(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略水平状態に配されたシリコン単結晶基板を板面方向に回転させつつ、該シリコン単結晶基板の主表面に対して略平行に原料ガスを供給することによって、該主表面上にシリコン薄膜を気相成長させるシリコンウェーハの製造方法において、前記気相成長中に原料ガスの進路を変更することにより、該シリコン単結晶基板の主表面上において、シリコン薄膜の成長速度の大きい位置を変更させることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記原料ガスの進路の変更は、シリコン単結晶基板の回転速度を変更することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記気相成長を行う期間は、シリコン単結晶基板の回転速度が互いに異なる複数の期間からなることを特徴とする請求項２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記気相成長を行う期間中、シリコン単結晶基板の回転速度を徐々に変更することを特徴とする請求項２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
略水平状態に配されたシリコン単結晶基板を板面方向に回転させつつ該シリコン単結晶基板の主表面に対して略平行に原料ガスを供給することによって、該主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記気相成長中に原料ガスの進路を変更することにより、該シリコン単結晶基板の主表面上において、シリコンエピタキシャル層の成長速度の大きい位置を変更させ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハの製造方法およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、シリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板ともいう。）の主表面上に原料ガスを供給することによって、該主表面上にシリコンエピタキシャル層（以下、単にエピタキシャル層ともいう。）を気相成長させて、シリコンエピタキシャルウェーハ（以下、単にエピタキシャルウェーハともいう。）を製造するといったように、シリコン基板の主表面上にシリコン薄膜を気相成長させてシリコンウェーハを製造する方法が知られている。
この気相成長の際には、例えば、シリコン基板をその主表面が上向きとなるよう略円板状のサセプタ上に載置し、該サセプタを板面方向に回転させるのに伴わせてシリコン基板も板面方向に回転させながら、該シリコン基板の主表面上に原料ガスを供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、気相成長により得られるシリコンウェーハ（例えばエピタキシャルウェーハ）のシリコン薄膜（例えばエピタキシャル層）の膜厚は、供給される原料ガスの量と相関がある。
このため、従来は、上記のように、気相成長の際にシリコン基板を回転させるほか、シリコン基板の中央部と周縁部とで供給する原料ガス流量に格差を設定したりすることで、膜厚分布を調整するといった手段を講じる場合がある。
しかしながら、このような手段を講じても、シリコン薄膜の膜厚に、例えば円環状の分布を生じてしまうことがある。
【０００４】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、シリコンウェーハ（例えばエピタキシャルウェーハ）のシリコン薄膜（例えばエピタキシャル層）の膜厚分布をより均一化することを可能とするシリコンウェーハの製造方法およ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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、略水平状態に配されたシリコン単結晶基板を板面方向に回転させつつ、該シリコン単結晶基板の主表面に対して略平行に原料ガスを供給することによって、該主表面上にシリコン薄膜を気相成長させるシリコンウェーハの製造方法において、前記気相成長中に原料ガスの進路を変更することにより、該シリコン単結晶基板の主表面上において、シリコン薄膜の成長速度の大きい位置を変更させることを特徴としている。
つまり、気相成長中における原料ガスの進路を、シリコン単結晶基板の板面に平行な面内において変更することにより、該シリコン単結晶基板の主表面上において、シリコン薄膜の成長速度の大きい位置を変更させることを特徴としている。
【０００６】
より具体的には、本発明でシリコン単結晶基板の主表面上に気相成長させるシリコン薄膜としては、例えば、シリコンエピタキシャル層が挙げられ、従って、この場合、気相成長により製造するシリコンウェーハは、シリコンエピタキシャルウェーハとなる。
即ち、本発明は、略水平状態に配されたシリコン単結晶基板を板面方向に回転させつつ該シリコン単結晶基板の主表面に対して略平行に原料ガスを供給することによって、該主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記気相成長中に原料ガスの進路を変更することにより、該シリコン単結晶基板の主表面上でシリコンエピタキシャル層の成長速度の大きい位置を変更させることが好ましい一例である。
なお、本発明は、これに限らず、例えば、シリコン単結晶基板の主表面上に、多結晶薄膜、窒化物、あるいは、酸化物のいずれかのシリコン薄膜を気相成長させてシリコンウェーハを製造する場合に適用しても良い。
【０００７】
また、原料ガスの進路の変更は、例えば、シリコン単結晶基板の回転速度を変更することにより行うことが好ましい。
また、この場合、より具体的には、気相成長を行う期間が、シリコン単結晶基板の回転速度の互いに異なる複数の期間からなるように、該回転速度を変更しても良いし、或いは、気相成長を行う期間中、シリコン単結晶基板の回転速度を徐々に変更しても良い。
なお、原料ガスの進路の変更は、他にも、例えば、原料ガスの導入路（例えば、ノズルにより構成する）の向きを、シリコン単結晶基板の板面方向に平行な面内で変更することにより行っても良い。また、原料ガスの進路の変更は、他にも、例えば、サセプタを、シリコン単結晶基板の板面方向に平行な面内において、原料ガス流と交差する方向に移動させることにより行っても良い。
また、原料ガスの進路の変更は、他にも、例えば、キャリアガス流量を変更することにより行っても良い。すなわち、キャリアガス流量が大きい場合には、該キャリアガスと原料ガスとを含む気相成長用ガスの流速が大きくなり、従って、該気相成長用ガスの進路は、シリコン基板の回転による影響を受けにくくなる。対して、キャリアガス流量が小さい場合には、気相成長用ガスの流速が小さくなり、従って、該気相成長用ガスの進路は、シリコン基板の回転による影響を受けやすくなる（シリコン基板の回転方向に引きずられやすくなる）。従って、キャリアガス流量を増減するのに伴わせて、原料ガスの進路を変更することができる。
【０００８】
本発明によれば、気相成長中に原料ガスの進路を変更することにより、シリコン単結晶基板の主表面上において、シリコン薄膜（例えばシリコンエピタキシャル層）の成長速度の大きい位置を変更させるため、シリコン薄膜の膜厚分布をより均一化できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について説明する。
本実施の形態では、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を実施するための気相成長装置として、いわゆる枚葉式の気相成長装置を適用する例について説明する。
【００１０】
先ず、図１を参照して、枚葉式の気相成長装置１について説明する。
図１に示すように、気相成長装置１は、気相成長の際にシリコン単結晶基板２（以下、単にシリコン基板２ともいう。）が内部に配される反応容器３と、この反応容器３内に略水平状態に配され上面にシリコン基板２が載置される略円盤状のサセプタ４と、該反応容器３内に原料ガス（例えばトリクロロシラン等）およびキャリアガス（例えば水素ガス）を含む気相成長用ガスを導入するための導入路５と、該反応容器３よりガスを排気するための排気路６とを備えている。
他に、気相成長装置１は、反応容器３内のサセプタ４上のシリコン基板２を所望の温度に加熱するための加熱装置（図示略）と、気相成長の際にサセプタ４をその板面方向に回転させるのに伴わせて、シリコン基板２もその板面方向に回転させるための駆動装置７を備えている。この駆動装置７は、サセプタ４の回転速度を（従って、シリコン基板２の回転速度も）変更可能に構成されている。
【００１１】
本実施の形態では、上記のような構成の気相成長装置１を用いて、以下に説明するようにして気相成長を行う。
【００１２】
先ず、反応容器３内のサセプタ４上に、シリコン基板２をその主表面が上向きとなるように載置する。すなわち、シリコン基板２を略水平状態に配置する。
次に、該シリコン基板２を加熱装置により供給律速領域の所望の温度（例えば１１００℃）に加熱するとともにその板面方向に回転させつつ、導入路５を介して気相成長用ガスをシリコン基板２の主表面に対して略平行に供給することにより、該主表面上へのシリコンエピタキシャル層（以下、単にエピタキシャル層ともいう。）の気相成長を行う。
そして、本実施形態では、この気相成長を行う期間の、例えば前半では低速（例えば１０回転／分）で、後半では高速（例えば３５回転／分）で、それぞれシリコン基板２を回転させる（図２（ｂ））。
なお、この気相成長を行う期間全体の長さは、気相成長させる必要のあるエピタキシャル層の膜厚に基づき予め求めることができるので、この求めた期間の前半分を低速で回転させる期間とし、残りの半分を高速で回転させる期間とすれば良い。
【００１３】
ここで、図５を参照して、導入路５より矢印Ａ方向に従って反応容器３内に導入され、サセプタ４上のシリコン基板２の主表面上に供給される気相成長用ガス（原料ガスを含む）の流れについて説明する。
図５に示すように、シリコン基板２（およびサセプタ４）の回転速度が低速（例えば１０回転／分）の場合には、シリコン基板２の主表面上における気相成長用ガス流の進路は、シリコン基板２（およびサセプタ４）の回転による影響を殆ど受けない。このため、気相成長用ガス流は、シリコン基板２の主表面上においても、矢印Ａ方向とほぼ同方向の矢印Ｃ方向に沿う進路となる。
これに対し、シリコン基板２（およびサセプタ４）の回転速度が高速（例えば３５回転／分）の場合には、シリコン基板２の主表面上における気相成長用ガス流の進路は、シリコン基板２（およびサセプタ４）の回転による影響を大きく受ける。
具体的には、例えば、シリコン基板２（およびサセプタ４）の回転方向が、平面視において時計回り（図５の矢印Ｂ方向）であるとすれば、回転速度を上記高速とした場合の気相成長用ガス流の進路は、図５の矢印Ｄに示すように、矢印Ｃと比べて変化する。
これは、シリコン基板２の主表面上において、回転するシリコン基板２およびサセプタ４に引きずられて、気相成長用ガス流の進路が変化するためである（具体的には、例えば上流側部分（図５のＥ部分）では、矢印Ｃから離れるように進路が変化し、下流側部分（図５のＦ部分）では、矢印Ｃに近づくように進路が変更する等）。
【００１４】
また、例えば図３（ｂ）或いは図４（ｂ）に示すように、気相成長を行う期間の全てで、シリコン基板２の回転速度を一定に設定して、エピタキシャルウェーハを製造した場合は、図３（ａ）或いは図４（ａ）に示すように、エピタキシャル層の膜厚に、円環状の分布が生じる。
具体的には、シリコン基板２の回転速度を、例えば１０回転／分（低速）に設定した場合には、エピタキシャル層の膜厚は、図３（ａ）に示すように、中央部と周縁部で大きく、中央部と周縁部との間で小さくなる。
他方、シリコン基板２の回転速度を、例えば３５回転／分（高速）に設定した場合には、エピタキシャル層の膜厚は、図４（ａ）に示すように、中央部で小さく、その両側部分で大きく、さらにその両側部分で小さく、周縁部で再び大きくなる。
ここで、気相成長を行う期間の全てでシリコン基板２の回転速度が一定の場合には、いずれの場合にも、エピタキシャル層の膜厚の均一性が良くないという点では同じであるが、エピタキシャルウェーハの直径方向の位置による膜厚の大きさが、シリコン基板２の回転速度に応じて異なることが分かる（例えば、シリコン基板２の回転速度が上記低速の場合には、膜厚が中央部で大きいのに対し、上記高速の場合には、中央部で小さい等。）。
【００１５】
これに対し、本実施の形態のように、気相成長を行う期間の前半では低速（例えば１０回転／分）で、後半では高速（例えば３５回転／分）で、それぞれシリコン基板２を回転させると、例えば図２（ａ）に示すように、図３（ａ）と図４（ａ）の膜厚を合成したような膜厚分布となり、図３（ａ）、図４（ａ）のいずれの場合と比べてもエピタキシャル層の膜厚分布が均一化される。
これは、シリコン基板２の回転速度の変更に伴わせて原料ガス（気相成長用ガス）の進路を変更させることができる結果、シリコン基板２の主表面上において、エピタキシャル層の成長速度の大きい位置を変更させることができるためである。
従って、本実施の形態のように気相成長中にシリコン基板２の回転速度を変更することにより、気相成長を行う期間の全体では、シリコン基板２の主表面上におけるエピタキシャル層の成長量を、該主表面全体で均一に近づけることができる。その結果、エピタキシャルウェーハにおけるエピタキシャル層の膜厚分布を均一化できる。
【００１６】
なお、上記の実施の形態では、気相成長を行う期間が、シリコン基板の回転速度が低速と高速との２つの期間からなる例について説明したが、シリコン基板の回転速度が互いに異なる３つ以上の期間からなることとしても良く、この場合、一層、エピタキシャル層の膜厚の均一化が図れる。
さらに、上記のように、気相成長を行う期間が、シリコン基板の回転速度が互いに異なる複数の期間からなる例に限らず、気相成長を行う期間中、シリコン基板の回転速度を徐々に変更するようにしても良く、このようにすれば、より一層エピタキシャル層の膜厚の均一化が図れる。
なお、この場合、シリコン基板の回転速度を低速から高速へと（或いは、高速から低速へと）徐々に変更しても良いし、低速から高速へと徐々に変更した後、再び低速へと徐々に変更しても良い（或いは、高速から低速へと徐々に変更した後、再び高速へと徐々に変更しても良い。）。
要するに、気相成長装置に起因する要因等を考慮して、膜厚がより均一になるように、シリコン基板の回転速度の変更態様を適宜設定すればよい。
【００１７】
また、上記においては、シリコン基板の回転速度を変更することにより原料ガスの進路の変更を行う例について説明したが、これに限らず、原料ガスの導入路５（例えば、ノズルにより構成する）の向きを、シリコン基板の板面方向に平行な面内で変更することにより原料ガスの進路を変更しても良い。
この場合、具体的には、例えば、モータ駆動を、シリコン基板の板面方向に平行な面内での導入路５の揺動に変換する駆動伝達部材（ギア等により構成される）を介して、導入路５に伝達するようにすることが挙げられる。
あるいは、サセプタを、シリコン基板の板面方向に平行な面内において、原料ガス流と交差（例えば、略直交）する方向に移動させることにより行っても良い。この場合も、例えばモータ駆動を、駆動伝達部材により変換および駆動伝達すればよい。
【００１８】
また、上記においては、枚葉式の気相成長装置を用いて気相成長を行う場合に、本発明を適用する例について説明したが、これに限らない。
例えばパンケーキ型の気相成長装置のように、略円盤状のサセプタ上面において互いに異なる位置にそれぞれシリコン基板を略水平状態に載置し、該サセプタをその板面方向に回転させるのに伴わせてシリコン基板もその板面方向に回転させつつ、これらシリコン基板の主表面に対して略平行に原料ガスを供給することによって、これら多数枚のシリコン基板に対し一度に気相成長を行って、一度に多数枚のエピタキシャルウェーハを製造する多数枚式の気相成長装置に適用しても良い。
この場合、上記の場合と同様の効果に加えて、一度に気相成長を行うシリコン基板どうしでの、供給される原料ガス量の格差を低減できるので、一度に製造されるエピタキシャルウェーハどうしでエピタキシャル層の膜厚を均一化できる。
【００１９】
また、上記においては、シリコン単結晶基板の主表面上にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを製造する場合に本発明を適用する例について説明したが、これに限らず、シリコン単結晶基板の主表面上に、シリコン多結晶薄膜（多結晶薄膜）、窒化珪素（窒化物）、あるいは、酸化珪素（酸化物）のいずれかのシリコン薄膜を気相成長させてシリコンウェーハを製造する場合に適用しても良い。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のシリコンウェーハの製造方法およ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、気相成長中に原料ガスの進路を変更することにより、シリコン単結晶基板の主表面上において、シリコン薄膜（例えばシリコンエピタキシャル層）の成長速度の大きい位置を変更させるので、気相成長を行う期間の全体では、シリコン単結晶基板の主表面上におけるシリコン薄膜の成長量を、該主表面全体で均一に近づけることができる。その結果、シリコン薄膜の膜厚分布をより均一化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態に用いられる気相成長装置の好適な一例を示す模式的な正面断面図である。
【図２】（ａ）は気相成長中にシリコン単結晶基板の回転速度を変更する場合の膜厚分布の一例を示す図であり、（ｂ）はこの場合の回転速度の変更態様を示す図である。
【図３】（ａ）は気相成長中のシリコン単結晶基板の回転速度が一定の場合の膜厚分布の一例を示す図であり、（ｂ）はこの場合の回転速度を示す図である。
【図４】気相成長中のシリコン単結晶基板の回転速度が一定の場合の膜厚分布の他の一例を示す図であり、（ｂ）はこの場合の回転速度を示す図である。
【図５】シリコン単結晶基板の回転速度に応じた原料ガス流の変化態様を説明するための模式的な平面図である。
【符号の説明】
２    シリコン単結晶基板
【図１】
0003731550.tif 000002
【図２】
0003731550.tif 000003
【図３】
0003731550.tif 000004
【図４】
0003731550.tif 000005
【図５】
0003731550.tif 000006