向下方而变细的圆锥筒状的下圆顶19；及上表面抵接于底座部件16的下表面，保持下圆顶19的下圆顶用凸缘21。
上述上圆顶17由透明石英形成，上圆顶用凸缘18由不透明石英形成。而且，上圆顶17与上圆顶用凸缘18被同化处理。即，上圆顶17以嵌入到环状的上圆顶用凸缘18的状态，用使用了氢与氧的混合气体的气体燃烧器被熔敷于该上圆顶用凸缘18而被一体化。此时，以上圆顶17的最下表面位于比上圆顶用凸缘18的下表面的延长面更靠上方的位置的方式，上圆顶17与上圆顶用凸缘18被同化处理(熔敷)。以将该上圆顶用凸缘18载置于底座部件16的状态，在上圆顶用凸缘18上载置上固定凸缘22，通过以底座部件16及上固定凸缘22夹持上圆顶用凸缘18，上圆顶用凸缘18被固定于底座部件16。如上所述，通过使上圆顶17的最下表面位于比上圆顶用凸缘18的下表面的延长面更靠上方的位置，即使将带有上圆顶用凸缘18的上圆顶17以下凸的状态置于平板上，在上圆顶用凸缘18的下表面与平板接触之前，上圆顶17的最下表面也不会与平板接触，不会损伤上圆顶17的最下表面。因此，能够比较容易将带有上圆顶用凸缘18的上圆顶17作为组件来处理。
另一方面，下圆顶19由透明石英形成，下圆顶用凸缘21由不透明石英形成。而且，下圆顶19与下圆顶用凸缘21被同化处理。即，下圆顶19的上端用使用了氢与氧的混合气体的气体燃烧器被熔敷于环状的下圆顶用凸缘21下端的内侧角部而被一体化。并且，沿垂直方向延伸而设置且由不透明石英形成的筒部件23的上端与下圆顶19的下端被同化处理。即，下圆顶19的下端用使用了氢与氧的混合气体的气体燃烧器被熔敷于筒部件23的上端而被一体化。在使上述下圆顶用凸缘21的上表面与底座部件16的下表面接触的状态下，将下固定凸缘24按压于下圆顶用凸缘21的下表面，并以底座部件16及下固定凸缘24夹持下圆顶用凸缘21，从而下圆顶用凸缘21被固定于底座部件16。另外，在上述筒部件中以沿垂直方向贯穿的方式设置有驱动轴26，设置于反应容器12内的基座13经由多条臂27被固定于驱动轴26的上端部。驱动轴26的下端与设置于反应容器12的外部的驱动马达(未图示)连接。在筒部件23与驱动轴26之间的间隙中安装有垫圈28，通过垫圈28，驱动轴26向反应容器12的插穿部被密封。
另一方面，上圆顶17的曲率半径R被设定在4500～6000mm的范围内，优选被设定在5000～5500mm的范围内。另外，上圆顶17的最下表面与上圆顶用凸缘18的下表面的延长面之间的距离H被设定在1.0～3.5mm的范围内，优选被设定在1.5～3.0mm的范围内。在此，将上圆顶17的曲率半径R限定在4500～6000mm的范围内是因为，当小于4500mm时，反应容器12内的中心部附近的气体(原料气体及载气)的流动变得不稳定，随此，流量依赖性上升，若超过6000mm，则上圆顶17的制作难易度上升，并且上圆顶17的强度下降。并且，将上圆顶17的最下表面与上圆顶用凸缘18的下表面的延长面之间的距离H限定在1.0～3.5mm的范围内是因为，当小于1.0mm时，上圆顶17的最下表面过度接近硅晶片11，在硅晶片11上通过的混合气体的流动受到上圆顶17形状的影响而如图2的双点划线箭头所示那样弯曲，从而无法形成均匀厚度的外延膜，若超过3.5mm，则由于上圆顶17的最下表面与硅晶片11的上表面之间的空间扩大而导致相对于气体流量的响应性变强。
更详细说明将上圆顶17的曲率半径R限定在4500～6000mm的范围内且将上圆顶17的最下表面与上圆顶用凸缘18的下表面的延长面之间的距离H限定在1.0～3.5mm的范围内的理由。根据实验，即使上述曲率半径R小于4500mm或者超过6000mm，无论气体(原料气体及载气)流量多少，外延膜的厚度分布也会变差。并且，根据实验，即使上述距离H小于1.0mm或者超过3.5mm，无论气体流量多少，有外延膜的厚度分布变差的倾向。具体而言，若上述距离H变小，则随着气体流量的增大，有外延膜的平坦性变良好的倾向，若上述距离H变大，则随着气体流量的增大，有外延膜的平坦性变差的倾向，在任何一种情况下均依赖于气体流量。另外，根据实验，通过将上述曲率半径R限定在4500～6000mm的范围内且将上述距离H限定在1.0～3.5mm的范围内，无论气体流量多少，均可得到大致恒定的良好的膜厚分布。基于上述内容，可推测晶片11正上方的原料气体的水平方向的浓度分布根据被导入到反应容器12内的气体的流速(流量)而变化，因此产生外延膜的平坦性的下降。即，认为通过将上述曲率半径R设定在4500～6000mm的范围内且将上述距离H设定在1.0～3.5mm的范围内，气体的流速(流量)对上述原料气体的浓度分布产生的影响得到抑制，因此得到了外延膜的厚度分布大致恒定的良好的结果。另一方面，被导入到反应容器12的气体基本上在圆柱状的反应空间中从上游朝下游流动，但此时气体对晶片11有朝水平方向及垂直方向扩散的余地。认为影响到该气体朝水平方向的扩散的就是上述曲率半径R，影响到气体朝垂直方向的扩散的就是上述距离H。并且，这些扩散相互作用，因此需要找出曲率半径R及距离H的最佳组合。
根据上述内容，可如下那样解释。与上圆顶17的曲率相应的气体朝水平方向的扩散基本上具有在上圆顶17的曲率大(曲率半径小)时，沿着上圆顶17的弯曲面扩散的倾向，即使气体过度扩散、气体过度积蓄，膜厚分布也不会变好。并且，气体的扩散程度受到作为垂直方向成分的上述距离H的影响。即，当上述距离H小时，气体非常容易受到朝水平方向的影响。与本发明中的上圆顶17有关的数值限定(曲率半径R及距离H的数值范围)暗示着存在其均衡状态，示出不易受到气体流速(流量)的影响，且能够实现能够使外延膜的厚度分布变良好的气体浓度的形状及结构。另外，通过将曲率半径R及距离H分别设定在上述范围内，上圆顶17的最下表面与气体导入口14a的上端在高度方向上的差被设定在16.0～18.5mm的范围内。
另一方面，外延晶片的制造装置10还具备：贮存用于使外延膜在硅晶片11的上表面上生长的硅烷气体等原料气体的储罐(未图示)；贮存氢气等载气的储罐(未图示)；***接于底座部件16，将反应处理气体(原料气体及载气)导入到反应容器12的气体供给管29；***接于底座部件16，从反应容器12排出剩余的上述反应处理气体的气体排出管31；为了形成分别与气体供给管29及气体排出管31连通的上述气体导入口14a及气体排出口14b而在底座部件16的内周面沿上下方向隔开规定的间隔而配置的上衬垫32及下衬垫33；及抽吸排出反应容器12内的反应处理气体的气体排出管31。上述气体供给管29和气体排出管31被设置成以驱动轴26为中心互相对置，朝以该驱动轴26为中心的半径方向延伸，且朝向基座13的外周面。并且，上述气体导入口14a及气体排出口14b以分别位于比上圆顶用凸缘18更靠下方的位置的方式，由上衬垫32及下衬垫33形成。即，气体导入口14a及气体排出口14b以驱动轴26为中心互相对置、被形成为朝水平方向延伸的偏平状、且朝向载置于基座13的硅晶片11的外周面的方式，由上衬垫32及下衬垫33形成。另外，图1中的符号34为分别设置于反应容器12的上方及下方的卤素灯(加热器具)。
对使用如此构成的外延晶片的制造装置10使外延膜在载置于基座13的硅晶片11上生长的方法进行说明。首先，在基座13上载置硅晶片11。接着，使驱动马达驱动，使硅晶片11经由驱动轴26及基座13旋转，并且利用卤素灯34加热硅晶片11的上表面及基座13的下表面之后，向反应容器12内供给反应处理气体(原料气体及载气)。由此，在反应处理气体在硅晶片11上通过之后，未堆积在硅晶片11上的剩余的反应处理气体通过气体排出口14b及气体排出管31被排出至反应容器12外。在此，由于上圆顶17的曲率半径R在规定的范围内，上圆顶17的最下表面与上圆顶用凸缘18的下表面的延长面之间的距离H在规定的范围内，因此即使增加或减少从气体导入口14a被供给至反应容器12内的气体流量，反应处理气体也会在硅晶片11上如图2的虚线箭头所示那样以直线状流动。即，即使变更从气体导入口14a被供给至反应容器12内的气体流量，上圆顶17的形状也不会对硅晶片11上的气体流带来影响。其结果，无需更换成变更了上圆顶17的曲率半径R或上述距离H的上圆顶17，能够使用相同形状的上圆顶17，维持规定的外延膜的生长速度，并且使外延膜在硅晶片11上生长为均匀的厚度。
另外，在上述实施方式中，作为半导体晶片，举出了硅晶片，但作为半导体晶片，也可以使用碳化硅(SiC)晶片、砷化镓(GaAs)晶片等。
实施例
接着，将本发明的实施例与比较例一同进行详细说明。
<实施例1～3>
使用将图1所示的外延晶片的制造装置10的上圆顶17的曲率半径R设为4500mm、将上圆顶17的最下表面与上圆顶用凸缘18的下表面的延长面之间的距离H设为1.0mm的制造装置10，在如下外延生长处理条件下进行了外延生长处理。将直径及厚度分别为300mm及775μm的硅晶片11载置于基座13上，使氢气流量(载气流量)及三氯硅烷气体(原料气体)流出60秒钟而使外延膜在硅晶片11上分别生长。将向反应容器12内供给的氢气的流量设为40slm(standard liter/minute)而进行了外延生长的硅晶片作为实施例1，将设为60slm而进行了外延生长的硅晶片作为实施例2，将设为80slm而进行了外延生长的硅晶片作为实施例3。另外，三氯硅烷气体的流量无论氢气流量如何均设为一定(10slm)。
<实施例4～6>
将上圆顶的曲率半径R设为5000mm，除此以外，与实施例1～3同样进行了外延生长的硅晶片分别作为实施例4～6。
<实施例7～9>
将上圆顶的曲率半径R设为6000mm，除此以外，与实施例1～3同样进行了外延生长的硅晶片分别作为实施例7～9。
<比较例1～3>
将上圆顶的曲率半径R设为3000mm，除此以外，与实施例1～3同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例1～3。
<比较例4～6>
将上圆顶的曲率半径R设为7000mm，除此以外，与实施例1～3同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例4～6。
<实施例10～12>
使用将图1所示的外延晶片的制造装置10的上圆顶17的曲率半径R设为4500mm、将上圆顶17的最下表面与上圆顶用凸缘18的下表面的延长面之间的距离H设为3.5mm的制造装置10，在如下外延生长处理条件下进行了外延生长处理。将直径及厚度分别为300mm及775μm的硅晶片11载置于基座13上，使氢气流量(载气流量)及三氯硅烷气体(原料气体)流出60秒钟而使外延膜在硅晶片11上分别生长。将被供给至反应容器12内的氢气的流量设为40slm(standard liter/minute)而进行了外延生长的硅晶片作为实施例10，将设为60slm而进行了外延生长的硅晶片作为实施例11，将设为80slm而进行了外延生长的硅晶片作为实施例12。另外，三氯硅烷气体的流量无论氢气流量如何均设为一定(10slm)。
<实施例13～15>
将上圆顶的曲率半径R设为5000mm，除此以外，与实施例10～12同样进行了外延生长的硅晶片分别作为实施例13～15。
<实施例16～18>
将上圆顶的曲率半径R设为6000mm，除此以外，与实施例10～12同样进行了外延生长的硅晶片分别作为实施例16～18。
<比较例7～9>
将上圆顶的曲率半径R设为3000mm，除此以外，与实施例10～12同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例7～9。
<比较例10～12>
将上圆顶的曲率半径R设为7000mm，除此以外，与实施例10～12同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例10～12。
<比较例13～15>
使用将图1所示的外延晶片的制造装置10的上圆顶17的曲率半径R设为3000mm、将上圆顶17的最下表面与上圆顶用凸缘18的下表面的延长面之间的距离H设为0mm的制造装置10，在如下外延生长处理条件下进行了外延生长处理。将直径及厚度分别为300mm及775μm的硅晶片11载置于基座13上，使氢气流量(载气流量)及三氯硅烷气体(原料气体)流出60秒钟而使外延膜在硅晶片11上分别生长。将被供给至反应容器12内的氢气的流量设为40slm(standard liter/minute)而进行了外延生长的硅晶片作为比较例13，将设为60slm而进行了外延生长的硅晶片作为比较例14，将设为80slm而进行了外延生长的硅晶片作为比较例15。另外，三氯硅烷气体的流量无论氢气流量如何均设为一定(10slm)。
<比较例16～18>
将上圆顶的曲率半径R设为4500mm，除此以外，与比较例13～15同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例16～18。
<比较例19～21>
将上圆顶的曲率半径R设为5000mm，除此以外，与比较例13～15同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例19～21。
<比较例22～24>
将上圆顶的曲率半径R设为6000mm，除此以外，与比较例13～15同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例22～24。
<比较例25～27>
将上圆顶的曲率半径R设为7000mm，除此以外，与比较例13～15同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例25～27。
<比较例28～30>
使用将图1所示的外延晶片的制造装置10的上圆顶17的曲率半径R设为3000mm、将上圆顶17的最下表面与上圆顶用凸缘18的下表面的延长面之间的距离H设为5.0mm的制造装置10，在如下外延生长处理条件下进行了外延生长处理。将直径及厚度分别为300mm及775μm的硅晶片11载置于基座13上，使氢气流量(载气流量)及三氯硅烷气体(原料气体)流出60秒钟而使外延膜在硅晶片11上分别生长。将被供给至反应容器12内的氢气的流量设为40slm(standard liter/minute)而进行了外延生长的硅晶片作为比较例28，将设为60slm而进行了外延生长的硅晶片作为比较例29，将设为80slm而进行了外延生长的硅晶片作为比较例30。另外，三氯硅烷气体的流量无论氢气流量如何均设为一定(10slm)。
<比较例31～33>
将上圆顶的曲率半径R设为4500mm，除此以外，与比较例28～30同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例31～33。
<比较例34～36>
将上圆顶的曲率半径R设为5000mm，除此以外，与比较例28～30同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例34～36。
<比较例37～39>
将上圆顶的曲率半径R设为6000mm，除此以外，与比较例28～30同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例37～39。
<比较例40～42>
将上圆顶的曲率半径R设为7000mm，除此以外，与比较例28～30同样进行了外延生长的硅晶片分别作为比较例40～42。
<比较试验1及评价>
针对实施例1～18及比较例1～42的硅晶片，使用傅立叶变换红外分光光度计(FT-IR：Fourier Transform Infrared Spectroscopy)测定堆积在硅晶片上的外延膜的厚度，计算出外延膜的分布平坦性的指标。具体而言，首先，如图3所示，从晶片的中心改变角度90度，在朝半径方向延伸的4个方向上以5mm间距分别进行了线扫描。接着，将同心圆上的测定点平均化，将从晶片的中心朝半径方向延伸而到达晶片的外周的线段以每30mm分割成5个区域，求出从这些区间1～5的各区间中的外延膜的最大值减去最小值的值(L1～L5)，将各值除以目标的外延膜的厚度te(epi thickness)的值(L/te)的百分比作为外延膜的分布平坦性的指标。而且，将外延膜的厚度偏差成为最大的区间3中的值(L3/te)×100作为外延膜的最大厚度偏差而计算出的结果示于图4～图7。另外，区间1(L1)为从晶片的中心至30mm为止的区间，区间2(L2)为从30mm至60mm为止的区间，区间3(L3)为从60mm至90mm为止的区间，区间4(L4)为从90mm至120mm为止的区间，区间5(L5)为从120mm至150mm为止的区间。并且，图4中示出实施例1～9及比较例1～6，图5中示出实施例10～18及比较例7～12，图6中示出比较例13～27，图7中示出比较例28～42。
另一方面，计算出将从实施例1～18及比较例1～42的外延膜的厚度的所有测定点上的最大值减去最小值的值除以平均值的值的百分比来作为外延膜的厚度的整体分布(％)。将其结果示于表1。另外，在表1中，R表示上圆顶的曲率半径，H表示上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离。并且，在通过载气流量的变更等来调整了外延膜的厚度分布的情况下，虽然能够进行整体形状的大致的调节，但最终会在区间3(L3)的区域中残留形状变化，因此如上述那样设定指标，以便能够一同评价区间3(L3)区域的平坦性及整体分布的平坦性。
[表1]
如根据图4～图7明确可知，在比较例1～42中，外延膜的最大厚度偏差((L3/te)×100)大至0.42～2.21％，相对于此，在实施例1～18中，外延膜的最大厚度偏差((L3/te)×100)小至约0.23～0.49％。根据上述内容可知，若将上圆顶的曲率半径R设定在4500～6000mm的范围内、将上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离H设定在1.0～3.5mm的范围内，则无论向装置内供给的氢气流量多少，均能够使外延膜在硅晶片上生长为均匀的厚度。
并且，如根据表1明确可知，在比较例1～42中，外延膜的厚度的整体分布大至0.52～2.93％，相对于此，在实施例1～18中，外延膜的厚度的整体分布小至0.28～0.69。根据上述内容可知，若将上圆顶的曲率半径R设定在4500～6000mm的范围内且将上圆顶的最下表面与上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离H设定在1.0～3.5mm的范围内，则无论向装置内供给的氢气流量多少，外延膜的厚度的整体分布的平坦性均变良好。

Claims (2)

1.一种外延晶片的制造方法，在具有中央朝下方***的上圆顶和保持该上圆顶的上圆顶用凸缘的反应容器内设置能够载置半导体晶片的基座，在该基座上载置所述半导体晶片的状态下，从位于比所述上圆顶用凸缘更靠下方的位置的气体导入口向所述反应容器内导入原料气体及载气而使外延膜在所述半导体晶片上生长，且从位于比所述上圆顶用凸缘更靠下方的位置的气体排出口排出剩余的所述气体，所述外延晶片的制造方法的特征在于，
所述上圆顶的最下表面被构成为位于比所述上圆顶用凸缘的下表面的延长面更靠上方的位置，
将所述上圆顶的曲率半径设定在4500～6000mm的范围内，
将所述上圆顶的最下表面与所述上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离设定在1.0～3.5mm的范围内。
2.一种外延晶片的制造装置，其具备：反应容器，具有中央朝下方***的上圆顶和保持该上圆顶的上圆顶用凸缘；基座，设置于所述反应容器内，能够载置半导体晶片；气体导入口，位于比所述上圆顶用凸缘更靠下方的位置，向所述反应容器内导入原料气体及载气；及气体排出口，与该气体导入口对置且位于比所述上圆顶用凸缘更靠下方的位置，排出所述原料气体及所述载气，所述外延晶片的制造装置的特征在于，
所述上圆顶的最下表面被构成为位于比所述上圆顶用凸缘的下表面的延长面更靠上方的位置，
所述上圆顶的曲率半径被设定在4500～6000mm的范围内，
所述上圆顶的最下表面与所述上圆顶用凸缘的下表面的延长面之间的距离被设定在1.0～3.5mm的范围内。
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