CN101388330A - 通过加热衬底生产的半导体器件的制造设备和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体器件的制造设备和制造方法，允许使衬底(1)的温度分布均匀。用于半导体器件的制造设备包括：夹持衬底(1)的基座(2)；被安排在基座(2)的背侧的加热器；位于衬底(1)和基座(2)之间的包括支撑部分(12)的支撑构件(11)；以及位于基座(2)和支撑构件(11)之间的间隔物(14)。间隔物(14)具有与设置所述支撑部分(12)的地方对应的、在支撑构件(11)的相反面侧形成的开口(15)。

Description

通过加热衬底生产的半导体器件的制造设备和制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件的制造设备和制造方法，具体地，涉及一种通过加热衬底生产的半导体器件的制造设备和制造方法。
背景技术
在半导体器件诸如光学器件和电子器件的制造中，半导体衬底通常在室(反应室)中被加热，随后在加热的过程中执行各种化学和物理加工。例如，通过将材料气供应进入室内并基于材料气的组分在受热的衬底上外延地生长膜，来进行在衬底上外延膜的形成。在这种情况下，为了在衬底上均匀地生长高品质的膜，减少室中的衬底的温度分布是很重要的。换言之，除了提高产率之外，使衬底的温度分布均匀对于保证半导体器件的可靠性和品质也是至关重要的。
传统地提出了各种方法来使衬底的温度分布均匀。例如，WO2003/096396公开了通过将衬底悬在位于基座上的具有特定高度的由具有相对低的导热性的材料制成的支撑结构上，来抑制高温工艺期间将在衬底上被发展的温度梯度的方法。
根据WO2003/096396中公开的技术，通过支撑结构的热通量趋于变得大于通过衬底和基座之间的间隙处气体的热通量。因此，衬底的与环形支撑结构接触的区域的温度增加。结果，衬底的温度将在外部周围区域高并且在中间区域低，这导致了温度分布容易发展的问题。
发明内容
鉴于上述内容，本发明的主要目的在于提供一种半导体器件的允许衬底的均匀的温度分布的制造设备和制造方法。
根据本发明的半导体器件的制造设备包括夹持衬底的基座。该制造设备还包括被安排在基座的背侧，与基座夹持衬底所在的一侧相对的用于加热衬底的加热器构件。此外，制造设备包括：位于衬底和基座之间的支撑构件以及位于基座和支撑构件之间的间隔物。支撑构件包括支撑衬底的支撑部分。间隔物具有与设置支撑部分的地方对应的、在支撑构件的相反面侧形成的开口。
根据该配置，使衬底只与支撑构件的支撑部分接触，避免了与支撑构件的整体接触。因此，将不发生在衬底的加热步骤中引起的衬底和支撑构件之间的传统接触由于翘曲而集中在一点。此外，由于具有形成的开口的间隔物被采用，因此与没有形成开口的情况相比，通过热传导从基座直接被施加到支撑构件的支撑部分的热量被减少。换言之，来自位于基座背侧的加热器构件的热将不容易被传递到支撑构件的支撑部分。结果，到衬底的与支撑部分接触的区域的热被减少。因此，由于在衬底的与支撑部分接触的区域的温度增加导致的衬底的温度分布的发展可以得到抑制。因此，可以使衬底的温度分布均匀。
在上述的用于半导体器件的制造设备中，形成在间隔物的开口优选地用具有热导率低于间隔物的热导率的材料填充。不仅通过借助于在支撑构件的支撑部分所位于的地方与基座之间的开口提供的间隙的配置，而且通过用低热导率的材料填充开口的配置，从位于基座背侧的加热器构件到支撑构件的支撑部分的热传送可以被减少。因此，由于衬底的与支撑部分接触的区域的温度增加导致的衬底的温度分布的发展可以得到抑制。因此，可以使衬底的温度分布均匀。
优选地，支撑部分支撑衬底的外部周围区域。虽然由于在向衬底的与支撑部分接触的区域的热传送上的减少，使衬底的温度分布均匀，但是在衬底的与支撑部分接触的区域发展微小的温度梯度。在半导体器件中，衬底的外部周围区域通常不用于用作器件。因此，依靠支撑部分在有限宽度的外部周围区域支撑衬底的区域的配置，在衬底与支撑部分接触的区域发展的温度梯度在器件性能上的影响可以得到抑制。
优选地，支撑部分由至少三个凸起形成。虽然支撑部分可以形成为沿圆周整个地支撑衬底的外部周围区域的环形形状，但是衬底和支撑构件之间的接触面积可以通过将支撑部分形成为凸起而被减少。结果，在衬底的与支撑部分接触的区域的温度增加可以得到抑制，以允许使衬底的温度分布更均匀。
根据本发明的半导体器件的制造方法采用了上述的制造设备中的任何一种。制造方法包括将衬底装载到基座的步骤和通过加热器构件加热衬底的步骤。因此，衬底可以被均匀地加热。由此，具有通过将原材料提供到被均匀地加热的衬底的表面来形成均匀性质的半导体膜的半导体器件可以被制造。
优选地，半导体包括氮化物型化合物半导体。在氮化物型化合物半导体中，形成在衬底表面的外延层的属性容易受生长温度的影响。在生长氮化物型化合物半导体的膜时，通常采用具有热导率低于氢气的热导率的气体诸如氮气和氨。因此，在生长氮化物型化合物半导体膜的环境中，外延层容易受由通过基座和衬底之间的接触的热传导引起的温度分布的影响。依靠本发明的配置，从支撑部分到衬底的热传导可以被抑制。因此，在衬底的与支撑部分接触的区域的温度增加可以得到抑制。因此，可以使衬底的温度分布均匀。
优选地，半导体器件包括半导体发光元件。氮化物型化合物半导体的发光元件通常具有作为有源层的包含In的InGaN。InGaN的In组分特别易于受生长温度的影响。由于根据本发明的配置，从支撑部分到衬底的热传导可以得到抑制，因此在衬底的与支撑部分接触的区域的温度增加可以得到抑制。因此，可以使衬底的温度分布均匀。
根据本发明的半导体器件的制造设备和制造方法，可以使衬底的温度分布均匀。
当结合附图时，从下面对本发明的详细描述中，本发明的以上和其它目的、特征、方面和优点将变得更明显。
附图说明
图1是用于半导体器件的制造设备的示例的示意性剖视图。
图2是图1的基座的俯视平面图。
图3是示出被夹持在基座的衬底的示意图。
图4、图5和图6分别是示出被夹持在基座的衬底的第一修改、第二修改和第三修改的示意图。
图7是图3至图6中所示的支撑构件的示例的平面图。
图8是图3至图6中所示的支撑构件的修改的平面图。
图9是半导体器件的制造方法的流程图。
图10是半导体发光元件的示例的示意图。
图11是示出半导体发光元件的另一示例的示意图。
图12是对应于衬底被装载到传统示例1的基座并被加热的情况的示意图。
图13是示出测量在传统示例1的衬底表面的波长分布的结果的曲线图。
图14是对应于衬底被装载到传统示例2的基座并被加热的情况的示意图。
图15是示出在测量传统示例2的衬底表面的波长分布的结果的曲线图。
图16示出了传统示例3的仿真模型。
图17是示出了传统示例3的仿真结果的曲线图。
图18示出了示例1的仿真模型。
图19是示出了示例1的仿真结果的曲线图。
图20是示出了示例2的被夹持在基座的衬底的示意图。
图21是示例2的间隔物的侧视图。
图22是示出了测量示例2的衬底表面的波长分布的结果的曲线图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述本发明的实施例。在附图中，相同或对应的元件具有被分配的相同的参考符号，将不重复对其的描述。
参考图1，用于半导体器件的制造设备是在室3中包括夹持衬底的基座2的气相沉积设备。表示为坑的多个袋4形成在基座2的表面。衬底在袋4中被装载。在基座2的与衬底在基座2中被装载的一侧(袋4在基座2处形成所在的侧面、衬底在基座2处被夹持所在的侧面)相反的背侧提供了加热器6。加热器6对应于用其间的基座2加热衬底的加热器构件。加热器6可以被配置为被附接到基座2并被基座2夹持，或者可以被安排在基座2的背侧，独立于基座2地被支撑。支撑轴5被提供在在基座2的中间区域，背侧。支撑轴5被来自未示出的旋转电机的动力能驱动以被旋转。支撑轴5的旋转引起基座2在水平方向上与支撑轴5一起旋转。
如箭头IG所示，被限制为用于膜形成的材料的原料气被从原料气供应入口7供应进入室3，其中，原料气供应入口7被限制为原料供应部分。通过将原料气供应到室3中的衬底的表面，在被加热器6加热的衬底的表面生长半导体膜(外延膜)。如箭头OG所示，在半导体膜形成之后从排气出口8放出原料气。
图2表示了从图1的上侧看的图1中的基座2。参考图2，被表示为坑的六个袋4被形成在基座2的表面。衬底被装入袋4中以被基座2夹持。
如图3所示，用于支撑衬底1的支撑构件11和间隔物14被提供在形成在基座2中的袋4中。安排在基座2的袋4中的支撑构件11具有与衬底1的形状基本上相同的平面形状，并位于衬底1和基座2之间。支撑构件11包括支撑衬底1的支撑部分12。支撑部分12支撑衬底1的外部周围区域从而支撑构件11通过支撑部分12形成与衬底1的外部周围区域的接触。通过在支撑构件11的外部周围区域提供支撑部分12，支撑构件11在外部周围区域而不是中间区域形成与衬底1的接触。衬底1和除了支撑部分12的区域之外的支撑构件11之间有间隙13。支撑构件11通过组成支撑构件11的一部分的支撑部分12与衬底1接触，这样避免了衬底1和支撑构件11之间的整体接触。
间隔物14位于基座2的袋4中的支撑构件11和基座2之间。间隔物14被安排为在与支撑构件11面对衬底1的一侧相对的另一侧形成与支撑构件11的接触。此外，间隔物14具有与形成支撑构件11的支撑部分12的地方(即，支撑构件11的外部周围区域)对应的，在支撑构件11的相反面侧形成的开口。结果，间隙15被形成在支撑构件11的相对面侧和基座2之间，对应于支撑部分12所位于的地方。
间隙15被用低热导率气体填充。因此，来自基座2的热不容易被传输到在支撑部分12形成所在的外部周围区域的支撑构件11。换言之，由于避免了与基座2的接触，因此支撑构件11的支撑部分12形成所在的区域将不直接通过热传导从基座2接收热。因此，与支撑构件11形成和基座2的接触的情况相比，支撑部分12的温度被减少。结果，传送到衬底1的在支撑部分12和衬底1之间建立接触的外部周围区域的热被减少。因此，衬底1的温度分布的产生可以被抑制。换言之，在衬底1的外部周围区域，引起在衬底1的大的温度分布的发展的具体温度增加可以被抑制。因此，可以使衬底1的温度分布均匀。通过调节间隙15的宽度(换言之，通过调节在袋4的径向方向上的间隔物14的尺寸)，可以使衬底1的表面的温度分布最优。
虽然由于向衬底1的外部周围区域的热传送减少导致了使衬底1的温度分布均匀，但是在衬底1与支撑部分12接触的区域中出现了很小的温度梯度。即，衬底1与支撑部分12接触的外部周围区域在温度上高于衬底1的中间区域。然而，在半导体器件中，衬底1的外部周围区域通常不被用作器件。因此，借助于支撑部分12支撑衬底1的外部周围区域的配置，在衬底1与支撑部分12接触的区域中出现的温度梯度的影响可以被抑制。
在图4所示的配置中，间隔物14被与基座2整体地形成。在图5所示的配置中，间隔物14被与支撑构件11整体地形成。在图4和图5的配置中，间隙15被提供在支撑构件的相对面侧和基座2之间，与支撑部分12所位于的地方对应。依靠向衬底1的与支撑部分12接触的外部周围区域的热传送的减少，衬底1的温度分布的发展可以得到抑制。由此，可以使衬底的温度分布均匀。
在图6所示的配置中，填充物25被布置在基座2和支撑构件11之间，支撑构件11的相对面侧处，与支撑部分12形成所在的地方对应。填充物25包括其热导率低于间隔物14的热导率的材料。具体地，间隔物14的开口被用填充物25填充，其被识别为具有的热导率低于间隔物14的热导率的材料。
不仅通过借助于在间隔物14中的开口在支撑构件11的支撑部分12所位于的地方与基座2之间提供间隙15的配置，而且通过该开口被用低热导率的填充物25填充的图6的配置，从位于基座2的背侧的加热器6到支撑部分12的热传递可以被减少。因此，由衬底1与支撑部分12接触的区域的温度上的增加引起的衬底1的温度分布的发展可以被抑制。由此，可以使衬底1的温度均匀。
下面将描述支撑构件11的配置。图7示出了从衬底被装入到支撑构件11的一侧(换言之，从图3至图6的顶部)看的图3至图6的支撑构件11。参考图7，环形的支撑部分12被形成在支撑构件11的外部周围区域。图7的支撑部分12被配置为沿着整个圆周支撑衬底1的外部周围区域。
在这种情况下，间隔物14可以被配置为具有开口，所述开口形成在支撑构件11的相对面侧，与支撑部分12所位于的地方对应，并匹配支撑部分12的环形配置。例如，间隔物14可以被配置为允许间隙15被提供在基座2与支撑部分12所位于的地方之间。
只要通过抑制从基座2到支撑部分12的热传送使衬底1的温度分布均匀的效果可以被实现，间隔物14可以采取任何形状。即，间隔物14采取下述配置：在支撑构件11的相对面侧，与支撑部分12所位于的地方对应的区域的热导率被降低。例如，间隔物14可以采取下述配置：在支撑构件11的相对面侧，与支撑部件11的支撑部分12所位于的地方对应的与间隔物14接触的区域被减小；或者可以采用下述配置：与支撑构件11的支撑部分12所形成的地方对应的部分的空隙率被增加。
更具体地，间隔物14可以被形成为采用在与支撑部分12被形成所在的地方相对的支撑部件11的一侧避免任何接触的形状，诸如在直径上小于图7中所示的环形支撑部分12的内直径的盘。替代地，间隔物14可以被形成具有多个穿过间隔物14的厚度的在间隔物14的外部周围区域的孔，同时在平面上具有与支撑构件11的外形相同的外形。替代地，可以提供组成间隔物14的与支撑部分12所形成的地方对应的部分的表面涂敷材料和内部多孔材料。虽然在该配置中间隔物14和支撑构件11之间的接触面积没有减小，但是抑制从基座2到支撑部分12的热传递的优点可以通过降低热导率类似地实现。
图8的支撑部分12被形成具有位于支撑构件11的外部周围区域的四个凸起。图8的凸起的支撑部分12被配置为在四个地方支撑衬底1的外周。在这种情况下，间隔物14可具有在与四个凸起的支撑部分12的位置对应的四个地方形成的开口。例如，间隔物14可以在沿着盘的外周设置的四个地方进行开槽或钻孔。
通过将支撑部分12形成为凸起的形状，衬底1和支撑构件11之间的接触面积可以被减少。结果，在衬底1中与支撑部分12接触的区域处的温度增加可以得到抑制。可以使衬底的温度分布更均匀。
用于支撑部分12的凸起的数量不限于图8中所示的四个凸起。通过在支撑构件11的外部周围区域形成至少三个凸起，衬底1的外部周围区域可以被支撑。此外，凸起的形状不限于图8中所示的形状。例如，可以采用任意的形状诸如半球形、圆台、矩形柱等。
以上所述的用于本发明的半导体器件的制造设备允许只在支撑部分12处衬底1和支撑构件11之间的接触，而避免全面接触。因此，加热过程中，例如由衬底1翘曲引起的在衬底1与支撑构件11之间被集中在衬底1的一个地方，诸如中间的接触可以被防止。
此外，由于采用具有形成的开口的间隔物14，因此与没有形成开口的情况相比，通过热传导从基座2直接被施加到支撑部分12的热量被减少。换言之，热不容易从位于基座2的背侧的加热器6向支撑部分12传输。例如，可以采用的配置为：支撑构件11不与基座2接触，并且间隙15被提供在支撑构件11与基座2之间，在支撑构件11的相对面侧，与支撑部分12所位于的地方对应(支撑构件11支撑衬底1的地方)。结果，向衬底1与支撑部分12接触的部分的热传送被减少。作为在衬底1与支撑部分12接触的区域的温度增加的结果，衬底1的温度分布的发展的现象可以得到抑制。因此，可以使衬底1的温度分布均匀。
支撑部分12支撑衬底1的外部周围区域。由于对于半导体器件，衬底1的外部周围区域通常不被用作器件，因此具有有限宽度的与衬底1的外部周围区域接触的支撑部分12的配置的优点在于在衬底1的与支撑部分12接触的区域的温度梯度对器件性能的影响可以得到抑制。
下面将描述半导体器件的制造方法。如图9中所示，在步骤S10，制备是加工对象的衬底。对于衬底的材料，可以采用单晶Si、GaAs、蓝宝石、GaN、SiC、AlN等。
在步骤S20，衬底1被装入到基座。具体地，例如，对应于图3至6的描述，衬底1被布置在形成在基座2的表面上的袋4中，从而使衬底1的外部周围区域与用于支撑的支撑构件11的支撑部分12接触。衬底1可以被装入到室3中的基座2，或者被装入到室3外的基座2，随后将基座2放置在室3中。在衬底1被装入到位于室3中的基座2之后，室3中的环境条件被设置为预定的条件。例如，室3中的压力可以被减小或被增大，和/或可以用预定的气体代替室3中的环境。
在步骤S30，通过加热器构件来加热衬底。具体地，可以用作图1中所示的加热器构件的加热器6被驱动。例如，在加热器6是电阻加热元件的情况下，通过向加热器6施加电流，加热器6可以被加热。结果，衬底1被其间的基座2加热。
在步骤S40，半导体层被形成在衬底的表面。具体地，在衬底1被加热的状态下，如箭头IG所示，包括目标半导体层的组分的原料气体被供应到室3。因此，在被加热器6加热的衬底1的表面沉积基于原料气中的组分的膜以形成半导体层。半导体层可以通过氮化物型化合物半导体形成。例如，通过供应包括三甲基镓(TMG)和氨(NH3)的原料气体，GaN可以在衬底1的表面外延地生长。作为另一个实例，通过提供包括三甲基铟(TMI)、TMG和NH3的原料气体，InGaN可以外延地生长。半导体层可以由堆叠的多个层形成。
开口被形成在位于支撑构件11和基座2之间的间隔物14处。因此，与没有形成开口的情况相比，通过热传导从基座2到支撑构件11的支撑部分12所位于的区域的热传送的量相对减小。结果，传递到衬底1的在与支撑部分12接触的外部周围区域的热减少。因此，衬底1的温度分布的发展可以被抑制。由此，由于半导体层被形成，同时衬底1被使得有均匀的温度分布，因此在衬底1表面形成的半导体层的膜的品质可以被提高。
在步骤S50，执行后加工。具体地，在步骤S40的衬底表面或者衬底背侧形成的半导体层上形成电极。在该阶段，保护层可以被形成在最外面的表面。此外，通过切片等，具有形成的半导体层和电极的半导体衬底被切成单独片的半导体器件。因此，半导体器件的生产结束了。
在图10的半导体发光元件100中，n型氮化物半导体层(例如，n-GaN:Si)101、发光层(例如，InGaN)102和p型氮化物半导体层(例如，p-GaN:Mg)103被堆叠在是蓝宝石衬底的衬底1上。将电流导向半导体层101～103的电极包括正电极和负电极。透明电极(例如，Au/Ni)104和p侧电极焊盘105被提供在p型氮化物半导体层103上以构成正侧电极。负电极具有形成在n型氮化物半导体层101上的n侧电极焊盘106上。保护半导体发光元件100的保护层(例如，SiO2)107被形成在最外侧表面。
图11的半导体发光元件110包括是第III族氮化物衬底(例如，GaN)的衬底127。在衬底127的表面上，缓冲层(例如，AlGaN)131被提供用作适于n型氮化物半导体层113生长的底层半导体区域。N型氮化物半导体层113、发光层117和p型氮化物半导体层115被顺序地安排在下面具有缓冲层131的衬底127上。发光层117具有量子阱结构，并被提供在n型氮化物半导体层113和p型氮化物半导体层115之间。
半导体发光元件110进一步包括：被提供在p型氮化物半导体层115上的接触区域133；被提供在接触区域133上的阳极电极135。阳极电极135可包括半透明电极。阴极电极137被提供在与表面侧相对的衬底127的背侧。电子从n型氮化物半导体层113被供应到发光层117。空穴被从p型氮化物半导体层115供应到发光层117。
如上所述，根据图1至图8描述的制造设备在根据本发明的半导体器件的构造方法中被采用。由于衬底1在加热步骤(S30)中可以被均匀地加热，因此高品质的膜可以被均匀地形成在衬底1上。这允许具有均匀属性的半导体器件的生产。因此，半导体器件的可靠性和品质可以被保证。此外，可以提高产率。
在形成在衬底1的表面上的半导体层是氮化物型化合物半导体的情况下，形成在衬底1的表面上的半导体层(外延层)的属性容易受生长温度的影响。此外，由于通常采用具有热导率低于氢的热导率的气体诸如氮气和氨，因此半导体层的属性在膜形成期间在环境中容易受到由基座2和衬底1的接触引起的热传导所发展的温度分布的影响。在半导体器件是半导体发光元件的情况下，氮化物型化合物半导体的发光元件通常采用包括In的作为有源层的InGaN。InGaN的In组分特别容易受到生长温度的影响。在本发明的半导体器件的制造方法中，从支撑构件11的支撑部分12到衬底1的热传导可以被抑制。因此，在衬底1与支撑部分12接触的区域的温度增加被抑制，以允许使衬底1的温度分布均匀。因此，可以使半导体层和有源层的属性均匀。
示例
传统示例1
GaN衬底被设置在具有底部被形成为一般扁平外形的袋的基座中，在GaN衬底的表面进行外延生长以产生蓝色LED。基座由用SiC涂敷的碳制成，并被碳制电阻加热元件加热。基座在轨道中旋转。原料气被引入到由石英制成的反应器(室)，以在受热衬底上外延生长组成蓝色LED的半导体层。所采用的GaN衬底具有50mm(2英寸)的直径和大致0.35mm的厚度。
LED的外延层具有的结构为：掺杂Mg的GaN(50nm)/掺杂Mg的Al0.07GaN(20nm)/[GaN(15nm)/In0.15GaN(3nm)]×3/掺杂Si的In0.05GaN(50nm)/掺杂Si的GaN(2μm)/GaN衬底。采用TMG(三甲基镓)，TMA(三甲基铝)，TMI(三甲基铟)，Cp2Mg(双(环戊二烯)镁)，MMSi(甲基硅甲烷)，和NH3(氨)用作原料。氢气和氮气被用作载气。在[GaN(15nm)/In0.15GaN(3nm)]MQW(多量子阱)，生长温度为大致780℃，在其它层，生长温度为1100℃。
如图12中所示，受热衬底1以凹的方式翘曲，从而衬底1的中间区域形成与袋204的底部的接触，而外部周围区域不与袋204的底部形成接触。理解的是，衬底1的面对基座202的背侧和衬底1的与该背侧相对的上表面之间的温度差造成了该翘曲。
传统示例1的生产的蓝色LED晶片被用来通过光致发光方法测量衬底表面的波长分布。图13表示当沿着衬底1的表面扫描时，在跨过在平面上是圆形的衬底1的直径的各点处的PL波长。图13的水平轴表示在直径方向的衬底1的距离(单位：mm)，其中，衬底1的中心被设置为对应于25mm的点。图13的垂直轴表示PL波长(单位：mm)。平均波长是450nm。如图13中所示，在衬底1的中心处的PL波长短，朝向外部周围区域变长。理解的是，由于衬底1以凹的方式翘曲，同时中间区域与基座202接触而外部区域处于悬浮状态，因此在衬底1的中间区域温度变高，这接下来减少了InGaN阱层中In组分的比率，以表现出更短的波长。
传统示例2
将石英制环插入到袋204中的外部周围区域，以避免传统示例1中遇到的衬底1和基座202之间的中间区域的接触。传统示例2的结构与传统示例1的结构的不同之处仅在于支撑衬底1的石英环211被加在基座202的袋204中。石英环211具有1.0mm的宽度(与衬底1的径向对应的在图14中水平方向上的尺寸)和0.2mm的厚度(与袋204的深度方向对应的在图14中的垂直方向上的尺寸)。使用该基座202，与传统示例1类似地，在衬底1的表面上进行外延生长。
传统示例2的生产的蓝色LED晶片被用来通过光致发光方法测量在衬底表面的波长分布。图15的曲线图中的坐标轴和测量的各点与图3的类似。在传统示例2中，平均波长是485nm。如图15中所示，在衬底1的外部周围区域的PL波长较短，表现出与传统示例1的趋势相反的趋势。在衬底1的径向方向上延伸跨过大约5mm的外部周围区域的PL波长的作用范围变得更短。理解的是，由于通过避免衬底1和基座202之间在衬底1的中间区域的接触，衬底1的中间区域的温度的降低，使InGaN阱层中的In组分的比率增大，导致了更长的光致发光波长。相反，由于与石英环211接触，衬底1的温度在外部周围区域较高，引起InGaN阱层中的In组分的比率被减小，导致更短的光致发光波长。
传统示例3
通过辐射热传送仿真，得到在传统示例2的石英环211被插入的情况下衬底1的表面的温度分布。基于图16中所示的轴对称模型，对于与衬底1的半径对应的长度(25mm)，涉及衬底1进行二维仿真。在与衬底1的径向方向对应的方向上的基座2的尺寸是30mm，在与衬底1的厚度方向对应的方向上的基座2的尺寸是7.6mm。衬底1的厚度是0.35mm。石英环211的宽度(在衬底1的径向方向上的尺寸)和厚度(在衬底1的厚度方向上的尺寸)分别是1.0mm和0.2mm。在背侧的基座202的侧被设置为在1000℃的常数，与基座202的外部周围侧对应的侧是隔热的。假设衬底1和基座202之间的间隙被用氨的原料气填充。
图17中的水平轴将与衬底1的中心对应的点取为在径向方向上的起点(距离0mm)，并表示从起点向外径向的各点的距离。图17中的垂直轴表示衬底1的表面的温度。
如图17中所示，有从外部周围侧向衬底1的中心的温度降低的趋势(即，作为水平轴的坐标，表示在径向方向上距离衬底1的中心的距离变小)。该现象与传统示例2所表示的实验的结果匹配。衬底1的中心和外部周围区域之间的温度差大约为20℃。经验性地理解，与PL波长和衬底表面温度之间的关系相关地，当温度上升10℃时，PL波长减少15nm。因此，通过传统示例2的实验结果得到的大约20nm的PL波长差对应于大约13℃的温度差。换言之，传统示例3的仿真结果基本上等于基于传统示例2的实验结果得到的温度差。
示例1
通过辐射热传送仿真推导出与图3中的间隔物14和支撑构件11的配置对应的衬底1的表面的温度分布。与图16中所示的传统示例3的仿真方法类似，对与衬底1的半径对应的长度(25mm)进行二维仿真。与基座2相关的尺寸和边界条件等于传统示例3的尺寸和边界条件。通过在径向方向改变间隔物14的尺寸(X)，基于调节基座2和支撑构件11之间的间隙15的宽度，即基于调节沿着衬底1的径向的间隙15的尺寸，来进行尝试优化衬底1的温度分布的计算。
衬底1和间隔物14的厚度被分别设置为0.35mm和0.2mm。在除了支撑部分12的区域之外的区域，支撑构件11的厚度被设置为0.5mm；在支撑部分12的区域，支撑构件11的厚度被设置为0.7mm。间隔物14和支撑构件11的材料分别为碳和石英。衬底1的材料是蓝宝石。环境温度被设置为100℃的常数。
图19的曲线图中的线(1)～(5)分别表示在x＝21、23、24、24.8和25mm时的衬底1的表面温度分布的计算结果。如图19中所示，当在径向方向上间隔物14的尺寸不大于24mm(线(1)～(3))时，衬底1的外部周围区域的温度变得低于中间区域的温度。在间隔物14在径向方向上的尺寸是25mm(线(5))，没有间隙15的情况下，在外部周围区域的衬底1的温度高于在中心区域的衬底1的温度。
理解的是，如图19所示，通过将间隔物14在径向方向上的尺寸设置为24.8mm(线(4))，衬底1的表面温度可以被设置为基本上均匀的。认为的是，通过采用热导率较高的材料用于支撑构件11，将衬底1的表面温度设置均匀的最优X值可以被进一步减小，允许在间隔物14的生产过程中公差的范围被增大。
示例2
图20的支撑构件11是与示例1的材料相同的石英材料。支撑构件11的尺寸也与示例1的尺寸相同。基座2和间隔物14由涂敷有SiC的碳制成。如图20和图21所示，对应于精确配合基座2的袋4的大小，在平面上是圆形的间隔物14具有50.2mm的外部直径，由此消除了袋4中的间隔物14的任何位置偏差。在除了外部周围区域以外的间隔物14的表面，提供了以台面的形式突出的平面上是圆形的台阶部分14a。支撑构件11被安排在阶梯部分14a上。因此，提供了以下配置：具有在衬底1的厚度方向上0.2mm尺寸的间隙15位于支撑构件11和基座2之间，与面对衬底1的一侧相对的支撑构件11的背侧。通过改变图21中所示的间隔物14的在径向方向上的台阶部分14a的尺寸(φA)，间隙15的宽度可以被更改。
在基座2的袋4中，直径为50mm(2英寸)且厚度为大致0.35mm的GaN衬底被装入到支撑构件11。采用φA＝46、48和49mm的间隔物14，基于与传统示例1的类似的用于外延层的膜形成条件和配置在衬底1的表面上进行外延生长以生产蓝色LED。对于基座2和间隔物14的材料，除了涂敷SiC的碳之外，可以采用对氨气具有抗腐蚀性的材料诸如SiC、BN、PBN(热解BN)、AlN和BN的复合材料、Si3N4和BN的复合材料以及石英。
作为对每个蓝色LED的PL波长分布的测量结果，认识到的是，当φA＝48mm时，PL波长分布是最有利的。采用φA＝48mm的间隔物14生产的示例2的蓝色LED晶片被用来通过光致发光方法测量衬底表面处的波长分布。在图22的曲线图中的坐标轴和测量点与图13的坐标轴和测量点相同。如图22中所示，与图13的传统示例1和图15的传统示例2相比，示例2的PL波长在-1.7nm～1.7nm的范围内，这表示PL波长分布得到了改进。发现的是，可具有在支撑构件11和基座2之间形成的间隙15的间隔物14的使用允许使衬底1的温度分布均匀。明显地，在衬底1的表面形成的半导体层的膜的品质可以得到提高。
虽然已经详细描述和示出了本发明，但是清楚理解的是，本发明是通过示例的方式并且只是示例，而不通过限制的方式对本发明进行详细描述和示出，通过所附权利要求书的条款对本发明的范围进行解释。

Claims (7)

1.一种用于半导体器件的制造设备，包括：
夹持衬底(1)的基座(2)；
加热器构件(6)，相反于夹持所述衬底(1)的所述基座(2)的一侧，所述加热器构件(6)被安排在所述基座(2)的背侧，用于加热所述衬底(1)；
支撑构件(11)，其位于所述衬底(1)和所述基座(2)之间，包括支撑所述衬底(1)的支撑部分(12)；以及
间隔物(14)，其位于所述基座(2)和所述支撑构件(11)之间，并且具有与设置所述支撑部分(12)的地方对应的、在所述支撑构件(11)的相反面侧形成的开口(15)。
2.根据权利要求1所述的用于半导体器件的制造设备，其中，所述开口(15)被用具有比所述间隔物(14)低的热导率的材料(25)填充。
3.根据权利要求1所述的用于半导体器件的制造设备，其中，所述支撑部分(12)支撑所述衬底(1)的外部周围区域。
4.根据权利要求1所述的用于半导体器件的制造设备，其中，所述支撑部分(12)由在至少三个地方的凸起形成。
5.一种半导体器件的制造方法，采用权利要求1中限定的所述制造设备，该制造方法包括以下步骤：
将所述衬底(1)装载到所述基座(2)(S20)，以及
通过所述加热器构件(6)来加热所述衬底(1)(S30)。
6.根据权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其中，半导体包括氮化物型化合物半导体。
7.根据权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其中，所述半导体器件包括半导体发光元件。
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