CN114174570B - 具备温度梯度反转单元的半导体衬底的制造装置和半导体衬底的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在同一装置系统中进行半导体衬底的蚀刻和生长的方法及其装置。一种半导体衬底的制造方法包括：第一加热步骤，对收纳有半导体衬底和与所述半导体衬底相互输送原子的收发体的热处理空间进行加热，以在所述半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度；以及第二加热步骤，使所述温度梯度高低反转来进行加热。
Description
技术领域
本发明涉及半导体衬底的制造方法和半导体衬底的制造装置。
背景技术
为了去除半导体衬底的损伤，以往已知有对半导体衬底进行蚀刻的方法。
例如，在专利文献1中记载了这样的SiC衬底的蚀刻方法：在内部空间侧设置有碳化钽层和硅化钽层的收纳容器内收纳SiC衬底，并在Si的蒸气压下进行加热。
通过将经过这样的蚀刻步骤的半导体衬底用于外延生长，可以获得缺陷少、高质量的半导体单晶。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/079983号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，通常在不同的环境下使用不同的装置进行蚀刻和生长是耗费成本的。
随着近年来半导体材料的需求增加，需要一种在同一装置系统中进行半导体衬底的蚀刻和生长的方法以及用于该目的的装置。
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种在同一装置系统中进行半导体衬底的蚀刻和生长的方法以及用于该目的的装置。
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方法，包括：
第一加热步骤，对收纳有半导体衬底和与所述半导体衬底相互输送原子的收发体的热处理空间进行加热，以在所述半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度；以及
第二加热步骤，使所述温度梯度高低反转来进行加热。
这样，通过进行加热以在半导体衬底和收发体之间形成温度梯度，从而发生以温度梯度为驱动力的半导体衬底的蚀刻或生长。
根据本发明的半导体衬底的制造方法，通过使该半导体衬底和收发体之间的温度梯度的高低反转，可以在同一装置系统中切换生长和蚀刻。
在本发明的优选方式中，所述加热步骤在准封闭空间内进行。
通过在准封闭空间内进行加热，可以抑制半导体衬底和收发体的意外反应。
在本发明的优选方式中，所述加热步骤在包含构成所述半导体衬底的原子物种的气氛下进行。
此外，解决所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，具有加热室和加热单元，所述加热室收纳所述主体容器，所述加热单元进行加热以在所述半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度，
并且，具有使所述温度梯度高低反转的温度梯度反转单元。
根据本发明的制造装置，可以在同一装置系统中进行半导体衬底的蚀刻和生长。
在本发明的优选方式中，所述温度梯度反转单元是控制所述加热单元中的所述主体容器内温度的温度控制单元。
在本发明的优选方式中，作为所述温度控制单元，包括控制加热单元的发热量的单元。
在本发明的优选方式中，作为所述温度控制单元，包括控制加热单元的位置或朝向的单元。
在本发明的优选方式中，所述温度梯度反转单元是控制所述主体容器的位置或朝向的主体容器控制单元。
在本发明的优选方式中，所述温度梯度反转单元是将所述加热室内的热量释放到加热室外的散热单元。
在本发明的实施方式中，作为所述温度梯度反转单元，具备从控制所述加热单元中的所述主体容器内的温度的温度控制单元、控制所述主体容器的位置或朝向的主体容器控制单元、以及将所述加热室内的热量释放到加热室外的散热单元中选择的两种以上的温度梯度反转单元。
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。这样，由于主体容器由包含构成半导体衬底的原子物种的材料构成，因而可以通过加热炉将主体容器自身用作收发体。
在本发明的优选方式中，还具备收纳所述主体容器的高熔点容器。
通过具备这样的高熔点容器，可以抑制半导体衬底和主体容器的意外反应。
此外，解决所述问题的本发明是一种半导体衬底的制造装置，包括：
主体容器，收纳半导体衬底和与所述半导体衬底相互输送原子的收发体；以及
加热炉，具有加热室和加热单元，所述加热室收纳所述主体容器，所述加热单元进行加热以在所述半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度，
作为所述加热室，至少具有第一加热室和第二加热室，
并且，构成为所述第二加热室的温度梯度的高低与所述第一加热室的温度梯度的高低相反。
根据本发明的制造装置，可以在同一装置系统中进行半导体衬底的蚀刻和生长。
在本发明的优选方式中，所述第一加热室和所述第二加热室经由加热单元相邻。
通过采用这样的方式，可以使第一加热室的温度梯度和第二加热室的温度梯度的高低相反。
在本发明的优选方式中，所述第一加热室和所述第二加热室分别具备独立的加热单元。
通过采用这样的方式，可以使第一加热室的温度梯度和第二加热室的温度梯度的高低相反。
在本发明的优选方式中，在所述第一加热室和所述第二加热室内分别具备厚度不同的绝热材料。
发明的效果
根据所公开的技术，可以在同一装置系统内进行半导体衬底的刻蚀和生长，并且，半导体衬底的制造成本降低，制造效率提高。
附图说明
图1是示出本发明的半导体衬底的制造方法的概念图。
图2是示出根据本实施方式的半导体衬底的生长机构的概念图。
图3是示出根据本实施方式的半导体衬底的蚀刻机构的概念图。
图4是示出根据实施例1的具备温度控制单元的制造装置的图。
图5是示出根据实施例1的具备温度控制单元的制造装置的图。
图6是示出根据实施例2的具备主体容器控制单元的制造装置的图。
图7是示出根据实施例3的具备散热单元的制造装置的图。
图8是示出根据实施例4的具备温度控制单元和主体容器控制单元的双方的制造装置的图。
图9是示出根据实施例5的具备多个主加热室的制造装置的图。
图10是示出分别具备绝热材料的厚度不同的多个主加热室的制造装置的图。
图11是示出在多个主加热室内分别具备独立的加热单元的制造装置的另一实施方式的图。
具体实施方式
[半导体衬底的制造方法]
在本发明的半导体衬底的制造方法(以下，简称为制造方法)中，将半导体衬底和与半导体衬底相互输送原子的收发体收纳在进行热处理的空间(热处理空间)中。而且，包括第一加热步骤：进行加热以在半导体衬底和收发体之间形成温度梯度。
在本说明书中，收发体是指包含构成半导体衬底的原子物种的材料，是通过对热处理空间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。
接下来，具备第二加热步骤：使所述温度梯度高低反转，再次进行加热。
具体而言，在第一加热步骤中以相对低温加热了半导体衬底并以相对高温加热了收发体的情况下，在第二加热步骤中以相对高温加热半导体衬底并以相对低温加热收发体。
以下，参照附图详细说明根据本发明的一实施方式的制造方法。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适当变更。
图1是示出根据本发明的一实施方式的制造方法的概念图。
本实施方式的制造方法将具备主面11的半导体衬底10收纳在主体容器20内的热处理空间S20中。
另外，在本说明书中，主面是指进行半导体衬底10的生长或蚀刻的表面。
作为主面，可以例示从(0001)面或(000-1)面设置0.4～8°的偏离角的表面。
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的嵌合部处形成有微小的间隙24，构成为能够从该间隙24进行主体容器20内的排气(抽真空)。
在本实施方式中，半导体衬底10是SiC衬底。
此外，在本实施方式中，主体容器20由包含多晶SiC的材料构成，并且，与半导体衬底10的主面11相对的主体容器20的一部分具有作为收发体21的作用。
通过加热所述热处理空间S20以使得在半导体衬底10和收发体21之间形成温度梯度，从而进行构成以该温度差作为驱动力的半导体衬底的原子物种的输送。
图2是示出根据本实施方式的制造方法的生长机构的概要的说明图。
在1400℃以上且2300℃以下的温度范围内对热处理空间S20进行加热，将半导体衬底10配置在温度梯度的低温侧，并且，将收发体21配置在温度梯度的高温侧，从而进行以下1)至5)的反应，并在主面11上形成生长层12。
1)Poly－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：由于加热主体容器20(Poly－SiC(s))，因而通过热分解使Si原子(Si(v))从SiC脱离。
2)和3)的说明：由于Si原子(Si(v))脱离而残留在主面11处的C(C(s))通过与主体容器20内的Si蒸气(Si(v))反应，从而成为Si2C或SiC2等并在主体容器20内升华。
4)和5)的说明：所升华的Si2C或SiC2等通过温度梯度而到达/扩散到主面11的平台，并到达台阶，从而延续收发体21的多晶形，生长层12生长(台阶流动生长)。
即，根据本实施方式的半导体衬底10的生长具有：Si原子升华步骤，使Si原子从主体容器20内热升华；以及使残留在主面11处的C原子与主体容器20内的Si原子结合而使其升华的原子升华步骤。
图3是示出根据本实施方式的制造方法的蚀刻机构的概要的说明图。
在1400℃以上且2300℃以下的温度范围内对热处理空间S20进行加热，将半导体衬底10配置在温度梯度的高温侧，并且，将收发体21配置在温度梯度的低温侧，从而进行以下1)至5)的反应，结果是进行了半导体衬底10的蚀刻。
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：由于加热半导体衬底10(SiC(s))，因而通过热分解使Si原子(Si(v))从主面11脱离(Si原子升华步骤)。
2)和3)的说明：由于Si原子(Si(v))脱离而残留在主面11处的C(C(s))通过与主体容器20内的Si蒸气(Si(v))反应，从而成为Si2C或SiC2等并在主体容器20内升华(C原子升华步骤)。
4)和5)的说明：所升华的Si2C或SiC2等通过温度梯度而到达主体容器20(多晶SiC)并生长。
即，根据本实施方式的蚀刻步骤具有：Si原子升华步骤，使Si原子从半导体衬底10的表面热升华；以及C原子升华步骤，使残留在主面11处的C原子与主体容器20内的Si原子结合而使其升华。
本发明的半导体衬底的制造方法利用的是：可以利用在半导体衬底和收发体之间产生的温度梯度的高低来切换半导体衬底的生长和蚀刻。
即，通过第一加热步骤进行半导体衬底的生长或蚀刻，并通过使温度梯度反转的第二加热步骤引起与在第一加热步骤中发生的反应相反的反应。
这样，根据本发明的制造方法，能够通过温度梯度的高低来控制半导体衬底的动作，可以在同一装置系统中进行生长和蚀刻。
在本实施方式中，例示了使用SiC衬底作为半导体衬底的方式，但本发明不限于此，能够采用任何半导体衬底。
作为半导体衬底，优选使用能够通过气相法进行生长的半导体衬底。
在本实施方式中，例示了主体容器为收发体的方式，但收发体没有特别限制，只要是包含构成半导体衬底的原子物种的材料即可。
例如，也可以是在主体容器的内部与主体容器分开地收纳包含构成半导体衬底的原子物种的材料的方式。即，加热步骤只要在包含构成半导体衬底的原子物种的气氛下进行即可。另外，所谓包含构成半导体衬底的原子物种的气氛下还包括通过加热而产生构成半导体衬底的原子物种的气氛下。
在使用主体容器作为收发体的情况下，可以使用由包含构成半导体衬底的原子物种的材料构成的主体容器。
此外，在本发明的制造方法中，不需要使用主体容器，只要将半导体衬底和收发体收纳在热处理空间内即可。
优选的是，热处理空间是准封闭空间。准封闭空间例如可以通过在主体容器20内收纳半导体衬底10和收发体21来形成。
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收发体的意外反应。
本方法中的生长温度和蚀刻温度优选设定在800至2500℃的范围内。
本方法中的生长速度和蚀刻速度可以通过上述温度范围来控制，并且，能够在0.001至2μm/min的范围内进行选择。
本方法中的生长时间和蚀刻时间可以设定为任意的时间，以获得期望的生长量和蚀刻量。例如，在生长速度(蚀刻速度)为1μm/min时，在想要将生长量(蚀刻量)设定为1μm的情况下，生长量(蚀刻时间)为1分钟。
本方法中的温度梯度在半导体衬底和收发体之间设定在0.1至5℃/mm的范围内。
在本方法中，可以供给掺杂气体(N2等)，并且，可以在10-5至10000Pa的范围内导入到主加热室41。
在生长步骤中，可以通过将掺杂气体供给到主体容器20内来调整生长层12的掺杂浓度。
即，在不供给掺杂气体的情况下，通过延续主体容器20的掺杂浓度来形成生长层12。另一方面，可以通过供给掺杂气体来提高生长层12中的掺杂浓度，由此可以形成具有所期望的掺杂浓度的生长层12。
作为本发明的制造方法中的使温度梯度反转的手段，可以例示使半导体衬底10自身翻转的方法。
例如，使用夹具，将半导体衬底10配置成与主体容器20的底面分离。
由此将主体容器的主面11配置成与收发体21相对，在此情况下，如果以主体容器的底面为低温侧并且主体容器的顶面(收发体21)为高温侧的方式进行加热，则如上所述，形成主面11为低温侧并且收发体21为高温侧的温度梯度，并且，生长层12在主面11上生长。
接下来，使半导体衬底10反转，将主面11(生长层12)配置成与主体容器20的底面相对，同样地，以主体容器的底面为低温侧并且主体容器的顶面(收发体21)为高温侧的方式进行加热时，形成主体容器的底面侧为低温侧并且主面11(生长层12)为高温侧的温度梯度，主面11的蚀刻会进行。
在该实施方式中，即使不改变加热室内的温度梯度自身，也可以使主面11和相对的收发体21(主体容器20内的顶面或底面)的相对温度梯度反转。
此外，本发明的制造方法中的使温度梯度反转的单元没有特别限定，可以例示以下详述的半导体衬底的制造装置所具备的温度梯度反转单元。
[半导体衬底的制造装置]
以下，在省略对与上述的半导体衬底的制造方法的共同事项的说明的同时，对本发明的半导体衬底的制造装置(以下，简称为制造装置)加以说明。
本发明的制造装置具备：
主体容器，收纳半导体衬底和收发体；以及
加热炉，具有加热室和加热单元，所述加热室收纳所述主体容器，所述加热单元进行加热以在半导体衬底和收发体之间形成温度梯度，
并且，具有使所述温度梯度的高低反转的温度梯度反转单元。
此外，本发明的制造装置具备：
主体容器，收纳半导体衬底和与所述半导体衬底相互输送原子的收发体；以及
加热炉，具有加热室和加热单元，所述加热室收纳所述主体容器，所述加热单元进行加热以在半导体衬底和收发体之间形成温度梯度，
作为所述加热室，至少具有第一加热室和第二加热室，
并且，构成为所述第二加热室的温度梯度的高低与所述第一加热室的温度梯度的高低相反。
具体而言，第二加热室构成为，通过加热单元而使温度梯度的高低与收纳在第一加热室中的半导体衬底和收发体之间所形成的温度梯度的高低相反。
以下，参照图4至图11详细描述根据本实施方式的制造装置。
图4示出了具备温度控制单元作为温度梯度反转单元的根据实施例1的制造装置。
<实施例1>具备温度控制单元的制造装置
根据实施例1的制造装置100具备主体容器20，所述主体容器20能够收纳半导体衬底10，并包含构成半导体衬底10的原子物种的材料。在实施例1中，主体容器20的一部分为收发体21。
此外，制造装置100具备高熔点容器30和加热炉40，所述高熔点容器30收纳主体容器20，所述加热炉40具有收纳高熔点容器30的主加热室41、和在半导体衬底10和收发体21之间形成温度梯度的加热单元44。
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主体容器20内的蒸气供给源34(参照图5)。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)。
通过具备这样的高熔点容器30，可以抑制半导体衬底和主体容器的意外碳化。
主加热室41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。此外，加热炉40具备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)。
本实施方式的预热室42构成为能够利用主加热室41的加热单元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，因而能够观察到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的下方，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具备上部加热单元44a和下部加热单元44b作为加热单元44。
在实施例1中，可以分别单独地调节上部加热单元44a和下部加热单元44b的发热量。因此，通过对上部加热单元44a和下部加热单元44b的发热量设置差异，可以在主加热室41内形成温度梯度。
另外，在本实施方式中，构成为从移动单元43(移动台)和高熔点容器30的接触部释放微小的热量。因此，即使将上部加热单元44a和下部加热单元44b的发热量调节为相同，由于从移动单元43释放热量，因而在半导体衬底10和收发体21之间也形成温度梯度。
这样形成的温度梯度可以通过调节上部加热单元44a和下部加热单元44b的发热量来反转。即，通过使上部加热单元44a和下部加热单元44b的发热量的高低反转，可以使在半导体衬底10和收发体之间形成的温度梯度高低反转。
作为另一实施方式，可以例示这样的结构：在主加热室41内的顶面侧和底面侧分别配设加热单元，利用顶面侧的加热单元和底面侧的加热单元分别对发热量设置差异，从而形成温度梯度，通过使各加热单元的发热量的高低反转，从而使温度梯度反转。
实施例1的温度梯度反转单元通过调节加热单元的发热量来实现。然而，本发明不限于此，也可以采用这样的方式：通过使加热单元的上下方向的位置关系颠倒来使温度梯度反转，而不改变加热单元的发热量。
例如，可以考虑这样的方式：通过在上部和下部分别设置不同数量的加热单元，或者以从上部到下部(或从下部到上部)宽度变大的方式并排设置加热单元(加热器)，从而形成温度梯度。
在这种情况下，通过使该加热单元的上下方向的位置关系颠倒，可以使温度梯度反转。
在具备这种加热单元的反转机构的方式中，不需要改变各个加热单元的发热量，可以使在半导体衬底10和收发体21之间形成的温度梯度的高低反转。
加热单元没有特别限制，可以优选例示电阻加热式的加热器。
此外，作为另一实施方式，可以例示如下构成的方式：在主加热室41的侧面处配设加热单元，该加热单元能够相对于主加热室41在上下方向上移动。在这种情况下，通过使加热单元相对于主加热室41相对地位于下侧或上侧，从而可以在半导体衬底10和收发体21之间形成温度梯度，并且，通过使该加热单元移动到上侧或下侧，可以使半导体衬底和收发体21之间的温度梯度的高低反转。
<实施例2>具备主体容器控制单元的制造装置
对实施例2的制造装置加以说明，并省略与实施例1共同的事项。
图6示出了根据实施例2的具备主体容器控制单元的制造装置101。
制造装置101在主加热室41的高度方向上以围绕高熔点容器30的方式配设有加热单元44。
在这样配设了加热单元44的情况下，主加热室41内的温度梯度为，在主加热室的高度方向上的中心附近的温度最高，并随着从中心附近朝向上方或下方而温度变低。
在实施例2中，移动单元43b能够在主加热室41内沿高度方向移动，由此可以使半导体衬底10和收发体21之间的温度梯度的高低反转。
具体而言，通过移动收发体21以使其位于主加热室41的中心附近，可以形成收发体21为高温侧并且半导体衬底10为低温侧的温度梯度，可以进行半导体衬底10的生长(参照图6)。
另一方面，通过移动半导体衬底10以使其位于主加热室41的中心附近，可以形成半导体衬底10为高温侧并且收发体21为低温侧的温度梯度，可以进行半导体衬底10的蚀刻。
在实施例2中，例示了移动单元43b能够在主加热室内的高度方向上移动的方式，但本发明的制造装置可以采用控制主体容器20的位置或朝向的主体容器控制单元。
例如，也可以是这样的方式：通过具备使主体容器20或收纳主体容器20的高熔点容器30旋转的旋转机构，使半导体衬底10和收发体21的在高度方向上的位置关系颠倒。此外，作为具备主体容器控制单元的制造装置的一实施方式，也包含通过具备使半导体衬底10自身翻转的旋转机构来使半导体衬底10的相对的温度梯度反转的方式。在这种情况下，如在“半导体衬底的制造方法”中所述，采用使用夹具等来使半导体衬底10与主体容器20的底面分离的方式。
另外，实施例2的制造装置的移动单元43b与实施例1的制造装置一样，能够在主加热室41和预热室42内移动。在主加热室41内移动的机构与在主加热室41和预热室42内移动的机构既可以相同，也可以不同。
<实施例3>具备散热单元的制造装置
对实施例3的制造装置加以说明，并省略与实施例1和实施例2共同的事项。
图7示出了根据实施例3的具备散热单元的制造装置102。
在制造装置102的主加热室41的上面处设置有开闭部48。另外，制造装置102具备吸热体49，所述吸热体49经由开闭部48与主加热室41连接设置。
在开闭部48打开的状态下，主加热室41内的热量被释放到吸热体。
这样，通过控制开闭部48的开闭状态，能够控制主加热室41内的温度梯度，进而可以控制半导体衬底10和收发体21的温度梯度的高低。
作为吸热体，可以例示包含高熔点、高热导率的材料的散热片。作为这样的材料，可以例示上述的高熔点材料。
在本实施方式中，例示了开闭部48和吸热体49设置在主加热室41的上部的方式，但只要开闭部48和吸热体49与主加热室41连接设置，则也可以设置在任意场所。
此外，在本发明的制造装置中，不限于具备开闭部48和吸热体49的方式，可以采用能够将加热室41内的热量释放到主加热室41外的散热单元。例如，也可以是具备由高熔点材料包围的散热空间作为散热单元的方式。
<实施例4>具备温度控制单元和主体容器控制单元的双方的制造装置
对实施例4的制造装置加以说明，并省略在实施例1至实施例3中已说明的事项。
图8示出了具备温度控制单元和主体容器控制单元的制造装置103。
制造装置103具备主加热室41、移动单元43、侧面加热单元44c和底面加热单元44d。在主加热室41内，以包围侧面加热单元44c和底面加热单元44的方式配设有绝热材料50。
图5中的(a)示出了侧面加热单元44c和底面加热单元44d都工作、并且半导体衬底10相对于侧面加热单元44c的上下方向的长度位于中心处的状态。
在该状态下，由于还通过底面加热单元44d从底面侧加热，并且，半导体衬底10相对于侧面加热单元的上下方向的长度位于中心处，因而形成半导体衬底10为高温侧并且收发体21为低温侧的温度梯度。
在图5中的(b)中，侧面加热单元44c工作，底面加热单元44d不工作，并且，收发体21相对于侧面加热单元44c的上下方向位于中心处。
在该状态下，形成相对于侧面加热单元的上下方向的长度位于中心处的收发体21为高温侧并且半导体衬底10为低温侧的温度梯度，并且，相对于图5中的(a)的状态，在半导体衬底10和收发体21之间形成的温度梯度发生了高低反转。
这样，通过组合温度控制单元和主体容器控制单元，也能够形成使温度梯度高低反转的结构。
<实施例5>具备多个主加热室的制造装置
对实施例5的制造装置加以说明，并省略在实施例1至实施例4中已说明的事项。
图9示出了具备多个主加热室的制造装置104。
制造装置104具备第一加热室41a-1和第二加热室41b-1作为主加热室，并且，在第一加热室41a-1和第二加热室41b-1之间配备有加热单元44。即，第一加热室41a-1和第二加热室41b-1间隔加热单元44而相邻。
制造装置104通过使加热单元44工作，在第一加热室41a-1内产生加热单元44的附近为高温侧并且第一加热室41a-1的顶面为低温侧的温度梯度。因此，收纳在第一加热室41a-1内的半导体衬底10和收发体21之间的温度梯度是，半导体衬底10为高温侧并且收发体21为低温侧。
另一方面，在第二加热室41b-1内，产生加热单元44的附近为高温侧并且第二加热室41b-1内的底面为低温侧的温度梯度，因而收纳在第二加热室41b-1内的半导体衬底10和收发体21之间的温度梯度是半导体衬底10为低温侧并且收发体21为低温侧。
因此，在第一加热室41a-1和第二加热室41b-1中的任一个中进行半导体衬底10的加热处理，之后取出半导体衬底10并在另一个加热室中进行加热处理，从而可以使在半导体衬底10和收发体21之间形成的温度梯度高低反转来进行加热。
这样，所述第二加热室41b-1构成为通过所述加热单元44使温度梯度的高低相对于在收纳于所述第一加热室41a-1中的所述半导体衬底10和所述收发体21之间形成的温度梯度相反，从而可以进行使温度梯度高低反转的加热处理。
另外，第一加热室和第二加热室的名称只不过是为了便于说明而赋予的名称，并不指定进行半导体衬底10的加热处理的顺序。
在本实施方式中，也可以构成为，在第一加热室41a-1的顶面侧的绝热材料50和第二加热室41b-1的底面侧的绝热材料50之间，使绝热材料50的厚度存在差异。
图10示出了具备绝热材料的厚度不同的第一加热室和第二加热室的制造装置105。
当绝热材料50的厚度较薄时，热量容易逸出，并且，配设有加热单元的面与相对的面的温度梯度的差相对地变大。另一方面，当绝热材料50的厚度较厚时，热量难以逸出，因而配设有加热单元的面与相对的面的温度梯度的差相对地变小。因此，通过在第一加热室41a-2的顶面侧的绝热材料50和第二加热室41b-2的底面侧的绝热材料50之间，使绝热材料50的厚度存在差异，从而不仅能够控制温度梯度的高低，还能够控制在半导体衬底10和收发体20之间形成的温度梯度的温度差。
图11示出了作为具备多个主加热室的制造装置的另一实施方式的制造装置106。
图11的第一加热室41a-3和第二加热室41b-3分别具备独立的加热单元44c和44d。
加热单元44c配设在第一加热室41a-3的顶面侧，加热单元44d配设在第二加热室41b-3的底面侧。这样，相对于第一加热室41a-2中的加热单元44c的配设位置，在第二加热室41b-3中，在与加热单元44c相对的位置处配设加热单元44d，从而可以构成为：在各个主加热室中，使温度梯度的高低相对于在所述半导体衬底10和所述收发体21之间形成的温度梯度的高低反转。
优选的是，上述的半导体衬底的制造装置具备以半导体衬底和收发体的温度梯度的方向为旋转轴使被加热物旋转的机构。通过使被加热物旋转，半导体衬底的生长量和蚀刻量变得均匀，并且，半导体衬底面内的膜厚容易变得均匀。
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
41 主加热室
42 预热室
43 移动单元
44 加热单元
45 真空形成用阀
46 惰性气体注入用阀
47 真空计
48 开闭部
49 吸热体
50 绝热材料
100至106 半导体衬底的制造装置
Claims (15)
1.一种半导体衬底的制造方法，包括：
第一加热步骤，将收纳有SiC半导体衬底和与所述SiC半导体衬底相互输送原子的收发体收纳在由包含多晶SiC的材料构成的主体容器中，对收纳有所述主体容器的热处理空间进行加热，以在所述SiC半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度，从而进行所述SiC半导体衬底的生长或蚀刻；以及
第二加热步骤，通过使所述温度梯度高低反转来进行加热，在所述SiC半导体衬底上引起与在所述第一加热步骤中发生的反应相反的反应，
所述收发体是所述主体容器的一部分，或者是包含构成SiC半导体衬底的原子物种的材料，所述SiC半导体衬底收纳在所述主体容器内，
所述生长将原子从所述收发体输送到所述半导体衬底，
所述蚀刻将原子从所述半导体衬底输送到所述收发体，
所述蚀刻通过在1400℃以上且2300℃以下的温度范围内进行加热来热分解所述SiC半导体衬底。
2.根据权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中，所述第一加热步骤和所述第二加热步骤在准封闭空间内进行。
3.根据权利要求1或2所述的半导体衬底的制造方法，其中，所述第一加热步骤和所述第二加热步骤在包含构成所述半导体衬底的原子物种的气氛下进行。
4.一种半导体衬底的制造装置，具备：
主体容器，收纳SiC半导体衬底和与所述SiC半导体衬底相互输送原子的收发体；
加热炉，具有加热室和加热单元，所述加热室收纳所述主体容器，所述加热单元进行加热以在所述SiC半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度；以及
温度梯度反转单元，使所述温度梯度高低反转，
通过所述温度梯度反转单元，能够进行半导体衬底的生长和蚀刻的切换，
所述主体容器由包含多晶SiC的材料构成，
所述收发体是所述主体容器的一部分，或者是包含构成SiC半导体衬底的原子物种的材料，所述SiC半导体衬底收纳在所述主体容器的内部。
5.根据权利要求4所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述温度梯度反转单元是控制所述加热单元中的所述主体容器内的温度的温度控制单元。
6.根据权利要求5所述的半导体衬底的制造装置，其中，作为所述温度控制单元，包括控制加热单元的发热量的单元。
7.根据权利要求5或6所述的半导体衬底的制造装置，其中，作为所述温度控制单元，包括控制加热单元的位置或朝向的单元。
8.根据权利要求4所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述温度梯度反转单元是控制所述主体容器的位置或朝向的主体容器控制单元。
9.根据权利要求4所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述温度梯度反转单元是将所述加热室内的热量释放到加热室外的散热单元。
10.根据权利要求4所述的半导体衬底的制造装置，其中，作为所述温度梯度反转单元，具备从控制所述加热单元中的所述主体容器内的温度的温度控制单元、控制所述主体容器的位置或朝向的主体容器控制单元、以及将所述加热室内的热量释放到加热室外的散热单元中选择的两种以上的温度梯度反转单元。
11.根据权利要求4至6中任一项所述的制造装置，其中，还具备收纳所述主体容器的高熔点容器。
12.一种半导体衬底的制造装置，包括：
主体容器，收纳SiC半导体衬底和与所述SiC半导体衬底相互输送原子的收发体；以及
加热炉，具有加热室和加热单元，所述加热室收纳所述主体容器，所述加热单元进行加热以在所述SiC半导体衬底和所述收发体之间形成温度梯度，
作为所述加热室，至少具有第一加热室和第二加热室，
并且，构成为所述第二加热室的温度梯度的高低与所述第一加热室的所述半导体衬底和所述收发体之间的温度梯度的高低相反，
所述主体容器由包含多晶SiC的材料构成，
所述收发体是所述主体容器的一部分，或者是包含构成SiC半导体衬底的原子物种的材料，所述SiC半导体衬底收纳在所述主体容器的内部。
13.根据权利要求12所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述第一加热室和所述第二加热室经由加热单元相邻。
14.根据权利要求12所述的半导体衬底的制造装置，其中，所述第一加热室和所述第二加热室分别具备独立的加热单元。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的制造装置，其中，在所述第一加热室和所述第二加热室内分别具备厚度不同的绝热材料。
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