CN111433890A - 成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供成膜装置，其加热载置台上的被处理基片并且对该被处理基片供给处理气体，对该被处理基片进行成膜处理，上述成膜装置包括：收纳部，其具有收纳上述载置台的内部空间，上述处理气体能够被供给到上述内部空间并且被感应加热；以上述载置台可旋转的方式支承该载置台的旋转轴部；和升降部，其为了在外部的上述被处理基片的输送装置与上述载置台之间交接上述被处理基片而使上述被处理基片升降，上述旋转轴部和/或上述升降部由热传导率在15W/m·K以下且熔点在1800℃以上的材料形成。

Description

成膜装置
技术领域
(相关申请的相互参考)
本发明基于2017年12月13日在日本申请的发明2017-238854号，主张优先权，并将其内容援引在其中。
本发明涉及对被处理基片进行成膜处理的成膜装置。
背景技术
近年来，在半导体功率器件等电子器件中使用碳化硅(SiC)等化合物半导体。在制造这样的电子器件时，通过在单晶的基片生长具有与基片结晶相同的方位关系的膜的延伸生长，来形成SiC膜等化合物半导体膜。
专利文献1中公开了一种技术，其中作为通过延伸生长而成的SiC膜的成膜装置，包括：用于载置作为被处理基片的SiC基片的载置台；以载置台可旋转的方式支承该载置台的旋转轴部；具有收纳载置台的内部空间的承载件(suscepter)。在该专利文献1的成膜装置中，一边通过对承载件进行感应加热来加热SiC基片，一边对承载件内的载置台上的SiC基片供给处理气体，由此在SiC基片上形成SiC膜。另外，在该专利文献1的成膜装置中，具有设置在上述承载件与载置台之间的隔热件，设置有该隔热件的隔热区域形成于俯视时的承载件内的包含上述轴部的中心区域与周缘区域之间。上述中心区域与周缘区域的载置台具有温度低的倾向，如上述那样形成隔热区域，降低载置台中的隔热区域的上方的温度，降低载置台上的SiC基片的面内的温度不均。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-100462号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
如专利文献1公开的成膜装置，期望通过降低载置台上的SiC基片的面内的温度不均，来抑制在SiC基片的低温部产生的缺陷。另外，通过如上述那样降低SiC基片的面内的温度不均，能够抑制SiC基片的面内的杂质浓度的不均。但是，专利文献1的成膜装置中，在作为加热源的承载件与作为被加热体的载置台之间设置有隔热件，因此，在加热效率方面存在改善的余地。
而且，存在该载置台的热晶圆与载置台的中心连接的旋转轴部散逸，载置台的面内温度分布变得不均匀，被处理基片的面内温度分布变得不均匀的问题。
本发明是鉴于上述情况完成的，其目的在于提供一种高加热效率的能够降低被处理基片的面内的温度不均的成膜装置。
用于解决技术问题的技术方案
解决上述技术问题的本发明的一个方式是一种成膜装置，其加热载置台上的被处理基片并且对该被处理基片供给处理气体，对该被处理基片进行成膜处理，上述成膜装置包括：收纳部，其具有收纳上述载置台的内部空间，上述处理气体能够被供给到上述内部空间并且被感应加热；以上述载置台可旋转的方式支承该载置台的旋转轴部；和升降部，其为了在外部的上述被处理基片的输送装置与上述载置台之间交接上述被处理基片而使上述被处理基片升降，上述旋转轴部和/或上述升降部由热传导率在15W/m·K以下且熔点在1800℃以上的材料形成。
本发明的成膜装置的一个方式中，在作为加热源的承载件与作为被加热体的载置台之间没有设置隔热件，因此，能够以高加热效率加热被处理基片。另外，上述旋转轴部和/或上述升降部由热传导率在15W/m·K以下的材料形成，因此载置台的中央的温度不降低。所以，与用热传导效率高的材料形成上述旋转轴部的情况相比，能够降低载置台的中央的区域与该载置台的中央的区域的周围的区域的温度差，因此能够降低被处理基片的面内的温度不均。
发明效果
依照本发明的一个方式，能够使得加热效率高且降低被处理基片的面内的温度不均。
附图说明
图1是示意地表示本发明的实施方式的成膜装置的结构的概要的图。
图2是示意地表示图1的成膜装置中的处理容器内的结构的概要的截面图。
图3是表示确认试验1的结果的图。
图4是说明在确认试验2中的成膜中向保持件上载置SiC片的载置方式的平面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。此外，在本说明书和附图中，对实质上具有相同的功能结构的要素，标注相同的附图标记并省略重复的说明。
图1是示意地表示本发明的实施方式的成膜装置的结构的概要的图。
图1的成膜装置1包括大致长方体状的处理容器11。
处理容器11与排气通路12连接，处理容器11能够通过排气通路12调节成规定的减压状态(压力)。排气通路12包括一端与处理容器11连接的排气管12a。排气管12a由排气集合管等形成，在处理容器侧的相反侧连接由机械助力泵等(mechanical booster pump)构成的真空泵12b连接。在排气管12a中的处理容器11与真空泵12b之间，设置有由APC(自动压力控制)阀和比例控制阀等构成的对处理容器11内的压力进行调节的压力调节部12c。此外，在处理容器11设置有压力计13，基于压力计13的测量结果，进行由压力调节部12c进行的处理容器11内的压力的调节。
处理容器11包括：在两端具有开口部的中空的四棱柱状的处理容器主体11a；以及以封闭上述开口部的方式与处理容器主体11a的两端分别连接的侧壁部11b，处理容器主体11a和侧壁部11b由石英等电介质材料形成。
在处理容器主体11a的外侧设置有与高频电源14a连接的线圈14。线圈14对处理容器11内的被处理基片和后述的承载件23等进行感应加热。
在处理容器11内，构成为能够由气体供给线路15供给作为成膜原料的原料气体等。气体供给线路15包括与处理容器11连接的气体供给管15a和与该气体供给管15a连接的气体供给管15b1～15b6。
在气体供给管15b1～15b6分别设置质量流量控制器(MFC)15c1～15c6和阀15d1～15d6。气体供给管15b1与气体供给源15e1连接，从该供给源15e1被供给SiH4气体。同样，气体线路15b2～15b6分别与气体供给源15e2～15e6连接，从各气体供给源15e2～15e6被供给C3H8气体、H2气体、TMA(三甲基铝)气体、ClF3气体、Ar气体。
在作为被处理基片的SiC基片上，在通过延伸生长进行p型的SiC膜的成膜的情况下，作为用于成膜的原料气体，从气体供给管15b1～15b4将SiH4气体、C3H8气体、H2气体、TMA气体供给到处理容器11。此外，为了进行n型的SiC膜的成膜，可以设置N2气体用的气体供给源和气体供给管等。
另外，在除去附着于处理容器11内的构造物的异物时，例如，从气体供给管15b3、15b5、15b6将ClF3气体、H2气体、Ar气体之中一种或者上述中的两种以上的气体混合，并供给到处理容器11。
另外，成膜装置1包括控制部100。控制部100例如是计算机，具有程序保存部(未图示)。程序保存部中也保存有用于控制MFC15c1～15c6、阀15d1～15d6、高频电源14a、压力调节部12c、后述的旋转驱动部和升降驱动部等进行成膜处理的程序。
此外，上述的程序也可以例如存储在计算机可读取的硬盘(HD)、软盘(FD)、光盘(CD)、磁光盘(MO)、存储卡等计算机可读取的存储介质中，从该存储介质被安装到控制部100。
下面，对处理容器11内的结构进行说明。图2是示意地表示图1的成膜装置1中的处理容器11内的结构的概要的截面图。
在处理容器11的内部，如图2所示，设置有：载置台20，其经由保持件H载置作为被处理基片的SiC基片W(以下，基片W)；使载置台20旋转并且支承该载置台20的旋转轴部21；和使载置有基片W的保持件H升降的升降部22。另外，在处理容器11的内部设置有作为收纳部的承载件23，承载件23具有收纳载置台20的内部空间，并且将处理气体以从载置台20的一端通过载置台20的中心上去往载置台20的另一端的方式供给到上述内部空间。
保持件H是将多个基片W一起送入送出到成膜装置1的部件，能够保持多个基片W。此外，保持件H由耐热性高且通过感应加热而易容加热的导电性材料形成，例如，由能够搭载基片W的上表面用SiC涂敷了的石墨制的材料构成。此外，保持件H例如形成为直径比载置台20小的圆板状。
载置台20形成为在上表面具有向铅垂方向下侧凹陷的凹部20a的圆板状，在处理容器11的内部水平地设置。此外，在上述凹部20a嵌入保持件H。并且，在凹部20a的底部中心形成有向铅垂方向下侧凹陷的凹处20b，在该凹处20b嵌入后述的支承部22a。该载置台20通过旋转轴部21旋转，由此使得保持件H也能够旋转。
载置台20由耐热性高且通过感应加热而容易加热的导电性材料形成，例如，由上表面用SiC涂敷了的石墨制的材料构成。
旋转轴部21其一端与载置台20的下部中央连接，另一端穿过处理容器11的底部而去往下方，与旋转驱动机构(未图示)连接。通过上述旋转驱动机构使旋转轴部21旋转，由此载置台20能够旋转。
该旋转轴部21由热传导率比较低且电阻率比较高的材料形成，具体而言，由热传导率在15W/m·K以下、熔点在1800℃以上的例如电阻率为10～50μΩ·m的材料形成，并且具体而言，由碳纤维强化碳复合材料形成。作为碳纤维强化碳复合材料，例如，能够使用平行于纤维轴的方向的热传导率为31W/m·K、垂直于纤维轴的方向的热传导率为12W/m·K、电阻率为22μΩ·m的东洋碳素株式会社制的CX-31。此外，在使用上述CX-31时，旋转轴部21形成为垂直于纤维轴垂直的方向与旋转轴部21的轴向平行。
升降部22用于在成膜装置1的外部的基片W的输送装置与载置台20之间交接基片W，在本例中，交接载置有基片W的保持件H。该升降部22包括：形成为直径比保持件H小的圆板状的支承保持件H的支承部22a；和与支承部22a的下表面连接的使支承部22a升降的升降轴22b。升降轴22b通过升降驱动机构(未图示)升降，由此能够使保持件H即基片W升降。
该支承部22a和升降轴22b由与旋转轴部21相同的材料形成。如后所述，通过用碳纤维强化碳复合材料等的热传导率在15W/m·K以下的材料形成旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b，能够提高基片W的温度的面内均匀性。
承载件23形成为在彼此相对的两个面设置有开口的长方体状，成为从一个面的开口供给处理气体，从另一个面的开口排出处理气体的结构。在该结构中，供给到基片W上的处理气体沿与基片W平行的方向被供给、排出。
承载件23由耐热性高且通过感应加热而容易加热的导电性材料形成，例如由基片W侧的面用SiC涂敷了的石墨制的材料构成。
另外，在承载件23的外周设置有将该承载件23与处理容器11隔热的隔热件24。隔热件24例如使用空隙率大的纤维状的碳材料形成。
此外，虽然省略图示，当在隔热件24的外侧，以使隔热件24与处理容器11隔开间隔的状态设置有用于保持该隔热件24的保持结构体。
下面，说明使用成膜装置1的包含成膜处理的基片处理。
首先，将载置有基片W的保持件H送入处理容器11内(步骤S1)。具体而言，使用成膜装置1的外部的输送机构(未图示)，将上述保持件H从成膜装置1的外部经闸阀(未图示)送入处理容器11内，并使其位于载置台20的上方。接着，使升降部22上升，用支承部22a支承保持件H。接着，使上述输送机构从处理容器11内退走，并且使升降部22下降，将保持件H载置在载置台20上。
在送入保持件H后，对处理容器11内供给原料气体，并且从高频电源14a对线圈14施加高频电功率来加热基片W，通过延伸生长在基片W上形成p型的SiC膜(步骤S2)。具体而言，使阀15d1～15d4成为打开状态，通过MFC15c1～15c4调节流量，对处理容器11内供给SiH4气体、C3H8气体、H2气体、TMA气体。另外，从高频电源14a对线圈14施加高频电功率，由此利用来自感应加热后的保持件H、载置台20、承载件23的辐射和热传导来加热基片W。此外，在成膜中，处理容器11内的压力例如为10Torr～600Torr，基片W的温度例如为1500℃～1700℃。
在成膜完成后，将支承基片W的保持件H从处理容器11送出(步骤S3)。具体而言，使阀15d1～15d4成为关闭状态，在停止供给原料气体后，使升降部22上升，使支承着基片W的保持件H上升。之后，将成膜装置1的外部的输送机构经由闸阀插入处理容器11内，使其位于升降部22的支承部22a的下方。然后，使升降部22下降，将保持件H从支承部22a交接到上述输送机构，使该输送机构从处理容器11退走，从而将保持着基片W的保持件H从处理容器11送出。此外，在送出基片W的期间，可以切断对线圈14的高频电功率的供给，但是，优选一边进行控制以成为在下一工序中最适合的载置台20和承载件23的温度，一边对线圈14供给高频电功率。
在送出保持件H后，使处理返回步骤S1，将载置有另一基片W的保持件H送入处理容器11内，反复进行步骤S1～步骤S3的处理。
接着，说明本实施方式的成膜装置1的效果。
已知在以与成膜装置1同样的构成形成SiC膜的装置中，俯视时中央的区域(以下省略为中央区域)中的载置台的温度和保持件的温度较低。但是，本发明人深入研究之后，发现关于中央区域的载置台的温度和保持件的温度较低的情况，位于中央区域的部件的材料是原因之一。具体而言，如下所述。
在现有的成膜装置中，相当于本实施方式的成膜装置1的位于中央区域的旋转轴部21和升降部22的部件，由SiC或者石墨形成。SiC或者石墨的热传导率比金属材料等低，但是在100W/m·K以上，比较高。因此，认为在现有的成膜装置中，即使加热载置台和保持件，上述载置台和保持件的中央部也经由旋转轴部和升降部散热，结果，在载置台和保持件的中央部，上述载置台、保持件的温度变低。此外，中央部是位于上述中央区域的部分，意味着位于旋转轴部和升降部的上方的部分。
对此，在本实施方式的成膜装置1中，位于中央区域的旋转轴部21和升降部22的热传导率为15W/m·K，更低，因此，在加热载置台20、保持件H时，上述载置台20、保持件H的中央部不经由旋转轴部21和升降部22散热，因此能够防止在载置台20、保持件H的中央部，上述载置台20、保持件H的温度降低。
另外，旋转轴部21和升降部22的电阻率为10～50μΩ·m，比较低，因此旋转轴部21和升降部22通过感应加热而能够升温，这被认为是能够防止载置台20、保持件H的中央部的温度降低的理由之一。
因此，在本实施方式的成膜装置1中，以覆盖载置台20的中央部的方式/以架设在上述中央部的方式载置于该载置台20上的基片W的温度的面内均匀性提高。如上所述，基片W的温度的面内均匀性提高的结果，有以下的效果(1)～(3)。
(1)抑制产生缺陷
在本实施方式的成膜装置1中，即使以覆盖载置台20的中央部的方式/以架设上述中央部的方式载置在该载置台20上的基片W，例如直径为6英寸而不得不以覆盖上述中央部的方式/以架设在上述中央部的方式载置的基片W，基片W的覆盖上述中央部的部分/架设在中央部的部分(以下，有时省略为基片W的中央位置部分)的温度不降低。因此，基片W的中央位置部分的热导致或热应力导致的缺陷(例如三角缺陷、基底面错位)缺陷的产生。
(2)改善低速生长的膜厚均匀性
成膜时的膜的沉积速度的温度依赖性较小，成膜时的H2气体的蚀刻速度的与温度成比例的温度依赖性较大。而且，为了形成薄膜等而低速进行成膜的情况下，成膜时的膜的沉积速度和成膜时的H2气体的蚀刻速度几乎没有差。因此，在低速进行成膜的情况下，如现有的方式当载置台、保持件的中央部的温度较低时，被处理基片的中央位置部分上的膜厚变厚。与之相对，在本实施方式中，基片W的中央位置部分的温度不降低，因此在低速成膜的情况下能够提高膜厚的面内均匀性。
(3)改善p型SiC膜的成膜时的杂质浓度均匀性
在形成掺杂铝(Al)的p型的SiC膜的情况下，被取入SiC膜的杂质的浓度在SiC基片的温度低的区域变高，在上述温度高的区域变低。在本实施方式中，基片W的中央位置部分的温度不降低，因此能够提高p型的SiC膜的成膜时的杂质浓度的面内均匀性。
另外，使用ClF3气体来除去承载件23的附着物的除去处理具有温度依赖性。此外，承载件23的温度受到与该承载件23相对的载置台20的辐射热的影响。在本实施方式的成膜装置1中，如上所述，载置台20的中央部的温度不降低，因此与载置台20的中央部相对的承载件23的中央部的温度也降低。因此，能够在面内均匀地对承载件23除去附着物。
另外，在本实施方式的成膜装置1中，如上所述保持件H的中央部的温度不降低，因此，能够减轻成膜时作用于保持件H的热应力。所以，能够防止保持件H翘曲，或者在成膜处理时原料气体的流动混乱。
此外，在本实施方式中，旋转轴部21和升降部22由碳纤维强化碳复合材料形成，因此，与由SiC或者石墨形成的情况同样，耐热性优良，对H2气体、ClF3气体具有耐性，机械强度高。此外，旋转轴部21和升降部22由碳纤维强化碳复合材料形成，杂质浓度低，所以它们在成膜时不会成为不需要的杂质来源。
而且，碳纤维强化碳复合材料与SiC相比便宜。因此，通过用碳纤维强化碳复合材料形成旋转轴部21和升降部22，能够实现成本降低。
另外，在本实施方式中，成膜装置1的旋转轴部21等的材料的熔点为1800℃以上，比使用成膜装置1的基片处理中的基片W的最高温度低。因此，在上述基片处理中没有旋转轴部21熔化的问题。
在以上的说明中，旋转轴部21以及升降部22的支承部22a和升降轴22b可以全部由碳纤维强化碳复合材料等热传导率低的材料形成。但是，并不限于该例，旋转轴部21以及支承部22a和升降轴22b的至少任一者由碳纤维强化碳复合材料等热传导率低的材料形成。
实施例
(确认试验1)
对保持件H的面内温度分布进行了确认试验。该确认试验(以下，确认试验1)中，沿保持件H的径向排列基片W，进行使用H2气体的蚀刻，根据有温度依赖性的蚀刻量与温度的关系式，计算了保持件H的温度分布。此外，旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b位于在径向上距离保持件H的边缘140～160mm的区域内。
在实施例1中，在使用图1等说明的成膜装置1中进行了使用H2气体的蚀刻。在实施例2中，在仅支承部22a由石墨形成且升降轴22b由SiC形成这一点与上述的成膜装置1不同的成膜装置中，进行了上述蚀刻。在比较例1中，在仅旋转轴部21和升降轴22b由SiC形成且支承部22a由石墨形成这一点与上述的成膜装置1不同的成膜装置中，进行了上述蚀刻。
如图3所示，在旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b由SiC形成的比较例1中，基片W中位于保持件H的中央部和周缘部之间的中间区域的部分，与基片W中位于保持件H的中央部的部分的温度差，在40℃以上。对此，在旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b由碳纤维强化碳复合材料形成的实施例1中，基片W的上述温度差在20℃以下。即使在由碳纤维强化碳复合材料形成的实施例2中，基片W的上述温度差也为30℃程度。
即，通过使旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b中至少旋转轴部21由纤维强化碳复合材料形成，能够提高基片W的温度的面内均匀性。
在基片W中，位于保持件H的周缘部的部分的温度较低是因为，在保持件的周缘部的附近设置有处理气体的导入口和排气口，所以保持件的周缘部的热被处理气体夺取。
(确认试验2)
对于抑制在基片W中的覆盖载置台20的中央部的部分/架设在中央部的部分产生缺陷，进行了确认试验。在该确认试验(确认试验2)中，如图4所示，以架设在直径300mm的保持件H的中央部的方式载置一个直径3英寸的基片W(以下，内侧基片W)，在该内侧基片W的径向外侧载置另一个直径3英寸的基片W(以下，外侧基片W)，并进行SiC膜的成膜，通过光致发光法检测出所形成的SiC膜中的基底面错位缺陷。
在实施例3中，如使用图1等所说明的那样，在旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b由碳纤维强化碳复合材料形成的成膜装置1中进行了成膜。另一方面，在比较例2中，在仅旋转轴部21和升降轴22b由SiC形成且支承部22a由石墨形成这一点与成膜装置1不同的成膜装置中，进行了成膜。此外，在实施例3和比较例2中使用同一批次的基片W。另外，以下的缺陷的数量是每一个3英寸晶片的缺陷的个数。
在比较例2中，在内侧基片W和外侧基片W中，所形成的SiC膜中的缺陷的数量没有较大的差，一共2500个左右。对此，在实施例3中，形成于外侧基片W上的SiC膜中的缺陷的数量是2700个，与比较例2相比没有改变，但是，形成于内侧基片W上SiC膜中的缺陷的数量是1600个左右，与比较例3相比大幅减少。
根据该结果可知，在本实施方式的成膜装置1中，能够抑制在基片W的中央位置部分产生缺陷。
(确认试验3)
对由碳纤维强化碳复合材料形成的旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b的耐久性进行了确认试验。在该确认试验(确认试验3)中，首先，使由碳纤维强化碳复合材料形成的未使用的旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b暴露于H2气氛。然后，在暴露的时间超过400分钟以上时，计算出旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b的质量的从未使用时起的变化量。之后，进行1小时使用ClF3气体的上述除去处理，计算出该除去处理前后的旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b的质量的变化量。此外，H2退火处理在1600℃以上的H2气体气氛下进行，除去处理在500℃以上的ClF3气体气氛下进行。
在确认试验3中，由H2退火处理导致的旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b的质量的变化量分别在﹣0.03g以下、﹣0.02g以下、﹣0.005g以下，由使用ClF3气体的除去处理导致的旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b的质量的变化量分别在﹣0.002g以下、0g、0.003g以下。根据该结果可知，由碳纤维强化碳复合材料形成的旋转轴部21、支承部22a和升降轴22b没有被高温的H2气体和ClF3气体侵蚀。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明并不限于该例子。应当了解，对于本领域技术人员而言，在权利要求的范围所记载的技术的思想的范畴内，当然能够想到各种的变更例或者修正例，它们当然也属于本发明的技术的范围。
产业上的可利用性
本发明在通过延伸生长形成SiC膜的技术中是有用的。
附图标记说明
1 成膜装置
11 处理容器
14 线圈
14a 高频电源
15 气体供给通路
20 载置台
21 旋转轴部
22 升降部
22a 支承部
22b 升降轴
23 承载件
24 隔热件
100 控制部
W SiC基片。

Claims (6)

1.一种成膜装置，其加热载置台上的被处理基片并且对该被处理基片供给处理气体，对该被处理基片进行成膜处理，所述成膜装置的特征在于，包括：
收纳部，其具有收纳所述载置台的内部空间，所述处理气体能够被供给到所述内部空间并且被感应加热；
以所述载置台可旋转的方式支承该载置台的旋转轴部；和
升降部，其为了在外部的所述被处理基片的输送装置与所述载置台之间交接所述被处理基片而使所述被处理基片升降，
所述旋转轴部和/或所述升降部由热传导率在15W/m·K以下且熔点在1800℃以上的材料形成。
2.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述材料的电阻率为10～50μΩ·m。
3.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述材料是碳纤维强化碳复合材料。
4.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述收纳部由碳化硅和/或石墨形成。
5.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述收纳部的内部空间能够通过感应加热被加热到1600℃以上。
6.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
通过所述成膜处理形成SiC膜。
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