CN100562976C - 气相生长方法及气相生长装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方式气相生长方法，使用气相生长装置，该气相生长装置在腔内收容了放置于支承台上的基板，并连接有向放置于上述支承台上的上述基板上供给用于成膜的气体的第1流路、及将气体排出的第2流路的，其特征在于，使上述基板旋转，供给上述用于成膜的反应气体及载体气体，在上述基板上气相生长半导体层；在上述基板上气相生长上述半导体层时，控制上述反应气体及载体气体的流量和浓度、上述腔内的真空度、上述基板温度及使上述基板旋转的旋转速度，使上述半导体层的膜厚均匀。

Description

气相生长方法及气相生长装置
本申请基于2006年3月20日提出的日本专利申请2006-075894号的优先权，这里援用其全部内容。
技术领域
本发明涉及气相生长方法及气相生长装置，涉及例如规定外延生长方法中的生长条件的方法及装置。
背景技术
在超高速双极、超高速的CMOS等的半导体器件的制造中，控制了杂质浓度及膜厚的单结晶的外延生长技术在提高器件的性能方面变得不可或缺。
在硅晶片等的半导体基板上气相生长单结晶薄膜的外延生长中，一般使用常压化学气相生长法。根据情况使用减压化学气相生长(LP-CVD)法。在反应容器内配置硅晶片等的半导体基板。并且，在将反应容器内保持在常压(0.1MPa(760Torr))气氛或规定的真空度的真空气氛中的状态下，一边加热上述半导体基板并使其旋转，一边供给包含硅源和硼化合物、砷化合物、或磷化合物等的掺杂剂的原料气体。并且，在加热后的半导体基板的表面进行原料气体的热分解或氢还原反应。由此，通过使掺杂了硼(B)、磷(P)或砷(As)的硅外延膜生长来制造(例如参照(日本)特开平9-194296号公报)。
此外，外延生长技术还使用于功率半导体的制造、例如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的制造。在IGBT等的功率半导体中，例如需要几十μm以上的膜厚的硅外延膜。
图38是表示在支架上支承了硅晶片的状态的一例的上面图。
图39是表示在图38所示的支架上支承了硅晶片的状态的截面的截面图。
作为硅晶片500的支承部件的支架510(也称作基座)上，形成有直径比硅晶片500的直径大一些的沉孔。并且，硅晶片500放置成收容在该沉孔中。在此状态下，通过使支架510旋转而使硅晶片500旋转，通过供给的原料气体的热分解或氢还原反应而生长外延膜。
因此，如果在形成有直径比上述硅晶片500的直径大一些的的沉孔的支架510上放置硅晶片500并使其旋转，则由于其离心力，硅晶片500在与硅晶片面平行的方向上移动。并且，靠近沉孔的侧面的一部分。这里，在形成IGBT等的功率半导体的制造中需要的几十μm以上、例如50μm以上的膜厚的硅外延膜的情况下，在上述支架510中，在硅晶片500的侧面部分生长的外延膜与堆积在支架510的沉孔的侧面的膜接触。因此，会发生紧贴(粘接)并在运送硅晶片500时硅晶片500贴附在支架510上的现象的问题。
本发明者们为了解决上述问题，关于运用沉孔、或者运用支承硅晶片500的发明，先进行了专利申请(例如(日本)特愿2006-192098号、(日本)特愿2006-110533号)。这里合并日本发明申请No.JP2006-192098和JP2006-110533。
但是，在上述的解决手段中，也有在硅晶片500的外周面部分生长的硅外延膜增厚、生长膜厚变得不均匀、不得不将该外周面附近丢弃的情况。
发明内容
本发明对应于上述的问题，运用生长条件，提供一种使生长膜厚均匀的方法。
本发明的一个方案的气相生长方法，使用气相生长装置，该气相生长装置在腔内收容了放置于支承台上的基板，并连接有向放置于上述支承台上的上述基板上供给用于成膜的气体的第1流路、及排出气体的第2流路，其特征在于，使上述基板旋转；供给上述用于成膜的反应气体及载体气体，在上述基板上气相生长半导体层；在上述基板上气相生长上述半导体层时，控制上述反应气体及载体气体的流量和浓度、上述腔内的真空度、上述基板温度及使上述基板旋转的旋转速度，使上述半导体层的膜厚均匀；上述用于成膜的反应气体是三氯硅烷，载体气体是氢气，通过使上述腔内的三氯硅烷的浓度调节为8％以内、使上述腔内压力为8×104Pa～11×104Pa、使上述基板的转速为500～1500min-1、使上述基板的温度为1100℃～1140℃，从而以生长速度8μm/min以上生长上述半导体层，使上述半导体层的面内的膜厚分布为0.5％以内。
本发明的一个方案的气相生长装置，其特征在于，具有：腔，在成膜时内部压力被控制为8×104Pa～11×104Pa；流路，将三氯硅烷的浓度被控制为8％以内的三氯硅烷气体与载体气体的混合气体向上述腔内供给；支承台，在上述腔内放置基板，在成膜时以500～1500min-1的转速使上述基板旋转；及加热器，在成膜时将上述基板的温度控制为1100℃～1140℃；在上述支承台设有具有凹陷的第1凹部、和在上述第1凹部的底部还具有凹陷的第2凹部，使上述第2凹部的深度比上述基板的厚度低，并且设有对上述基板限制与基板面相同的方向的水平方向的移动的、配置成围绕上述基板的多个第一凸部，并且，在与上述基板接触的面上设有多个第2凸部，由该第2凸部的顶面支承上述基板，使上述基板上的、来自第1流路的气体的流动均匀，使半导体层的面内的膜厚分布为0.5％以内；上述第1凹部的深度比上述基板的厚度小。
本发明的另一个方案的气相生长装置，其特征在于，具有：腔，在成膜时内部压力被控制为8×104Pa～11×104Pa；流路，将三氯硅烷的浓度被控制为8％以内的三氯硅烷气体与载体气体的混合气体向上述腔内供给；支承台，在上述腔内放置基板，在成膜时以500～1500min-1的转速使上述基板旋转；及加热器，在成膜时将上述基板的温度控制为1100℃～1140℃；在上述支承台设有对上述基板限制与基板面相同的方向的水平方向的移动的、配置成围绕上述基板的多个凸部，由与基板背面接触的面支承基板；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长度形成为由用于成膜的气体在基板表面成膜的膜的膜厚的2倍以上的尺寸。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的外延生长装置的结构的概念图。
图2是表示本发明的外延生长装置系统的外观的一例的图。
图3是表示本发明的外延生长装置系统的单元结构的一例的图。
图4是表示在本发明的支架上支承有硅晶片的状态的一例的上面图。
图5是表示图4所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
图6是表示硅晶片外周部与第1和第2沉孔的截面图。
图7是用于说明使用没有形成2级沉孔的支架时的成膜后的状态的图。
图8是用于说明使用本实施方式的形成了2级沉孔的支架时的成膜后的状态的图。
图9是表示在支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图10是表示图9所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
图11是表示本发明的实施方式3的外延生长装置的结构的概念图。
图12是表示在本发明的实施方式3的支架上支承有硅晶片的状态的一例的上面图。
图13是表示图12所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
图14是表示在本发明的实施方式3的支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图15是表示图14所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
图16是表示在本发明的实施方式3的支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图17是表示图16所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
图18是表示在本发明的实施方式3的支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图19是表示图18所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
图20是表示本发明的实施方式3的硅晶片外周部与凸部的截面图。
图21是表示在本发明的实施方式3的支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图22是表示图21所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
图23是表示本发明的实施方式3的硅晶片外周部与凸部的截面图。
图24是表示在本发明的实施方式3的支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图25是表示图24所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
图26是表示本发明的实施方式3的硅晶片外周部与凸部的截面图。
图27是用于说明使用没有形成凸部的支架时的成膜后的状态的图。
图28A和图28B是用于说明使用实施方式中的形成了凸部的支架时的成膜后的状态的图。
图29是表示各支架形状的硅外延膜的膜厚与向支架的贴附状况的关系的一例的图。
图30是表示在本发明的实施方式4的支架上支承有硅晶片的状态的一例的上面图。
图31是表示图30所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
图32是表示在支架(支承台)上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图33是将图26的第2凸部放大表示的立体图。
图34是表示在支架210上支承有硅晶片201的状态的一例的上面图。
图35是将图34所示的支架的第2凸部221的一部分放大表示的立体图。
图36是在工艺条件中作为一例比较改变基板温度时的生长速度的曲线图的一例。
图37是在工艺条件中作为一例比较改变基板转速时的生长速度的曲线图的一例。
图38是表示在支架上支承有硅晶片的状态的一例的上面图。
图39是表示图38所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
具体实施方式
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1的外延生长装置的结构的概念图。
在图1中，作为气相生长装置的一例的外延生长装置100具备作为支承台的一例的支架(也称作基座)110、腔120、喷淋头130、真空泵140、压力控制阀142、外部加热器150、内部加热器160、旋转部件170。在腔120上连接有供给气体的流路122和将气体排出的流路124。并且，流路122连接在喷淋头130上。在图1中，对说明实施方式1方面所需要的结构进行说明。此外，比例尺等与实物不一致(以下，在各图中同样)。
支架110的外周形成为圆形，形成有规定的内径的贯通的开口部。并且，形成有从支架110的上面以第1深度挖入的作为第1凹部的一例的第1沉孔。并且，还形成有从第1沉孔的底面以第2深度挖入的直径比第1沉孔的直径小的作为第2凹部的一例的第2沉孔。并且，通过上述第2沉孔的底面与作为基板的一例的硅晶片101的背面接触，支承硅晶片101。
支架110配置在旋转部件170上，该旋转部件170通过未图示的旋转机构以与硅晶片101面正交的硅晶片101面的中心线为轴旋转。并且，支架110与旋转部件170一起以900min-1旋转，从而能够使硅晶片101旋转。另外，旋转优选为500～1500min-1∶500～1500rpm。
在支架110的背面侧，配置有外部加热器150和内部加热器160。通过外部加热器150能够加热硅晶片101的外周部和支架110。并且，内部加热器160配置在外部加热器150的下部，通过内部加热器160能够将硅晶片101的外周部以外加热。此时的晶片温度为1120℃。与内部加热器160另外地、为了进行热容易向支架110散逸的硅晶片101的外周部的加热而设置外部加热器150。这样，通过做成2级加热器，能够实现硅晶片101的面内均匀性。另外，晶片温度是1100～1140℃就可以。
并且，支架110、外部加热器150、内部加热器160、喷淋头130、旋转部件170配置在腔120内。旋转部件170从腔120内向未图示的旋转机构和腔120外延伸。喷淋头130从腔120内向腔120外延伸有配管。
并且，将作为反应容器的腔120内保持为常压，或者通过真空泵140保持为规定的真空度、例如9.3×104Pa(700Torr)的真空气氛。并且，在此状态下，通过外部加热器150和内部加热器160将硅晶片101加热。并且，通过支架110的旋转，使硅晶片101以规定的转速旋转。一边控制为这些条件，一边将作为硅源的原料气体从喷淋头130向腔120内供给。另外，规定的真空度在被供给原料气体的状态下只要是8×104～11×104Pa就可以。
并且，在被加热的硅晶片101的表面进行原料气体的热分解或氢还原，使外延膜在硅晶片101的表面上生长。腔120内的压力使用压力控制阀142调节为常压或规定的真空度的真空气氛就可以。或者，在常压下使用的情况下，也可以是没有真空泵140或压力控制阀142的结构。在喷淋头130中，将从腔120外用配管供给的原料气体经由喷淋头130内部的缓冲部从多个贯通孔排出。因此，能够将原料气体均匀地供给硅晶片101上。
进而，使支架110及旋转部件170的压力内外相同(使硅晶片101的表面侧气氛的压力和背面侧气氛的压力相同)。由此，能够防止原料气体向旋转部件170的内侧、或者旋转机构内部钻入。同样，能够防止未图示的旋转机构侧的清洗气体等泄漏到腔内(硅晶片101的表面侧气氛)。
例如，从喷淋头130供给将三氯硅烷(SiHCl3)用氢(H2)稀释为30％的气体51Pa·m3/s(30SLM)作为硅源、供给H2作为载体气体。并且，控制载体气体的供给量，使气体整体中的SiHCl3浓度为8％以内。例如将H2供给185Pa·m3/s(110SLM)，使SiHCl3浓度为7％左右。并且，将内部加热器160设定为1100℃，将外部加热器150设定为1098℃。此外，使硅晶片的转速为500～1500min-1(500～1500rpm)。使腔内压力为9.3×104Pa(700Torr)。通过该工艺条件，能够以膜的生长速度为8μm/min以上使半导体层生长。并且，能够使半导体层的面内的膜厚分布为0.5％以内。此外，通过该工艺条件，能够形成IGBT等的功率半导体的制造所需的几十μm以上、例如50μm以上的膜厚的硅外延膜。并且，膜厚分布能够实现0.49％。
图2是表示外延生长装置系统的外观的一例的图。
如图2所示，外延生长装置系统300整体被壳体包围。
图3是表示外延生长装置系统的单元结构的一例的图。
在外延生长装置系统300内，硅晶片101设置在配置于盒台(C/S)310或盒台(C/S)312上的盒中。并且，被设置的硅晶片101通过运送机器人350运送到真空装载(L/L)室320内。并且，通过配置在传送室330内的运送机器人332将硅晶片101从L/L室320运出到传送室330内。接着，将被运送的硅晶片101运送到外延生长装置100的腔120内。接着，通过外延生长法在硅晶片101的表面成膜硅外延膜。成膜了硅外延膜的硅晶片101再次由运送机器人332从外延生长装置100运出到传送室330内。
接着，被运出的硅晶片101被运送到L/L室320中。然后，通过运送机器人350从L/L室320返回到配置于盒台(C/S)310或盒台(C/S)312上的盒中。在图3所示的外延生长装置系统300中，各装载有两台外延生长装置100的腔120和L/L室320，能够提高生产量。
图4是表示在支架上支承有硅晶片的状态的一例的上面图。
图5是表示在图4所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
在支架110上形成有两级沉孔。即，形成有以比硅晶片101的直径大的直径挖入到硅晶片101的厚度的一半多的深度的第1沉孔114。并且，形成有从第1沉孔114的底面以比硅晶片101的直径稍大的直径且比第1沉孔114小的直径挖入到比硅晶片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的底面支承着硅晶片101。在支架110旋转、硅晶片101因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动的情况下，第2沉孔116的侧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，能够抑制硅晶片101脱离。万一，在硅晶片101越过第2沉孔116的侧面的上端部而移动的情况下，第1沉孔114的侧面抵接在硅晶片101的侧面上。由此，能够抑制硅晶片101脱离。
如以上，在支架110上，设有具有凹陷的第1沉孔114、和在该第1沉孔114的底部上还具有凹陷的第2沉孔116。并且，该第2沉孔116的深度构成为比硅晶片101的厚度低。此外，第1沉孔114的深度构成为比硅晶片101的厚度浅。由此，能够使硅晶片101上的来自流路122的气体的流动均匀。此外，根据上述的工艺条件成膜，从而能够使半导体层的面内的膜厚分布为0.5％以内。
这里，优选地对第2沉孔116的底面实施防滑加工。通过对第2沉孔116的底面实施防滑加工，能够提高硅晶片101的背面与第2沉孔116的底面的摩擦力。例如，可以举出进行喷砂处理。或者优选地如锉刀齿型那样形成。通过提高硅晶片101的背面与第2沉孔116的底面的摩擦力，能够抑制硅晶片101从支架110脱离。
图6是表示硅晶片外周部与第1和第2沉孔的截面图。
如图6所示，优选地设定挖入第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的斜角部下面侧。例如，图6中的尺寸λ1优选为硅晶片101的厚度的20～40％。
具体而言，例如在直径200mm的硅晶片的情况下，厚度t为0.725mm，所以优选为λ1＝0.2±0.05mm。此外，挖入第1沉孔114的深度λ2优选为硅晶片101的厚度的50～65％。此外，在例如直径200mm的硅晶片的情况下，厚度t为0.725mm，所以优选为λ2＝0.4±0.05mm。此外，优选为λ1∶λ2≈1∶2。并且，接触在硅晶片101的背面而保持的第2沉孔116的底面的半径方向长度L2比以往稍长，优选为1～4mm。
此外，第1沉孔114的底面的半径方向长度L1优选地形成为通过原料气体在硅晶片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的情况下优选为240μm、即0.24mm以上。通过形成为在硅晶片101的表面上成膜的外延膜的膜厚的2倍以上的尺寸，能够避免从硅晶片101的侧面生长起来的膜与从第1沉孔114的侧面向硅晶片101侧生长起来的膜的接触。例如使L1为1mm。
图7是用于说明使用没有形成2级沉孔的支架时的成膜后的状态的图。
图8是用于说明使用本实施方式的形成了2级沉孔的支架时的成膜后的状态的图。
如图7所示，在使用没有形成2级沉孔的支架的情况下，在硅晶片的侧面部分生长的硅外延膜402与在支架的沉孔的侧面堆积的沉积膜404接触。并且，会发生紧贴(粘接)，晶片贴附在支架上。
相对于此，如图8所示，在使用本实施方式的形成有2级沉孔的支架110的情况下，在支架110旋转、硅晶片101因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动的情况下，第2沉孔116的侧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，斜角部成为房檐，能够防止或者减少沉积膜404的堆积。结果，在抵接部位，由于膜彼此没有粘接、或者即使贴合也很少，所以能够防止硅晶片101与支架110的粘贴。
进而，通过第1沉孔114，在硅晶片101的周围能够形成由第1沉孔114的侧面围成的槽，通过设置该槽，能够减少向槽底部的沉积膜的堆积量。
实施方式2
在实施方式2中，代替形成第1沉孔而配置了成为支柱的多个销112。工艺条件与实施方式1同样。
图9是表示在支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图10是表示在图9所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
在支架110上，形成有以比硅晶片101的直径稍大的直径挖入到比硅晶片101的厚度的一半小的值的深度的第2沉孔116。并且，通过第2沉孔116的底面支承着硅晶片101。并且，在支架110的上表面，从硅晶片101的外周隔开规定的间隙而均等地配置3个以上的销112。
在图9中，作为一例而均等地配置有8个销112。支架110旋转，在硅晶片101因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动的情况下，第2沉孔116的侧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，能够抑制硅晶片101脱离。万一，在硅晶片101越过第2沉孔116的侧面的上端部而移动的情况下，硅晶片101的侧面抵接在3个以上的销112(这里为8个销112)中的某几个。由此，能够抑制硅晶片101脱离。
并且，在支架110旋转而硅晶片101因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动的情况下，第2沉孔116的侧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，斜角部成为房檐，在能够防止沉积膜的堆积这一点与实施方式1同样。由此，在抵接部位处膜彼此不粘接，所以能够防止硅晶片101与支架110的粘贴。
实施方式3
图11是表示实施方式3的外延生长装置的结构的概念图。
在图11中，与图1同样，作为气相生长装置的一例的外延生长装置200具备作为支承台的一例的支架(也称作基座)210、腔220、压力控制阀242、外部加热器250、内部加热器260、旋转部件270。在腔220上，连接有供给气体的流路222和将气体排出的流路124。并且，流路222连接在喷淋头230上。在图11中，对说明实施方式3方面所需的结构而说明喷淋头230、真空泵240。其中，比例尺等与实物不一致(以下，在各图中同样)。
支架210的外周形成为圆形，形成有规定的内径的贯通的开口部。并且，通过从上面侧挖入了规定的深度的面与作为基板的一例的硅晶片201的背面接触，支承硅晶片201。并且，形成有对于硅晶片201限制与硅晶片201面相同方向的实质上水平的方向的移动的、配置成围绕硅晶片201的多个第一凸部212。第一凸部212形成为从作为根基的面朝向支架210的中心突出地延伸。
支架210配置在旋转部件270上，该旋转部件270通过未图示的旋转机构以与硅晶片201面正交的硅晶片201面的中心线为轴旋转。并且，支架210通过与旋转部件270一起旋转，能够使硅晶片201以例如900min-1旋转。
另外，在本实施方式3中，旋转优选为500～1500min-1∶500～1500rpm。
在支架210的背面侧，配置有外部加热器250和内部加热器260。通过外部加热器250能够将硅晶片201的外周部和支架210加热。并且，内部加热器260配置在外部加热器250的下部，通过内部加热器260能够将硅晶片201的外周部以外加热。与内部加热器260另外地、为了进行热容易向支架210散逸的硅晶片201的外周部的加热而设置外部加热器250，做成2级加热器，从而能够实现硅晶片201的面内均匀性。
并且，支架210、外部加热器250、内部加热器260、喷淋头230、旋转部件270配置在腔220内。旋转部件270从腔220内向未图示的旋转机构和腔220外延伸。喷淋头230从腔220内向腔220外延伸有配管。
并且，在将作为反应容器的腔220内保持为常压、或者通过真空泵240保持为规定的真空度的真空气氛的状态下、例如9.3×104Pa(700Torr)的状态下，通过外部加热器250和内部加热器260将硅晶片201加热。并且，通过支架210的旋转，使硅晶片201以规定的转速旋转(900min-1)。一边控制为这些条件，一边将作为硅源的原料气体从喷淋头230向腔220内供给。另外，此时的晶片温度只要是1100～1140℃就可以。
进而，通过加热后的硅晶片201的表面进行原料气体的热分解或氢还原，使硅外延膜在硅晶片201的表面上生长。腔220内的压力例如使用压力控制阀242调节为常压或规定的真空度的真空气氛就可以，此时的规定真空度与实施方式1同样，只要是8×104Pa～11×104Pa就可以。在喷淋头230中，将从腔220外用配管供给的原料气体经由喷淋头230内部的缓冲部，从多个贯通孔排出。因此，能够均匀地将原料气体供给硅晶片201上。
此外，通过使支架210及旋转部件270的压力内外相同(使硅晶片201的表面侧气氛的压力和背面侧气氛的压力相同)，能够防止原料气体向旋转部件270的内侧、或者旋转机构内部绕回。同样，能够防止未图示的旋转机构侧的清洗气体等泄漏到腔内(硅晶片201的表面侧气氛)。
图12是表示在支架上支承有硅晶片的状态的一例的上面图。
图13是表示图12所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
形成在支架210上的第一凸部212从与硅晶片201的背面接触的面连接的侧面朝向支架210的中心延伸。并且，其前端形成为平面。这里，均等地配置有8个凸部212。即使支架210旋转，硅晶片201因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动，硅晶片201的侧面的一部分只是与8个凸部212中的某几个接触。因此，与不设置第一凸部212而以支架210的侧面的较大区域接触的情况相比，能够减小接触面积。
结果，即使在硅晶片201的侧面部分生长的硅外延膜与在凸部212的前端部分堆积的膜接触，接触区域也较小。因此，能够减少硅晶片201向支架210的粘贴。这里，均等地配置有8个凸部212，但并不限于此。只要是3个以上就可以。凸部212的数量越多，越是能够提高硅晶片201的定心(centering)精度。反之，第一凸部212的数量越少，越能够减小在硅晶片201的侧面部分生长的硅外延膜与在第一凸部212的前端部分堆积的膜的接触面积。
进而，凸部212朝向硅晶片201的中心方向延伸，凸部212的朝向中心方向的长度优选地形成为通过规定的气体在硅晶片201的表面上成膜的膜的膜厚的2倍以上的尺寸。在此情况下，在凸部212以外的位置，从硅晶片201的侧面生长起来的膜与在凸部212以外的部分的硅晶片201侧生长起来的膜的膜厚为相同程度。由此，通过形成为膜的膜厚的2倍以上的尺寸，在凸部212以外的位置，能够避免从硅晶片201的侧面生长起来的膜与在硅晶片201侧生长起来的膜的接触。
图14是表示在支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图15是表示图14所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
在支架210上，设有对硅晶片201限制与硅晶片201面相同方向的实质上水平方向的移动的、配置成围绕硅晶片201而配置的多个凸部213。形成在支架210上的凸部213从与硅晶片201的背面接触的面连接的侧面朝向支架210的中心延伸。其前端在从上方观察时形成为R状的曲面。这里，均等地配置有8个第一凸部213。即使支架210旋转，硅晶片201因其离心力在与硅晶片面平行的方向上移动，硅晶片201的侧面的一部分也只是与8个凸部213中的某几个接触。由此，与不设置第一凸部213而以支架210的侧面的较大的区域接触的情况相比，能够减小接触面积。
进而，这里由于第一凸部213的前端形成为R状的曲面，所以即使在与硅晶片201的侧面接触的情况下也能够成为线接触或点接触。结果，即使在硅晶片201的侧面部分生长的硅外延膜与堆积在第一凸部213的前端部分的膜接触，也能够进一步减小接触面积。因此，能够进一步减少硅晶片201向支架210的粘贴。这里，均等地配置有8个凸部213，但并不限于此，只要是3个以上就可以，这一点与第一凸部212的数量的说明同样。
图16是表示在支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图17是表示图16所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
形成在支架210上的第一凸部217从与硅晶片201的背面接触的面连接的侧面以平滑的曲线连接并朝向支架210的中心继续延伸。其前端在从上方观察的情况下形成为R状的曲面。其他与图14、图15同样。
图18是表示在支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图19是表示图18所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
形成在支架210上的凸部214从与硅晶片201的背面接触的面连接的侧面朝向支架210的中心延伸。其前端在看截面时形成为R状的曲线。换言之，从支架210的表面侧朝向背面侧形成为曲面。这里，均等地配置有8个凸部214。即使支架210旋转、硅晶片201因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动，硅晶片201的侧面的一部分也只是与8个凸部214中的某几个接触。由此，与不设置第一凸部214而以支架210的侧面的较大的区域接触的情况相比，能够减小接触面积。
进而，这里，由于第一凸部214的前端形成为R状的曲面，所以即使在与硅晶片201的侧面接触的情况下也能够形成线接触或点接触。结果，即使在硅晶片201的侧面部分生长的硅外延膜与堆积在第一凸部214的前端部分的膜接触，也能够进一步减小接触面积。因此，能够进一步减少硅晶片201向支架210的粘贴。这里，均等地配置有8个凸部214，但并不限于此，只要是3个以上就可以，这一点与凸部212的数量的说明同样。
图20是表示硅晶片外周部与凸部的截面图。
如图20所示，优选地将凸部214形成为，使硅晶片201的侧面前端与第一凸部214的前端成为相同的高度。例如，图20中的尺寸X1优选为硅晶片201的厚度的1/2。具体而言，在例如直径200mm的硅晶片的情况下，厚度t为0.725mm，所以优选为X1＝0.3625mm。但是，并不限于此，X1≈0.3625mm也可以。
此外，尺寸X2优选地设为与硅晶片201的厚度相等、或大一些的值。具体而言，在例如直径200mm的硅晶片的情况下，厚度t为0.725mm，所以优选为X2＝0.725～1.5mm。此外，尺寸R1优选地设为与硅晶片201的厚度的1/2相等、或大一些的值。具体而言，在例如直径200mm的硅晶片的情况下，厚度t为0.725mm，所以优选为R1＝0.3625～0.75mm。
图21是表示在支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图22是表示图21所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
形成在支架210上的凸部215从与硅晶片201的背面接触的面连接的侧面朝向支架210的中心延伸。其前端形成为球状的曲面。这里，均等地配置有8个凸部215。即使支架210旋转，硅晶片201因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动，硅晶片201的侧面的一部分也只是与8个凸部215中的某几个接触。由此，与不设置第一凸部215而以支架210的侧面的较大的区域接触的情况相比，能够减小接触面积。进而，这里，由于第一凸部215的前端形成为球状的曲面，所以即使在与硅晶片201的侧面接触的情况下也能够成为点接触。结果，即使在硅晶片201的侧面部分生长的硅外延膜与堆积在凸部215的前端部分的膜接触，也能够进一步减小接触面积。因此，能够进一步减少硅晶片201向支架210的粘贴。这里，均等地配置有8个凸部215，但并不限于此，只要是3个以上就可以，这一点与凸部212的数量的说明同样。
图23是表示硅晶片外周部与第一凸部的截面图。
如图23所示，优选地将凸部215形成为，使硅晶片201的侧面前端与第一凸部215的前端成为相同的高度。例如，图23中的尺寸X3优选为硅晶片201的厚度的1/2。具体而言，在例如直径200mm的硅晶片的情况下，厚度t为0.725mm，所以优选为X3＝0.3625mm。但是，并不限于此，X3≈0.3625mm也可以。
此外，尺寸X4优选地设为与硅晶片201的厚度相等、或大一些的值。具体而言，在例如直径200mm的硅晶片的情况下，厚度t为0.725mm，所以优选为X4＝0.725～1.5mm。
此外，尺寸R2优选地设为与硅晶片201的厚度的1/2相等、或大一些的值。具体而言，在例如直径200mm的硅晶片的情况下，厚度t为0.725mm，所以优选为R2＝0.3625～0.75mm。这与实施方式1相同。
图24是表示在支架上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图。
图25是表示图24所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
形成在支架210上的第一凸部216通过将球焊接在硅晶片201的背面接触的面上而形成。由此，朝向硅晶片201侧面的其前端形成为球状的曲面。这里，均等地配置有8个凸部216。即使支架210旋转、硅晶片201因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动，硅晶片201的侧面的一部分也只是与8个凸部216中的某几个接触。由此，与不设置第一凸部216而以支架210的侧面的较大的区域接触的情况相比，能够减小接触面积。
进而，这里，由于凸部216的前端形成为球状的曲面，所以即使在与硅晶片201的侧面接触的情况下也能够成为点接触。结果，即使在硅晶片201的侧面部分生长的硅外延膜与堆积在凸部216的前端部分的膜接触，也能够进一步减小接触面积。因此，能够进一步减少硅晶片201向支架210的粘贴。这里，均等地配置有8个凸部216，但并不限于此，只要是3个以上就可以，这一点与凸部212的数量的说明同样。
图26是表示硅晶片外周部与凸部的截面图。
如图26所示，优选地将凸部216形成为，使硅晶片201的侧面前端与第一凸部216的前端成为相同的高度。例如，图26中的尺寸Φ1优选为比硅晶片201的厚度仅稍大埋入的量的值。具体而言，在例如直径200mm的硅晶片的情况下，厚度t为0.725mm，所以优选为Φ1＝1～1.5mm。此外，尺寸X5只要挖入到能够进行球体的凸部116的定位的程度就可以。具体而言，优选为X5＝0.1365～0.6375mm。
图27是用于说明使用没有形成凸部的支架时的成膜后的状态的图。
图28A和图28B是用于说明使用本实施方式中的形成了第一凸部的支架时的成膜后的状态的图。
如图27所示，在使用没有形成第一凸部的支架的情况下，在硅晶片的侧面部分生长的硅外延膜402与堆积在支架的沉孔的侧面上的沉积膜404接触。因此，会发生紧贴(粘接)，硅晶片会粘贴在支架上。
相对于此，如图28A所示，在使用本实施方式的形成有凸部的支架的情况下，在凸部以外的位置处，能够使在硅晶片的侧面部分生长的硅外延膜402不与堆积在支架的底面及侧面的沉积膜404接触。这里，如图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长度L优选地形成为由原料气体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，从硅晶片的侧面生长起来的膜与在上述凸部以外的部分的硅晶片侧生长起来的膜的膜厚为相同程度。
由此，在上述凸部以外的位置，能够避免从硅晶片的侧面生长起来的硅外延膜402与在硅晶片侧生长起来的沉积膜404的接触。例如，在将硅外延膜生长120μm的情况下，优选地使尺寸L为240μm以上、即0.24mm以上。
图29是表示各支架的硅外延膜的膜厚与向支架的贴附状况的关系的一例的图。
这里，作为比较对象，将三氯硅烷(SiHCl3)用氢(H2)稀释为25％的气体以34Pa·m3/s(20SLM)作为硅源从喷淋头130供给。并且，作为载体气体，将H2以85Pa·m3/s(50SLM)从喷淋头130供给。即，使气体整体中的SiHCl3浓度为7.2％。并且，将内部加热器160设定为1100℃，将外部加热器150设定为1098℃。此外，使硅晶片的转速为500min-1(500rpm)。使腔内压力为9.3×104Pa(700Torr)。
如图29所示，在不设置本实施方式的第一凸部、使用没有形成凸部的支架的情况下(单纯的沉孔的情况下)，在成膜28μm的硅外延膜的情况下硅晶片没有粘贴在支架上。但是，在成膜40μm的情况下，在硅晶片与支架之间发生轻微的粘贴。另一方面，在设有本实施方式的将凸部的前端做成平面的凸部(与硅晶片的接触宽度为3mm)的情况下，在成膜63μm的硅外延膜的情况下硅晶片没有粘贴在支架上。但是，在成膜100μm的情况下，在硅晶片和支架之间产生了轻微的粘贴。进而，在设有本实施方式的将凸部的前端做成R状或球状的凸部(与硅晶片点接触)的情况下(点接触1)，在成膜70μm的硅外延膜的情况下硅晶片没有粘贴在支架上。但是，在成膜90μm的情况下，在硅晶片与支架之间发生轻微的粘贴。
以上，通过设置本实施方式的第一凸部，与不设置凸部的情况相比，能够增加可容许的膜厚。进而，在设置凸部的情况下，通过做成点接触，能够比面接触增加可容许的膜厚。
接着，变更工艺条件，换言之，通过降低作为硅源的三氯硅烷(SiHCl3)的浓度、提高硅晶片的温度，能够进一步增加可容许的膜厚。具体而言，将H2增加85Pa·m3/s(50SLM)，将气体整体中的SiHCl3浓度为从7.2％降低到4.2％。并且，将内部加热器160设定为1200℃，将外部加热器150设定为1126℃。在此情况下，在设有将凸部的前端做成R状或球状的凸部的情况下(点接触2)，硅晶片也不粘贴在支架上。进而，即使在成膜120μm的硅外延膜的情况下，硅晶片也不粘贴在支架上。
实施方式4
在实施方式3中，设置第一凸部而减小在上述基板的侧面部分生长的膜与在支架侧堆积的膜的接触区域，但在实施方式4中，对于虽然效果较差、但与以往相比减小了接触区域的支架的形状进行说明。
图30是表示在本发明的实施方式4的支架上支承有硅晶片的状态的一例的上面图。
图31是表示图30所示的支架上支承有硅晶片的状态的截面的截面图。
在支架210上，形成有比硅晶片201的直径大的沉孔，在该沉孔上配置截面形成为圆形的环218。换言之，支架210具备对硅晶片201限制与硅晶片201面相同方向的移动的、表面朝向硅晶片201侧形成为凸的R状的环218。并且，将硅晶片201配置在环218的内侧。支架210与环218也可以焊接。通过该结构，朝向硅晶片201的侧面的其前端形成为球状的曲面。由此，即使在支架210旋转，硅晶片201因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动、向某个方向偏靠的情况下，也能够使硅晶片201的侧面的一部分以线接触接触在环218的前端部分。由此，与不设置上述凸部及环218而以支架210的侧面的较大区域接触的情况相比，能够减小接触面积。结果，即使在硅晶片201的侧面部分生长的硅外延膜与堆积在环218的前端部分的膜接触，接触区域也较小。因此，与以往相比能够减少硅晶片201向支架210的粘贴。
图32是表示在支架(支承台)210上支承有硅晶片的状态的另一例的上面图，是表示分别设有多个第一凸部212、第二凸部221的一例的图。在该例中，表示了设有8个第一凸部、4个第2凸部的例子。如果第一凸部是8个，则第2凸部也尽可能优选为8个，从3个到10个就足够。如果比10个多，则基板背面的接触面积变大，与以往的差异几乎消失。此外，如果不到3个，则基板本身变得不稳定，对于外延生长是不理想。
图33是将第2凸部221的一部分放大表示的立体图。本实施方式的情况下的第2凸部221是厚度0.1mm、宽度1mm的情况，但优选为高度从0.1mm到0.5mm、宽度从0.5mm到mm。但是，其大小也依存于生长的硅外延膜，还依存于硅晶片101的大小。由此，这些数值有时根据成膜装置而变化。
进而，第2凸部的顶部既可以是球状，也可以是平坦、圆弧状或细小的凹凸，但优选为与硅晶片101的接触面积较小。
通过这样设置第2凸部，基板的背面的与支承台的粘贴几乎消失。并且，能够进行例如埋入IGBT的绝缘分离用的沟道(槽)的30nm左右的外延生长。此外，还能够进行作为IGBT的n-衬底的厚度的50nm以上的外延生长。此外，在功率MOS中，也可以在为了实现高耐压化而在沟(槽)中埋入30nm以上的p型半导体层时使用。
具体而言，形成在支架210上的凸部212从与硅晶片201的背面接触的面(第2凸部)连接的侧面朝向支架210的中心延伸。并且，其前端形成为平面。这里，均等地配置有8个凸部212。即使支架210旋转，硅晶片201因其离心力而在与硅晶片面平行的方向上移动。即使在此情况下，硅晶片201的侧面的一部分也只是与8个凸部212中的某几个接触。由此，与不设置第一凸部212而以支架210的侧面的较大的区域接触的情况相比，能够减小接触面积。结果，即使在硅晶片201的侧面部分生长的硅外延膜与堆积在凸部212的前端部分的膜接触，接触面积也较小。因此，能够减少硅晶片201向支架210的粘贴。
这里，均等地配置有8个凸部212，但并不限于此，只要是3个以上就可以。凸部212的数量越多，越能够提高支架210的定心精度。反之，凸部212的数量越少，越能够减小在硅晶片201的侧面部分生长的硅外延膜与堆积在凸部212的前端部分的膜的接触面积。进而，这里，在与硅晶片201接触的面上设有多个(在本实施方式中为4个)第2凸部221，通过该第2凸部221的顶面支承硅晶片201。
如以上，在支架210上设有对硅晶片201限制与基板面相同方向的实质上水平方向的移动的、配置成围绕上述基板的多个凸部212。并且，在与硅晶片201接触的面上设有多个第2凸部221。并且，通过该第2凸部221的顶面支承基板。由此，能够减少硅晶片201向支架210的粘贴。进而，通过上述工艺条件，从硅晶片201上的流路222流出气体，使半导体层的面内的膜厚分布为0.5％以内。
图34是表示在支架210上支承有硅晶片201的状态的一例的上面图。这里，是表示设有第1凹部231、第2凹部233、分别设有多个第1凸部212、第2凸部221的一例的图。
图35是将图34所示的支架的第2凸部221的一部分放大表示的立体图。
如图34及图35所示，与实施方式1同样，优选地在支架210上设置具有凹陷的第1凹部231、和在该第1凹部231的底部再具有凹陷的第2凹部233。并且，该第2凹部233的深度构成为比基板的厚度低就可以。并且，还设有上述的多个第1凸部212和多个第2凸部221。第1凸部212只要形成为从第1凹部231的侧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。利用该支架210，通过多个第1凸部212对硅晶片201限制与硅晶片201面相同方向的移动。并且，通过多个第2凸部221，用该第2凸部221的顶面支承硅晶片201。进而，通过上述的工艺条件，从硅晶片201上的流路222流出气体，使半导体层的面内的膜厚分布为0.5％以内。
通过该方法，成膜在基板上的半导体层周围的膜厚也变得均匀，能够大体上利用整个晶片。此外，万一，在基板越过第2凹部的侧面的情况下，也能够通过第1凹部的侧面防止基板跳到支承部的外侧，进而，通过在基板的周围用第1凹部形成槽，能够减薄在第1凹部的底面即槽的底面上堆积的沉积膜的厚度。
另外，设在支架210上的第1凹部的深度优选地构成为比上述基板的厚度低。如果这样，则能够使基板上的来自流路122的气体的流动变得均匀。
这样，通过除了第1凸部以外还设置第2凸部，在硅晶片201的背面上的与支承台的粘贴几乎消失，还能够进行作为n-衬底的厚度的60nm以上的外延生长。
另外，当然并不限于IGBT，除了作为功率半导体的、需要高耐压的功率MOS以外，还能够在作为电车等的开关元件使用的GTO(栅极可关断晶闸管)或一般的SCR(晶闸管)的较厚的衬底的外延层形成中应用。
图36是工艺条件中的、作为一例而比较改变基板温度时的生长速度的曲线图的一例。
在各实施方式中设定的工艺条件中的基板的温度范围设为1100℃～1140℃。在图36中，表示使温度变化为该范围的最大值、最小值、和中间值的情况。可知在最大值和最小值时，根据硅晶片的位置，虽然在容许范围内，但是对生长速度产生一些偏差点。由此，如果脱离该范围，则生长速度的偏差增大。由此，可知该范围是优选的。
图37是工艺条件中的、作为一例而比较改变基板转速时的生长速度的曲线图的一例。
在各实施方式中设定的工艺条件中的基板的转速范围设为500～1100min-1。在图37中，表示使转速变化为该范围的最大值、最小值、和中间值的情况。可知在最大值和最小值时，生长速度较大地不同。并且，在最大值和最小值时，根据硅晶片的位置，虽然在容许范围内，但是对生长速度产生一些偏差。在图37中，由于比例尺与图36不同，所以其偏差虽然在视觉上看起来较小，但在最大值与最小值中产生了偏差。由此，如果进一步脱离该范围，则生长速度的偏差增大。此外，在基板温度为1120℃的情况下，在基板的转速为最小值即500min-1时，生长速度为8μm/min以下，但通过使基板温度成为该范围的最大值，能够使生长速度成为8μm/min。由此，可知该范围是优选的。
如以上，在基板上气相生长半导体层时，通过控制用于成膜的反应气体及载体气体的流量和浓度、腔内的真空度、基板温度及使基板旋转的旋转速度，能够使半导体层的膜厚均匀。即，如上所述，用于成膜的反应气体采用三氯硅烷，载体气体采用氢气。并且，使腔内的三氯硅烷的浓度调节为3％以内。进而，使腔内的压力为8×104Pa～11×104Pa。进而，使基板的转速为500～1100min-1(500～1100rpm)。进而，使基板的温度为1100℃～1140℃。通过这些条件的组合，能够使生长速度为8μm/min以上。并且，调节这些条件，使上述半导体层生长。由此，能够使半导体层的面内的膜厚分布为0.5％以内。
此外，根据上述的各实施方式，即使例如在基板的侧面部分生长的膜与在凸部的前端部分堆积的膜接触，也能够减小接触面积。由此，能够减少基板向支承部的粘贴。或者，即使在基板的侧面部分生长的膜与堆积在R状的面的前端上的膜接触，也能够减小接触面积。由此，也能够减少基板向支承部的粘贴。并且基板背面的与支承台的粘贴几乎消失，还能够进行50nm以上的外延生长。
以上，参照具体例说明了实施方式。但是本发明并不限于这些具体例。例如，作为气相生长装置的一例而对外延生长装置进行了说明，但并不限于此，只要是用于在试料面上气相生长规定的膜的装置就可以。例如也可以是使聚硅膜生长的装置。
此外，关于装置结构及控制方法、在本发明的说明中不直接需要的部分等省略了记载，但也可以适当选择使用所需的装置结构及控制方法。例如，对于控制外延生长装置100的控制部结构省略了记载，但当然可以适当选择使用所需的控制部结构。
此外，具备本发明的要素、本领域的技术人员能够进行设计变更的所有的气相生长装置以及支承部件的形状包含在本发明的范围内。
本发明的其他优点和修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明并不限于上述的具体的实施方式。在不脱离由权利要求书定义的本发明的技术范围和主旨的情况下可以进行各种修改。

Claims (3)

1、一种气相生长方法，使用气相生长装置，该气相生长装置在腔内收容了放置于支承台上的基板，并连接有向放置于上述支承台上的上述基板上供给用于成膜的气体的第1流路、及排出气体的第2流路，其特征在于，
使上述基板旋转；
供给上述用于成膜的反应气体及载体气体，在上述基板上气相生长半导体层；
在上述基板上气相生长上述半导体层时，控制上述反应气体及载体气体的流量和浓度、上述腔内的真空度、上述基板温度及使上述基板旋转的旋转速度，使上述半导体层的膜厚均匀；
上述用于成膜的反应气体是三氯硅烷，载体气体是氢气，通过使上述腔内的三氯硅烷的浓度调节为8％以内、使上述腔内压力为8×104Pa～11×104Pa、使上述基板的转速为500～1500min-1、使上述基板的温度为1100℃～1140℃，从而以生长速度8μm/min以上生长上述半导体层，使上述半导体层的面内的膜厚分布为0.5％以内。
2、一种气相生长装置，其特征在于，具有：
腔，在成膜时内部压力被控制为8×104Pa～11×104Pa；
流路，将三氯硅烷的浓度被控制为8％以内的三氯硅烷气体与载体气体的混合气体向上述腔内供给；
支承台，在上述腔内放置基板，在成膜时以500～1500min-1的转速使上述基板旋转；及
加热器，在成膜时将上述基板的温度控制为1100℃～1140℃；
在上述支承台设有具有凹陷的第1凹部、和在上述第1凹部的底部还具有凹陷的第2凹部，使上述第2凹部的深度比上述基板的厚度低，并且设有对上述基板限制与基板面相同的方向的水平方向的移动的、配置成围绕上述基板的多个第一凸部，并且，在与上述基板接触的面上设有多个第2凸部，由该第2凸部的顶面支承上述基板，使上述基板上的、来自第1流路的气体的流动均匀，使半导体层的面内的膜厚分布为0.5％以内；
上述第1凹部的深度比上述基板的厚度小。
3、一种气相生长装置，其特征在于，具有：
腔，在成膜时内部压力被控制为8×104Pa～11×104Pa；
流路，将三氯硅烷的浓度被控制为8％以内的三氯硅烷气体与载体气体的混合气体向上述腔内供给；
支承台，在上述腔内放置基板，在成膜时以500～1500min-1的转速使上述基板旋转；及
加热器，在成膜时将上述基板的温度控制为1100℃～1140℃；
在上述支承台设有对上述基板限制与基板面相同的方向的水平方向的移动的、配置成围绕上述基板的多个凸部，由与基板背面接触的面支承基板；
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长度形成为由用于成膜的气体在基板表面成膜的膜的膜厚的2倍以上的尺寸。
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