(57)【要約】【課題】本発明は、ウエーハの表面に形成したエピタキシャル膜の厚みを均一にすることができるようなエピタキシャル成長装置を提供する。【解決手段】エピタキシャル膜形成室の上部に設置された上側ドームの内面が、エピタキシャル膜形成室内に原料ガスおよびキャリアガスを供給するガス供給口から、エピタキシャル膜形成室内から原料ガスおよびキャリアガスを排出するガス排出口に向かって、下向きに傾斜して設置されている。エピタキシャル膜形成室内に水平状態に配置されたサセプタ−およびこのサセプター上に載置された半導体ウエーハに対する上側ドームの内面の傾斜角度をαとした場合、αは０度を超えかつ５度以下である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル膜形成室の上部に設置された上側ドームの内面が、エピタキシャル膜形成室内に原料ガスおよびキャリアガスを供給するガス供給口から、エピタキシャル膜形成室内から原料ガスおよびキャリアガスを排出するガス排出口に向かって、下向きに傾斜して設置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】
エピタキシャル膜形成室内に水平状態に配置されたサセプタ−およびこのサセプター上に載置された半導体ウエーハに対する上側ドームの内面の傾斜角度をαとした場合、αが０度を超えかつ５度以下であることを特徴とする、請求項１記載のエピタキシャル成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエーハ等の半導体ウエーハの表面にエピタキシャル膜を成長させるためのエピタキシャル成長装置に関し、より詳細には、半導体ウエーハの表面に形成したエピタキシャル膜の厚みを均一にすることができるような上側ドーム構造を有するエピタキシャル成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＯＳデバイス用のシリコンウエーハとして、ドーパントが高濃度に添加された低抵抗率のシリコンウエーハの表面に、シリコンウエーハのドーパント濃度よりも低濃度のドーパントが添加された高抵抗率の単結晶シリコン薄膜を気相成長させたエピタキシャルウエーハが用いられている。このエピタキシャルウエーハは、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜の歩留が向上すると共に、ゲッタリング能力の向上等の優れた特性を備えることができる。
【０００３】
エピタキシャルウエーハの製造に使用する反応炉としては、バッチ炉と枚葉炉がある。バッチ炉では複数枚のウエーハを同時にエピタキシャル成長させるのに対し、枚葉炉ではウエーハを１枚ずつエピタキシャル成長させる。従来はバッチ炉が多用されていたが、シリコンウエーハの大口径化に対応し難くなってきたため、現在では枚葉炉が主に使用されるようになった（例えば、特許文献１または特許文献２を参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９７５３２号公報
【特許文献２】特開２００３−１９７５３３号公報
【０００５】
枚葉炉においては、炉内へのウエーハの搬入および炉外へのウエーハの搬出を行う搬送治具とサセプタ−間の移載方式がベルヌイチャック方式または搬送治具の昇降によってウエーハを移載する方式と、ウエーハの下面をピンで支持してピンの昇降によってウエーハを移載する方式がある。
【０００６】
いずれの方式においても、枚葉炉内に水平状態に配置されたサセプタ−の上面にウエーハを載置してサセプタ−の周囲に配置された赤外線ランプ等の加熱手段によってウエーハを高温状態に保持し、サセプタ−を回転させながら、高温状態に保持されたウエーハの表面上に反応ガスを流すことによってエピタキシャル成長を行う。
【０００７】
図２は、ウエーハの下面をピンで支持してウエーハを移載する方式の枚葉炉を模式的に示した図である。装置１は、その内部に、上側ドーム３、下側ドーム４およびドーム取付体５から構成されるエピタキシャル膜形成室２を有する。上側ドーム３および下側ドーム４は石英等の透明な材料から構成され、装置１の上方および下方に複数基配置されたハロゲンランプ６によってサセプタ−１０およびウエーハＷが加熱される。
【０００８】
サセプタ−１０は、サセプタ−回転軸７に連なる支持アーム８によってその下面の外周部が嵌合支持された状態で回転する。サセプタ−１０の面内には、昇降ピン９によってウエーハＷを昇降させるための貫通孔１０ａが形成されている。昇降ピン９の昇降は、リフトアーム１１によって行う。
【０００９】
ＳｉＨＣｌ３等のシリコンソースを水素ガスで希釈し、これにドーパントを微量混合した反応ガスをガス供給口１２からエピタキシャル膜形成室２内に供給し、供給した反応ガスは、ウエーハＷの表面を通過してウエーハＷの表面にエピタキシャル膜を形成後、ガス排出口１３から装置１外に排出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記の枚葉炉を使用したウエーハのエピタキシャル成長方法においては、エピタキシャル膜形成室の上側ドームの内面がエピタキシャル膜形成室内に水平状態に配置されたサセプタ−およびサセプタ−の上面に載置されたウエーハに対して平行に配置されているので、ウエーハの表面に形成したエピタキシャル膜の膜厚分布が不均一になり、このためにデバイスの製造歩留が低下するといった問題があった。
【００１１】
上記の枚葉炉を使用したウエーハのエピタキシャル成長方法において、ウエーハの表面に形成したエピタキシャル膜の膜厚分布が不均一になる理由は、次のとおりである。
【００１２】
すなわち、エピタキシャル膜形成室の上側ドームの内面が、エピタキシャル膜形成室内に水平状態に配置されたサセプターおよびサセプターの上面に載置されたウエーハに対して平行に配置されているので、サセプターの上面に載置されたウエーハの表面と上側ドームの内面との間の空間の容積は、ウエーハの表面上のいずれの部分においても一定となる。従って、ウエーハの表面上において、エピタキシャル膜形成室内へのガス供給口の近傍においても、エピタキシャル膜形成室外へのガス排出口の近傍においても、ウエーハの表面と上側ドームの内面との間の空間の容積は一定となる。
【００１３】
上記のとおり、容積が一定である、ウエーハの表面と上側ドームの内面との間の空間に、ガス供給口を通して反応ガスを導入した場合、反応ガス中のＳｉＨＣｌ３等のシリコンソースおよび微量に混合したドーパントの濃度は、反応ガス中のシリコンソースおよびドーパント成分がウエーハの表面を通過する際にエピタキシャル膜の形成に消費されるため、ガス供給口からガス排出口に向かうにつれて低下する。その結果、エピタキシャル膜の膜厚のバラツキが増大する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ウエーハの表面に形成したエピタキシャル膜の厚みを均一にすることができるようなエピタキシャル成長装置を提供することを目的としている。
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明のエピタキシャル成長装置は、エピタキシャル膜形成室の上部に設置された上側ドームの内面が、エピタキシャル膜形成室内に原料ガスおよびキャリアガスを供給するガス供給口から、エピタキシャル膜形成室内から原料ガスおよびキャリアガスを排出するガス排出口に向かって、下向きに傾斜して配置されていることを特徴とする。
【００１６】
ここで、エピタキシャル膜形成室内に水平状態に配置されたサセプタ−およびこのサセプター上に載置された半導体ウエーハに対する上側ドームの内面の傾斜角度をαとした場合、αは０度を超えかつ５度以下であることが好ましい。
【００１７】
αが０度の場合は、エピタキシャル膜形成室の上側ドームの内面が、エピタキシャル膜形成室内に水平状態に配置されたサセプターおよびサセプターの上面に載置されたウエーハに対して平行に配置されているので、サセプターの上面に載置されたウエーハの表面と上側ドームの内面との間の空間の容積は、ウエーハの表面上のいずれの部分においても一定となる。従って、ウエーハの表面上において、エピタキシャル膜形成室内へのガス供給口の近傍においても、エピタキシャル膜形成室外へのガス排出口の近傍においても、ウエーハの表面と上側ドームの内面との間の空間の容積は一定となる。このため、ウエーハの表面と上側ドームの内面との間の空間に、ガス供給口を通して反応ガスを導入した場合、反応ガス中のＳｉＨＣｌ３等のシリコンソースおよび微量に混合したドーパントの濃度は、反応ガス中のシリコンソースおよびドーパント成分がウエーハの表面を通過する際にエピタキシャル膜の形成に消費されるため、ガス供給口からガス排出口に向かうにつれて低下する。その結果、ウエーハの表面に形成されたエピタキシャル膜の膜厚のバラツキが増大する。
【００１８】
一方、αが５度より大きい場合には、ウエーハの表面と上側ドームの内面との間の空間の容積が、エピタキシャル膜形成室内へのガス供給口の近傍からエピタキシャル膜形成室外へのガス排出口の近傍に向かって急激に減少する結果、エピタキシャル膜形成室内において、反応ガスの流れに乱れが生じる。この結果、ウエーハの表面に形成されたエピタキシャル膜の膜厚のバラツキが増大する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るエピタキシャル成長装置を用いて半導体ウエーハの表面にエピタキシャル膜を形成することにより、半導体ウエーハの表面に形成されたエピタキシャル膜の膜厚のバラツキを低減することができる。その結果、このような半導体ウエーハから製造されるデバイスの歩留が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るエピタキシャル成長装置に関する実施の形態を図に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本発明に係るエピタキシャル成長装置を模式的に示した断面図であり、後述する特徴的な上側ドームを採用する以外は、図２で説明した従来のエピタキシャル成長装置と同じ装置構成、同じ符号であり、各部材の符号の説明を省略する。
【００２１】
図１に示すように、本発明に係るエピタキシャル成長装置は、エピタキシャル膜形成室２の上部に設置された上側ドーム３の内面３ａが、エピタキシャル膜形成室２内に原料ガスおよびキャリアガスＧを供給するガス供給口１２から、エピタキシャル膜形成室２内から原料ガスおよびキャリアガスＧを排出するガス排出口１３に向かって、下向きに傾斜して配置されている。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明および比較例のエピタキシャル成長装置を用いて半導体ウエーハの表面にエピタキシャル膜を形成した結果について説明する。本実施例ではシリコンウエーハの表面にエピタキシャル膜を形成する場合について説明を行うが、半導体ウエーハの材質はシリコンウエーハに限定されるものではない。
【００２３】
本発明実施例および比較例共に、直径２００ｍｍ、主表面の面方位（１００）、比抵抗１５ｍΩｃｍのＰ＋＋型のシリコン単結晶ウエーハを用い、１１５０℃で２０秒間の水素ベーク後に、シリコンソースであるＳｉＨＣｌ３およびボロンドーパントソースであるＢ２Ｈ６を水素ガスで希釈した混合反応ガスをエピタキシャル成長装置内に供給し、エピタキシャル成長温度１０７５℃で、膜厚が約４μｍ、比抵抗が１０ΩｃｍのＰ型のエピタキシャル膜を上記ウエーハの表面上に成長させた。エピタキシャル膜の成長速度は１μｍ／ｍｉｎ、２μｍ／ｍｉｎおよび３μｍ／ｍｉｎの３種類とし、ガス流れと平行方向におけるエピタキシャル膜のバラツキを測定した。また、それぞれのエピタキシャル膜の成長速度における繰り返し回数は２回とした。
【００２４】
本発明実施例では、図１に示すような構成の枚様式エピタキシャル成長装置を用い、サセプタ−およびサセプター上に載置された半導体ウエーハに対する上側ドームの内面の傾斜角度αは２度とした。また、比較例では、図２に示すような構成の枚様式エピタキシャル成長装置を用いた。
【００２５】
本発明実施例および比較例に基いて、直径が２００ｍｍの半導体用シリコンウエーハの表面にエピタキシャル膜を形成した結果を、それぞれ図３および図４に示す。
【００２６】
図３および図４から明らかなように、本発明実施例によれば、いずれのエピタキシャル膜の成長速度においても、ガス流と平行方向におけるエピタキシャル膜の膜厚のバラツキは、比較例に比べて小さいことがわかる。
【００２７】
本発明のエピタキシャル成長装置を用いて半導体ウエーハの表面にエピタキシャル膜を形成することによって、エピタキシャル膜の膜厚のバラツキを低減することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係るエピタキシャル成長装置を用いて半導体ウエーハの表面にエピタキシャル膜を形成することにより、半導体ウエーハの表面に形成されたエピタキシャル膜の膜厚のバラツキを低減することができる。その結果、このような半導体ウエーハから製造されるデバイスの歩留が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る、エピタキシャル成長装置を模式的に示した図である。
【図２】従来のエピタキシャル成長装置を模式的に示した図である。
【図３】本発明実施例におけるエピタキシャル膜の膜厚のバラツキを示した図である。
【図４】比較例におけるエピタキシャル膜の膜厚のバラツキを示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  エピタキシャル成長装置
２  エピタキシャル膜形成室
３  上側ドーム
３ａ  上側ドームの内面
４  下側ドーム
５  ドーム取付体
６  ハロゲンランプ
７  回転軸
８  支持アーム
９  昇降ピン
１０  サセプター
１０ａ  貫通孔
１１  リフトアーム
１２  ガス供給口
１３  ガス排出口
Ｇ  ガス
Ｗ  半導体ウエーハ
α  サセプタ−およびサセプター上に載置された半導体ウエーハに対する上側ドームの内面の傾斜角度
【図１】
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【図２】
2005259922.tif 000004
【図３】
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【図４】
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