JP6052070B2

JP6052070B2 - エピタキシャルウェーハの製造方法及びその製造装置

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Publication number: JP6052070B2
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Inventors: 直之和田
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Description

本発明は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させてエピタキシャルウェーハを製造する方法と、そのエピタキシャルウェーハを製造する装置に関するものである。

従来、少なくとも下凸の上壁を有する反応室内に単結晶基板を配置し、反応室内にガス導入口から原料ガス及びキャリアガスを導入して、単結晶基板上にエピタキシャル層を積層するエピタキシャル成長方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このエピタキシャル成長方法では、ガス導入口から反応室内に導入するキャリアガスの流量に応じて、反応室の上壁の曲率半径、又はガス導入口の上端と反応室の上壁の下端との高さ方向における差のいずれか一方又は双方を調整してから、単結晶基板上にエピタキシャル層を積層する。またガス導入口から反応室内に導入するキャリアガスの流量が７０ｓｌｍを越えるとき、反応室の上壁の曲率半径を４５００ｍｍ以上７５００ｍｍ未満に調整し、又はガス導入口の上端と反応室の上壁の下端との高さ方向における差を０ｍｍ以上２ｍｍ以下に調整し、或いは上記曲率半径及び上記差を上記範囲にそれぞれ調整する。更にガス導入口から反応室内に導入するキャリアガスの流量が６０ｓｌｍ未満であるとき、反応室の上壁の曲率半径を３０００ｍｍより大きく４５００ｍｍ未満に調整し、又はガス導入口の上端と反応室の上壁の下端との高さ方向における差を２．５ｍｍ以上に調整し、或いは上記曲率半径及び上記差を上記範囲にそれぞれ調整する。

このように構成されたエピタキシャル成長方法では、ガス導入口から反応室内に導入するキャリアガスの流量に応じて、反応室の上壁の曲率半径、又はガス導入口の上端と反応室の上壁の下端との高さ方向における差のいずれか一方又は双方を調整してから、単結晶基板上にエピタキシャル層を積層するので、各流量のキャリアガスによってもたらされる生産性又は裏面品質を向上できるとともに、均一な膜厚分布を有する優れたエピタキシャル層を積層できる。なお、本明細書において、単位『ｓｌｍ』は、『standard liter／minute』の略語であり、圧力０．１ＭＰａ（１気圧）及び温度０℃における１分間当たりの流量をいう。

特開２００９−１４７１０５号公報（請求項１、５及び６、段落［００１４］、図１）

しかし、上記従来の特許文献１に示されたエピタキシャル成長方法では、ガス導入口から反応室内に導入するキャリアガスの流量に応じて、反応室の上壁の曲率半径や、ガス導入口の上端と反応室の上壁の下端との高さ方向における差を変更しなければならい、即ちキャリアガスの流量が７０ｓｌｍを越えている状態から６０ｓｌｍ未満の状態に変更するとき、或いはキャリアガスの流量が６０ｓｌｍ未満である状態から７０ｓｌｍを越える状態に変更するときに、予め作製しておいた下凸の曲率半径が異なる複数の上壁の中から、供給ガスの流量に応じ、その都度、適正な下凸形状の上壁に交換しなければならず、作業性が大幅に低下してしまい、実際の生産に適用することは困難である。また、上記従来の特許文献１に示されたエピタキシャル成長方法では、上壁が、下凸のアッパドームと、このアッパドームに嵌入された状態で溶着されアッパドームを保持するアッパドーム用フランジとを有し、このアッパドーム用フランジ下面とガス導入口上端との間に、ガス導入口の上縁を構成するアッパライナや、アッパドーム用フランジを固定すベース部材が存在する。このため、ガス導入口の上端とアッパドームの下端（最下面）との高さ方向における差を０ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定すると、アッパドームの最下面がアッパドーム用フランジの下面の延長面より下方に位置してしまうため、アッパドームをアッパドーム用フランジに溶着しかつアッパドームを下凸にした状態で保管棚や乾燥機などの平板上におくと、アッパドーム用フランジの下面が平板に接触する前にアッパドームの最下面が平板に接触してしまい、アッパドームの最下面を傷つけるおそれがあり、アッパドーム用フランジ付きのアッパドームの部品としての取扱いが煩わしい問題もある。

本発明者らは、上記問題に鑑み、鋭意検討した結果、特定の範囲内にある曲率半径を有するアッパドームを用い、かつアッパドームの最下面とアッパドーム用フランジ下面の延長面との距離を特定の範囲内に設定する場合において、装置内に供給するガス流量の多少に拘らず、面内で均一なエピタキシャル膜の厚み分布が得られることを見出し、本発明を完成させたものである。

本発明の第１の目的は、ガス導入口から反応容器内に供給されるガス流量を変更しても、アッパドームを交換せずに、半導体ウェーハ上にエピタキシャル膜を均一な厚さに成長させることができる、エピタキシャルウェーハの製造方法及びその製造装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、アッパドームの最下面をアッパドーム用フランジの下面の延長面より上方に位置させることにより、アッパドーム用フランジ付きのアッパドームを下凸の状態で平板上においても、アッパドーム用フランジの下面が平板に接触する前にアッパドームの最下面が平板に接触せず、アッパドームの最下面を傷つけないので、アッパドーム用フランジ付きのアッパドームを部品として比較的容易に取扱うことができる、エピタキシャルウェーハの製造方法及びその製造装置を提供することにある。

本発明の第１の観点は、中央が下方に膨出するアッパドームとこのアッパドームを保持するアッパドーム用フランジとを有する反応容器内に半導体ウェーハを載置可能なサセプタを設け、このサセプタに半導体ウェーハを載置した状態で、アッパドーム用フランジより下方に位置するガス導入口から反応容器内に原料ガス及びキャリアガスを導入して半導体ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させ、かつアッパドーム用フランジより下方に位置するガス排出口から余剰の上記ガスを排出するエピタキシャルウェーハの製造方法において、アッパドームの最下面がアッパドーム用フランジの下面の延長面より上方に位置するように構成し、アッパドームの曲率半径を４５００〜６０００ｍｍの範囲内に設定し、アッパドームの最下面とアッパドーム用フランジの下面の延長面との距離を１．０〜３．５ｍｍの範囲内に設定することを特徴とする。なお、本明細書において、アッパドームの曲率半径を４５００〜６０００ｍｍの範囲内に設定するとは、アッパドームの曲率半径が４５００〜６０００ｍｍの範囲内になるようにアッパドームを形成することをいう。また、本明細書において、アッパドームの最下面とアッパドーム用フランジの下面の延長面との距離を１．０〜３．５ｍｍの範囲内に設定するとは、アッパドームの最下面からアッパドーム用フランジの下面の延長面までの距離が１．０〜３．５ｍｍの範囲内になるようにアッパドームを形成することをいう。

本発明の第２の観点は、中央が下方に膨出するアッパドームとこのアッパドームを保持するアッパドーム用フランジとを有する反応容器と、この反応容器内に設けられ半導体ウェーハを載置可能なサセプタと、アッパドーム用フランジより下方に位置し反応容器内に原料ガス及びキャリアガスを導入するガス導入口と、このガス導入口に対向しかつアッパドーム用フランジより下方に位置し原料ガス及びキャリアガスを排出するガス排出口とを備えたエピタキシャルウェーハの製造装置において、アッパドームの最下面がアッパドーム用フランジの下面の延長面より上方に位置するように構成され、アッパドームの曲率半径が４５００〜６０００ｍｍの範囲内に設定され、アッパドームの最下面とアッパドーム用フランジの下面の延長面との距離が１．０〜３．５ｍｍの範囲内に設定されたことを特徴とする。なお、本明細書において、アッパドームの曲率半径が４５００〜６０００ｍｍの範囲内に設定されるとは、アッパドームの曲率半径が４５００〜６０００ｍｍの範囲内になるようにアッパドームが形成されることをいう。また、本明細書において、アッパドームの最下面とアッパドーム用フランジの下面の延長面との距離が１．０〜３．５ｍｍの範囲内に設定されるとは、アッパドームの最下面からアッパドーム用フランジの下面の延長面までの距離が１．０〜３．５ｍｍの範囲内になるようにアッパドームが形成されることをいう。

本発明の第１及び第２の観点のエピタキシャルウェーハの製造方法及びその製造装置によれば、ガス導入口から反応容器内に供給されるガス流量に応じて、アッパドーム最下面の曲率半径やアッパドーム最下面がアッパドーム用フランジ下面の延長面との距離を変更したアッパドームに交換せずに、半導体ウェーハ上にエピタキシャル膜を均一な厚さに成長させることができる。

また、アッパドームの最下面をアッパドーム用フランジの下面の延長面より上方に位置させることにより、アッパドーム用フランジ付きのアッパドームを下凸の状態で平板上においても、アッパドーム用フランジの下面が平板に接触する前にアッパドームの最下面が平板に接触せず、アッパドームの最下面を傷つけないので、アッパドーム用フランジ付きのアッパドームを部品として比較的容易に取扱うことができる。

本発明実施形態のエピタキシャルウェーハの製造装置を示す縦断面構成図である。その装置のサセプタに載置されたシリコンウェーハ上面を流れるガスがアッパドームの曲率半径及び位置によって変化する状態を示すシリコンウェーハの平面図である。シリコンウェーハ上面に成長したエピタキシャル膜の厚さの測定範囲を示すシリコンウェーハの平面図である。実施例１〜９及び比較例１〜６のシリコンウェーハについて、アッパドーム最下面とアッパドーム用フランジ下面の延長面との距離Ｈを１．０ｍｍに固定した状態で、水素流量を変化させたときのエピタキシャル膜の最大厚ばらつき（（Ｌ３／ｔｅ）×１００）の変化を示す図である。実施例１０〜１８及び比較例７〜１２のシリコンウェーハについて、アッパドーム最下面とアッパドーム用フランジ下面の延長面との距離Ｈを３．５ｍｍに固定した状態で、水素流量を変化させたときのエピタキシャル膜の最大厚ばらつき（（Ｌ３／ｔｅ）×１００）の変化を示す図である。比較例１３〜２７のシリコンウェーハについて、アッパドーム最下面とアッパドーム用フランジ下面の延長面との距離Ｈを０ｍｍに固定した状態で、水素流量を変化させたときのエピタキシャル膜の最大厚ばらつき（（Ｌ３／ｔｅ）×１００）の変化を示す図である。比較例２８〜４２のシリコンウェーハについて、アッパドーム最下面とアッパドーム用フランジ下面の延長面との距離Ｈを５．０ｍｍに固定した状態で、水素流量を変化させたときのエピタキシャル膜の最大厚ばらつき（（Ｌ３／ｔｅ）×１００）の変化を示す図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１は、一般的に直径３００ｍｍのエピタキシャルウェーハを製造するために用いられる枚葉式エピタキシャル成長装置（アプライドマテリアルズ社製：Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標））を模式的に示す装置断面図である。エピタキシャルウェーハの製造装置１０は、シリコンウェーハ１１の表面にエピタキシャル層を成長させるための装置であり、反応容器１２と、この反応容器１２内に設けられシリコンウェーハ１１を載置可能な円板状のサセプタ１３と、反応容器１２内に原料ガス及びキャリアガスを導入するガス導入口１４ａと、サセプタ１３に載置されたシリコンウェーハ１１上にエピタキシャル膜を成長させた原料ガス及びキャリアガスの余剰のガスを排出するガス排出口１４ｂとを備える。反応容器１２は、サセプタ１３の外周面から所定の間隔をあけてこのサセプタ１３を包囲するリング状のベース部材１６と、サセプタ１３の上方に位置し中央が下方に膨出するアッパドーム１７と、下面がベース部材１６に上面に当接しアッパドーム１７を保持するアッパドーム用フランジ１８と、サセプタ１３の下方に位置し下方に向うに従って細くなる円錐筒状に形成されたロアドーム１９と、上面がベース部材１６の下面に当接しロアドーム１９を保持するロアドーム用フランジ２１とを有する。

上記アッパドーム１７は透明石英により形成され、アッパドーム用フランジ１８は不透明石英により形成される。そしてアッパドーム１７はアッパドーム用フランジ１８に同化処理される。即ち、アッパドーム１７は、リング状のアッパドーム用フランジ１８に嵌入した状態でこのアッパドーム用フランジ１８に水素及び酸素の混合ガスを用いたガスバーナで溶着されて一体化される。このときアッパドーム１７の最下面がアッパドーム用フランジ１８の下面の延長面より上方に位置するように、アッパドーム１７がアッパドーム用フランジ１８に同化処理（溶着）される。このアッパドーム用フランジ１８をベース部材１６に載せた状態で、アッパドーム用フランジ１８にアッパ固定フランジ２２を載せて、アッパドーム用フランジ１８をベース部材１６及びアッパ固定フランジ２２で挟持することにより、アッパドーム用フランジ１８がベース部材１６に固定される。上記のようにアッパドーム１７の最下面をアッパドーム用フランジ１８の下面の延長面より上方に位置させることにより、アッパドーム用フランジ１８付きのアッパドーム１７を下凸の状態で平板上においても、アッパドーム用フランジ１８の下面が平板に接触する前にアッパドーム１７の最下面が平板に接触せず、アッパドーム１７の最下面を傷つけない。このため、アッパドーム用フランジ１８付きのアッパドーム１７を部品として比較的容易に取扱うことができる。

一方、ロアドーム１９は透明石英により形成され、ロアドーム用フランジ２１は不透明石英により形成される。そしてロアドーム１９はロアドーム用フランジ２１に同化処理される。即ち、ロアドーム１９の上端は、リング状のロアドーム用フランジ２１下端の内側コーナ部に水素及び酸素の混合ガスを用いたガスバーナで溶着されて一体化される。またロアドーム１９の下端には、鉛直方向に延びて設けられ不透明石英により形成された筒部材２３の上端が同化処理される。即ち、ロアドーム１９の下端は、筒部材２３の上端に水素及び酸素の混合ガスを用いたガスバーナで溶着されて一体化される。上記ロアドーム用フランジ２１の上面をベース部材１６の下面に接触させた状態で、ロアドーム用フランジ２１の下面にロア固定フランジ２４を押し付けて、ロアドーム用フランジ２１をベース部材１６及びロア固定フランジ２４で挟持することにより、ロアドーム用フランジ２１がベース部材１６に固定される。更に上記筒部材には駆動軸２６が鉛直方向に貫通して設けられ、反応容器１２内の設けられたサセプタ１３は駆動軸２６の上端部に複数本のアーム２７を介して固定される。駆動軸２６の下端は反応容器１２の外部に設けられた駆動モータ（図示せず）に接続される。筒部材２３と駆動軸２６との隙間には、ガスケットリング２８が介装され、ガスケットリング２８により駆動軸２６の反応容器１２への挿通部が封止される。

一方、アッパドーム１７の曲率半径Ｒは４５００〜６０００ｍｍ、好ましくは５０００〜５５００ｍｍの範囲内に設定される。更にアッパドーム１７の最下面とアッパドーム用フランジ１８の下面の延長面との距離Ｈは１．０〜３．５ｍｍ、好ましくは１．５〜３．０ｍｍの範囲内に設定される。ここで、アッパドーム１７の曲率半径Ｒを４５００〜６０００ｍｍの範囲内に限定したのは、４５００ｍｍ未満では反応容器１２内の中心部付近におけるガス（原料ガス及びキャリアガス）の流れが不安定化し、これに伴って流量依存性が上昇してしまい、６０００ｍｍを越えるとアッパドーム１７の製作の難易度が上昇するとともに、アッパドーム１７の強度が低下してしまうからである。また、アッパドーム１７の最下面とアッパドーム用フランジ１８の下面の延長面との距離Ｈを１．０〜３．５ｍｍの範囲内に限定したのは、１．０ｍｍ未満ではアッパドーム１７の最下面がシリコンウェーハ１１に近付き過ぎ、シリコンウェーハ１１上を通る混合ガスの流れがアッパドーム１７の形状の影響を受けて、図２の二点鎖線矢印で示すように湾曲してしまい、均一な厚さのエピタキシャル膜を形成できず、３．５ｍｍを越えるとアッパドーム１７最下面とシリコンウェーハ１１上面との間の空間が広がることによってガスの流量に対する応答性が強くなってしまうからである。

アッパドーム１７の曲率半径Ｒを４５００〜６０００ｍｍの範囲内に限定し、かつアッパドーム１７最下面とアッパドーム用フランジ１８下面の延長面との距離Ｈを１．０〜３．５ｍｍの範囲内に限定した理由を更に詳しく説明する。実験によると、上記曲率半径Ｒが４５００ｍｍ未満であっても、或いは６０００ｍｍを越えても、ガス（原料ガス及びキャリアガス）流量の多少に拘らず、エピタキシャル膜の厚さ分布が悪くなる。また、実験によると、上記距離Ｈが１．０ｍｍ未満であっても、或いは３．５ｍｍを越えても、ガス流量の多少に拘らず、エピタキシャル膜の厚さ分布が悪くなる傾向がある。具体的には、上記距離Ｈが小さくなると、ガス流量の増大に伴って、エピタキシャル膜の平坦性が良好になる傾向があり、上記距離Ｈが大きくなると、ガス流量の増大に伴って、エピタキシャル膜の平坦性が悪化する傾向があり、いずれの場合にもガス流量に依存する。更に、実験によると、上記曲率半径Ｒを４５００〜６０００ｍｍの範囲内に限定し、かつ上記距離Ｈを１．０〜３．５ｍｍの範囲内に限定することにより、ガス流量の多少に拘らず、ほぼ一定の良好な膜厚分布が得られる。これらのことから、反応容器１２内に導入されたガスの流速（流量）に応じて、ウェーハ１１直上における原料ガスの水平方向の濃度分布が変化しているため、エピタキシャル膜の平坦性の低下が生じていると推測される。即ち、上記曲率半径Ｒを４５００〜６０００ｍｍの範囲内に設定し、かつ上記距離Ｈを１．０〜３．５ｍｍの範囲内に設定することにより、ガスの流速（流量）による上記原料ガスの濃度分布への影響が抑制されたため、エピタキシャル膜の厚さ分布がほぼ一定である良好な結果が得られたと考えられる。一方、反応容器１２に導入されたガスは、基本的には円柱状の反応空間を上流から下流に向って流れるけれども、その際にガスがウェーハ１１に対して水平方向及び垂直方向に拡散する余地がある。その水平方向へのガスの拡散に影響するのが上記曲率半径Ｒであり、垂直方向へのガスの拡散に影響するのが上記距離Ｈであると考えられる。また、それらは相互作用を及ぼすため、曲率半径Ｒ及び距離Ｈの最適な組合せが必要となる。

上述のことから次のように解釈される。アッパドーム１７の曲率に応じた水平方向へのガスの拡散は、基本的にはアッパドーム１７の曲率が大きい（曲率半径が小さい）場合、アッパドーム１７の湾曲面に沿って広がる傾向があり、ガスが広がり過ぎても、ガスが留まり過ぎても膜厚分布は良くならない。またガスの広がり具合は、垂直方向成分である上記距離Ｈの影響を受ける。即ち、上記距離Ｈが小さい場合、ガスは水平方向への影響を強く受け易くなる。本発明におけるアッパドーム１７に関する数値限定（曲率半径Ｒ及び距離Ｈの数値範囲）は、その均衡状態が存在することを示唆し、ガスの流速（流量）の影響を受け難くエピタキシャル膜の厚さ分布を良好にすることができるガス濃度を実現できる形状及び構成を示している。なお、曲率半径Ｒ及び距離Ｈを上記範囲内にそれぞれ設定することにより、アッパドーム１７の最下面とガス導入口１４ａの上端との高さ方向における差は１６．０〜１８．５ｍｍの範囲内に設定される。

一方、エピタキシャルウェーハの製造装置１０は、シリコンウェーハ１１の上面にエピタキシャル膜を成長させるためのシランガス等の原料ガスを貯留するタンク（図示せず）と、水素ガス等のキャリアガスを貯留するタンク（図示せず）と、ベース部材１６に挿着され反応処理ガス（原料ガス及びキャリアガス）を反応容器１２に導入するガス供給管２９と、ベース部材１６に挿着され余剰の上記反応処理ガスを反応容器１２から排出するガス排出管３１と、ガス供給管２９及びガス排出管３１にそれぞれ連通する上記ガス導入口１４ａ及びガス排出口１４ｂを形成するためにベース部材１６の内周面に上下方向に所定の間隔をあけて配置されたアッパライナ３２及びロアライナ３３と、反応容器１２内の反応処理ガスを吸引排気するガス排出管３１とを更に備える。上記ガス供給管２９とガス排出管３１は、駆動軸２６を中心に互いに対向し、この駆動軸２６を中心とする半径方向に延び、かつサセプタ１３の外周面に向うように設けられる。また、上記ガス導入口１４ａ及びガス排出口１４ｂは、アッパドーム用フランジ１８より下方にそれぞれ位置するように、アッパライナ３２及びロアライナ３３により形成される。即ち、ガス導入口１４ａ及びガス排出口１４ｂは、駆動軸２６を中心に互いに対向し、水平方向に延びる偏平状に形成され、かつサセプタ１３に載置されたシリコンウェーハ１１の外周面に向うようにアッパライナ３２及びロアライナ３３により形成される。なお、図１中の符号３４は反応容器１２の上方及び下方にそれぞれ設けられたハロゲンランプ（加熱器具）である。

このように構成されたエピタキシャルウェーハの製造装置１０を用いて、サセプタ１３に載置されたシリコンウェーハ１１上にエピタキシャル膜を成長させる方法を説明する。先ずサセプタ１３にシリコンウェーハ１１を載置する。次に駆動モータを駆動させて、シリコンウェーハ１１を駆動軸２６及びサセプタ１３を介して回転させるとともに、シリコンウェーハ１１の上面及びサセプタ１３の下面をハロゲンランプ３４により加熱した後、反応処理ガス（原料ガス及びキャリアガス）を反応容器１２内に供給する。これにより反応処理ガスがシリコンウェーハ１１上を通った後、シリコンウェーハ１１上に堆積しなかった余剰の反応処理ガスがガス排出口１４ｂ及びガス排出管３１を通って反応容器１２外に排出される。ここで、アッパドーム１７の曲率半径Ｒが所定の範囲内であり、アッパドーム１７の最下面とアッパドーム用フランジ１８の下面の延長面との距離Ｈが所定の範囲内であるので、ガス導入口１４ａから反応容器１２内に供給されるガス流量を多くしたり或いは少なくしても、反応処理ガスがシリコンウェーハ１１上を図２の破線矢印で示すように直線状に流れる。即ち、ガス導入口１４ａから反応容器１２内に供給されるガス流量を変更しても、シリコンウェーハ１１上のガス流に対してアッパドーム１７の形状が影響を与えない。この結果、アッパドーム１７の曲率半径Ｒや上記距離Ｈを変更したアッパドーム１７に交換せずに、同一形状のアッパドーム１７を用いて、所定のエピタキシャル膜の成長速度を維持しつつ、シリコンウェーハ１１上にエピタキシャル膜を均一な厚さに成長させることができる。

なお、上記実施の形態では、半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを挙げたが、半導体ウェーハとして炭化珪素（ＳｉＣ）ウェーハ、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ウェーハ等を用いてもよい。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。

＜実施例１〜３＞
図１に示すエピタキシャルウェーハの製造装置１０のアッパドーム１７の曲率半径Ｒを４５００ｍｍとし、アッパドーム１７最下面とアッパドーム用フランジ１８下面の延長面との距離Ｈを１．０ｍｍとした製造装置１０を用いて、次のエピタキシャル成長処理条件にてエピタキシャル成長処理を行った。直径及び厚さがそれぞれ３００ｍｍ及び７７５μｍであるシリコンウェーハ１１をサセプタ１３上に載置し、水素ガス流量（キャリアガス流量）及びトリクロロシランガス（原料ガス）を６０秒間流して、シリコンウェーハ１１上にエピタキシャル膜をそれぞれ成長させた。反応容器１２内に供給する水素ガスの流量を、４０ｓｌｍ（standard liter／minute）としてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを実施例１とし、６０ｓｌｍとしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを実施例２とし、８０ｓｌｍとしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを実施例３とした。なお、トリクロロシランガスの流量は、水素ガス流量に拘らず一定（１０ｓｌｍ）にした。

＜実施例４〜６＞
アッパドームの曲率半径Ｒを５０００ｍｍとしたこと以外は、実施例１〜３と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ実施例４〜６とした。

＜実施例７〜９＞
アッパドームの曲率半径Ｒを６０００ｍｍとしたこと以外は、実施例１〜３と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ実施例７〜９とした。

＜比較例１〜３＞
アッパドームの曲率半径Ｒを３０００ｍｍとしたこと以外は、実施例１〜３と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例１〜３とした。

＜比較例４〜６＞
アッパドームの曲率半径Ｒを７０００ｍｍとしたこと以外は、実施例１〜３と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例４〜６とした。

＜実施例１０〜１２＞
図１に示すエピタキシャルウェーハの製造装置１０のアッパドーム１７の曲率半径Ｒを４５００ｍｍとし、アッパドーム１７最下面とアッパドーム用フランジ１８下面の延長面との距離Ｈを３．５ｍｍとした製造装置１０を用いて、次のエピタキシャル成長処理条件にてエピタキシャル成長処理を行った。直径及び厚さがそれぞれ３００ｍｍ及び７７５μｍであるシリコンウェーハ１１をサセプタ１３上に載置し、水素ガス流量（キャリアガス流量）及びトリクロロシランガス（原料ガス）を６０秒間流して、シリコンウェーハ１１上にエピタキシャル膜をそれぞれ成長させた。反応容器１２内に供給する水素ガスの流量を、４０ｓｌｍ（standard liter／minute）としてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを実施例１０とし、６０ｓｌｍとしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを実施例１１とし、８０ｓｌｍとしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを実施例１２とした。なお、トリクロロシランガスの流量は、水素ガス流量に拘らず一定（１０ｓｌｍ）にした。

＜実施例１３〜１５＞
アッパドームの曲率半径Ｒを５０００ｍｍとしたこと以外は、実施例１０〜１２と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ実施例１３〜１５とした。

＜実施例１６〜１８＞
アッパドームの曲率半径Ｒを６０００ｍｍとしたこと以外は、実施例１０〜１２と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ実施例１８〜１９とした。

＜比較例７〜９＞
アッパドームの曲率半径Ｒを３０００ｍｍとしたこと以外は、実施例１０〜１２と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例７〜９とした。

＜比較例１０〜１２＞
アッパドームの曲率半径Ｒを７０００ｍｍとしたこと以外は、実施例１０〜１２と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例１０〜１２とした。

＜比較例１３〜１５＞
図１に示すエピタキシャルウェーハの製造装置１０のアッパドーム１７の曲率半径Ｒを３０００ｍｍとし、アッパドーム１７最下面とアッパドーム用フランジ１８下面の延長面との距離Ｈを０ｍｍとした製造装置１０を用いて、次のエピタキシャル成長処理条件にてエピタキシャル成長処理を行った。直径及び厚さがそれぞれ３００ｍｍ及び７７５μｍであるシリコンウェーハ１１をサセプタ１３上に載置し、水素ガス流量（キャリアガス流量）及びトリクロロシランガス（原料ガス）を６０秒間流して、シリコンウェーハ１１上にエピタキシャル膜をそれぞれ成長させた。反応容器１２内に供給する水素ガスの流量を、４０ｓｌｍ（standard liter／minute）としてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを比較例１３とし、６０ｓｌｍとしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを比較例１４とし、８０ｓｌｍとしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを比較例１５とした。なお、トリクロロシランガスの流量は、水素ガス流量に拘らず一定（１０ｓｌｍ）にした。

＜比較例１６〜１８＞
アッパドームの曲率半径Ｒを４５００ｍｍとしたこと以外は、比較例１３〜１５と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例１６〜１８とした。

＜比較例１９〜２１＞
アッパドームの曲率半径Ｒを５０００ｍｍとしたこと以外は、比較例１３〜１５と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例１９〜２１とした。

＜比較例２２〜２４＞
アッパドームの曲率半径Ｒを６０００ｍｍとしたこと以外は、比較例１３〜１５と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例２２〜２４とした。

＜比較例２５〜２７＞
アッパドームの曲率半径Ｒを７０００ｍｍとしたこと以外は、比較例１３〜１５と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例２５〜２７とした。

＜比較例２８〜３０＞
図１に示すエピタキシャルウェーハの製造装置１０のアッパドーム１７の曲率半径Ｒを３０００ｍｍとし、アッパドーム１７最下面とアッパドーム用フランジ１８下面の延長面との距離Ｈを５．０ｍｍとした製造装置１０を用いて、次のエピタキシャル成長処理条件にてエピタキシャル成長処理を行った。直径及び厚さがそれぞれ３００ｍｍ及び７７５μｍであるシリコンウェーハ１１をサセプタ１３上に載置し、水素ガス流量（キャリアガス流量）及びトリクロロシランガス（原料ガス）を６０秒間流して、シリコンウェーハ１１上にエピタキシャル膜をそれぞれ成長させた。反応容器１２内に供給する水素ガスの流量を、４０ｓｌｍ（standard liter／minute）としてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを比較例２８とし、６０ｓｌｍとしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを比較例２９とし、８０ｓｌｍとしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハを比較例３０とした。なお、トリクロロシランガスの流量は、水素ガス流量に拘らず一定（１０ｓｌｍ）にした。

＜比較例３１〜３３＞
アッパドームの曲率半径Ｒを４５００ｍｍとしたこと以外は、比較例２８〜３０と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例３１〜３３とした。

＜比較例３４〜３６＞
アッパドームの曲率半径Ｒを５０００ｍｍとしたこと以外は、比較例２８〜３０と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例３４〜３６とした。

＜比較例３７〜３９＞
アッパドームの曲率半径Ｒを６０００ｍｍとしたこと以外は、比較例２８〜３０と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例３７〜３９とした。

＜比較例４０〜４２＞
アッパドームの曲率半径Ｒを７０００ｍｍとしたこと以外は、比較例２８〜３０と同様にしてエピタキシャル成長を行ったシリコンウェーハをそれぞれ比較例４０〜４２とした。

＜比較試験１及び評価＞
実施例１〜１８及び比較例１〜４２のシリコンウェーハについて、シリコンウェーハ上に堆積したエピタキシャル膜の厚さをフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）を用いて測定し、エピタキシャル膜の分布平坦性の指標を算出した。具体的には、先ず、図３に示すように、ウェーハの中心から角度を９０度変えて半径方向に延びる４方向に５ｍｍピッチでラインスキャンをそれぞれ行った。次に同心円上の測定点を平均化し、ウェーハの中心から半径方向に延びてウェーハの外周に達する線分を３０ｍｍ毎に５つの領域に分割し、それらの区間１〜５のそれぞれの区間におけるエピタキシャル膜の最大値から最小値を引いた値（Ｌ１〜Ｌ５）を求め、各値を狙いとするエピタキシャル膜の厚さｔｅ（epi thickness）で割った値（Ｌ／ｔｅ）の百分率をエピタキシャル膜の分布平坦性の指標とした。そしてエピタキシャル膜の厚さばらつきが最も大きくなる区間３における値（Ｌ３／ｔｅ）×１００を、エピタキシャル膜の最大厚ばらつきとして算出した結果を図４〜図７に示す。なお、区間１（Ｌ１）はウェーハの中心から３０ｍｍまでの区間であり、区間２（Ｌ２）は３０ｍｍから６０ｍｍまでの区間であり、区間３（Ｌ３）は６０ｍｍから９０ｍｍまでの区間であり、区間４（Ｌ４）は９０ｍｍから１２０ｍｍまでの区間であり、区間５（Ｌ５）は１２０ｍｍから１５０ｍｍまでの区間である。また、図４には実施例１〜９及び比較例１〜６を示し、図５には実施例１０〜１８及び比較例７〜１２を示し、図６には比較例１３〜２７を示し、図７には比較例２８〜４２を示す。

一方、実施例１〜１８及び比較例１〜４２のエピタキシャル膜の厚さの測定点全てにおける最大値から最小値を引いた値を平均値で割った値の百分率をエピタキシャル膜の厚さの全体分布（％）として算出した。その結果を表１に示す。なお、表１において、Ｒはアッパドームの曲率半径を示し、Ｈはアッパドーム最下面とアッパドーム用フランジ下面の延長面との距離を示す。また、キャリアガス流量の変更などでエピタキシャル膜の厚さ分布を調整した場合、全体形状のおおよそのチューニングは可能であるけれども、最終的には区間３（Ｌ３）の領域での形状変化が残存するため、上記のように、区間３（Ｌ３）領域の平坦性及び全体分布の平坦性を合せて評価できるように指標を設定した。

図４〜図７から明らかなように、比較例１〜４２では、エピタキシャル膜の最大厚ばらつき（（Ｌ３／ｔｅ）×１００）が０．４２〜２．２１％と大きかったのに対し、実施例１〜１８では、エピタキシャル膜の最大厚ばらつき（（Ｌ３／ｔｅ）×１００）が約０．２３〜０．４９％と小さくなった。このことから、アッパドームの曲率半径Ｒを４５００〜６０００ｍｍの範囲内に設定し、アッパドーム最下面とアッパドーム用フランジ下面の延長面との距離Ｈを１．０〜３．５ｍｍの範囲内に設定すると、装置内に供給する水素ガス流量の多少に拘らず、シリコンウェーハ上にエピタキシャル膜を均一な厚さに成長させることができることが分かった。

また、表１から明らかなように、比較例１〜４２では、エピタキシャル膜の厚さの全体分布が０．５２〜２．９３％と大きかったのに対し、実施例１〜１８では、エピタキシャル膜の厚さの全体分布が０．２８〜０．６９と小さくなった。このことから、アッパドームの曲率半径Ｒを４５００〜６０００ｍｍの範囲内に設定し、かつアッパドーム最下面とアッパドーム用フランジ下面の延長面との距離Ｈを１．０〜３．５ｍｍの範囲内に設定すると、装置内に供給する水素ガス流量の多少に拘らず、エピタキシャル膜の厚さの全体分布の平坦性が良好になることが分かった。

１０エピタキシャルウェーハの製造装置
１１シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）
１２反応容器
１３サセプタ
１４ａガス導入口
１４ｂガス排出口
１７アッパドーム
１８アッパドーム用フランジ

Claims

中央が下方に膨出するアッパドームとこのアッパドームを保持するアッパドーム用フランジとを有する反応容器内に半導体ウェーハを載置可能なサセプタを設け、このサセプタに前記半導体ウェーハを載置した状態で、前記アッパドーム用フランジより下方に位置するガス導入口から前記反応容器内に原料ガス及びキャリアガスを導入して前記半導体ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させ、かつ前記アッパドーム用フランジより下方に位置するガス排出口から余剰の前記ガスを排出するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記アッパドームの最下面が前記アッパドーム用フランジの下面の延長面より上方に位置するように構成し、
前記アッパドームの曲率半径を４５００〜６０００ｍｍの範囲内に設定し、
前記アッパドームの最下面と前記アッパドーム用フランジの下面の延長面との距離を１．０〜３．５ｍｍの範囲内に設定する
ことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
中央が下方に膨出するアッパドームとこのアッパドームを保持するアッパドーム用フランジとを有する反応容器と、前記反応容器内に設けられ半導体ウェーハを載置可能なサセプタと、前記アッパドーム用フランジより下方に位置し前記反応容器内に原料ガス及びキャリアガスを導入するガス導入口と、このガス導入口に対向しかつ前記アッパドーム用フランジより下方に位置し前記原料ガス及び前記キャリアガスを排出するガス排出口とを備えたエピタキシャルウェーハの製造装置において、
前記アッパドームの最下面が前記アッパドーム用フランジの下面の延長面より上方に位置するように構成され、
前記アッパドームの曲率半径が４５００〜６０００ｍｍの範囲内に設定され、
前記アッパドームの最下面と前記アッパドーム用フランジの下面の延長面との距離が１．０〜３．５ｍｍの範囲内に設定された
ことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。