(57)【要約】  気相成長装置１は、反応炉２と、導入通路８と、複数の流路１５ａと、分岐路１４ａと、分割通路１６ｂと、を備える。反応炉２は、原料ガスにより基板Ｗにエピタキシャル層を気相成長させる。導入通路８は、反応炉２内に通じる入口８ａと、入口８ａの上方かつ入口８ａより反応炉２側に位置して反応炉２内に至る出口８ｂと、導入通路８内に位置する段部８ｃを有する。複数の流路１５ａは、３２本以上であり、入口８ａから入口８ａの外側に延びる。分岐路１４ａは、複数の流路１５ａを入口８ａ側から原料ガスの上流側に向けてトーナメント状に合流させる。分割通路１６ｂは、導入通路８が複数の流路１５ａに対応して分割された通路であり、複数の流路１５ａにそれぞれ連なって通じる。これにより、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる気相成長装置を提供する。
2018042876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスにより基板にエピタキシャル層を気相成長させる反応炉と、
前記反応炉内に通じる入口と、前記入口の上方かつ前記入口より前記反応炉側に位置して前記反応炉内に至る出口と、を有して前記入口と前記出口を接続して前記反応炉内に前記原料ガスを導入する通路と、
前記通路内に位置して前記入口に対向する第１面と前記第１面の上端から前記出口に延びる第２面を有する段部と、
前記入口から前記入口の外側に延びて前記入口に前記原料ガスを導く３２本以上となる複数の流路と、
前記複数の流路が前記入口側から前記原料ガスの上流側に向けてトーナメント状に合流して前記原料ガスの上流側に繋がる合流路と、
前記原料ガスが流れる方向に沿って前記通路が前記複数の流路に対応させて分割され、前記複数の流路にそれぞれ連なって通じる複数の分割通路と、
を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記分割通路は、前記入口から前記段部を経由して前記出口に向かって延びる請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記複数の流路は、合計で６４本以上である請求項１又は２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記複数の流路は、水平面に沿ってそれぞれ並列に配置される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記複数の流路は、前記水平面に沿って隣接して位置する請求項４に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記反応炉から一対の前記流路の間に向けて延びる支柱部を備える請求項４に記載の気相成長装置。
【請求項７】
原料ガスにより基板にエピタキシャル層を成長させる反応炉内に向けて前記原料ガスの流れをトーナメント状に３２以上に分流する工程と、
前記分流する工程で３２以上に分流された前記原料ガスの分流された数を維持して前記反応炉内に前記原料ガスを導く工程と、
前記導く工程により導いた前記原料ガスにより前記エピタキシャル層を前記基板に成長する工程と、
を備えることを特徴するエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記分流する工程は、前記原料ガスの流れを６４以上に分流する請求項７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、気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化に伴い、半導体集積回路の元になる半導体基板に形成されるパターンが微細化され、半導体基板に求められる品質が一層厳しくなっている。半導体基板に求められる品質の中では、特に平坦度に対する要求が極めて高度になっている。そして、半導体基板の中でも多様な用途に用いられるエピタキシャルウェーハにおいては、基板の平坦度とエピタキシャル層の平坦度を両立させることが課題である。そして、このエピタキシャル層の平坦度は、エピタキシャル層の膜厚分布により大きく左右される。よって、要求されるエピタキシャル層の平坦度を満たすため、エピタキシャル層の膜厚分布の均一性をより良好にすることが必要である。【０００３】
現在、直径３００ｍｍのエピタキシャルウェーハを製造する場合には、枚葉式の気相成長装置が使用されている。このような気相成長装置では、基板にエピタキシャル層を成長させる原料ガスを供給する機構と、供給される原料ガスにより基板にエピタキシャル層を成長する反応炉と、反応炉内のガスを排出する機構と、により凡そ構成されている。原料ガスを供給する機構としては、原料ガスの上流側から順にインジェクションキャップ（以下、「キャップ」とする。）と、バッフルと、インジェクションインサート（以下、「インサート」とする。）が備わる。キャップは、原料ガスを反応炉内に導入する際に原料ガスが通過する空間を有する。バッフルは、キャップとインサートの間に挟まれて位置する板状部材であり、キャップ内の原料ガスをインサートに導く複数の貫通孔を有する。この貫通孔によりインサートに向かう原料ガスの流れが調整される。インサートは、バッフルの貫通孔を通過した原料ガスを反応炉への入口に導く複数本の流路を有する。これらの各部材を経由して反応炉に原料ガスが導かれる。原料ガスが導かれる反応炉は、反応炉内に通じて上流から流れる原料ガスが流入する入口と、入口の上方かつ入口より反応炉側に位置して反応炉内に至る出口と、入口と出口とを接続する通路と、通路内に位置する段部を有する。インサートから反応炉の入口に導かれた原料ガスは、反応炉内に至る通路内の段部を乗り越えて反応炉内に導かれる。このようにして導かれた原料ガスを、基板上で反応させることで基板上にエピタキシャル層を成長する。反応炉内で原料ガスが反応して生成されたガスと未反応に終わった原料ガスは、ガスを排出する機構により反応炉外に排出される。【０００４】
このような枚葉式の気相成長装置を用いて膜厚分布がより均一化されたエピタキシャル層を成長する場合には、反応炉内の基板の表面上に均一な原料ガスの流れを導くことが最重要である。現状の枚葉式の気相成長装置において、キャップに一旦導入された原料ガスの流れはバッフルで任意の流れにされ、インサートにおける複数本（例えば、１０本）の流路に流入する。しかしながら、バッフルを経由して形成される原料ガスの流れ自体は、キャップ内での圧力バランスに支配されることからバッフルの貫通孔の径に対応した速度を得ることができない。更に、バッフルを経由して細分化された原料ガスの流れは、インサートを通過して基板上に導かれるため、原料ガスの流れがインサートの流路数に依存してしまう。よって、基板の面内方向に流れる原料ガスにインサートの流路数に対応する、例えば、１０本の速度のムラが形成され、基板上に導入される原料ガスの速度分布は成り行きで決まってしまっている。また、反応炉の入口に導入された原料ガスは、反応炉内に通じる通路内の段部を乗り越えて反応炉内に導かれることで、段部の形状の影響を受けた流れとなる。具体的には、通路内に位置する段部は、反応炉側において鉛直方向に延びる軸線を中心として円弧状に湾曲して通路の入口に対向する第１面と、その第１面の上端から通路の出口に延びる第２面を有する。そのため、この通路に導かれた原料ガスの流れは、段部を乗り越えようとする際に第１面によって通路の幅方向の外側に寄せられてしまう。よって、反応炉の外で制御した原料ガスの速度分布が反応炉内に導入される前に変化してしまい、基板上に導入する原料ガスの速度分布を細かく制御することが困難になる。このような気相成長装置における構造的な制約と原料ガスの速度分布を制御する制御の困難性から、先端部品に用いられるエピタキシャルウェーハに要求されるエピタキシャル層の膜厚分布の均一性を満たすことが困難になってきている。【０００５】
そこで、このような膜厚分布の均一性を満たすために、反応炉の天井を構成する部品であるトップドームの形状を最適化することが行われてきた。この最適化により基板上に成長するエピタキシャル層における膜厚分布の全体的な改善が見られた。しかし、インサートにより基板の面内方向に導入される原料ガスの速度には、インサートの流路に対応した複数本のムラが依然として形成される。このように速度のムラが生じた原料ガスにより、例えば、鉛直方向に延びる軸線周りに回転する基板にエピタキシャル層を成長すると、原料ガスの速度ムラに対応して同心円状にエピタキシャル層の膜厚にムラが生じてしまう。そして、このようなムラが生じたエピタキシャルウェーハは、要求される平坦度を満たすことができないため、基板上に供給される原料ガスの速度のばらつきを均一化することが必要となっている。【０００６】
そこで、キャップに形成される流路に改良を施すことで基板上に導入される原料ガスの速度を均一化させることが行われてきた。例えば、キャップの下流側（反応炉側）に位置する複数の出口に通じるキャップ内の流路を特許文献１のようにキャップの上流側に向けてトーナメント状に合流させた流路を採用する。これにより、キャップ内において原料ガスが上流側から下流側に向かうに連れて原料ガスが分配され、キャップの各出口から供給される原料ガス相互間において速度分布のムラは改善される。しかし、反応炉の入口と、その入口を通じて反応炉内に至る出口とを繋ぐ通路内には段部が位置するため、キャップにより調整された原料ガスの速度分布は段部で乱され、反応炉内まで維持できない。原料ガスの速度分布を反応炉内まで維持させるには、段部を無くすような反応炉自体の大幅な改造が必要となってしまう。【０００７】
また、例えば、特許文献２には、インサート内の複数の流路に対応して原料ガスを反応炉内に導く通路（段部を有する通路）を分割させ、原料ガスの流れが通路の段部により乱れるのを抑制する装置が開示されている。そして、特許文献３には、インサート内の流路を６４本以上に分けて原料ガスの流れのムラを抑制する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２７７７３０号公報
【特許文献２】特開２００７−３２４２８６号公報
【特許文献３】特開２０１１−８６８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２及び３においては、上流側から導かれる原料ガスの流路はトーナメント状に形成されていない。そのため、インサート内の各流路を通過する原料ガス相互間において原料ガスの速度を十分に均一化することができない。よって、インサートから反応炉の基板上に導かれる原料ガスの流れには、インサート内の流路数に対応してムラが生じ、基板に成長するエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることができない。【００１０】
本発明の課題は、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１１】
本発明の気相成長装置は、
原料ガスにより基板にエピタキシャル層を気相成長させる反応炉と、
反応炉内に通じる入口と、入口の上方かつ入口より反応炉側に位置して反応炉内に至る出口と、を有して入口と出口を接続して反応炉内に原料ガスを導入する通路と、
通路内に位置して入口に対向する第１面と第１面の上端から出口に延びる第２面を有する段部と、
入口から入口の外側に延びて入口に原料ガスを導く３２本以上となる複数の流路と、
複数の流路が入口側から原料ガスの上流側に向けてトーナメント状に合流して原料ガスの上流側に繋がる合流路と、
原料ガスが流れる方向に沿って通路が複数の流路に対応させて分割され、複数の流路にそれぞれ連なって通じる複数の分割通路と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の気相成長装置によれば、トーナメント状の合流路により上流側から下流側に向けて流路を分岐させて３２本以上の複数の流路にするため、各流路を流れる原料ガスの相互間において速度を効果的に均一化することができる。そして、この均一化された原料ガスの流れは、反応炉内に通じる通路に導かれる。ここで、この通路は、３２本以上の複数の通路のそれぞれに連なって通じる分割通路に分割される。よって、合流路で均一化されて複数の流路を流れる原料ガスの流れを維持するようにして原料ガスを反応炉内に導くことができる。そのため、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる。なお、本明細書において、「トーナメント状」とは、例えば、完全二分枝構造のトーナメント表（均等なシングルイリミネーショントーナメント表）の最上段から最下段の最下点に位置するそれぞれの地点に向けて枝分かれした線の全体形状を意味する。
【００１３】
本発明の実施態様では、分割通路は、入口から段部を経由して出口に向かって延びる。
【００１４】
これによれば、ある分割通路に導入された原料ガスの流れが分割通路内の段部に衝突しても、他の分割通路に導入された原料ガスの流れに影響を与えるのを効果的に抑制することができる。
【００１５】
本発明の実施態様では、複数の流路は、合計で６４本以上である。
【００１６】
これによれば、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性をより良好にすることができる。
【００１７】
本発明の実施態様では、複数の流路は、水平面に沿ってそれぞれ並列に配置される。
【００１８】
具体的には、複数の流路は、水平面に沿って隣接して位置する。
【００１９】
これによれば、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を効果的に良好にすることができる。
【００２０】
また、上記とは別の本発明の実施態様では、反応炉から一対の流路の間に向けて延びる支柱部を備える。
【００２１】
これによれば、支柱部が存在しても基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることができる。
【００２２】
また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、
原料ガスにより基板にエピタキシャル層を成長させる反応炉内に向けて原料ガスの流れをトーナメント状に３２以上に分流する工程と、
分流する工程で３２以上に分流された原料ガスの分流された数を維持して反応炉内に原料ガスを導く工程と、
導く工程により導いた原料ガスによりエピタキシャル層を基板に成長する工程と、
を備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、分流する工程によりトーナメント状に３２以上に分流させた原料ガスの分流した数を維持させ、原料ガスを反応炉内に原料ガスを導く。よって、分流する工程により分流させた原料ガスの相互間において速度を効果的に均一化することができる。そして、この均一化された原料ガスの分流の数を維持したまま反応炉内に原料ガスが導かれることで、基板上に膜厚の均一性のよいエピタキシャル層を成長することが可能となる。したがって、エピタキシャル層の膜厚の均一性が良好となるエピタキシャルウェーハを製造できる。
【００２４】
本発明の実施態様では、分流する工程は、原料ガスの流れを６４以上に分流する。
【００２５】
これによれば、エピタキシャル層の膜厚の均一性がより良好となるエピタキシャルウェーハを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本発明の一例の気相成長装置の一部を示す模式断面図。
【図１Ｂ】図１Ａの気相成長装置の基板に向かうガスが通過する部材を説明する平面的な模式図。
【図２Ａ】図１Ｂのインジェクションインサートを示す模式正面図。
【図２Ｂ】図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ模式断面図。
【図３Ａ】図１Ｂの導入通路に配置される分割部を示す図１Ａに対応する模式断面図。
【図３Ｂ】図３Ａの分割部を示す平面的な模式図。
【図３Ｃ】図３Ｂの分割部の模式右側面図。
【図４】実施例２における気相成長装置の一例を示す図１Ｂに対応する模式断面図。
【図５】比較例１における気相成長装置の一例を示す図１Ｂに対応する模式断面図。
【図６Ａ】実施例１で測定したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【図６Ｂ】実施例２で測定したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【図６Ｃ】比較例１で測定したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【図７Ａ】比較例２で測定したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【図７Ｂ】比較例３で測定したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【図７Ｃ】実施例３で測定したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【図７Ｄ】実施例１で測定したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【図７Ｅ】実施例４で測定したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１Ａは、本発明の一例である枚葉式の気相成長装置１を示す。気相成長装置１により基板Ｗにエピタキシャル層が気相成長され、エピタキシャルウェーハが製造される。
【００２８】
気相成長装置１は、基板Ｗを収容する反応炉２を備える。反応炉２は、容器状に形成される。反応炉２は、円筒又は円環状のベースリング３と、ベースリング３を上側から蓋をして反応炉２の天井を構成するアッパードーム４と、ベースリング３を下側から蓋をして反応炉２の底側を構成するロワードーム５と、を備える。
【００２９】
ベースリング３は反応炉２を構成するベースとなる部材である。ベースリング３は、ベースリング３の内側にガスを導入する導入口３ａと、ベースリング３の内側のガスをベースリング３の外に排出する排出口３ｂと、を備える。導入口３ａと排出口３ｂは、ベースリング３の中心線となる、例えば、鉛直方向に延びる軸線Ｏを軸とする円弧の曲面状の開口、いわば、アーチ状に形成された開口として形成される。なお、導入口３ａ及び後述の導入通路８の、基板Ｗの表面でのガスの流れ方向（図１Ａの紙面の左右方向）と軸線Ｏの方向（図１Ａの紙面の上下方向）の両方に直角な方向（図１Ａの紙面に直角な方向）における幅は、基板Ｗの直径以上、後述のプリヒートリング１２の外径以下となっている。
【００３０】
ベースリング３の内側には、アッパーライナー６とロワーライナー７が位置する。アッパーライナー６及びロワーライナー７は、導入口３ａから導入するガスを反応炉２内に導く導入通路８と、反応炉２内のガスを反応炉２外に排出する排出口３ｂに導く排出通路９と、を形成するための部材である。
【００３１】
アッパーライナー６は、ベースリング３の内周に嵌まり込むことが可能な円環状に形成される。アッパーライナー６は、ベースリング３の内側に嵌まり込んだ状態でアッパードーム４側に位置する。
【００３２】
ロワーライナー７は、ベースリング３の内側に嵌まり込むことが可能な円環状に形成される。ロワーライナー７は、ベースリング３の内側に嵌り込んだ状態でロワードーム５上に載置される。
【００３３】
アッパーライナー６とロワーライナー７により形成される導入通路８は、反応炉２内に通じる入口８ａと、入口８ａの上方かつ入口８ａより反応炉２側に位置して反応炉２内に至る出口８ｂと、入口８ａと出口８ｂを接続する通路内に位置する段部８ｃと、を備える。入口８ａは、ベースリング３の導入口３ａに対応するように軸線Ｏを軸とする円弧の曲面状の開口に形成される。段部８ｃは、入口８ａに対向する第１面８ｃ１と、第１面８ｃ１の上端から出口８ｂに延びる第２面８ｃ２を備える。第１面８ｃ１は、軸線Ｏを軸とする円弧の曲面状であり、第２面８ｃ２は、水平面となる。導入通路８が本発明の「通路」に相当する。なお、アッパーライナー６とロワーライナー７により形成される排出通路９は、導入通路８と同様であるため、説明を省略する。
【００３４】
反応炉２の内部には、基板Ｗを載置するサセプタ１０と、サセプタ１０を支持する支持部１１と、サセプタ１０の囲むプリヒートリング１２と、が備わる。支持部１１は、図示しない駆動手段により軸線Ｏ回りに回転可能となる。
【００３５】
図１Ａの反応炉２の外側の上下には加熱源となるランプ１３が配置され、反応炉２の外側の左右には反応炉２内にガスを供給する機構と、反応炉２内のガスを排出する機構が位置する。なお、図１Ａでは、ガスを供給する機構とガスを排出する機構の一部が図示省略されている。
【００３６】
図１Ｂは、基板Ｗにエピタキシャル層を成長させる各種ガスを供給する機構を説明する模式図である。図１Ｂは、基板Ｗに向かうガスが通過する各部材が平面的な模式図で示される。供給されるガスは、図１Ｂの下側のインジェクションキャップ１４（以下、「キャップ１４」とする。）、インジェクションインサート１５（以下、「インサート１５」とする。）、分割部１６、ロワーライナー７、プリヒートリング１２、サセプタ１０との順に各部材を通過して基板Ｗに到達する。なお、図１Ｂにおいては、基板Ｗ、サセプタ１０、プリヒートリング１２及びロワーライナー７が半円状の形で示されている。
【００３７】
キャップ１４は、図示しないマスフローコントローラーを通じて基板Ｗに供給させるガスが導入される部材である。キャップ１４は、導入されたガスを分配する分岐路１４ａを有する。分岐路１４ａは、複数の組（図１Ｂは３つの組）に分かれたトーナメント状の流路１４ａ１として構成される。トーナメント状の各流路１４ａ１における最下段の最下点には、インサート１５に連なって通じる分岐流路Ｂが位置する。分岐流路Ｂは、分岐路１４ａ全体で３２本以上（図１Ｂでは６４本）となる。また、トーナメント状の各流路１４ａ１における最上段には、図示省略してあるが、ガスの上流側に繋がる流路が接続される。分岐路１４ａが本発明の「合流路」に相当する。
【００３８】
図２Ａ及び図２Ｂはインサート１５の模式図を示す。図２Ｂに示すようにインサート１５は、円弧状の辺Ｓ１と辺Ｓ１に対向する対向辺Ｓ２を有する平板状に形成される。インサート１５は、対向辺Ｓ２から辺Ｓ１に向かって直線状に貫通する複数の流路１５ａを備える。複数の流路１５ａは、図１Ｂに示すように分岐流路Ｂに対応する数だけ形成される。各流路１５ａは、一端が対応する分岐流路Ｂに連なって通じる一方で、他端が図１Ａに示すように導入通路８の入口８ａに連なって通じる。各流路１５ａは、導入通路８の入口８ａから入口８ａの外側（反応炉２の外側）に向けて水平方向に延びる。インサート１５は、少なくとも一部が導入口３ａに挿入されて反応炉２に取り付けられる。また、図１Ｂに示すように複数の流路１５ａは、水平面に沿ってそれぞれ並列に配置され、複数の流路１５ａは水平面に沿って隣接して位置する。
【００３９】
図３Ａに示すように分割部１６は導入通路８内に取り付けられ、導入通路８を複数の通路に分割するための部材である。図３Ｂ及び図３Ｃに示すように分割部１６は図１Ａに示す導入通路８の形状に対応して形成される。分割部１６は、図１Ｂに示すように導入通路８（図１Ａ）を分割する分割壁１６ａと、分割壁１６ａにより分割された分割通路１６ｂと、を備える。図３Ａに示すように分割壁１６ａは、導入通路８の入口８ａから段部８ｃを経由して出口８ｂに向かって延び、導入通路８内をガスが流れる方向に沿って導入通路８を複数に分割する。具体的には、図１Ｂに示すように分割壁１６ａは、導入通路８（図１Ａ）を複数の流路１５ａに対応させて分割する。分割壁１６ａにより形成される複数の分割通路１６ｂは、複数の流路１５ａに対応した数だけ形成される。そして、各分割通路１６ｂは、対応する流路１５ａに連なって通じる。
【００４０】
以上のキャップ１４、インサート１５、分割部１６を経由した後、ロワーライナー７、プリヒートリング１２、サセプタ１０を経て基板Ｗにガスが供給される。例えば、気相成長時には反応炉２内に気相成長ガスが供給される。気相成長ガスとしては、例えば、シリコン単結晶膜の原料となる原料ガスと、原料ガスを希釈するキャリアガスと、単結晶膜に導電型を付与するドーパントガスと、を備える。
【００４１】
以上、気相成長装置１の主要な各部を説明した。気相成長装置１により基板Ｗにエピタキシャル層を成長してエピタキシャルウェーハを製造する場合には、先ず、反応炉２のサセプタ１０に基板Ｗを載置させる。そして、図示省略するマスフローコントローラーにより流量が制御された気相成長ガスを反応炉２に向けて供給する。すると、気相成長ガスが、３つの組に分かれたトーナメント状の各流路１４ａ１（図１Ｂ）の最上段に導かれ、最上段から各分岐流路Ｂに向けて分配される。最終的には、気相成長ガスが６４本の流れ（分岐流路Ｂ）に分けられ、インサート１５における６４本の各流路１５ａに導かれる（分流する工程）。そして、流路１５ａを通過した気相成長ガスは、図３Ａに示す導入通路８に至る。導入通路８に至った気相成長ガスは、流路１５ａに連なって通じる分割通路１６ｂを流れ、トーナメント状の各流路１４ａ１（図１Ｂ参照）により６４本に分けられた気相成長ガスの流れ（分流された数）を維持して反応炉２内に導入する（導入する工程）。導入された気相成長ガスによりシリコン単結晶薄膜が基板Ｗ上に気相成長し、シリコンエピタキシャルウェーハが製造される。
【００４２】
本発明の実施態様では、図１Ｂに示すように気相成長ガスの上流側から反応炉２（下流側）に向けて気相成長ガスが流れる分岐路１４ａがトーナメント状に３２本以上の分岐流路Ｂに分岐し、インサート１５の複数の流路１５ａに繋がる。よって、複数の流路１５ａを流れる気相成長ガスの相互間の速度を効果的に均一化することができる。そして、この均一化された気相成長ガスの流れは、各流路１５ａに連なって通じる分割通路１６ｂを経て、直接、反応炉２内に導かれる。そのため、分岐路１４ａで均一化されて複数の流路１５ａを流れる気相成長ガスの流れを維持するように気相成長ガスを反応炉２内に導くことができる。したがって、基板Ｗ上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる。特に、下記実施例で示すように、直径２００ｍｍ以上の基板Ｗに対する気相成長に本発明を適用すると好適である。
【実施例】
【００４３】
本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。【００４４】
（実施例）
実施例１では、直径３００ｍｍ、結晶面方位（１００）のシリコン単結晶基板を用いて気相成長装置１によりエピタキシャルウェーハを作製し、作製したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。膜厚分布の測定に際しては、作製したウェーハの端から５ｍｍの領域を除外してウェーハの直径方向に沿って３３点の測定点の膜厚を測定した。そして、測定した各膜厚から以下に示す膜厚の均一性（％）と膜厚のばらつき（％）を算出し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を得た。膜厚の均一性（％）は、測定で得られた膜厚の最大膜厚と最小膜厚をもとに、最大膜厚から最小膜厚を減算した値を、最大膜厚と最小膜厚を加算した値で除法した値に、１００を乗じた値を膜厚の均一性（％）を示す値とした。膜厚のばらつき（％）は、次に示す値とした。具体的には、測定した１つの測定点での膜厚を、３３点の測定点における膜厚の平均値で除法した値から１を減算した値に、１００を乗じた値を算出した。そして、算出した値から更に１００を減算した値を膜厚のばらつき（％）を示す値とした。【００４５】
実施例２では、図４に示す気相成長装置１０１を用いる以外は、実施例１と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。次に気相成長装置１０１について具体的に説明する。気相成長装置１と同様の構成について同じ符号を付して説明を省略する。気相成長装置１０１は、反応炉２の強度を高めるための支柱部Ｐを備え、支柱部Ｐに対応したインジェクションキャップ１１４（以下、「キャップ１１４」とする。）、インジェクションインサート１１５（以下、「インサート１１５」とする。）及び分割部１１６が備わる。説明の便宜上、インサート１１５から説明する。インサート１１５は、円弧状の辺Ｓ１と辺Ｓ１に対向する対向辺Ｓ２を有する２つの平板Ｐ１、Ｐ２として形成される。インサート１１５は、対向辺Ｓ２から辺Ｓ１に向かって直線状に貫通する複数の流路１１５ａを備える。各平板Ｐ１、Ｐ２にそれぞれ３２本の流路１１５ａが形成される。各平板Ｐ１、Ｐ２は、互いに隙間をおいて配置され、支柱部Ｐは反応炉２から平板の隙間に向けて延びて一対の流路１１５ａの間に挟まれるように位置する。キャップ１１４及び分割部１１６は、流路１１５ａに対応する分岐路１１４ａ、分割壁１１６ａ、分割通路１１６ｂを備える。実施例２では、以上の構成以外は、気相成長装置１と同様の気相成長装置１０１を使用した。【００４６】
実施例３では、気相成長装置１の分岐流路Ｂ、流路１５ａ及び分割通路１６ｂの数を６４本から３２本にして実施例１と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。なお、分岐流路Ｂの数を変更するのに対応させてトーナメント状の分岐路１４ａの分岐を変更させた。【００４７】
実施例４では、気相成長装置１の分岐流路Ｂ、流路１５ａ及び分割通路１６ｂの数を９６本にする以外は、実施例３と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。【００４８】
（比較例）
比較例１では、図５に示す従来の気相成長装置２０１を用いる以外は、実施例１と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。次に気相成長装置２０１について具体的に説明する。気相成長装置１と同様の構成について同じ符号を付して説明を省略する。気相成長装置２０１は、キャップ１４、インサート１５及び分割部１６の代わりにインジェクションキャップ２１４（以下、「キャップ２１４」とする。）、バッフルＢＡ、インジェクションインサート２１５（以下、「インサート２１５」とする。）及び仕切り板２１６を備える。また、気相成長装置２０１は、支柱部Ｐを備える。キャップ２１４は、気相成長ガスを反応炉２に導入させる際に気相成長ガスが通過する図示しない空間を有する。バッフルＢＡは、キャップ２１４とインサート２１５の間に挟まれて位置する板状部材であり、キャップ２１４内の気相成長ガスをインサート２１５に導く複数の貫通孔Ｈを有する。貫通孔Ｈによりインサート２１５に向かう気相成長ガスの流れが調整される。インサート２１５は、円弧状の辺Ｓ１と辺Ｓ１に対向する対向辺Ｓ２を有する２つの平板Ｐ１１、Ｐ１２として形成される。インサート２１５は、対向辺Ｓ２から辺Ｓ１に向けて貫通する複数の流路２１５ａを備える。各平板Ｐ１１、Ｐ１２にそれぞれ５本の流路２１５ａが形成される。各平板Ｐ１１、Ｐ１２は、互いに隙間をおいて配置される。支柱部Ｐが反応炉２から平板Ｐ１１、Ｐ１２の間の隙間に向けて延びて一対の流路２１５ａの間に挟まれるように位置する。仕切り板２１６は、インサート２１５から反応炉２に向かうガスの流れを仕分ける板状部材であり、４つ配置される。比較例１では、以上の構成以外は、気相成長装置１と同様の気相成長装置２０１を使用した。【００４９】
比較例２では、気相成長装置１の分岐流路Ｂ、流路１５ａ及び分割通路１６ｂの数を８本にする以外は、実施例３と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。【００５０】
比較例３では、気相成長装置１の分岐流路Ｂ、流路１５ａ及び分割通路１６ｂの数を１６本にする以外は、実施例３と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。【００５１】
実施例１及び２のように基板Ｗに供給する気相成長ガスをトーナメント状に６４本に分岐させて基板Ｗまで導いた場合には、図６Ａ及び図６Ｂに示すように膜厚の均一性及び膜厚のばらつきが良好となった。具体的には、膜厚の均一性（％）は、実施例１では０．２９、実施例２では０．３９となった。また、膜厚のばらつき（％）は、実施例１及び２の両方において平滑化された。それに対し、比較例１のように基板Ｗに供給する気相成長ガスをトーナメント状に分岐させて基板Ｗに導かない従来の気相成長装置２０１を使用した場合には、図６Ｃに示すように膜厚の均一性及び膜厚のばらつきが良好にならなかった。具体的には、膜厚の均一性（％）は１．２１となり、膜厚のばらつき（％）は十分に平滑化されなかった。【００５２】
比較例２及び３のように基板Ｗに供給する気相成長ガスをトーナメント状に８本、１６本に分岐させた基板Ｗまで導いた場合には、図７Ａ及び図７Ｂに示すように膜厚の均一性及び膜厚のばらつきが良好にならなかった。具体的には、膜厚の均一性（％）は、比較例２では１．２６、比較例３では１．１３となった。また、膜厚のばらつき（％）は、比較例２及び３の両方において十分に平滑化されなかった。それに対して、実施例３、１、４のように基板Ｗに供給する気相成長ガスをトーナメント状に３２本、６４本、９６本に分岐させた基板Ｗまで導いた場合には、図７Ｃ〜図７Ｅに示すように膜厚の均一性及び膜厚のばらつきが良好になった。具体的には、膜厚の均一性（％）は、実施例３では０．４１、実施例１では０．２９、実施例４では０．４１となった。また、膜厚のばらつき（％）は、実施例３、１、４のいずれにおいて十分に平滑化された。【００５３】
したがって、基板Ｗに供給する気相成長ガスをトーナメント状に３２本以上に分岐させて基板Ｗまで導いた場合には、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を良好にすることができた。特に、気相成長ガスをトーナメント状に６４本に分岐させて基板Ｗまで導き、かつ、支柱部Ｐを排除した場合（実施例１の場合）に最も効果的にエピタキシャル層の膜厚分布を平滑化することができた。【００５４】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその具体的な記載に限定されることなく、例示した構成等を技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施することも可能であるし、またある要素、処理を周知の形態に置き換えて実施することもできる。
【符号の説明】
【００５５】
１      気相成長装置                    ２      反応炉
３      ベースリング                    ６      アッパーライナー
７      ロワーライナー                  ８      導入通路（通路）
８ａ    入口                            ８ｂ    出口
８ｃ    段部                            ８ｃ１  第１面
８ｃ２  第２面                          １０    サセプタ
１４    インジェクションキャップ      １４ａ    分岐路（合流路）
１５    インジェクションインサート    １５ａ    流路
１６    分割部                        １６ａ    分割壁
１６ｂ  分割通路                      Ｗ        基板
【図１Ａ】
2018042876.tif 000003
【図１Ｂ】
2018042876.tif 000004
【図２Ａ】
2018042876.tif 000005
【図２Ｂ】
2018042876.tif 000006
【図３Ａ】
2018042876.tif 000007
【図３Ｂ】
2018042876.tif 000008
【図３Ｃ】
2018042876.tif 000009
【図４】
2018042876.tif 000010
【図５】
2018042876.tif 000011
【図６Ａ】
2018042876.tif 000012
【図６Ｂ】
2018042876.tif 000013
【図６Ｃ】
2018042876.tif 000014
【図７Ａ】
2018042876.tif 000015
【図７Ｂ】
2018042876.tif 000016
【図７Ｃ】
2018042876.tif 000017
【図７Ｄ】
2018042876.tif 000018
【図７Ｅ】
2018042876.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月11日(2018.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスにより基板にエピタキシャル層を気相成長させる反応炉と、
前記反応炉内に通じる入口と、前記入口の上方かつ前記入口より前記反応炉側に位置して前記反応炉内に至る出口と、を有して前記入口と前記出口を接続して前記反応炉内に前記原料ガスを導入する通路と、
前記通路内に位置して前記入口に対向する第１面と前記第１面の上端から前記出口に延びる第２面を有する段部と、
前記入口から前記入口の外側に延びて前記入口に前記原料ガスを導く３２本以上となる複数の流路と、
前記複数の流路が前記入口側から前記原料ガスの上流側に向けてトーナメント状に合流して前記原料ガスの上流側に繋がる合流路と、
前記原料ガスが流れる方向に沿って前記通路が前記複数の流路に対応させて分割され、前記複数の流路にそれぞれ連なって通じる複数の分割通路と、
を備え、
前記分割通路を区画する分割壁は、前記通路の、前記第１面より前記入口側の空間である段差前空間においてその下面から前記第２面の高さ位置よりも上方の位置まで延びるように設けられる一方で、前記通路の、前記第１面の上端よりも前記出口側の空間である段差後空間には設けられないことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
原料ガスにより基板にエピタキシャル層を気相成長させる反応炉と、
前記反応炉内に通じる入口と、前記入口の上方かつ前記入口より前記反応炉側に位置して前記反応炉内に至る出口と、を有して前記入口と前記出口を接続して前記反応炉内に前記原料ガスを導入する通路と、
前記通路内に位置して前記入口に対向する第１面と前記第１面の上端から前記出口に延びる第２面を有する段部と、
前記入口から前記入口の外側に延びて前記入口に前記原料ガスを導く３２本以上となる複数の流路と、
前記複数の流路が前記入口側から前記原料ガスの上流側に向けてトーナメント状に合流して前記原料ガスの上流側に繋がる合流路と、
前記原料ガスが流れる方向に沿って前記通路が前記複数の流路に対応させて分割され、前記複数の流路にそれぞれ連なって通じる複数の分割通路と、
を備え、
前記反応炉は、ガス導入口が形成された円筒又は円環状のベースリングと、前記ベースリングを上側から蓋をして前記反応炉の天井を構成するアッパードームと、前記ベースリングを下側から蓋をして前記反応炉の底側を構成するロワードームとを備え、
前記ベースリングの内側に嵌まり込んだ状態で前記アッパードーム側に位置する環状のアッパーライナーと、
前記ベースリングの内側に嵌まり込んだ状態で前記ロワードーム側に位置する環状のロワーライナーとを備え、
前記段部を有した前記通路は前記アッパーライナーと前記ロワーライナーとで形成されており、
前記分割通路は、前記通路の、前記第１面より前記入口側の空間である段差前空間において前記複数の流路に対応した数だけ設けられたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項３】
前記複数の流路は、合計で６４本以上である請求項１又は２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記複数の流路は、水平面に沿ってそれぞれ並列に配置される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記複数の流路は、前記水平面に沿って隣接して位置する請求項４に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記反応炉から一対の前記流路の間に向けて延びる支柱部を備える請求項４に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記分割壁は、前記段差前空間の、前記第２面の高さ位置よりも上方に位置する上面に達するように設けられる請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記反応炉は、ガス導入口が形成された円筒又は円環状のベースリングと、前記ベースリングを上側から蓋をして前記反応炉の天井を構成するアッパードームと、前記ベースリングを下側から蓋をして前記反応炉の底側を構成するロワードームとを備え、
前記ベースリングの内側に嵌まり込んだ状態で前記アッパードーム側に位置する環状のアッパーライナーと、
前記ベースリングの内側に嵌まり込んだ状態で前記ロワードーム側に位置する環状のロワーライナーとを備え、
前記段部を有した前記通路は前記アッパーライナーと前記ロワーライナーとで形成されており、
前記分割通路は、前記段差前空間において前記複数の流路に対応した数だけ設けられた請求項１に記載の気相成長装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の課題は、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる気相成長装置を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2018042876.tif 000020
2018042876.tif 000021
2018042876.tif 000022
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