(57)【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、該チャンバの一端側に備えられて前記チャンバ内にガスを供給するガス供給口と、前記チャンバの他端側に備えられて前記チャンバからガスを排出するガス排出口とが少なくとも備えられてなるエピタキシャル成長装置であり、
前記ガス供給口の断面形状のうち、ウェーハ法線方向となる高さ方向寸法が、高さ均一なガス供給口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速を制御するように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して設定する際に、
高さ均一なガス供給口でウェーハに成膜したエピタキシャル膜の膜厚分布におけるガス供給口幅方向位置に対する形状を上下反転した形状に合わせてガス供給口高さ寸法を設定することを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項２】
前記ガス供給口の断面形状が、前記幅方向に分割された複数の幅領域ごとに前記高さ寸法が設定されてな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。
【請求項３】
請求項１または２記載のエピタキシャル成長装置の製造方法であって、
高さ均一なガス供給口としてウェーハにエピタキシャル膜を成膜して、該エピタキシャル膜の膜厚分布を測定する工程と、
前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して、膜厚分布を補償するガス流速に対応して前記ガス供給口の高さ寸法を設定する工程と、
と有することを特徴とするエピタキシャル成長装置の製造方法。
【請求項４】
前記ガス供給口の高さ寸法を設定する工程において、
前記エピタキシャル膜の膜厚分布のグラフにおける膜厚の極値を求め、
これらの極値のうち、となりあう極値の各中間点および膜厚分布の端点を高さ設定点とし、
前記極値のうち、極大値と極小値との差を１とするとともに、極小値から各高さ設定点までの差をｈとし、かつ、前記幅方向に均一なガス供給口高さ寸法をＨ０  、該幅方向に均一なガス供給口高さ寸法Ｈ０  に対するガス供給口高さ寸法の設定幅をｈ０  としたとき、
前記各高さ設定点に対応する部分の高さ寸法が、式（１）
Ｈ＝Ｈ０  ＋（１−２ｈ）×（Ｈ０  ×ｈ０  ）  ・・・（１）
によって設定されることを特徴とする請求項３記載のエピタキシャル成長装置の製造方法。
【請求項５】
前記ガス供給口の断面形状として、前記幅方向に分割された複数の幅領域ごとに前記高さ寸法を設定することを特徴とする請求項４記載のエピタキシャル成長装置の製造方法。
【請求項６】
前記ガス供給口の断面形状を設定する工程において、
エピタキシャル成長させるウェーハ上を流れるガスの流速を、ガス供給口幅方向位置において、エピタキシャル膜の膜厚の薄いところでは増やし、エピタキシャル膜の膜厚の厚いところでは減らすようにガス供給口高さ寸法を設定し、膜厚分布を補償することを特徴とする請求項３記載のエピタキシャル成長装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、枚様式のエピタキシャル成長装置およびその製造方法、エピタキシャルウェーハに係り、特にエピタキシャル膜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、シリコンウェーハ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。
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。また、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。
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。
【０００３】
このように、エピタキシャル膜厚の均一性を向上しようとする技術として以下のものが知られていた。
【特許文献１】特開平６−２３２０６０号公報
【特許文献２】特開２００２−４３２３０号公報
【０００４】
上記の特許文献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。
このように、従来では、炉内ガス流れの調整方法としては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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
しかしながら、従来のエピタキシャル製造装置ではウェーハ上部空間を流れるガス流速が、流れ水平方向に異なっているため、膜厚の不均一性が平坦度悪化を引き起こしていた。従来のメインガスの流入機構は、特許文献１のように、ウェーハの中心部と外周部付近の膜厚をコントロールするために２系統に分かれているものが主流であるが、ガスの調整は、ウェーハ中心部と外周部と２系統のみのため、複雑な膜厚分布を調整するには不十分であり、面内全体の膜厚を均一にすることはこれだけでは困難な状態となっている。
【０００６】
また、実際のエピタキシャル成長装置には、ガスのウェーハ面内方向分布や、温度分布が生じているため、これらが原因となり、膜厚の均一性が向上できない、さらに、特に枚葉式のエピタキシャルウェーハ製造装置では、各実機または各機種ごとに機差があり、それぞれの実機ごとにガス流速、ガス供給量等を変化させることが必要であり、ガス流速制御等に多大な作業量を要するためこれを改善したいという要求があった。
さらに、特許文献１または特許文献２のように、複数のノズルによって直接チャンバ内にガスを供給すると、ノズル形状に依存してガス流れの跡が付くように帯状に平坦度が悪化して、膜厚の均一性が低下する場合があり、制御の困難性が高いという問題があった。
また、特許文献１のように、ウェーハ中心側のinガスとウェーハ外側のoutガスとをそれぞれ制御する場合において、これらin/outガスが途中で交じり合わないように仕切り板（整流板等）を設けた際、この仕切り板を入れることにより、仕切り板近傍でのガス流れが変化してしまい、ウェーハ膜厚分布に悪影響をもたらすことがあった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決する為になされたものであり、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ことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、上記の従来のエピタキシャル成長装置においてエピタキシャル膜厚分布の乱れが生じる原因を追求した結果、ウェーハ上方空間を流れるガス流速がウェーハ面内で流れ垂直方向に異なっているためであることが分かった。
しかも、このようなガス流速を均一化するために複数のノズルを設けたり、整流板のような構成を用いると、発生するガス流の乱れがウェーハ面上まで達し、よけい膜厚分布が乱れる可能性がある。したがって、枚葉式エピタキシャル成長装置では、実際のエピタキシャル膜厚に合わせてガス流速を制御することが重要である。
【０００９】
このような知見から、本発明のエピタキシャル成長装置においては、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、該チャンバの一端側に備えられて前記チャンバ内にガスを供給するガス供給口と、前記チャンバの他端側に備えられて前記チャンバからガスを排出するガス排出口とが少なくとも備えられてなるエピタキシャル成長装置であり、
前記ガス供給口の断面形状のうち、ウェーハ法線方向となる高さ方向寸法が、高さ均一なガス供給口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速を制御するように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して設定する際に、
高さ均一なガス供給口でウェーハに成膜したエピタキシャル膜の膜厚分布におけるガス供給口幅方向位置に対する形状を上下反転した形状に合わせてガス供給口高さ寸法を設定することを特徴とする。
本発明の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、該チャンバの一端側に備えられて前記チャンバ内にガスを供給するガス供給口と、前記チャンバの他端側に備えられて前記チャンバからガスを排出するガス排出口とが少なくとも備えられてなるエピタキシャル成長装置であり、
前記ガス供給口の断面形状のうち、ウェーハ法線方向となる高さ方向寸法が、高さ均一なガス供給口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速を制御するように、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なることにより上記課題を解決した。
本発明は、前記ガス供給口の断面形状が、前記幅方向に分割された複数の幅領域ごとに前記高さ寸法が設定されてなることが好ましい。
また、前記ガス供給口の前記高さ寸法の設定幅ｈ０  が、膜厚分布を補償する際の高さ均一なガス供給口における高さ寸法の−３０％〜＋３０％程度の範囲とされてなることもある。
本発明のエピタキシャル成長装置の製造方法においては、上記のいずれか記載のエピタキシャル成長装置の製造方法であって、
高さ均一なガス供給口としてウェーハにエピタキシャル膜を成膜して、該エピタキシャル膜の膜厚分布を測定する工程と、
前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して、膜厚分布を補償するガス流速に対応して前記ガス供給口の高さ寸法を設定する工程と、
と有することにより上記課題を解決した。
本発明は、前記ガス供給口の高さ寸法を設定する工程において、
前記エピタキシャル膜の膜厚分布のグラフにおける膜厚の極値を求め、
これらの極値のうち、となりあう極値の各中間点および膜厚分布の端点を高さ設定点とし、
前記極値のうち、極大値と極小値との差を１とするとともに、極小値から各高さ設定点までの差をｈとし、かつ、前記幅方向に均一なガス供給口高さ寸法をＨ０  、該幅方向に均一なガス供給口高さ寸法Ｈ０  に対するガス供給口高さ寸法の設定幅をｈ０  としたとき、
前記各高さ設定点に対応する部分の高さ寸法が、式（１）
Ｈ＝Ｈ０  ＋（１−２ｈ）×（Ｈ０  ×ｈ０  ）  ・・・（１）
によって設定されることが好ましい。
さらに、本発明は、前記ガス供給口の断面形状として、前記幅方向に分割された複数の幅領域ごとに前記高さ寸法を設定することができる。
本発明のエピタキシャル成長装置の製造方法は、前記ガス供給口の断面形状を設定する工程において、
エピタキシャル成長させるウェーハ上を流れるガスの流速を、ガス供給口幅方向位置において、エピタキシャル膜の膜厚の薄いところでは増やし、エピタキシャル膜の膜厚の厚いところでは減らすようにガス供給口高さ寸法を設定し、膜厚分布を補償することができる。
本発明のエピタキシャルウェーハは、上記の何れか記載のエピタキシャル成長装置、または、上記のいずれか記載の製造方法により製造されたエピタキシャル成長装置により製造された手段を採用することができる。
【００１０】
本発明のエピタキシャル成長装置においては、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、該チャンバの一端側に備えられて前記チャンバ内にガスを供給するガス供給口と、前記チャンバの他端側に備えられて前記チャンバからガスを排出するガス排出口とが少なくとも備えられてなる枚葉式のエピタキシャル成長装置であり、
前記ガス供給口の断面形状のうち、ウェーハ面内方向となる幅方向寸法がウェーハ全面に前記ガスを供給できる寸法とされ、
前記ガス供給口の断面形状のうち、ウェーハ法線方向となる高さ方向寸法が、高さ均一なガス供給口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速を制御するように、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なることにより、エピタキシャル成長させるウェーハ上を流れるガスの流速をエピタキシャル膜の膜厚に対応して増減することが可能となり、これにより、膜厚の薄いところではガス流速を増やし、膜厚の厚いところではガス流速を減らすように供給ガスをチャンバ内に供給できるので、エピタキシャル成長する膜の膜厚をより一層均一化することが可能となる。
【００１１】
なお、チャンバが平面視略円形であるエピタキシャル成長装置の場合には、反応ガスが導入されウェーハ上方空間へガスが流れ込む間に、その反応ガス通過部に垂直衝突壁面と水平衝突壁を持ち、その水平衝突壁面の高さが円周方向に異なることになる。
さらに、チャンバ流入位置からチャンバ外側方向へガス流方向に所定の長さ寸法を持って前記ガス供給口断面形状が維持されることができる。チャンバが平面視略円形の場合には、その径方向に前記ガス供給口断面形状が維持される。
実際には、このガス供給口は、後述するように、中リング部上面と、この中リング部と組み合わせてチャンバを形成する上ドーム部の対応する位置に形成された溝（切欠）とからなり、この溝の形成状態を調整することでガス供給口の断面形状が設定される。これ以外にも、別部材としての供給口が設けられることや、チャンバを構成する部材に貫通孔を設けてガス供給口をすること、上ドーム部と中リング部のみならず、他の構成要素等も組み合わせてガス供給口を構成することも可能である。
【００１２】
本発明は、前記ガス供給口の断面形状が、前記幅方向に分割された複数の幅領域ごとに前記高さ寸法が設定されてなることにより、石英等からなるガス供給口を形成する構成部材における加工性低下を防止しつつガス流速制御をおこなうことが可能となるため、低コストで膜厚の均一なエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【００１３】
本発明の前記ガス供給口の前記幅領域数が例えば１１に設定されてなることにより、後述するように、ガス供給口が、ウェーハ中心側と周縁側とにガスを供給する２系統として幅方向に３分割され、かつ、図６のような膜厚分布を補償する際には各領域の高さ寸法を設定することを容易におこなうことができる。
また、前記ガス供給口の前記高さ寸法の設定幅ｈ０  が、膜厚分布を補償する際の高さ均一なガス供給口における高さ寸法の−３０％〜＋３０％程度の範囲とされてなることにより、ガス流速を制御して膜厚分布を充分補償することが充分可能となる。
【００１４】
本発明のエピタキシャル成長装置の製造方法においては、高さ均一なガス供給口としてウェーハにエピタキシャル膜を成膜して、該エピタキシャル膜の膜厚分布の膜厚分布を測定する工程と、
前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して、膜厚分布を補償するガス流速に対応して前記ガス供給口の高さ寸法を設定する工程と、
と有することにより、実際のエピタキシャル成長装置において生じる成膜したエピタキシャル成長した膜厚の不均一は、温度、ガス量、乱流、その他、多数の原因が考えられるが、上記のように、実際に成膜する工程と、この成膜データに基づいてガス供給口高さを設定してガス流速を制御することにより、たとえどのような原因であろうと、エピタキシャル膜厚の増減を補償することが可能となり、膜厚均一性を飛躍的に向上することができる。しかも、このようなガス流速を均一化するために複数のノズルを設けたり、整流板のような構成を追加することなく実際のエピタキシャル膜厚に合わせてガス流量を制御することが可能となる。
【００１５】
本発明は、前記ガス供給口の高さ寸法を設定する工程において、
前記エピタキシャル膜の膜厚分布のグラフにおける膜厚の極値を求め、
これらの極値のうち、となりあう極値の各中間点および膜厚分布の端点を高さ設定点とし、
前記極値のうち、極大値と極小値との差を１とするとともに、極小値から各高さ設定点までの差をｈとし、かつ、前記幅方向に均一なガス供給口高さ寸法をＨ０  、該幅方向に均一なガス供給口高さ寸法Ｈ０  に対するガス供給口高さ寸法の設定幅をｈ０  としたとき、
前記各高さ設定点に対応する部分の高さ寸法が、式（１）
Ｈ＝Ｈ０  ＋（１−２ｈ）×（Ｈ０  ×ｈ０  ）  ・・・（１）
によって設定されることにより、より容易にガス供給口の高さを設定し、実際のエピタキシャル膜厚に合わせてガス流量を制御することが可能となる。
【００１６】
ガス供給口の断面形状は、矩形の断面形状を基本として、この基本形のガス供給口において試験的にエピタキシャル膜を成長させ、この膜厚分布を縦軸とし、ガス供給口幅方向位置すなわちウェーハ径方向を横軸として、膜厚分布をグラフにする。そして、この膜厚分布のグラフを上下反転した形状に合わせてガス供給口高さ寸法とすることができる。この際、エピタキシャル成長装置の製造上、部品の加工容易性などから底側は直線とし、上側を前記グラフに対応した曲線にすることが好ましい。この方法が膜厚分布を補償するためには理想型であるといえる。
【００１７】
実際には、加工の容易性などから複数の幅方向に複数分割された幅領域ごとに、高さ寸法を設定することが好ましい。これは、チャンバに近接するガス供給口は、チャンバ内と同程度かそれに近いぐらい温度が高くなるため、ガス供給口となる部品はチャンバを構成する部品と同様石英製とされることが多く、これらは研削によって形状を形成するが、このように切削によって部品を形成する製造の際には、膜厚分布に対応したような複雑な曲面として形成することが難しいからである。
【００１８】
具体的には、枚葉式のエピタキシャル成長装置は、石英製の上ドーム部と、この上ドーム部と組み合わせてチャンバを形成する下ドーム部との間にサセプタの外側に位置するリング状の中リング部が設けられ、これら上ドーム部、中リング部、下ドーム部により概略チャンバが構成されている。
そして、均一高さ寸法のガス供給口の場合、上ドーム部の下面端部に切欠となる溝を形成して、この溝を中リング部の上平面と組み合わせることでガス供給口が形成される。
【００１９】
したがって、上述したように高さ寸法を設定するためには、上ドーム部に形成する溝の形状を前述した高さ寸法の設定にしたがって設定し、中リング部の上面はフラットのままにすることができる。もちろん、上ドーム部の溝形状はフラットなままで、中リング部の上面に上ドーム部の溝に対応して上述した高さ寸法となるように溝を形成することもできる。
【００２０】
なお、メインガスが垂直壁に衝突後、炉内へと流入するエピタキシャル成長装置については、その流入口の天井部分高さを複数の領域で変更し、ガス流量をコントロールすることによりウェーハのエピ膜厚均一性を向上させることができる。
【００２１】
したがって、本発明は、前記ガス供給口の断面形状として、前記幅方向に分割された複数の幅領域ごとに前記高さ寸法を設定することが好ましい。
【００２２】
各幅領域においては、それぞれの領域に対応する高さ設定点において式（１）で設定された高さ寸法とすることができる。
【００２３】
ガス供給口が、ウェーハの中心側と周辺側とに対応して２系統に分割されている場合、つまり、幅方向に外側部、中側部、外側部、と３分割されている場合には、極大値に対応する幅領域を中側部の最外側に対応するよう設定し、これ以外の残りの幅領域は等幅で分割するものとする。一般的に、高さ寸法均一なガス供給口を有するエピタキシャル成長装置においては、図６に黒丸●で示すような「２つ山形状」のような膜厚分布となることが多いが、この場合、幅領域の分割数が１１となる。
【００２４】
さらに、より大口径のウェーハを処理する場合などにおいては、分割数を１１以上にし、かつ、この分割数に対応するように多数の高さ設定点を膜厚分布のグラフ上で設定し、それぞれの高さ設定点において、式（１）によって高さ寸法を設定することができる。
【００２５】
さらに詳細には、前記ガス供給口の高さ寸法を設定する工程において、まず、図６に黒丸●で示すように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布のグラフを描画する。図６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。
次いで、図６のグラフを模式的に示した図７（ａ）に示すように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布のグラフにおける膜厚の極値を求め、各極値をとおるように破線を水平に引く。
次いで、図７（ｂ）に示すように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布のグラフにおいて、これらの極値のうちとなりあう極値の各中間点および膜厚分布の端点を高さ設定点とし、図７（ｂ）に示すように、各高さ設定点をとおる実線を水平に引く。
前記極値のうち、最小極値の値、つまり、膜厚最小値に当たる水平線を基準線として、極大値と極小値との差、つまり、最大膜厚値と最小膜厚値の差となる高さ寸法を１とするとともに、極小値から各高さ設定点までの高さ寸法の差をｈとする。
ガス供給口の幅方向分割数と、各高さ基準点の数とを同数に設定するとともに、エピタキシャル膜の膜厚分布の膜厚分布を測定する工程において使用したエピタキシャル製造装置における前記幅方向に均一なガス供給口高さ寸法をＨ０  とし、該幅方向に均一なガス供給口高さ寸法Ｈ０  に対するガス供給口高さ寸法の設定幅（最大変化絶対値）をｈ０  としたとき、
前記各高さ設定点に対応する部分の高さ寸法を、式（１）
Ｈ＝Ｈ０  ＋（１−２ｈ）×（Ｈ０  ×ｈ０  ）  ・・・（１）
によって設定されるＨとなるようにするものである。
【００２６】
なお、上記のようにガス供給口の高さを設定することによって、膜厚を補償するようにガス流量を設定した場合、複数のエピタキシャル成長装置において、同一の供給ガスレシピによって装置を制御することが可能となるため、複数のエピタキシャル成長装置において同時に膜厚均一性を同じレベルに制御することができる。
【００２７】
本発明のエピタキシャルウェーハは、上記の何れか記載のエピタキシャル成長装置、または、上記のいずれか記載の製造方法により製造されたエピタキシャル成長装置により製造された手段を採用することにより、エピタキシャル膜の均一なエピタキシャルウェーハを容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、上記のようにガス供給口の高さを設定することによって、膜厚を補償するようにガス流量を設定し、ウェーハのエピタキシャル膜厚均一性を向上させ、エピタキシャル膜の均一なエピタキシャルウェーハを容易に得ることができるという効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態におけるエピタキシャル成長装置を示す模式側断面図、図２は、図１におけるｘ矢視した本実施形態におけるエピタキシャル成長装置を示す模式平断面図、図３は、図２におけるガス供給口をｙ方向からみた斜視図、図４は、ガス供給口が均一高さとされた場合の図２におけるガス供給口をｙ方向からみた正面図、図５は、ガス供給口が高さ設定された場合の図２におけるガス供給口をｙ方向からみた正面図であり、図において、符号１は、エピタキシャル成長装置である。
【００３０】
本実施形態におけるエピタキシャル成長装置１は、図１、図２に記載するように、上ドーム部７と下ドーム部９とこれらの間に設けられた中リング部８とからチャンバが構成され、該チャンバ内には、ウェーハ１２を保持するサセプタ１１が、チャンバ内をガス流路（チャンバ内上部）２とチャンバ内下部３にウェーハ１２で分けるように設けられる。
サセプタ１１はサセプタ支持部１６により回転可能に支持され、サセプタ支持部１６は、チャンバ外部の図示しない回転駆動機構により回転可能とされている。チャンバ外側の上ドーム部７の上側位置および下ドーム部９の下側には赤外線ランプ１５，１５がウェーハ１２加熱用に複数設けられている。サセプタ１１の外側には余熱リング１０が設けられ、余熱リング１０の上面はサセプタ１１上のウェーハ１２の表面と略同一面となるようになっている。なお、上ドーム部７が、さらに上下２つに分解される構造も可能である。
【００３１】
中リング部８は、厚みを有する略円筒形状石英部材とされ、その上面８１が平面状とされる。この中リング部８には、ガス流路２の上流側と下流側となる位置で上面８１外周側に、底面８２，８３が略水平面とされかつ外周と同心の垂直曲面８４，８５を有する切欠８６，８７が設けられている。この切欠８６，８７は、中リング部８の径方向に均一な寸法を有し、中リング部８の周方向には、ガス流路２の幅方向にウェーハ１２の径寸法と同程度かやや大きい程度に設定されており、これにより、後述するようにガス流供給口のガス流路２幅方向に、ウェーハ１２全面にガスを供給可能とされている。
中リング部８の内周上側には、余熱リング１０により中リング部８とサセプタ１１との間でチャンバ内上部２とチャンバ内下部３とを分離しつつ、余熱リング１０中リング部８の上面８１と余熱リング１０上面とが略同一平面となるように余熱リング１０を載置する凸部８８が周設されている。
【００３２】
上ドーム部７は、上方が一体となった蓋部で閉じられた中リング部８と同径で同幅の円筒形状石英部材とされ、下端面７１は中リング８上面８１と密着される平面状とされる。
この上ドーム部７には、中リング部８の切欠８６，８７に対応する円周位置には、底面８２，８３および垂直曲面８４，８５にそれぞれ対向する天井面７２，７３および垂直曲面７４，７５を有する切欠７６，７７が円周内側に設けられている。切欠７６，７７の外周位置では、下端面７１ａが下端面７１よりも下側に突出されている。
【００３３】
これらの切欠７６，８６が組み合わされることにより、図１〜３に示すように、底面８２、垂直曲面８４、垂直曲面７４、天井面７２、および、上面８１の一部で囲まれたガス供給口が形成される。このガス供給口は、中リング部８の外周位置と内周位置とで、ガスを流入および放出する高さ位置が異なり、下側から流入されたガスが、ガス衝突壁面（垂直曲面）８４に衝突して拡散し、流量調節面（天井面）７２により流量を調節されるようになっている。
同様に切欠７７，８７が組み合わされることにより、底面８３、垂直曲面８５、垂直曲面７５、天井面７３、および、上面８１の一部で囲まれたガス排出口が形成され、中リング部８の外周位置と内周位置とで、ガスを流入および放出する高さ位置が異なるようになっている。
【００３４】
ガス供給口には、図１，図２に示すように、ガス流路２の幅方向に２つに分割された導入側整流部材６が接続され、この導入側整流部材６には穴付きバッフル５、ガス導入部材４を介して、イン側流量調節器１７の設けられたイン側導入配管１９、アウト側流量調節器１８の設けられたアウト側導入配管２０が接続されている。イン側導入配管１９，アウト側導入配管２０は、図示しないガス供給手段に接続されたガス導入管２１から分岐している。
ガス排出口には、排気側整流部材１３が接続され、この排気側整流部材１３には、ガス排気部材１４を介して図示しないガス排気手段が接続されている。なお、図２においては、ガス導入部材４、ガス排気部材１４は省略している。
【００３５】
また、ガス供給口の下側のガス流入位置となる底面８２には、図２〜図５に示すように、垂直方向かつガス流速方向に延在するガス供給口仕切り板８ａ，８ｂが設けられる。このガス供給口仕切り板８ａ，８ｂの上端は中リング部８の上面８１と面一となるように設けられており、ガス排出口のチャンバに開口した部分の形状としては、複数に分割されることなく１つとなっている。
さらに、導入側整流部材６にも、これらガス供給口仕切り板８ａ，８ｂに連続して整流部材仕切り板６ａ，６ｂが設けられて、ウェーハ１２の中心側（イン側）および、ウェーハ１２の外周側（アウト側）に供給するガスを別々に送り込むように分離されている。
【００３６】
前記ガス供給口の断面形状のうち、チャンバに開口する位置における断面形状は、その高さ寸法が以下のように設定されている。
具体的には、ウェーハ１２法線方向（上下方向）となる高さ方向寸法が、図４に示すように、高さ均一なガス供給口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、成膜するエピタキシャル膜の膜厚が均一化するようにガス流量を制御可能として、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。
本実施形態では、図５に示すように、ガス供給口の流量調節面（天井面）７２が、エピタキシャル膜の膜厚分布を補償するようにガス流量を制御可能な形状になっている。
【００３７】
このようなガス供給口の形状、具体的には、ガス供給口の流量調節面（天井面）７２の設定は以下のようにおこなわれる。
まず、エピタキシャル成長装置１において、図４に示すように、高さ均一なガス供給口を有する状態として、ウェーハにエピタキシャル膜を成膜して、該エピタキシャル膜の膜厚分布の膜厚分布を測定する工程と、次いで、前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して、膜厚分布を補償するガス流量に対応して前記ガス供給口の高さ寸法を設定する工程と、と有するものである。
【００３８】
このようなガス供給口の断面形状は、図４に示す矩形の断面形状を基本として、この基本形のガス供給口において試験的にエピタキシャル膜を成長させ、図６に黒丸●で示すように、この膜厚分布を縦軸とし、ガス供給口幅方向位置すなわちウェーハ径方向を横軸として、前記エピタキシャル膜の膜厚分布のグラフを描画する。
図６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。
そして、理想的には、この膜厚分布のグラフを上下反転した形状に合わせてガス供給口高さ寸法とする、すなわち、底面８２側は平面とし、流量調節面（天井面）７２側を前記グラフに対応した曲線にすることができるが、石英製の中リング部８や上ドーム部７を加工するためには、曲面から形成される部品を製造することは困難性を有するので、実際には、以下のように流量調節面７２の形状を設定する。
【００３９】
次いで、前記ガス供給口の高さ寸法を設定する工程において、図６のグラフを模式的に示した図７（ａ）に示すように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布のグラフにおける膜厚の極値を求め、各極値をとおるように破線を水平に引く。
次いで、図７（ｂ）に示すように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布のグラフにおいて、これらの極値のうちとなりあう極値の各中間点および膜厚分布の端点を高さ設定点とし、図７（ｂ）に示すように、各高さ設定点をとおる実線を水平に引く。
図７（ｃ）に示すように、前記極値のうち、最小極値の値、つまり、膜厚最小値に当たる水平線を基準線として、極大値と極小値との差、つまり、最大膜厚値と最小膜厚値の差となる高さ寸法を１とするとともに、極小値から各高さ設定点までの高さ寸法の差をｈ（０≦ｈ≦１）とする。
【００４０】
ガス供給口の幅方向分割数と、各高さ基準点の数とを同数に設定するとともに、エピタキシャル膜の膜厚分布の膜厚分布を測定する工程において使用したエピタキシャル製造装置における前記幅方向に均一なガス供給口高さ寸法をＨ０  とし、該幅方向に均一なガス供給口高さ寸法Ｈ０  に対するガス供給口高さ寸法の設定幅（最大変化絶対値）をｈ０  としたとき、
前記各高さ設定点に対応する部分の高さ寸法を、式（１）
Ｈ＝Ｈ０  ＋（１−２ｈ）×（Ｈ０  ×ｈ０  ）  ・・・（１）
によって設定されるＨとなるようにし、図５に示すように、ガス供給口の流量調節面（天井面）７２形状によりガス流量を制御して、エピタキシャル膜の膜厚分布を補償するものである。
【００４１】
さらに、図６および図７に示すような「二つ山形状」のグラフになる場合、さらに、極大値にあたる幅領域をガス供給口仕切り板８ａ，８ｂの内側になるように設定することが好ましく、この際、残りの部分を幅方向に均等割りして幅領域を分割設定する。
上記の手順に従うと幅領域の分割数は最低でも１１となる。
また、設定の容易性を確保するために、各領域の高さ設定値ｈを厳密にグラフに対応して決定しなくてもよく、例えば、
Ｈ０  、Ｈ０  ±ｈ１１、Ｈ０  ±ｈ０１（ｈ０１＞ｈ１１）という５種類の値や、
Ｈ０  、Ｈ０  ±ｈ０１という３種類の値に分類して設定する、つまり、グラフから選択された複数の値を当てはめて設定することができる。
本実施形態の場合には、各幅領域において、Ｈ０  を５ｍｍとし、プラスｈ０を０．２（２０％）として、各幅領域を、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍの３種類の高さに設定し、プラスｈ０１＝１ｍｍとした。
【００４２】
本願発明のエピタキシャル成長装置１においては、エピタキシャル成長する際には、ウェーハ１２がサセプタ１１上に載置され、サセプタ支持具１６により一定の回転数で回転される。
次いで、ガス導入管２１より原料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１９，アウト側導入配管２０に分岐後、イン側流量調節器１７，アウト側流量調節器１８にてガス流量が調整される。その後、供給ガスは、ガス導入部材４、穴付きバッフル５、導入側整流部材６を通り、中リング部８のガス衝突壁面８４で拡散し、さらにチャンバ上部天井面７２でガス流路２内へと向きを変えられウェーハ１２上を流れる。
この状態で、赤外線ランプ１５を点灯させることによりウェーハ１２、サセプタ１１、リング１０を加熱し、ウェーハ１２のガス流路（チャンバ内上部）２を供給ガスが通過する際、ウェーハ１２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。
【００４３】
図３に示すように、通常、穴付きバッフル５を通過したイン側ガス２３、アウト側ガス２２，２４は、中リング部８のガス衝突壁面８４で拡散した後、上ドーム部７と中リング部８の隙間を通ってチャンバ内へと流れる。チャンバ内へ流入する部分における流量調節面（天井面）７２と上面８１との間の距離すなわちガス供給口の開口部の高さは、図４に示す円周方向に同じ高さのガス供給口を有する場合の膜厚を補償するように図５に示す円周方向に分割された幅領域ごとに高さが異なって設定されているので、これにより、供給ガスは、チャンバ内のウェーハ１２に、均一なエピタキシャル膜を成長することができる。
【００４４】
本実施形態では、図６に示すように流量調節面７２の上面８１からの高さが各領域で異なっていることにより、上ドーム部７と中リング部８の間を流れてきたイン側ガス２３、アウト側ガス２２，２４の流量を調整し、各ゾーン内で生じていたガス流れの乱れを調整し、ウェーハ１２に成膜するエピタキシャル膜の膜厚均一性を向上させることができる。
【００４５】
（実験例）
本発明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４に示す円周方向に同じ高さのガス供給口を有する装置によって成膜した場合を実験例１とし、図５に示す円周方向に分割された幅領域ごとに高さが異なって設定されたガス供給口を揺する装置によって成膜した場合を実験例２とする。実験例２は、実験例１の結果によってガス供給口の高さ設定を変えてある。
これらの結果を図６に示す。
【００４６】
なお、実験例の諸元は以下のとおりである。
図４、図５に示すガス供給口寸法
Ｈ０  ：５ｍｍ
図５に示すガス供給口寸法
ｈ０  ：０．２（２０％）
幅領域の幅：２０〜３０ｍｍ
各幅領域の高さ：（右から）
１：５ｍｍ
２：６ｍｍ
３：５ｍｍ
４：４ｍｍ
５：５ｍｍ
６：６ｍｍ
７：５ｍｍ
８：４ｍｍ
９：５ｍｍ
１０：６ｍｍ
１１：５ｍｍ
ガス流量
イン側：３０ｓｌｍ
アウト側：２０ｓｌｍ
ウェーハ直径：２００ｍｍ
ウェーハ温度：１１００℃
【００４７】
この結果、図６に黒丸●で示す均一高さのガス供給口を有する構造においては、ウェーハ面内で大きな凹凸が生じているが、図６に黒四角■で示すように、本実施形態におけるエピタキシャル成長装置１においては、膜厚の均一性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るエピタキシャル成長装置の一実施形態を示す模式側面図である。
【図２】本発明に係るエピタキシャル成長装置の一実施形態を図１においてｘ矢視した模式平面図である。
【図３】図２におけるガス供給口をｙ方向からみた斜視図である。
【図４】ガス供給口が均一高さとされた場合の図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５】ガス供給口が高さ設定された場合の図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】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。
【図７】図６のグラフを模式的に示した図（ａ）、（ａ）に対してガス供給口の高さ設定方法を示す図（ｂ）、（ｃ）である。
【符号の説明】
【００４９】
１…エピタキシャル成長装置
２…ガス流路（チャンバ内上部）
３…チャンバ内下部
４…ガス導入部材
５…穴付きバッフル
６…導入側整流部材
６ａ，６ｂ…整流部材仕切り板
７…上ドーム部（チャンバ上部）
７２…流量調節面（天井面）
８…中リング部（石英部材）
８ａ，８ｂ…ガス供給口仕切り板
８４…ガス衝突壁面（垂直曲面）
９…下ドーム部
１０…予熱リング
１１…サセプタ
１２…ウェーハ
１３…排気側整流部材
１４…ガス排気部材
１５…赤外線ランプ
１６…サセプタ支持部
１７…イン側流量調節器
１８…アウト側流量調節器
１９…イン側導入配管
２０…アウト側導入配管
２１…ガス導入配管
【図１】
0004581868.tif 000002
【図２】
0004581868.tif 000003
【図３】
0004581868.tif 000004
【図４】
0004581868.tif 000005
【図５】
0004581868.tif 000006
【図６】
0004581868.tif 000007
【図７】
0004581868.tif 000008