(57)【要約】【課題】ガス流の逆流を抑制するとともに、ウェーハ表面に形成されるエピタキシャル膜の膜厚分布均一性を向上させることができるエピタキシャル成長装置を提供する。【解決手段】内部にガス流路２が設けられてなるとともにウェーハＷを保持するサセプタ１３がガス流路２内に設けられてなるチャンバ１０と、ガス流路２上流側に配され、該ガス流路２を横断する方向に複数が並設されたガス供給孔２２とを備えたエピタキシャル成長装置１において、ガス供給孔２２のウェーハＷ法線方向となる高さ方向の位置を、各ガス供給孔２２ごとに個別に設定する。【選択図】図１
2010263112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガス流路が設けられてなるとともにウェーハを保持するサセプタが前記ガス流路内に設けられてなるチャンバと、
前記ガス流路上流側に配され、該ガス流路を横断する方向に複数が並設されたガス供給孔とを備えたエピタキシャル成長装置において、
前記ガス供給孔のウェーハ法線方向となる高さ方向の位置が、各前記ガス供給孔ごとに個別に設定されていることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項２】
前記ガス供給孔のウェーハ法線方向となる高さ方向の位置が、
高さ均一な前記ガス供給孔としてウェーハに成膜されたエピタキシャル膜の膜厚分布を補償してガス流を制御するように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して設定されていることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
【請求項３】
前記ガス供給孔のウェーハ法線方向となる高さ方向の位置が個別に可変とされてい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成長装置。
【請求項４】
前記ガス供給孔のガス流の供給方向がウェーハ法線方向に沿って個別に可変とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。
【請求項５】
前記ガス供給孔と前記ウェーハとの該ウェーハ面に沿った方向となる水平方向の距離が、１０ｃｍ〜５０ｃｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。
【請求項６】
請求項１から６のいずれか記載の装置によりシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法であって、
成膜ガスを流すガス流路内におけるガス流路と直行するウェーハ面内方向でのガス流における境界層厚さを、前記ガス供給孔のウェーハ法線方向となる高さ位置設定か、前記ガス供給孔からのガス噴出方向の高さ方向の向き設定によって制御し、エピタキシャル膜のウェーハ面内厚さ分布を制御可能とすることを特徴とするシリコン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、気相成長法を用いたエピタキシャル成長装置に係り、特にエピタキシャル膜における表面平坦化など、面内特性の均一化に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野において、シリコン基板上にエピタキシャル膜を成長させたエピタキシャルウェーハが従来から知られている。エピタキシャルウェーハは基板上に任意の厚さ・抵抗をもったエピタキシャル膜を形成でき、デバイス製作の障害となるｇｒｏｗ−ｉｎ欠陥問題の解消もできる為、その使用範囲は広がっている。
【０００３】
また、半導体デバイスは年々、微細化の要求が高くなっており、それに伴い使用されるエピタキシャルウェーハの品質向上も求められている。特に、エピタキシャル膜厚の均一性またはエピタキシャル膜表面の平面性あるいは平坦性は重要要求事項であり、リソフォトグラフィー工程等に大きな影響を与えるものである。さらに、１枚のウェーハから多数のデバイスを製作する場合、ウェーハ上、広範囲に渡ってその品質を維持させることが重要であり、近年ではウェーハ外周部近傍（ウェーハ側面より約３〜５ｍｍ）まで含めた管理が必要となってきている。また、複数のウェーハを同一バッチ処理によりエピタキシャル成膜する場合には、これら複数のウェーハ間におけるエピタキシャル膜特性の均一性あるいはエピ前のウェーハ表面における非均一性を補って均一化を図ることが重量である。
【０００４】
シリコンウェーハのエピ成長には気相成長法がよく使用されており、原料ガスとしてシラン系ガス（ＳｉＨ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４）、キャリアガスとしてＨ２を使用することが多い。
【０００５】
このようなエピタキシャル膜の平坦度などとされる膜特性における均一性の向上を図る技術として、例えば特許文献１及び２に記載のものが知られている。
【０００６】
特許文献１の技術では、ウェーハ中心部と周辺部でガスの供給を変えるように、ガス供給を２系統設けている。即ち、メインガスの流入口を２系統とし、それぞれがウェーハ中心部、ウェーハ外周部に流れるように設定し、このガス流速を独立に調整することにより、炉内ガス流れをコントロールし、ウェーハ面内のエピタキシャル膜厚分布を均一にする手法が主に取られている。
また、特許文献２の技術では、複数のノズルによって原料ガス等を供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−２３２０６０号公報
【特許文献２】特開２００２−０４３２３０号公報
【特許文献３】特開２００７−０１２６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常、エピタキシャル成長は、ウェーハを高温に熱し、供給律速条件下で実施されるため、エピタキシャル膜厚はウェーハ上を流れるガス流速の影響を受けやすいことが知られている。
【０００９】
この点、従来においては、２系統とされたメインガスの流入口にガス流路を横断する方向に沿って複数の小径孔を配列し、これら小径孔を通過させて整流したメインガスを層流としてチャンバ内へと導入する方法が一般的に用いられている。また、さらに膜厚分布の均一性を向上させるには、ウェーハ面上におけるガス流の流速分布の調整を行う必要がある。この流速の分布調整を図る方法としては、複数ある小径孔の開閉度を個別に調整する方法が挙げられる。（特許文献３）
【００１０】
しかしながら、このように小径孔を開閉度を調整する構成とした場合、隣り合う小径孔同士の開閉度合が極端に異なるとガス流と直交する方向（ウェーハ径方向）におけるガス流速の勾配が大きくなり、チャンバ内にてガス流の逆流が生じることがある。このような逆流が生じると、チャンバ内で層流状態であったガス流が乱流へと遷移し、ガス流の分布が乱れて成膜状態の制御が乱れ、例えば膜厚分布の不均一といったエピタキシャル成長における不具合が生じてしまう。さらに、この他にもガス流の乱れが原因となって成膜ガスが炉壁あるいはウェーハ表面以外の成膜する必要がない場所に到達して炉内付着物が増加してしまうという問題が発生する場合があった。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、ガス流の逆流を抑制するとともに、ウェーハ表面に形成されるエピタキシャル膜の膜厚分布制御特性を向上させることが可能なエピタキシャル成長装置及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係るエピタキシャル成長装置は、内部にガス流路が設けられてなるとともにウェーハを保持するサセプタが前記ガス流路内に設けられてなるチャンバと、該チャンバの前記ガス流路上流側に配され、該ガス流路を横断する方向に複数が並設されたガス供給孔とを備えたエピタキシャル成長装置において、複数の前記ガス供給孔のウェーハ法線方向となる高さ方向の位置が、各前記ガス供給孔ごとに個別に設定されていることを特徴としている。
【００１３】
本願発明者は、鋭意工夫することによって以下の点を見出した。
エピタキシャル膜の成長度すなわち膜厚を決定する「ガス流の気相からウェーハ面上への拡散フラックス」は、ガス流のウェーハ面上の境界層厚さと反比例の関係にある。よって、境界層厚さをコントロールすることができれば、エピタキシャル膜の膜厚分布の調整を図ることができる。ここで、上記境界層厚さはウェーハ面上のガス流速と逆相関の関係にあり、ガス流速が大きければ境界層厚さは小さくなり、逆にガス流速が小さければ境界層厚さは大きくなる。したがって、ウェーハ面上のガス流速を任意に調整することができれば、境界層厚さをコントロールすることができ、これによってエピタキシャル膜の膜厚分布の調整を図ることができる。
【００１４】
この点に鑑みて、本発明のエピタキシャル成長装置においては、複数のガス供給孔の高さ方向の位置を個別に設定することとした。このため、各ガス供給孔から供給されるガス流のウェーハ面上における流速をそれぞれ個別に設定し、ガス流速分布を調整することができる。
即ち、高さ位置が低いガス供給孔であるならば、それだけウェーハ面上に近いため、該ガス供給孔によるガス流の該ウェーハ面上における流速は大きなものとなる。このようにガス流速を大きくすることにより、境界層厚さを小さく設定し、ガス流における気相からウェーハ面上への拡散フラックスを高め、エピタキシャル膜の成長度すなわち膜厚を大きく設定することができる。
逆に高さ位置が高いガス供給孔ならば、ウェーハ面上から遠ざかっているため、該ガス供給孔によるガス流の該ウェーハ面上における流速は小さなものとなる。このようにガス流速を小さくすることにより、境界層厚さを大きく設定し、ガス流における気相からウェーハ面上への拡散フラックスを低め、エピタキシャル膜の成長度すなわち膜厚を小さく設定することができる。
つまり、エピタキシャル成膜する膜厚設定を小さくしたい場合には、ガス供給口高さ位置をウェーハ面から離間する方向に設定し、エピタキシャル成膜する膜厚設定を大きくしたい場合には、ガス供給口高さ位置をウェーハ面に近接する方向に設定することができる。
【００１５】
このようにして、本発明のエピタキシャル成長装置においては、チャンバ内においてウェーハ面内方向に沿った流路断面方向（流速方向と直行するウェーハ径方向）において、ウェーハ面上におけるガス流速分布を、各ガス供給孔の高さ位置に応じて設定することができるため、ウェーハに成膜されるエピタキシャル膜の膜厚分布を調整することが可能となる。
また、ガス供給孔を開閉させる構成と異なり、隣り合うガス供給孔から供給されるガス流の流量および流速が大きく異なることはないため、チャンバ内におけるガス流の逆流の発生を抑制することができる。したがって、ガス流が乱流に遷移することはなく、チャンバ内で少なくともウェーハ表面付近において層流状態を維持して、安定的にガス流を流通させることができる。
【００１６】
また、本発明のエピタキシャル成長装置においては、前記ガス供給孔のウェーハ法線方向となる高さ方向の位置が、高さ均一な前記ガス供給孔としてウェーハに成膜されたエピタキシャル膜の膜厚分布を補償してガス流を制御するように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して設定されていることを特徴としている。
【００１７】
このような特徴のエピタキシャル成長装置によれば、上記のように膜厚分布を補償するように各ガス供給口の高さを設定することによって、エピタキシャル成長装置におけるガス流路と直交する方向での配置で発生する各ガス供給口からのガス流によるエピタキシャル膜厚のバラツキあるいは、被処理物である成膜されるウェーハ表面に成膜前に存在する面内凹凸分布などに対応して、成膜しなければならないエピタキシャル膜厚を補償するためのガス流速分布をウェーハ面上に形成することができる。これにより、ウェーハのエピタキシャル膜表面平坦性等の膜特性における面内均一性を向上させることが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明のエピタキシャル成長装置は、前記ガス供給孔のウェーハ法線方向となる高さ方向の位置が可変とされていることを特徴としている。
【００１９】
このような特徴のエピタキシャル成長装置によれば、ウェーハのサイズや配置に応じて任意に各ガス供給孔の高さを変更することができる。したがって、個々のウェーハに対応してエピタキシャル成膜後のウェーハ厚さの均一化を図ることができる。
また、エピタキシャル成長装置における膜厚分布発生の低減手段として、例えば、ガス供給孔の高さ位置を均一としてウェーハ面上にエピタキシャル膜を成長させ、このエピタキシャル膜の膜厚を測定することで、補償すべきエピタキシャル膜の膜厚を了知・認識することができる。そして、ガス流炉内においてこのようなエピタキシャル膜の膜厚を補償可能なガス流を形成可能となるように、個々のガス供給孔の高さ位置を変えることで、ウェーハのエピタキシャル膜特性を均一性なものとすることができる。
【００２０】
また、本発明のエピタキシャル成長装置は、前記ガス供給孔のガス流の供給方向がウェーハ法線方向に沿って可変とされていることを特徴としている。
【００２１】
これにより、ウェーハ面上に供給されるガス流の速度の微調整を図ることができ、ウェーハのエピタキシャル膜厚均一性をより向上させることができる。ガス供給孔の配置はガス流と直行する方向でウェーハ面内方向には固定され、かつ、ガス流の供給方向、つまり、ガスの噴出方向は上下方向に可変とすることができる。
これにより、ウェーハ面内と並行なガス流路方向にガスを噴出しつつ、ガス噴出口の高さ位置を変化させた場合と同様に、噴出方向が下向きのガス供給孔であるならば、それだけウェーハ面上に近いため、該ガス供給孔によるガス流の該ウェーハ面上における流速は大きなものとなる。このようにガス流速を大きくすることにより、境界層厚さを小さく設定し、ガス流における気相からウェーハ面上への拡散フラックスを高め、エピタキシャル膜の成長度すなわち膜厚を大きく設定することができる。
逆に噴出方向が上向きのガス供給孔ならば、ウェーハ面上から遠ざかっているため、該ガス供給孔によるガス流の該ウェーハ面上における流速は小さなものとなる。このようにガス流速を小さくすることにより、境界層厚さを大きく設定し、ガス流における気相からウェーハ面上への拡散フラックスを低め、エピタキシャル膜の成長度すなわち膜厚を小さく設定することができる。
つまり、エピタキシャル成膜する膜厚設定を小さくしたい場合には、ガス供給口の噴出方向をウェーハ面から離間する方向に設定し、エピタキシャル成膜する膜厚設定を大きくしたい場合には、ガス供給口の噴出方向をウェーハ面に近接する方向に設定することができる。
【００２２】
さらに、本発明のエピタキシャル成長装置においては、前記ガス供給孔と前記ウェーハとの該ウェーハ面に沿った方向となる水平方向の距離が、１０〜５０ｃｍの範囲に設定されていることを特徴としている。
【００２３】
ガス供給孔から供給されるガス流は、チャンバ内において直ちに層流状態となるのではなく、チャンバ内に供給・噴出された後、ウェーハ面上に到達するまでの間の移動過程において層流状態に遷移する。したがって、ガス供給孔とウェーハとの間に、ある程度の距離が確保されていることが必要となる。一方、このガス供給孔とウェーハとの距離が大き過ぎる場合には、ウェーハ面上におけるガス流の流速が極端に減衰してしまい、該ウェーハ面上に所望の流速のガス流を流通させることが困難となる。
この点、本発明のエピタキシャル成長装置によれば、ガス供給孔とウェーハとの水平方向の距離が上記の範囲下限値以上とされているため、ウェーハ面上に到達するまでにガス流を確実に層流状態に遷移させることができる。また、ガス供給孔とウェーハとの水平方向の距離が上記の範囲上限値以下とされているため、ウェーハ面上に所望の流速のガス流を流通させることができる。したがって、ウェーハ面上に、適切なガス流速分布を形成することができ、効果的にエピタキシャル膜厚の均一化を図ることができる。
【００２４】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、上記のいずれか記載の装置によりシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法であって、
成膜ガスを流すガス流路内におけるガス流路と直行するウェーハ面内方向でのガス流における境界層厚さを、前記ガス供給孔のウェーハ法線方向となる高さ位置設定か、前記ガス供給孔からのガス噴出方向の高さ方向の向き設定によって制御し、エピタキシャル膜のウェーハ面内厚さ分布を制御可能とすることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のエピタキシャル成長装置及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、複数のガス供給孔の高さ方向の位置（高さ方向における噴出方向の傾きを含む）がそれぞれ個別に設定されていることにより、各ガス供給孔から供給されるガス流のウェーハ面上での流速を個々に設定することができる。これによって、ウェーハ面上のガス流速分布を制御することができるとともに、チャンバ内におけるガス流の逆流を抑制してガス流の層流状態を維持することができる。したがって、ウェーハに成膜されるエピタキシャル膜の膜厚分布の均一化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係るエピタキシャル成長装置を示す模式側断面図である。
【図２】図１においてガス供給孔付近を示すｙ方向矢視図である。
【図３】図１におけるガス整流部材の拡大側断面図である。
【図４】図１においてｘ方向矢視した実施形態に係るエピタキシャル成長装置を示す模式平断面図である。
【図５】ガス供給口の高さ位置が均一とされた場合の図２におけるガス供給口をｙ方向からみた正面図である。
【図６】実施形態に係るエピタキシャル成長装置の図２におけるガス供給口をｙ方向からみた正面図である。
【図７】ガス供給孔のガスの供給方向が傾斜している場合のガス整流部材の拡大図である。
【図８】ガス供給孔が上下方向に可変とされているガス整流部材の拡大図である。
【図９】ガス供給孔のガスの供給方向が可変とされているガス整流部材の拡大図である。
【図１０】ウェーハ中心からの距離に対するエピタキシャル膜厚との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るエピタキシャル成長装置の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、エピタキシャル成長装置１は、内部にガス流路２が形成されるチャンバ１０と、上流側フランジ１１と、下流側フランジ１２と、サセプタ１３と、上流側底面シールド１４と、下流側底面シールド１５と、コイル１６と、ガス整流部材２０と、搬送室１７とを備えている。
【００２８】
チャンバ１０は、透明な石英より形成された略四角筒状をなし、その両端開口を水平方向に向けて配置されている。このチャンバ１０の内表面は、その上部が、水平面に沿って延びる天面１０ａとされるとともに、その下部が、同じく水平面に沿って延びる底面１０ｂとされている。そして、これら互いに平行をなす天面１０ａと底面１０ｂとの間に、一端側（図１における左側）を上流側とするとともに他端側（図１における右側）を下流側としたガス流路２が形成されている。
【００２９】
上流側フランジ１１は、ガス流路２の上流側であるチャンバ１０の一端側に、該チャンバ１０の外周から張り出すように固定された板状の部材であって、ステンレス鋼から構成されている。この上流側フランジ１１の中央には上記ガス流路２の方向に沿って貫通する矩形孔１１ａが形成されている。この矩形孔１１ａは、チャンバ１０の内表面のガス流路２に直交する断面形状よりも小さい矩形状をなしており、これにより、チャンバ１０の天面１０ａと矩形孔１１ａと間、及びチャンバ１０の底面１０ｂと矩形孔１１ａとの間には、それぞれ段部が形成されている。
【００３０】
下流側フランジ１２は、ガス流路２の下流側であるチャンバ１０の他端側に、該チャンバ１０の外周から張り出すように固定された板状の部材であって、ステンレス鋼から構成されている。この下流側フランジ１２のチャンバ１０側の面の略中央部には、チャンバ１０内を臨むようにして窪む凹部１２ａが形成されている。
【００３１】
この凹部１２ａには、その開口を塞ぐようにして、下流側フランジ１２のチャンバ１０側の面と面一に延びる排気シールド３０が設けられており、該排気シールド３０の略中央、即ち、上記凹部１２ａの開口中心にあたる箇所には小径の連通孔３０ａが形成されている。
【００３２】
また、上記排気シールド３０によって開口側が閉塞された凹部１２ａ内には、その内壁面全域をカバーするようにしてアウトレットシールド３１が設けられている。さらに、凹部１２ａの底部には、チャンバ１０内外部に向かって延びる排出路１２ｂの一端が接続されており、アウトレットシールド３１の略中央に形成された小径の連通孔３１ａを介して、該アウトレットシールド３１内と排出路１２ｂとが連通状態とされている。
【００３３】
サセプタ１３は、上面にウェーハＷが載置される凹部を有する略円盤形状をなし、ガス流路２の上流側と下流側を隔てるように水平面に沿って配置されている。このサセプタ１３は、例えばカーボンから構成されており、ウェーハＷが載置される上面にＳｉＣ膜が形成されているものであってもよい。
また、サセプタ１３の下面中央は、鉛直方向に沿って延びるサセプタ支持部１３ａによって支持されている。このサセプタ支持部１３ａは、チャンバ１０外部に設けられた図示しない回転駆動機構に接続されている。これによって、サセプタ支持部１３ａの回転に伴ってサセプタ１３が回転することになる。
【００３４】
さらに、サセプタ１３とチャンバ１０の底面１０ｂとの間には、サセプタ受部１３ｂが介在されている。このサセプタ受部１３ｂは、縁部を有する略皿形形状をなし、その上面がサセプタ１３の下面と間隙を介して対向させられるとともに、円環状をなす上記縁部がサセプタ１３の外周面と間隙を介して対向させられている。また、該サセプタ受部１３ｂの中央には、サセプタ支持部１３ａを挿通させる貫通孔が形成されている。
このようにしてサセプタ受部１３ｂは、その内部にサセプタ１３を間隙を介して収容している。
【００３５】
上流側底面シールド１４は、上記サセプタ１３よりもガス流路２の上流側において、チャンバ１０内の底面１０ｂ上に該底面１０ｂをカバーするように配置されている。この上流側底面シールド１４の上面の高さは、サセプタ１３上に載置されるウェーハＷの上面の高さと略同一程度に設定されて面一となっており、これにより、上流側底面シールド１４上を流れるガス流がウェーハＷ上に円滑に導かれるようになっている。
また、下面側底面シールド１５は、上記サセプタ１３よりもガス流路２の下流側において、チャンバ１０内の底面１０ｂ上に該底面１０ｂをカバーするように配置されている。
このような上流側底面シールド１４及び下流側底面シールド１５は、これらが配置されるチャンバ１０の底面１０ｂを付着物から保護する役割を有している。
【００３６】
サセプタ１３内部にはコイル１６が同心円状に配置されており、誘導加熱によりサセプタ１３を加熱している。また、チャンバー内天面１０ａ、底面１０ｂ、側面１０ｃは表面に金メッキコーティング処理が施されており、輻射熱が外部に逃げにくい構造をなしている。    
【００３７】
ガス整流部材２０は、上流側フランジ１１のチャンバ１０側の面とは反対側の面に固定される略板状の部材であって、その中央部には、略矩形状をなすウェーハ搬送孔２１が形成されている。このウェーハ搬送孔２１は、上流側フランジ１１の矩形孔１１ａよりも小さい略矩形状をなしており、これにより、矩形孔１１ａとウェーハ搬送孔２１との間には段部が形成されている。なお、エピタキシャル膜を成長させる際、ウェーハ搬送孔２１は閉塞部材２１ａによって閉塞されており、これによりチャンバ１０内が密閉状態とされる。
【００３８】
そして、矩形孔１１ａとウェーハ搬送孔２１との間の段部にあたるガス整流部材２０のチャンバ１０側を向く面には、詳しくは図２に示すように、複数のガス供給孔２２が開口している。
これらガス供給孔２２は、ガス流路２を横断する方向、即ち、ガス流路２に直交する水平方向に沿って並設されるように開口しており、各ガス供給孔２２は、詳しくは図３に示すように、ガス整流部材２０の上側の面とチャンバ１０側を向く面とを略Ｌ字状に貫通するように穿設されている。このガス供給孔２２には、ガス整流部材２０の上側からガスが導入され、チャンバ１０側を向く面の開口からチャンバ１０内に向かって、水平方向に噴出されるようにガスが供給されるようになっている。各ガス供給孔２２は、これらガス供給孔２２からチャンバ１０内に供給されるガス流がガス流路２と並行なウェーハ面内方向ではいずれも並行になるように形状設定がなされている。
【００３９】
なお、このガス整流部材２０のチャンバ１０を向く面における各ガス供給孔２２の開口とウェーハＷとの水平方向の距離Ｌは、本実施形態においては、１０ｃｍ以上５０ｃｍ以内の範囲に設定されている。
【００４０】
また、上記ガス供給孔２２の上流側は、図４に示すように、イン側導入配管２３及び一対のアウト側導入配管２４に接続されている。
イン側導入配管２３は、ガス流路２を横断する方向に並設されたガス供給孔２２（図４において省略）のうち、内側に配された複数のガス供給孔２２にそれぞれ分岐して接続されており、一対のアウト側導入配管２４は、上記イン側導入配管２３に接続されたガス供給孔２２の両外側に位置する複数のガス供給孔２２にそれぞれ分岐して接続されている。
これらイン側導入配管２３及びアウト側導入配管２４の分岐箇所よりも上流には、それぞれイン側流量調節器２５及びアウト側流量調節器２６が設けられている。
このようなイン側導入配管２３及びアウト側導入配管２４は、図示しないガス供給手段に接続されたガス導入管２７から分岐している。
【００４１】
搬送室１７は、ガス整流部材２０のチャンバ１０とは反対側の面に設けられた密閉空間であって、ガス整流部材２０のウェーハ搬送孔２１が開放された際にのみ、チャンバ１０内と連通状態とされる。
この搬送室１７は、図示しないシャッタによって内外が開閉可能とされており、該シャッタの外部に複数のウェーハＷが積層収納されたカセットが横付けされた際にのみ、該カセット内と搬送内とを連通状態にすべくシャッタが開放状態となる。そして、搬送室１７内に設置された図示しないアームによって、ウェーハＷがカセット内から取り出されて、連通状態となったチャンバ１０内へと搬送され、サセプタ１３上に載置される。
【００４２】
ここで、本実施形態の上記ガス整流部材２０においては、ガス流路２を横断する方向に並設された複数のガス供給孔２２の開口の高さ方向の位置Ｈ、即ち、これらガス供給孔２２の開口のウェーハＷの上面の法線方向の位置Ｈがそれぞれ個別に設定されている。
【００４３】
具体的には、各ガス供給孔２２の開口のウェーハＷ法線方向（上下方向）となる高さ方向の位置Ｈが、図５に示すように、高さ位置の均一なガス供給口２２’としてウェーハＷに成膜されたエピタキシャル膜の膜厚分布を補償して、成膜するエピタキシャル膜における平坦度等の膜特性がウェーハＷ面内で均一化するようにガス流量を制御可能として、該エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して設定されている。
【００４４】
即ち、まず図５に示すような開口の高さ方向の位置が全て等しいガス供給孔２２’を基本例とし、該基本例のガス供給孔２２’によりチャンバ１０内にガスを供給して、ウェーハＷの上面にエピタキシャル膜を成長させる。なお、この基本例におけるガス供給孔２２’の高さ位置は、ウェーハＷの上面（または上流側底面シールド１４の上面）を基準としてＨ０とされている。
そして、図１０に示すように、エピタキシャル膜厚分布を縦軸とするとともにガス供給孔２２’の開口の配列方向（ガス流路２を横断する方向）、即ち、ウェーハＷ径方向を横軸として、基本形のエピタキシャル膜の膜厚分布のグラフを描画する。
なお、図１０において、縦軸はエピタキシャル膜厚（μｍ）、横軸はウェーハ中心からの距離（ｍｍ）である。
【００４５】
そして、この基本例のエピタキシャル膜の膜厚分布のグラフ曲線を上下反転した曲線Ｃに合わせて実施形態の各ガス供給孔２２の高さ位置Ｈを決定する。この際、図６に示すように、各ガス供給孔２２の平均の高さ位置Ｈａｖを、基本例のガス供給孔２２の高さ位置Ｈ０に一致するように各ガス供給孔２２の高さ位置Ｈを決定することが好ましい。
これにより、各ガス供給孔２２の高さ位置が、エピタキシャル膜の膜厚分布を補償するために必要な流速のガス流を供給可能な高さ位置Ｈに設定される。
【００４６】
以上のような構成のエピタキシャル成長装置１においてウェーハＷ面上にエピタキシャル膜を成長させる際には、上記のようにウェーハＷが搬送室１７からサセプタ１３上に載置された後、閉塞部材２１ａによってウェーハ搬送孔２１を閉塞する。そして、サセプタ支持部１３ａが軸線回りに回転することにより、サセプタ１３及びその上面のウェーハＷがサセプタ受部１３ｂ内で所定の回転数で回転される。
【００４７】
次いで、ガス導入管２７より原料ガス（成膜ガス）となるシラン系ガス（ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ２Ｈ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４）とキャリアガスＨ２が導入され、イン側導入配管２３、アウト側導入配管２４に分岐後、イン側流量調節器２５、アウト側流量調節器２６にてガス流量が調整される。その後、ガスは、ガス整流部材２０のガス供給孔２２を通過してチャンバ１０内に導入され、上流側底面シールド１４の上面を経た後ウェーハＷ面上を流通する。この際、各ガス供給孔２２の水平個方向一に対応してガス流路２と並行にウェーハ面内方向位置におけるガス流を形成するとともに、各ガス供給孔２２の高さ位置に対応して、各ガス供給孔２２から供給されるガス流による境界層がそれぞれウェーハＷ面上に形成される。この境界層の厚さは、ウェーハＷ面上のガス流速に対応している。
【００４８】
この状態で、誘導加熱によりサセプタ１３及びその上面に載置されたウェーハＷを加熱し、ウェーハＷ面上のガス流路２をガスが通過する際、ウェーハＷ上でエピタキシャル成長が起こり、エピタキシャル膜が形成される。
そして、チャンバ１０の下流側に流れたガス流は、排気シールド３０に到達するとともに該排気シールド３０の連通孔３０ａ内のアウトレットシールド３１内に導入され、該アウトレットシールド３１の連通孔３１ａから排出路１２ｂへと導入されて、エピタキシャル成長装置１外部へと移動する。このように、排気シールド３０の連通孔３０ａ、アウトレットシールド３１の連通孔３１ａとガス流が二段階で絞り込まれることにより、ガス流の整流が行なわれるとともにガス流から余分な原料ガスが除去される。
【００４９】
ここで、エピタキシャル膜の成長度を決定するガス流の気相からウェーハＷ面上への拡散フラックスは、ガス流のウェーハＷ面上の境界層厚さと反比例の関係にあるので、ウェーハＷ免状におけるガス流の境界層厚さを制御することで、ウェーハ面内方向位置におけるエピタキシャル膜の膜厚分布の調整を図ることができる。
ここで、上記境界層厚さはウェーハＷ面上のガス流速と逆相関の関係にあり、ガス流速が大きければ境界層厚さは小さくなり、逆にガス流速が小さければ境界層厚さは大きくなる。
したがって、ウェーハＷ面上のガス流速を任意に調整することにより、境界層厚さをコントロールすることができ、これによってエピタキシャル膜の膜厚分布の調整を図ることができる。
【００５０】
本実施形態のエピタキシャル成長装置１においては、複数のガス供給孔２２の高さ方向の位置Ｈが個別に設定されているため、各ガス供給孔２２から供給されるガス流のウェーハＷ面上における流速をそれぞれ個別に設定することができる。
即ち、 曲線Ｃ上に沿って配列されたガス供給孔２２のうち高さ位置Ｈが低いガス供給孔２２であるならば、それだけウェーハＷ面上に近いため、該ガス供給孔２２によるガス流の該ウェーハＷ面上における流速は大きなものとなる。逆に高さ位置Ｈが高いガス供給孔２２ならば、ウェーハＷ面上から遠ざかっているため、該ガス供給孔２２によるガス流の該ウェーハＷ面上における流速は小さなものとなる。
【００５１】
このようにして、本実施形態のエピタキシャル成長装置１においては、ウェーハＷ面上におけるガス流速分布を、各ガス供給孔２２の高さ位置Ｈに応じて設定することができるため、ウェーハＷに成膜されるエピタキシャル膜の膜厚分布を調整することが可能となる。
また、ガス供給孔を開閉させる構成と異なり、隣り合うガス供給孔２２から供給されるガス流の流速が大きく異なることはないため、チャンバ１０内におけるガス流の逆流を抑制することができる。したがって、ガス流が乱流に遷移することはなく、層流状態を維持して安定的な膜厚成長を促すことが可能となる。
【００５２】
さらに、本実施形態においては、高さ均一なガス供給孔２２としてウェーハＷに成膜されたエピタキシャル膜の膜厚分布を補償してガス流を制御するように、各ガス供給孔２２のウェーハＷ法線方向となる高さ方向の位置Ｈが、基本例の膜厚分布のグラフ曲線を反転した曲線Ｃに沿って設定されているため、ウェーハＷのエピタキシャル膜厚の均一性をより一層向上させることが可能となる。
【００５３】
ここで、ガス供給孔２２から供給されるガス流は、チャンバ１０内において直ちに層流状態となるのではなく、チャンバ１０内に供給された後、ウェーハＷ面上に到達するまでの間の移動過程において層流状態と遷移する。したがって、ガス供給孔２２とウェーハＷとの間に、ある程度の距離が確保されていることが必要となる。一方、このガス供給孔２２とウェーハＷとの距離が大き過ぎる場合には、ガス流の流速の減衰するため、適切な流速のガス流をウェーハＷ上に流通されることができない。
【００５４】
この点、本実施形態においては、ガス供給孔２２とウェーハＷとの水平方向の距離Ｌが１０ｃｍ以上とされているため、ウェーハＷ面上に到達するまでにガス流を十分に層流状態とすることができる。また、ガス供給孔２２とウェーハＷとの水平方向の距離Ｌが５０ｃｍ以下とされているため、ウェーハＷ面上に適確な流速のガス流を流通させることができる。これによって、ガス流速分布を形成することができ、効果的にエピタキシャル膜厚の均一化を図ることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態であるエピタキシャル成長装置１について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５６】
例えば、実施形態においては、ガス供給孔２２を略Ｌ字状としてチャンバ１０内にガスが水平方向に沿って供給される構成としたが、図７に示すように、ガス供給孔２２が斜め下方に傾斜して供給される構成であってもよい。これによって、ガスをウェーハＷに向かって供給することができるため、ガスが水平方向に供給される場合に比べてウェーハＷ面上のエピタキシャル膜の成長を促進させることができる。
【００５７】
また、ガス供給孔２２の高さ位置が可変であってもよい。この一例として、図８に示すガス整流部材４０を実施形態のガス整流部材２０に代えて用いてもよい。
【００５８】
図８のガス整流部材４０には、ガスの通過順に、上下に延びるガス供給路４１、可動板挿入孔４２、チャンバ１０に臨む貫通孔４３が連通状態で形成されている。上記可動板挿入孔４２内には、ガス供給路４１と貫通孔４３とを閉塞する可動板４４が、図示しないアクチュエータ等によって上下移動可能に設けられている。そして、この可動板４４の略中央部には、ガス供給路４１と貫通孔４３とを水平方向に連通するガス供給孔４４ａが形成されている。そして、このようなガス供給孔４４ａが実施形態のガス供給孔２２と同様複数設けられている。
【００５９】
このガス整流部材４０を採用した場合には、可動板４４の上下移動によって、チャンバ１０内にガスを供給するガス供給孔４４ａの高さ位置を任意に変更することができる。したがって、ウェーハＷのサイズや配置に応じて任意に各ガス供給孔４４ａの高さを変更することができるため、個々のウェーハＷに対応してエピタキシャル膜厚の均一化を図ることができる。この場合は、ガスの噴出方向はウェーハＷ面内方向と並行でかつ互いに並行な方向とされている。
【００６０】
また、このようなガス整流部材４０の各ガス供給孔４４ａの高さ位置を均一にすることで、上述の基本例によるエピタキシャル膜を成形してもよい。この場合であっても、該エピタキシャル膜の膜厚を測定、グラフ化し、このグラフ曲線を反転させた曲線Ｃ上に沿うように、ガス供給孔４４ａの高さ位置を変更する。これにより、膜厚分布を補償して、均一な膜厚分布を有するエピタキシャル膜を形成することができる。
【００６１】
さらに、ガス供給孔２２のガスの供給方向が可変であってもよい。この一例として、図９に示すガス整流部材４０を実施形態のガス整流部材２０に代えて用いてもよい。
【００６２】
図９のガス整流部材５０には、下方に延びるガス供給路５１の下端に、チャンバ１０に臨む可動球挿入部５２が形成されている。この可動球挿入部５２内には、図示しないアクチュエータ等によって上下方向に回動する可動球５３が挿入されている。該可動球５３には、その外周面の二箇所を略Ｌ字型に貫通するガス供給孔５３ａが形成されており、該ガス供給孔５３ａの一方の開口はチャンバ１０を臨み、他方の開口はガス供給路５１の下端に連通状態で接続されている。なお、ガス供給孔５３ａの他方の開口は幅広に形成されており、可動球５３が回動した場合であっても、ガス供給孔５３ａとガス供給路５１との連通状態が維持されるようになっている。
【００６３】
このようなガス整流部材５０を採用した場合には、可動球５３の回動によって、チャンバ１０内にガスを供給するガス供給孔５３ａの一方の開口の向きを変化させることができる。したがって、ウェーハＷ面上に供給されるガス流の速度の微調整を図ることができ、ウェーハＷのエピタキシャル膜厚均一性をより向上させることができる。この場合、可動球挿入部５２は、ガス流と直行する方向とされる回転軸線に対してのみ回動させて、高さ方向のみの噴出方向を変更可能とすることもできる。
【００６４】
なお、以上のエピタキシャル成長装置１においては、サセプタ１３上に単一のウェーハＷが載置された場合について説明したが、これに限定されることはなく、サセプタ１３上に複数のウェーハＷが載置されたものであってもよい。この場合であっても、実施形態で説明したように、ガス供給孔２２の高さを個別に設定することで、エピタキシャル膜の成膜状態等の膜特性の面内均一化を図ることができる。
【実施例】
【００６５】
実施形態のエピタキシャル成長装置１により、実際にエピタキシャル膜を成長させた。
図５に示すように、ガス供給孔２２の高さ位置が全て等しいものを基本例とし、図６に示すようにガス供給孔２２の高さ位置が個別に設定されたものを実施例とした。
実施例は、基本例の結果に基づいてガス供給孔２２の高さ設定を変更したものである。
これらの結果を図１０に示す。
【００６６】
この結果、ガス供給孔２２’の高さ位置Ｈ０が等しい基本例においては、ウェーハＷ面内で大きな凹凸が生じているが、ガス供給孔２２の高さ位置Ｈを個別に設定した実施例においては、膜厚の均一性が向上した。
【符号の説明】
【００６７】
１    エピタキシャル成長装置
２    ガス流路
１０  チャンバ
１０ａ       天面
１０ｂ       底面
１３  サセプタ
２０  ガス整流部材
２１  ウェーハ搬送孔
２１ａ       閉塞部材
２２  ガス供給孔
２２’ ガス供給孔
４０  ガス整流部材
４１  ガス供給路
４２  可動板挿入孔
４３  貫通孔
４４  可動板
４４ａ       ガス供給孔
５０  ガス整流部材
５１  ガス供給路
５２  可動球挿入部
５３  可動球  
５３ａ       ガス供給孔
【図１】
2010263112.tif 000003
【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】
2010263112.tif 000009
【図８】
2010263112.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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