JP6179790B2 - 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

気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6179790B2
JP6179790B2 JP2012207566A JP2012207566A JP6179790B2 JP 6179790 B2 JP6179790 B2 JP 6179790B2 JP 2012207566 A JP2012207566 A JP 2012207566A JP 2012207566 A JP2012207566 A JP 2012207566A JP 6179790 B2 JP6179790 B2 JP 6179790B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
vapor phase
gas receiving
phase growth
growth apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012207566A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014063855A (ja
Inventor
亮輔 岩本
亮輔 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Handotai Co Ltd filed Critical Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority to JP2012207566A priority Critical patent/JP6179790B2/ja
Priority to PCT/JP2013/072170 priority patent/WO2014045779A1/ja
Priority to TW102130721A priority patent/TW201417147A/zh
Publication of JP2014063855A publication Critical patent/JP2014063855A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6179790B2 publication Critical patent/JP6179790B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45502Flow conditions in reaction chamber
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4584Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4585Devices at or outside the perimeter of the substrate support, e.g. clamping rings, shrouds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/16Controlling or regulating
    • C30B25/165Controlling or regulating the flow of the reactive gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、シリコン単結晶基板等の半導体基板の主表面にシリコン単結晶薄膜等の半導体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。
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、たとえば直径が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。
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。
また、下記特許文献1では、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、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る装置が提案されている。これによれば、ガス受入凹部にてガス流が幅方向に大きくにげようとする傾向が和らげられ、流量ムラを解消できるとしている。
特開2002−231641号公報
ところが、本発明者が検討を行ったところ、特許文献1の構造では、ガス流ムラの解消効果が不十分であることが分かった。すわなち、堤部材をガスが通過する際、堤部材のガス受入凹部の壁近傍でガス流が流れにくい領域が存在し、壁間の中心でガス流が流れやすい領域が存在するため、堤部材形状とガス受入凹部の配置に起因したガス流ムラが発生する。上記特許文献1に記載されている装置ではこの堤部材に起因したガス流ムラにより、ウェーハ外周部分でガス流垂直方向の膜厚分布にムラができ、ウェーハ全体の膜厚分布を悪化させている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、比較的単純な機構によりながら、堤部材でのガス流ムラを効果的に低減することができ、ひいては良好な膜厚分布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を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は、半導体基板の主表面に半導体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、半導体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半導体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半導体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半導体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たとき、
前記ガス受入領域は、前記水平基準線を中心として対称形を形成し、該対称形の片側において前記堤部材の周方向に沿って隣接する7段以上30段以下に分割され区分された分割構造を有し、
前記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、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たとき、
前記分割構造は、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ガス受入凹部であり、
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おり、
前記半導体基板は直径が200mmであり、
前記堤部材の内周縁に沿って均熱用の予熱リングが配置され、その内側に前記サセプタが配置され、
前記ガス受入凹部の前記幅方向における全長は、前記半導体基板の直径以上、前記予熱リングの外径以下であることを特徴とする。
本発明によれば、堤部材のガス受入領域は、ガス流方向を反映した水平基準線を中心として対称形を形成し、該対称形の片側において堤部材の周方向に沿って隣接する複数段に分割され区分された分割構造となっているので、ガス流を堤部材の周方向(ガス流垂直方向)に均一に分散できる。また、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、分割構造の段数が7段以上30段以下のときに、ガス流ムラを効果的に解消できることが分かった。これにより、半導体基板上に流れる原料ガスのガス流垂直方向の流量分布の均一化を図ることができ、ひいては極めて均一な膜厚分布の半導体薄膜が得られる。
なお、堤部材の上面は、サセプタの上面と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く、2mm程度までの位置の違いは一致しているとみなす。
また、本発明において、前記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、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たとき、
前記分割構造は、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ガス受入凹部とするのが好ましい。
これによれば、ガス受入凹部において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を和らげることができる。
また、本発明において、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のが好ましい。
これによれば、垂直ガス受面において、ガス流が幅方向に対して常に垂直となるように当たるので、幅方向外側にガス流が逃げる傾向を効果的に抑制できる。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、本発明の気相成長装置の前記反応容器本体内に半導体基板を配置し、該反応容器本体内に前記原料ガスを流通させて該半導体基板上に半導体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。これにより、ガス流垂直方向における膜厚分布が均一なエピタキシャルウェーハを得ることができる。
本発明の気相成長装置の一例を示す側面断面図である。 図1のガス導入部付近の拡大図である。 図1の要部を取り出して示す気相成長装置1の平面図である。 の破線部100の拡大図である。 図4のA−A断面図である。 図5のB−B断面図である。 従来の気相成長装置の平面図である。 本発明と従来技術のガス流垂直方向における膜厚分布プロファイルを示した図である。 ガス受入凹部の分割段数を種々変更したときの膜厚分布推移を示した図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る気相成長装置1の側面断面図である。図2は、図1のガス導入部付近の拡大図である。図3は、図1の要部を取り出して示す気相成長装置1の平面図である。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。
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、SiHCl、SiH、Si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BあるいはPHや、希釈ガスとしてのH、N、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、ClF、NF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、H雰囲気中で高温熱処理を施す。
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反応容器本体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。
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。その堤部材23は、図2に示すように、堤部材23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いる。該ガス導入口21からの原料ガスGは、図2、図3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。
次に、図1、図3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。
図3に示すように、堤部材23のガス受入領域60には、堤部材23の周方向に沿って隣接する形で分割され区分された複数のガス受入凹部70(分割構造)が形成されている。ここで、図4は、図3の破線部100の拡大図であり、水平基準線HSL近傍に位置するガス受入凹部70の平面図である。図5は、図4のA−A断面図である。図6は、図5のB−B断面図である。なお、図5のB−B線は、基準平面RPと平行な任意の仮想平面RPAに相当する線である。それら図4〜図6を参照して、ガス受入凹部70の形状について説明する。
ガス受入凹部70は、上記特許文献1(特開2002−231641号公報)と同様の形状となっている。すなわち、各ガス受入凹部70は、図6に示すように、仮想平面RPAによる断面において、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36(図3参照)側に引っ込んだ凹状の外形線を有する。ガス受入凹部70は、凹状の内周面底部に対応する垂直ガス受面61と、その垂直ガス受面61の幅方向WLにおける両端部に隣接しガス導入口21(図1参照)側に延出したガス案内面62、62とから構成されている。詳細には、図4に示すように、垂直ガス受面61の幅方向WLにおける両端部には、ガス導入口21側に延出したガス案内壁部63が形成され、そのガス案内壁部63の左右側面がガス案内面62となっている。隣接するガス受入凹部70、70は1つのガス案内壁部63で区切られている。ガス案内面62、62により、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が有効に抑制される。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。
垂直ガス受面61は、図6に示すように、仮想平面RPAによる断面において、水平基準線HSLと垂直となる外形線61sを有する。これにより、幅方向WLに対して原料ガスが常に垂直ガス受面61に垂直に当たるので、幅方向外側にガス流が逃げる傾向を効果的に抑制できる。さらに、図5に示すように、垂直ガス受面61は、水平基準線HSLに沿う方向にてガス導入口21(図1参照)側に下り勾配の傾斜ガス受面となっている。傾斜ガス受面61(垂直ガス受面)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。
図3に示すように、ガス受入凹部70(ガス受入領域60)は、水平基準線HSLを中心として対称形に形成されている。詳細には、ガス受入凹部70は、幅方向WLにおける内側領域(水平基準線HSL付近)に形成された1つのガス受入凹部71(以下、中央凹部という)と、その中央凹部71の左側(図3の紙面方向で左側、幅方向WLにおける左外側領域)に形成された複数のガス受入凹部72(以下、左側凹部という)と、中央凹部71の右側(図3の紙面方向に右側、幅方向WLにおける右外側領域)に形成された複数のガス受入凹部73とを有している。左側凹部72と右側凹部73とが水平基準線HSLに対して(中央凹部71に対して)対称形に形成されている。
また、ガス受入凹部70(垂直ガス受面61)は、水平基準線HSLの左右両側に階段状に配列されている。図4に示すように、階段状に隣接する垂直ガス受面61、61の間には、水平基準線HSLに平行な方向に延びた連結面部61jが形成されている。そして、それら隣接する垂直ガス受面61、61のガス排出口36(図1参照)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、階段状の垂直ガス受面61により副産物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23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。
本実施形態では、図3に示すように、ガス受入凹部70(左側凹部72、右側凹部73)は、水平基準線HSLから離れるに従いガス排出口36側に近づくように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、ガス受入凹部70をこれに倣う階段状に形成することで、ガス流垂直方向(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、ガス受入凹部70は、図3に示すように、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。
本発明では、左側凹部72、右側凹部73の段数に特徴を有し、具体的には、左側凹部72、右側凹部73は、互いに同じ数だけ形成され、かつ、それぞれ、7段以上30段以下の数だけ形成されている。なお、図3では、左側凹部72、右側凹部73がそれぞれ7段形成された例を示している。左側凹部72、右側凹部73の段数を7段以上30段以下とすることで、1つ当たりの左側凹部72、右側凹部73の幅が狭くなるので、左側凹部72、右側凹部73の壁近傍領域と壁間の中心領域との間で、ガス流の流れやすさの差異を小さくできる(ガス流ムラを抑制できる)。その結果、ガス流垂直方向(幅方向WL)における原料ガスの流量分布の均一化を図ることができ、下記実施例で示すように、ガス流垂直方向における膜厚分布が極めて均一なエピタキシャル膜を得ることができる。
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1参照)と堤部材23の間に、基板Wに向かう原料ガスGの流れを、幅方向WLにおける複数箇所(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。これら仕切板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のガス受入領域60に向かって延びるように配置されている。
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(図1参照)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(中央凹部71)にガスを供給する内側配管53と同じく外側領域(左側凹部72、右側凹部73)にガスを供給する外側配管51とに分岐している。内側配管53は、水平基準線HSLに対し左右両側に設けられている。それら内側配管53、53は、それぞれ、内側ガス導入口21A、21Aを開口している。同様に、外側配管51は、水平基準線HSLに対して左右両側に設けられている。右側の外側配管51は、主に右側凹部73にガスを供給する外側ガス導入口21Bを開口している。左側の外側配管51は、主に左側凹部72にガスを供給する外側ガス導入口21Bを開口している。なお、各配管51、53にはマスフローコントローラ(図示外)が設けられており、そのマスフローコントローラにより各配管51、53に流れる原料ガスの流量を独立に制御できるようになっている。
図1〜図3に示すように、気相成長装置1には、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いる。具体的には、原料ガスを堤部材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23b(ガス受入領域60)との対向面は、外周面23bに対応した円筒面状に形成されている。
また、図1に示すように、反応容器本体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。ガス導入面23cは、ガス案内部材24の下端板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する。それら第一面4a、第二面4b、第三面4cで堤部材23との間にガス通路55を形成している。
以下、気相成長装置1の作用について説明する。図1、図2、図3に示すように、サセプタ12上に基板Wをセットし、必要に応じて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。原料ガスは、仕切板34R、34Lの間を通る内側ガス流と、同じく外側を通る外側ガス流とに仕切られて、さらに堤部材23の外周面23bに向けて流れる。外周面23bに当たった内側ガス流及び外側ガス流は、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(図1参照)を経て排出管7に集められ、排出される。上述したように、外周面23b(ガス受入領域60)には、7段以上30段以下の数の左側凹部72及び右側凹部73が形成されているので、ガス流垂直方向(幅方向WL)におけるガス流のムラを効果的に抑制でき、極めて均一なエピタキシャル膜を得ることができる。
本発明の効果を確認するために以下の試験を行った。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6に示す気相成長装置1内に配置した。他方、比較例として、図7に示すように、堤部材の外周面(ガス受入領域)を、片側3分割とした気相成長装置10も用意し、シリコン単結晶基板Wを同様に配置した。図7の堤部材230の外周面(ガス受入領域600)には、本発明のガス受入凹部70(図4〜図6参照)と同様の形状のガス受入凹部700が形成されている。そのガス受入凹部700は、幅方向WLの中央付近(水平基準線HSL付近)に配置されたガス受入凹部701(中央凹部)と、その中央凹部701の左側に配置された3段のガス受入凹部702(左側凹部)と、中央凹部701に右側に配置された3段のガス受入凹部703(右側凹部)とを有する。図7の気相成長装置10は、図1〜図6の気相成長装置1に対して、左側凹部702及び右側凹部703の段数のみが異なっている。
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1参照)に通電し、基板Wの温度が1200℃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1130℃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(図3参照)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。
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ガス流垂直方向(幅方向WL)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。図8は、その膜厚分布プロファイルを示した図である。詳細には、図8のプロット点「○」は、図1〜図6の気相成長装置1(ガス受入凹部:片側7段)における膜厚分布プロファイルを示している。また、図8のプロット点「□」は、図7の気相成長装置10(ガス受入凹部:片側3段)における膜厚分布プロファイルを示している。なお、図8の横軸は、エピタキシャルウェーハの中心(図1の回転軸線Oとエピタキシャルウェーハの交点)を原点とし、その原点からの幅方向WLにおける距離(mm)を示している。図8の縦軸は、各ポジションでの膜厚を目標膜厚で規格化した規格化膜厚を示している。規格化膜厚が1に近いほど目標膜厚に近いことを示しており、規格化膜厚=1は目標膜厚と一致していることを示している。なお、膜厚分布プロファイルを測定するときには、シリコン単結晶基板Wは回転停止としている。
図8のプロット点「□」が示すように、従来の気相成長装置10では、ガス流垂直方向(幅方向WL)の成長速度分布(膜厚分布)が大きく波打っている。特に、左側凹部702、右側凹部703(図7参照)に対応する領域(ポジションが40mm以上、−40mm以下の領域)で、膜厚分布が大きく波打っている。このことから、ガス受入凹部の段数が「3」の場合には、ガス流垂直方向におけるガス流ムラの抑制効果が不十分であると言える。これに対し、プロット点「○」が示すように、本発明の気相成長装置1では、ガス流垂直方向の成長速度分布(膜厚分布)は小さい波打ちを繰り返す結果となった。
また、本発明にかかる気相成長装置1で作製したシリコンエピタキシャルウェーハは、従来の気相成長装置10で作製したシリコンエピタキシャルウェーハよりも均一な膜厚分布を示した。具体的には、シリコン単結晶薄膜の最大膜厚値をtmax、同じく最小膜厚値をtminとし、以下の式1で定義される値Tをシリコン単結晶薄膜の膜厚分布(±%)とする。
T=100×(tmax−tmin)/(tmax+tmin) ・・・(式1)
そして、図8のプロファイルから最大膜厚値tmax、最小膜厚値tminを読み取って、それらtmax、tminを上記式1に代入すると、本発明の気相成長装置1で作製したシリコンエピタキシャルウェーハは、T=±0.99(%)となった。これに対し、従来の気相成長装置10で作製したシリコンエピタキシャルウェーハは、T=±3.24(%)であった。
また、ガス受入凹部の分割段数を種々変更したときに、ガス流垂直方向における膜厚分布がどのように推移するかを調べた。図9はその結果であり、ガス受入凹部の分割段数に対するガス流垂直方向における膜厚分布の推移を示している。なお、図9の横軸は、ガス受入凹部の分割段数を示している。また、図9の縦軸は、ガス流垂直方向の膜厚分布として、上記式1で与えられる膜厚分布T(±%)を示している。なお、図9の●のプロット点は、本発明の実施例として、分割段数=7、12、20、30での膜厚分布を示している。図9の◆のプロット点は、比較例として、図7の気相成長装置10(分割段数=3)での膜厚分布及び分割段数2、4での膜厚分布を示している。図9に示すように、分割段数が7未満の場合には、膜厚分布(%)は大きな値(2.5%以上)を示している。これに対し、分割段数が7段以上30段以下の場合には、膜厚分布(%)は1.00近辺の小さい値を示している。この結果から、ガス受入凹部の片側の分割段数を7段以上30段以下にすると、ガス流ムラ低減の効果が顕著になり、極めて均一な膜厚分布が得られる。なお、分割段数が30段を超えると、ガス受入凹部の壁幅が加工限界(1mm)以下となり作業困難となる。
以上、本発明の気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法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、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、垂直ガス受面を傾斜面ではなく切立面(水平面に対して垂直な面)として形成しても良い。また、ガス受入凹部の内周面底部を垂直ガス受面とせず、湾曲面として形成しても良い。また、シリコンエピタキシャルウェーハ以外の半導体エピタキシャルウェーハを作製するための気相成長装置に本発明を適用しても良い。
1 気相成長装置
2 反応容器本体
5 内部空間
7 排出管
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
62 ガス案内面
70 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
WL 幅方向

Claims (9)

  1. 半導体基板の主表面に半導体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、半導体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半導体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半導体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半導体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たとき、
    前記ガス受入領域は、前記水平基準線を中心として対称形を形成し、該対称形の片側において前記堤部材の周方向に沿って隣接する7段以上30段以下に分割され区分された分割構造を有し、
    前記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、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たとき、
    前記分割構造は、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ガス受入凹部であり、
    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おり、
    前記半導体基板は直径が200mmであり、
    前記堤部材の内周縁に沿って均熱用の予熱リングが配置され、その内側に前記サセプタが配置され、
    前記ガス受入凹部の前記幅方向における全長は、前記半導体基板の直径以上、前記予熱リングの外径以下であることを特徴とする気相成長装置。
  2. 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、
    前記ガス案内面と前記垂直ガス受面とで前記ガス受入凹部を構成していることを特徴とする請求項1に記載の気相成長装置。
  3. 前記ガス受入凹部は、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されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の気相成長装置。
  4. 前記ガス受入凹部は、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3に記載の気相成長装置。
  5. 前記ガス受入凹部は、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ことを特徴とする請求項4に記載の気相成長装置。
  6. 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5のいずれか1項に記載の気相成長装置。
  7. 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6に記載の気相成長装置。
  8. 前記ガス受入凹部の上流側に配置されて前記ガス受入凹部に繋がるガス流路の分割数は、前記ガス受入凹部の分割数より少ないことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の気相成長装置。
  9. 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の気相成長装置の前記反応容器本体内に半導体基板を配置し、該反応容器本体内に前記原料ガスを流通させて該半導体基板上に半導体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。
JP2012207566A 2012-09-20 2012-09-20 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法 Active JP6179790B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012207566A JP6179790B2 (ja) 2012-09-20 2012-09-20 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法
PCT/JP2013/072170 WO2014045779A1 (ja) 2012-09-20 2013-08-20 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法
TW102130721A TW201417147A (zh) 2012-09-20 2013-08-28 氣相成長裝置及磊晶晶圓之製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012207566A JP6179790B2 (ja) 2012-09-20 2012-09-20 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014063855A JP2014063855A (ja) 2014-04-10
JP6179790B2 true JP6179790B2 (ja) 2017-08-16

Family

ID=50341103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012207566A Active JP6179790B2 (ja) 2012-09-20 2012-09-20 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6179790B2 (ja)
TW (1) TW201417147A (ja)
WO (1) WO2014045779A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111850515B (zh) * 2020-07-02 2022-09-16 北京北方华创微电子装备有限公司 用于外延反应腔室的衬里装置及外延反应腔室

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4588894B2 (ja) * 2001-01-31 2010-12-01 信越半導体株式会社 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法
JP4320574B2 (ja) * 2003-08-21 2009-08-26 株式会社Sumco エピタキシャル成長装置
JP5069424B2 (ja) * 2006-05-31 2012-11-07 Sumco Techxiv株式会社 成膜反応装置及び同方法
JP5268766B2 (ja) * 2009-04-23 2013-08-21 Sumco Techxiv株式会社 成膜反応装置及び成膜基板製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014045779A1 (ja) 2014-03-27
JP2014063855A (ja) 2014-04-10
TW201417147A (zh) 2014-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4379585B2 (ja) 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
TWI642330B (zh) 電漿生成裝置、基板處理裝置及半導體裝置之製造方法
KR102453245B1 (ko) 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 컴퓨터 프로그램 및 처리 용기
TWI715572B (zh) 用於沉積低k及低濕式蝕刻率介電薄膜的方法
JP6435967B2 (ja) 縦型熱処理装置
KR20080033965A (ko) 균일한 배치식 막 증착법 및 그 방법에 의해 제조된 막
JP4588894B2 (ja) 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法
KR101928969B1 (ko) 성막 장치
JP2010219494A (ja) 縦型熱処理装置及び熱処理方法
US20190145006A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
JP2005183511A (ja) 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
JP2009164570A (ja) 気相処理装置、気相処理方法および基板
JP3801957B2 (ja) 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法
JP2008047785A (ja) 半導体装置の製造方法
JP6179790B2 (ja) 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法
JP3893615B2 (ja) 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
JP4581868B2 (ja) エピタキシャル成長装置およびその製造方法
JP6153489B2 (ja) 結晶成長装置
JP3516654B2 (ja) 気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法
JP2003203866A (ja) 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
TWI752452B (zh) 半導體裝置之製造方法、基板處理方法、基板處理裝置及程式
WO2020158657A1 (ja) 成膜装置及び成膜方法
JP2010040541A (ja) エピタキシャル装置
JP2010040590A (ja) エピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法
JP6924593B2 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140812

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151215

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160219

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160411

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160908

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161024

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170313

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170525

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20170602

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170623

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170706

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6179790

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250