TWI570265B - Film forming apparatus, base, and film forming method - Google Patents

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TWI570265B
TWI570265B TW104120947A TW104120947A TWI570265B TW I570265 B TWI570265 B TW I570265B TW 104120947 A TW104120947 A TW 104120947A TW 104120947 A TW104120947 A TW 104120947A TW I570265 B TWI570265 B TW I570265B
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Hidekazu Tsuchida
Isaho Kamata
Masahiko Ito
Masami Naito
Hiroaki Fujibayashi
Katsumi Suzuki
Koichi Nishikawa
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    • C30B29/36—Carbides

Description

成膜裝置，基座，及成膜方法
本發明之實施形態，係有關成膜裝置、基座、及成膜方法。
習知，在如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣閘雙極電晶體)等功率裝置這樣相對而言需要膜厚較大的結晶膜之半導體元件的製造工程中，會利用令單結晶薄膜氣相成長於晶圓等基板而成膜之磊晶成長技術。
磊晶成長技術所使用的成膜裝置中，會在保持為常壓或減壓的成膜室之內部，例如載置晶圓。然後，一面加熱該晶圓一面對成膜室內供給成膜用之作為原料的氣體(以下亦簡稱為原料氣體)。如此，在晶圓表面便會發生原料氣體的熱分解反應及氫還原反應，而晶圓上成膜磊晶膜。
為了以高良率製造膜厚大的磊晶晶圓，必須令新的原料氣體不斷地接觸受到均一加熱之晶圓的表面，以提昇氣相成長的速度。鑑此，以往的做法是一面令晶圓旋轉一面令其磊晶成長。
習知的SiC磊晶裝置中，SiC膜不僅會堆積在晶圓 上，還會堆積在保持晶圓之基座(susceptor)的表面。鑑此，以往會運用將護罩承載於基座上以保護基座之構造。
若基座使用SiC，則在1400℃以上的高溫下，在基座上承載晶圓之處，基座的SiC會由於與晶圓的溫度差而昇華，而發生附著於晶圓背面等問題。若鑑此而基座使用SiC以外的材料，則堆積於基座上的SiC會變得容易剝落而成為微粒源。
因此，若如上述般在基座上設置SiC材的護罩，這樣一來護罩的SiC會昇華而附著於基座。
本發明之目的在於提供一種可抑制SiC對於基座的附著之成膜裝置、基座單元、及成膜方法。
依本發明一態樣之成膜裝置，其特徵為，具備：在基板上進行成膜之成膜室；及供SiC基板載置之基座單元；及使基座旋轉之旋轉部；及將基板加熱之加熱器；及對成膜室供給製程氣體之氣體供給部。基座單元，具有：保持前述基板之基座；及設於前述基座的至少上部，和基座由不同材料所構成，至少表面為SiC之護罩構件；及設於基座與護罩構件之間，表面由和護罩構件為不同材料且製程溫度下不會昇華的材料所構成之環狀的板。
依本發明一態樣之基座單元，其特徵為，具備：係設於在基板上進行成膜之成膜室中，供基板載置，保持基板之基座；及設於前述基座的上部及外周部，和基座由不同 材料所構成，至少表面為SiC之護罩構件；及設於前述基座與前述護罩構件之間，表面由和護罩構件為不同材料且製程溫度下不會昇華的材料所構成之環狀的板。
依本發明一態樣之成膜方法，其特徵為：將SiC基板搬入成膜室內，在基座單元上載置SiC基板，該基座單元係在基座上配置和基座為不同材料，至少表面由SiC所構成之蓋構件，又由和蓋構件為不同材料且在製程溫度下不會昇華的材料所形成之環狀的板配置於前述基座與蓋構件之間而成，對前述成膜室內供給含有SiC氣體源之製程氣體，對前述SiC基板上進行成膜，成膜至前述SiC基板上後，將SiC基板及基座單元的至少一部分搬出至前述成膜室外。
100‧‧‧成膜裝置
101‧‧‧基板
103‧‧‧腔室
103a‧‧‧側壁
103b‧‧‧成膜區域
104‧‧‧旋轉部
104a‧‧‧圓筒部
104b‧‧‧旋轉軸
108‧‧‧軸棒
110‧‧‧反射板
111‧‧‧隔熱材
120‧‧‧加熱器
125‧‧‧氣體排氣部
126‧‧‧調整閥
127‧‧‧真空泵浦
128‧‧‧排氣機構
130‧‧‧襯套
131‧‧‧輔助加熱器
132‧‧‧隔熱材
160‧‧‧氣體供給部
161~163‧‧‧氣體通路(氣體管道)
170‧‧‧基座單元
171‧‧‧外周基座
172‧‧‧內部基座
173‧‧‧保持部
174‧‧‧板
175‧‧‧護罩構件
RU1、RU2‧‧‧反射板單元
[圖1]依本發明實施形態之成膜裝置的概略構成圖。
[圖2]依本發明實施形態之基座的概略構成圖。
圖1為依本發明實施形態之成膜裝置的概略構成圖。作為成膜處理的對象亦即試料，使用由SiC所構成之基板101。圖1中，揭示在基座170載置著基板101之狀態。又，對於載置於基座170上之基板101上，供給作為用來形成SiC磊晶膜的原料之複數種類的氣體(製程氣體)，令其在基板101上發生氣相成長反應而進行成膜。
成膜裝置100，具有腔室103，作為在基板101上令其氣相成長而進行SiC磊晶膜的成膜之成膜室。在腔室103的內部，基座單元170設於旋轉部104的上方。
如圖2所示，基座單元170，具備：基座，係由具有具開口部而構成之環狀形狀的外周基座171、及設置成在外周基座171的內側堵塞開口部的內部基座172、及沿著外周基座171的內周設於內部基座172上以保持基板的保持部173所構成；及環形狀的板174，設於外周基座171與保持部173的一部分上；及護罩構件175，設於板174上，覆蓋板174的上面、外周面、及外周基座171的外周面，其表面的至少一部分由SiC所構成。也就是說，呈現在基座與護罩構件之間設有板之構造。此處，板174可為複數片。
在保持部173的內周側設有魚眼坑(spot face)，而具有在該魚眼坑內承受並支撐基板101的外周部之構造。
保持部173、板174、及護罩構件175，係從外周基座171及內部基座172裝卸自如。
外周基座171、內部基座172、及保持部173，是使用TaC或表面被覆著TaC的碳等至少表面為SiC以外之材料所構成。板174，為在1400~1700℃的製程溫度下不會昇華之材料，例如是使用石墨材、碳纖維素材、TaC等至少表面為SiC以外之材料所構成。此外，護罩構件175為至少表面為由SiC所形成之材料，例如是使用SiC或表面被覆著SiC的碳所構成。
另，基座170的構造，並不限定於圖2所示者。例如，亦可做成省略了內部基座172之構成。
如圖1所示，旋轉部104，具有圓筒部104a與旋轉軸104b。旋轉部104中，在圓筒部104a的上部支撐著基座170。又，旋轉軸104b藉由未圖示之電動機而旋轉，藉此，基座170透過圓筒部104a而旋轉。如此，當在基座170上載置有基板101的情形下，便能令該基板101旋轉。
圖1中，圓筒部104a，具有上部開口之構造，上部為開放之構造。在圓筒部104a內，設有加熱器(主加熱器)120。加熱器120可使用電阻加熱加熱器，例如由具有規定電阻值之碳(C)材所構成。加熱器120，藉由穿通設於旋轉軸104b內之略圓筒狀的石英製的軸棒108的內部之配線(未圖示)而受到供電，將基板101從其背面加熱。
此外，在圓筒部104a內，為了以加熱器120有效率地進行加熱，在加熱器120的下方係設有反射板110。反射板110，是使用碳、SiC、或被覆著SiC的碳等耐熱性高的材料所構成。此外，在反射板110的下方設有隔熱材111，能夠防止來自加熱器120的熱傳導至軸棒108等，而能夠抑制加熱時的加熱器電力。
在軸棒108的內部，配置有昇降銷(未圖示)以作為基板昇降手段。昇降銷的下端，延伸至設於軸棒108的下部之未圖示的昇降裝置。又，令該昇降裝置動作，能夠使 昇降銷上昇或下降。該昇降銷，是在將保持基板101之保持部173連同板174及護罩構件175搬入至腔室103內時、及搬出至腔室103外時使用。昇降銷從下方支撐並舉起保持部173，以拉離外周基座171及內部基座172。又，昇降銷是以將保持部173配置於遠離旋轉部104上的外周基座171及內部基座172之上方的規定位置的方式來動作，以便能夠與搬運用機械臂(未圖示)之間授受保持基板101之保持部173、板174、及護罩構件175。
在腔室103的下部，設有用來將氣體排氣之氣體排氣部125。氣體排氣部125，連接至由調整閥126及真空泵浦127所構成之排氣機構128。排氣機構128，受到未圖示之控制機構所控制，將腔室103內調整成規定的壓力。
此外，在腔室103內，設有圓筒型的襯套(liner)130，將進行成膜處理之成膜區域與腔室103的側壁(內壁)103a分隔開來。襯套130，是使用碳或被覆著SiC的碳等耐熱性高的材料所構成。
在襯套130與側壁103a之間，設有將基板101從上方加熱之輔助加熱器131。輔助加熱器131例如為電阻加熱型的加熱器。此外，在輔助加熱器131與側壁103a之間設有隔熱材132，防止來自輔助加熱器131的熱傳導至腔室103。如此一來，便能抑制加熱時的加熱器電力。
在成膜裝置100的腔室103的上部，為了提高熱效率，設有將來自加熱器120或輔助加熱器131的輻射予以反射之反射板單元RU1、RU2。反射板單元RU2設於反射 板單元RU1的下方。
反射板單元RU1、RU2，是藉由使用了碳、SiC、或被覆著SiC的碳之薄板所構成。反射板單元RU1、RU2可由1片薄板所構成，亦可層積複數片薄板。
如圖1所示，在成膜裝置100的腔室103的上部，設有氣體供給部160。氣體供給部160，透過氣體通路(氣體管道)161~163，對成膜區域供給潔淨(purge)氣體、SiC原料氣體、摻雜(doping)氣體等製程氣體。例如，透過氣體通路161對成膜區域103b供給氬氣或氫氣以作為潔淨氣體。此外，透過氣體通路162、163，對成膜區域103b供給矽烷氣體或丙烷氣體以作為SiC原料氣體。此外，透過未圖示之氣體通路，供給氮氣以作為摻雜氣體。圖1中，對於各氣體設置了1條氣體通路，但亦可設置複數條氣體通路。
另，亦可在腔室103的上部設置輻射溫度計，以便能測定基板101的溫度。在此情形下，會在腔室103的一部分設置石英玻璃窗，透過石英玻璃窗以放射溫度計測定基板101的溫度。
接著，說明依本實施形態之成膜方法。
首先，將基板101及保持其之保持部173、板174、及護罩構件175搬入至腔室103內，載置於外周基座171及內部基座172上。此時，護罩構件175覆蓋外周基座171的外周面。
接著，利用加熱器120及輔助加熱器131將基板101 以150℃/分左右的速率，加熱至成為1500℃以上。然後，藉由旋轉部104一面令基板101旋轉，一面從氣體供給部160供給SiC原料氣體及摻雜氣體。如此一來，便在基板101上形成SiC磊晶膜。此時，不僅在基板101上，在護罩構件175的表面也會形成SiC膜。但，外周基座171的外周面被護罩構件175覆蓋，因此能夠防止SiC附著至外周基座171的外周面。
此外，在外周基座171及保持部173的上面與護罩構件175之間設有板174。因此，能夠防止形成於護罩構件175的SiC昇華而SiC附著於外周基座171、保持部173。
當SiC附著於外周基座171的情形下，由於熱膨脹率的差異，外周基座171可能會變形。但，本實施形態中，藉由護罩構件175及板174來防止SiC附著至外周基座171，能夠防止外周基座171變形。因此，能夠將基板101高速旋轉，能在基板101上形成均一的SiC磊晶膜。
此外，如圖2所示，在基板101與護罩構件175之間，介著使用TaC或表面被覆著TaC的碳而構成之保持部173。也就是說，護罩構件175，是隔著保持部173而設置成遠離保持部173的基板保持區域。因此，能夠防止形成於護罩構件175的SiC昇華而附著於基板101，能在基板101上形成均一的SiC磊晶膜。
接著，在基板101上形成SiC磊晶膜後，將腔室103內降溫，供給潔淨氣體。然後，將基板101連同保持部 173、板174、及護罩構件175從腔室103搬出。
此時，亦可將從腔室103搬出的基板101，連同保持部173、板174、及護罩構件175，搬運至設於腔室103的外部之更換室，來拆卸前述基板101。
護罩構件175，是使用SiC或表面被覆著SiC的碳而構成，因此相較於以其他材料構成之情形，形成於表面的SiC膜不易剝落，能夠防止從腔室103搬出時SiC膜剝落而成為微粒源。
在腔室103的外部，基板101從保持部173被拆卸。當SiC對於護罩構件175或板174的附著量多的情形下，會更換新品的(或洗淨後的)護罩構件175、板174。藉由在腔室103的外部進行護罩構件175或板174之更換，即使附著的SiC膜剝落也能容易地應對，而能防止在腔室103內成為微粒源。
然後，將新的基板101組裝至保持部173，將基板101連同保持部173、板174、及護罩構件175搬入至腔室103內。
像這樣，按照本實施形態，藉由設置護罩構件175能夠防止SiC附著於基座(外周基座171)。此外，藉由在護罩構件175與外周基座171之間設置板174，能夠防止從護罩構件175昇華的SiC附著於外周基座171。因此，會防止因熱膨脹率的差異而發生之基座變形，能夠使基板高速旋轉，在基板上形成均一的SiC膜。
此外，藉由將板174及護罩構件175連同基板101從 腔室103搬出，並在腔室103的外部更換板174及護罩構件175，能夠防止剝落的SiC成為微粒源。
SiC磊晶成長中，由於氮成為摻雜氣體，因此上述實施形態中板174的氮雜質濃度以較低為佳，例如較佳是訂為1E18atoms/cm3以下。
雖已說明了本發明的幾個實施形態，但該些實施形態僅是提出作為例子，並非意圖限定發明範圍。該些新穎之實施形態，可以其他各種形態來實施，在不脫離發明要旨之範圍內，能夠進行各種省略、置換、變更。該些實施形態或其變形，均包含於發明範圍或要旨當中，且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。
100‧‧‧成膜裝置
101‧‧‧基板
103‧‧‧腔室
103a‧‧‧側壁
103b‧‧‧成膜區域
104‧‧‧旋轉部
104a‧‧‧圓筒部
104b‧‧‧旋轉軸
108‧‧‧軸棒
110‧‧‧反射板
111‧‧‧隔熱材
120‧‧‧加熱器
125‧‧‧氣體排氣部
126‧‧‧調整閥
127‧‧‧真空泵浦
128‧‧‧排氣機構
130‧‧‧襯套
131‧‧‧輔助加熱器
132‧‧‧隔熱材
160‧‧‧氣體供給部
161~163‧‧‧氣體通路(氣體管道)
170‧‧‧基座單元
RU1、RU2‧‧‧反射板單元

Claims (9)

  1. 一種成膜裝置，其特徵為，具備：在基板上進行成膜之成膜室；供前述基板載置之基座；使前述基座旋轉之旋轉部；將前述基板加熱之加熱器；對前述成膜室供給製程氣體之氣體供給部；前述基座，具有：藉由前述旋轉部而受到支撐之環狀的外周基座；設於前述外周基座的內周部，而保持前述基板之保持部；設於前述外周基座上之環狀的板；覆蓋前述板的上面及外周面以及前述外周基座的外周面之護罩構件；前述護罩構件係至少表面由SiC所構成，前述外周基座、前述保持部及前述板係至少表面由SiC以外的材料所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成膜裝置，其中，前述保持部、前述板、及前述護罩構件設置成從前述外周基座裝卸自如。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之成膜裝置，其中，前述護罩構件，隔著前述保持部，設置成遠離前述保持部的基板保持區域。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之成膜裝置，其中，前 述外周基座及前述保持部，由TaC或被覆著TaC的碳所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之成膜裝置，其中，前述護罩構件，由SiC、被覆著SiC的碳、或被覆著TaC的碳所構成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之成膜裝置，其中，前述板，由石墨材或碳纖維素材所構成。
  7. 一種基座，係設於在基板上進行成膜之成膜室中，供前述基板載置之基座，其特徵為，具備：環狀的外周基座；設於前述外周基座的內周部，而保持前述基板之保持部；設於前述外周基座上之環狀的板；覆蓋前述板的上面及外周面以及前述外周基座的外周面之護罩構件；前述護罩構件係至少表面由SiC所構成，前述外周基座、前述保持部及前述板係至少表面由SiC以外的材料所構成。
  8. 一種成膜方法，係將SiC基板搬入成膜室內，對載置於具備環狀的外周基座、及設於前述外周基座的內周部，而保持前述基板之保持部、及設於前述外周基座上之環狀的板、及覆蓋前述板的上面及外周面以及前述外周基座的外周面之護罩構件，且前述護罩構件係至少表面由SiC所構成，前述外周基座、前述保持部及前述板係 至少表面由SiC以外的材料所構成的基座上的前述SiC基板上，供給含有SiC氣體源之製程氣體而進行成膜，成膜至前述SiC基板上後，將保持前述SiC基板之前述保持部、前述板、及護罩構件搬出至前述成膜室外。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之成膜方法，其中，在前述成膜室外，更換前述板及前述護罩構件。
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