專(zhuān)利名稱(chēng)：氣相生長(zhǎng)方法及氣相生長(zhǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣相生長(zhǎng)方法及氣相生長(zhǎng)裝置，涉及例如規(guī)定外延生長(zhǎng)方法中的生長(zhǎng)條件的方法及裝置。
背景技術(shù)：
在超高速雙極、超高速的CMOS等的半導(dǎo)體器件的制造中，控制了雜質(zhì)濃度及膜厚的單結(jié)晶的外延生長(zhǎng)技術(shù)在提高器件的性能方面變得不可或缺。
在硅晶片等的半導(dǎo)體基板上氣相生長(zhǎng)單結(jié)晶薄膜的外延生長(zhǎng)中，一般使用常壓化學(xué)氣相生長(zhǎng)法。根據(jù)情況使用減壓化學(xué)氣相生長(zhǎng)(LP-CVD)法。在反應(yīng)容器內(nèi)配置硅晶片等的半導(dǎo)體基板。并且，在將反應(yīng)容器內(nèi)保持在常壓(0.1MPa(760Torr))氣氛或規(guī)定的真空度的真空氣氛中的狀態(tài)下，一邊加熱上述半導(dǎo)體基板并使其旋轉(zhuǎn)，一邊供給包含硅源和硼化合物、砷化合物、或磷化合物等的摻雜劑的原料氣體。并且，在加熱后的半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行原料氣體的熱分解或氫還原反應(yīng)。由此，通過(guò)使摻雜了硼(B)、磷(P)或砷(As)的硅外延膜生長(zhǎng)來(lái)制造(例如參照(日本)特開(kāi)平9-194296號(hào)公報(bào))。
此外，外延生長(zhǎng)技術(shù)還使用于功率半導(dǎo)體的制造、例如IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的制造。在IGBT等的功率半導(dǎo)體中，例如需要幾十μm以上的膜厚的硅外延膜。
圖38是表示在支架上支承了硅晶片的狀態(tài)的一例的上面圖。
圖39是表示在圖38所示的支架上支承了硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
作為硅晶片500的支承部件的支架510(也稱(chēng)作基座)上，形成有直徑比硅晶片500的直徑大一些的沉孔。并且，硅晶片500放置成收容在該沉孔中。在此狀態(tài)下，通過(guò)使支架510旋轉(zhuǎn)而使硅晶片500旋轉(zhuǎn)，通過(guò)供給的原料氣體的熱分解或氫還原反應(yīng)而生長(zhǎng)外延膜。
因此，如果在形成有直徑比上述硅晶片500的直徑大一些的的沉孔的支架510上放置硅晶片200并使其旋轉(zhuǎn)，則由于其離心力，硅晶片500在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)。并且，靠近沉孔的側(cè)面的一部分。這里，在形成IGBT等的功率半導(dǎo)體的制造中需要的幾十μm以上、例如50μm以上的膜厚的硅外延膜的情況下，在上述支架510中，在硅晶片500的側(cè)面部分生長(zhǎng)的外延膜與堆積在支架510的沉孔的側(cè)面的膜接觸。因此，會(huì)發(fā)生緊貼(粘接)并在運(yùn)送硅晶片500時(shí)硅晶片500貼附在支架510上的現(xiàn)象的問(wèn)題。
本發(fā)明者們?yōu)榱私鉀Q上述問(wèn)題，關(guān)于運(yùn)用沉孔、或者運(yùn)用支承硅晶片200的發(fā)明，先進(jìn)行了專(zhuān)利申請(qǐng)(例如(日本)特愿2006-192098號(hào)、(日本)特愿2006-110533號(hào))。這里合并日本發(fā)明申請(qǐng)No.JP2006-192098和JP2006-110533。
但是，在上述的解決手段中，也有在硅晶片200的外周面部分生長(zhǎng)的硅外延膜增厚、生長(zhǎng)膜厚變得不均勻、不得不將該外周面附近丟棄的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明對(duì)應(yīng)于上述的問(wèn)題，運(yùn)用生長(zhǎng)條件，提供一種使生長(zhǎng)膜厚均勻的方法。
本發(fā)明的一個(gè)方案的氣相生長(zhǎng)方法，使用氣相生長(zhǎng)裝置，該氣相生長(zhǎng)裝置在腔內(nèi)收容了放置于支承臺(tái)上的基板，并連接有向放置于上述支承臺(tái)上的上述基板上供給用于成膜的氣體的第1流路、及排出氣體的第2流路，其特征在于，使上述基板旋轉(zhuǎn)；供給上述用于成膜的反應(yīng)氣體及載體氣體，在上述基板上氣相生長(zhǎng)半導(dǎo)體層；在上述基板上氣相生長(zhǎng)上述半導(dǎo)體層時(shí)，控制上述反應(yīng)氣體及載體氣體的流量和濃度、上述腔內(nèi)的真空度、上述基板溫度及使上述基板旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，使上述半導(dǎo)體層的膜厚均勻。
優(yōu)選的是，上述用于成膜的反應(yīng)氣體是三氯硅烷，載體氣體是氫氣，通過(guò)使上述腔內(nèi)的三氯硅烷的濃度調(diào)節(jié)為8％以內(nèi)、使上述腔內(nèi)壓力為8×104Pa～11×104Pa、使上述基板的轉(zhuǎn)速為500～1500min-1、使上述基板的溫度為1100℃～1140℃，從而以生長(zhǎng)速度8μm/min以上生長(zhǎng)上述半導(dǎo)體層，使上述半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。
本發(fā)明的一個(gè)方案的氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，具備腔，在成膜時(shí)內(nèi)部壓力被控制為6.7～10.6×104Pa；流路，將三氯硅烷的濃度被控制為8％以內(nèi)的三氯硅烷氣體與載體氣體的混合氣體向上述腔內(nèi)供給；支承臺(tái)，在上述腔內(nèi)放置基板，在成膜時(shí)以500～1500min-1的轉(zhuǎn)速使上述基板旋轉(zhuǎn)；及加熱器，在成膜時(shí)將上述基板的溫度控制為1100℃～1140℃。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的外延生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖2是表示本發(fā)明的外延生長(zhǎng)裝置系統(tǒng)的外觀的一例的圖。
圖3是表示本發(fā)明的外延生長(zhǎng)裝置系統(tǒng)的單元結(jié)構(gòu)的一例的圖。
圖4是表示在本發(fā)明的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的一例的上面圖。
圖5是表示圖4所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
圖6是表示硅晶片外周部與第1和第2沉孔的截面圖。
圖7是用于說(shuō)明使用沒(méi)有形成2級(jí)沉孔的支架時(shí)的成膜后的狀態(tài)的圖。
圖8是用于說(shuō)明使用本實(shí)施方式的形成了2級(jí)沉孔的支架時(shí)的成膜后的狀態(tài)的圖。
圖9是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖10是表示圖9所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的外延生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖12是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式3的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的一例的上面圖。
圖13是表示圖12所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
圖14是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式3的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖15是表示圖14所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
圖16是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式3的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖17是表示圖16所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
圖18是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式3的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖19是表示圖18所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
圖20是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的硅晶片外周部與凸部的截面圖。
圖21是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式3的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖22是表示圖21所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
圖23是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的硅晶片外周部與凸部的截面圖。
圖24是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式3的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖25是表示圖24所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
圖26是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的硅晶片外周部與凸部的截面圖。
圖27是用于說(shuō)明使用沒(méi)有形成凸部的支架時(shí)的成膜后的狀態(tài)的圖。
圖28A和圖28B是用于說(shuō)明使用實(shí)施方式中的形成了凸部的支架時(shí)的成膜后的狀態(tài)的圖。
圖29是表示各支架形狀的硅外延膜的膜厚與向支架的貼附狀況的關(guān)系的一例的圖。
圖30是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的一例的上面圖。
圖31是表示圖30所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
圖32是表示在支架(支承臺(tái))上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖33是將圖26的第2凸部放大表示的立體圖。
圖34是表示在支架210上支承有硅晶片201的狀態(tài)的一例的上面圖。
圖35是將圖34所示的支架的第2凸部221的一部分放大表示的立體圖。
圖36是在工藝條件中作為一例比較改變基板溫度時(shí)的生長(zhǎng)速度的曲線圖的一例。
圖37是在工藝條件中作為一例比較改變基板轉(zhuǎn)速時(shí)的生長(zhǎng)速度的曲線圖的一例。
圖38是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的一例的上面圖。
圖39是表示圖38所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的外延生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)的概念圖。
在圖1中，作為氣相生長(zhǎng)裝置的一例的外延生長(zhǎng)裝置100具備作為支承臺(tái)的一例的支架(也稱(chēng)作基座)110、腔120、噴淋頭130、真空泵140、壓力控制閥142、外部加熱器150、內(nèi)部加熱器160、旋轉(zhuǎn)部件170。在腔120上連接有供給氣體的流路122和將氣體排出的流路124。并且，流路122連接在噴淋頭130上。在圖1中，對(duì)說(shuō)明實(shí)施方式1方面所需要的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。此外，比例尺等與實(shí)物不一致(以下，在各圖中同樣)。
支架110的外周形成為圓形，形成有規(guī)定的內(nèi)徑的貫通的開(kāi)口部。并且，形成有從支架110的上面以第1深度挖入的作為第1凹部的一例的第1沉孔。并且，還形成有從第1沉孔的底面以第2深度挖入的直徑比第1沉孔的直徑小的作為第2凹部的一例的第2沉孔。并且，通過(guò)上述第2沉孔的底面與作為基板的一例的硅晶片101的背面接觸，支承硅晶片101。
支架110配置在旋轉(zhuǎn)部件170上，該旋轉(zhuǎn)部件170通過(guò)未圖示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以與硅晶片101面正交的硅晶片101面的中心線為軸旋轉(zhuǎn)。并且，支架110與旋轉(zhuǎn)部件170一起以900min-1旋轉(zhuǎn)，從而能夠使硅晶片101旋轉(zhuǎn)。另外，旋轉(zhuǎn)優(yōu)選為500～1500min-1∶500～1500rpm。
在支架110的背面?zhèn)?，配置有外部加熱?50和內(nèi)部加熱器160。通過(guò)外部加熱器150能夠加熱硅晶片101的外周部和支架110。并且，內(nèi)部加熱器160配置在外部加熱器150的下部，通過(guò)內(nèi)部加熱器160能夠?qū)⒐杈?01的外周部以外加熱。此時(shí)的晶片溫度為1120℃。與內(nèi)部加熱器160另外地、為了進(jìn)行熱容易向支架110散逸的硅晶片101的外周部的加熱而設(shè)置外部加熱器150。這樣，通過(guò)做成2級(jí)加熱器，能夠?qū)崿F(xiàn)硅晶片101的面內(nèi)均勻性。另外，晶片溫度是1100～1140℃就可以。
并且，支架110、外部加熱器150、內(nèi)部加熱器160、噴淋頭130、旋轉(zhuǎn)部件170配置在腔120內(nèi)。旋轉(zhuǎn)部件170從腔120內(nèi)向未圖示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和腔120外延伸。噴淋頭130從腔120內(nèi)向腔120外延伸有配管。
并且，將作為反應(yīng)容器的腔120內(nèi)保持為常壓，或者通過(guò)真空泵140保持為規(guī)定的真空度、例如9.3×104Pa(700Torr)的真空氣氛。并且，在此狀態(tài)下，通過(guò)外部加熱器150和內(nèi)部加熱器160將硅晶片101加熱。并且，通過(guò)支架110的旋轉(zhuǎn)，使硅晶片101以規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。一邊控制為這些條件，一邊將作為硅源的原料氣體從噴淋頭130向腔120內(nèi)供給。另外，規(guī)定的真空度在被供給原料氣體的狀態(tài)下只要是8×104～11×104Pa就可以。
并且，在被加熱的硅晶片101的表面進(jìn)行原料氣體的熱分解或氫還原，使外延膜在硅晶片101的表面上生長(zhǎng)。腔120內(nèi)的壓力使用壓力控制閥142調(diào)節(jié)為常壓或規(guī)定的真空度的真空氣氛就可以?；蛘撸诔合率褂玫那闆r下，也可以是沒(méi)有真空泵140或壓力控制閥142的結(jié)構(gòu)。在噴淋頭130中，將從腔120外用配管供給的原料氣體經(jīng)由噴淋頭130內(nèi)部的緩沖部從多個(gè)貫通孔排出。因此，能夠?qū)⒃蠚怏w均勻地供給硅晶片101上。
進(jìn)而，使支架110及旋轉(zhuǎn)部件170的壓力內(nèi)外相同(使硅晶片101的表面?zhèn)葰夥盏膲毫捅趁鎮(zhèn)葰夥盏膲毫ο嗤?。由此，能夠防止原料氣體向旋轉(zhuǎn)部件170的內(nèi)側(cè)、或者旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部鉆入。同樣，能夠防止未圖示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)側(cè)的清洗氣體等泄漏到腔內(nèi)(硅晶片101的表面?zhèn)葰夥?。
例如，從噴淋頭130供給將三氯硅烷(SiHCl3)用氫(H2)稀釋為30％的氣體51Pa·m3/s(30SLM)作為硅源、供給H2作為載體氣體。并且，控制載體氣體的供給量，使氣體整體中的SiHCl3濃度為8％以內(nèi)。例如將H2供給185Pa·m3/s(110SLM)，使SiHCl3濃度為7％左右。并且，將內(nèi)部加熱器160設(shè)定為1100℃，將外部加熱器150設(shè)定為1098℃。此外，使硅晶片的轉(zhuǎn)速為500～1500min-1(500～1500rpm)。使腔內(nèi)壓力為9.3×104Pa(700Torr)。通過(guò)該工藝條件，能夠以膜的生長(zhǎng)速度為8μm/min以上使半導(dǎo)體層生長(zhǎng)。并且，能夠使半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。此外，通過(guò)該工藝條件，能夠形成IGBT等的功率半導(dǎo)體的制造所需的幾十μm以上、例如50μm以上的膜厚的硅外延膜。并且，膜厚分布能夠?qū)崿F(xiàn)0.49％。
圖2是表示外延生長(zhǎng)裝置系統(tǒng)的外觀的一例的圖。
如圖2所示，外延生長(zhǎng)裝置系統(tǒng)300整體被殼體包圍。
圖3是表示外延生長(zhǎng)裝置系統(tǒng)的單元結(jié)構(gòu)的一例的圖。
在外延生長(zhǎng)裝置系統(tǒng)300內(nèi)，硅晶片101設(shè)置在配置于盒臺(tái)(C/S)310或盒臺(tái)(C/S)312上的盒中。并且，被設(shè)置的硅晶片101通過(guò)運(yùn)送機(jī)器人350運(yùn)送到真空裝載(L/L)室320內(nèi)。并且，通過(guò)配置在傳送室330內(nèi)的運(yùn)送機(jī)器人332將硅晶片101從L/L室320運(yùn)出到傳送室330內(nèi)。接著，將被運(yùn)送的硅晶片101運(yùn)送到外延生長(zhǎng)裝置100的腔120內(nèi)。接著，通過(guò)外延生長(zhǎng)法在硅晶片101的表面成膜硅外延膜。成膜了硅外延膜的硅晶片101再次由運(yùn)送機(jī)器人332從外延生長(zhǎng)裝置100運(yùn)出到傳送室330內(nèi)。
接著，被運(yùn)出的硅晶片101被運(yùn)送到L/L室320中。然后，通過(guò)運(yùn)送機(jī)器人350從L/L室320返回到配置于盒臺(tái)(C/S)310或盒臺(tái)(C/S)312上的盒中。在圖3所示的外延生長(zhǎng)裝置系統(tǒng)300中，各裝載有兩臺(tái)外延生長(zhǎng)裝置100的腔120和L/L室320，能夠提高生產(chǎn)量。
圖4是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的一例的上面圖。
圖5是表示在圖4所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
在支架110上形成有兩級(jí)沉孔。即，形成有以比硅晶片101的直徑大的直徑挖入到硅晶片101的厚度的一半多的深度的第1沉孔114。并且，形成有從第1沉孔114的底面以比硅晶片101的直徑稍大的直徑且比第1沉孔114小的直徑挖入到比硅晶片101的厚度的一半小的值的深度的第2沉孔116。
并且，由第2沉孔116的底面支承著硅晶片101。在支架110旋轉(zhuǎn)、硅晶片101因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)的情況下，第2沉孔116的側(cè)面的上端部抵接在硅晶片101外周部的斜角部下部的面上。由此，能夠抑制硅晶片101脫離。萬(wàn)一，在硅晶片101越過(guò)第2沉孔116的側(cè)面的上端部而移動(dòng)的情況下，第1沉孔114的側(cè)面抵接在硅晶片101的側(cè)面上。由此，能夠抑制硅晶片101脫離。
如以上，在支架110上，設(shè)有具有凹陷的第1沉孔114、和在該第1沉孔114的底部上還具有凹陷的第2沉孔116。并且，該第2沉孔116的深度構(gòu)成為比硅晶片101的厚度低。此外，第1沉孔114的深度構(gòu)成為比硅晶片101的厚度淺。由此，能夠使硅晶片101上的來(lái)自流路122的氣體的流動(dòng)均勻。此外，根據(jù)上述的工藝條件成膜，從而能夠使半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。
這里，優(yōu)選地對(duì)第2沉孔116的底面實(shí)施防滑加工。通過(guò)對(duì)第2沉孔116的底面實(shí)施防滑加工，能夠提高硅晶片101的背面與第2沉孔116的底面的摩擦力。例如，可以舉出進(jìn)行噴砂處理?；蛘邇?yōu)選地如銼刀齒型那樣形成。通過(guò)提高硅晶片101的背面與第2沉孔116的底面的摩擦力，能夠抑制硅晶片101從支架110脫離。
圖6是表示硅晶片外周部與第1和第2沉孔的截面圖。
如圖6所示，優(yōu)選地設(shè)定挖入第2沉孔116的深度λ1，以使第1沉孔114的底面的高度位于硅晶片101的斜角部下面?zhèn)取＠?，圖6中的尺寸λ1優(yōu)選為硅晶片101的厚度的20～40％。
具體而言，例如在直徑200mm的硅晶片的情況下，厚度t為0.725mm，所以優(yōu)選為λ1＝0.2±0.05mm。此外，挖入第1沉孔114的深度λ2優(yōu)選為硅晶片101的厚度的50～65％。此外，在例如直徑200mm的硅晶片的情況下，厚度t為0.725mm，所以優(yōu)選為λ2＝0.4±0.05mm。此外，優(yōu)選為λ1∶λ2≈1∶2。并且，接觸在硅晶片101的背面而保持的第2沉孔116的底面的半徑方向長(zhǎng)度L2比以往稍長(zhǎng)，優(yōu)選為1～4mm。
此外，第1沉孔114的底面的半徑方向長(zhǎng)度L1優(yōu)選地形成為通過(guò)原料氣體在硅晶片101的表面上成膜的外延膜的膜厚的2倍以上的尺寸。例如，在成膜120μm的情況下優(yōu)選為240μm、即0.24mm以上。通過(guò)形成為在硅晶片101的表面上成膜的外延膜的膜厚的2倍以上的尺寸，能夠避免從硅晶片101的側(cè)面生長(zhǎng)起來(lái)的膜與從第1沉孔114的側(cè)面向硅晶片101側(cè)生長(zhǎng)起來(lái)的膜的接觸。例如使L1為1mm。
圖7是用于說(shuō)明使用沒(méi)有形成2級(jí)沉孔的支架時(shí)的成膜后的狀態(tài)的圖。
圖8是用于說(shuō)明使用本實(shí)施方式的形成了2級(jí)沉孔的支架時(shí)的成膜后的狀態(tài)的圖。
如圖7所示，在使用沒(méi)有形成2級(jí)沉孔的支架的情況下，在硅晶片的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜402與在支架的沉孔的側(cè)面堆積的沉積膜404接觸。并且，會(huì)發(fā)生緊貼(粘接)，晶片貼附在支架上。
相對(duì)于此，如圖8所示，在使用本實(shí)施方式的形成有2級(jí)沉孔的支架110的情況下，在支架110旋轉(zhuǎn)、硅晶片101因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)的情況下，第2沉孔116的側(cè)面的上端部抵接在硅晶片101的外周面的斜角部下部的面上。由此，斜角部成為房檐，能夠防止或者減少沉積膜404的堆積。結(jié)果，在抵接部位，由于膜彼此沒(méi)有粘接、或者即使貼合也很少，所以能夠防止硅晶片101與支架110的粘貼。
進(jìn)而，通過(guò)第1沉孔114，在硅晶片101的周?chē)軌蛐纬捎傻?沉孔114的側(cè)面圍成的槽，通過(guò)設(shè)置該槽，能夠減少向槽底部的沉積膜的堆積量。
實(shí)施方式2在實(shí)施方式2中，代替形成第1沉孔而配置了成為支柱的多個(gè)銷(xiāo)112。工藝條件與實(shí)施方式1同樣。
圖9是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖10是表示在圖9所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
在支架110上，形成有以比硅晶片101的直徑稍大的直徑挖入到比硅晶片101的厚度的一半小的值的深度的第2沉孔116。并且，通過(guò)第2沉孔116的底面支承著硅晶片101。并且，在支架110的上表面，從硅晶片101的外周隔開(kāi)規(guī)定的間隙而均等地配置3個(gè)以上的銷(xiāo)112。
在圖9中，作為一例而均等地配置有8個(gè)銷(xiāo)112。支架110旋轉(zhuǎn)，在硅晶片101因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)的情況下，第2沉孔116的側(cè)面的上端部抵接在硅晶片101外周部的斜角部下部的面上。由此，能夠抑制硅晶片101脫離。萬(wàn)一，在硅晶片101越過(guò)第2沉孔116的側(cè)面的上端部而移動(dòng)的情況下，硅晶片101的側(cè)面抵接在3個(gè)以上的銷(xiāo)112(這里為8個(gè)銷(xiāo)112)中的某幾個(gè)。由此，能夠抑制硅晶片101脫離。
并且，在支架110旋轉(zhuǎn)而硅晶片101因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)的情況下，第2沉孔116的側(cè)面的上端部抵接在硅晶片101外周部的斜角部下部的面上。并且，斜角部成為房檐，在能夠防止沉積膜的堆積這一點(diǎn)與實(shí)施方式1同樣。由此，在抵接部位處膜彼此不粘接，所以能夠防止硅晶片101與支架110的粘貼。
實(shí)施方式3圖11是表示實(shí)施方式3的外延生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)的概念圖。
在圖11中，與圖1同樣，作為氣相生長(zhǎng)裝置的一例的外延生長(zhǎng)裝置200具備作為支承臺(tái)的一例的支架(也稱(chēng)作基座)210、腔220、壓力控制閥242、外部加熱器250、內(nèi)部加熱器260、旋轉(zhuǎn)部件270。在腔220上，連接有供給氣體的流路222和將氣體排出的流路124。并且，流路222連接在噴淋頭230上。在圖11中，對(duì)說(shuō)明實(shí)施方式3方面所需的結(jié)構(gòu)而說(shuō)明噴淋頭230、真空泵240。其中，比例尺等與實(shí)物不一致(以下，在各圖中同樣)。
支架210的外周形成為圓形，形成有規(guī)定的內(nèi)徑的貫通的開(kāi)口部。并且，通過(guò)從上面?zhèn)韧谌肓艘?guī)定的深度的面與作為基板的一例的硅晶片201的背面接觸，支承硅晶片201。并且，形成有對(duì)于硅晶片201限制與硅晶片201面相同方向的實(shí)質(zhì)上水平的方向的移動(dòng)的、配置成圍繞硅晶片201的多個(gè)第一凸部212。第一凸部212形成為從作為根基的面朝向支架210的中心突出地延伸。
支架210配置在旋轉(zhuǎn)部件270上，該旋轉(zhuǎn)部件270通過(guò)未圖示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以與硅晶片201面正交的硅晶片201面的中心線為軸旋轉(zhuǎn)。并且，支架210通過(guò)與旋轉(zhuǎn)部件270一起旋轉(zhuǎn)，能夠使硅晶片201以例如900min-1旋轉(zhuǎn)。
另外，在本實(shí)施方式3中，旋轉(zhuǎn)優(yōu)選為500～1500min-1∶500～1500rpm。
在支架210的背面?zhèn)龋渲糜型獠考訜崞?50和內(nèi)部加熱器260。通過(guò)外部加熱器250能夠?qū)⒐杈?01的外周部和支架210加熱。并且，內(nèi)部加熱器260配置在外部加熱器250的下部，通過(guò)內(nèi)部加熱器260能夠?qū)⒐杈?01的外周部以外加熱。與內(nèi)部加熱器260另外地、為了進(jìn)行熱容易向支架210散逸的硅晶片201的外周部的加熱而設(shè)置外部加熱器250，做成2級(jí)加熱器，從而能夠?qū)崿F(xiàn)硅晶片201的面內(nèi)均勻性。
并且，支架210、外部加熱器250、內(nèi)部加熱器260、噴淋頭230、旋轉(zhuǎn)部件270配置在腔220內(nèi)。旋轉(zhuǎn)部件270從腔220內(nèi)向未圖示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和腔220外延伸。噴淋頭230從腔220內(nèi)向腔220外延伸有配管。
并且，在將作為反應(yīng)容器的腔220內(nèi)保持為常壓、或者通過(guò)真空泵240保持為規(guī)定的真空度的真空氣氛的狀態(tài)下、例如9.3×104Pa(700Torr)的狀態(tài)下，通過(guò)外部加熱器250和內(nèi)部加熱器260將硅晶片201加熱。并且，通過(guò)支架210的旋轉(zhuǎn)，使硅晶片201以規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)(900min-1)。一邊控制為這些條件，一邊將作為硅源的原料氣體從噴淋頭230向腔220內(nèi)供給。另外，此時(shí)的晶片溫度只要是1100～1140℃就可以。
進(jìn)而，通過(guò)加熱后的硅晶片201的表面進(jìn)行原料氣體的熱分解或氫還原，使硅外延膜在硅晶片201的表面上生長(zhǎng)。腔220內(nèi)的壓力例如使用壓力控制閥242調(diào)節(jié)為常壓或規(guī)定的真空度的真空氣氛就可以，此時(shí)的規(guī)定真空度與實(shí)施方式1同樣，只要是8～11×104Pa就可以。在噴淋頭230中，將從腔220外用配管供給的原料氣體經(jīng)由噴淋頭230內(nèi)部的緩沖部，從多個(gè)貫通孔排出。因此，能夠均勻地將原料氣體供給硅晶片201上。
此外，通過(guò)使支架210及旋轉(zhuǎn)部件270的壓力內(nèi)外相同(使硅晶片201的表面?zhèn)葰夥盏膲毫捅趁鎮(zhèn)葰夥盏膲毫ο嗤?，能夠防止原料氣體向旋轉(zhuǎn)部件270的內(nèi)側(cè)、或者旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部繞回。同樣，能夠防止未圖示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)側(cè)的清洗氣體等泄漏到腔內(nèi)(硅晶片201的表面?zhèn)葰夥?。
圖12是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的一例的上面圖。
圖13是表示圖12所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
形成在支架210上的第一凸部212從與硅晶片201的背面接觸的面連接的側(cè)面朝向支架210的中心延伸。并且，其前端形成為平面。這里，均等地配置有8個(gè)凸部212。即使支架210旋轉(zhuǎn)，硅晶片201因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)，硅晶片201的側(cè)面的一部分只是與8個(gè)凸部212中的某幾個(gè)接觸。因此，與不設(shè)置第一凸部212而以支架210的側(cè)面的較大區(qū)域接觸的情況相比，能夠減小接觸面積。
結(jié)果，即使在硅晶片201的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜與在凸部212的前端部分堆積的膜接觸，接觸區(qū)域也較小。因此，能夠減少硅晶片201向支架210的粘貼。這里，均等地配置有8個(gè)凸部212，但并不限于此。只要是3個(gè)以上就可以。凸部212的數(shù)量越多，越是能夠提高硅晶片201的定心(centering)精度。反之，第一凸部212的數(shù)量越少，越能夠減小在硅晶片201的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜與在第一凸部212的前端部分堆積的膜的接觸面積。
進(jìn)而，凸部212朝向硅晶片201的中心方向延伸，凸部212的朝向中心方向的長(zhǎng)度優(yōu)選地形成為通過(guò)規(guī)定的氣體在硅晶片201的表面上成膜的膜的膜厚的2倍以上的尺寸。在此情況下，在凸部212以外的位置，從硅晶片201的側(cè)面生長(zhǎng)起來(lái)的膜與在凸部212以外的部分的硅晶片201側(cè)生長(zhǎng)起來(lái)的膜的膜厚為相同程度。由此，通過(guò)形成為膜的膜厚的2倍以上的尺寸，在凸部212以外的位置，能夠避免從硅晶片201的側(cè)面生長(zhǎng)起來(lái)的膜與在硅晶片201側(cè)生長(zhǎng)起來(lái)的膜的接觸。
圖14是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖15是表示圖14所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
在支架210上，設(shè)有對(duì)硅晶片201限制與硅晶片201面相同方向的實(shí)質(zhì)上水平方向的移動(dòng)的、配置成圍繞硅晶片201而配置的多個(gè)凸部213。形成在支架210上的凸部213從與硅晶片201的背面接觸的面連接的側(cè)面朝向支架210的中心延伸。其前端在從上方觀察時(shí)形成為R狀的曲面。這里，均等地配置有8個(gè)第一凸部213。即使支架210旋轉(zhuǎn)，硅晶片201因其離心力在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)，硅晶片201的側(cè)面的一部分也只是與8個(gè)凸部213中的某幾個(gè)接觸。由此，與不設(shè)置第一凸部213而以支架210的側(cè)面的較大的區(qū)域接觸的情況相比，能夠減小接觸面積。
進(jìn)而，這里由于第一凸部213的前端形成為R狀的曲面，所以即使在與硅晶片201的側(cè)面接觸的情況下也能夠成為線接觸或點(diǎn)接觸。結(jié)果，即使在硅晶片201的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜與堆積在第一凸部213的前端部分的膜接觸，也能夠進(jìn)一步減小接觸面積。因此，能夠進(jìn)一步減少硅晶片201向支架210的粘貼。這里，均等地配置有8個(gè)凸部213，但并不限于此，只要是3個(gè)以上就可以，這一點(diǎn)與第一凸部212的數(shù)量的說(shuō)明同樣。
圖16是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖17是表示圖16所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
形成在支架210上的第一凸部217從與硅晶片201的背面接觸的面連接的側(cè)面以平滑的曲線連接并朝向支架210的中心繼續(xù)延伸。其前端在從上方觀察的情況下形成為R狀的曲面。其他與圖14、圖15同樣。
圖18是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖19是表示圖18所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
形成在支架210上的凸部214從與硅晶片201的背面接觸的面連接的側(cè)面朝向支架210的中心延伸。其前端在看截面時(shí)形成為R狀的曲線。換言之，從支架210的表面?zhèn)瘸虮趁鎮(zhèn)刃纬蔀榍?。這里，均等地配置有8個(gè)凸部214。即使支架210旋轉(zhuǎn)、硅晶片201因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)，硅晶片201的側(cè)面的一部分也只是與8個(gè)凸部214中的某幾個(gè)接觸。由此，與不設(shè)置第一凸部214而以支架210的側(cè)面的較大的區(qū)域接觸的情況相比，能夠減小接觸面積。
進(jìn)而，這里，由于第一凸部214的前端形成為R狀的曲面，所以即使在與硅晶片201的側(cè)面接觸的情況下也能夠形成線接觸或點(diǎn)接觸。結(jié)果，即使在硅晶片201的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜與堆積在第一凸部214的前端部分的膜接觸，也能夠進(jìn)一步減小接觸面積。因此，能夠進(jìn)一步減少硅晶片201向支架210的粘貼。這里，均等地配置有8個(gè)凸部214，但并不限于此，只要是3個(gè)以上就可以，這一點(diǎn)與凸部212的數(shù)量的說(shuō)明同樣。
圖20是表示硅晶片外周部與凸部的截面圖。
如圖20所示，優(yōu)選地將凸部214形成為，使硅晶片201的側(cè)面前端與第一凸部214的前端成為相同的高度。例如，圖20中的尺寸X1優(yōu)選為硅晶片201的厚度的1/2。具體而言，在例如直徑200mm的硅晶片的情況下，厚度t為0.725mm，所以優(yōu)選為X1＝0.3625mm。但是，并不限于此，X1≈0.3625mm也可以。
此外，尺寸X2優(yōu)選地設(shè)為與硅晶片201的厚度相等、或大一些的值。具體而言，在例如直徑200mm的硅晶片的情況下，厚度t為0.725mm，所以優(yōu)選為X2＝0.725～1.5mm。此外，尺寸R1優(yōu)選地設(shè)為與硅晶片201的厚度的1/2相等、或大一些的值。具體而言，在例如直徑200mm的硅晶片的情況下，厚度t為0.725mm，所以優(yōu)選為R1＝0.3625～0.75mm。
圖21是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖22是表示圖21所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
形成在支架210上的凸部215從與硅晶片201的背面接觸的面連接的側(cè)面朝向支架210的中心延伸。其前端形成為球狀的曲面。這里，均等地配置有8個(gè)凸部215。即使支架210旋轉(zhuǎn)，硅晶片201因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)，硅晶片201的側(cè)面的一部分也只是與8個(gè)凸部215中的某幾個(gè)接觸。由此，與不設(shè)置第一凸部215而以支架210的側(cè)面的較大的區(qū)域接觸的情況相比，能夠減小接觸面積。進(jìn)而，這里，由于第一凸部215的前端形成為球狀的曲面，所以即使在與硅晶片201的側(cè)面接觸的情況下也能夠成為點(diǎn)接觸。結(jié)果，即使在硅晶片201的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜與堆積在凸部215的前端部分的膜接觸，也能夠進(jìn)一步減小接觸面積。因此，能夠進(jìn)一步減少硅晶片201向支架210的粘貼。這里，均等地配置有8個(gè)凸部215，但并不限于此，只要是3個(gè)以上就可以，這一點(diǎn)與凸部212的數(shù)量的說(shuō)明同樣。
圖23是表示硅晶片外周部與第一凸部的截面圖。
如圖23所示，優(yōu)選地將凸部215形成為，使硅晶片201的側(cè)面前端與第一凸部215的前端成為相同的高度。例如，圖23中的尺寸X3優(yōu)選為硅晶片201的厚度的1/2。具體而言，在例如直徑200mm的硅晶片的情況下，厚度t為0.725mm，所以優(yōu)選為X3＝0.3625mm。但是，并不限于此，X3≈0.3625mm也可以。
此外，尺寸X4優(yōu)選地設(shè)為與硅晶片201的厚度相等、或大一些的值。具體而言，在例如直徑200mm的硅晶片的情況下，厚度t為0.725mm，所以優(yōu)選為X4＝0.725～1.5mm。
此外，尺寸R2優(yōu)選地設(shè)為與硅晶片201的厚度的1/2相等、或大一些的值。具體而言，在例如直徑200mm的硅晶片的情況下，厚度t為0.725mm，所以優(yōu)選為R2＝0.3625～0.75mm。這與實(shí)施方式1相同。
圖24是表示在支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖。
圖25是表示圖24所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
形成在支架210上的第一凸部216通過(guò)將球焊接在硅晶片201的背面接觸的面上而形成。由此，朝向硅晶片201側(cè)面的其前端形成為球狀的曲面。這里，均等地配置有8個(gè)凸部216。即使支架210旋轉(zhuǎn)、硅晶片201因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)，硅晶片201的側(cè)面的一部分也只是與8個(gè)凸部216中的某幾個(gè)接觸。由此，與不設(shè)置第一凸部216而以支架210的側(cè)面的較大的區(qū)域接觸的情況相比，能夠減小接觸面積。
進(jìn)而，這里，由于凸部216的前端形成為球狀的曲面，所以即使在與硅晶片201的側(cè)面接觸的情況下也能夠成為點(diǎn)接觸。結(jié)果，即使在硅晶片201的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜與堆積在凸部216的前端部分的膜接觸，也能夠進(jìn)一步減小接觸面積。因此，能夠進(jìn)一步減少硅晶片201向支架210的粘貼。這里，均等地配置有8個(gè)凸部216，但并不限于此，只要是3個(gè)以上就可以，這一點(diǎn)與凸部212的數(shù)量的說(shuō)明同樣。
圖26是表示硅晶片外周部與凸部的截面圖。
如圖26所示，優(yōu)選地將凸部216形成為，使硅晶片201的側(cè)面前端與第一凸部216的前端成為相同的高度。例如，圖26中的尺寸Φ1優(yōu)選為比硅晶片201的厚度僅稍大埋入的量的值。具體而言，在例如直徑200mm的硅晶片的情況下，厚度t為0.725mm，所以優(yōu)選為Φ1＝1～1.5mm。此外，尺寸X5只要挖入到能夠進(jìn)行球體的凸部116的定位的程度就可以。具體而言，優(yōu)選為X5＝0.1365～0.6375mm。
圖27是用于說(shuō)明使用沒(méi)有形成凸部的支架時(shí)的成膜后的狀態(tài)的圖。
圖28A和圖28B是用于說(shuō)明使用本實(shí)施方式中的形成了第一凸部的支架時(shí)的成膜后的狀態(tài)的圖。
如圖27所示，在使用沒(méi)有形成第一凸部的支架的情況下，在硅晶片的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜402與堆積在支架的沉孔的側(cè)面上的沉積膜404接觸。因此，會(huì)發(fā)生緊貼(粘接)，硅晶片會(huì)粘貼在支架上。
相對(duì)于此，如圖28A所示，在使用本實(shí)施方式的形成有凸部的支架的情況下，在凸部以外的位置處，能夠使在硅晶片的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜402不與堆積在支架的底面及側(cè)面的沉積膜404接觸。這里，如圖28B所示，朝向硅晶片的中心方向延伸的凸部的朝向中心方向的長(zhǎng)度L優(yōu)選地形成為由原料氣體在硅晶片表面上成膜的膜的膜厚的2倍以上的尺寸。在凸部以外的位置，從硅晶片的側(cè)面生長(zhǎng)起來(lái)的膜與在上述凸部以外的部分的硅晶片側(cè)生長(zhǎng)起來(lái)的膜的膜厚為相同程度。
由此，在上述凸部以外的位置，能夠避免從硅晶片的側(cè)面生長(zhǎng)起來(lái)的硅外延膜402與在硅晶片側(cè)生長(zhǎng)起來(lái)的沉積膜404的接觸。例如，在將硅外延膜生長(zhǎng)120μm的情況下，優(yōu)選地使尺寸L為240μm以上、即0.24mm以上。
圖29是表示各支架的硅外延膜的膜厚與向支架的貼附狀況的關(guān)系的一例的圖。
這里，作為比較對(duì)象，將三氯硅烷(SiHCl3)用氫(H2)稀釋為25％的氣體以34Pa·m3/s(20SLM)作為硅源從噴淋頭130供給。并且，作為載體氣體，將H2以85Pa·m3/s(50SLM)從噴淋頭130供給。即，使氣體整體中的SiHCl3濃度為7.2％。并且，將內(nèi)部加熱器160設(shè)定為1100℃，將外部加熱器150設(shè)定為1098℃。此外，使硅晶片的轉(zhuǎn)速為500min-1(500rpm)。使腔內(nèi)壓力為9.3×104Pa(700Torr)。
如圖29所示，在不設(shè)置本實(shí)施方式的第一凸部、使用沒(méi)有形成凸部的支架的情況下(單純的沉孔的情況下)，在成膜28μm的硅外延膜的情況下硅晶片沒(méi)有粘貼在支架上。但是，在成膜40μm的情況下，在硅晶片與支架之間發(fā)生輕微的粘貼。另一方面，在設(shè)有本實(shí)施方式的將凸部的前端做成平面的凸部(與硅晶片的接觸寬度為3mm)的情況下，在成膜63μm的硅外延膜的情況下硅晶片沒(méi)有粘貼在支架上。但是，在成膜100μm的情況下，在硅晶片和支架之間產(chǎn)生了輕微的粘貼。進(jìn)而，在設(shè)有本實(shí)施方式的將凸部的前端做成R狀或球狀的凸部(與硅晶片點(diǎn)接觸)的情況下(點(diǎn)接觸1)，在成膜70μm的硅外延膜的情況下硅晶片沒(méi)有粘貼在支架上。但是，在成膜90μm的情況下，在硅晶片與支架之間發(fā)生輕微的粘貼。
以上，通過(guò)設(shè)置本實(shí)施方式的第一凸部，與不設(shè)置凸部的情況相比，能夠增加可容許的膜厚。進(jìn)而，在設(shè)置凸部的情況下，通過(guò)做成點(diǎn)接觸，能夠比面接觸增加可容許的膜厚。
接著，變更工藝條件，換言之，通過(guò)降低作為硅源的三氯硅烷(SiHCl3)的濃度、提高硅晶片的溫度，能夠進(jìn)一步增加可容許的膜厚。具體而言，將H2增加85Pa·m3/s(50SLM)，將氣體整體中的SiHCl3濃度為從7.2％降低到4.2％。并且，將內(nèi)部加熱器160設(shè)定為1200℃，將外部加熱器150設(shè)定為1126℃。在此情況下，在設(shè)有將凸部的前端做成R狀或球狀的凸部的情況下(點(diǎn)接觸2)，硅晶片也不粘貼在支架上。進(jìn)而，即使在成膜120μm的硅外延膜的情況下，硅晶片也不粘貼在支架上。
實(shí)施方式4在實(shí)施方式3中，設(shè)置第一凸部而減小在上述基板的側(cè)面部分生長(zhǎng)的膜與在支架側(cè)堆積的膜的接觸區(qū)域，但在實(shí)施方式4中，對(duì)于雖然效果較差、但與以往相比減小了接觸區(qū)域的支架的形狀進(jìn)行說(shuō)明。
圖30是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的一例的上面圖。
圖31是表示圖30所示的支架上支承有硅晶片的狀態(tài)的截面的截面圖。
在支架210上，形成有比硅晶片201的直徑大的沉孔，在該沉孔上配置截面形成為圓形的環(huán)218。換言之，支架210具備對(duì)硅晶片201限制與硅晶片201面相同方向的移動(dòng)的、表面朝向硅晶片201側(cè)形成為凸的R狀的環(huán)218。并且，將硅晶片201配置在環(huán)218的內(nèi)側(cè)。支架210與環(huán)218也可以焊接。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，朝向硅晶片201的側(cè)面的其前端形成為球狀的曲面。由此，即使在支架210旋轉(zhuǎn)，硅晶片201因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)、向某個(gè)方向偏靠的情況下，也能夠使硅晶片201的側(cè)面的一部分以線接觸接觸在環(huán)218的前端部分。由此，與不設(shè)置上述凸部及環(huán)218而以支架210的側(cè)面的較大區(qū)域接觸的情況相比，能夠減小接觸面積。結(jié)果，即使在硅晶片201的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜與堆積在環(huán)218的前端部分的膜接觸，接觸區(qū)域也較小。因此，與以往相比能夠減少硅晶片201向支架210的粘貼。
圖32是表示在支架(支承臺(tái))210上支承有硅晶片的狀態(tài)的另一例的上面圖，是表示分別設(shè)有多個(gè)第一凸部212、第二凸部221的一例的圖。在該例中，表示了設(shè)有8個(gè)第一凸部、4個(gè)第2凸部的例子。如果第一凸部是8個(gè)，則第2凸部也盡可能優(yōu)選為8個(gè)，從3個(gè)到10個(gè)就足夠。如果比10個(gè)多，則基板背面的接觸面積變大，與以往的差異幾乎消失。此外，如果不到3個(gè)，則基板本身變得不穩(wěn)定，對(duì)于外延生長(zhǎng)是不理想。
圖33是將第2凸部221的一部分放大表示的立體圖。本實(shí)施方式的情況下的第2凸部221是厚度0.1mm、寬度1mm的情況，但優(yōu)選為高度從0.1mm到0.5mm、寬度從0.5mm到3mm。但是，其大小也依存于生長(zhǎng)的硅外延膜，還依存于硅晶片101的大小。由此，這些數(shù)值有時(shí)根據(jù)成膜裝置而變化。
進(jìn)而，第2凸部的頂部既可以是球狀，也可以是平坦、圓弧狀或細(xì)小的凹凸，但優(yōu)選為與硅晶片101的接觸面積較小。
通過(guò)這樣設(shè)置第2凸部，基板的背面的與支承臺(tái)的粘貼幾乎消失。并且，能夠進(jìn)行例如埋入IGBT的絕緣分離用的溝道(槽)的30nm左右的外延生長(zhǎng)。此外，還能夠進(jìn)行作為IGBT的n-襯底的厚度的50nm以上的外延生長(zhǎng)。此外，在功率MOS中，也可以在為了實(shí)現(xiàn)高耐壓化而在溝(槽)中埋入30nm以上的p型半導(dǎo)體層時(shí)使用。
具體而言，形成在支架210上的凸部212從與硅晶片201的背面接觸的面(第2凸部)連接的側(cè)面朝向支架210的中心延伸。并且，其前端形成為平面。這里，均等地配置有8個(gè)凸部212。即使支架210旋轉(zhuǎn)，硅晶片201因其離心力而在與硅晶片面平行的方向上移動(dòng)。即使在此情況下，硅晶片201的側(cè)面的一部分也只是與8個(gè)凸部212中的某幾個(gè)接觸。由此，與不設(shè)置第一凸部212而以支架210的側(cè)面的較大的區(qū)域接觸的情況相比，能夠減小接觸面積。結(jié)果，即使在硅晶片201的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜與堆積在凸部212的前端部分的膜接觸，接觸面積也較小。因此，能夠減少硅晶片201向支架210的粘貼。
這里，均等地配置有8個(gè)凸部212，但并不限于此，只要是3個(gè)以上就可以。凸部212的數(shù)量越多，越能夠提高支架210的定心精度。反之，凸部212的數(shù)量越少，越能夠減小在硅晶片201的側(cè)面部分生長(zhǎng)的硅外延膜與堆積在凸部212的前端部分的膜的接觸面積。進(jìn)而，這里，在與硅晶片201接觸的面上設(shè)有多個(gè)(在本實(shí)施方式中為4個(gè))第2凸部221，通過(guò)該第2凸部221的頂面支承硅晶片201。
如以上，在支架210上設(shè)有對(duì)硅晶片201限制與基板面相同方向的實(shí)質(zhì)上水平方向的移動(dòng)的、配置成圍繞上述基板的多個(gè)凸部212。并且，在與硅晶片201接觸的面上設(shè)有多個(gè)第2凸部221。并且，通過(guò)該第2凸部221的頂面支承基板。由此，能夠減少硅晶片201向支架210的粘貼。進(jìn)而，通過(guò)上述工藝條件，從硅晶片201上的流路222流出氣體，使半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。
圖34是表示在支架210上支承有硅晶片201的狀態(tài)的一例的上面圖。這里，是表示設(shè)有第1凹部231、第2凹部233、分別設(shè)有多個(gè)第1凸部212、第2凸部221的一例的圖。
圖35是將圖34所示的支架的第2凸部221的一部分放大表示的立體圖。
如圖34及圖35所示，與實(shí)施方式1同樣，優(yōu)選地在支架210上設(shè)置具有凹陷的第1凹部231、和在該第1凹部231的底部再具有凹陷的第2凹部233。并且，該第2凹部233的深度構(gòu)成為比基板的厚度低就可以。并且，還設(shè)有上述的多個(gè)第1凸部212和多個(gè)第2凸部221。第1凸部212只要形成為從第1凹部231的側(cè)面朝向中心方向延伸就可以。此外，第2凸部221只要形成在第2凹部233的底面上就可以。利用該支架210，通過(guò)多個(gè)第1凸部212對(duì)硅晶片201限制與硅晶片201面相同方向的移動(dòng)。并且，通過(guò)多個(gè)第2凸部221，用該第2凸部221的頂面支承硅晶片201。進(jìn)而，通過(guò)上述的工藝條件，從硅晶片201上的流路222流出氣體，使半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。
通過(guò)該方法，成膜在基板上的半導(dǎo)體層周?chē)哪ず褚沧兊镁鶆颍軌虼篌w上利用整個(gè)晶片。此外，萬(wàn)一，在基板越過(guò)第2凹部的側(cè)面的情況下，也能夠通過(guò)第1凹部的側(cè)面防止基板跳到支承部的外側(cè)，進(jìn)而，通過(guò)在基板的周?chē)玫?凹部形成槽，能夠減薄在第1凹部的底面即槽的底面上堆積的沉積膜的厚度。
另外，設(shè)在支架210上的第1凹部的深度優(yōu)選地構(gòu)成為比上述基板的厚度低。如果這樣，則能夠使基板上的來(lái)自流路122的氣體的流動(dòng)變得均勻。
這樣，通過(guò)除了第1凸部以外還設(shè)置第2凸部，在硅晶片201的背面上的與支承臺(tái)的粘貼幾乎消失，還能夠進(jìn)行作為n-襯底的厚度的60nm以上的外延生長(zhǎng)。
另外，當(dāng)然并不限于IGBT，除了作為功率半導(dǎo)體的、需要高耐壓的功率MOS以外，還能夠在作為電車(chē)等的開(kāi)關(guān)元件使用的GTO(柵極可關(guān)斷晶閘管)或一般的SCR(晶閘管)的較厚的襯底的外延層形成中應(yīng)用。
圖36是工藝條件中的、作為一例而比較改變基板溫度時(shí)的生長(zhǎng)速度的曲線圖的一例。
在各實(shí)施方式中設(shè)定的工藝條件中的基板的溫度范圍設(shè)為1100℃～1140℃。在圖36中，表示使溫度變化為該范圍的最大值、最小值、和中間值的情況。可知在最大值和最小值時(shí)，根據(jù)硅晶片的位置，雖然在容許范圍內(nèi)，但是對(duì)生長(zhǎng)速度產(chǎn)生一些偏差點(diǎn)。由此，如果脫離該范圍，則生長(zhǎng)速度的偏差增大。由此，可知該范圍是優(yōu)選的。
圖37是工藝條件中的、作為一例而比較改變基板轉(zhuǎn)速時(shí)的生長(zhǎng)速度的曲線圖的一例。
在各實(shí)施方式中設(shè)定的工藝條件中的基板的轉(zhuǎn)速范圍設(shè)為500～1100min-1。在圖37中，表示使轉(zhuǎn)速變化為該范圍的最大值、最小值、和中間值的情況?？芍谧畲笾岛妥钚≈禃r(shí)，生長(zhǎng)速度較大地不同。并且，在最大值和最小值時(shí)，根據(jù)硅晶片的位置，雖然在容許范圍內(nèi)，但是對(duì)生長(zhǎng)速度產(chǎn)生一些偏差。在圖37中，由于比例尺與圖36不同，所以其偏差雖然在視覺(jué)上看起來(lái)較小，但在最大值與最小值中產(chǎn)生了偏差。由此，如果進(jìn)一步脫離該范圍，則生長(zhǎng)速度的偏差增大。此外，在基板溫度為1120℃的情況下，在基板的轉(zhuǎn)速為最小值即500min-1時(shí)，生長(zhǎng)速度為8μm/min以下，但通過(guò)使基板溫度成為該范圍的最大值，能夠使生長(zhǎng)速度成為8μm/min。由此，可知該范圍是優(yōu)選的。
如以上，在基板上氣相生長(zhǎng)半導(dǎo)體層時(shí)，通過(guò)控制用于成膜的反應(yīng)氣體及載體氣體的流量和濃度、腔內(nèi)的真空度、基板溫度及使基板旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，能夠使半導(dǎo)體層的膜厚均勻。即，如上所述，用于成膜的反應(yīng)氣體采用三氯硅烷，載體氣體采用氫氣。并且，使腔內(nèi)的三氯硅烷的濃度調(diào)節(jié)為3％以內(nèi)。進(jìn)而，使腔內(nèi)的壓力為8×104Pa～11×104Pa。進(jìn)而，使基板的轉(zhuǎn)速為500～1100min-1(500～1100rpm)。進(jìn)而，使基板的溫度為1100℃～1140℃。通過(guò)這些條件的組合，能夠使生長(zhǎng)速度為8μm/min以上。并且，調(diào)節(jié)這些條件，使上述半導(dǎo)體層生長(zhǎng)。由此，能夠使半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。
此外，根據(jù)上述的各實(shí)施方式，即使例如在基板的側(cè)面部分生長(zhǎng)的膜與在凸部的前端部分堆積的膜接觸，也能夠減小接觸面積。由此，能夠減少基板向支承部的粘貼?；蛘撸词乖诨宓膫?cè)面部分生長(zhǎng)的膜與堆積在R狀的面的前端上的膜接觸，也能夠減小接觸面積。由此，也能夠減少基板向支承部的粘貼。并且基板背面的與支承臺(tái)的粘貼幾乎消失，還能夠進(jìn)行50nm以上的外延生長(zhǎng)。
以上，參照具體例說(shuō)明了實(shí)施方式。但是本發(fā)明并不限于這些具體例。例如，作為氣相生長(zhǎng)裝置的一例而對(duì)外延生長(zhǎng)裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限于此，只要是用于在試料面上氣相生長(zhǎng)規(guī)定的膜的裝置就可以。例如也可以是使聚硅膜生長(zhǎng)的裝置。
此外，關(guān)于裝置結(jié)構(gòu)及控制方法、在本發(fā)明的說(shuō)明中不直接需要的部分等省略了記載，但也可以適當(dāng)選擇使用所需的裝置結(jié)構(gòu)及控制方法。例如，對(duì)于控制外延生長(zhǎng)裝置100的控制部結(jié)構(gòu)省略了記載，但當(dāng)然可以適當(dāng)選擇使用所需的控制部結(jié)構(gòu)。
此外，具備本發(fā)明的要素、本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠進(jìn)行設(shè)計(jì)變更的所有的氣相生長(zhǎng)裝置以及支承部件的形狀包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明并不限于上述的具體的實(shí)施方式。在不脫離由權(quán)利要求書(shū)定義的本發(fā)明的技術(shù)范圍和主旨的情況下可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種氣相生長(zhǎng)方法，使用氣相生長(zhǎng)裝置，該氣相生長(zhǎng)裝置在腔內(nèi)收容了放置于支承臺(tái)上的基板，并連接有向放置于上述支承臺(tái)上的上述基板上供給用于成膜的氣體的第1流路、及排出氣體的第2流路，其特征在于，使上述基板旋轉(zhuǎn)；供給上述用于成膜的反應(yīng)氣體及載體氣體，在上述基板上氣相生長(zhǎng)半導(dǎo)體層；在上述基板上氣相生長(zhǎng)上述半導(dǎo)體層時(shí)，控制上述反應(yīng)氣體及載體氣體的流量和濃度、上述腔內(nèi)的真空度、上述基板溫度及使上述基板旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，使上述半導(dǎo)體層的膜厚均勻。
2.如權(quán)利要求1所述的氣相生長(zhǎng)方法，其特征在于，上述用于成膜的反應(yīng)氣體是三氯硅烷，載體氣體是氫氣，通過(guò)使上述腔內(nèi)的三氯硅烷的濃度調(diào)節(jié)為8％以內(nèi)、使上述腔內(nèi)壓力為6.7～10.6×104Pa、使上述基板的轉(zhuǎn)速為500～1500min-1、使上述基板的溫度為1100℃～1140℃，從而以生長(zhǎng)速度8μm/min以上生長(zhǎng)上述半導(dǎo)體層，使上述半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的氣相生長(zhǎng)方法，其特征在于，在上述支承臺(tái)設(shè)有具有凹陷的第1凹部、和在上述第1凹部的底部還具有凹陷的第2凹部，通過(guò)使上述第2凹部的深度比上述基板的厚度低，使上述基板上的、來(lái)自上述第1流路的氣體的流動(dòng)均勻，使上述半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的氣相生長(zhǎng)方法，其特征在于，在上述支承臺(tái)設(shè)有對(duì)上述基板限制與基板面相同的方向的實(shí)質(zhì)上水平方向的移動(dòng)的、配置成圍繞上述基板的多個(gè)第一凸部，并且，在與上述基板接觸的面設(shè)有多個(gè)第2凸部，由該第2凸部的頂面支承上述基板，從上述第1流路流出氣體，使上述基板上的上述半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。
5.如權(quán)利要求2所述的氣相生長(zhǎng)方法，其特征在于，在上述支承臺(tái)設(shè)有具有凹陷的第1凹部、和在上述第1凹部的底部還具有凹陷的第2凹部，使上述第2凹部的深度比上述基板的厚度低，并且設(shè)有對(duì)上述基板限制與基板面相同的方向的實(shí)質(zhì)上水平方向的移動(dòng)的、配置成圍繞上述基板的多個(gè)第一凸部，并且，在與上述基板接觸的面上設(shè)有多個(gè)第2凸部，由該第2凸部的頂面支承上述基板，使上述基板上的、來(lái)自上述第1流路的氣體的流動(dòng)均勻，使上述半導(dǎo)體層的面內(nèi)的膜厚分布為0.5％以內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的氣相生長(zhǎng)方法，其特征在于，上述第1凹部的深度比上述基板的厚度低。
7.如權(quán)利要求2所述的氣相生長(zhǎng)方法，其特征在于，在上述支承臺(tái)設(shè)有對(duì)上述基板限制與基板面相同的方向的實(shí)質(zhì)上水平方向的移動(dòng)的、配置成圍繞上述基板的多個(gè)凸部，由與基板背面接觸的面支承基板。
8.如權(quán)利要求7所述的氣相生長(zhǎng)方法，其特征在于，上述凸部朝向基板的中心方向延伸，凸部的朝向中心方向的長(zhǎng)度形成為由上述氣體在基板表面成膜的膜的膜厚的2倍以上的尺寸。
9.一種氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，具備腔，在成膜時(shí)內(nèi)部壓力被控制為6.7～10.6×104Pa；流路，將三氯硅烷的濃度被控制為8％以內(nèi)的三氯硅烷氣體與載體氣體的混合氣體向上述腔內(nèi)供給；支承臺(tái)，在上述腔內(nèi)放置基板，在成膜時(shí)以500～1500min-1的轉(zhuǎn)速使上述基板旋轉(zhuǎn)；及加熱器，在成膜時(shí)將上述基板的溫度控制為1100℃～1140℃。
10.如權(quán)利要求9所述的氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，在上述支承臺(tái)設(shè)有對(duì)上述基板限制與基板面相同的方向的實(shí)質(zhì)上水平方向的移動(dòng)的、配置成圍繞上述基板的多個(gè)凸部，由與上述基板背面接觸的面支承上述基板。
11.如權(quán)利要求10所述的氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，上述凸部的前端部分形成為R狀。
12.如權(quán)利要求10所述的氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，上述凸部的前端部分形成為球狀。
13.如權(quán)利要求9所述的氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，在上述支承臺(tái)設(shè)有對(duì)上述基板限制與基板面相同的方向的實(shí)質(zhì)上水平方向的移動(dòng)的、配置成圍繞上述基板的多個(gè)第一凸部，并且，在與基板接觸的面上設(shè)有多個(gè)第2凸部，由上述第2凸部的頂面支承基板。
14.如權(quán)利要求9所述的氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，在上述支承臺(tái)設(shè)有具有凹陷的第1凹部、和在上述第1凹部的底部還具有凹陷的第2凹部，由上述第2凹部的底面支承上述基板。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)方式氣相生長(zhǎng)方法，使用氣相生長(zhǎng)裝置，該氣相生長(zhǎng)裝置在腔內(nèi)收容了放置于支承臺(tái)上的基板，并連接有向放置于上述支承臺(tái)上的上述基板上供給用于成膜的氣體的第1流路、及將氣體排出的第2流路，其特征在于，使上述基板旋轉(zhuǎn)，供給上述用于成膜的反應(yīng)氣體及載體氣體，在上述基板上氣相生長(zhǎng)半導(dǎo)體層；在上述基板上氣相生長(zhǎng)上述半導(dǎo)體層時(shí)，控制上述反應(yīng)氣體及載體氣體的流量和濃度、上述腔內(nèi)的真空度、上述基板溫度及使上述基板旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，使上述半導(dǎo)體層的膜厚均勻。
文檔編號(hào)C23C16/44GK101043001SQ20071008873
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者伊藤英樹(shù), 稻田聰史, 森山義和 申請(qǐng)人:紐富來(lái)科技股份有限公司