CN110034048A - 加热器以及使用了其的半导体装置的制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一实施方式的加热器具有：加热器元件，上述加热器元件通过通电来发热，具备：面状的发热部；一端配置在上述发热部的外周且另一端配置在上述发热部内而直线状地形成了开口的直线状缝隙；以及与上述另一端连续地形成开口且开口宽度比上述直线状缝隙的缝隙宽度大的折返部，以及一对电极，与上述加热器元件的规定面连接，在向上述加热器元件通电时被施加电压。上述加热器元件还包含蜿蜒状缝隙，上述蜿蜒状缝隙以从上述一对电极向上述发热部内流过的电流被等分的配置、在上述发热部内蜿蜒状地形成了开口。

Description

加热器以及使用了其的半导体装置的制造装置

本申请是申请日为2016年3月8日、申请号为201610130482.1、发明名称为《加热器以及使用了其的半导体装置的制造装置》的分案申请。

技术领域

本发明的实施方式主要涉及加热器以及使用了其的半导体装置的制造装置。

背景技术

近年来，随着半导体装置的低价格化、高性能化的需求，要求晶片的成膜工序中的高生产性和膜厚均匀性的提高等高品质化。

为了满足这样的需求，使用了如下背面加热方式：使用片式的外延成膜装置，例如在反应室内以900rpm以上将旋转晶片高速的同时，向反应室内供给过程气体(processgas)，并且使用由电阻发热体构成的加热器从背面侧加热晶片。

在上述那样的外延成膜装置中，要求为了提高热响应性而降低加热器的热容量。作为降低加热器的热容量的方法，可以考虑减薄加热器的厚度，但为了调整为所期望的电阻值，需要使加热器的折返(日语：折り返し)宽度变宽。

但是，电流不是均匀地流过加热器元件，而是集中在折返部。其结果，有由于折返部的破损而导致加热器寿命变短的问题。

发明内容

本发明的实施方式提供一种能够抑制加热器元件的折返部处的电流集中并延长寿命的加热器以及使用了其的半导体装置的制造装置。

实施方式的加热器具备：加热器元件，上述加热器元件通过通电来发热，具备：面状的发热部；一端配置在上述发热部的外周且另一端配置在上述发热部内而直线状地形成了开口的直线状缝隙；以及与上述另一端连续地形成开口且开口宽度比上述直线状缝隙的缝隙宽度大的折返部，以及一对电极，与上述加热器元件的规定面连接，在向上述加热器元件通电时被施加电压，上述加热器元件还包含蜿蜒状缝隙，上述蜿蜒状缝隙以从上述一对电极向上述发热部内流过的电流被等分的配置、在上述发热部内蜿蜒状地形成了开口。

附图说明

图1是表示构成第一实施方式的电阻加热器(日语：抵抗加熱ヒータ)的加热器元件的俯视图。

图2是说明以往型的加热器元件中的折返部周边的发热分布的图。

图3是说明图1所示的加热器元件中的折返部周边的发热分布的图。

图4是表示使用了第一实施方式的电阻加热器的半导体制造装置的概略构成的图。

图5是表示构成第二实施方式的电阻加热器的加热器元件的俯视图。

图6是表示图5所示的加热器元件的电连接的图。

图7是表示构成第三实施方式的电阻加热器的加热器元件的俯视图。

图8是说明第一实施方式的加热器元件中的发热分布的图。

图9是说明图7所示的加热器元件中的发热分布的图。

图10是表示构成第四实施方式的电阻加热器的加热器元件的上面图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

＜第一实施方式＞

图1是表示构成本实施方式的加热器即电阻加热器的加热器元件16a的俯视图。如图1所示，加热器元件16a具有：外形为圆盘状的发热部160和直线状地形成了开口的直线状缝隙163。直线状缝隙163其一端配置在发热部160的外周，另一端配置在发热部160内。此外，设置有与该另一端连续而成形有开口且开口径大于直线状缝隙163的缝隙宽度的折返部162。

本实施方式中，进一步除了图1中的Y轴方向上的距离最靠近发热部160中心点的2个直线状缝隙163以外，将剩余的6个直线状缝隙163的端到规定的距离D(例如5～10mm)为止的端部163c，从直线状缝隙163的图1中的X轴方向部分即本体部163b的中心线起、向沿着加热器元件16a的外缘的同心圆E的方向弯曲。

此外，发热部160内的各折返部162被配置为，与端部163c连续、每个各折返部162在同心圆E上都从本体部163b的中心线起偏离规定的角度θ，发热部160作为整体成为点对称的形状。图2是说明以往型的加热器元件16a中的折返部162周边的发热分布的图。这里，示出了在折返部162产生电流集中、进行发热直到成为高温为止。并且，关于前端部分的周边区域，温度梯度也变大，发热量也变大。

对此，图3是说明本实施方式的加热器元件16a中的折返部162周边的发热分布的图。这里，与图2的情况不同，折返部162具有开口径W2且比缝隙163的缝隙宽度W1宽的宽度。因此，在折返部162的周边，电流不会集中到前端部分的一点，温度梯度也变得平缓。

这种加热器元件16a通过粘接、熔接等与对加热器元件16a进行支撑的加热器电极部16b、16c一体地形成，构成加热器。加热器元件16a以及加热器电极部16b、16c使用了例如将SiC粉末烧结而得到的SiC烧结体。此时，通过控制添加到SiC粉末的杂质浓度，能够调整电阻率。并且，能够加工为所期望的形状和厚度，例如能够使得加热器元件16a的直径为厚度为2mm。另外，直线状缝隙163、折返部162能够通过对SiC烧结基板施加引线放电加工而形成。进而，在加热器元件表面形成高纯度的SiC膜，防止杂质的扩散。

这样的加热器在半导体制造装置中是作为用于从背面加热半导体基板(晶片)的加热器而使用的。

图4是表示使用了本实施方式的电阻加热器的半导体制造装置的概略构成的图。如图4所示，半导体制造装置具有用于进行成膜处理的反应室10。在该反应室10的上部设有气体供给口11a、11b。从气体供给口11a、11b向反应室10的内部导入包含原料气体(例如，氨气(NH₃气体)，三甲基铝气体(TMA气体)，三甲基镓气体(TMG气体)，三乙基镓气体(TEG气体)，三乙基铟气体(TMI气体)，二茂镁(Bis(cyclopentadienyl)magnesium)气体(Cp2Mg气体)，甲基矽甲烷(monomethylsilane)气体(SiH3CH3气体)，硅烷气体(SiH₄气体)，二氯硅烷气体(SiH₂Cl₂气体)，三氯硅烷气体(SiHCl₃气体))以及运载气体(例如水素(H₂)气体)的过程气体。

此外，在气体供给口11a、11b的下方，形成有多个孔的整流板12以与晶片w的表面对置的方式配置。整流板12将从气体供给口11a、11b向晶片w的表面供给的过程气体以整流状态供给到晶片w上。

在反应室10的内部设置有载置被导入的晶片w的基座(susceptor)13。此外，基座13的外周部被固定在圆筒状的旋转部件14的上部。基座13由于在反应室10的内部成为高温状态，因此使用例如SiC材料来制造。另外，本实施方式中，作为晶片支撑部件的例而使用了圆板状的基座13，但也能够使用环状的保持器(holder)。

旋转部件14具有：旋转躯干14a、旋转基台14b以及旋转轴14c。旋转躯干14a是对基座13的外周部进行支撑且固定在旋转基台14b的外周上部的环状的部件。旋转基台14b固定有圆筒状的旋转轴14c。旋转轴14c的轴中心通过晶片w的中心。

此外，旋转轴14c延伸设置到反应室10的外部，连接到旋转驱动控制机构15。旋转驱动控制机构15通过使旋转轴14c旋转，经由旋转基台14b以及旋转躯干14a而使基座13以例如50－3000rpm旋转。

在旋转躯干14a内设有用于将晶片w从背面加热的上述的加热器16。加热器16被臂状的电极部件即槽条(booth bar)17a、17b支撑。槽条17a、17b在与支撑加热器电极部16b、16c的一侧相反侧的端部，与电极18a、18b连接。

槽条17a、17b是兼具有导电性和高耐热性的电极部件，例如由C(碳)材构成。电极18a、18b是Mo(钼)等的金属部件，在上端侧与槽条17a、17b连接，在另一端侧与外部电源(省略图示)连接。从外部电源向电极18a、18b施加例如115V、50Hz的电压，经由槽条17a、17b以及加热器电极部16b、16c从而加热器元件16a发热。

此外，如图4所示，在反应室10的上部设置有用于测定晶片w的表面温度(面内温度)的辐射温度计19a、19b。本实施方式中，通过使反应室10的上壁的一部分以及整流板12为透明石英制，从而由辐射温度计19a、19b进行的温度测定不被整流板12妨碍。辐射温度计19a、19b分别计测根据加热器16的发热而变化的晶片w的中心部以及外周部的表面温度，将其温度数据向温度控制机构20输出。温度控制机构20基于温度数据来进行加热器16的输出控制，进行加热以使得晶片w的表面温度成为规定的成膜温度(例如，1100℃)。

并且，如图4所示，在反应室10的下部设有用于将包含反应时成为剩余的过程气体以及反应副生成物在内的气体排出的气体排气口21a、21b。气体排气口21a、21b分别与由调整阀22以及真空泵23构成的气体排气机构24连接。气体排气机构24由控制机构(省略图示)控制，将反应室10内调整为规定的压力。

由此，根据本实施方式，通过设置加热器元件16a的折返部162，能够大幅地抑制通电时的电流集中。

并且，由于电流以最短距离流动，所以在折返部162的外侧产生电流不流动不发热的区域，但通过使直线状缝隙163的端部倾斜配置，能够扩大电流流过的区域，能够谋求进一步的电流集中的抑制。

由此，通过抑制电流集中，能够延长加热器寿命，因此能够使加热器的部件交换频度减少，能够谋求半导体制造装置的低成本化以及故障(downtime)时间降低。

＜第二实施方式＞

说明本发明的第二实施方式。另外，与第一实施方式中所赋予的符号共同的符号表示相同的对象。图5是表示构成本实施方式的电阻加热器的加热器元件26a的俯视图。如图5所示，加热器元件26a具有：外形为圆盘状的发热部260、形成在发热部260内的蜿蜒状缝隙261、和一端被配置在发热部260的外周且在另一端形成有发热部260的折返部262的例如8处直线状缝隙263。折返部262的宽度(径)比蜿蜒状缝隙261、直线状缝隙263的缝隙宽度大。

缝隙261、263被配置为，通过它们从而电流分别在加热器电极部26b、26c和连接部26b′、26c′间分离流过的距离相等。

如图5所示，这样构成的加热器，若在与加热器电极部26b的连接部26b′和与加热器电极部26c的连接部26c′间之间施加电压，则如图中的箭头所示，电流被蜿蜒状缝隙261、直线状缝隙263分开到2个路线中流动从而发热。

图6是表示图5所示的加热器元件26a的电连接的图。这里，如后述那样，示出了由加热器元件26a、加热器电极部16b、16c、槽条17a、17b、以及与外部电源连接的电极18a、18b构成电路的情况。并且，作为电阻发热体的加热器元件26a在内部被并联化，分别连接到加热器电极部16b、16c。如上述那样，由于加热器元件16a内的电流分离而流过的2路线的距离相等，因此2个电阻成分R1、R2相等。从而，若设从加热器电极部16b、16c流到加热器元件26a的电流量为I，则加热器元件26a内的2路线中的电流量为I/2。

由此，根据本实施方式，通过设置蜿蜒状缝隙261，在加热器元件26a的发热部260中电流被分开到2个路线中流动，因此能够使折返部262中流过的电流量与以往相比进一步降低。其结果，与第一实施方式的情况相比，形状变复杂，但能够大幅地抑制通电时加热器元件26a的折返部262处的电流集中，能够延长加热器寿命。此外，能够使加热器26的部件交换频度减少，能够谋求半导体制造装置的低成本化以及故障时间降低。

另外，本实施方式中，使加热器元件26a中的电流为2个路线，但也可以通过适当地形成缝隙而设为电流分离地流过的距离相等的3个以上的路线。并且，加热器元件26a不限定为圆盘形状。另外，通过如本实施方式这样分割电流路线产生的效果，在没有设置折返部262的情况下也是相同的。

＜第三实施方式＞

图7是表示构成本实施方式的电阻加热器的加热器元件36a的俯视图。与第二实施方式的区别点在于，在发热部360中，在通过缝隙分离了的位置的电位成为大致相同的加热器元件36a的中心部、和与加热器电极部16b、16c的连接位置的附近等，没有设置蜿蜒状缝隙361。

此外，加热器元件36a中，为了抑制发热面积的减少，以与蜿蜒状缝隙361连结的方式形成有3个销孔364，该3个销孔364成为接收导入到反应室10内的晶片w并载置到基座13上的突起销(省略图示)的通路。进而，以使导电部分不因销孔364变窄的方式，在邻近的直线状缝隙363形成有电流弧状部361a。另外，通过突起销孔364的配置，销孔364也可以与直线状缝隙363连结。在该情况下邻近的蜿蜒状缝隙361配置电流弧状部361。

根据本实施方式，蜿蜒状缝隙361在等电位的加热器元件36a的中心部被断开。因此，能够不对电流分布带来影响地将蜿蜒状缝隙361的总面积抑制得小，与图6所示的第二实施方式的情况相比，能够使作为加热器36整体的强度提高。

图8是表示与第一实施方式相同的加热器元件16a的图。在折返部162的周缘部A的外周的B，成为A处的发热量的约55％左右，从折返部162隔开间隔的C处的发热量成为A处的发热量的13％左右。进一步难以流过电流的D处的发热量成为A处的发热量的6％左右，可知面内的发热量存在偏差。

另一方面，在图9所示的本实施方式的加热器元件36a中，折返部362的周缘部A′处的发热量相对于图8的A处的发热量而言降低到75％左右。并且，相对于A′处的发热量而言，B′处成为约60％，C′处成为约30％，像D′那样电流难以流过的部分的面积也变小。由此，可知，通过设置蜿蜒状缝隙361进一步抑制了电场集中，并且改善了面内分布。

＜第四实施方式＞

图10是表示构成本实施方式的电阻加热器的加热器元件46a的俯视图。如图10所示，涉及本实施方式的加热器元件46a的不同点在于，直线状缝隙463其发热部460的外周侧的端部的全部被实施了倒角加工。另外，不只是缝隙端部，也可以在发热部460的所有角部实施倒角加工。由此，通过在电流难以流过的端部实施倒角加工，能够抑制对温度分布的影响从而谋求加热器元件46a的破损的防止。

另外，在第2、第3实施方式所示的加热器元件中，也可以如本实施方式那样对直线状缝隙的外周侧的端部实施倒角加工。

说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为例而提示的，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他的各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种的省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书记载的发明和其等价的范围中。

Claims (4)

1.一种加热器，具备：

加热器元件，上述加热器元件通过通电来发热，具备：面状的发热部；一端配置在上述发热部的外周且另一端配置在上述发热部内而直线状地形成了开口的直线状缝隙；以及与上述另一端连续地形成开口且开口宽度比上述直线状缝隙的缝隙宽度大的折返部，以及

一对电极，与上述加热器元件的规定面连接，在向上述加热器元件通电时被施加电压，

上述加热器元件还包含蜿蜒状缝隙，上述蜿蜒状缝隙以从上述一对电极向上述发热部内流过的电流被等分的配置、在上述发热部内蜿蜒状地形成了开口。

2.如权利要求1记载的加热器，

上述蜿蜒状缝隙在上述发热部的中心部被断开。

3.如权利要求1记载的加热器，

在上述发热部设置有供升降晶片的销贯通的开口部，上述开口部与上述蜿蜒状缝隙或上述直线状缝隙连续。

4.一种半导体装置的制造装置，具备：

反应室，被导入晶片；

气体供给机构，向上述反应室供给过程气体；

气体排气机构，由上述反应室将气体排出；

晶片支撑部件，载置上述晶片；

旋转部件，与上述晶片支撑部件的外周部连接，使上述晶片旋转；

旋转驱动控制机构，与上述旋转部件连接，控制上述旋转部件的旋转驱动；以及

加热器，上述加热器具备加热器元件和一对电极，上述加热器元件通过通电来发热，具备：面状的发热部；一端配置在上述发热部的外周且另一端配置在上述发热部的折返部内而直线状地形成了开口的直线状缝隙；以及与上述另一端连续地形成开口且开口宽度比上述直线状缝隙的缝隙宽度大的上述折返部，上述一对电极与上述加热器元件的规定面连接，并且在向上述加热器元件通电时被施加电压，

上述加热器元件还包含蜿蜒状缝隙，上述蜿蜒状缝隙以从上述一对电极向上述发热部内流过的电流被等分的配置、在上述发热部内蜿蜒状地形成了开口。