專(zhuān)利名稱：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)裝置，該氣相生長(zhǎng)裝置通過(guò)一邊加熱晶片一邊在高溫狀態(tài)下供給原料氣體，以使化合物半導(dǎo)體等的薄膜氣相生長(zhǎng)在晶片表面上，尤其涉及謀求晶片的面內(nèi)溫度分布均勻化的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，氣相生長(zhǎng)法被利用在產(chǎn)業(yè)界的各種領(lǐng)域之中。在該氣相生長(zhǎng)法中，在生長(zhǎng)于晶片上的薄膜的面內(nèi)整個(gè)區(qū)域中膜厚、組成以及摻雜濃度為均勻，不言而喻這一點(diǎn)是必須的項(xiàng)目。而且，在面內(nèi)整個(gè)區(qū)域的膜厚等的均勻化的實(shí)現(xiàn)手段中可以考慮各種方法，但是在加熱晶片時(shí)的均熱化是最重要的要素技術(shù)。
圖5是表示已有的一般氣相成長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。如圖5所示，氣相成長(zhǎng)裝置100包括反應(yīng)爐1、配置晶片2的晶片保持器3、放置晶片保持器3的托座4、設(shè)置在托座4的下側(cè)的加熱器5、旋轉(zhuǎn)自如地支持晶片保持器3以及托座4的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6、供給原料氣體或載流氣體的氣體導(dǎo)入管7和排出未反應(yīng)氣體的排氣管8等。
圖6是表示晶片保持器3的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的放大圖，(a)是俯視圖，(b)是沿著(a)的A-A線的剖視圖。晶片保持器3按如下方式構(gòu)成，使其單面的同一圓周上形成多個(gè)(圖6中是6個(gè))用于配置晶片2圓形配置孔3a，以相反一側(cè)的面與托座4相接觸。
另外，托座4是由熱傳導(dǎo)率較高的材質(zhì)(例如鉬等)構(gòu)成，從而均勻傳遞來(lái)自加熱器5的熱量。此外，一般來(lái)說(shuō)，也可將熱傳導(dǎo)率較高的石墨或鉬等用于晶片保持器3。
在具有上述結(jié)構(gòu)的氣相成長(zhǎng)裝置中，通過(guò)用加熱器5從托座4的下側(cè)進(jìn)行加熱，從而經(jīng)托座4、晶片保持器3而將熱量傳遞給晶片2，使晶片2上升到規(guī)定的溫度。此外，借助旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6使托座4以規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，由此一邊向晶片2表面均等供給從氣體導(dǎo)入管7導(dǎo)入的原料氣體或載流氣體，一邊進(jìn)行薄膜的氣相生長(zhǎng)。
此外，在圖5、6中用一個(gè)部件構(gòu)成放置晶片2的晶片保持器3，但是還提供了如下的氣相生長(zhǎng)裝置，即在放置多個(gè)晶片的情況下，與各晶片相對(duì)應(yīng)地設(shè)置多個(gè)晶片保持器，在托座的規(guī)定位置處放置上述多個(gè)晶片保持器(例如，參考專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)平11-8119號(hào)公報(bào)但是，在上述氣相生長(zhǎng)裝置100中判明出如下內(nèi)容，在包含晶片2的整個(gè)晶片保持器3中，與晶片2相平行的面上的面內(nèi)溫度分布產(chǎn)生了大的不均勻。此外，在對(duì)晶片保持器自身的溫度分布進(jìn)行調(diào)查時(shí)還判明了如下內(nèi)容，晶片保持器表面的中心部的溫度變得比周邊部的溫度高(例如15℃以上)。
這被認(rèn)為，主要是由于加熱器5的加熱方式和設(shè)置位置、或者托座4、晶片保持器3以及晶片2的熱傳導(dǎo)率(熱擴(kuò)散率)的不同和接觸熱阻而引起的。即如托座4和晶片保持器3、晶片保持器3和晶片2那樣的固體彼此之間的接觸不是完全的面接觸，而是不連續(xù)的面接觸(是點(diǎn)接觸的集合)，因而在各邊界面上的熱阻不均勻，從而引起晶片保持器3(包含晶片2)的溫度分布的惡化。其結(jié)果是，在已有的氣相生長(zhǎng)裝置中晶片2的面內(nèi)溫度分布不均勻，因而很難使均勻性優(yōu)異的薄膜氣相生長(zhǎng)在晶片2的面內(nèi)整個(gè)區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述問(wèn)題點(diǎn)而提出來(lái)的，目的是提供一種氣相生長(zhǎng)裝置，該氣相生長(zhǎng)裝置為了改善晶片的面內(nèi)溫度分布，可使具有良好的均勻性的薄膜氣相生長(zhǎng)在晶片的面內(nèi)整個(gè)區(qū)域。
本發(fā)明的氣相生長(zhǎng)裝置，至少包括可密閉的反應(yīng)爐；晶片收容機(jī)構(gòu)(晶片保持器)，設(shè)置在該反應(yīng)爐內(nèi)，具有在表面?zhèn)缺３志玫木胖貌?配置孔)；氣體供給機(jī)構(gòu)(氣體導(dǎo)入管)，用來(lái)向著晶片供給原料氣體；加熱機(jī)構(gòu)(加熱器)，用來(lái)加熱上述晶片；均熱機(jī)構(gòu)(托座)，既保持上述晶片收容機(jī)構(gòu)，又使來(lái)自上述加熱機(jī)構(gòu)的熱量均勻化，在上述反應(yīng)爐內(nèi)，一邊通過(guò)上述加熱機(jī)構(gòu)經(jīng)上述均熱機(jī)構(gòu)以及上述晶片收容機(jī)構(gòu)加熱晶片，一邊在高溫狀態(tài)下供給原料氣體，使生長(zhǎng)膜形成在上述晶片表面上，其中，在上述晶片收容機(jī)構(gòu)的背面?zhèn)刃纬捎谐使盃钕掳嫉陌疾俊?br> 由此，在晶片收容機(jī)構(gòu)和均熱機(jī)構(gòu)之間形成由熱傳導(dǎo)率較低的氣體充滿的空間，該空間越大、即拱狀凹部的中心部(晶片收容機(jī)構(gòu)的中心部)越大，則熱量的傳導(dǎo)效率會(huì)變得越差。因而，雖然在已有晶片收容機(jī)構(gòu)中越是中心部溫度會(huì)變得越高，但是根據(jù)本發(fā)明的晶片收容機(jī)構(gòu)可知，可以降低中心部和周邊部的溫度差。
此外，若設(shè)置在上述晶片收容機(jī)構(gòu)處的拱狀凹部的高度取為H、直徑取為D，則可將高度和直徑的比H/D取為0.01～2.00％。上述拱狀凹部的高度和直徑的比H/D優(yōu)選為0.50～1.50％。由此，可使晶片收容機(jī)構(gòu)的表面上的中心部和周邊部的溫度差在10℃以下。
此外，設(shè)置在上述晶片收容機(jī)構(gòu)上的拱狀凹部的高度H優(yōu)選為0.01～3.00mm。由此，因?yàn)榭上拗朴晒盃畎疾克纬傻目臻g，從而可以將空間導(dǎo)致的熱傳導(dǎo)效率降低抑制在最小限度。
通過(guò)采用本發(fā)明，由于在晶片收容機(jī)構(gòu)的背面?zhèn)刃纬沙使盃钕掳嫉陌疾?，所以能使晶片收容機(jī)構(gòu)的中心部和周邊部的溫度差變小，相對(duì)于放置在晶片收容機(jī)構(gòu)上的晶片可使熱量均勻傳導(dǎo)。其結(jié)果是，晶片面內(nèi)的整個(gè)區(qū)域的溫度均勻，所以發(fā)揮出可以使具有良好均勻性的薄膜氣相生長(zhǎng)的效果。


圖1是表示實(shí)施方式的氣相生長(zhǎng)裝置的概要結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2是表示實(shí)施方式的晶片保持器3的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的放大圖，(a)是上表面圖，(b)是剖視圖。
圖3是表示形成在晶片保持器3中的拱狀凹部3b的高度H(mm)和晶片保持器表面上的溫度差ΔT(℃)之間關(guān)系的圖形。
圖4是拱狀凹部3b的高度和直徑的比H/D與晶片保持器表面上的溫度差ΔT(℃)之間關(guān)系的圖形。
圖5是表示已有氣相生長(zhǎng)裝置的概要結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖6是表示已有晶片保持器3的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的放大圖，(a)是上表面圖，(b)是剖視圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明1反應(yīng)爐2晶片
3晶片保持器(晶片收容機(jī)構(gòu))3a配置孔3b拱狀凹部3c接觸部4托座(均熱機(jī)構(gòu))5加熱器(加熱機(jī)構(gòu))6旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7氣體導(dǎo)入管(氣體供給機(jī)構(gòu))8排氣管100氣相生長(zhǎng)裝置具體實(shí)施方式
以下，參考附圖對(duì)本發(fā)明所述的氣相生長(zhǎng)裝置(MOCVD裝置)的一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。另外，顯然本發(fā)明并不受到下述實(shí)施例的任何限定。
圖1是表示本實(shí)施方式所述的氣相生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。此外，圖2是表示晶片保持器3的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的放大圖，(a)是俯視圖，(b)是(a)中沿著A-A線的剖視圖。
如圖1、2所示，氣相生長(zhǎng)裝置100包括反應(yīng)爐1、配置晶片2的作為晶片收容機(jī)構(gòu)的晶片保持器3、既保持晶片保持器3又使來(lái)自加熱機(jī)構(gòu)的熱量均勻化的作為均熱機(jī)構(gòu)的托座4、設(shè)置在托座4的下側(cè)的加熱器5、旋轉(zhuǎn)自如地支持晶片保持器3以及托座4的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6、供給原料氣體或載流氣體的氣體導(dǎo)入管7和排出未反應(yīng)氣體的排氣管8等。
該氣相生長(zhǎng)裝置100的各壁體是由例如不銹鋼構(gòu)成。此外，氣體導(dǎo)入管7被設(shè)置在上側(cè)體中央部處，例如將三甲基銦(TMI)、三甲基鋁(TMAI)、三甲基鎵(TMG)等第13(3B)族原料氣體和砷化氫(AsH3)、磷化氫(PH3)等第15(5B)族原料氣體和作為載流氣體的氫(H2)等惰性氣體導(dǎo)入反應(yīng)爐內(nèi)。
晶片保持器3按照如下方式構(gòu)成，成型為圓盤(pán)狀的部件，在其單面上的同一圓周上形成多個(gè)(在圖2中是6個(gè))用于配置晶片2的圓形配置孔3a形成在，以相反一面與托座4相接觸。此外，本實(shí)施方式的晶片保持器3在與托座4相接觸的一側(cè)的面上，距周邊部規(guī)定間隔地形成拱狀下凹的凹部3b，晶片保持器3和托座4在周邊部的接觸面3c處接觸。
托座4是由熱傳導(dǎo)率較高的材質(zhì)(例如是鉬等)構(gòu)成，從而均等傳遞來(lái)自加熱器5的熱量，通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6被可轉(zhuǎn)動(dòng)地支持。此外，在托座4的下側(cè)呈同心圓狀配置有用來(lái)加熱晶片2的加熱器5。
將氣體導(dǎo)入管7設(shè)置在反應(yīng)爐1的上壁，而將排氣管8設(shè)置在反應(yīng)爐1的底壁上。經(jīng)氣體導(dǎo)入管7從導(dǎo)入口導(dǎo)入到反應(yīng)爐1內(nèi)的原料氣體在反應(yīng)爐的上游側(cè)受到分解并向著下游側(cè)流動(dòng)，在晶片2上形成薄膜，未反應(yīng)的原料氣體與載流氣體一起，經(jīng)排氣口從排氣管8向著外部排出。
此外，雖然在圖中未表示，但是，例如在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6的外周以及反應(yīng)爐的下側(cè)壁面外壁上設(shè)置有水冷套，通過(guò)這些水冷套以及加熱器5對(duì)反應(yīng)爐1內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。
在具有上述結(jié)構(gòu)的氣相生長(zhǎng)裝置100中，通過(guò)加熱器5從托座4的下側(cè)進(jìn)行加熱，由此將熱量經(jīng)托座4、拱狀的凹部3b形成的空間、晶片保持器3傳遞給晶片2，從而使晶片2上升到規(guī)定的溫度。此外，借助旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6使托座4按規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，由此向著晶片2表面均等供給從氣體導(dǎo)入管7導(dǎo)入的原料氣體或載流氣體以使薄膜氣相生長(zhǎng)。
本實(shí)施方式的晶片保持器3例如直徑是180mm、厚度是10mm，設(shè)置在表面上的配置孔3a的直徑是50mm、高度是0.5mm，設(shè)置在背面上的拱狀凹部3b的直徑(D)是170mm、高度(H)是1.7mm。即設(shè)置在晶片保持器3的背面?zhèn)壬系陌疾?b，它的高度(H)和直徑(D)的比H/D是1.0％。
通過(guò)使晶片保持器3形成這樣的形狀，在晶片保持器3和托座4之間形成空間，于是越是拱狀凹部3b的中心部熱量的傳遞變得越差。因而，在現(xiàn)有技術(shù)中越是晶片保持器3的中心部溫度變得越高，然而在本實(shí)施方式中，晶片3的中心部和周邊部的溫度差顯著變小。其結(jié)果是，可使熱量向著放置在晶片保持器3上的晶片2均勻傳遞，從而可實(shí)現(xiàn)晶片2的面內(nèi)溫度分布的均勻化。
實(shí)際上，在利用適用了本實(shí)施例的晶片保持器3的氣相成長(zhǎng)裝置以使薄膜成長(zhǎng)在InP晶片2上時(shí)，可使晶片2表面的面內(nèi)溫度分布的偏差在1℃以下，大體是均勻的。此外，可在晶片2面內(nèi)的整個(gè)區(qū)域使具有良好均勻性的薄膜氣相生長(zhǎng)。
下面，對(duì)于就形成在晶片保持器3的背面上的拱狀凹部的形狀(高度)所研究的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。
圖3是表示形成在晶片保持器3中的拱狀凹部3b的高度H(mm)和晶片保持器表面上的溫度差ΔT(℃)之間關(guān)系的圖形，圖4是拱狀凹部3b的高度和直徑的比H/D與晶片保持器表面上的溫度差ΔT(℃)之間關(guān)系的圖形。在此處，當(dāng)位于拱狀凹部3b的頂點(diǎn)的正上方處的部分溫度為中心部溫度Tin、位于同晶片保持器3的托座4接觸的接觸部3c的正上方的部分的溫度為周邊部溫度Tout時(shí)，將用Tin-Tout求出的溫度差取為晶片保持器表面上的溫度差ΔT。此外，拱狀凹部3b的直徑D是170mm，加熱器5的設(shè)定溫度是640℃。
根據(jù)圖3、4可知，隨著拱狀凹部3b的高度H變高而使晶片保持器表面上的溫度差ΔT變小，由此可以說(shuō)高度H和溫度差ΔT之間相關(guān)關(guān)系成立。此外，在高度H為0.02～3.5mm的范圍內(nèi)(高度和直徑的比H/D在0.01～2.1％的范圍內(nèi))，則溫度差ΔT在15℃以下，尤其是在高度H是0.9～2.5mm的范圍內(nèi)(高度和直徑的比H/D是0.5 0～1.50％的范圍內(nèi))，則溫度差ΔT在5℃以下。
另一方面，當(dāng)采用如下結(jié)構(gòu)拱狀凹部3b的高度H為0mm、即與現(xiàn)有技術(shù)同樣晶片保持器3和托座4以整個(gè)面接觸的結(jié)構(gòu)，來(lái)進(jìn)行晶片保持器表面的溫度測(cè)定時(shí)，中心部和周邊部的溫度差為15℃。由此可知，如本實(shí)施方式所述，通過(guò)在晶片保持器3的背面處設(shè)置拱狀凹部3b，從而使晶片保持器3的表面上的溫度分布實(shí)現(xiàn)均勻化。
而且還認(rèn)為拱狀凹部3b所形成的空間一變大則使熱傳導(dǎo)效率變差，因而針對(duì)熱量相對(duì)于凹部3b的高度H的損失進(jìn)行了研討。其結(jié)果是在拱狀凹部3b的高度H為3.0～3.5mm的情況下，相對(duì)于加熱器5的設(shè)定溫度640℃，晶片保持器3的到達(dá)溫度成為607℃，從而判明熱傳導(dǎo)效率降低。因而，拱狀凹部3b的高度H優(yōu)選為0.02～3.0mm，由此可以將熱經(jīng)空間而被傳遞所致的熱量的損失抑制在最小限度。
以上基于實(shí)施方式具體說(shuō)明了由本發(fā)明人提供的發(fā)明，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，在不脫離該主旨的范圍內(nèi)可以變更。
例如，既可以在拱狀凹部3b上設(shè)置用來(lái)改善晶片保持器3的溫度分布的突起，也可以通過(guò)該突起使晶片保持器3和托座4局部接觸。此外，即使通過(guò)連續(xù)形成該突起以分割由拱狀凹部3b所形成的空間部也是可以的。
此外，晶片保持器3的材質(zhì)并不特別限定，但是如果是具有不使育成結(jié)晶和反應(yīng)爐1內(nèi)的環(huán)境污染的特性的材料的話，則可以使用任何材料制造。但是，為了提高來(lái)自加熱器5的熱傳導(dǎo)效率，優(yōu)選選用如石墨或鉬等那樣熱傳導(dǎo)率為50W/m2K以上、500W/m2K以下的材質(zhì)。
在上述實(shí)施例中，在晶片保持器3上與配置孔3a相對(duì)應(yīng)地設(shè)置凹部3b以形成空間部，但是，還可以使用適當(dāng)?shù)膴A具以使托座4和晶片保持器3離開(kāi)預(yù)定的距離。
權(quán)利要求
1.一種氣相生長(zhǎng)裝置，至少包括可密閉的反應(yīng)爐；晶片收容機(jī)構(gòu)，設(shè)置在該反應(yīng)爐內(nèi)，具有在表面?zhèn)缺３志玫木胖貌?；氣體供給機(jī)構(gòu)，用來(lái)向著晶片供給原料氣體；加熱機(jī)構(gòu)，用來(lái)加熱上述晶片；均熱機(jī)構(gòu)，既保持上述晶片收容機(jī)構(gòu)，又使來(lái)自上述加熱機(jī)構(gòu)的熱量均勻化，在上述反應(yīng)爐內(nèi)，一邊通過(guò)上述加熱機(jī)構(gòu)經(jīng)上述均熱機(jī)構(gòu)以及上述晶片收容機(jī)構(gòu)加熱晶片，一邊在高溫狀態(tài)下供給原料氣體，由此使生長(zhǎng)膜形成在上述晶片表面上，其特征在于，上述晶片收容機(jī)構(gòu)在背面?zhèn)刃纬捎谐使盃钕掳嫉陌疾俊?br> 2.如權(quán)利要求1所述的氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，若設(shè)置在上述晶片收容機(jī)構(gòu)上的上述凹部的高度為H、直徑為D，則高度和直徑的比H/D是0.01～2.10％。
3.如權(quán)利要求2所述的氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，上述高度和直徑的比H/D是0.50～1.50％。
4.如權(quán)利要求2或3所述的氣相生長(zhǎng)裝置，其特征在于，設(shè)置在上述晶片收容機(jī)構(gòu)上的上述凹部的高度H是0.02～3.00mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣相生長(zhǎng)裝置，可在晶片面內(nèi)的整個(gè)區(qū)域氣相生長(zhǎng)具有良好均勻性的薄膜，該氣相生長(zhǎng)裝置至少包括可密閉的反應(yīng)爐；晶片收容機(jī)構(gòu)(晶片保持器)，設(shè)置在該反應(yīng)爐內(nèi)，具有在表面?zhèn)缺３志玫木胖貌?配置孔)；氣體供給機(jī)構(gòu)(氣體導(dǎo)入管)，用來(lái)向著晶片供給原料氣體；用來(lái)加熱上述晶片的加熱機(jī)構(gòu)(加熱器)；均熱機(jī)構(gòu)(托座)，既保持上述晶片收容機(jī)構(gòu)，又使來(lái)自上述加熱機(jī)構(gòu)的熱量均勻化，在上述反應(yīng)爐內(nèi)，一邊通過(guò)上述加熱機(jī)構(gòu)經(jīng)上述均熱機(jī)構(gòu)以及上述晶片收容機(jī)構(gòu)加熱晶片，一邊在高溫狀態(tài)下供給原料氣體，由此使生長(zhǎng)膜形成在上述晶片表面上，其中，在上述晶片收容機(jī)構(gòu)的背面?zhèn)刃纬沙使盃钕掳嫉陌疾俊?br> 文檔編號(hào)H01L21/205GK1965390SQ20058000597
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2005年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者清水英一, 牧野修仁, 川邊學(xué) 申請(qǐng)人:日礦金屬株式會(huì)社