(57)【要約】【課題】各工程において生じるシリコンウェーハとサセプタとの温度差を所定内となるように制御し、シリコンウェーハの面内の温度分布を所定の範囲内となるように制御可能なエピタキシャル装置を提供する。【解決手段】サセプタの上に実質的に水平状態に配されるシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェーハの製造装置において、少なくとも前記シリコン単結晶基板の上又は下に配されるヒータと、前記シリコン単結晶基板から見て前記ヒータの背後に配置されるリフレクターと、前記ヒータの出力を制御可能な制御装置と、を備え、前記リフレクターは、前記ヒータからの熱線を前記シリコン単結晶基板の中心側により多く反射するように傾斜した傾斜部を所定の割合で備え、前記ヒータは、前記傾斜部に対応する傾斜部対応ヒータ要素を備え、前記制御装置は、前記傾斜部の割合に応じて、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力を制御する。【選択図】図１
2010147350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタの上に実質的に水平状態に配されるシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェーハの製造装置であって、
少なくとも前記シリコン単結晶基板の上又は下に配されるヒータと、
前記シリコン単結晶基板から見て前記ヒータの背後に配置されるリフレクターと、
前記ヒータの出力を制御可能な制御装置と、を備え、
前記リフレクターは、前記ヒータからの熱線を前記シリコン単結晶基板の中心側により多く反射するように傾斜した傾斜部を所定の割合で備え、
前記ヒータは、前記傾斜部に対応する傾斜部対応ヒータ要素を備え、
前記制御装置は、前記傾斜部の割合に応じて、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力を制御することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。
【請求項２】
更に、前記シリコン単結晶基板の温度を計測するウェーハ温度計と、
前記サセプタの温度を計測するサセプタ温度計と、を備え、
前記制御装置は、計測した前記シリコン単結晶基板の温度と前記サセプタの温度との差が、１０℃以下となるように前記傾斜部対応ヒータ要素の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記所定の割合が、前記リフレクターに対して６０％以上のときは、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力の出力割合を６０％以下として、必要に応じて全体の出力を増減させることにより、前記シリコン単結晶基板を所望の温度にするように加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
【請求項４】
サセプタの上に実質的に水平状態に配されるシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記シリコン単結晶基板の上又は下の少なくともいずれかに配されるヒータにより非酸化性雰囲気で所定の温度に前記シリコン単結晶基板を加熱する工程と、
加熱された前記シリコン単結晶基板を所定のエピタキシャル成長温度まで冷却する工程と、
前記シリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を所定の温度で成長させる工程と、
前記シリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハを冷却する工程と、を含み、
上記何れの工程においても、前記シリコン単結晶基板の温度と前記サセプタの温度との差を１０℃以下にするように、前記ヒータにより制御し、
前記シリコン単結晶基板から見て前記ヒータの背後に配置されるリフレクターが、前記ヒータからの熱線を前記シリコン単結晶基板の中心側により多く反射するように傾斜した傾斜部を所定の割合で備え、前記ヒータは、前記傾斜部に対応する傾斜部対応ヒータ要素を備え、前記傾斜部の割合に応じて、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力を制御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。
【請求項５】
前記所定の割合が、前記リフレクターに対して６０％以上のときは、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力の出力割合を６０％以下として、必要に応じて全体の出力を増減させることにより、前記シリコン単結晶基板を所望の温度にするように制御することを特徴とする請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の集積回路素子等に使用されるエピタキシャルウェーハの製造方法及び製造装置に関し、特に、エピタキシャル成長工程の前のウェーハ加熱工程で温度整序を行うエピタキシャルウェーハの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体による集積回路素子（デバイス）の高密度化傾向は、急速に進行しており、デバイスを形成させるシリコンウェーハの品質への要求は、ますます厳しくなっている。つまり、集積が高密度化するほど回路は繊細となるので、リーク電流の増大やキャリアのライフタイム短縮原因となる、転位などの結晶欠陥は、これまでよりはるかに厳しく制限される。
【０００３】
図１０に示すエピタキシャル製造装置１００に基づき、エピタキシャルウェーハの製造方法を簡単に説明する。まず、シリコン単結晶基板１２をサセプタ１４の上に置く。このサセプタ１４は、支持部材１６１に回転可能に支持されている。また、載置されたシリコン単結晶基板１２は、垂直に延びるリフト部材を端部に備えるリフト支持部材１６３により載置時に支持される。上面に透明窓部材１５０を備えるこれらを収納するチャンバー内にキャリアガス等を導入口１６８より流入させ、排出口１７０より流出させることにより、該シリコン単結晶基板及び周辺部品を清浄にする。次に、必要に応じてシリコン単結晶基板１２を上部ヒータ１６ａ、１６ａ、及び、下部ヒータ１６ｂ、１６ｂにより加熱し、熱処理を行う。このとき、熱効率を上げるために、上部ヒータ１６ａ、１６ａ、及び、下部ヒータ１６ｂ、１６ｂの背面等には、それぞれリフレクター１８ａ、１８ｂがそれぞれ配置される。また、全体を覆うカバー１９０もリフレクターとして機能する。シリコン単結晶基板１２の温度は、上部に備えられる放射熱温度計３２により、サセプタ１４の背面の温度は下方に備えられる放射熱温度計３４により、それぞれモニタされる。そして、導入口１６８より、シランまたはトリクロロシランのようなシリコン源となるガスをキャリアガスと共に流入させ、そのシリコン単結晶基板１２の主表面を約８００℃またはそれ以上で暴露して、前記主表面にシリコンのエピタキシャル層を成長させる（以降、シリコン単結晶基板とシリコンエピタキシャルウェーハとを併せてシリコンウェーハと総称する）。所定の厚さのエピタキシャル層を成長させた後、原料ガスの供給を止め、エピタキシャル層を積んだシリコンウェーハの温度を下げて、チャンバー内から取出して、次の工程に供給される。この一連の製造工程において、コンタミや、転位などの結晶欠陥を生じさせないように細心の注意が払われる。
【０００４】
エピタキシャル層の成長工程の前の熱処理工程は、直接エピタキシャル層の成長には影響を及ぼさないが、望ましいシリコンウェーハの特性を得るために重要である。水素、アルゴン等の非酸化性雰囲気において、エピタキシャル層の成長工程での温度以上の温度で行われるこの熱処理工程においては、７００℃以上の昇温工程において、シリコンウェーハの欠陥の除去及び熱応力、接触応力等による転位の発生を防ぎつつ、生産性を上げるために、高い昇温速度が望まれる。しかし、シリコンウェーハの主表面／裏面間の温度勾配が急となる場合には、シリコンウェーハに反りを引き起こすおそれがあり、反りが生じない場合であっても、ウェーハ内にスリップ転位という結晶欠陥が発生するおそれがあるので、昇温及び降温における温度管理も重要である。
【０００５】
一方、エピタキシャル層の成長は、温度に大きく影響されるので、シリコンウェーハの面内の温度管理は重要である（例えば、特許文献１）。そのため、構成上および材料上の工夫を経た枚葉式気相薄膜成長装置をもってしても、シリコンウェーハの面内位置によってエピタキシャル層の厚みに差が生じ、特に、シリコンエピタキシャル層の厚みが約８μｍを超えると、シリコンエピタキシャル層の面内厚さの差が実用上好ましくないレベルにまで強調される傾向がある。そのため、石英からなるサポート手段の形状を改善して、中央の垂直ピンを省略し、支持部材のサセプタ裏面への当接位置を外周側へずらすことが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
ところで、半導体ウェーハをＲＴＡ装置により所定温度で熱処理する工程を有する半導体ウェーハの製造方法において、前記半導体ウェーハの少なくとも半導体ウェーハを支持する支持治具との接触部分の温度が、半導体ウェーハの中心部の温度よりも３〜２０℃低くなる様に制御した状態で熱処理を行い、スリップ転位の発生を抑制する技術が開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−１３３２３９号公報
【特許文献２】特開２０００−１０３６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の温度計測では、温度差を測定できても、それを是正する方法が、シリコン単結晶基板の設置のし直しであり、工業上十分な効果を得ることは難しい。また、特許文献２の粗さ計測では、良品のみを選出することはできても、計測自体では良品率を上げることができず、また、温度分布を均一化するために、中央の垂直ピンを省略し、支持部材のサセプタ裏面への当接位置を外周側へずらすことでは、静的な温度状態を改善することができても、昇温又は降温という動的な温度状態の改善は困難である。
【０００８】
そこで、本発明者らは、シリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェーハ製造方法において、昇温又は降温を含む熱状態を解明し、製造装置に用いる治具に関する好ましい静的な改良と、加熱という動的な改良を加え、それらを融合させたエピタキシャルウェーハの製造方法や製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上のような課題に鑑みて、サセプタの上に実質的に水平状態に配されるシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェーハの製造装置において、少なくとも前記シリコン単結晶基板の上又は下に配されるヒータと、前記シリコン単結晶基板から見て前記ヒータの背後に配置されるリフレクターと、前記ヒータの出力を制御可能な制御装置と、を備え、前記リフレクターは、前記ヒータからの熱線を前記シリコン単結晶基板の中心側により多く反射するように傾斜した傾斜部を所定の割合で備え、前記ヒータは、前記傾斜部に対応する傾斜部対応ヒータ要素を備え、前記制御装置は、前記傾斜部の割合に応じて、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力を制御することができる製造装置及びその製造方法を提供する。
【００１０】
より具体的には、以下のようなものを提供することができる。
（１）サセプタの上に実質的に水平状態に配されるシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェーハの製造装置であって、少なくとも前記シリコン単結晶基板の上又は下に配されるヒータと、前記シリコン単結晶基板から見て前記ヒータの背後に配置されるリフレクターと、前記ヒータの出力を制御可能な制御装置と、を備え、前記リフレクターは、前記ヒータからの熱線を前記シリコン単結晶基板の中心側により多く反射するように傾斜した傾斜部を所定の割合で備え、前記ヒータは、前記傾斜部に対応する傾斜部対応ヒータ要素を備え、前記制御装置は、前記傾斜部の割合に応じて、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力を制御することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置を提供することができる。
【００１１】
ここで、実質的に水平とは、載置されたシリコン単結晶基板が自重で移動することがない程度に水平であればよい。従って、厳密な水平は要求されない。一般的な水準器により水平とされる程度の水平であることがより好ましい。前記ヒータは、熱線を放射するタイプのヒータであることが好ましい。例えば、ランプヒータ、赤外線ランプ、ハロゲンランプ等を例としてあげることができる。リフレクターは、実質的に熱線（例えば、可視光、赤外線、遠赤外線等を含んでよい）を反射するものであればよい。例えば、金をコーティングしたアルミ合金等を含んでよい。リフレクターは、通常ヒータの背後に設けられ、後ろ向きに放射される熱線をより好ましくは放物曲線を描く面で反射して、前向きに放射させる。前記リフレクターは、反射の法則に従って入射光を反射するが、入射光が全ての角度で均一に前記リフレクター（ここでは曲面ではなく平らな反射面を仮定）を照射するならば、反射光も同様に全ての角度で均一に反射することができる。しかしながら、前記リフレクターがある角度で傾斜して備えられた場合は、入射光は前記リフレクターを均一に照射するとは限らず、それに伴い反射光も偏った方向に、より多くの熱線を反射することがある。また、前記リフレクターの反射面が、ヒータに対して満遍なく広がる（熱線が均等に放射されてそれを偏らないようにリフレクターの反射面が受ける）場合は、反射光は偏った方向により多くの熱線として反射されるのではなく、あらゆる方向（理論的には、立体角でπラジアン）に均一に（少なくともリフレクターやヒータが対称に備えられる場合はその対称性の範囲において）反射される。従って、中心側により多く反射するためには、照射対象物（例えば中心部）に対してより対面（又は対向）するような角度に傾斜角が設定される。また、ヒータの放射する熱線のごく一部を入射光として前記リフレクターが受ける場合は、ヒータからの所定の角度の範囲において放射される光を受けるので、入射角の範囲の偏り、及び／又は、反射面への単位面積当たりの熱線の量の偏りに伴い、偏った方向（の範囲）に他の方向（の範囲）よりも多くの熱線を反射することができる。例えば、実質的に水平に配置されたシリコン単結晶基板やサセプターに、同様に実質的に水平に配置され、これらシリコン単結晶基板やサセプターに対向するリフレクターが、その間であって、前記リフレクターにより近い位置（例えば、対向距離の１０％以下、５％以下、１％以下等）に配置されたヒータからの光を反射する場合は、反射光は、対向するこれらシリコン単結晶基板やサセプターに比較的均一に照射される。しかし、若干の傾斜角をもって対向する場合は、ヒータから全角度で均一に放射される光であっても、リフレクターの反射面に入射する光は偏ることがあり、真対向に比べ、傾斜角により傾いた方により多くの割合で熱線を反射すると考えられる。このような傾斜する反射面を含む傾斜部を、ドーナツ状に広がるリフレクターの反射面からなるリフレクター全体に対して、ある割合で備えることができる。この割合は、平坦面（若しくは水平面）を仮定したリフレクターの反射面の面積全体に対する、該傾斜部の反射面の平坦面を仮定した面積で規定することができる。���のとき、ヒータから十分遠くに離れた（例えば、最近接の反射面との間の距離の１０倍以上、２０倍以上、５０倍以上等）リフレクターの反射面は、無視することができる。また、このような傾斜部（及びその反射面）は、ドーナツの中心（多くの場合、シリコンウェーハの中心）に垂直に立つ中心軸に対して回転対称に備えることが好ましい。
【００１２】
（２）更に、前記シリコン単結晶基板の温度を計測するウェーハ温度計と、前記サセプタの温度を計測するサセプタ温度計と、を備え、前記制御装置は、計測した前記シリコン単結晶基板の温度と前記サセプタの温度との差が、１０℃以下となるように前記傾斜部対応ヒータ要素の出力を制御することを特徴とする上記（１）に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置を提供することができる。
【００１３】
ここで、前記シリコン単結晶基板の温度と前記サセプタの温度との差は、１０℃以下が好ましく、より好ましくは５℃以下であり、更に好ましくは３℃以下である。
【００１４】
（３）前記制御装置は、前記所定の割合が、前記リフレクターに対して６０％以上のときは、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力の出力割合を６０％以下として、必要に応じて全体の出力を増減させることにより、前記シリコン単結晶基板を所望の温度にするように加熱することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置を提供することができる。
【００１５】
ここで、前記所定の割合は、６０％以上が好ましく、より好ましくは６５％以上であり、更に好ましくは７０％以上である。また、このとき、上述の傾斜部対応ヒータ要素の出力の出力割合は、６０％以下が好ましく、５０％以下がより好ましく、４５％以下が更に好ましい。また、所望の温度とは、例えば、エピタキシャル膜の成長に好ましい温度（及びその範囲）を意味することができる。この温度は、エピタキシャル膜が実際に成長されない成長前準備皇帝及び成長後の温度保持／冷却工程における温度を含んでよい。
【００１６】
（４）サセプタの上に実質的に水平状態に配されるシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記シリコン単結晶基板の上又は下の少なくともいずれかに配されるヒータにより非酸化性雰囲気で所定の温度に前記シリコン単結晶基板を加熱する工程と、加熱された前記シリコン単結晶基板を所定のエピタキシャル成長温度まで冷却する工程と、前記シリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を所定の温度で成長させる工程と、前記シリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハを冷却する工程と、を含み、上記何れの工程においても、前記シリコン単結晶基板の温度と前記サセプタの温度との差を１０℃以下にするように、前記ヒータにより制御し、前記シリコン単結晶基板から見て前記ヒータの背後に配置されるリフレクターが、前記ヒータからの熱線を前記シリコン単結晶基板の中心側により多く反射するように傾斜した傾斜部を所定の割合で備え、前記ヒータは、前記傾斜部に対応する傾斜部対応ヒータ要素を備え、前記傾斜部の割合に応じて、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力を制御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を提供することができる。
【００１７】
（５）前記所定の割合が、前記リフレクターに対して６０％以上のときは、前記傾斜部対応ヒータ要素の出力の出力割合を６０％以下として、必要に応じて全体の出力を増減させることにより、前記シリコン単結晶基板を所望の温度にするように制御することを特徴とする上記（４）に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、加熱及び冷却工程並びに所定温度保持工程（例えば、エピタキシャル成長工程）において生じるシリコンウェーハとサセプタとの温度差を所定の範囲内となるように制御し、かつ、シリコンウェーハの面内の温度分布のばらつきを所定の範囲内となるように制御することが容易にできる。特に、光学的ヒータの背後に配置されるリフレクターの所定の割合の部分を所定の角度で傾斜させることにより、前記ヒータの広い出力範囲において、転位のない好ましいシリコンウェーハを製造することができる。ここで、所定の範囲の温度差とは、例えば、シリコンウェーハにおいて転位等の欠陥が生じ難くなる温度差の範囲を意味することができる。また、所定の範囲の温度分布のばらつきとは、例えば、シリコンウェーハにおいて転位等の欠陥が生じ難くなる温度分布のばらつきの範囲を意味することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の構成又は機能を有する構成要素及び相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。また、以下の説明では、本発明に係る実施の態様の例を示したに過ぎず、当業者の技術常識に基づき、本発明の範囲を超えることなく、適宜変更可能である。従って、本発明の範囲はこれらの具体例に限定されるものではない。また、これらの図面は、説明のために強調されて表されており、実際の寸法とは異なる場合がある。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に関し、エピタキシャルウェーハ製造装置の概略図である。基本的には、図１０のエピタキシャルウェーハ製造装置とほぼ同様な構成となっているので、重複する説明は省略する。中央に円筒形状のリフレクター２０ａ、２０ｂが、シリコンウェーハのそれぞれ上方及び下方に備えられ、回転軸の加熱を防止すると共に、温度計測のための光路を確保する。また、ハロゲンランプ等からなるヒータ１６ａ、１６ａ、１６ｂ、１６ｂの背面に配されるリフレクター１８ａ、１８ｂは、所定の割合で、シリコンウェーハ１２の中心部に向かってより多くの熱を反射するように傾斜された傾斜部が備えられる。この傾斜部に対応する傾斜部対応ヒータ要素が備えられる。
【００２１】
図２は、ヒータの各ヒータ要素であるハロゲンランプ１６−０１〜２０の放射状の配置を示す平面図である。中央にリフレクター２０ａ、２０ｂが配置可能な円形の空間を設け、周囲に時計回りに２０個のハロゲンランプが配置されている。その下側には、リフレクター１８（上方の場合は１８ａ、下方の場合は１８ｂ）が設けられる。図中ハロゲンランプ１６−０１、０２、０６、０７、１１、１２、１６、１７からなる第１グループと、ハロゲンランプ１６−０３〜０５、０８〜１０、１３〜１５、１８〜２０からなる第２グループとに分かれており、それぞれのグループに対応した傾斜部を備える２種類のリフレクターを準備した。第１のリフレクターは、第１グループに傾斜部を備えるものであり、第２のリフレクターは、第２グループに傾斜部を備えるものである。そのため、第１のリフレクターでは、傾斜部が２：３の割合で設けられ、第２のリフレクターでは、傾斜部が３：２の割合で設けられることになる。それぞれの傾斜部は、図１のシリコンウェーハ１２の中心部に向かってより多くの熱線を反射するように所定の角度（例えば、７度）で傾斜している。
【００２２】
図９に、この傾斜角を図解する。リフレクター１８ａ、１８ｂから（特にリフレクターの半径方向中央１６ａ−ｃ、１６ｂ−ｃから）シリコンウェーハ１２迄の鉛直方向の距離をＨａ、Ｈｂとし、リフレクター１８ａ、１８ｂの置かれる平面内で、シリコンウェーハ１２の中心に相当する中心までの距離をＬａ、Ｌｂとすれば、Δａ＝ｔａｎ−１（Ｈａ／Ｌａ）であり、Δｂ＝ｔａｎ−１（Ｈｂ／Ｌｂ）である。ここで、所定の角度αａ、αｂは、０＜αａ＜π／２−Δａであり、０＜αｂ＜π／２−Δｂである。ここで、高さが相対的に大きい場合、Δａ、Δｂは大きくなるので、傾斜角はそれほど大きくする必要もないと考えられ、αａ、αｂは小さくなる傾向がある。一方、高さが相対的に小さい場合、Δａ、Δｂは小さくなるので、傾斜角はそれほど小さくする必要もないと考えられ、αａ、αｂは大きくなる傾向がある。通常のＨａ／Ｌａ、Ｈｂ／Ｌｂにおいては、この傾斜角αａ、αｂは、それぞれ２度以上が好ましく、４度以上がより好ましく、５度以上が更に好ましい。また、この傾斜角αａ、αｂは、それぞれ１２度以下が好ましく、１０度以下がより好ましく、８度以下が更に好ましい。概ね７度が好ましいと考えられる。尚、傾斜角αａ、αｂは同じである必要はない。装置の各機器の配置に応じて適宜選択できる。ここで、Ｌａ、Ｌｂはハロゲンランプの半径方向で中央の位置から中心までの距離を意味してよい。また、これらの数値が同一でない場合は、算術平均して求めることができる。加熱されるシリコンウェーハ１２及びサセプタ１４は、同一中心軸の回りに回転するため、このように回転対象に備えられたヒータにより、均一に加熱される。
【００２３】
図３は、図１の装置により、第１のリフレクターを上下に備えることにより、エピタキシャルウェーハを製造したときの、シリコンウェーハの温度及び各ヒータ（ヒータ要素）の出力の経時変化を示す。まず、任意単位の時間２までは、上下のハロゲンランプによりシリコンウェーハ（シリコン単結晶基板）を加熱し、熱処理を行った。到達最高温度は、任意単位の温度５であった。即ち、平均昇温速度は、約５/２＝約２．５であった。次に、ヒータの出力を弱め、冷却して、エピタキシャル成長工程に入った。ここでは、まずシリコンウェーハの温度を任意単位の温度４にして、次に所定の濃度の原料ガスを流し、回転させながらエピタキシャル成長を任意単位の時間２．５から４．５まで行った。その次に、ヒータの出力を最低にし、放冷した。
【００２４】
このときのエピタキシャル成長条件を以下に記す。尚、この条件は、次に述べるエピタキシャル製造方法において同一であった。
キャリアガス                水素
原料ガス                    シランまたはトリクロロシランを５％
流量                        混合ガスで、５０リッター／分
【００２５】
図４は、図１の装置により、第２のリフレクターを上下に備えることにより、エピタキシャルウェーハを製造したときの、シリコンウェーハの温度及び各ヒータ（ヒータ要素）の出力の経時変化を示す。この図の任意単位の温度及び時間は、図３と同じであるので、両者をそのまま対比することができる。図３の場合に比べ、最高温度が温度５となるまでの時間が約１．４であり、平均昇温速度は、約５/１．４＝約３．６とより高かった。このため、温度５での熱処理時間をより長期間維持することができた。
【００２６】
表１及び２に、図３及び４の実験を含む、実験結果をまとめる。図３は、表１の５０／５０／５０のものであり、転位フリー（転位が無い）ウェーハは、上面と下面の温度差が−２５又は−３０のときのみであった。ここで、５０／５０／５０は、上下のヒータの出力割合が５０％ずつであり（最初の５０）、上方の傾斜部に対応する傾斜対応ヒータとそれ以外のヒータとの出力割合が５０％ずつ（次の５０）であり、下方の傾斜部に対応する傾斜対応ヒータとそれ以外のヒータとの出力割合が５０％ずつ（最後の５０）である。一方、図４は、表２の５０／６０／６０のものであり、転位フリー（転位が無い）ウェーハは、上面と下面の温度差が−３０のときのみであった。このように、ほぼ同じ転位フリーの状態が得られるにもかかわらず、熱処理の時間が多く取れ、処理時間が短くなる効果が、第２のリフレクターにより得ることができた。
【００２７】
ここで、表１において、上面及び下面の温度差が大きいと、転位フリーに成り易いが、これは、昇温速度を遅くしたため、結果的に上面及び下面の温度差が大きくなったためである。即ち、表１において、温度差が大きくなると、昇温速度が低下する関係にある。また、第１のリフレクターでは、外周への熱の放射割合が高いため、内側の出力を大きくすると、全体では却って出力が低下し、昇温速度が低下する。そのため、転位フリーに成り易い領域が増加したのである。一方、表２では、同様に、上面及び下面の温度差が大きいと、転位フリーに成り易かった。これは、同様に昇温速度を遅くすることにより、結果的に上面及び下面の温度差が大きくなったためである。即ち、表２において、温度差が大きくなると、昇温速度が低下する関係にある。しかるに、第２のリフレクターでは、外周への熱の放射割合が高いため、内側の出力を大きくすると、全体も出力が増加し、昇温速度が高くなる。そのため、転位フリーに成り易い領域が減少したのである。
【００２８】
【表１】
2010147350.tif 000003
【００２９】
【表２】
2010147350.tif 000004
【００３０】
図５（ａ）〜（ｃ）は、表１の５０／４０／４０（ａ）、５０／５０／５０（ｂ）、５０／６０／６０（ｃ）のものをそれぞれプロットしたものである。傾斜対応ヒータ要素の出力割合が４０％と低い場合（ａ）は、特に外周部での温度分布がばらついていることがわかる。また、中心部では温度差がほぼ０であるが、外周部では概ね１０℃と面内においても差がみられた。傾斜対応ヒータ要素の出力割合が５０％と中くらいの場合（ｂ）でも、（ａ）に比べれば少ないものの、外周部での温度分布がばらついている。また、中心部では温度差がほぼ０であるが、外周部では概ね５℃と面内においても若干の差がみられた。傾斜対応ヒータ要素の出力割合が６０％と高い場合（ｃ）でも、（ａ）に比べればかなり少ないものの、外周部での温度分布がややばらついている。中心部では温度差がほぼ０であり、外周部でも数℃と面内の差も少なくなった。これらの結果、外周部での温度差が特に小さい場合は、昇温速度も低く、転位フリーの領域が大きくなったことがわかる。
【００３１】
図６（ａ）〜（ｃ）は、表２の５０／４０／４０（ａ）、５０／５０／５０（ｂ）、５０／６０／６０（ｃ）のものをそれぞれプロットしたものである。これらの図から、傾斜対応ヒータ要素の出力割合が４０％と低い場合（ａ）は、中間部での温度分布がばらついていることがわかる。また、中心部では温度差がほぼ０であるが、中間部で５℃くらい、外周部では２〜３℃くらいと面内の差は図５の場合に比べ少なかった。しかし、図６の中では、一番面内の温度差が大きい。傾斜対応ヒータ要素の出力割合が５０％と中くらいの場合（ｂ）でも、（ａ）に比べれば少ないものの、中間部で２〜３℃くらいを中心にばらついているが、外周部では温度差もばらつきも殆どなかった。従って、面内の温度差分布のばらつきはあまり大きくなかった。傾斜対応ヒータ要素の出力割合が６０％と高い場合（ｃ）では、（ａ）及び（ｂ）に比べればかなり少ないものの、中間部での温度分布がややばらついている。中心部では温度差がほぼ０であるが、外周部では、マイナス数℃外周部での温度差の逆転が生じていた。このように何れの外周部においても、温度差や温度差のばらつきは小さく、昇温速度が低くなる（ａ）の場合の方が、転位フリーの領域が大きくなったことがわかる。
【００３２】
図７は、エピタキシャルウェーハ製造装置２１０における、シリコンウェーハ１２及びサセプタ１４を加熱する上部ヒータ１６ａ、１６ａ及び下部ヒータ１６ｂ、１６ｂ、並びに、背面にあるそれぞれのリフレクター１８ａ、１８ｂ、並びに、円筒形の中央のリフレクター２０ａ、２０ｂを模式的に示し、熱線２００ａ、２００ｂにより、熱の移動を説明する図である。上部及び下部ヒータ１６ａ、１６ａ、１６ｂ、１６ｂからは、各発光点より半球面に広がるように熱線が放射される。この熱線は、それぞれにほぼ同じ熱量を表わすので、当たる熱線の数が多い方が、熱が多く移動することになる。上部及び下部ヒータ１６ａ、１６ａ、１６ｂ、１６ｂのシリコンウェーハ１２及びサセプタ１４に面する面よりは、熱線２００ａ、２００ｂが放射し、シリコンウェーハ１２の表面、サセプタ１４の上面及び底面に当たり熱を伝達する。また、リフレクター２０ａ、２０ｂの筒状部２１ａ、２１ｂ及びコーン部２２ａ、２２ｂに当たった熱線は、反射角の法則に従い反射し、殆どそのままの熱量を反射熱線が運び、反射熱線が当たる部位に熱を伝える。従って、シリコンウェーハ１２は、その主表面に当たる熱線の数で流入熱量が殆ど決定され、サセプタ１４は、その上面の外縁（シリコンウェーハ１２の外側）において、及び、底面全体において当たる熱線の数で流入熱量が殆ど決定される。
【００３３】
図８は、上部及び下部ヒータ１６ａ、１６ａ、１６ｂ、１６ｂの背面側より放射される熱線がリフレクター１８においてどのように反射されるかを模式的に示す図である。図８（ａ）は、通常の水平に配置されたリフレクター１８における反射の様子を、図８（ｂ）は、所定の割合で設けられた傾斜部１９における反射の様子を模式的に示すものである。上述するように、ヒータ１６のシリコンウェーハ１２側面の各輝点１６１から、半球状に発光熱線が放射され、シリコンウェーハ１２側から見て背面側の面の各輝点１６２、１６３において同様に発光熱線が放射される。それぞれの熱線は、通常のリフレクター１８の表面１６４において反射され、ほぼ均等に広がることがわかる。一方、傾斜部１９の表面１６５においては、傾斜角βだけ、傾斜して反射されるため、シリコンウェーハ１２の中心部（図中右側）に向かってより多くの熱線が反射されることがわかる。従って、シリコンウェーハ１２側から見て背面側の面の各輝点１６２、１６３において、その面に対し角度θで放射された熱線は、その面に対しπ−θ＋２×βの角度で反射されることになる。これらの関係を数式で示す。
反射角（通常）＝π−θ                            （式１）
反射角（傾斜角β）＝π−θ＋２×β                （式２）
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】エピタキシャルウェーハ製造装置における加熱ヒータ及びリフレクター並びにシリコンウェーハ及びサセプタの位置関係を示す概略図である。
【図２】加熱ヒータの各ヒータ要素であるハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図３】第１のリフレクターを用いた場合のエピタキシャルウェーハ製造方法における温度及びヒータ出力の経時変化を示すグラフである。
【図４】第２のリフレクターを用いた場合のエピタキシャルウェーハ製造方法における温度及びヒータ出力の経時変化を示すグラフである。
【図５】表１の５０／４０／４０、５０／５０／５０、５０／６０／６０のエピタキシャルウェーハ製造方法におけるウェーハ内の温度分布をそれぞれプロットしたものである。
【図６】表２の５０／４０／４０、５０／５０／５０、５０／６０／６０のエピタキシャルウェーハ製造方法におけるウェーハ内の温度分布をそれぞれプロットしたものである。
【図７】シリコンウェーハ及びサセプタを加熱する上部及び下部ヒータ並びに背面にリフレクター及び円筒形のリフレクターを模式的に示し、熱線による熱の移動を説明する図である。
【図８】上部及び下部ヒータの背面側より放射される熱線がリフレクターにおいてどのように反射されるかを模式的に示す図である。
【図９】図１のエピタキシャルウェーハ製造装置において、リフレクターの傾斜角を説明する概略図である。
【図１０】エピタキシャルウェーハ製造装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００、２１０    エピタキシャルウェーハ製造装置
１２    シリコンウェーハ
１４    サセプタ
１６、１６ａ、１６ｂ    ハロゲンランプ
１８、１８ａ、１８ｂ    リフレクター
１９    傾斜部
２０ａ、２０ｂ    円筒状のリフレクター
３２、３４    放射熱温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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