CN110878429A - 基座和化学气相生长装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基座和化学气相生长装置。该基座是被用于在晶片的主面上采用化学气相生长法使外延膜生长的化学气相生长装置的基座，具有基台和配置于所述基台的外周部的用于支持所述晶片的外周部的3个突起部。

Description

基座和化学气相生长装置
技术领域
本发明涉及基座和化学气相生长装置。
本申请基于2018年9月6日在日本提出的专利申请2018-167035要求优先权，将其内容援引于此。
背景技术
碳化硅(SiC)具有绝缘击穿电场比硅(Si)大1个数量级、带隙比硅(Si)大3倍、导热率比硅(Si)高3倍左右等特性。碳化硅(SiC)由于具有这些特性，从而被期待应用于功率器件、高频器件、高温工作器件等。因此近年来，如上所述半导体器件使用SiC外延晶片。
SiC外延晶片是通过在SiC基板(SiC晶片、晶片)上使成为SiC半导体器件的活性区域的SiC外延膜生长而制造的。SiC晶片是由采用升华法等制作的SiC的体单晶加工而得到的，SiC外延膜是通过化学气相生长(Chemical Vapor Deposition：CVD)装置而形成的。
作为CVD装置的一例，有具备以旋转轴为中心旋转的基座(晶片支持台)的装置。通过载置于基座上的晶片旋转，能够使面内方向的气体供给状态均匀化，在晶片上生长均匀的外延膜。晶片通过手动或自动的输送机构而输送到CVD装置内部，配置于基座上。从背面加热载置有晶片的基座，并从上方向晶片表面供给反应气体，由此进行成膜。
例如，专利文献1和2记载了具有基座(支架)的装置。
专利文献1记载的基座，具有基板支持部和从内侧面向中央突出的侧面凸部。侧面凸部抑制基板侧面与基座面接触。调整基板支持部和侧面凸部的形状、数量，使基板的面内温度分布的均匀性提高。在基板中央部热辐射占主导，在基板外周部热传导占主导。调整通过热辐射在基板产生的温度分布和通过热传导在基板产生的温度分布，由此使基板的面内温度分布均匀化。
另外，专利文献2记载的支架，在载置晶片的部分具有凸部。凸部在支架与晶片之间形成空间，防止支架与晶片贴合。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2009-88088号公报
专利文献2：日本特开2009-267422号公报
发明内容
在SiC晶片上生长外延膜的情况下，成膜温度接近1600℃。专利文献1和2记载的基座(支架)，在使SiC外延膜成膜的高温环境下，无法使晶片的面内温度分布充分均匀。
例如，专利文献1记载的基座，基板支持部沿着外周而形成。
晶片由基板支持部支持，晶片的外周在整个面与基板支持部接触。在与基板支持部接触的部分，通过热传导会使局部温度发生变化。在成膜环境下基座常常成为高温，在基板支持部周边会局部成为高温。
本发明是鉴于上述问题而完成的，目的是提供能够提高在晶片上成膜的外延层的晶片面内的载流子浓度的均匀性的基座和化学气相生长装置。
本发明人研究后法线通过将支持晶片的部分限定为3点，外延层的晶片面内的载流子浓度的均匀性得到提高。
即、本发明为解决上述课题，提供以下手段。
(1)第1技术方案涉及的基座，是被用于在晶片的主面上采用化学气相生长法使外延膜生长的化学气相生长装置的基座，其具有基台和配置在所述基台的外周部的用于支持所述晶片的外周部的3个突起部。
(2)上述技术方案涉及的基座，可以设为：所述基台具有圆状凹部和从所述圆状凹部的外周立起的圆环状外周部，所述3个突起部配置在所述圆环状外周部上。
(3)上述技术方案涉及的基座，可以设为：从所述3个突起部的第1端到所述圆状凹部的载置所述晶片一侧的面垂下的垂线的高度为1mm以上且5mm以下。
(4)上述技术方案涉及的基座，可以设为：所述3个突起部排列为同心圆状。
(5)上述技术方案涉及的基座，可以设为：所述3个突起部以等间隔排列。
(6)上述技术方案涉及的基座，可以设为：所述3个突起部在载置有所述晶片时，配置在所述晶片的定向平坦部以外的位置。
(7)上述技术方案涉及的基座，可以设为：所述3个突起部各自的高度为0.1mm以上且5mm以下。
(8)上述技术方案涉及的基座，可以设为：所述3个突起部的形状为向上凸的半球。
(9)上述技术方案涉及的基座，可以设为：所述3个突起部的形状为向上凸的圆锥。
(10)上述技术方案涉及的基座，可以设为：在所述圆环状外周部上的比所述突起部靠外周方向处具有保持环。
(11)第2技术方案涉及的化学气相生长装置，具备上述技术方案涉及的基座。
根据本发明的一技术方案涉及的基座和化学气相生长装置，能够提高在晶片上成膜的外延层的晶片面内的载流子浓度的均匀性。
附图说明
图1是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的截面示意图。
图2是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的基座的平面图。
图3是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的基座的截面图。
图4是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的另一例的基座的截面图。
图5A是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的另一例的基座的截面图。
图5B是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的另一例的基座的截面图。
图6是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的变形例的基座的截面图。
图7是测定实施例1中的外延膜的生长速度的面内分布的结果。
图8是测定实施例1中的外延膜的载流子浓度的面内分布的结果。
图9是测定比较例1中的外延膜的生长速度的面内分布的结果。
图10是测定比较例1中的外延膜的载流子浓度的面内分布的结果。
附图标记说明
10、10A、10B、10C、10D…基座
12…基台
12a…圆状凹部
12b…圆环状外周部
14、14A、14B、14C…突起部
16…保持环
20…支持体
21…支柱
30…炉体
31…开闭器
40…准备室
41…臂
100…化学气相生长装置
OF…定向平面
R…成膜空间
S…空间
W…晶片
具体实施方式
以下，适当参照附图对本发明的一技术方案涉及的基座、化学气相生长装置的优选例进行详细说明。以下的说明中使用的附图，有时为了便于理解本发明的特征会将特征部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等会与实际不同。以下的说明中例示的材料、尺寸等只是一例，本发明并不限定于此。例如，可以在不脱离本发明的主旨的范围内对数量、数值、量、比例、特性等适当省略、追加、变更而实施。
＜化学气相生长装置＞
图1是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的截面示意图。第1实施方式涉及的化学气相生长装置100具备炉体30、准备室40以及在炉体30和准备室40中往来的基座10。图1中为了便于理解同时图示出晶片W。
炉体30形成成膜空间R。成膜空间R是在晶片上使外延膜生长的空间。以下，本说明书中有时将在晶片的主面上使外延膜生长称为“成膜”。成膜空间R在成膜期间会成为1600℃左右的高温。
在炉体30的内部设有支持体20和支柱21。支持体20在成膜空间R内支持基座10。支持体20被支柱21支持。图1所示的支柱21支持支持体20的中心。支柱21也可以支持支持体20的外周。支持体20和支柱21中的至少一者能够旋转。本说明书中，有时将晶片W的成膜面一侧表述为上方，将与成膜面相反的一侧表述为下方。通过未图示的加热器对载置于支持体20的基座10和晶片W进行加热。
炉体30设置有省略图示的气体供给管。气体供给管向成膜空间R供给原料气体、载气、蚀刻气体等。炉体30具有开闭器31。开闭器31位于炉体30与准备室40之间。在将基座10向成膜空间R输送时开闭器31打开，在输送时以外开闭器31关闭。通过关闭开闭器31，防止成膜时的气体从成膜空间R流出，防止成膜空间R成为低温。
准备室40隔着开闭器31与炉体30相邻。
准备室40具有臂41。臂41的第1端部向准备室40之外露出，第2端部支持基座10。臂41是用于将基座10向炉体30内输送的夹具。
图2是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的基座的平面图。另外，图3是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的基座的截面图。图2所示的基座10具有基台12、突起部14和保持环16。图2和图3所示的化学气相生长装置中，同时图示出晶片W。再者，突起部14是指基座10具有的突起。
图2和图3所示的基台12具有圆状凹部12a和圆环状外周部12b。圆状凹部12a是基台12之中在俯视下被圆环状外周部12b包围的部分。圆环状外周部12b是从圆状凹部12a的第1面12a1起沿着圆周突出的部分。圆环状外周部12b从圆状凹部12a的外周立起。即、圆状凹部12a与圆环状外周部12b垂直。
再者，圆状凹部12a可以视为基台12的底部。另外，圆环状外周部12b可以视为圆状凹部12a的外壁。
圆状凹部12a的第1面12a1位于比圆环状外周部12b的第1面12b1靠下方。从圆状凹部12a的第1面12a1到圆环状外周部12b的高度例如优选为1mm以上且5mm以下，更优选为1.5mm以上且4.5mm以下，进一步优选为2.5mm以上且3.5mm以下。
在晶片W与圆状凹部12a之间形成空间S。与不具有圆状凹部12a的基座相比，本实施方式涉及的基座10通过设置圆状凹部12a使基座与晶片之间的空间S变大。如果能够使空间S变大，则具有即使在晶片W弯曲的情况下也能够避免晶片W与基座10接触这样的优点。
通过在基座10设置圆环外周部12b，从晶片W到基座10的圆环状外周部12b的第1面12b1的距离和从晶片W到基座10的圆状凹部12a的第1面12a1的距离发生改变。根据该结构，能够同时得到抑制所需以上的成膜气体绕到晶片W背面的效果和避免晶片W与基座10接触的效果。抑制所需以上的成膜气体绕到晶片W背面的效果，伴随减小从晶片W到圆环状外周部12b的第1面12b1的距离的结构。避免晶片W与基座10接触的效果，伴随增加从晶片W到基座10的圆状凹部12a的第1面12a1的距离的结构。
突起部14支持晶片W的外周部。在此，晶片W的外周部是指从晶片的外周端起为晶片直径的5％的区域。例如，在晶片的尺寸为6英寸的情况下，例如是从外周端起为0mm以上且7.5mm以下的范围的区域。
图2所示的突起部14支持所载置的晶片W的外周端。如果使晶片W升温至成膜温度，则晶片W发生翘曲。翘曲朝向基座发生，晶片W以靠近基座10的方式呈凸形状弯曲。如果突起部14支持晶片W的外周端，则晶片W会以晶片W的外周端为起点向下方弯曲。晶片W的外周端不向比突起部14靠上方突出。因此，即使在晶片W发生了翘曲的情况下，也能够由保持环16保持晶片W的外周端。能够抑制晶片W的位置偏移，提高外延膜的品质。
突起部14为3个。如图2所示，晶片W被突起部14三点支持。
3个突起部14是用于支持晶片W所需的最低数量。通过由3个突起部14支持晶片W，晶片W与基座10的接点变少。
如图3所示，3个突起部14配置在圆环状外周部12b上。如果在圆环状外周部12b上设置突起部14，则晶片W与基座10之间的空间S变大。
如上所述，如果使晶片W升温至成膜温度，则晶片W发生翘曲。通过在晶片W与基座10之间存在空间S，即使在晶片W发生了弯曲的情况下，也能够避免晶片W与基座10接触。
3个突起部14各自的高度优选为0.1mm以上且5mm以下，更优选为0.2mm以上且3mm以下，进一步优选为0.3mm以上且1mm以下。如果突起部14的高度低，则在未计划(意料外)的部分基座10与晶片W接触的可能性提高。如果突起部14的高度高，则原料气体等绕到晶片W的背面的可能性提高。
从3个突起部14的第1端14a1起向圆状凹部12a的第1面12a1垂下的垂线的高度优选为1mm以上且5mm以下，更优选为2mm以上且3mm以下。通过高度在该范围内，能够充分确保空间S。
图2所示的3个突起部14配置为同心圆状。另外，3个突起部14以等间隔配置。突起部14的配置不限于图2所示，但通过以该关系配置，能够使所载置的晶片W的稳定性提高。
3个突起部14在载置晶片W时，优选配置在晶片W的定向平面OF以外的位置，3个突起部14中的1个突起部14优选位于与所载置的晶片W的定向平面OF相对的位置。定向平面OF是设置于晶片W的切口，是构成晶片W的晶体的晶体方位(取向)等的指标。定向平面OF是晶片外周部之中形状不同的部分，热传递方式容易与晶片外周部的其它部位不同。如果作为基板支持部的3个突起部14中的1个突起部14与该位置重叠，则难以呈同心圆状均匀地保持晶片。另外，如果作为基板支持部的3个突起部中的1个突起部14与定向平面OF重叠，则难以维持温度均匀性。热经由突起部14传递。通过将突起部14设置在远离温度均匀性容易变差的定向平面OF的位置，能够提高晶片W的均热性。如果在与定向平面OF相对的位置配置突起部14，则能够使定向平面OF与突起部14分离最远，因而优选。
另外，图4是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的另一例的基座的截面图。图4所示的基座10A中，突起部14A的位置与图2所示的基座10不同。其它结构相同。
图4所示的基座10A的突起部14A被设置为位于比所载置的晶片W的外周端靠内侧。通过基座10A与晶片W的热接触的减少，可得到改善温度均匀性的效果，因此突起部14A可以在能够稳定支持晶片W的范围内位于比外周端靠内侧。
另外，图5A和图5B是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的另一例的基座的截面图。图5A和图5B所示的基座10B、10C中，突起部14B、14C的形状与图2所示的基座10不同。其它结构相同。
图5A所示的基座10B的突起部14B是向上凸的半球状。即、突起部14B的形状为半球。图5B所示的基座10C的突起部14C是具有顶端的圆锥状。即、突起部14C的形状为圆锥。成为突起部14B、14C与晶片W接触的面积小的(点接触)结构，能够进一步抑制来自突起部14B、14C的热传导。
突起部的形状不限于上述形状。例如可以为三角锥状、四角锥状等形状。
基座10、10A、10B、10C可以使用石墨、SiC、Ta、Mo、W等。不限于它们的纯粹(无垢)材料，也可以由SiC、TaC等碳化金属涂覆表面。例如，作为基座10、10A、10B、10C使用石墨或涂布有TaC的石墨。
保持环16位于晶片W的侧方。例如，保持环16位于晶片的圆环状外周部12b的第1面12b1上的比突起部靠外周方向处。保持环16防止晶片W的偏移。保持环16可以是与基座10分离的单独构件，也可以与基座10一体化。
保持环16覆盖晶片W的外周。保持环16防止气体绕到晶片W的背面。图2和图3所示的基座10，由3个突起部14支持，其它部分在晶片W与基座10之间具有间隙。由于保持环16位于间隙的侧方，因此即使突起部14的数量少，也能够充分抑制气体的环绕。
如上所述，第1实施方式涉及的化学气相生长装置具备具有3个突起部14的基座10。晶片W由3个突起部14支持。因此，晶片W与突起部14的接触面积减小。例如，在形成SiC的外延膜的情况下，其温度接近1600℃。晶片W通过辐射而被加热，通过热传导使热从突起部14释放。通过减小发生放热的突起部14与晶片W接触的面积，能够降低成膜时的晶片W的面内方向的热分布。外延层中掺杂的载流子密度会受到成膜温度的影响。通过降低晶片W的面内方向的热分布，晶片W的面内方向的载流子浓度的均匀性提高。
以上，对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于特定的实施方式，可以在权利要求的范围内所记载的本发明的主旨范围内进行各种变形、变更或适当组合。
(变形例)
图6是第1实施方式涉及的化学气相生长装置的基座的变形例的截面示意图。变形例涉及的基座10D中，基台12A的形状与图3所示的基台12的形状不同。其它结构相同，省略说明。
图6所示的基台12A的第1面12Aa为平坦面，不具有圆状凹部。突起部14在成为所载置的晶片W的外周部的位置从基台12A突出。即使在变形例涉及的基座10D中，晶片W与突起部14的接触面积也少。因此，根据变形例涉及的基座10D，能够降低成膜时的晶片W的面内方向的热分布，能够提高晶片W的面内方向的载流子浓度的均匀性。
实施例
(实施例1)
如图2和图3所示，准备具有3个突起部14的基座10。突起部14的形状是俯视形状为正方形的长方体状。正方形的一边为3mm，高度为0.3mm。突起部14配置为同心圆状。突起部14的中心被设计为与晶片W的外周端相距0.8mm的位置。3个突起部14中的一个突起部14设置在与定向平面OF相对的位置。剩下的突起部设置在从成为基准的突起部14起旋转120°的位置和进一步旋转120°的位置。晶片W是直径为150mm的SiC晶片。
在SiC晶片上使SiC的外延膜生长。测定外延膜的生长速度和外延膜的载流子浓度。将其结果示于图7和图8。
图7是测定实施例1中的外延膜的生长速度的面内分布的结果。图8是测定实施例1中的外延膜的载流子浓度的面内分布的结果。图7和图8中，在SiC外延晶片的主面沿着穿过中心并正交的两个方向进行测定。
(比较例1)
比较例1在将突起部设置为圆环状这一点上与实施例1不同。晶片W由沿着外周形成的圆环状的突起部支持。其它点与实施例1同样，测定了外延膜的生长速度和外延膜的载流子浓度。将其结果示于图9和图10。图9是测定比较例1中的外延膜的生长速度的面内分布的结果。图10是测定比较例1中的外延膜的载流子浓度的面内分布的结果。图9和图10中，在SiC外延晶片的主面沿着穿过中心并正交的两个方向进行测定。
将图7与图9的图表进行比较，在使用实施例1的基座的情况与使用比较例1的基座的情况下，外延膜的生长速度没有很大差异。如图7所示，使用实施例1的基座的情况下，生长速度的面内分布为7.6％。与此相对，如图9所示，使用比较例1的基座的情况下，生长速度的面内分布为7.5％。生长速度的面内分布是将生长速度最快的位置的生长速度与生长速度最慢的位置的生长速度之差除以面内的生长速度的平均值而得到的。
另一方面，将图8与图10的图表进行比较，在使用实施例1的基座的情况下与使用比较例1的基座的情况下，外延膜的载流子浓度的均匀性产生差异。实施例1与比较例1相比，载流子浓度的均匀性更高。如图8所示，在使用实施例1的基座的情况下，载流子浓度的面内分布为6.1％。
与此相对，如图10所示，在使用比较例1的基座的情况下，载流子浓度的面内分布为11.6％。载流子浓度的面内分布是将载流子浓度最高的位置的载流子浓度与载流子浓度最低的位置的载流子浓度之差除以面内的载流子浓度的平均值而得到的。

Claims (11)

1.一种基座，是被用于采用化学气相生长法在晶片的主面上使外延膜生长的化学气相生长装置的基座，其具有基台和配置在所述基台的外周部的用于支持所述晶片的外周部的3个突起部。
2.根据权利要求1所述的基座，
所述基台具有圆状凹部和从所述圆状凹部的外周立起的圆环状外周部，
所述3个突起部配置在所述圆环状外周部上。
3.根据权利要求2所述的基座，
从所述3个突起部的第1端到所述圆状凹部的载置所述晶片一侧的面垂下的垂线的高度为1mm以上且5mm以下。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的基座，
所述3个突起部排列为同心圆状。
5.根据权利要求4所述的基座，
所述3个突起部以等间隔排列。
6.根据权利要求1所述的基座，
所述3个突起部在载置有所述晶片时，配置在所述晶片的定向平坦部以外的位置。
7.根据权利要求1所述的基座，
所述3个突起部各自的高度为0.1mm以上且5mm以下。
8.根据权利要求1所述的基座，
所述3个突起部的形状为向上凸的半球。
9.根据权利要求1所述的基座，
所述3个突起部的形状为向上凸的圆锥。
10.根据权利要求1所述的基座，
在所述圆环状外周部上的比所述突起部靠外周方向处具有保持环。
11.一种化学气相生长装置，具备权利要求1～10的任一项所述的基座。
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