CN114144644A - 温度分布评价方法、温度分布评价装置以及均热范围的评价方法 - Google Patents

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CN114144644A CN202080030893.8A CN202080030893A CN114144644A CN 114144644 A CN114144644 A CN 114144644A CN 202080030893 A CN202080030893 A CN 202080030893A CN 114144644 A CN114144644 A CN 114144644A
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Abstract

本发明的目的是提供一种新颖的温度分布评价方法、温度分布评价装置以及均热范围的评价方法，所述温度分布评价方法对加热装置(40)所具备的加热区域(40A)的温度分布进行评价，其中，在所述加热区域(40A)中对半导体衬底(10)和用于与该半导体衬底(10)相互输送原料的收发体(20)进行加热，基于所述半导体衬底(10)的衬底厚度变化量(A)评价所述加热区域(40A)的温度分布。由此，可以实现由于热电偶的材料限制而难以实现的1600至2200℃等的高温度区域的温度分布评价。

Description

温度分布评价方法、温度分布评价装置以及均热范围的评价 方法
技术领域
本发明涉及温度分布评价方法、温度分布评价装置以及均热范围的评价方法。
背景技术
半导体器件制造的成品率改善是在半导体工艺中通过加热环境中的温度管理来实现的。温度管理例如在晶体生长过程、杂质导入过程、退火过程、蚀刻过程等中很重要。
例如，SiC(碳化硅)材料有望作为具有比Si(硅)材料等更高的介电击穿电场强度和热导率的合适的功率器件材料。然而，SiC材料由于其热稳定性而需要在比Si材料等更高的温度范围内进行加热。不限于SiC材料，具有比Si材料更高熔点的半导体材料与常规的Si半导体工艺相比有时难以进行温度管理。
在专利文献1中记载了提供一种加热炉温度评价夹具，其通过在SiC衬底处形成凹部，在该凹部处配置热电偶并使用具有耐热粘接部件的填充部件来将其固定，从而能够测量1600℃至1800℃的温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-8821号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在使用专利文献1中记载的加热炉温度评价夹具的情况下，需要从加热区域外对热电偶导线束进行布线。因此，存在的问题是，由于温度从布线部位逸出而难以评价加热区域的温度分布。此外，由于热电偶的材质限制，难以评价1600～2200℃等的高温度区域内的温度分布。
本发明所要解决的技术问题是提供一种新颖的温度分布评价方法、温度分布评价装置以及均热范围的评价方法。
用于解决问题的手段
解决上述问题的本发明是一种温度分布评价方法，对加热装置所具备的加热区域的温度分布进行评价，其中，在所述加热区域中对半导体衬底和与该半导体衬底相互输送原料的收发体进行加热，基于所述半导体衬底的衬底厚度变化量评价所述加热区域的温度分布。
这样，通过基于半导体衬底的衬底厚度变化量来评价加热区域的温度分布，可以不进行布线而在比热电偶高的温度区域内进行温度分布评价。
在本发明的优选方式中，将所述半导体衬底和所述收发体相对配置，并且进行加热使得在所述半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度。
此外，在本发明的优选方式中，所述衬底厚度变化量是以在所述加热区域内形成的温度梯度为驱动力而变化的量。
这样，通过将温度梯度用作衬底厚度变化量的驱动力，可以高精度地评价加热区域的温度分布。
在本发明的优选方式中，包括：测量点设定步骤，在所述加热区域内设定多个测量点；衬底配置步骤，将所述半导体衬底和所述收发体配置在与所述测量点对应的位置；变化量测量步骤，测量与所述测量点对应的所述半导体衬底的所述衬底厚度变化量；以及变化量比较步骤，将多个所述衬底厚度变化量进行比较。
在本发明的优选方式中，所述测量点设定步骤在所述加热区域的水平方向上设定多个所述测量点。
通过在这样的方向上设定测量点，可以测量加热区域的水平方向的温度分布。
在本发明的优选方式中，所述测量点设定步骤在所述加热区域的高度方向上设定多个所述测量点。
通过在这样的方向上设定测量点，可以测量加热区域的高度方向的温度分布。
在本发明的优选方式中，所述衬底配置步骤沿着所述测量点配置多个所述半导体衬底。
这样，通过沿着测量点配置多个半导体衬底，可以将半导体衬底配置在温度分布测量所需的部位处。即，无需使用覆盖整个加热区域的面积的半导体衬底。
在本发明的优选方式中，所述衬底厚度变化量是蚀刻量或生长量。
这样，可以基于蚀刻量和生长量来进行温度分布评价。因此，可以适当选择容易测量的变化量来评价温度分布。
在本发明的优选方式中，所述半导体衬底和所述收发体选自SiC、GaN和AlN中的任意材料。
通过选择这种材料的半导体衬底和收发体，可以测量热电偶难以测量的温度区域的温度分布。此外，通过根据想要测量的温度区域选择最佳的半导体材料，可以更高精度地评价温度分布。
本发明还涉及一种温度分布评价装置，包括：温度分布评价单元，配置在加热装置具有的加热区域内，其中，所述温度分布评价单元具有：半导体衬底；以及收发体，通过与所述半导体衬底相对并加热而相互输送原料。
通过使用这种温度分布评价装置，可以不进行布线而在比热电偶高的温度区域内进行温度分布评价。
在本发明的优选方式中，所述温度分布评价单元具有：设置用具，将所述半导体衬底和所述收发体相对设置。
这样，通过具有将半导体衬底和收发体相对设置的设置用具，可以高精度地调整半导体衬底和收发体之间的距离等。
在本发明的优选方式中，具备多个所述温度分布评价单元。
这样，通过具备多个温度分布评价单元，无需使用覆盖整个加热区域的面积的半导体衬底。
在本发明的优选方式中，所述设置用具设置有：第一抵接面，与所述半导体衬底抵接；以及第二抵接面，与所述收发体抵接。
这样，通过具有与半导体衬底和收发体抵接的抵接面，可以在半导体衬底和收发体之间形成准封闭空间，并且可以更高精度地进行温度分布评价。
在本发明的优选方式中，具有：定位单元，定位所述半导体衬底和/或所述收发体。
这样，通过设置半导体衬底的定位单元，可以抑制半导体衬底或收发体的意外偏离。
在本发明的优选方式中，所述定位单元是沿着所述半导体衬底和/或所述收发体的边缘设置的框部。
这样，通过设置框部，可以容易进行定位。
在本发明的优选方式中，还包括：收纳容器，收纳所述温度分布评价单元，所述收纳容器在加热时在容器内形成包含构成所述半导体衬底的元素的气氛。
这样，通过具备收纳温度分布评价单元的收纳容器，可以抑制原料从准封闭空间被排气。
在本发明的优选方式中，还包括：收纳容器，收纳所述半导体衬底，其中，所述收纳容器的一部分由所述收发体构成。
这样，通过由收发体构成收纳容器的一部分，可以在形成准封闭空间的同时进行与半导体衬底的原子迁移。
在本发明的优选方式中，所述半导体衬底和所述收发体选自SiC、GaN和AlN中的任意材料。
此外，本发明还涉及均热范围的评价方法。即，本发明一方式的均热范围的评价方法在加热装置的加热区域中，在所述加热区域的多个测量点对半导体衬底和与该半导体衬底相互输送原料的收发体进行加热，基于所述半导体衬底的衬底厚度变化量评价所述加热区域的均热范围。
在本发明的优选方式中，将所述半导体衬底和所述收发体相对配置，并且进行加热使得在所述半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度。
在本发明的优选方式中，包括：测量点设定步骤，在所述加热区域内设定多个测量点；衬底配置步骤，将所述半导体衬底和所述收发体配置在与所述测量点对应的位置；加热步骤，通过在所述加热区域中加热所述半导体衬底和所述收发体来使所述半导体衬底的衬底厚度变化；变化量测量步骤，测量与所述测量点对应的所述半导体衬底的衬底厚度变化量；以及变化量比较步骤，将多个所述测量点处的衬底厚度变化量进行比较。
在本发明的优选方式中，所述半导体衬底和所述收发体的加热温度是1600℃以上。
在本发明的优选方式中，所述半导体衬底和所述收发体的加热温度是1800℃以上。
发明的效果
根据所公开的技术，可以提供一种新颖的温度分布评价方法、温度分布评价装置以及均热范围的评价方法。
其他所要解决的技术问题、特征和优点将通过阅读以下记载的具体实施方式并结合附图和权利要求而变得显而易见。
附图说明
图1是说明根据本发明的温度分布评价方法的温度分布评价步骤的示意图。
图2是说明根据本发明的温度分布评价方法的测量点设定步骤的示意图。
图3是说明根据本发明的温度分布评价方法的从衬底配置步骤到变化量比较步骤的示意图。
图4是根据实施方式1的温度分布测量装置的说明图。
图5是根据实施方式1的温度分布测量装置的说明图。
图6是根据实施方式1的温度分布测量装置的说明图。
图7是根据实施方式2的温度分布测量装置的说明图。
图8是示出参考例中的衬底厚度变化速度时的输送源和输送目的地的距离依赖性的曲线图。
图9是示出实施例中的衬底厚度变化速度的位置依赖性的曲线图等。
具体实施方式
以下，使用附图对图示的本发明的优选实施方式进行详细说明。
本发明的技术范围不限于附图所示的实施方式，能够在权利要求书所记载的范围内进行适当改变。
《温度分布评价方法》
本发明是对加热装置40所具备的加热区域40A的温度分布进行评价的温度分布评价方法，具有：温度分布评价步骤S1，在加热区域40A中对半导体衬底10和与该半导体衬底10相互输送原料的收发体20进行加热，并基于半导体衬底10的衬底厚度变化量A评价加热区域40A的温度分布。
具体地，如图1所示，温度分布评价步骤S1包括：测量点设定步骤S10，在加热区域40A内设定多个测量点P；衬底配置步骤S20，将半导体衬底10和收发体20配置在与测量点P对应的位置；加热步骤S30，通过在加热区域40A中加热半导体衬底10和收发体20来使衬底厚度T变化；变化量测量步骤S40，测量与测量点P对应的半导体衬底10的衬底厚度变化量A；以及变化量比较步骤S50，将多个测量点P处的衬底厚度变化量A进行比较。
以下，参照图2和图3对温度分布评价步骤S1进行详细说明。
<测量点设定步骤S10>
测量点设定步骤S10是在加热区域40A内设定多个测量点P的步骤。
首先，对本发明的温度分布的测量对象即加热装置40进行说明。
图2是根据本发明的温度分布评价方法的测量对象即加热装置40的一例。另外，只要是具有以加热热处理对象为目的的加热区域40A的装置，就可以成为本发明的测量对象。
加热装置40具有：加热室41，形成有对热处理对象进行加热的加热区域40A；载物台42，能够将热处理对象设置在加热区域40A内；加热器43，形成加热区域40A；真空形成阀44，进行加热室41内的排气；以及惰性气体注入用阀45，将惰性气体导入到加热室41内。
该加热装置40构成为可以在1000℃至2300℃的温度区域内加热热处理对象。此外，构成为可以在优选1600℃以上、更优选1800℃以上、进一步优选2000℃以上的温度范围内加热热处理对象。
在热处理时的加热室41(加热区域40A)内形成有温度梯度。该温度梯度例如通过从载物台42和加热室41之间的接触部释放微小热量而形成。在这种情况下，可以将温度梯度设置成使温度从加热室41的上方向下方下降来加热热处理对象。
此外，也可以采用通过加热器43形成温度梯度的结构，例如，加热器43也可以构成为在上侧配置多个加热器。此外，加热器43也可以构成为随着朝向上侧而宽度变大。或者，加热器43也可以构成为随着朝向上侧而增大所供给的电力。
而且，也可以将温度梯度设置成使温度从下方朝向上方下降。
测量点P可以设定在加热区域40A内的任意位置。
图2中的(a)示出了在加热区域40A的水平方向上设定了多个测量点P的情况下的侧视图。图2中的(b)示出了在加热区域40A的水平方向上设定了多个测量点P的情况下的俯视图。
此外，当然也能够在加热区域40A的高度方向上设置多个测量点P。
<衬底配置步骤S20>
衬底配置步骤S20是沿着在测量点设定步骤S10中所设定的多个测量点P配置半导体衬底10和收发体20的步骤。
图3示出了沿着图2的测量点P1和测量点P2配置了半导体衬底10和收发体20的状况。具体地，半导体衬底10和收发体20配置成沿着多个测量点P排列的方向排列，并且配置成使多个测量点P和半导体衬底10的衬底厚度变化的表面大致平行即可。因此，测量点P也可以位于半导体衬底10的表面上，或者测量点P也可以位于距半导体衬底10的表面一定距离的部位处。
半导体衬底10可以使用从通过升华法等制造的晶锭切成圆盘状而形成的半导体晶片、或将单晶加工成薄板状而获得的单晶衬底。另外，作为单晶的晶体多晶型，可以采用任何多晶型。
此外，作为半导体衬底10的材料，可以例示SiC衬底、GaN衬底和AlN衬底。
收发体20由在加热时与半导体衬底10相互输送原料的材料构成，并且，优选的是由与半导体衬底10相同的材料构成。例如，在半导体衬底10由单晶SiC构成的情况下，收发体20由单晶SiC或多晶SiC构成。即，也可以采用半导体衬底10作为收发体20。
在图3中示出了针对加热装置40形成的温度梯度在低温侧配置半导体衬底10并在高温侧配置收发体20来使半导体衬底10生长的形式，但也可以相反地配置。即，也可以采用针对加热装置40形成的温度梯度在高温侧配置半导体衬底10并在低温侧配置收发体20来蚀刻半导体衬底10的形式。
此外，优选的是，半导体衬底10和收发体20配置在形成准封闭空间的收纳容器30内。另外，本说明书中的“准封闭空间”是指虽然能够进行容器内的抽真空，但能够封住在容器内产生的蒸气的至少一部分的空间。
通过在这种准封闭空间中进行原料(原子)的接收或迁移，可以抑制原料被排气，并更准确地测量衬底厚度变化量A。即，优选的是，收纳容器30在加热时在容器内形成包含构成半导体衬底10的元素的气氛。
优选的是，收纳容器30由具有等于或高于半导体衬底10的材料的熔点的高熔点材料构成。具体地，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，或者与半导体衬底10相同的材料即SiC、GaN、AIN等。
在收纳容器30由与半导体衬底10相同的材料构成的情况下，可以在加热时在容器内形成构成半导体衬底10的元素的气氛。此外，也可以在收纳容器30内配置用于供给与半导体衬底10相同元素的蒸气的蒸气源。
此外，可以根据加热装置40的结构来选择是否使用收纳容器30。即，在加热装置40的加热区域40A为能够形成准封闭空间的结构的情况下，不使用收纳容器30而配置半导体衬底10和收发体20即可。另一方面，在加热装置40的加热区域40A是开放系统的情况下，优选的是使用收纳容器30。
<加热步骤S30>
如图3所示，加热步骤S30是加热成使得在衬底配置步骤S20中所配置的半导体衬底10和收发体20之间形成温度梯度的步骤。这样，通过在半导体衬底10和收发体20之间设置温度梯度并进行加热，以温度梯度为驱动力进行原子输送，并进行半导体衬底10的蚀刻或生长。
此时，在温度根据测量点P而不同的情况下，进行半导体衬底10的生长或蚀刻，以反映各测量点P的温度。即，若是加热区域40A内的高温部分，则半导体衬底10和收发体20的蚀刻量E和生长量G变大，而在加热区域40A的低温部分，蚀刻量E和生长量G变小。
在图3中，作为高温部分的测量点P1的蚀刻量E1和生长量G1变大，并且，作为低温部分的测量点P2的蚀刻量E2和生长量G2变小。
<变化量测定步骤S40>
变化量测量步骤S40是测量在加热步骤S30中变化的半导体衬底10的衬底厚度变化量A的步骤。该衬底厚度变化量A可以从加热步骤S30之前的衬底厚度和加热步骤S30之后的衬底厚度求出。另外，该衬底厚度变化量A包括蚀刻量E和生长量G。
作为测量手段，可以没有特别限制地采用包括电子显微镜、激光显微镜和探针显微镜等的测量方法。例如，通过在加热步骤S30之后的半导体衬底10的测量点P处断裂，并使用电子显微镜观察该断裂面，可以测量测量点P处的生长量G。
此外，可以预先在半导体衬底10上形成在电子显微镜像中对比度不同的生长层，基于在加热步骤S30之后观察到的生长层的量来测量蚀刻量E和生长量G。
<变化量比较步骤S50>
变化量比较步骤S50是针对各测量点P比较在变化量测量步骤S40中所测量的各测量点P处的衬底厚度变化量A的步骤。例如，在比较图3中的测量点P1和测量点P2的衬底厚度变化量A(生长量G)时，测量点P1的生长量G1比测量点P2的生长量G2大。另外，在使用半导体衬底10作为收发体20来比较衬底厚度变化量A(蚀刻量E)时，测量点P1的蚀刻量E1比测量点P2的蚀刻量E2小。
由上可知，在加热区域40A中的测量点P1和测量点P2处的温度不同。此外，可知测量点P2与测量点P1相比温度低。
另一方面，可知，根据测量点P，若衬底厚度变化量A(蚀刻量E和/或生长量G)大致相同，则在这些测量点P处是相同的加热环境。
即，根据本发明的温度分布测量方法，通过对加热装置40的加热区域40A，测量在测量点P处的衬底厚度变化量A，从而可以掌握在1600℃以上或1800℃以上的高温环境下的加热区域40A的均热范围。由此，可以有助于半导体制造工艺中的温度管理，并对半导体器件制造的成品率改善做出贡献。
《温度分布评价装置》
接下来，参照实施方式1和实施方式2对进行上述温度分布评价的温度评价装置的形式进行详细说明。
<实施方式1>
以下，对根据本发明的实施方式1的温度分布评价装置进行详细说明。另外，在该实施方式中，对于与前述的温度分布评价方法中所示的结构基本相同的结构要素，标注相同的附图标记并简化其说明。
根据实施方式1的温度分布评价装置包括配置在加热装置40的加热区域40A的温度分布评价单元U。如图4所示，该温度分布评价单元U具有：半导体衬底10；收发体20，通过与该半导体衬底10相对并加热而相互输送原料；以及设置用具50，使半导体衬底10和收发体20相对设置。
此外，在加热装置40的加热区域40A不是准封闭空间的情况下，还包括收纳温度分布评价单元U的收纳容器30。
收纳容器30是包括能够相互嵌合的上容器31和下容器32的嵌合容器。在上容器31和下容器32的嵌合部处形成有微小的间隙33，使得能够进行收纳容器30内的排气(抽真空)。由此，构成为能够在收纳容器30内形成准封闭空间。
此外，收纳容器30构成为能够形成在加热时能够形成包含Si蒸气的气氛的材料环境。例如，采用高熔点材料即TaC制成的上容器31和下容器32，并且采用在该容器的内侧形成硅化钽层的结构。通过这样的构成，在加热时从硅化钽层产生Si蒸气，并且可以使收纳容器30内成为Si蒸气压空间。此外，也可以采用在加热时供给Si蒸气和C蒸气的多晶SiC制的收纳容器30。
在本实施方式中，使半导体衬底10和收发体20采用单晶SiC衬底来进行详细说明，但也可以根据想要测量的温度区域采用AlN衬底或GaN衬底。
作为半导体衬底10和收发体20，可以例示从通过升华法等制造的晶锭切成圆盘状而获得的SiC晶片、或将SiC单晶加工成薄板状而获得的SiC衬底。另外，作为SiC单晶的晶体多晶型，可以采用任何多晶型。
此外，可以例示单晶衬底或多晶衬底。此外，该单晶衬底也可以在其表面处具有外延生长层。此外，该外延生长层也可以是与单晶衬底的材料不同的材料。
设置用具50具有：支撑部51，在半导体衬底10和收发体20之间形成间隙H51；第一抵接面52，与半导体衬底10抵接；第二抵接面53，与收发体20抵接；以及框部54(定位单元)，沿着半导体衬底10和收发体20的边缘设置。
支撑部51形成的间隙H51优选为100mm以下，更优选为50mm以下，更优选为20mm以下，更优选为10mm以下，进一步优选为7mm以下，进一步优选为5mm以下，进一步优选为3.5mm以下，进一步优选为3mm以下，进一步优选为2.7mm以下。设置用具间隙H201优选为0.7mm以上，更优选为1.0mm以上，更优选为1.2mm以上，进一步优选为1.5mm以上，进一步优选为1.7mm以上。该间隙H51是衬底间距离，是与后述的原料输送相关的输送源和输送目的地之间的距离。
第一抵接面52和第二抵接面53形成为能够与半导体衬底10和收发体20的外缘部抵接，并且设定为在间隙H51中形成准封闭空间的尺寸。因此，该第一抵接面52和第二抵接面53构成为在内侧设置有贯通孔。
框部54沿着半导体衬底10和/或收发体20的边缘(外形)设置，是抑制半导体衬底10或收发体20从第一抵接面和第二抵接面偏移的定位单元。在图4中示出了在设置用具50的整个周围部分处设置了框部54的示例，但是也可以在一部分处设置凸部来形成定位单元。此外，也可以采用在设置用具50的一面处形成定位单元的形式。
此外，框部54的高度54H优选是半导体衬底10或收发体20的厚度以下。这样，通过将高度54H设定为半导体衬底10或收发体20的厚度以下，可以与配置在设置用具50下方的半导体衬底10或收发体20紧密接触。
另外，设置用具50的长度可以例示4.0mm，宽度可以例示8.0mm。设置用具50中的贯通孔的宽度例如是2.0mm。
优选的是，设置用具50的材料具有与半导体衬底10和收发体20相同的结构元素。
接下来，参照图5和图6对使用根据实施方式1的温度分布测量装置测量温度分布的步骤进行详细说明。
实施方式1中的温度分布评价方法包括：测量点设定步骤S10(未图示)，在加热区域40A中设定多个测量点P；衬底配置步骤S20，将由两个半导体衬底10和使半导体衬底10相对设置的设置用具50构成的温度分布评价单元U配置在与测量点P对应的位置；加热步骤S30，在衬底配置步骤S20之后加热温度分布评价单元U；变化量测量步骤S40，在加热步骤S30之后测量半导体衬底10的衬底厚度变化量A(蚀刻量E和/或生长量G)；以及变化量比较步骤S50，比较多个测量点P处的衬底厚度变化量A。
如图6所示，根据实施方式1的测量点设置步骤S10在加热区域40A的水平方向D1上设定多个测量点P。此外，该测量点P既可以设定成在加热区域40A中沿垂直方向D2排列，也可以设定成沿水平方向D1和/或垂直方向D2排列。
根据实施方式1的加热步骤S30可以理解为包括：原料输送步骤，将原料从一个半导体衬底10输送到另一个半导体衬底10。
如图5所示，在实施方式1中，当温度分布评价单元U被加热时，升华气体从半导体衬底10被输送到原料输送空间Y。另外，本说明书中的升华气体与原料是同义的。
升华气体的产生和输送可以理解为通过以下所示的1)至5)的持续而进行。
1)SiC(s)→Si(v)+C(s)
2)2C(s)+Si(v)→SiC2(v)
3)C(s)+2Si(v)→Si2C(v)
4)Si(v)+SiC2(v)→2SiC(s)
5)Si2C(v)→Si(v)+SiC(s)
1)的说明：通过对一个半导体衬底10(SiC(s))进行加热，Si原子(Si(v))优先脱离(Si原子升华步骤)。
2)和3)的说明：由于Si原子(Si(v))脱离而残留在半导体衬底10表面处的C(C(s))通过与原料输送空间Y内的Si蒸气(Si(v))反应，成为Si2C或SiC2等而在原料输送空间Y内升华(C原子升华步骤)。
4)和5)的说明：所升华的Si2C或SiC2等由于温度梯度而到达/扩散到另一个半导体衬底10表面的平台，并到达台阶，从而延续半导体衬底10的表面的多晶型而使生长层生长/形成(台阶流动生长)。
加热步骤包括：Si原子升华步骤，使Si原子从半导体衬底10热升华；以及C原子升华步骤，使残留在半导体衬底10处的C原子与原料输送空间Y内的Si原子键合来升华。
加热步骤包括：蚀刻步骤，基于Si原子升华步骤和C原子升华步骤对作为原料输送源的半导体衬底表面进行蚀刻。
此外，原料输送步骤包括：外延生长层形成步骤，在作为原料输送目的地的半导体衬底表面处，基于上述台阶流动生长而形成外延生长层。
加热步骤可以理解为，在原料输送空间Y中扩散的Si2C或SiC2等在输送目的地过饱和而凝结。实施方式1中的生长层形成可以理解为基于物理气相输送(PhysicalVaporTransport)。
实施方式1中的原料输送的驱动力例如可以理解为是由在温度分布评价单元U内所形成的温度梯度引起的半导体衬底10之间的温度差。
可以理解为，由相对的两个半导体衬底表面的晶体结构引起的化学势差也是原料输送的驱动力。例如，可以理解为，在包括相对的单晶衬底表面和多晶衬底表面的温度分布评价单元U中，由衬底表面的晶体结构引起的蒸气压差可以成为原料输送的驱动力。
变化量测量步骤S40测量半导体衬底10的衬底厚度变化量A(蚀刻量E和/或生长量G)。此时，衬底厚度变化量A通过截面观察或表面观察的凹凸形状的取得等来测量。也可以与同一半导体衬底10的表面上的不同点分别对应。特别是，在本实施方式中，由于抑制了半导体衬底10和设置用具50抵接的部位的衬底厚度变化，因而可以使用激光显微镜等来容易地测量衬底厚度变化量A。
实施方式1中的变化量比较步骤S50基于通过变化量测量步骤S40所获得的衬底厚度变化量A评价加热区域40A中的温度分布。
实施方式1中的评价步骤例如基于衬底厚度变化量A、与半导体衬底10的表面对应的分压差、面密度、脱离系数、升华气体的分子量和气体常数，评价加热区域40A中的温度分布。该分压差是基于与半导体衬底10的表面分别对应的蒸气压和温度差来决定的。
根据本实施方式的温度分布评价装置，通过使用设置用具50来使半导体衬底10和收发体20相对，可以容易地测量蚀刻量E和生长量G。即，在与半导体衬底10(或收发体20)和设置用具50抵接的第一抵接面52(或第二抵接面53)中，抑制了蚀刻或生长。因此，在加热步骤S30之后的表面处形成与生长量G或蚀刻量E对应的台阶。通过测量该台阶的高度，可以容易地获得衬底厚度变化量A。
此外，根据本实施方式的温度分布评价装置，通过在加热区域40A内配置多个温度分布评价单元U，可以以少的半导体衬底10的面积获得设定在加热区域40A中的测量点P的衬底厚度变化量A。
<实施方式2>
以下，对根据本发明的实施方式2的温度分布评价装置进行详细说明。另外，在该实施方式中，对于与前述的温度分布评价方法和实施方式1中所示的结构基本相同的结构要素，标注相同的附图标记并简化其说明。
根据实施方式2的温度分布评价装置包括半导体衬底10和收纳该半导体衬底10的收纳容器30。在该收纳容器30中，容器的至少一部分由收发体20构成。
半导体衬底10被设定为跨越设定在加热区域40A中的多个测量点P的面积。例如，可以例示2英寸(约5.08厘米)以上、4英寸(约10.16厘米)以上、6英寸(约15.24厘米)以上、8英寸(约20.32厘米)以上的晶片。
收纳容器30例如由多晶SiC构成。这样，收纳容器30本身可以由与半导体衬底10相互输送原料的收发体20构成。
此外，在与实施方式1同样地采用使用设置用具50来使半导体衬底10彼此相对的结构的情况下，收纳容器30的材料可以采用上述的高熔点材料。
此外，虽然未图示，但是也可以在收纳容器30的外侧进一步配置容器。
根据实施方式2的温度分布评价装置，通过采用跨越多个测定点P的面积的半导体衬底10，可以在更大的范围内评价加热区域40A的温度分布。特别是，由于可以掌握加热区域40A中的均热范围的阈值，因而可以有助于半导体制造工艺中的温度管理，并对半导体器件制造的成品率改善做出贡献。
《参考例》
如图8所示，衬底厚度变化速度R1具有输送源和输送目的地的距离依赖性。
在图8中的原料输送中，输送源和输送目的地分别成为半导体衬底10和收纳容器30。收纳容器30的材料是SiC多晶。此时，通过在半导体衬底10的一端插入间隔件来赋予倾斜，掌握输送源和输送目的地的距离依赖性。可以理解为，当输送源和输送目的地的距离是1.7至2.7mm的范围时，衬底厚度变化速度R1增加。
《实施例》
通过以下方法尝试了温度分布评价(实施例)。另外，以下说明实施例的条件。
<测量点设定步骤S10>
在测量点设定步骤S10中，针对直径15cm的加热区域40A设定了测量点P1至P7。具体地，测量点P1设定在距加热区域40A的大致中心-7.5cm的位置处，测量点P2设定在距加热区域40A的大致中心-5.0cm的位置处，测量点P3设定在距加热区域40A的大致中心-2.5cm的位置处，测量点P4设定在距加热区域40A的大致中心0.0cm的位置处，测量点P5设定在距加热区域40A的大致中心2.5cm的位置处，测量点P6设定在距加热区域40A的大致中心5.0cm的位置处，测量点P7设定在距加热区域40A的大致中心7.5cm的位置处。
另外，该测量点P1至P7呈一直条线排列。
<衬底配置步骤S20>
在衬底配置步骤S20中，将通过设置用具50使以下的半导体衬底10相对的温度分布评价单元U配置在与测量点P1至P7对应的位置。另外，将温度分布评价单元U收纳在收纳容器30内。
[半导体衬底10]
衬底材料：4H-SiC单晶
衬底尺寸：12mm(横宽)、4mm(纵宽)、0.3mm(厚度)
偏离方向和偏离角：<11-20>方向偏离4°
[设置用具50]
部件材料：SiC多晶
部件尺寸：0.3mm(设置用具间隙)、0.2mm(设置用具框宽)、8mm×3mm(设置用具框长)
[收纳容器30]
容器材料：TaC
硅化钽层：
容器尺寸：160mm(直径)、60mm(高度)
<加热步骤S30>
在以下的加热条件下对在上述衬底配置步骤S20的条件下配置的半导体衬底10进行了加热。
[加热条件]
加热温度：1800℃
温度梯度：1℃/mm
加热事件：1h
<变化量测量步骤S40>
图9示出了测量测量点P1至P7处的衬底厚度变化量A并将其转换为衬底厚度变化速度R1的说明图。使用激光显微镜测量了该衬底厚度变化量A。另外，配置在高温侧的半导体衬底10的蚀刻量E和配置在低温侧的半导体衬底10的生长量G是大致相同的值。
<变化量比较步骤S50>
如图9所示，加热后在温度评价器1中所测量的衬底厚度变化速度R1依赖于距加热区域40A的大致中央部的距离。此外，从图9可知，在加热区域40A中，测量点P3至测量点P5的范围可以评价为是均热区域。此外，即使在测量点P2至测量点P6的范围内，也可以将其评价为是不会对半导体制造工艺产生不利影响的温度范围。
另外，可以理解为，本实施例中的衬底厚度变化速度R1的位置依赖性是例如由通过支撑收纳容器30的支柱与收纳容器30的接触点的热流的产生引起的加热区域40A的大致端部处的温度下降。
根据本发明，可以在保持收纳容器内的准封闭空间的同时，适当地评价加热区域中的温度分布。由此，可以实现由不透过红外线等的材料密封的区域中的温度分布评价。
此外，根据本发明，在半导体衬底间距离相同的空间中进行以衬底表面间的分压差为驱动力的原料输送。由此，可以抑制蚀刻速度和外延生长层的生长速度的面内偏差，并适当地进行基于衬底厚度变化量的温度分布评价。
附图标记说明
10 半导体衬底
20 收发体
30 收纳容器
40 加热装置
40A 加热区域
50 设置用具
D1 水平方向
D2 垂直方向

Claims (23)

1.一种温度分布评价方法，对加热装置所具备的加热区域的温度分布进行评价，其中，在所述加热区域中对半导体衬底和与该半导体衬底相互输送原料的收发体进行加热，基于所述半导体衬底的衬底厚度变化量评价所述加热区域的温度分布。
2.根据权利要求1所述的温度分布评价方法，其中，将所述半导体衬底和所述收发体相对配置，并且进行加热使得在所述半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度。
3.根据权利要求1或2所述的温度分布评价方法，其中，所述衬底厚度变化量是以在所述加热区域内形成的温度梯度为驱动力而变化的量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的温度分布评价方法，包括：
测量点设定步骤，在所述加热区域内设定多个测量点；
衬底配置步骤，将所述半导体衬底和所述收发体配置在与所述测量点对应的位置；
变化量测量步骤，测量与所述测量点对应的所述半导体衬底的所述衬底厚度变化量；以及
变化量比较步骤，将多个所述衬底厚度变化量进行比较。
5.根据权利要求4所述的温度分布评价方法，其中，所述测量点设定步骤在所述加热区域的水平方向上设定多个所述测量点。
6.根据权利要求4或5所述的温度分布评价方法，其中，所述测量点设定步骤在所述加热区域的高度方向上设定多个所述测量点。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的温度分布评价方法，其中，所述衬底配置步骤沿着所述测量点配置多个所述半导体衬底。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的温度分布评价方法，其中，所述衬底厚度变化量是蚀刻量或生长量。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的温度分布评价方法，其中，所述半导体衬底和所述收发体选自SiC、GaN和AlN中的任意材料。
10.一种温度分布评价装置，包括：
温度分布评价单元，配置在加热装置的加热区域内，
其中，所述温度分布评价单元具有：
半导体衬底；以及
收发体，通过与所述半导体衬底相对并加热而相互输送原料。
11.根据权利要求10所述的温度分布评价装置，其中，所述温度分布评价单元具有：设置用具，将所述半导体衬底和所述收发体相对设置。
12.根据权利要求11所述的温度分布评价装置，其中，所述设置用具设置有：第一抵接面，与所述半导体衬底抵接；以及第二抵接面，与所述收发体抵接。
13.根据权利要求11或12所述的温度分布评价装置，其中，所述设置用具具有：定位单元，定位所述半导体衬底和/或所述收发体。
14.根据权利要求13所述的温度分布评价装置，其中，所述定位单元是沿着所述半导体衬底和/或所述收发体的边缘设置的框部。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的温度分布评价装置，其中，包括多个所述温度分布评价单元。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的温度分布评价装置，还包括：收纳容器，收纳所述温度分布评价单元，其中所述收纳容器在加热时在容器内形成包含构成所述半导体衬底的元素的气氛。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的温度分布评价装置，还包括：收纳容器，收纳所述半导体衬底，其中所述收纳容器的一部分由所述收发体构成。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的温度分布评价装置，其中，所述半导体衬底和所述收发体选自SiC、GaN和AlN中的任意材料。
19.一种均热范围的评价方法，其中，在加热装置的加热区域中，在所述加热区域的多个测量点对半导体衬底和与该半导体衬底相互输送原料的收发体进行加热，基于所述半导体衬底的衬底厚度变化量评价所述加热区域的均热范围。
20.根据权利要求19所述的均热范围的评价方法，其中，将所述半导体衬底和所述收发体相对配置，并且进行加热使得在所述半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度。
21.根据权利要求19或20所述的均热范围的评价方法，包括：
测量点设定步骤，在所述加热区域内设定多个测量点；
衬底配置步骤，将所述半导体衬底和所述收发体配置在与所述测量点对应的位置；
加热步骤，通过在所述加热区域中加热所述半导体衬底和所述收发体来使所述半导体衬底的衬底厚度变化；
变化量测量步骤，测量与所述测量点对应的所述半导体衬底的衬底厚度变化量；以及
变化量比较步骤，将多个所述测量点处的衬底厚度变化量进行比较。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的均热范围的评价方法，其中，所述半导体衬底和所述收发体的加热温度是1600℃以上。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的均热范围的评价方法，其中，所述半导体衬底和所述收发体的加热温度是1800℃以上。
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