CN100490075C - 衬托器和气相生长装置 - Google Patents

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Abstract

一种衬托器(2)，其中在半导体基板(W)的正面上进行单晶薄膜的气相生长时，半导体基板(W)在凹部(2c)中受到大致水平地支承，并且所述凹部(2c)包括用以支承半导体基板(W)的外周侧凹部(20)和形成在所述外周侧凹部(20)内部且自所述外周侧凹部(20)凹入的中央侧凹部(21)，其中所述外周侧凹部(20)包括基板支承表面(20a)，所述基板支承表面自凹部(2c)的外周侧朝向中央侧相对于水平表面向下倾斜，并且基板支承表面(20a)中除去至少内周边缘之外的区域支承位于半导体基板(W)的外周边缘内部的一部分半导体基板(W)的背面。

Description

衬托器和气相生长装置
技术领域
本发明涉及一种其上放置半导体基板的衬托器，和一种具有所述衬托器的气相生长装置。
背景技术
传统上，已公知一种使单晶薄膜在半导体基板的正面上气相生长的装置，即所谓的单晶片型气相生长装置。该单晶片型气相生长装置包括大体上呈盘形以支承半导体基板的衬托器，并且该单晶片型气相生长装置被构造用以通过将反应气体供给到正面上同时从两侧加热衬托器上的半导体基板而进行单晶薄膜的气相生长。
更具体而言，如图4所示，衬托器200包括位于正面中央部分处的凹部201，且半导体基板W在凹部201内受到支承。凹部201包括具有平的且环形的基板支承表面的外周侧凹部202和形成以自所述外周侧凹部202凹入的中央侧凹部203(例如参见日本特开昭61-215289A号公报)。
然而，当半导体基板W被放置在凹部201内时，倾向于在半导体基板W与外周侧凹部202相接触的部分处产生弧形刮伤。
本发明解决了上述问题，且其目的在于提供一种能够抑制刮伤产生的衬托器和气相生长装置。
发明内容
根据本发明的第一方面，在本发明的衬托器中，在半导体基板的正面上进行单晶薄膜的气相生长时，半导体基板在凹部中受到大致水平地支承，并且所述凹部包括用以支承半导体基板的外周侧凹部和形成在所述外周侧凹部内部且自所述外周侧凹部凹入的中央侧凹部，
其中所述外周侧凹部包括基板支承表面，所述基板支承表面自凹部的外周侧朝向中央侧相对于水平表面向下倾斜，并且基板支承表面中除去至少内周边缘之外的区域支承位于半导体基板的外周边缘内部的一部分半导体基板的背面。
本发明人为解决上述问题已锐意地进行了研究。结果是，已经发现，由于热应力的作用，在纵剖视图中半导体基板翘曲成U形，并且因此半导体基板的背面受到凹部基板支承表面的内周边缘，也就是，所述外周侧凹部和所述中央侧凹部之间形成的拐角部分的支承，由此在半导体基板的背面上产生弧形刮伤。
即便是当基板支承表面自凹部的外周侧朝向内周侧倾斜时，若相对于水平表面的倾斜角度太大，那么基板支承表面仅在半导体基板的外周边缘处支承半导体基板。因此，虽然在半导体基板的背面上没有刮伤，但是进行气相生长的单晶薄膜中的滑移位错的出现频率快速增加。具体而言，例如在直径为300毫米的硅单晶基板的凹部的情况下，若基板支承表面相对于水平表面的倾斜角度大于1度，那么进行气相生长的单晶薄膜中的滑移位错的出现频率快速增加。
另一方面，当基板支承表面相对于水平表面的倾斜角度为0度或更小时，也就是当基板支承表面是平的或自凹部的外周侧朝向中央侧倾斜而升高时，基板支承表面的内周边缘接触半导体基板的背面，由此使得易于在半导体基板的背面上产生弧形刮伤。若基板支承表面相对于衬托器的正面上凹部的圆周表面(在下文中被称作凹部圆周表面)的倾斜角度小于预定角度时，那么当使用在纵剖视图中翘曲成倒U形的衬托器时，基板支承表面相对于凹部圆周表面的倾角被该翘曲所抵销，使得相对于水平表面的倾斜角度变为0度或更小。因此，半导体基板的背面能够接触基板支承表面的内周边缘，由此在所述半导体基板的背面上易于产生弧形刮伤。具体而言，例如在直径为300毫米的硅单晶基板的凹部的情况下，若基板支承表面相对于凹部圆周表面的倾斜角度小于0.2度，并且衬托器翘曲成倒U形从而具有不小于0.3毫米的翘曲量，那么在硅单晶基板的背面上产生弧形刮伤。衬托器的翘曲量意味着衬托器背面上的中央部分和外圆周部分之间的高度差。
根据本发明，所述外圆周侧部分的基板支承表面相对于水平表面自凹部的外周侧朝向中央侧倾斜向下，并且基板支承表面中除去至少内周边缘之外的区域支承位于半导体基板的外周边缘内部的一部分半导体基板的背面。由此，即便是当半导体基板由于热应力而产生翘曲时，与常规技术不同，能够在半导体基板的正面上进行单晶基板的气相生长，而不会由衬托器的基板支承表面的内周边缘在半导体基板的背面上产生刮伤。此外，基板支承表面不是仅在半导体基板的外周边缘处支承半导体基板，由此能够抑制进行气相生长的单晶薄膜中滑移位错的产生。
在本发明的衬托器中，优选地，所述基板支承表面相对于水平表面以如下角度倾斜，所述角度与在包括凹部的中央轴线的假想平面中基板支承表面和半导体基板的接触点处由水平表面和半导体基板的切线形成的角度相等。在这种情况下，即便是在半导体基板由于热应力而产生翘曲时，必定能够防止基板支承表面仅在半导体基板的外周边缘处支承半导体基板。因此，必定能够防止要形成的单晶薄膜中滑移位错的产生。
在本发明的衬托器中，优选地，中央侧凹部凹入一定深度，以使得不与半导体基板的背面接触。在这种情况下，中央侧凹部和半导体基板的背面不产生相互摩擦，从而必定能够防止在半导体基板的背面上刮伤的产生。
根据本发明的第二方面，本发明的气相生长装置包括根据本发明所述的衬托器。
附图说明
图1是根据本发明的气相生长装置的一个实施例的示意结构的纵剖视图；
图2A是根据本发明的衬托器的纵剖视图；
图2B是衬托器的背面的平面图；
图3是图2A中圆圈中的部分的放大视图；和
图4是常规衬托器的纵剖视图。
具体实施方式
下面，结合附图对根据本发明的气相生长装置的一个实施例进行说明。气相生长装置的该实施例是一种使单晶薄膜在半导体基板的正面上气相生长的单晶片型气相生长装置。
图1是气相生长装置100的示意结构的纵剖视图。气相生长装置100是一种单晶片型气相生长装置，并且包括反应器1，半导体基板W例如硅单晶基板等被放置在所述反应器中。
反应器1为具有顶壁1a、底壁1b和侧壁1e的反应室。顶壁1a和底壁1b由半透明石英制成。在侧壁1e中成形出将用于气相生长的反应气体供给进入反应器1中的气体供给开口1c和用于将反应气体从反应器1中排出的气体排出开口1d。气体供给开口1c与气体供给装置(未示出)相连接用于供给具有预定组成和流量的反应气体。例如，在硅单晶基板上进行硅单晶薄膜的气相生长时，优选使用的反应气体为原料气SiHCl3气(三氯硅烷)和载气氢气的混合气。
用于通过顶壁1a向反应器1内部辐射热量的加热装置5a被布置在反应器1的上方，同时，用于通过底壁1b向反应器1内部辐射热量的加热装置5b被布置在反应器1的下方。在该实施例中，卤素灯被用作加热装置5a和加热装置5b。
一个大致圆盘形的用于放置半导体基板W的衬托器2被布置在反应器1中，所述衬托器受到支承构件3的支承。
衬托器2通过用碳化硅涂覆石墨而形成。如图2A所示，衬托器2的正面，也就是衬托器2的上表面具有用于从下面水平地支承半导体基板W的大体上为圆形的凹部2c，和凹部2c的圆周表面2a(在下文中被称作凹部圆周表面)。
更具体而言，如图2B和图3所示，凹部2c具有用于支承半导体基板W的外周侧凹部20和形成在所述外周侧凹部20内部且自所述外周侧凹部20凹入的中央侧凹部21。
所述外周侧凹部20具有基板支承表面20a。如图3所示，基板支承表面20a自凹部2c的外周侧朝向中央侧相对于水平表面以大于0度且1度或小于1度的角度向下倾斜。所述外周侧凹部20被构造使得基板支承表面20a中除去至少内周边缘20b之外的区域，也就是，所述外周侧凹部20和所述中央侧凹部21之间形成的拐角部分支承位于其外周边缘内部的一部分半导体基板W。在包括凹部2c的中央轴线的假想平面中，由基板支承表面20a和水平表面形成的角度与由水平表面和半导体基板W的切线形成的角度相等，由于在气相生长的时候在基板支承表面20a和半导体基板W的接触点处存在热应力的作用，在纵剖视图中所述半导体基板W弯曲成U形。
在纵剖视图中所述中央侧凹部21形成U形并且凹入一定深度，以使得所述半导体基板W的背面在气相生长的时候不与中央侧凹部21接触。尽管在图3中未示出，但是安放在凹部2c中的所述半导体基板W通过加热装置5a从上方被加热并且还通过衬托器2由加热装置5b从下面被加热，如图1所示。
如图2B所示，在凹部2c的中央侧凹部21中，沿衬托器2的圆周方向以预定间隔形成从衬托器2的正面穿透到背面的三个通孔2d。通孔2d是使起模顶杆(未示出)用于使从其中穿过的半导体基板W向上和向下移动的孔。
在凹部2c外侧的部分处，在衬托器2的背面开口设置三个凹进部2e，分别沿径向方向与所述通孔2d相邻。
如图1所示，支承构件3包括在衬托器2下面沿垂直方向延伸的旋转轴3a。在旋转轴3a的顶端部分处，设有三个斜向上径向分支的辐板3b。每个辐板3b的顶部部分与衬托器2的凹进部分2e相接合，从而支承衬托器2。旋转驱动部分(未示出)被连接到旋转轴3a上，且衬托器2通过驱动该旋转驱动部分而进行旋转。
下面，将对通过使用上述气相生长装置100在直径为300毫米的硅单晶基板上气相生长硅单晶薄膜的过程进行描述。
首先，硅单晶基板被搬运以被安放在衬托器2的凹部2c中。
接着，硅单晶基板由加热装置5a，5b进行加热，并且衬托器2通过上述旋转驱动部分的作用而进行旋转。在这种状态下，SiHCl3气和氢气的混合气由气体供给开口1c被供给进入反应器1中用以进行气相生长。
在进行气相生长时，在纵剖视图中所述硅单晶基板弯曲成U形。另一方面，衬托器2的基板支承表面20a适于自凹部2c的外周侧朝向中央侧向下倾斜，以使得基板支承表面20a中除去至少内周边缘20b之外的区域支承位于其外周边缘内部的硅单晶基板背面的一部分。此时在包括凹部2c的中央轴线的假想平面中，由基板支承表面20a和水平表面形成的角度与由水平表面和硅单晶基板的切线形成的角度相等，所述硅单晶基板在硅单晶基板和基板支承表面20a的接触点处产生弯曲。利用这种结构，必定能够防止基板支承表面仅在半导体基板的外周边缘处支承半导体基板，以及能够防止硅单晶基板的背面接触基板支承表面的内周边缘。
根据以上气相生长装置100，硅单晶基板的背面可受到支承，同时在硅单晶基板的背面上不产生弧形刮伤，而且在硅单晶基板的正面上还能够进行硅单晶薄膜的气相生长，同时抑制滑移位错的产生。
衬托器2的基板支承表面20a相对于水平表面以不大于1度的角度倾斜，以使得硅单晶基板不是仅在硅单晶基板的外周边缘处受到支承，由此能够抑制进行气相生长的硅单晶薄膜中滑移位错的产生。
凹部2c的中央侧凹部21成形不与硅单晶基板的背面相接触，从而使凹部2c的中央侧凹部21和硅单晶基板的背面不产生相互摩擦。因此，在所述背面上易于产生刮伤的情况下，例如在硅单晶基板在其背面上进行镜面加工等情况下，刮伤的产生能够受到抑制。
在以上实施例中，在所进行的描述中气相生长装置100为单晶片型气相生长装置，然而例如只要装置能够支承大致水平地支承凹部中的半导体基板W，还可以使用饼型气相生长装置。
此外，在所进行的描述中基板支承表面20a自凹部2c的外周侧相对于水平表面朝向中央侧向下倾斜。基板支承表面20a相对于凹部圆周表面2a的倾斜角度优选不小于0.2度。在这种情况下，即便当使用在纵剖视图中翘曲成倒U形的衬托器2时，如果衬托器2的翘曲量不超过0.3毫米，那么基板支承表面20a的倾角不会被该翘曲所抵销。因此，即便当使用翘曲成倒U形的衬托器2时，也可在硅单晶基板的正面上进行硅单晶薄膜的气相生长，而不会在其背面上产生弧形刮伤。
如上面所述，在本发明的实施例中，用于在半导体基板W的正面上进行单晶薄膜的气相生长的气相生长装置100包括用于从下面水平地支承凹部2c中的半导体基板W的盘状衬托器2。凹部2c包括具有支承半导体基板W的基板支承表面20a的外周侧凹部20和形成以自所述外周侧凹部20凹入的中央侧凹部21。外周侧凹部20包括自凹部2c的外周侧相对于水平表面朝向中央侧向下倾斜的，并且由基板支承表面20a中除去至少内周边缘侧凹部20b之外的区域支承位于其外周边缘内部的一部分半导体基板W的基板支承表面20a。凹部2c的中央侧凹部21凹入一定深度，从而不与半导体基板W的背面相接触。
工业适用性
根据本发明的衬托器和气相生长装置，即便当半导体基板产生翘曲时，也可在半导体基板的正面上进行单晶薄膜的气相生长，而不会由凹部的基板支承表面的内周边缘而在半导体基板的背面上产生弧形刮伤。此外，基板支承表面不是仅在半导体基板的外周边缘处支承半导体基板，由此能够抑制进行气相生长的单晶薄膜中滑移位错的产生。因此，根据本发明的衬托器和气相生长装置适于抑制刮伤的产生。

Claims (5)

1、一种衬托器，其中在半导体基板的正面上进行单晶薄膜的气相生长时，半导体基板在凹部中受到大致水平地支承，并且所述凹部包括用以支承半导体基板的外周侧凹部和形成在所述外周侧凹部内部且自所述外周侧凹部凹入的中央侧凹部，
其中所述外周侧凹部包括基板支承表面，所述基板支承表面自凹部的外周侧朝向中央侧相对于水平表面向下倾斜，并且基板支承表面中除去至少内周边缘之外的区域支承位于半导体基板的外周边缘内部的一部分半导体基板的背面，
其中所述凹部用于直径为300毫米的硅单晶基板，并且基板支承表面相对于水平表面以大于0度且不大于1度的角度倾斜。
2、根据权利要求1所述的衬托器，其中所述基板支承表面相对于水平表面以如下角度倾斜，所述角度与在包括凹部的中央轴线的假想平面中基板支承表面和半导体基板的接触点处由水平表面和半导体基板的切线形成的角度相等。
3、根据权利要求1所述的衬托器，其中所述中央侧凹部凹入一定深度，以使得不与半导体基板的背面接触。
4、根据权利要求2所述的衬托器，其中所述中央侧凹部凹入一定深度，以使得不与半导体基板的背面接触。
5、一种气相生长装置，包括：根据权利要求1-4中任一项所述的衬托器。
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