本申請享有以日本專利申請2015-177689號(申請日：2015年9月9日)為基礎(chǔ)申請的優(yōu)先權(quán)。本申請通過參照該基礎(chǔ)申請而包含基礎(chǔ)申請的全部內(nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施方式主要涉及一種晶片架及半導(dǎo)體制造裝置。

背景技術(shù)：

MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)裝置等成膜裝置中，在處理半導(dǎo)體晶片時，在晶片架上載置半導(dǎo)體晶片，一邊對該晶片架加熱且使其旋轉(zhuǎn)，一邊對半導(dǎo)體晶片上供給處理氣體。由此，能夠在半導(dǎo)體晶片上成膜所需的材料膜。在這種成膜處理中，如果半導(dǎo)體晶片的溫度分布不均較大，則所成膜的材料膜的膜厚等會產(chǎn)生不均。在成膜處理中，半導(dǎo)體晶片的溫度較大地依存于保持該半導(dǎo)體晶片的晶片架的導(dǎo)熱特性，因此理想的是盡可能地使從晶片架對晶片的導(dǎo)熱特性均勻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施方式提供一種在晶片處理時能夠抑制晶片的溫度分布不均的晶片架及半導(dǎo)體制造裝置。

本實施方式的晶片架具備晶片支撐部。晶片支撐部設(shè)置在晶片的搭載區(qū)域的端部。第1部分設(shè)置在比晶片支撐部更靠搭載區(qū)域的中心部側(cè)。以搭載區(qū)域外側(cè)的晶片架的表面為基準(zhǔn)，第1部分的第1深度比晶片支撐部的第2深度及位于比第1部分更靠搭載區(qū)域的中心部側(cè)的第3部分的第3深度深。第2部分設(shè)置在比晶片支撐部更靠搭載區(qū)域的中心部側(cè)。以搭載區(qū)域外側(cè)的晶片架的表面為基準(zhǔn)，第2部分的第4深度比第2及第3深度淺且比第1深度淺。

附圖說明

圖1是第1實施方式的成膜裝置1的立體剖視圖。

圖2是第1實施方式的晶片架20的俯視圖。

圖3是示意性地表示一個搭載區(qū)域R的導(dǎo)熱情況的剖視圖。

圖4是表示晶片支撐部26的構(gòu)成的俯視圖。

圖5是更詳細(xì)地表示第1及第2部分21、22的位置的俯視圖。

圖6是表示第1部分21_5對應(yīng)于晶片支撐部26的搭載區(qū)域R的俯視圖。

圖7(A)、(B)是表示第1部分21與第2部分22的邊界部的晶片架20的剖視圖。

具體實施方式

(第1實施方式)

圖1是第1實施方式的成膜裝置1的立體剖視圖。成膜裝置1例如為MOCVD裝置，具備反應(yīng)腔室10、晶片架(基座)20、驅(qū)動部30、加熱器40、氣體供給部50、放射溫度計60以及排氣口70。

反應(yīng)腔室10用于在搭載于晶片架20上的半導(dǎo)體晶片(以下也會簡稱為晶片)W的表面成膜材料膜。反應(yīng)腔室10的內(nèi)部在處理晶片W時被抽真空而成為減壓狀態(tài)。

可以在設(shè)置在晶片架20的作為第1面的上表面的搭載區(qū)域(凹穴)搭載晶片W。本實施方式中，晶片架20例如能夠搭載三片晶片W。但是，能夠搭載于晶片架20的晶片W的數(shù)量并無特別限定。晶片架20以其中心部(圖2的C20)與軸31結(jié)合，能夠以軸31(C20)為中心在大致水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。軸31連接于驅(qū)動部30，由驅(qū)動部30旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。而且，晶片架20受到來自配置于其下方的加熱器40的熱，利用該熱來加熱晶片W。晶片架20構(gòu)成為能夠從反應(yīng)腔室10裝卸，并且能夠更換為其他晶片架。

驅(qū)動部30能夠經(jīng)由軸31使晶片架20沿箭頭A的方向或其反方向旋轉(zhuǎn)。

加熱器40配置在晶片架20的下方，且以軸31(晶片架20的中心)為中心而配置成大致同心圓狀。在加熱器40的下方設(shè)置著隔熱材料41或反射器等。

氣體供給部50設(shè)置在反應(yīng)腔室10的上部，將來自氣體供給源(未圖示)的原料氣體供給到晶片W上。

放射溫度計60配置于設(shè)置在反應(yīng)腔室10的上部的窗61，且經(jīng)由窗61測量晶片W的溫度。

這種成膜裝置10是通過將晶片W與晶片架20一起加熱且使它們旋轉(zhuǎn)，并對晶片W的上表面供給成為化合物半導(dǎo)體結(jié)晶原料的原料氣體，而使化合物半導(dǎo)體層在晶片W的上表面上外延生長。原料氣體在用于成膜后從排氣口70被排出。

例如，在成膜III族氮化物半導(dǎo)體層作為化合物半導(dǎo)體層的一例的情況下，原料氣體使用含有III族元素的有機(jī)金屬與含有氮的氨NH₃。作為有機(jī)金屬，可列舉：例如含有III族Ga的三甲基鎵(TMG)或三乙基鎵(TEG)、例如含有III族Al的三甲基鋁(TMA)或三乙基鋁(TEA)、例如含有III族In的三甲基銦(TMI)或三乙基銦(TEI)。而且，作為n型摻雜劑，可使用甲硅烷(SiH₄)或二硅烷(Si₂H₆)作為Si原料，或者可使用鍺烷氣體(GeH₄)或四甲基鍺((CH₃)₄Ge)或四乙基鍺((C₂H₅)₄Ge)作為Ge原料。另一方面，作為p型摻雜劑，例如可使用雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp₂Mg)或雙乙基環(huán)戊二烯基鎂(EtCp₂Mg)作為Mg的原料。進(jìn)而，也可以使用肼(N₂H₄)代替氨。另外，除所述有機(jī)金屬氣體以外，也可以設(shè)為含有其他III族元素的構(gòu)成，視需要可以含有Ge、Si、Mg、Ca、Zn、Be等摻雜劑。

圖2是第1實施方式的晶片架20的俯視圖。晶片架20例如具有三個搭載區(qū)域R以便能夠搭載三片晶片W。三個搭載區(qū)域R在晶片架20的作為第1面的表面上，大致均等地配置在與晶片架20的中心部C20隔開大致相等距離的位置。搭載區(qū)域R呈具有比晶片W略大的直徑的大致圓形狀，且當(dāng)以載置著晶片W時收容晶片W的方式凹陷。另外，搭載區(qū)域R的平面形狀只要為適合于晶片W的形狀(例如相似形)即可，并無特別限定。

圖3是示意性地表示一個搭載區(qū)域R的導(dǎo)熱情況的剖視圖。圖3與沿圖2的3-3線的截面對應(yīng)。圖4是表示晶片支撐部26的構(gòu)成的俯視圖。以下，參照圖3及圖4，更詳細(xì)地說明晶片架20的搭載區(qū)域R的構(gòu)造。

晶片架20具有第1面F1與位于第1面F1的相反側(cè)的第2面F2。第1面F1為能夠搭載晶片W的上表面，設(shè)置著晶片W的搭載區(qū)域R。第2面F2為受到來自加熱器40的熱的背面。來自加熱器40的熱如箭頭所示那樣從晶片架20的第2面F2朝向第1面F1而傳遞到晶片架20內(nèi)，從而傳遞給載置在第1面F1的搭載區(qū)域R上的晶片W。在搭載區(qū)域R與晶片W之間具有間隙G，來自第1面F1的熱經(jīng)由間隙G而傳遞給晶片W。關(guān)于從晶片架20對晶片W的導(dǎo)熱在下文中進(jìn)行詳細(xì)說明。

晶片架20在搭載區(qū)域R具備晶片支撐部26、第1部分21、第2部分22以及第3部分23。

晶片支撐部26設(shè)置在搭載區(qū)域R的端部，當(dāng)載置著晶片W時與晶片W的端部接觸而支撐晶片W。晶片支撐部26的上表面F26比搭載區(qū)域R的外部的第1面F1略微凹陷，在搭載區(qū)域R的外緣設(shè)置階差ST。由此，當(dāng)晶片架20旋轉(zhuǎn)時，即便晶片W相對于第1面F1或上表面F26沿大致平行方向移動，晶片W的端部也會碰觸階差ST的側(cè)面。因此，晶片W不會從搭載區(qū)域R露出而被保持在搭載區(qū)域R內(nèi)。

晶片支撐部26設(shè)置在搭載區(qū)域R的外緣的一部分。例如，在圖4所示的搭載區(qū)域R的俯視圖中，晶片支撐部26設(shè)置在搭載區(qū)域R的外緣的六個部位，晶片W也可以由該六個晶片支撐部26支撐。晶片支撐部26是以即便晶片W如虛線所示那樣向搭載區(qū)域R的一側(cè)移動也可以支撐晶片W的方式配置。當(dāng)然，晶片支撐部26的數(shù)量或尺寸并無特別限定。

再次參照圖3，第1部分21與晶片支撐部26同樣地設(shè)置在搭載區(qū)域R的外緣附近。在設(shè)置著晶片支撐部26的部位，第1部分21設(shè)置在比晶片支撐部26更靠搭載區(qū)域R的中心部CR側(cè)，且介于晶片支撐部26與位于比第1部分21更靠搭載區(qū)域R的中心部CR側(cè)的第3部分23之間。而且，第1部分21并非遍及搭載區(qū)域R的整個外周而設(shè)置，而是以與晶片W的外緣的一部分對向的方式，對應(yīng)于搭載區(qū)域R的外周的一部分而局部地設(shè)置。設(shè)置第1部分21的位置在下文中參照圖5的俯視圖進(jìn)行說明。

以搭載區(qū)域R的外側(cè)的晶片架20的表面F20為基準(zhǔn)，第1部分21的第1深度T1比晶片支撐部26的第2深度T2深。而且，第1深度T1比第3部分23的晶片架20的第3深度T3深。由此，第1部分21的表面F21比晶片支撐部26及第3部分23各自的表面F26、F23向背面F2側(cè)凹陷，構(gòu)成槽部TR。槽部TR設(shè)置在搭載區(qū)域R的端部，且以與搭載于搭載區(qū)域R的晶片W的端部對向的方式設(shè)置。關(guān)于該槽部TR的功能在下文中進(jìn)行敘述。

第2部分22與第1部分21同樣地設(shè)置在搭載區(qū)域R的外緣附近。在設(shè)置著晶片支撐部26的部位，第2部分22設(shè)置在比晶片支撐部26更靠搭載區(qū)域R的中心部CR側(cè)，且介于晶片支撐部26與第3部分23之間。第2部分22并非遍及搭載區(qū)域R的整個外周而設(shè)置，而是以與晶片W的外緣的其他部分對向的方式，對應(yīng)于搭載區(qū)域R的外周的其他部分而局部地設(shè)置。也就是說，第2部分22設(shè)置在搭載區(qū)域R的端部中設(shè)置著第1部分21的部位以外的部位。設(shè)置第2部分22的位置在下文中參照圖5的俯視圖進(jìn)行說明。

以搭載區(qū)域R的外側(cè)的晶片架20的表面F20為基準(zhǔn)，第2部分22的第4深度T4為晶片支撐部26的第2深度T2及第3部分23的第3深度T3以下。而且，第4深度T4比第1部分21的第1深度T1淺。由此，第2部分22的表面F22可以比晶片支撐部26及第3部分23各自的表面F26、F23向背面F2側(cè)凹陷，或者也可以與表面F26或F23為大致同一平面。因此，第2部分22的表面F22可以構(gòu)成槽部，也可以不構(gòu)成槽部。由于第4深度T4比第1部分21的第1深度T1淺，所以在第2部分22具有槽部的情況下，該槽部比第1部分21的槽部TR淺。也就是說，第2部分22也是與第1部分21 同樣地以與晶片W的端部對向的方式設(shè)置，但未必構(gòu)成槽。

第3部分23設(shè)置在比晶片支撐部26、第1及第2部分21、22更靠搭載區(qū)域R的中心部CR的附近，成為在搭載區(qū)域R的中心部CR突出的凸形狀。也就是說，第3部分23的表面F23是以隨著從搭載區(qū)域R的中心部CR朝向搭載區(qū)域R的外緣而接近于第2面F2的方式具有凸形狀。例如，在成膜裝置1中，使N型AlGaN單晶層(未圖示)外延生長時，晶片W因藍(lán)寶石板與N型AlGaN單晶層的晶格常數(shù)的差而產(chǎn)生應(yīng)變。由此，晶片W如圖3所示那樣翹曲成凸形狀。第3部分23是以與因晶片W的翹曲所產(chǎn)生的凸形狀對應(yīng)的方式形成為凸形狀。也就是說，第3部分23的凸形狀是以在成膜對半導(dǎo)體設(shè)備的特性影響最大的層(例如N型AlGaN單晶層等)時適合于晶片W的凸形狀的方式形成。而且，在從晶片架20的上方觀察的俯視圖中，第3部分23的凸形狀的頂部(中心部CR)與晶片W的凸形狀的頂部大致一致。由此，第3部分23的表面F23與晶片W的距離(間隙G的間隔)在搭載區(qū)域R的第3部分23大致均勻。結(jié)果為，在晶片架20的第3部分23能夠?qū)岽笾戮鶆虻貍鬟f給晶片W。另外，在晶片W的翹曲成為凹形狀的情況下，第3部分23也能以與所述凹形狀對應(yīng)的方式形成為凹形狀。而且，在圖3中，第3部分23與第1部分21的邊界部在相對于表面F21大致垂直的方向上具有階差。但是，在第3部分23與第1部分21的邊界部以及第3部分23與第2部分22的邊界部，第3部分23也能以平緩的傾斜與第1部分21或第2部分22連結(jié)。

接下來，對從晶片架20向晶片W的導(dǎo)熱進(jìn)行說明。

如上所述，在第3部分23能夠?qū)岽笾戮鶆虻貍鬟f給晶片W。另一方面，在搭載區(qū)域R的端部，熱如圖3的箭頭h所示那樣也會從晶片W直接接觸的晶片支撐部26或階差ST傳遞給晶片W。因此，有成膜中的晶片W的端部的溫度與晶片W的中心部(與第3部分對應(yīng)的晶片W區(qū)域)的溫度相比變高的傾向。而且，傳遞給晶片W的熱也易根據(jù)晶片架20或搭載區(qū)域R的晶片W的位置而產(chǎn)生不均。

因此，本實施方式的晶片架20在搭載區(qū)域R的端部設(shè)置著晶片架20的深度(厚度)不同的第1部分21及第2部分22。在設(shè)置著第1部分21的搭載區(qū)域R的端部設(shè)置槽部TR。因此，第1部分21的表面F21與載置在搭載區(qū)域R的晶片W的端部相對分離。也就是說，在第1部分21，晶片架20與晶片W的端部的距離變大。由此，來自晶片架20的熱難以傳遞給晶片W(熱阻變高)，與第1部分21對向的晶片W的端部的溫度相對變低。另一方面，在設(shè)置著第2部分22的搭載區(qū)域R的端部未設(shè)置槽部TR?；蛘撸幢阍O(shè)置槽部，該槽部也比第1部分21的槽部TR淺。因此，第2部分22的表面F22相對接近于載置在搭載區(qū)域R的晶片W的端部。也就是說，在第2部分22，晶片架20 與晶片W的端部的距離變小。由此，來自晶片架20的熱容易傳遞給晶片W(熱阻變低)，與第2部分22對向的晶片W的端部的溫度相對變高。

這樣一來，根據(jù)本實施方式，在搭載區(qū)域R的端部，通過使晶片W與晶片架20的表面(F21或F22)的距離變化，而調(diào)節(jié)從晶片架20的第1及第2部分21、22的導(dǎo)熱度(導(dǎo)熱率)，結(jié)果為，能夠抑制晶片W的溫度分布不均。另外，第1部分21的槽部TR的深度、寬度及長度并不特定，只要根據(jù)晶片W的溫度分布不均的狀況適當(dāng)設(shè)定即可。

圖5是更詳細(xì)地表示第1及第2部分21、22的位置的俯視圖。在圖5中，第1部分21是以參照符號21_1～21_4表示。除此以外的搭載區(qū)域R的端部為第2部分22。另外，圖5表示未搭載晶片W的晶片架20的俯視圖。而且，為方便起見，圖5中省略了晶片支撐部26的圖示。

如上所述，在成膜處理中，與第1部分21對應(yīng)(對向)的晶片W的端部的溫度相對變低，與第2部分22對應(yīng)(對向)的晶片W的端部的溫度相對變高。在本實施方式中，利用該特性來設(shè)定第1及第2部分21、22的位置，以抑制晶片W的端部的溫度分布不均。

(考慮到離心力的第1部分21的位置)

在成膜處理中，晶片架20以其中心部C20為軸而沿箭頭A1或A2方向旋轉(zhuǎn)。此時，對晶片W施加離心力，晶片W在搭載區(qū)域R的范圍內(nèi)從晶片架20的中心部C20向放射方向移動。因此，晶片W與搭載區(qū)域R中距離晶片架20的中心部C20最遠(yuǎn)的階差ST接觸。在此情況下，認(rèn)為在接觸階差ST的晶片W的端部溫度變高，因此第1部分21_1設(shè)置在搭載區(qū)域R中距離晶片架的中心部最遠(yuǎn)的部分。由此，能夠降低第1部分21_1與第2部分22的晶片W的溫度差，從而抑制晶片W的端部的溫度分布不均。

(考慮到相鄰的搭載區(qū)域R的第1部分21的位置)

搭載區(qū)域R以適合于晶片W的平面形狀的方式具有大致圓形。因此，在晶片架20具有多個搭載區(qū)域R的情況下，存在相鄰的多個搭載區(qū)域R彼此最接近的部分。在成膜處理中，熱易滯留在晶片架20中被晶片W覆蓋的搭載區(qū)域R，在無晶片W的區(qū)域(也就是搭載區(qū)域R以外的區(qū)域)容易發(fā)散。因此，認(rèn)為在相鄰的搭載區(qū)域R彼此最接近的部分，晶片W的溫度相對變高。

因此，在本實施方式中，如圖5所示那樣晶片架20具有第1～第3搭載區(qū)域R1～R3的情況下，第1部分21_2設(shè)置在第1～第3搭載區(qū)域R1～R3的彼此相鄰的部分。也就是說，第1搭載區(qū)域R1的第1部分21_2設(shè)置在該第1搭載區(qū)域R1中最接近第2搭載區(qū)域R2及第3搭載區(qū)域R3的部分。同樣地，第2搭載區(qū)域R2的第1部分21_2 設(shè)置在該第2搭載區(qū)域R2中最接近第1搭載區(qū)域R1及第3搭載區(qū)域R3的部分。進(jìn)而，同樣地，第3搭載區(qū)域R3的第1部分21_2設(shè)置在該第3搭載區(qū)域R3中最接近第1搭載區(qū)域R1及第2搭載區(qū)域R2的部分。由此，能夠降低第1部分21_2與第2部分22的晶片W的溫度差，從而抑制晶片W的端部的溫度分布不均。

(考慮到晶片架20的旋轉(zhuǎn)速度的加減速的第1部分21的位置)

有晶片架20在成膜處理中變更旋轉(zhuǎn)速度的情況。例如，在連續(xù)地成膜多個材料膜的情況下，在成膜第1材料膜后成膜第2材料膜時，有驅(qū)動部30變更晶片架20的旋轉(zhuǎn)速度的情況。這種情況下，對載置在搭載區(qū)域R的晶片W施加加速度，晶片W在搭載區(qū)域R的范圍內(nèi)朝以晶片架20的中心部C20為軸的旋轉(zhuǎn)方向A1或A2移動。也就是說，晶片W與階差ST接觸，該階差ST位于與以晶片架20的中心部C20作為中心而通過搭載區(qū)域R的中心部CR的圓CL交叉的各搭載區(qū)域R的兩個端部。認(rèn)為在接觸階差ST的晶片W的端部溫度變高，因此第1部分21_3、21_4分別設(shè)置在與圓CL交叉的搭載區(qū)域R的兩個端部。由此，能夠降低第1部分21_1與第2部分22的晶片W的溫度差，從而抑制晶片W的端部的溫度分布不均。

另外，也可以將第1部分21_3、21_4的其中任一個設(shè)置在搭載區(qū)域R。例如，想要在將晶片架20沿A1方向加速時抑制晶片W的端部的溫度分布不均的情況下，也可以設(shè)置第1部分21_3，而省略第1部分21_4。由此，能夠在將晶片架20沿A1方向加速時抑制晶片W的端部的溫度分布不均。反之，想要在將晶片架20沿A2方向加速時抑制晶片W的端部的溫度分布不均的情況下，也可以設(shè)置第1部分21_4，而省略第1部分21_3。由此，能夠在將晶片架20沿A2方向加速時抑制晶片W的端部的溫度分布不均。

進(jìn)而，第1部分21也可以對應(yīng)于晶片支撐部26而設(shè)置。例如，圖6是表示第1部分21_5對應(yīng)于晶片支撐部26的搭載區(qū)域R的俯視圖。在圖6中，第1部分21是搭載區(qū)域R的端部中以21_5表示的部分。除此以外的搭載區(qū)域R的端部為第2部分22。另外，圖6表示未搭載晶片W的搭載區(qū)域R的俯視圖。

如參照圖3進(jìn)行說明那樣，晶片W的溫度在與晶片架20接觸的部分變高。因此，認(rèn)為與晶片支撐部26接觸的晶片W的端部的溫度容易變高。因此，第1部分21_5也可以設(shè)置在搭載區(qū)域R的端部中設(shè)置著晶片支撐部26的部分。由此，能夠降低第1部分21_1與第2部分22的晶片W的溫度差，從而抑制晶片W的端部的溫度分布不均。

所述第1部分21_1～21_5也可以全部設(shè)置在晶片架20。但是，也可以將第1部分21_1～21_5中的任意一個以上設(shè)置在晶片架20。但是，如果在搭載區(qū)域R的整個端部 設(shè)置第1部分21，則無法抑制搭載區(qū)域R的端部的溫度分布不均，因此，第1部分21局部地設(shè)置在搭載區(qū)域R的端部的一部分，第2部分22設(shè)置在搭載區(qū)域R的端部的剩余其他部分。多個第1部分21_1～21_5的深度(T1)既可為相同的深度，也可以為分別不同的深度。多個第2部分22的深度(T4)也既可為相同的深度，也可以為分別不同的深度。

而且，在搭載區(qū)域R的端部，第1部分21與第2部分22的邊界部可以成為階差，也可以平滑地傾斜。例如，圖7(A)及圖7(B)是表示第1部分21與第2部分22的邊界部的晶片架20的剖視圖。圖7(A)中，第1部分21與第2部分22的邊界部成為階差。在此情況下，雖然第1部分21與第2部分22的邊界部明確，但熱傳遞特性在該邊界部大幅地變化。

另一方面，圖7(B)中，第1部分21與第2部分22的邊界部平滑地傾斜。也就是說，第1部分21與第2部分22的邊界部相對于第1部分21的表面F21、第2部分22的表面F22或第1面F1(參照圖3)而傾斜。由此，第1部分21及第2部分22平滑地連接，熱傳遞特性的變化也會變平緩。因此，通過使邊界部傾斜，更有利于抑制晶片W的溫度分布不均。如上所述，本實施方式的晶片架20具有第1部分21與第2部分22。在搭載區(qū)域R的端部，在第1部分21設(shè)置著相對較深的槽部TR。在第2部分22未設(shè)置槽部TR或者設(shè)置著相對較淺的槽部。而且，在搭載區(qū)域R的端部適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第1及第2部分21、22的位置。由此，能夠調(diào)節(jié)從晶片架20的導(dǎo)熱度(導(dǎo)熱率)，抑制晶片處理時的晶片W的溫度分布不均。

雖對本發(fā)明的若干實施方式進(jìn)行了說明，但這些實施方式是作為示例而提出的，并非意圖限定發(fā)明的范圍。這些新穎的實施方式能以其他各種方式加以實施，能在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種省略、替換、變更。這些實施方式或其變化包含在發(fā)明的范圍或主旨內(nèi)，并且包含在權(quán)利要求書所記載的發(fā)明及其均等的范圍內(nèi)。