CN114144546A - 能够适用于大直径半导体衬底的半导体衬底制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使是直径或长径相对较大的半导体衬底也能够均匀地加热表面的半导体衬底制造装置。一种半导体衬底的制造装置包括：主体容器，收纳半导体衬底；以及加热炉，具有收纳所述主体容器的加热室，其中，所述加热炉在与应配置在所述加热室内的所述半导体衬底交叉的方向上具有加热源。

Description

能够适用于大直径半导体衬底的半导体衬底制造装置
技术领域
本发明涉及一种能够适用于大直径的半导体衬底的半导体衬底制造装置。
背景技术
以往，作为在半导体衬底的加热中使用的加热炉，通常在侧壁设置加热器以包围半导体衬底的周围。
例如，在专利文献1中记载了一种SiC半导体晶片热处理装置，其具备以包围SiC衬底的周围的方式配置的多个加热器、和支撑各个所述加热器的加热器支撑部，各个所述加热器能够与位置对应的所述加热器支撑部一起一体地拆卸。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-028446号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
以往的半导体衬底的制造装置在衬底的直径或长径相对较小的情况下，能够均匀地加热衬底的表面。
但是，半导体衬底从成本及制造效率的观点出发，要求对直径或长径较大的半导体衬底进行热处理。
但是，在半导体衬底的直径或长径较大的情况下，在以往的装置中衬底的中心部分未被充分加热，从而存在不能一次性进行热处理的问题。
本发明要解决的技术问题是提供一种能够均匀地加热表面的半导体衬底的制造装置。
用于解决问题的手段
解决上述问题的本发明是一种半导体衬底的制造装置，具备：
主体容器，收纳半导体衬底；以及
加热炉，具有收纳所述主体容器的加热室，
所述加热炉在与应配置在所述加热室内的所述半导体衬底的主面交叉的方向上具有加热源。
这样，通过在与应配置在所述加热室内的所述半导体衬底的主面交叉的方向上具有加热源，能够均匀地加热半导体衬底的整个主面。
在本发明的优选方式中，所述加热源具有均匀加热所述半导体衬底的主面的均热范围。
通过采用这样的结构，能够更均匀地加热半导体衬底的整个主面。
在本发明的优选方式中，所述加热源具有发热的加热部分，
所述加热部分的面积大于或等于所述半导体衬底的面积。
通过采用这样的结构，能够更均匀地加热半导体衬底的整个主面。
在本发明的优选方式中，所述加热源具有发热的加热部分，
所述加热部分与所述半导体衬底的主面大致平行地配置。
通过采用这样的方式，能够更均匀地加热半导体衬底的整个主面。
在本发明的优选方式中，所述加热源配置在与所述主面相对的位置。
在本发明的优选方式中，所述加热源具有：
第一加热源，配置在与所述主面相对的位置；以及
第二加热源，位于与所述第一加热源相对的位置，
其中，所述主体容器设置在被所述第一加热源和所述第二加热源夹持的位置处。
通过采用这样的方式，能够更均匀地加热半导体衬底的主面。
在本发明的优选方式中，在所述加热室内的顶面侧具有所述第一加热源，在所述加热室内的底面侧具有第二加热源。
在本发明的优选方式中，所述加热炉能够进行加热，使得在与应该配置于所述加热室内的所述半导体衬底大致垂直的方向上形成温度梯度。
通过采用这样的方式，能够进行以温度梯度为驱动力的半导体衬底的生长或蚀刻。
在本发明的优选方式中，半导体衬底的制造装置用于加热直径或长径为6英寸(15.24厘米)以上的半导体衬底。
本发明的半导体衬底的制造装置适用于直径或长径较大的半导体衬底的加热。
在本发明的优选方式中，所述主体容器的至少一部分是与半导体衬底相互输送原子的收发体。
通过采用这样的结构，即使不在主体容器内另外收纳生长原料，半导体衬底的生长或蚀刻也会进行。
在本发明的优选方式中，所述主体容器由包含构成所述半导体衬底的原子物种的材料构成。
另外，在本发明的优选方式中，所述主体容器由全部含有构成所述半导体衬底的原子物种的材料构成。
在本发明的优选方式中，还具备收纳所述主体容器的、形成构成半导体衬底的原子物种的气相物种的蒸气压环境的气相物种蒸气压空间。
通过采用这样的结构，能够在保持主体容器内的环境的同时进行加热。
在本发明的优选方式中，所述主体容器的内部经由所述气相物种蒸气压空间被排气。
通过采用这样的结构，能够抑制包含构成主体容器内的半导体衬底的原子物种的气相物种被排出。
在本发明的优选方式中，具备高熔点容器，所述高熔点容器具有所述气相物种蒸气压空间并收纳所述主体容器。
在本发明的优选方式中，所述高熔点容器具有蒸气供给源，所述蒸气供给源能够向内部提供含有构成半导体衬底的原子物种的气相物种的蒸气压。
通过采用这样的结构，能够取得主体容器内的气相物种的蒸气压和主体容器外的气相物种的蒸气压的平衡，能够保持主体容器内的环境。
发明的效果
根据所公开的技术，能够对直径或长径较大的半导体衬底的主面进行均匀的加热。
附图说明
图1是示出根据实施例1的半导体衬底制造装置的图。
图2是示出根据实施例1的半导体衬底制造装置的图。
图3是从上侧观察根据实施例1制造装置时的概要图，仅表示了包围第一加热源以及半导体衬底的主面、主体容器的表面以及高熔点容器的表面的区域。
具体实施方式
以下，参照附图对根据本发明的一实施方式的半导体衬底的制造装置(以下，简称为制造装置)进行详细说明。本发明的技术范围不限于附图所示的实施方式，可以在权利要求书所记载的范围内进行适当变更。
图1示出了根据实施例1的制造装置100。
制造装置100具备收纳半导体衬底10的主体容器20，收纳主体容器20的高熔点容器30、以及加热炉40。
半导体衬底10具备主面11。另外，在本说明书中，主面是指进行半导体衬底的生长或蚀刻的面。
作为主面10，可以例示设置从(0001)面或(000-1)面0.4至8°的偏离角的表面。
作为半导体衬底10，可以例示将从使用升华法等制造的半导体晶锭切成圆盘状而成的半导体晶片、或将单晶半导体加工成薄板状而成的半导体衬底。
作为半导体衬底，优选使用能够通过气相法生长的半导体衬底。具体而言，可以例示SiC衬底。
主体容器20是具备能够相互嵌合的上容器22和下容器23的嵌合容器。在上容器22和下容器23的嵌合部形成有微小的间隙24，并且，构成为能够从该间隙24进行主体容器20内的排气(抽真空)(参照图2)。
主体容器20由包含构成半导体衬底的原子物种的材料构成。例如，在半导体衬底10为SiC衬底的情况下，作为主体容器20的材料，能够例示包含多晶SiC的材料。
在本说明书中，“构成半导体衬底的原子物种”是指成为构成半导体衬底的主骨架的原子物种，并且，不包含掺杂剂等的杂质。另外，在“包含构成半导体衬底的原子物种的材料”中，也可以包含掺杂剂等的杂质。
在本发明中，优选的是，主体容器由包含所有构成半导体衬底的原子物种的材料构成，更优选的是，由仅由构成半导体衬底的原子物种构成的材料构成。
通过加热由这样的材料构成的主体容器20，能够形成包含构成半导体衬底10的原子物种的气氛。此时，主体容器20的一部分成为与半导体衬底10相互输送原子的收发体21。另外，收发体是指包含构成半导体衬底的原子物种的材料，是通过进行加热来向半导体衬底输送原子或接收原子的材料的总称。
在实施例1中，收发体21是存在于与主面11相对的位置的主体容器20的一部分。
高熔点容器30构成为包含高熔点材料。作为高熔点材料，可以例示作为通用耐热部件的C，作为高熔点金属的W、Re、Os、Ta、Mo，作为碳化物的Ta9C8、HfC、TaC、NbC、ZrC、Ta2C、TiC、WC、MoC，作为氮化物的HfN、TaN、BN、Ta2N、ZrN、TiN，作为硼化物的HfB2、TaB2、ZrB2、NB2、TiB2，以及多晶SiC等。
根据本实施方式的主加热室41内的包含构成半导体材料的原子物种的气氛具有：能够将包含构成半导体衬底10的原子物种的气相物种的蒸气压供给到高熔点容器30内的蒸气供给源34(参照图2)。蒸气供给源34只要是在加热处理时使高熔点容器30内产生上述气相物种的蒸气压的结构(气相物种蒸气压空间)即可。例如，在半导体衬底10为SiC衬底的情况下，可以例示固体的Si(单晶Si片、Si粉末等的Si颗粒)、Si化合物。
该高熔点容器30与主体容器20一样是具备能够相互嵌合的上容器31和下容器32的嵌合容器，并且，构成为能够收纳主体容器20。在上容器31和下容器32的嵌合部处形成有微小的间隙33，并且，构成为能够从该间隙33进行高熔点容器30内的排气(抽真空)。
在本实施方式中，主体容器20配置在高熔点容器30内，所述高熔点容器30具有形成包含构成半导体衬底的原子物种的气相物种的蒸气压环境的气相物种蒸气压空间。
主体容器20经由所述气相物种蒸气压空间被排气，由此，能够抑制从主体容器20内排出包含构成半导体衬底的原子物种的气相物种。另外，在具有经由所述气相物种蒸气压空间被排气的空间的主体容器20内加热半导体衬底10，由此，取得主体容器20内的气相物种的蒸气压与主体容器20外(高熔点容器30内)的气相物种的蒸气压的平衡，从而能够保持主体容器20内的环境。
加热炉40具备：能够将被处理物(半导体衬底10等)加热至800℃以上且2500℃以下的温度的主加热室41；以及能够将被处理物预热至500℃以上的温度的预热室42。此外，具备能够将被处理物从预热室42移动到主加热室41的移动单元43(移动台)。
预热室42与主加热室41连接，并构成为能够通过移动单元43移动高熔点容器30。另外，本实施方式的预热室42构成为能够利用主加热室41的加热源44的余热进行升温。例如，在将主加热室41升温至2000℃的情况下，预热室42升温至1000℃左右，可以进行被处理物(半导体衬底10、主体容器20、高熔点容器30等)的脱气处理。
移动单元43构成为载置高熔点容器30并能够在主加热室41和预热室42内移动。由于由该移动单元43进行的在主加热室41和预热室42之间的传送最短在1分钟左右完成，因而可以实现1至1000℃/min的升温和降温。
由于能够这样进行急速升温和急速降温，因而能够观察在以往的装置中难以实现的、不具有升温中和降温中的低温生长历史的表面形状。
此外，在图1中，预热室42配置在主加热室41的左方，但不限于此，也可以配置在任意方向上。
主加热室41连接有：进行主加热室41内的排气的真空形成用阀45；将惰性气体导入到主加热室41内的惰性气体注入用阀46；以及测量主加热室内的真空度的真空计47。
真空形成用阀45与对主加热室41内进行排气来抽真空的抽真空泵连接(未图示)。通过该真空形成用阀45和抽真空泵，可以将主加热室41内的真空度调整为例如10Pa以下，更优选为1Pa以下，进一步优选为10-3Pa以下。作为抽真空泵，可以例示涡轮分子泵。
惰性气体注入用阀46与惰性气体供给源连接(未图示)。通过该惰性气体注入用阀46和惰性气体供给源，可以将惰性气体在10-5至10000Pa的范围内导入到主加热室41内。作为该惰性气体，可以选择Ar、He、N2等。
此外，惰性气体注入用阀46是能够将掺杂气体供给到主体容器20内的掺杂气体供给单元。即，通过选择掺杂气体(例如，N2等)作为惰性气体，可以在生长层12中掺杂掺杂剂来提高掺杂浓度。
加热炉40具备对主加热室41内进行加热的加热源44。
作为加热源44，在主加热室41内的顶面40a具备第一加热源44a，在主加热室内的底面40b具备第二加热源44b。
换言之，在与主面11相对的位置处具备第一加热源44a，在与第一加热源44a相对的位置处且夹着收纳主体容器20的高熔点容器30的位置处具备第二加热源44b。
另外，“第一加热源”和“第二加热源”只是为了明确加热源的不同而为了方便分开使用了名称。
第一加热源44a和第二加热源44b分别具有发热的加热部分p。
图3是从上方观察制造装置100时的仅表示第一加热源44a、以及半导体衬底10的主面、与第一加热源44a相对的主体容器20的表面、以及与第一加热源44a相对的高熔点容器30的表面的概略图。第一加热源44a的加热部分p的面积R大于或等于主面11的面积、所述主体容器20的表面的面积、以及所述高熔点容器30的面积。虽未图示，但第二加热源44b的加热部分p的面积R与第一加热源44a的加热部分p的面积R大致相同。
这样的第一加热源44a具有均热范围，以均匀地加热半导体衬底10的主面11、与第一加热源44a相对的主体容器20的表面、以及与第一加热源44a相对的高熔点容器30的表面。
另外，本说明书中的均热范围是指能够对任意的区域大致相同地进行加热的范围，只要加热处理后的任意的区域的状态相同，则即使在所述区域内的各点存在少许的温度差也是允许的。
作为允许的温度差，例如为-10至+10℃，优选为-8至+8℃，更优选为-6至+6℃，进一步优选为-4至+4℃，特别优选为-2至+2℃，最优选为-1至+1℃。
另外，加热炉40能够进行加热，以在大致垂直于主面11的方向上形成温度梯度。
通过在大致垂直于主面11的方向上形成温度梯度，以温度梯度为驱动力，半导体衬底10和收发体21相互输送原子，引起半导体衬底10的生长或蚀刻。
作为形成温度梯度的手段，例如，可列举对第一加热源44a和第二加热源44b的发热量设置差异的手段，以及将多层热反射金属板等的热反射部件配设在加热炉40内以在上述方向上形成温度梯度的手段等。
在本实施方式中，从移动单元43(移动台)与高熔点容器30的接触部释放微小的热量。即，即使在第一加热源44a和第二加热源44b中流过相同强度的电流的情况下，也形成从高熔点容器30的上部朝向下部温度变低的温度梯度。
加热源44的直径或长径优选为6英寸(约15.24厘米)以上，更优选为8英寸(约20.32厘米)以上。
另外，优选的是，加热源44具有比直径6英寸以上的半导体衬底的主面的面积大的面积，更优选的是，具有比直径8英寸以上的主面的面积大的面积。
这样构成的实施例1的制造装置100能够均匀地加热整个主面11。
因此，本发明的制造装置优选用于加热直径或长径为6英寸以上的半导体衬底，更优选用于加热直径或长径为8英寸以上的半导体衬底。
以上对根据实施例1的制造装置100进行了说明，但本发明的制造装置不限于此。
加热源只要设置在与应配置在加热室内的半导体衬底的主面交叉的方向上即可，优选设置在大致垂直方向上。
另外，优选的是，加热源的加热部分与所述半导体衬底的主面大致平行。
另外，作为加热源，更优选的是，在与所述半导体衬底的主面相对的位置处具备第一加热源，进一步优选的是，在与第一加热源相对的位置处且夹着主体容器的位置处具备第二加热源。
优选的是，加热源在顶面侧具备第一加热源，在底面侧具备第二加热源。
加热源的加热部分的面积优选的是大于或等于半导体衬底的主面的面积，更优选的是大于或等于与所述加热源相对的主体容器的表面的面积，进一步优选的是大于或等于与所述加热源相对的高熔点容器的表面的面积。
在包含第一加热源和第二加热源的方式中，优选的是，第一加热源和第二加热源中的加热部分的面积大致相同。
第一加热源也可以是具备多个分别独立的加热源的第一加热源组。在这种情况下，各个加热源设置成相对于半导体衬底的主面大致平行，且位于与所述主面相对的同一平面上。
第一加热源组中的所述加热部分的面积是将构成第一加热源组的各第一加热源的加热部分的面积相加的总面积。
第二加热源也可以同样设为第二加热源组。
另外，加热源优选具有均匀地加热半导体衬底的主面的均热范围，更优选具有均匀地加热与所述加热源相对的主体容器的表面的均热范围，进一步优选具有均匀地加热与所述加热源相对的高熔点容器的表面的均热范围。
例如可以通过观察由制造装置加热处理后的半导体衬底的面方向上的蚀刻量或生长量来推测加热源是否具有上述的均热范围。
在实施例1中，例示了主体容器20由包含构成半导体衬底10的原子物种的材料构成的方式，但本发明不限于此，只要在主体容器内存在与半导体衬底相互输送原子的收发体即可。
例如，也可以是主体容器具备保持部的方式，所述保持部保持成为与半导体衬底相互输送原子的收发体的材料。
另外，本发明的制造装置优选采用将半导体衬底配置在准封闭空间内的结构。
另外，本说明书中的准封闭空间是指，能够进行容器内的抽真空，但能够将在容器内产生的上述物质的至少一部分封闭的空间。
通过设为准封闭空间，可以抑制半导体衬底和主体容器的意外反应。
附图标记说明
10 半导体衬底
11 主面
20 主体容器
21 收发体
22 上容器
23 下容器
24 间隙
30 高熔点容器
31 上容器
32 下容器
33 间隙
34 蒸气供给源
40 加热炉
40a 顶面
40b 底面
40c 侧壁面
41 主加热室
42 预热室
43 移动单元
44a 第一加热源
44b 第二加热源
45 真空形成用阀
46 惰性气体注入用阀
47 真空计
100 半导体衬底的制造装置
p 加热部分
R 加热部分的面积

Claims (16)

1.一种半导体衬底的制造装置，具备：
主体容器，收纳半导体衬底；以及
加热炉，具有收纳所述主体容器的加热室，
其中，所述加热炉在与应配置在所述加热室内的所述半导体衬底的主面交叉的方向上具有加热源。
2.根据权利要求1所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述加热源具有均匀加热所述半导体衬底的主面的均热范围。
3.根据权利要求1或2所述的半导体衬底的制造装置，其中，
所述加热源具有发热的加热部分，
所述加热部分的面积大于或等于所述半导体衬底的面积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体衬底的制造装置，其中，
所述加热源具有发热的加热部分，
所述加热部分与所述半导体衬底的主面大致平行地配置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述加热源配置在与所述主面相对的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述加热源具有：
第一加热源，配置在与所述主面相对的位置；以及
第二加热源，位于与所述第一加热源相对的位置，
其中，所述主体容器设置在被所述第一加热源和所述第二加热源夹持的位置处。
7.根据权利要求6所述的半导体衬底的制造装置，其中，在所述加热室内的顶面侧具有所述第一加热源，在所述加热室内的底面侧具有第二加热源。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述加热炉能够进行加热，使得在与应该配置于所述加热室内的所述半导体衬底大致垂直的方向上形成温度梯度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体衬底的制造装置，其中，其用于加热直径或长径为6英寸以上的半导体衬底。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述主体容器的至少一部分是与半导体衬底相互输送原子的收发体。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述主体容器由包含构成所述半导体衬底的原子物种的材料构成。
12.根据权利要求11所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述主体容器由包含所有构成所述半导体衬底的原子物种的材料构成。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的半导体衬底的制造装置，其中，还具备收纳所述主体容器的、形成构成半导体衬底的原子物种的气相物种的蒸气压环境的气相物种蒸气压空间。
14.根据权利要求13所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述主体容器的内部经由所述气相物种蒸气压空间被排气。
15.根据权利要求13或14所述的半导体衬底的制造装置，其中，具备高熔点容器，所述高熔点容器具有所述气相物种蒸气压空间并收纳所述主体容器。
16.根据权利要求15所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述高熔点容器具有蒸气供给源，所述蒸气供给源能够向内部提供包含构成半导体衬底的原子物种的气相物种的蒸气压。
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