專利名稱：膜沉積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)在襯底的主表面上進(jìn)行氣相生長(zhǎng)或真空氣相沉積來(lái)沉積薄膜的膜沉積裝置，并且更具體地講，涉及在半導(dǎo)體襯底的主表面上沉積薄膜時(shí)控制半導(dǎo)體晶片的主表面由于熱而導(dǎo)致的彎曲的膜沉積設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)將要生長(zhǎng)薄膜以在襯底(例如，半導(dǎo)體襯底)的一個(gè)主表面上形成半導(dǎo)體器件時(shí)，通常執(zhí)行的方法是在加熱半導(dǎo)體襯底的同時(shí)，將半導(dǎo)體襯底的一個(gè)主表面的頂部暴露到用于將要形成的薄膜的構(gòu)成原料氣體。例如，使用用作陽(yáng)離子的III族氮化物半導(dǎo)體的有機(jī)金屬化合物作為原料氣體，或者使用含有用作陰離子的V族元素的原料氣體。將這些原料氣體饋送到被加熱半導(dǎo)體襯底的主表面上，以由此在半導(dǎo)體襯底的一個(gè)主表面上生長(zhǎng)薄膜。在此，例如，用于加熱半導(dǎo)體襯底的傳統(tǒng)方法包括RF加熱、電阻加熱和紅外線燈加熱，如“Group III Nitride Semiconductor(非專利文件1) ”中所述。如上所述使用原料氣體(氣相)在受熱的半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)薄膜的技術(shù)被稱作氣相生長(zhǎng)。用于執(zhí)行氣相生長(zhǎng)的裝置提供有基座作為用于設(shè)定半導(dǎo)體襯底和加熱半導(dǎo)體襯底的構(gòu)件。在非專利文件1 中公開(kāi)的用于加熱半導(dǎo)體襯底的方法都把將要加熱的半導(dǎo)體襯底設(shè)定在基座上。圖6是一般地示出通過(guò)氣相生長(zhǎng)沉積膜的傳統(tǒng)使用的膜沉積裝置的內(nèi)部的示意圖。如圖6中所示，通過(guò)氣相生長(zhǎng)沉積膜的傳統(tǒng)使用的膜沉積裝置100包括加熱器2，加熱器2用作加熱構(gòu)件并且位于用于設(shè)定襯底(例如，半導(dǎo)體襯底10)的基座1的主表面下方 (在圖6中，加熱器面對(duì)與設(shè)定半導(dǎo)體襯底10側(cè)相反的主表面)。即，從基座1下方對(duì)基座 1和半導(dǎo)體襯底10進(jìn)行加熱。在基座1上方放置其內(nèi)用于流動(dòng)原料氣體的流動(dòng)通道3 (在圖6中，流動(dòng)通道面對(duì)設(shè)定半導(dǎo)體襯底10側(cè))。當(dāng)加熱器2加熱基座1和在基座1上的半導(dǎo)體襯底10時(shí)，從放置在流動(dòng)通道3的一端(上游)的原料氣體噴嘴4，將構(gòu)成要沉積的薄膜的原料氣體饋送到流動(dòng)通道3，使得半導(dǎo)體襯底10的一個(gè)主表面(圖6中所示的上主表面)可以暴露到原料氣體。因此，在受熱的半導(dǎo)體襯底10的主表面上，沉積由所供給的原料氣體制成的薄膜。此時(shí)，可以使用膜沉積裝置100中的頂部(上側(cè))上安裝的從模塊 5施加的激光束，以測(cè)量半導(dǎo)體襯底10的曲率(如隨后所描述的)，即相對(duì)于沿著半導(dǎo)體襯底10的主表面的方向的彎曲程度。"Systems Products”(非專利文件2)使用數(shù)據(jù)來(lái)表示由于溫度升高導(dǎo)致作為半導(dǎo)體襯底的晶片出現(xiàn)相當(dāng)大程度的翹曲(彎曲)。半導(dǎo)體襯底的翹曲是由因?yàn)橥ㄟ^(guò)半導(dǎo)體襯底的溫度升高而產(chǎn)生的熱流動(dòng)導(dǎo)致的半導(dǎo)體襯底的上側(cè)溫度和下側(cè)溫度之間的差異造成的?，F(xiàn)有技術(shù)文件非專利文件1 "Group III Nitride Semiconductor", Isamu Akazaki, Baifukan有限公司，1994年，第147-165頁(yè)非專利文件 2 “Systems Products"(在線)，互聯(lián)網(wǎng) <http://www. marubun. jp/ product/thinfilm/other/qgc 18e0000000db3. html> 上(在 2008 年 3 月 17 日搜索到)的 Marubun ^b]

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題在上述生長(zhǎng)薄膜的膜沉積裝置中，在本發(fā)明的環(huán)境下，提供作為用于設(shè)定半導(dǎo)體襯底并且加熱半導(dǎo)體襯底的構(gòu)件的基座，使得上面要生長(zhǎng)薄膜的半導(dǎo)體襯底被設(shè)定在基座的上側(cè)上并且用于加熱基座的加熱器提供在基座的下側(cè)上。然后，用加熱器從下方加熱基座，以由此加熱安裝在基座上側(cè)上的半導(dǎo)體襯底。所使用的方法使要形成薄膜的構(gòu)成原料的氣體在半導(dǎo)體襯底的上側(cè)上流動(dòng)。就面向下方法的情形而言，將上側(cè)和下側(cè)彼此替換。具體來(lái)講，在基座的下側(cè)上，設(shè)定上面要生長(zhǎng)薄膜的半導(dǎo)體襯底，并且在基座的上側(cè)上，放置用于加熱基座的加熱器。用加熱器從上方加熱基座，以由此加熱放置在基座下側(cè)上的半導(dǎo)體襯底。所使用的方法使要形成薄膜的構(gòu)成原料氣體在半導(dǎo)體襯底的下側(cè)上流動(dòng)。在以上的情況下，例如，在加熱器放置在基座的下側(cè)上的情況下，加熱器的熱從基座的下側(cè)傳遞到上側(cè)并且從設(shè)定在基座上側(cè)上的半導(dǎo)體襯底的下側(cè)傳遞到上側(cè)。另外，對(duì)半導(dǎo)體襯底上方的輻射并且到達(dá)原料氣體的熱傳遞造成熱流動(dòng)。因此，相對(duì)于半導(dǎo)體襯底主表面的方向的上側(cè)和下側(cè)具有彼此不同的各個(gè)溫度。因此，作為半導(dǎo)體襯底的晶片相對(duì)于沿著主表面的方向翹曲(彎曲)。在加熱器放置在基座的下側(cè)上的情況下，晶片下側(cè)具有的溫度高于晶片上側(cè)的溫度，并且因此，所產(chǎn)生的翹曲形式是晶片的下側(cè)是凸起的(向下的凸起)。就例如加熱器放置在基座的上側(cè)上的面向下方法的情形而言，晶片上側(cè)具有的溫度高于晶片下側(cè)的溫度，并且因此，所產(chǎn)生的翹曲形式是晶片的上側(cè)是凸起的(向上的凸起)。如果在晶片的主表面上生長(zhǎng)薄膜時(shí)作為半導(dǎo)體襯底的晶片翹曲，晶片的主表面和基座之間的接觸狀態(tài)根據(jù)晶片主表面上的位置而變化。就例如加熱器提供在基座下側(cè)上并且晶片因此以向下凸起的形式翹曲的情況而言，在晶片和基座之間的距離向著主表面的邊緣增大時(shí)，晶片主表面的中心和圍繞中心的部分接觸基座。在這種情況下，因此，晶片中部具有的溫度高于晶片邊緣的溫度。由于在晶片主表面上所得的溫度分布，導(dǎo)致生長(zhǎng)在晶片上的薄膜的同質(zhì)性會(huì)劣化。另外，根據(jù)要生長(zhǎng)在作為半導(dǎo)體襯底的晶片的主表面上的薄膜的類型，就例如要在硅(Si)襯底的主表面上氣相生長(zhǎng)氮化鎵(GaN)而言，沉積膜之后翹曲(向下凸起的翹曲)增大會(huì)造成在晶片中被開(kāi)口形成裂縫。從上可見(jiàn)，相對(duì)于沿著晶片主表面的方向的上側(cè)和下側(cè)之間的熱傳遞和溫度差會(huì)導(dǎo)致諸如晶片的翹曲、同質(zhì)性的劣化以及根據(jù)這種情況產(chǎn)生裂縫的問(wèn)題。本發(fā)明致力于解決上述問(wèn)題，并且本發(fā)明的目的在于提供一種膜沉積裝置，所述膜沉積裝置控制由于在半導(dǎo)體襯底的主表面上沉積薄膜時(shí)進(jìn)行加熱而導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底的主表面的彎曲。解決問(wèn)題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的膜沉積裝置包括基座，其保持襯底；第一加熱構(gòu)件，其被放置成面對(duì)所述基座的一個(gè)主表面；第二加熱構(gòu)件，其被設(shè)定成面對(duì)所述基座的、與所述一個(gè)主表面相反設(shè)置的另一個(gè)主表面，；以及控制單元，其能夠彼此獨(dú)立地控制所述第一加熱構(gòu)件和所述第二加熱構(gòu)件的各加熱溫度。如上所述，可以使用包括第一加熱構(gòu)件和第二加熱構(gòu)件的膜沉積裝置來(lái)通過(guò)加熱構(gòu)件從上方和下方這兩者加熱設(shè)定在基座的一個(gè)主表面上的半導(dǎo)體襯底，所述第一加熱構(gòu)件被放置成面對(duì)基座的一個(gè)主表面，所述第二加熱構(gòu)件被放置成面對(duì)基座的、與所述一個(gè)主表面相反設(shè)置的另一個(gè)主表面。因此，與只在半導(dǎo)體襯底上方或只在半導(dǎo)體襯底下方提供加熱構(gòu)件的情況相比，上側(cè)和下側(cè)之間的溫度差減小。因此，與只在半導(dǎo)體襯底上方或只在半導(dǎo)體襯底下方提供加熱構(gòu)件以施加熱的情況相比，可以減小當(dāng)在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)薄膜時(shí)的翹曲量。另外，半導(dǎo)體襯底的上側(cè)和下側(cè)之間的溫度差減小，并且因此半導(dǎo)體襯底的翹曲量減小。因而，半導(dǎo)體襯底的溫度均勻性可以提高，并且可以使半導(dǎo)體襯底的整個(gè)主表面上所沉積的薄膜基本上具有同質(zhì)性。另外，本發(fā)明的一種膜沉積裝置包括基座，其保持襯底；第一加熱構(gòu)件，其被放置成面對(duì)所述基座的一個(gè)主表面；第二加熱構(gòu)件，其被放置成面對(duì)所述基座的、與所述一個(gè)主表面相反設(shè)置的另一個(gè)主表面；以及控制單元，其能夠彼此獨(dú)立地控制所述第一加熱構(gòu)件和所述第二加熱構(gòu)件的各加熱溫度。所述第一加熱構(gòu)件和所述第二加熱構(gòu)件中只有一者或者兩者都可以工作以施加熱。換言之，本發(fā)明的膜沉積裝置還能夠通過(guò)只使第一加熱構(gòu)件和第二加熱構(gòu)件中的一者工作來(lái)足以沉積膜。因此，可以按所期望方式來(lái)控制膜沉積裝置中的熱流動(dòng)。另外，可以減小半導(dǎo)體襯底的翹曲，以減小在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生裂縫的可能性。此夕卜，加熱構(gòu)件被放置成相對(duì)于沿著半導(dǎo)體襯底的主表面的方向分別面對(duì)一個(gè)主表面和另一個(gè)主表面，并且因而在面對(duì)半導(dǎo)體襯底的主表面的環(huán)境下，由于原料氣體的溫度差導(dǎo)致的濃度梯度減小，并且可以抑制原料氣體出現(xiàn)對(duì)流。以此方式，可以提高所沉積薄膜的質(zhì)量。
本發(fā)明的膜沉積裝置還可以包括測(cè)量所述襯底的曲率或翹曲的測(cè)量單元，并且還可以能夠具有如下能力基于所述襯底的曲率或翹曲的測(cè)量結(jié)果，利用所述控制單元來(lái)彼此獨(dú)立地控制所述第一加熱構(gòu)件和所述第二加熱構(gòu)件的各加熱溫度。利用這種能力，在實(shí)時(shí)測(cè)量半導(dǎo)體襯底的彎曲量或彎曲方向時(shí)，測(cè)量結(jié)果可以從控制單元反饋回第一加熱構(gòu)件和第二加熱構(gòu)件，使得可以實(shí)時(shí)控制第一加熱構(gòu)件和第二加熱構(gòu)件的各個(gè)溫度，以減小半導(dǎo)體襯底的曲率。由于曲率減小會(huì)使翹曲減小，因此可以進(jìn)一步減小半導(dǎo)體襯底的翹曲。另夕卜，替代測(cè)量沉積膜時(shí)半導(dǎo)體襯底的曲率，可以采用例如激光束測(cè)量在沉積膜時(shí)半導(dǎo)體襯底的翹曲。因而，可以使用翹曲替代上述曲率來(lái)執(zhí)行控制。根據(jù)本發(fā)明，上述的基座和加熱構(gòu)件用于加熱半導(dǎo)體襯底。在加熱半導(dǎo)體襯底時(shí)， 將要形成薄膜的構(gòu)成組分的原料氣體供應(yīng)到襯底的一個(gè)主表面上。這種方法(氣相生長(zhǎng)) 可以用于形成高質(zhì)量的薄膜，并且使晶體布置與半導(dǎo)體襯底的晶面對(duì)準(zhǔn)。可以使用例如非金屬材料的氯化物氣體或氫化物氣體作為用于使用上述方法(氣相生長(zhǎng))的原料氣體?？商孢x地，可以使用有機(jī)金屬化合物的蒸汽。還可以使用真空氣相沉積方法，通過(guò)這種方法，在使用如上所述的基座和加熱構(gòu)件來(lái)加熱半導(dǎo)體襯底時(shí)，在真空中，沉積在半導(dǎo)體襯底的一個(gè)主表面上要形成的例如III族氮化物半導(dǎo)體薄膜的構(gòu)成組分的蒸汽?？梢允褂眠@種方法來(lái)降低膜沉積速率或者能原位觀察正沉積的薄膜。本發(fā)明的效果本發(fā)明的膜沉積裝置可以降低襯底出現(xiàn)翹曲和裂縫的可能性并且提高已生長(zhǎng)薄膜的質(zhì)量。


圖1是一般示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中通過(guò)氣相生長(zhǎng)來(lái)沉積膜的膜沉積裝置的內(nèi)部的示意性橫截面圖。圖2是一般示出包括用于控制加熱器溫度的控制單元的膜沉積裝置201的內(nèi)部的示意性橫截面圖。圖3是一般示出本發(fā)明的第二實(shí)施例中通過(guò)氣相沉積來(lái)沉積膜的膜沉積裝置的內(nèi)部的示意性橫截面圖。圖4是示出用于檢驗(yàn)已沉積薄膜的同質(zhì)性的HEMT外延結(jié)構(gòu)的層壓結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5是示出用于檢驗(yàn)已沉積薄膜出現(xiàn)翹曲和裂縫的HEMT外延結(jié)構(gòu)的層壓結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6是一般示出通過(guò)氣相生長(zhǎng)來(lái)沉積膜的傳統(tǒng)使用的膜沉積裝置的內(nèi)部的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，通過(guò)相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示執(zhí)行相同功能的組件，并且除非另外需要，否則將不再重復(fù)對(duì)其的描述。第一實(shí)施例如圖1中所示，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中的通過(guò)氣相生長(zhǎng)來(lái)沉積膜的膜沉積裝置 200包括半導(dǎo)體襯底10，其位于用于設(shè)定例如作為襯底的晶片的基座1上方；加熱器7，其被放置成面對(duì)基座1的上主表面并且用作第一加熱構(gòu)件。另外，如圖1中所示，在基座1和位于基座1上方的加熱器之間的區(qū)域中，放置加熱夾具6。應(yīng)該注意，本文的主表面是指例如具有最大面積的半導(dǎo)體襯底10或基座1的表面并且沿著水平方向來(lái)設(shè)定。另外，本文所使用的膜的生長(zhǎng)和沉積基本上彼此是同義的。除了上述特征之外，膜沉積裝置200的結(jié)構(gòu)與上述圖6所示的膜沉積裝置100的結(jié)構(gòu)相同。即，也在基座1下方，包括被放置成面對(duì)基座1的下主表面并用作第二加熱構(gòu)件的加熱器2。在基座1上方，放置其內(nèi)流動(dòng)原料氣體的流動(dòng)通道3。在加熱器7和加熱器2 對(duì)基座1和在基座1上面的半導(dǎo)體襯底10進(jìn)行加熱時(shí)，從流動(dòng)通道3的一端(上游)處放置的原料氣體噴嘴4，將要沉積薄膜的構(gòu)成組分的原料氣體供應(yīng)到流動(dòng)通道3中，使得半導(dǎo)體襯底10的一個(gè)主表面(圖1中所示的上主表面)暴露到這種原料氣體。因此，在受熱的半導(dǎo)體襯底10的主表面上，沉積由所供應(yīng)原料氣體構(gòu)成的薄膜。此時(shí)，可以使用膜沉積裝置200的天花板[si](上側(cè))上放置的模塊5所施加的激光束，以測(cè)量如隨后所描述的半導(dǎo)體襯底10的曲率或翹曲，即，相對(duì)于沿著半導(dǎo)體襯底10的主表面的方向的彎曲程度。在此，應(yīng)該注意，當(dāng)曲率和翹曲都是半導(dǎo)體襯底10彎曲程度的定量指標(biāo)時(shí)，曲率是代表半導(dǎo)
6體襯底10的主表面上某一點(diǎn)的彎曲程度的指標(biāo)，并且翹曲是代表半導(dǎo)體襯底10的整個(gè)主表面的彎曲程度或者由于彎曲導(dǎo)致的半導(dǎo)體襯底10的主表面形狀的指標(biāo)。應(yīng)該注意，圖1示出加熱夾具6、加熱器7和流動(dòng)通道3在橫向方向上都是部分不連續(xù)的，使得可以容易看到，從模塊5發(fā)射的激光束透射到半導(dǎo)體襯底10的主表面上。因此，只要來(lái)自模塊5的激光束可以穿過(guò)，所使用的加熱夾具6和加熱器7可以是橫向方向上連續(xù)的構(gòu)件。雖然圖1示出從上方施加來(lái)自模塊5的激光束，但是模塊5可以被設(shè)定在流動(dòng)通道3側(cè)附件例如以將相對(duì)于半導(dǎo)體襯底10的主表面的方向傾斜的、能夠穿過(guò)流動(dòng)通道 3的激光束施加到半導(dǎo)體襯底10的主表面上。在這種情況下，加熱夾具6和加熱器7應(yīng)該在橫向方向上是連續(xù)的。在任一種情況下，圖1是橫截面圖，并且實(shí)際上加熱夾具6、加熱器 7和流動(dòng)通道3均是一件式[s2]組件。如上所述，提供用于設(shè)定半導(dǎo)體襯底10的基座1。另外，基座1和加熱夾具6均具有將加熱器的熱均勻傳遞到半導(dǎo)體襯底10的功能。具體來(lái)講，加熱夾具6和基座1允許加熱器7所產(chǎn)生的熱和加熱器2所產(chǎn)生的熱分別均勻傳遞到半導(dǎo)體襯底10?；?和加熱夾具6都由例如涂覆有碳化硅(SiC)的碳(C)制成。碳化硅具有的導(dǎo)熱率高并且耐熱性優(yōu)良，并且因此可以將熱平穩(wěn)地傳遞到半導(dǎo)體襯底10。除了上述材料之外，還可以使用例如石英、藍(lán)寶石、SiC、涂覆有熱解碳的碳、氮化硼(BN)和碳化鉭(TaC)作為用于基座1和加熱夾具6的材料。流動(dòng)通道3是被提供用于將原料氣體供應(yīng)到半導(dǎo)體襯底10的主表面上的管道。 使用例如石英作為用于流動(dòng)通道3的材料。除此之外，例如，還可以使用涂覆有薄SiC膜的碳、藍(lán)寶石、SiC、涂覆有熱解碳的碳、BN、TaC, SUS和鎳(Ni)。從原料氣體噴嘴4，將用于要形成薄膜的構(gòu)成原料的氣體供應(yīng)到流動(dòng)通道3中。此時(shí)，當(dāng)通過(guò)加熱器7和加熱器2對(duì)半導(dǎo)體襯底10進(jìn)行加熱時(shí)，供給到半導(dǎo)體襯底10的主表面上的原料氣體被熱分解，使得可以在半導(dǎo)體襯底10的主表面上形成晶體(薄膜)。例如，假設(shè)使用藍(lán)寶石襯底(C平面)作為半導(dǎo)體襯底，以在藍(lán)寶石襯底的一個(gè)主表面上形成III族化合物半導(dǎo)體的薄膜。在這種情況下，使用通過(guò)將甲基基團(tuán)(-CH3)添加到薄膜的構(gòu)成金屬并且使高的蒸汽壓力保持在室溫而形成的液體或固體有機(jī)金屬化合物的蒸汽和非金屬材料的氫化物氣體，作為從原料氣體噴嘴4供給到半導(dǎo)體襯底10的主表面上的氣體?？梢允褂媒饘儆袡C(jī)氣相生長(zhǎng)法(MOVPE)，以在半導(dǎo)體襯底10的主表面上沉積III 族化合物半導(dǎo)體的薄膜，其中，通過(guò)M0VPE，將這些氣體噴涂到受熱的半導(dǎo)體襯底10的主表面上并且被熱分解以獲得半導(dǎo)體晶體。如上可以看出，一個(gè)或多個(gè)加熱器[s3]施加熱，以使所供應(yīng)氣體熱分解，并且以薄膜形式沉積所得的晶體?？商孢x地，還可以使用氣相生長(zhǎng)法(VPE)，所述氣相生長(zhǎng)法使用氯化物氣體作為從原料氣體噴嘴4供應(yīng)到半導(dǎo)體襯底10的主表面上的氣體。具體來(lái)講，使用非金屬材料的氯化物氣體和氫化物氣體的氣相生長(zhǎng)法被稱作氫化物氣相沉積法(H-VPE)。將這些原料氣體噴涂到受熱的半導(dǎo)體襯底10的主表面上并且熱分解，使得得到半導(dǎo)體晶體?？梢允褂媚こ练e裝置200來(lái)執(zhí)行上述MOVPE、VPE和H-VPE中的任一種。在此，假設(shè)例如圖6所示的、其中基座1下方僅設(shè)置加熱器2的傳統(tǒng)膜沉積裝置 100用于在1050°C下沉積膜。然后，加熱器2所產(chǎn)生的熱從基座1的下側(cè)傳遞到上側(cè)，并且從設(shè)定在基座1的上側(cè)上的半導(dǎo)體襯底10 (藍(lán)寶石襯底)的下側(cè)傳遞到上側(cè)。另外，因?yàn)榘雽?dǎo)體襯底10上方的輻射并且對(duì)原料氣體的熱傳遞，所以大量熱流動(dòng)。從下側(cè)向著上側(cè)傳遞的大量熱也從藍(lán)寶石襯底的主表面的下側(cè)傳遞到上側(cè)。此時(shí)，在藍(lán)寶石襯底的主表面的下側(cè)和上側(cè)之間產(chǎn)生溫度梯度。藍(lán)寶石襯底的主表面的下側(cè)和上側(cè)之間的溫度梯度(溫度差)造成藍(lán)寶石襯底的主表面的曲率大，從而導(dǎo)致相對(duì)于藍(lán)寶石襯底的主表面的方向產(chǎn)生翹曲。另外，從基座1的下側(cè)向著上側(cè)的輻射熱等還造成供應(yīng)到流動(dòng)通道3中的原料氣體的溫度梯度，并且因此促進(jìn)氣體對(duì)流。然后，由原料氣體噴嘴4提供并且通過(guò)半導(dǎo)體襯底 10的主表面的原料氣體因?yàn)闅怏w對(duì)流而上下重復(fù)移動(dòng)。這種氣體對(duì)流妨礙了半導(dǎo)體襯底 10的主表面上的穩(wěn)定氣相生長(zhǎng)。從以上看出，半導(dǎo)體襯底10(藍(lán)寶石襯底)的主表面的下側(cè)和上側(cè)之間的溫度梯度(溫度差)可以減小并且原料氣體的對(duì)流可以減小，以足以在半導(dǎo)體襯底10的主表面上執(zhí)行氣相生長(zhǎng)，同時(shí)抑制半導(dǎo)體襯底10的翹曲。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明對(duì)圖6中所示的傳統(tǒng)膜沉積裝置100添加被放置成面對(duì)基座1的上主表面并且用作第一加熱構(gòu)件的加熱器7，并且將加熱夾具6放置在基座1和位于基座1上方的加熱器7之間的區(qū)域中，以構(gòu)造圖1所示的膜沉積裝置200，并且使用這個(gè)裝置來(lái)加熱半導(dǎo)體襯底10。因此，通過(guò)加熱構(gòu)件從上方和下方這兩者對(duì)設(shè)定在基座1的一個(gè)主表面上的半導(dǎo)體襯底10進(jìn)行加熱。然后，與例如僅在半導(dǎo)體襯底10上方或僅在半導(dǎo)體襯底10下方提供加熱構(gòu)件以像圖6所示的膜沉積裝置100 —樣施加熱的情況相比，上側(cè)和下側(cè)之間的溫度差較小。因此，與僅在半導(dǎo)體襯底10上方或僅在半導(dǎo)體襯底10下方提供加熱構(gòu)件的情況相比，可以減小當(dāng)在半導(dǎo)體襯底10上生長(zhǎng)薄膜時(shí)半導(dǎo)體襯底10的主表面的彎曲程度的曲率并且可以減小翹曲量。應(yīng)該注意，例如，加熱器7和加熱器2中只有一個(gè)可以工作，以根據(jù)需要在膜沉積裝置200中施加熱。例如，當(dāng)在膜沉積裝置200中只有加熱器2工作來(lái)施加熱、同時(shí)加熱器 7不工作時(shí)，膜沉積裝置200可以與圖6所示的膜沉積裝置100相類似地作用。換言之，膜沉積裝置200具有足以只使用加熱器7和加熱器2中的一者來(lái)沉積膜的能力。另外，加熱器7和加熱器2的各個(gè)加熱溫度可以彼此獨(dú)立地被分別設(shè)定到所期望的加熱溫度。因此， 可以以所期望的方式來(lái)控制膜沉積裝置200中的熱的流動(dòng)。應(yīng)該注意，在以上情況下，如上所述，相對(duì)于半導(dǎo)體襯底10的主表面的上側(cè)和下側(cè)之間的溫度差增加會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底10的翹曲量增大。然而，加熱器7和加熱器2中只有一個(gè)可以工作，用于在沉積膜的同時(shí)，校正半導(dǎo)體襯底10的翹曲，其中襯底最開(kāi)始(在沉積膜之前)具有相當(dāng)大程度的翹曲。因此，加熱器7和加熱器2可以被彼此獨(dú)立地設(shè)定成各個(gè)所期望的加熱溫度，這包括加熱器7和加熱器2中只有一者工作以施加熱的情況。兩個(gè)加熱構(gòu)件被放置成分別相對(duì)于半導(dǎo)體襯底10的主表面的方向面對(duì)半導(dǎo)體襯底10的一個(gè)(上)主表面和另一個(gè)(下)主表面。因此，在面對(duì)半導(dǎo)體襯底10的主表面的環(huán)境中由于原料氣體的溫度差導(dǎo)致的濃度梯度減小并且可以抑制產(chǎn)生原料氣體的對(duì)流。 因此，原料氣體穩(wěn)定地從流動(dòng)通道3的管道中從上游向下游流動(dòng)。以此方式，可以穩(wěn)定地在半導(dǎo)體襯底10的主表面上執(zhí)行氣相生長(zhǎng)并且可以提高所生長(zhǎng)的薄膜的質(zhì)量。作為半導(dǎo)體襯底10的主表面彎曲程度的曲率減小以減小翹曲量。因此，可以使半導(dǎo)體襯底10的主表面和基座1之間的接觸狀態(tài)基本上恒定，無(wú)論是半導(dǎo)體襯底10的主表面上的哪個(gè)位置，即無(wú)論是半導(dǎo)體襯底10的中心部分還是在其邊緣。因此，可以使半導(dǎo)體襯底10的主表面的溫度基本上恒定，無(wú)論在主表面上的哪個(gè)位置。以此方式，保持半導(dǎo)體襯底10的主表面上的溫度分布基本上恒定，并且因而可以使半導(dǎo)體襯底10上沉積的薄膜基本上同質(zhì)。另外，控制膜沉積在半導(dǎo)體襯底10上的翹曲，使得在膜沉積之后并且在溫度降低之后，半導(dǎo)體襯底10的翹曲減小。因此，在半導(dǎo)體襯底10中產(chǎn)生裂縫的可能性能夠減小。 例如，通常，在襯底(半導(dǎo)體襯底10)和要生長(zhǎng)在襯底上的膜具有彼此不同的各個(gè)熱膨脹系數(shù)并且在沉積膜之后溫度降低的情況下，襯底會(huì)具有大的翹曲，導(dǎo)致在襯底中產(chǎn)生裂縫。然而，在沉積膜的同時(shí)，可以產(chǎn)生例如在與由于這個(gè)襯底的特性導(dǎo)致產(chǎn)生的翹曲方向相反的方向上的翹曲，以減少(校正)在沉積膜的同時(shí)由于襯底特性導(dǎo)致產(chǎn)生的翹曲。以此方式， 可以抑制在襯底上沉積膜之后襯底出現(xiàn)翹曲和裂縫。這可以通過(guò)如下事實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)膜沉積裝置200還可以只使加熱器7和加熱器2中的一者工作來(lái)施加熱，并且可以獨(dú)立并自由地控制加熱器7和加熱器2的各個(gè)溫度。至于上面沉積了薄膜的半導(dǎo)體襯底10的材料，可以使用例如藍(lán)寶石襯底、Si晶片或諸如GaN、SiC、氮化鋁(AlN)或氮化鎵鋁(AKiaN)的化合物半導(dǎo)體的晶片(襯底)。曲率是相對(duì)于沿著半導(dǎo)體襯底10的主表面的方向以及主表面上的某一點(diǎn)的彎曲程度，并且用于知道半導(dǎo)體襯底10由于加熱器2和加熱器7的加熱導(dǎo)致出現(xiàn)的翹曲量，例如，可以從模塊5施加的激光束來(lái)測(cè)量所述曲率，所述模塊5是放置在膜沉積裝置200中的頂部(上側(cè))上的測(cè)量單元。如上所述，例如，模塊5可以被設(shè)定在流動(dòng)通道3的側(cè)面附近， 并且可以從模塊5將可穿過(guò)流動(dòng)通道3的激光束相對(duì)于半導(dǎo)體襯底10的主表面傾斜地施加到半導(dǎo)體襯底10的主表面上。通過(guò)根據(jù)模塊5測(cè)得的曲率(原位監(jiān)控)由模塊5進(jìn)行計(jì)算，確定在沉積膜的同時(shí)半導(dǎo)體襯底10的翹曲?？梢允褂蒙藤?gòu)的模塊作為測(cè)量沉積膜的同時(shí)半導(dǎo)體襯底10的翹曲的模塊5?？商孢x地，可以使用測(cè)量半導(dǎo)體襯底10的主表面上某一點(diǎn)的曲率、然后計(jì)算翹曲的這種類型的模塊5，或者可以使用能夠測(cè)量整個(gè)半導(dǎo)體襯底10的翹曲(形狀)的這種類型的模塊5。為了測(cè)量沉積膜之后的整個(gè)半導(dǎo)體襯底10的翹曲，可以使用上述模塊5，或者還可以使用例如臺(tái)階高度刻度尺[s4]或輪廓曲線儀。圖2所示的膜沉積裝置201被構(gòu)造為除了圖1所示的膜沉積裝置200的組件之夕卜，還包括用于控制加熱器7和加熱器2的溫度的控制單元30。控制單元30連接到模塊 5，并且根據(jù)模塊5取得的相對(duì)于沿著半導(dǎo)體襯底10的主表面的方向的曲率的測(cè)量結(jié)果，控制單元30可以實(shí)時(shí)彼此獨(dú)立地控制加熱器7和加熱器2的各個(gè)加熱溫度，使得半導(dǎo)體襯底 10的曲率具有預(yù)定值。連接到模塊5的控制單元30連接到加熱器7和加熱器2，以實(shí)時(shí)彼此獨(dú)立控制加熱器7和加熱器2的各個(gè)加熱溫度，并且由此控制半導(dǎo)體襯底10的曲率(翹曲)，并且因此使得能夠?qū)⒓訜釡囟仍O(shè)定成可以減小半導(dǎo)體襯底10翹曲量的溫度?？梢灾貜?fù)進(jìn)行這種控制，以在半導(dǎo)體襯底10的一個(gè)主表面上沉積薄膜的同時(shí)，控制相對(duì)于沿著半導(dǎo)體襯底10的主表面的方向的曲率和翹曲量。第二實(shí)施例如圖2中所示，本發(fā)明的第二實(shí)施例中通過(guò)氣相生長(zhǎng)沉積膜的膜沉積裝置301被構(gòu)造為包括材料容器，這些容器被稱作Knudsen單元71和Knudsen單元72并且均在圓柱形的端部處具有針孔，用于將要沉積的薄膜的構(gòu)成組分的蒸汽供給到例如作為半導(dǎo)體襯底 10的襯底的一個(gè)主表面上。膜沉積裝置301具有在裝置中產(chǎn)生真空的能力(未示出)。Knudsen單元71和Knudsen單元72用于加熱和蒸發(fā)比在外部空間的真空度高的真空中的材料，并且將來(lái)自針孔的噴射流(分子束)供給到受熱的半導(dǎo)體襯底10的主表面上，以便允許實(shí)現(xiàn)例如要沉積在半導(dǎo)體襯底10的主表面上的III族氮化物半導(dǎo)體薄膜的晶體生長(zhǎng)，其中所蒸發(fā)分子的行進(jìn)方向與所述噴射流對(duì)準(zhǔn)。如上所述的膜沉積方法被稱作分子束外延(MBE)，通過(guò)這種方法，在真空中施加分子束，以在襯底的一個(gè)主表面上沉積膜，所述分子束對(duì)準(zhǔn)用于要沉積薄膜的構(gòu)成組分的蒸汽的行進(jìn)方向。當(dāng)AlN薄膜要沉積在半導(dǎo)體襯底10的一個(gè)主表面上時(shí)，例如，首先分別用鋁(Al) 和氮(N)填充Knudsen單元71和Knudsen單元72。然后，加熱Knudsen單元71以蒸發(fā)Al。 當(dāng)Knudsen單元72中含有的N在室溫下是氣態(tài)并且不需要加熱時(shí)，與Knudsen單元71類似地，將填充有例如金屬材料時(shí)的Knudsen單元72加熱，以蒸發(fā)金屬材料。在真空中，從 Knudsen單元的端部的針孔，將噴射流(分子束)施加到受熱半導(dǎo)體襯底10的一個(gè)主表面上。然后，到達(dá)半導(dǎo)體襯底10的主表面上的Al分子和N分子彼此附著和結(jié)合到受熱半導(dǎo)體襯底10的主表面上，以形成AlN晶體。即，這是真空氣相沉積的AlN薄膜。因?yàn)镸BE方法是非平衡系統(tǒng)并且是沒(méi)有使用化學(xué)反應(yīng)處理的方法，所以MBE方法是用于分析晶體生長(zhǎng)機(jī)制以及生長(zhǎng)超薄膜的膜沉積方法。雖然在圖3中的膜沉積裝置301中放置兩個(gè)Knudsen單元，但是Knudsen單元的數(shù)目可以根據(jù)要沉積薄膜的類型而有增加。例如，當(dāng)要沉積的是三組分砷化鋁鎵(GaAlAs) 薄膜時(shí)，可以放置三個(gè)Knudsen單元。本發(fā)明的第二實(shí)施例與本發(fā)明的第一實(shí)施例的不同之處僅在于，所采用的膜沉積裝置301是使用如上所述基于氣相沉積的MBE方法。具體來(lái)講，如圖3中所示，也在膜沉積裝置301中，將半導(dǎo)體襯底設(shè)定在基座1上，并且包括加熱器7和加熱器2，所述加熱器7被放置成面對(duì)基座1的上主表面并且用作第一加熱構(gòu)件，并且所述加熱器2被放置成面對(duì)基座1的下主表面并且用作第二加熱構(gòu)件。這兩個(gè)加熱器分別經(jīng)由基座1和加熱夾具6將熱傳遞到半導(dǎo)體襯底10。其中設(shè)定在基座1的一個(gè)主表面上的半導(dǎo)體襯底10由此被加熱構(gòu)件從上方和下方這兩者加熱的結(jié)構(gòu)與例如圖1所示的膜沉積裝置200和圖2所示的膜沉積裝置201相同。僅根據(jù)上述特征，本實(shí)施例與本發(fā)明的第一實(shí)施例不同。換言之，結(jié)合本發(fā)明的第二實(shí)施例的以上沒(méi)有描述的結(jié)構(gòu)、條件、工序、效果等都符合本發(fā)明的第一實(shí)施例。實(shí)例1實(shí)例1是如下的實(shí)例本發(fā)明的膜沉積裝置用于改善所沉積薄膜的同質(zhì)性和層壓結(jié)構(gòu)的曲率。通過(guò)下述方法，形成作為圖4所示的外延層壓結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50的樣品。在層壓結(jié)構(gòu)中，在被提供為半導(dǎo)體襯底10(參見(jiàn)圖1至圖3)的6英寸藍(lán)寶石襯底ll(c 平面)的一個(gè)主表面(圖4中的上主表面)上，依次疊置25nm厚的低溫6ειΝ21、2μπι厚的 GaN 22和含有25質(zhì)量％的Al的25nm厚的AWaN 42的各個(gè)薄膜。至于樣品1，使用圖6所示的傳統(tǒng)使用的膜沉積裝置100來(lái)形成圖4所示的藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50。在此，使用圖6中未示出的熱電偶來(lái)測(cè)量藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50中的藍(lán)寶石襯底 11的主表面溫度T。當(dāng)沉積低溫GaN 21時(shí)，T是500°C。當(dāng)GaN 22和AlGaN 42均被沉積時(shí)，T是1050°C。在這種條件下，使用金屬有機(jī)氣相生長(zhǎng)方法(M0VPE方法)來(lái)沉積GaN 22 和 AlGaN 42。至于樣品2，在只有加熱器2工作以施加熱而加熱器7不工作施加熱的條件下，圖 1所示的本發(fā)明的第一實(shí)施例中的膜沉積裝置200用于形成圖4中所示的藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu) 50。加熱器2的加熱溫度符合準(zhǔn)備樣品1的加熱溫度。具體來(lái)講，使用圖1中未示出的熱電偶來(lái)測(cè)量藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50中的藍(lán)寶石襯底11的主表面溫度T。當(dāng)沉積低溫GaN 21時(shí)， T是500°C。當(dāng)GaN 22和AWaN 42均被沉積時(shí)，T是1050°C。在這種條件下，使用金屬有機(jī)氣相生長(zhǎng)方法(M0VPE方法)來(lái)沉積GaN 22和AlGaN 42。用于沉積膜的其他條件符合沉積樣品1的膜的條件。至于樣品3，在加熱器2和加熱器7這兩者工作以施加熱時(shí)，圖1所示的本發(fā)明的第一實(shí)施例中的膜沉積裝置200用于形成圖4所示的藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50。此時(shí)，藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50的主表面溫度T符合準(zhǔn)備樣品1和2的溫度。具體來(lái)講，使用圖1中未示出的熱電偶來(lái)測(cè)量藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50中的藍(lán)寶石襯底11的主表面溫度T。當(dāng)沉積低溫GaN 21 時(shí)，T是500°C。當(dāng)GaN 22和AWaN 42均被沉積時(shí)，T是1050°C。在這種條件下，調(diào)節(jié)加熱器7和加熱器2的各個(gè)輸出(加熱溫度)，使得T被設(shè)定成上述溫度，并且在進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)沉積膜，以使加熱器7和加熱器2的各個(gè)輸出基本上相同。用于沉積膜的其他條件符合沉積樣品1的膜的條件。至于樣品4，在加熱器2和加熱器7這兩者工作以施加熱時(shí)，圖1所示的本發(fā)明的第一實(shí)施例中的膜沉積裝置200用于形成圖4所示的藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50。此時(shí)，藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50中的藍(lán)寶石襯底11的主表面溫度T符合準(zhǔn)備上述樣品1至3的溫度。在此，再次地使用金屬有機(jī)氣相生長(zhǎng)方法(M0VPE方法)來(lái)沉積膜。調(diào)節(jié)加熱器7和加熱器2的各個(gè)輸出(加熱溫度)，使得T被設(shè)定成上述溫度，并且在沉積膜期間，藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50的曲率(或翹曲)基本上為零，具體來(lái)講，加熱器7和加熱器2的各個(gè)輸出之比大致為67 33。 沉積膜的其他條件符合沉積樣品1的膜的條件。針對(duì)通過(guò)上述工序準(zhǔn)備的樣品1至4，測(cè)量相對(duì)于沿著藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50的主表面的方向的曲率(襯底的曲率)、藍(lán)寶石層壓結(jié)構(gòu)50的翹曲方向(襯底的翹曲)、薄膜電阻 [s5](薄膜電阻的分布)和藍(lán)寶石襯底11的主表面的中部處的薄膜電阻(中部的薄膜電阻)。在沉積AlGaN膜42的同時(shí)，利用被提供為模塊5(參見(jiàn)圖幻的原位監(jiān)控器來(lái)測(cè)量襯底的曲率。至于薄膜電阻，在沉積膜之后，使用非接觸式薄膜電阻測(cè)量裝置來(lái)評(píng)估二維電子氣特性。在以下的表1中，示出測(cè)量結(jié)果。在表1中，總結(jié)實(shí)例1中的樣品1至4的各個(gè)結(jié)構(gòu)和測(cè)量數(shù)據(jù)。表 權(quán)利要求
1.一種膜沉積裝置(200，201，301)，包括 基座(1)，所述基座(1)用于保持襯底(10)；第一加熱構(gòu)件(7)，所述第一加熱構(gòu)件(7)被放置成面對(duì)所述基座(1)的一個(gè)主表面； 第二加熱構(gòu)件O)，所述第二加熱構(gòu)件( 被放置成面對(duì)所述基座(1)的、與所述一個(gè)主表面相反設(shè)置的另一個(gè)主表面；以及控制單元(30)，所述控制單元(30)能夠獨(dú)立地控制所述第一加熱構(gòu)件(7)和所述第二加熱構(gòu)件( 彼此的各加熱溫度。
2.一種膜沉積裝置(200，201，301)，包括 基座(1)，所述基座(1)用于保持襯底(10)；第一加熱構(gòu)件(7)，所述第一加熱構(gòu)件(7)被放置成面對(duì)所述基座(1)的一個(gè)主表面； 第二加熱構(gòu)件O)，所述第二加熱構(gòu)件( 被放置成面對(duì)所述基座(1)的、與所述一個(gè)主表面相反設(shè)置的另一個(gè)主表面；以及控制單元(30)，所述控制單元(30)能夠獨(dú)立地控制所述第一加熱構(gòu)件(7)和所述第二加熱構(gòu)件( 彼此的各加熱溫度，所述第一加熱構(gòu)件(7)和所述第二加熱構(gòu)件O)中僅任意一者能夠進(jìn)行操作以施加熱，或者所述第一加熱構(gòu)件(7)和所述第二加熱構(gòu)件( 這二者都能夠進(jìn)行操作以施加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜沉積裝置O00，201，301)，還包括測(cè)量單元(5)，所述測(cè)量單元(5)用于測(cè)量所述襯底(10)的彎曲或翹曲，其中，基于所述襯底(10)的彎曲或翹曲的測(cè)量結(jié)果，來(lái)彼此獨(dú)立地控制所述第一加熱構(gòu)件 (7)和所述第二加熱構(gòu)件O)的各加熱溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜沉積裝置O00，201，301)，其中，在所述襯底(10)的所述一個(gè)主表面之上，提供所要形成的薄膜01，22，32，42，62)的構(gòu)成組分的原料氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜沉積裝置000，201，301)，其中， 所述原料氣體包括氯化物氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜沉積裝置000，201，301)，其中， 所述原料氣體包括非金屬材料的氫化物氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜沉積裝置000，201，301)，其中， 所述原料氣體包括有機(jī)金屬化合物的蒸汽。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜沉積裝置000，201，301)，其中， 所述薄膜01，22，32，42，6幻是III族氮化物半導(dǎo)體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜沉積裝置(200，201，301)，其中，在所述襯底(10)的所述一個(gè)主表面上，在真空中沉積所要形成的薄膜01，22，32，42， 62)的構(gòu)成組分的蒸汽。
全文摘要
當(dāng)在加熱氣氛中在半導(dǎo)體襯底(10)等上沉積膜時(shí)，造成半導(dǎo)體襯底(10)只由于溫度升高而發(fā)生相當(dāng)大程度的翹曲(彎曲)。所述襯底的翹曲導(dǎo)致諸如襯底(10)上形成的膜質(zhì)量均勻性劣化以及在襯底(10)中產(chǎn)生裂縫的概率增加的問(wèn)題。本發(fā)明的膜形成裝置(200)通過(guò)從上側(cè)和下側(cè)都加熱主表面，來(lái)減小襯底(10)的主表面的上側(cè)和下側(cè)之間的溫度梯度(溫度差)，由此抑制襯底(10)的翹曲。更優(yōu)選地，膜形成裝置(200)還包括用于測(cè)量襯底(10)的曲率或翹曲的測(cè)量單元(5)。
文檔編號(hào)C23C16/46GK102473607SQ20098016079
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者橋本信, 田邊達(dá)也 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社