(57)【要約】      （修正有）【課題】膜厚均一性に優れたエピタキシャル膜を形成することが可能であり、且つ、チャンバ内における反応ガスの逆流を防止することが可能なエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】ウェーハを包含する直方体形の内部空間を有するチャンバ１０を用い、センター導入口２１Ｃおよびサイド導入口２１Ｒ，２１Ｌからの反応ガスを板状部材１７に衝突させて整流化させるとともに、センター導入口２１Ｃからのガス導入量がサイド導入口２１Ｒ，２１Ｌからのガス導入量よりも大きい条件下で、ウェーハ上にドーパント濃度が異なる複数のエピタキシャル膜を成長させる。【選択図】図１
2011146414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハを包含する直方体形の内部空間を有するチャンバと、
前記内部空間のガス導入方向における一端側に設けられ、前記ガス導入方向に対して直交し且つ前記ウェーハのエピタキシャル成長面と平行な幅方向に分割された複数のガス導入口を有し、前記複数のガス導入口から前記内部空間に反応ガスを導入するガス導入部と、
前記内部空間の前記ガス導入方向における他端側に設けられ、前記内部空間から前記反応ガスを排出するガス排出機構と、
前記内部空間内において前記ガス導入部と前記ウェーハとの間に設けられ、前記反応ガスを前記ガス導入方向に整流する整流機構と、
を有するエピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記複数のガス導入口は、前記幅方向における中央部を含むセンター導入口と、前記センター導入口から見て前記幅方向における両側にそれぞれ位置する一対のサイド導入口とを含んでおり、
前記センター導入口からのガス導入量が前記サイド導入口からのそれぞれのガス導入量よりも大きい条件下で、前記ウェーハ上にドーパント濃度が異なる複数のエピタキシャル膜を形成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２】
前記複数のエピタキシャル膜は、少なくとも第１及び第２のエピタキシャル膜を含んでおり、
前記ウェーハ上に前記第１のエピタキシャル膜を形成した後、前記チャンバから前記ウェーハを取り出すことなく、前記第１のエピタキシャル膜上に前記第２のエピタキシャル膜を形成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方法。
【請求項３】
前記第２のエピタキシャル膜のドーパント濃度は、前記第１のエピタキシャル膜のドーパント濃度よりも低い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方法。
【請求項４】
前記ガス導入部から供給される前記反応ガスの総流量をＦとし、前記センター導入口から前記内部空間に供給される前記反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｃ及びＶｃとし、前記サイド導入口からそれぞれ前記内部空間に供給される前記反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｓ及びＶｓとした場合、
４０％≦Ｆｃ／Ｆ≦６０％、
２０％≦Ｆｓ／Ｆ≦３０％、且つ
Ｖｃ＞Ｖｓ
を満たす条件でエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記センター導入口の前記幅方向における長さと、前記サイド導入口の前記幅方向におけるそれぞれの長さとが互いに等しい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。
【請求項６】
前記サイド導入口は、相対的に前記センター導入口に近い第１のサイド導入口と、相対的に前記センター導入口から遠い第２のサイド導入口とをそれぞれ含んでおり、
前記第１のサイド導入口から前記内部空間に供給される前記反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｓ１及びＶｓ１とし、前記第２のサイド導入口からそれぞれ前記内部空間に供給される前記反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｓ２及びＶｓ２とした場合、
Ｆｓ１≧Ｆｓ２、且つ
Ｖｓ１≧Ｖｓ２
を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項７】
さらに、
５％≦Ｆｓ１／Ｆ＜３０％
０％＜Ｆｓ２／Ｆ≦２０％
を満たすことを特徴とする請求項６に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記センター導入口の前記幅方向における長さと、前記サイド導入口の前記幅方向におけるそれぞれの長さとが互いに等しく、前記第１のサイド導入口の前記幅方向におけるそれぞれの長さと、前記第２のサイド導入口の前記幅方向におけるそれぞれ長さとが互いに等しいことを特徴とする請求項６又は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】
本発明はエピタキシャルウェーハの製造方法に関し、特に、膜厚均一性に優れたエピタキシャル膜を形成することが可能であり、且つ、チャンバ内における反応ガスの逆流を防止することが可能な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】
シリコンなどの半導体ウェーハの表面に高品質なエピタキシャル膜を成長させる気相成長装置として、その構造上の分類から、シリンダー炉（バレル炉）、縦型炉（パンケーキ炉）、横型炉、枚葉炉などの各種気相成長装置が知られている。
【０００３】
このうち横型気相成長装置は、石英製の横長通路状チャンバ内に円盤状サセプタを設けるとともに、このサセプタ上に複数のウェーハを円周状に配置し、チャンバ外面に配置したヒータにてウェーハを加熱しながらチャンバの一端から原料ガスとキャリアガスをウェーハの主面に平行に流し、チャンバの他端から排気することで、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を成長させるものである（特許文献１の図１〜図３）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された気相成長装置は、反応ガスを導入するためのガス導入口が一箇所しか設けられていないことから、シリコンウェーハの表面上における流量分布が不均一となりやすい。このため、このような気相成長装置を用いてウェーハ上にエピタキシャル成長を行うと、形成されるエピタキシャル膜の膜厚が不均一になるという問題があった。近年においては、ウェーハに要求されるフラットネスは非常に厳しいことから、今まではさほど問題とならなかった程度の膜厚分布が近年では許容されないことがある。このため、エピタキシャル膜についても可能な限り膜厚を均一とすることが重要である。
【０００５】
他方、横型の気相成長装置ではなく円形のチャンバを有する枚葉型の気相成長装置に関するものではあるが、特許文献２には、ガス導入口を複数に分割することによって、シリコンウェーハの表面上における流量分布を均一化する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７３５４０号公報
【特許文献２】特開２００４−２００６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、横型の気相成長装置は、円形のチャンバを有する気相成長装置とは違って反応ガスの通路が直線的であり、反応ガスが流れる方向に垂直な方向におけるチャンバの内径がほぼ一定である。換言すれば、チャンバの内部空間が直方体形である。このため、特許文献２に記載された方法を横型の気相成長装置にそのまま用いても、ウェーハの表面上における流量分布は均一とはならない。
【０００８】
したがって、本発明は、チャンバの内部空間が直方体形である気相成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法において、ウェーハの表面上における流量分布を均一とすることにより、より均一な膜厚を有するエピタキシャル膜を成長させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、横型の気相成長装置を用いて均一なエピタキシャル膜を形成すべく鋭意研究を重ねた結果、両端部に位置するガス導入口の流速よりも、中央に位置するガス導入口の流速を大きくすれば、横型の気相成長装置においてもウェーハの表面上における流量分布がほぼ均一となることを見いだした。しかしながら、本発明者の実験によれば、中央に位置するガス導入口の流速を大きくすると、チャンバの端部において反応ガスが渦を巻いてしまい、これによって反応ガスの一部がチャンバ内を逆流することが判明した。反応ガスの逆流が生じると、逆流した反応ガスの温度が低下する結果、チャンバ内に副生成物が多量に付着してしまう。また、逆流によって反応ガスに含まれるドーパントがチャンバ内に長時間滞留するため、抵抗率の異なるエピタキシャル膜を多層に形成するエピタキシャルウェーハを製造する場合、１層目のエピタキシャル膜の成長後、装置内に滞留したドーパントが２層目のエピタキシャル成長時にエピタキシャル膜内に取り込まれてしまい、所定の抵抗率を有するエピタキシャル膜を成長させることができず、同一の気相成長装置を用いてドーパント濃度の異なる複数のエピタキシャル膜を連続成長させることは困難となる。
【００１０】
横型の気相成長装置において発生する反応ガスの逆流を防止する観点からは、両端部に位置するガス導入口から導入される反応ガスの流速を大きくし、中央に位置するガス導入口から導入される反応ガスの流速を小さくすることが望ましいが、形成されるエピタキシャル膜の膜厚がより不均一になってしまう。
【００１１】
このような課題の認識に基づいてさらに研究を重ねた結果、整流板などの整流機構を付加するとともに、中央部におけるガス導入口の流量を、端部におけるガス導入口のそれぞれの流量よりも大きくすれば、エピタキシャル膜の連続成長が可能な程度にドーパント濃度を高精度に制御できるとともに、高い膜厚均一性が得られることが判明した。
【００１２】
本発明は、このような技術的知見に基づきなされたものであって、本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法は、ウェーハを包含する直方体形の内部空間を有するチャンバと、前記内部空間のガス導入方向における一端側に設けられ、前記ガス導入方向に対して直交し且つ前記ウェーハのエピタキシャル成長面と平行な幅方向に分割された複数のガス導入口を有し、前記複数のガス導入口から前記内部空間に反応ガスを導入するガス導入部と、前記内部空間の前記ガス導入方向における他端側に設けられ、前記内部空間から前記反応ガスを排出するガス排出機構と、前記内部空間内において前記ガス導入部と前記ウェーハとの間に設けられ、前記反応ガスを前記ガス導入方向に整流する整流機構と、を有するエピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記複数のガス導入口は、前記幅方向における中央部を含むセンター導入口と、前記センター導入口から見て前記幅方向における両側にそれぞれ位置する一対のサイド導入口とを含んでおり、前記センター導入口からのガス導入量が前記サイド導入口からのそれぞれのガス導入量よりも大きい条件下で、前記ウェーハ上にドーパント濃度が異なる複数のエピタキシャル膜を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、センター導入口からのガス導入量がサイド導入口からのガス導入量よりも大きい条件下でエピタキシャル成長させることにより、エピタキシャル膜厚の均一性を高めることができる。また、センター導入口から導入される流速の速い反応ガスおよびサイド導入口から導入される流速の遅い反応ガスは、整流機構により導入方向に整流されることにより、チャンバ内における反応ガスの逆流を効果的に防止でき、ドーパント濃度が高精度に制御されたエピタキシャル膜を形成することが可能となる。
【００１４】
本発明において前記複数のエピタキシャル膜は、少なくとも第１及び第２のエピタキシャル膜を含んでおり、前記ウェーハ上に前記第１のエピタキシャル膜を形成した後、前記チャンバから前記ウェーハを取り出すことなく、前記第１のエピタキシャル膜上に前記第２のエピタキシャル膜を形成することが好ましい。これによれば、エピタキシャルウェーハの生産性を高めることが可能となる。
【００１５】
本発明において前記第２のエピタキシャル膜のドーパント濃度は、前記第１のエピタキシャル膜のドーパント濃度よりも低いことが好ましい。これによれば、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のように電流がウェーハの垂直方向に流れるタイプのデバイス用のウェーハを提供することが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記ガス導入部から供給される前記反応ガスの総流量をＦとし、前記センター導入口から前記内部空間に供給される前記反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｃ及びＶｃとし、前記サイド導入口からそれぞれ前記内部空間に供給される前記反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｓ及びＶｓとした場合、
４０％≦Ｆｃ／Ｆ≦６０％、
２０％≦Ｆｓ／Ｆ≦３０％、且つ
Ｖｃ＞Ｖｓ
を満たす条件でエピタキシャル成長させることが好ましい。これによれば、ウェーハの表面上における流量分布をほぼ均一としつつ、チャンバ内における反応ガスの逆流を効果的に防止することが可能となる。これにより、膜厚均一性が高く、且つ、ドーパント濃度が高精度に制御されたエピタキシャル膜を形成することが可能となる。
【００１７】
本発明においては、前記センター導入口の前記幅方向における長さと、前記サイド導入口の前記幅方向におけるそれぞれの長さとが互いに等しいことが好ましい。これによれば、ガス導入部が少なくとも３分割された装置において、流量及び流速の調整が容易となる。
【００１８】
本発明において、前記サイド導入口は相対的に前記センター導入口に近い第１のサイド導入口と、相対的に前記センター導入口から遠い第２のサイド導入口とをそれぞれ含んでおり、前記第１のサイド導入口から前記内部空間に供給される前記反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｓ１及びＶｓ１とし、前記第２のサイド導入口からそれぞれ前記内部空間に供給される前記反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｓ２及びＶｓ２とした場合、
Ｆｓ１≧Ｆｓ２、且つ
Ｖｓ１≧Ｖｓ２
を満たすことが好ましい。これによれば、ガス導入部が少なくとも５分割されていることから、膜厚均一性をより高めることができるとともに、ドーパント濃度をより高精度に制御することが可能となる。
【００１９】
本発明においては、さらに、
５％≦Ｆｓ１／Ｆ＜３０％
０％＜Ｆｓ２／Ｆ≦２０％
を満たすことが好ましい。これによれば、高い膜厚均一性を維持しつつ、チャンバ内における反応ガスの逆流をほぼ完全に防止することが可能となる。このため、ドーパント濃度の異なる複数のエピタキシャル膜を連続成長させることも可能となる。
【００２０】
本発明においては、前記センター導入口の前記幅方向における長さと、前記サイド導入口の前記幅方向におけるそれぞれの長さとが互いに等しく、前記第１のサイド導入口の前記幅方向におけるそれぞれの長さと、前記第２のサイド導入口の前記幅方向におけるそれぞれ長さとが互いに等しいことが好ましい。これによれば、ガス導入部が少なくとも５分割された装置において、流量及び流速の調整が容易となる。
【発明の効果】
【００２１】
このように、本発明によれば、膜厚均一性が高く、且つ、ドーパント濃度が高精度に制御された複数のエピタキシャル膜を備えたエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるエピタキシャルウェーハの製造方法に使用する気相成長装置の平面図である。
【図２】図１に示すII-II線に沿った断面図である。
【図３】変形例による気相成長装置の断面図である。
【図４】中央部における流速及び流量を過度に大きくした場合の問題点を説明するための図である。
【図５】２層のエピタキシャル膜が形成されたシリコンウェーハＷの断面図である。
【図６】エピタキシャル膜の膜厚均一性を示す表である。
【図７】エピタキシャル膜の膜厚均一性を示すグラフである。
【図８】エピタキシャル膜の深さ方向における抵抗率分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるエピタキシャルウェーハの製造方法に使用する気相成長装置の平面図である。図２は、図１に示すII-II線に沿った断面図である。
【００２５】
図１に示す気相成長装置１は、実質的に直方体形状の石英製チャンバ本体１０を有する。実質的にとは厳密な意味での直方体以外にもほぼ直方体形状のものを含む趣旨である。
【００２６】
チャンバ本体１０は、長手方向の両端に位置する側壁部１１，１４と、これら側壁部１１，１４の間に位置する側壁部１２，１３及び天井壁部１５、底壁部１６とを有する。側壁部１１，１４は、Ｙ方向（ガス導入方向）における両端部においてＸＺ平面に形成されている。また、側壁部１２，１３は、Ｘ方向における両端部においてＹＺ平面に形成されている。さらに、天井壁部１５及び底壁部１６は、Ｚ方向における両端部においてＸＹ平面に形成されている。したがって、チャンバ１０の内部には、直方体形の内部空間Ａが形成されることになる。内部空間Ａには被処理物であるウェーハＷが配置される。但し、ウェーハＷの全体が内部空間Ａに位置している必要はなく、少なくともウェーハＷのエピタキシャル成長面が内部空間Ａに位置していれば足りる。
【００２７】
一方の側壁部１１にはガス導入部２０が設けられ、これに対向する側壁部１４にはガス排出部１８が設けられている。ガス導入部２０は、ＳｉＨＣｌ３等のＳｉソースを水素ガスで希釈し、それにドーパントを微量混合してなる反応ガスをチャンバ本体１０内に導入するものである。反応ガスは、図１に示すガス供給源２９より供給される。
【００２８】
ガス導入部２０は、センター導入口２１Ｃとサイド導入口２１Ｒ，２１Ｌに分割されている。センター導入口２１Ｃは、Ｘ方向における中央部を含む位置に設けられ、チャンバ本体１０の主として中央部に向かって反応ガスを導入する役割を果たす。サイド導入口２１Ｒ，２１Ｌは、センター導入口２１Ｃの両側に設けられ、チャンバ本体１０の主として側壁部１２，１３に沿って反応ガスを導入する役割を果たす。さらに、サイド導入口２１Ｒは、相対的にセンター導入口２１Ｃに近い第１のサイド導入口２１Ｒ１と、相対的にセンター導入口２１Ｃから遠い第２のサイド導入口２１Ｒ２に分割されている。同様に、サイド導入口２１Ｌは、相対的にセンター導入口２１Ｃに近い第１のサイド導入口２１Ｌ１と、相対的にセンター導入口２１Ｃから遠い第２のサイド導入口２１Ｌ２に分割されている。つまり、本実施形態ではガス導入部２０がＸ方向に５分割されている。隣接する導入口は、側壁部１１に設けられたＹＺ平面を有する仕切り板２２〜２５によって分離されている。これら仕切り板２２〜２５は、ガス導入部２０から噴出した反応ガスをチャンバ本体１０に向かって整流する作用を司る。
【００２９】
ここで、各導入口２１Ｃ，２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｌ１，２１Ｌ２のＸ方向における幅をＷ２１Ｃ，Ｗ２１Ｒ１，Ｗ２１Ｒ２，Ｗ２１Ｌ１，Ｗ２１Ｌ２とした場合、
Ｗ２１Ｃ＝Ｗ２１Ｒ１＋Ｗ２１Ｒ２＝Ｗ２１Ｌ１＋Ｗ２１Ｌ２、且つ
Ｗ２１Ｒ１＝Ｗ２１Ｒ２＝Ｗ２１Ｌ１＝Ｗ２１Ｌ２
とすることが好ましい。換言すれば、チャンバ本体１０のＸ方向における全幅に対して、導入口２１ＣのＸ方向における幅を１／３とし、導入口２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｌ１，２１Ｌ２のＸ方向における幅をそれぞれ１／６とすればよい。これによれば、センター導入口２１Ｃの幅とサイド導入口２１Ｒ，２１Ｌの幅が同じとなることから、センター導入口２１Ｃから供給する反応ガスの流量及び流速と、サイド導入口２１Ｒ，２１Ｌから供給する反応ガスの流量及び流速の調整が容易となる。これは、センター導入口２１Ｃの幅とサイド導入口２１Ｒ，２１Ｌの幅が同じであれば、各導入口２１Ｃ，２１Ｒ，２１Ｌの流量比と流速比が一致するからである。しかも、第１のサイド導入口２１Ｒ１，２１Ｌ１の幅と、第２のサイド導入口２１Ｒ２，２１Ｌ２の幅を同じとすれば、第１のサイド導入口２１Ｒ１，２１Ｌ１から供給する反応ガスの流量及び流速と、第２のサイド導入口２１Ｒ２，２１Ｌ２から供給する反応ガスの流量及び流速の調整も容易となる。これは、第１のサイド導入口２１Ｒ１，２１Ｌ１の幅と第２のサイド導入口２１Ｒ２，２１Ｌ２の幅が同じであれば、各導入口２１Ｒ１，２１Ｌ１，２１Ｒ２，２１Ｌ２の流量比と流速比が一致するからである。
【００３０】
各導入口２１Ｃ，２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｌ１，２１Ｌ２には、それぞれ対応する流量調節弁２６Ｃ，２６Ｒ１，２６Ｒ２，２６Ｌ１，２６Ｌ２を介して反応ガスが供給される。各導入口２１Ｃ，２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｌ１，２１Ｌ２へのガス流量は、各流量調節弁２６Ｃ，２６Ｒ１，２６Ｒ２，２６Ｌ１，２６Ｌ２の開度を制御することで調節される。
【００３１】
そして、ガス導入部２０から導入された反応ガスは、ウェーハＷの表面（エピタキシャル成長面）を通過してエピタキシャル膜を成長させた後、ガス排出部１８から気相成長装置１外へ排出される。この反応ガスの流れを図１に矢印Ｇで示す。
【００３２】
なお、ガス排出部１８は、側壁部１４に形成された複数の通孔１４１と排出管１９を有し、チャンバ本体１０内を流下した反応ガスは、通孔１４１を通過してガス排出部１８に至り、ここから排出管１９により気相成長装置１外へ導かれる。
【００３３】
チャンバ本体１０の略中央の底壁部１６には被処理物であるシリコン単結晶ウェーハＷを搭載するサセプタ３０が設けられている。サセプタ３０は、複数（図示する例では８枚）のウェーハＷを、エピタキシャル成長面がＸＹ平面と一致するように、円周状に搭載し、その回転軸３２を中心に所定の速度で回転する（図１の矢印Ｒ参照）。サセプタ３０の材質は特に限定されず、たとえば炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティングしたものなどが好ましく採用される。なお、サセプタ３０へウェーハＷを搬入したり、サセプタ３０からウェーハＷを搬出したりする方式としては特に限定されず、ベルヌイチャックを用いて搬送治具の昇降によりウェーハを移載するタイプや、ウェーハ下面をピンで支持して当該ピンの昇降により移載するタイプの何れも適用することができる。
【００３４】
図２に示すように、サセプタ３０の下部には高周波誘導加熱コイル３１が設けられ、輻射伝熱効果によりサセプタ３０及びウェーハＷが加熱される。
【００３５】
本例の気相成長装置１は、反応ガスをチャンバ本体１０内へ導入するガス導入部２０に対面するチャンバ本体１０の内部に、板状部材１７が設けられている。板状部材１７は、図１に示すようにチャンバ本体１０の左右両端（つまり、Ｘ方向における全幅）にわたり設けられ、センター導入口２１Ｃのみならず、サイド導入口部２１Ｒ，２１Ｌの反応ガスが噴出する位置に対面して設けられている。
【００３６】
図２に示す例では、ガス導入部２０の導入管（ガス供給源２９からの配管）が天井壁部１５に近い位置に設けられているので板状部材１７は天井壁部１５から垂下するように設けられている。板状部材１７は、反応ガスをガス導入方向（Ｙ方向）に整流する整流機構として機能する。
【００３７】
この場合、ガス導入部２０の導入管からの反応ガスの噴出し方向（Ｙ方向）と板状部材１７のなす角度θを９０°〜４５°とすることが好ましい。θ＝４５°とした場合を図２に二点鎖線で示す。θが９０°より大きいと導入された反応ガスが天井壁部１５に向かって偏向し、ここに渦流が生じるので好ましくない。また、θが４５°より小さいと当該板状部材１７による整流効果が小さくなるので好ましくない。
【００３８】
また、図２に示すように、側壁部１１と板状部材１７との水平距離（Ｙ方向における距離）をＬ１としたときに、１０ｍｍ≦Ｌ１≦５０ｍｍとなるように板状部材１７の設定位置を選択することが好ましい。Ｌ１が１０ｍｍより小さいと板状部材１７と側壁部１１との水平距離が小さくなりすぎ、導入された反応ガスが急激に偏向するので好ましくない。また、Ｌ１が５０ｍｍより大きいと板状部材１７と側壁部１１との水平距離が大きくなりすぎ、板状部材１７による整流効果が小さくなるので好ましくない。
【００３９】
さらに、図２に示すように、チャンバ本体１０の天井壁部１５と底壁部１６との鉛直距離（Ｚ方向における距離）をＬ２、天井壁部１５とガス導入部２０との鉛直距離をＬ３、板状部材１７の鉛直長さをＬ４としたときに、０．１≦Ｌ４／Ｌ２≦０．５、０．２≦Ｌ３／Ｌ４≦１．０となるように板状部材１７の設定位置及び大きさを選択することが好ましい。Ｌ４／Ｌ２が０．１より小さいと板状部材１７の整流効果が小さくなるので好ましくない。また、Ｌ４／Ｌ２が０．５より大きいと板状部材１７により反応ガスの流れが大きく阻害されるので好ましくない。また、Ｌ３／Ｌ４が０．２より小さいと板状部材１７により反応ガスの流れが大きく阻害されるので好ましくない。また、Ｌ３／Ｌ４が１．０より大きいと導入された反応ガスが殆ど板状部材１７に衝突せず、板状部材１７の整流効果が小さくなるので好ましくない。
【００４０】
これに対し、図３に示すようにガス導入部２０の導入管２９を底壁部１６に近い位置に設けることもできる。この場合の板状部材１７はチャンバ本体１０の底壁部１６に立設させる。図３は他の実施形態に係る気相成長装置１を示す断面図（図１のII-II線に沿う断面図に相当）である。図２の実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、その説明を援用する。
【００４１】
図３に示す例では、ガス導入部２０の導入管からの反応ガスの噴出する方向（図３にガス導入方向で示す方向）と板状部材１７のなす角度θを９０°〜４５°とすることが好ましい。θ＝４５°とした場合を図３に二点鎖線で示す。θが９０°より大きいと導入された反応ガスが底壁部１６に向かって偏向し、ここに渦流が生じるので好ましくない。また、θが４５°より小さいと当該板状部材１７による整流効果が小さくなるので好ましくない。
【００４２】
また、図３に示すように、チャンバ本体１０の天井壁部１５と底壁部１６との鉛直距離（Ｚ方向における距離）をＬ２、底壁部１６とガス導入部２０との鉛直距離（Ｚ方向における距離）をＬ３、板状部材１７の鉛直長さをＬ４としたときに、０．１≦Ｌ４／Ｌ２≦０．５、０．２≦Ｌ３／Ｌ４≦１．０となるように板状部材１７の設定位置及び大きさを選択することが好ましい。Ｌ４／Ｌ２が０．１より小さいと板状部材１７の整流効果が小さくなるので好ましくない。また、Ｌ４／Ｌ２が０．５より大きいと板状部材１７により反応ガスの流れが大きく阻害されるので好ましくない。また、Ｌ３／Ｌ４が０．２より小さいと板状部材１７により反応ガスの流れが大きく阻害されるので好ましくない。また、Ｌ３／Ｌ４が１．０より大きいと導入された反応ガスが殆ど板状部材１７に衝突せず、板状部材１７の整流効果が小さくなるので好ましくない。
【００４３】
以上が気相成長装置１の構造である。次に、気相成長装置１を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。
【００４４】
まず、被処理物であるウェーハＷを複数用意し、これらをサセプタ３０に載置する。そして、高周波誘導加熱コイル３１によってウェーハＷを加熱した状態で、ガス導入部２０を介してチャンバの内部に反応ガスを導入する。これにより、ウェーハＷのエピタキシャル成長面上に反応ガスが流れ、エピタキシャル膜が成長する。この時、ガス導入部２０から供給される反応ガスの総流量をＦとし、センター導入口２１Ｃから供給される反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｃ及びＶｃとし、サイド導入口２１Ｒ，２１Ｌからそれぞれ供給される反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｓ及びＶｓとした場合、
４０％≦Ｆｃ／Ｆ≦６０％、
２０％≦Ｆｓ／Ｆ≦３０％、且つ
Ｖｃ＞Ｖｓ
を満たすよう、流量調節弁２６Ｃ，２６Ｒ１，２６Ｒ２，２６Ｌ１，２６Ｌ２の開度を調節することが好ましい。つまり、チャンバの内部空間Ａにおいては、Ｘ方向における中央部の流量及び流速が相対的に大きくなり、Ｘ方向における端部の流量及び流速が相対的に小さくなる。これにより、ウェーハＷの表面上における流量分布がほぼ均一となるだけでなく、チャンバ内のＸ方向における端部で反応ガスが渦を巻くことがほとんど無くなる。
【００４５】
つまり、上述した構造の気相成長装置１を用いてウェーハＷにシリコンエピタキシャル膜を成長させる場合、ウェーハ面内の膜厚分布を均一にするには、サセプタ３０の中心部の流速を他の領域よりも速くすることが効果的である。すなわち、図１に示すセンター導入口２１Ｃの流速及び流量を、サイド導入口２１Ｒ，２１Ｌの流速及び流量よりも大きくすると、得られるシリコンエピタキシャル膜の膜厚均一性が高くなる。エピタキシャル膜の膜厚均一性を十分に高めるためには、
４０％≦Ｆｃ、且つ
Ｖｃ＞Ｖｓ
に設定することが好ましい。
【００４６】
一方、センター導入口２１Ｃの流速及び流量を、サイド導入口２１Ｒ，２１Ｌの流速及び流量よりも過度に大きくすると、図４に示すようにチャンバ本体１０の側壁部１２，１３で逆流が生じ、チャンバ本体１０の壁面１２，１３への副生成物の付着が促進される。このような問題は、
Ｆｃ／Ｆ≦６０％
に設定することにより効果的に回避することができる。
【００４７】
このような観点から、本発明においては、反応ガスの流量及び流速を上記の範囲に設定しているのである。
【００４８】
しかも、図１に示すように、気相成長装置１には整流機構として機能する板状部材１７が設けられていることから、図２に示すようにセンター導入口２１Ｃから導入された相対的に速い流速の反応ガスは板状部材１７に衝突して、その流下方向を下方に変え、さらにウェーハＷが搭載されて回転するサセプタ３０に向かって偏向して流れる。また、サイド導入口２１Ｒ，２１Ｌから導入された相対的に遅い流速の反応ガスも同様に板状部材１７に衝突し、その流下方向を下方に変え、さらにウェーハＷが搭載されて回転するサセプタ３０に向かって偏向して流れる。そして、センター導入口２１Ｃからの流速の速い反応ガスと、サイド導入口２１Ｒ，２１Ｌからの流速の遅い反応ガスとがそれぞれ板状部材１７に衝突して偏向する際に、拡散して整流化されることにより図４に示すような逆流が防止される。
【００４９】
その結果、サセプタ３０に搭載されて回転するウェーハＷに対しては、中央部の流速が速く、両側部の流速が遅い反応ガスが平行に流れることになり、膜厚分布が均一となる。
【００５０】
反応ガスの逆流を防止しつつ、エピタキシャル膜の膜厚均一性をより高めるためには、第１のサイド導入口２１Ｒ１，２１Ｌ１から供給される反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｓ１及びＶｓ１とし、第２のサイド導入口２１Ｒ２，２１Ｌ２から供給される反応ガスの流量及び流速をそれぞれＦｓ２及びＶｓ２とした場合、
Ｆｓ１≧Ｆｓ２、且つ
Ｖｓ１≧Ｖｓ２
に設定することが好ましい。つまり、側壁部１２，１３に近い導入口ほど、流量及び流速が小さくなるよう調整することが好ましい。
【００５１】
より好ましくは、上述の通り、ガス導入部２０から供給される反応ガスの総流量をＦとした場合、
５％≦Ｆｓ１／Ｆ＜３０％
０％＜Ｆｓ２／Ｆ≦２０％
を満たすよう、流量調節弁２６Ｃ，２６Ｒ１，２６Ｒ２，２６Ｌ１，２６Ｌ２の開度を調節すればよい。これによれば、反応ガスの逆流を防止しつつ、膜厚均一性の非常に高いエピタキシャル膜を成長させることが可能となる。特に好ましい条件は、
１２．５％≦Ｆｓ１／Ｆ≦１９％
６％≦Ｆｓ２／Ｆ≦１２．５％
であり、エピタキシャル膜の膜厚均一性と、反応ガスの逆流防止を最も高次元で両立させるためには、
Ｆｃ／Ｆ≒５０％
Ｆｓ１／Ｆ≒１５％
Ｆｓ２／Ｆ≒１０％
とすればよい。
【００５２】
このように、本発明においては、反応ガスの逆流が効果的に防止されることから、いわゆるエピタキシャル膜の連続形成が可能となる。これにより、図５に示すように、シリコンウェーハＷの表面にまず１層目のエピタキシャル膜１０１を形成し、これに連続して、エピタキシャル膜１０１の表面に抵抗値の異なる２層目のエピタキシャル膜１０２を形成することが可能となる。
【００５３】
このような連続成膜を行うためには、まず、ガス導入部２０から第１の反応ガスを供給することによって、ウェーハＷのエピタキシャル成長面にエピタキシャル膜１０１を形成した後、チャンバからウェーハＷを取り出すことなく、ガス導入部２０から第２の反応ガスを供給することによって、エピタキシャル膜１０１上にエピタキシャル膜１０２を形成すればよい。これにより、例えば相対的にドーパント濃度が高い１層目のエピタキシャル膜１０１と、相対的にドーパント濃度が低い２層目のエピタキシャル膜１０２を連続形成することができる。従来の方法でこのようなエピタキシャル膜の連続形成を行うと、逆流によって第１の反応ガスに含まれていたドーパントがチャンバ内に滞留し、これがチャンバ内で第２の反応ガスに混入するため、２層目のエピタキシャル膜１０２のドーパント濃度（抵抗値）を高精度に制御することが困難であった。これに対し、本実施形態ではチャンバ内における反応ガスの逆流がほとんど生じないため、このような問題が効果的に解消される。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００５５】
例えば、上記実施形態では複数のシリコンウェーハＷをサセプタ３０に搭載したが、ウェーハのエピタキシャル成長面の全面が包含されるチャンバの内部空間が直方体形状である限り、一枚のシリコンウェーハをサセプタに搭載する、いわゆる枚葉式気相成長装置にも本発明を適用することができる。
【００５６】
また、上記実施形態ではＸ方向に５分割されたガス導入部２０を用いているが、本発明がこれに限定されるものではなく、Ｘ方向に３分割されたガス導入部を用いても構わない。但し、上記実施形態のようにＸ方向に５分割されたガス導入部２０を用いればより高精度な流量及び流速の調整ができることから、複数のエピタキシャル膜を連続成膜する場合のように、特に高精度な調整が必要なケースにおいては、Ｘ方向に５分割されたガス導入部２０を用いることが好ましい。
【００５７】
また、処理対象物であるウェーハは、シリコンウェーハに限定されるものではなく、エピタキシャル膜を形成可能なウェーハであればその種類は問わない。
【００５８】
また、本発明の方法は、図５に示すように２層のエピタキシャル膜を形成する方法に限定されるものではない。したがって、本発明の方法によって互いにドーパント濃度の異なる３層以上のエピタキシャル膜を形成することも可能である。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【００６０】
図１及び図２に示した気相成長装置１を用い、各導入口２１Ｃ，２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｌ１，２１Ｌ２へのガス流量を種々に変えて図５に示した２層のエピタキシャル膜１０１，１０２を成長させた。チャンバ本体１０のサイズは、幅（Ｘ方向における距離）が６３０ｍｍ、長さ（Ｙ方向における距離）が９６０ｍｍ、高さ（Ｚ方向における距離）が６４ｍｍである。また、サセプタ３０には８枚のシリコンウェーハＷを搭載し、サセプタ３０を毎分４回で回転させた。ウェーハＷとしては、チョクラルスキー法により育成された直径１５０ｍｍのシリコン単結晶ウェーハを用いた。
【００６１】
各導入口２１Ｃ，２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｌ１，２１Ｌ２のＸ方向における幅Ｗ２１Ｃ，Ｗ２１Ｒ１，Ｗ２１Ｒ２，Ｗ２１Ｌ１，Ｗ２１Ｌ２については、それぞれ２１０ｍｍ、１０５ｍｍ、１０５ｍｍ、１０５ｍｍ、１０５ｍｍとした。つまり、
Ｗ２１Ｃ＝Ｗ２１Ｒ１＋Ｗ２１Ｒ２＝Ｗ２１Ｌ１＋Ｗ２１Ｌ２、且つ
Ｗ２１Ｒ１＝Ｗ２１Ｒ２＝Ｗ２１Ｌ１＝Ｗ２１Ｌ２
であり、チャンバ本体１０のＸ方向における全幅に対して、導入口２１ＣのＸ方向における幅が１／３、導入口２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｌ１，２１Ｌ２のＸ方向における幅がそれぞれ１／６である。
【００６２】
導入口２１Ｃ，２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｌ１，２１Ｌ２へのガス流量比（Ｆｃ／Ｆ，Ｆｓ１／Ｆ，Ｆｓ２／Ｆ）については、表１の通りに設定した。
【００６３】
【表１】
2011146414.tif 000003
【００６４】
表１に示すとおり、実施例１の条件では、Ｆｃ／Ｆ＝５０％、Ｆｓ／Ｆ＝２５％、Ｆｓ１／Ｆ＝１９％、Ｆｓ２／Ｆ＝６％であり、Ｖｃ＞Ｖｓ、Ｖｓ１＞Ｖｓ２である。また、実施例２の条件では、Ｆｃ／Ｆ＝５０％、Ｆｓ／Ｆ＝２５％、Ｆｓ１／Ｆ＝１５％、Ｆｓ２／Ｆ＝１０％であり、Ｖｃ＞Ｖｓ、Ｖｓ１＞Ｖｓ２である。さらに、実施例３の条件では、Ｆｃ／Ｆ＝５０％、Ｆｓ／Ｆ＝２５％、Ｆｓ１／Ｆ＝１２．５％、Ｆｓ２／Ｆ＝１２．５％であり、Ｖｃ＞Ｖｓ、Ｖｓ１＝Ｖｓ２である。
【００６５】
比較例として、ガス導入部が分割されておらず且つ板状部材１７が設けられていない従来の気相成長装置を用いてエピタキシャル膜１０１，１０２の成長も行った。
【００６６】
いずれのサンプルも、１層目のエピタキシャル膜１０１については膜厚が１０μｍ、２層目のエピタキシャル膜１０２については膜厚が６５μｍとなるよう、成膜時間を制御した。また、１層目のエピタキシャル膜１０１については、抵抗値が０．０５Ωとなるようドーパント濃度を設定し、２層目のエピタキシャル膜１０２についてはノンドープとした。１層目のエピタキシャル膜１０１の形成と２層目のエピタキシャル膜１０２の形成は、同じ気相成長装置を用いて連続的に行った。
【００６７】
そして、各サンプルについて、エピタキシャル膜１０１，１０２の合計膜厚と、深さ方向における抵抗率分布を測定した。測定の結果を図６〜図８に示す。
【００６８】
図６は、エピタキシャル膜１０１，１０２の合計膜厚をウェーハＷの中心からＸ方向及びＹ方向における距離ごとに測定した結果を示す表である。また図７は、図６に示す数値をグラフ化したものである。
【００６９】
図６及び図７に示すように、実施例１〜３の条件で成膜したサンプルは、いずれも比較例の条件で成膜したサンプルよりもエピタキシャル膜の膜厚均一性が高かった。膜厚均一性は、実施例１の条件で成膜したサンプルが最も良好であった。具体的には、Ｘ方向における膜厚分布を比率で表した場合、比較例においては１．０％であったのに対し、実施例１においては０．６％、実施例２においては０．７％、実施例３においては０．８％であった。これにより、実施例１〜３の条件でエピタキシャル成長を行えば、良好な膜厚均一性が得られることが確認された。
【００７０】
図８は、エピタキシャル膜１０１，１０２の深さ方向における抵抗率分布を示すグラフである。
【００７１】
図８に示すように、比較例の条件ではノンドープである２層目のエピタキシャル膜１０２の抵抗値が１００Ω以上にならなかったのに対し、実施例１〜３の条件では２層目のエピタキシャル膜１０２の表層部分における抵抗値が３００Ω以上となった。特に、実施例３の条件では約６００Ωという高い抵抗値が得られた。本例では、１層目のエピタキシャル膜１０１を形成する際、反応ガスに高濃度のドーパントを添加していることから、２層目のエピタキシャル膜１０２の抵抗値は、チャンバ内における反応ガスの逆流の度合いを示すパラメータとなる。つまり、チャンバ内における反応ガスの逆流が少ないほど、チャンバ内におけるドーパントの残留が少なくなることから、２層目のエピタキシャル膜１０２の抵抗値が高いほど、チャンバ内における反応ガスの逆流が少ないことを意味する。これにより、実施例１〜３の条件でエピタキシャル成長を行えば、エピタキシャル膜の連続成長が可能であることが確認された。
【００７２】
また、実施例１〜３の結果から、エピタキシャル膜の膜厚均一性と、反応ガスの逆流防止の度合いとは、トレードオフの関係にあることが確認された。つまり、膜厚均一性に着目すれば、第２のサイド導入口２１Ｒ２，２１Ｌ２から供給される反応ガスの流量が少ない第１の実施例が最も良好な結果となる一方、反応ガスの逆流防止に着目すれば、第２のサイド導入口２１Ｒ２，２１Ｌ２から供給される反応ガスの流量が多い（第１のサイド導入口２１Ｒ１，２１Ｌ１から供給される反応ガスの流量と同じである）第３の実施例が最も良好な結果となった。このことから、エピタキシャル膜の膜厚均一性と、反応ガスの逆流防止を両立させるためには、Ｘ方向における反応ガスの流量及び流速の分布を所定の範囲内に設定することが好ましいことが分かった。
【００７３】
具体的には、Ｆｃ／Ｆ＝５０％、Ｆｓ／Ｆ＝２５％である場合、
１２．５％≦Ｆｓ１／Ｆ≦１９％
６％≦Ｆｓ２／Ｆ≦１２．５％
の範囲に設定すれば、エピタキシャル膜の膜厚均一性と、反応ガスの逆流防止を両立可能であることが分かった。
【符号の説明】
【００７４】
１      気相成長装置
１０    チャンバ本体
１１〜１４    側壁部
１５    天井壁部
１６    底壁部
１７    板状部材（整流機構）
１８    ガス排出部
１９    排出管
２０    ガス導入部
２１Ｃ  センター導入口
２１Ｒ，２１Ｌ  サイド導入口
２１Ｒ１，２１Ｌ１  第１のサイド導入口
２１Ｒ２，２１Ｌ２  第２のサイド導入口
２２〜２５  仕切り板
２６Ｃ，２６Ｒ１，２６Ｒ２，２６Ｌ１，２６Ｌ２    流量調節弁
２９    ガス供給源
２９    導入管
３０    サセプタ
３１    高周波誘導加熱コイル
３２    回転軸
１０１  第１のエピタキシャル膜
１０２  第２のエピタキシャル膜
１４１  通孔
Ａ      内部空間
Ｗ      シリコンウェーハ
【図１】
2011146414.tif 000004
【図２】
2011146414.tif 000005
【図３】
2011146414.tif 000006
【図４】
2011146414.tif 000007
【図５】
2011146414.tif 000008
【図６】
2011146414.tif 000009
【図７】
2011146414.tif 000010
【図８】
2011146414.tif 000011