CN113260742A - SiC外延生长装置 - Google Patents
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Abstract
一实施方式涉及的SiC外延生长装置具备：腔室，其中被导入至少含有硅及碳的工艺气体，且能够收纳通过工艺气体来成膜的基板；配管，其将含有伴随基板的成膜而生成的副产物的气体从腔室排出；和压力控制用的阀，其设置于配管的中途。阀具有：气体从将腔室与阀连通的配管的上游部分流入的流入口、和使气体朝经由阀而与上游部分连通的配管的下游部分流出的流出口。至少在比流入口低的位置设置上游部分的一部分，或在比流出口低的位置设置下游部分的一部分。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及一种SiC外延生长装置。
背景技术
作为使薄膜在宽面积的单晶基板上均匀地成膜的外延生长装置的一种，有SiC外延生长装置。SiC外延生长装置利用含有硅(Si)、碳(C)等的工艺气体使SiC单晶薄膜在基板上成膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-222148号公报
发明内容
发明要解决的问题
SiC外延生长装置将伴随SiC的成膜所生成的副产物排出。副产物一般具有***的危险性，特别是在成膜气体中含有氯时，生成具有流动性的副产物，在除去时特别需要考虑到安全。
已知此种副产物在排气路径中在压力控制用的阀附近、即压力变动的位置会液化。而且，液化了的副产物的粘度比较高，因此容易残留于阀中。因此，要求高频率的阀的更换、清洁。
本发明的实施方式提供一种伴随SiC的外延生长的副产物难以残留于设置在排出路径的中途的阀，可减少阀的更换、清洁频率的SiC外延生长装置。
用于解决问题的手段
一实施方式涉及的SiC外延成膜装置具备：腔室，其中被导入至少含有硅及碳的原料气体，且能够收纳通过原料气体来成膜的基板；配管，其将含有伴随基板的成膜而生成的副产物的气体从腔室排出；和压力控制用的阀，其设置于配管的中途。阀具有使气体从将腔室与阀连通的配管的上游部分流入的流入口、和使气体朝经由阀而与上游部分连通的配管的下游部分流出的流出口。至少在比流入口低的位置设置上游部分的一部分，或在比流出口低的位置设置下游部分的一部分。
发明效果
根据一实施方式，伴随SiC的外延生长的副产物难以残留于设置在排出路径的中途的阀，可减少阀的更换频率。
附图说明
图1是表示第1实施方式的SiC外延生长装置的概略构成的图。
图2是表示比较例的SiC外延生长装置的概略构成的图。
图3是表示朝斜下方配置阀的流出口的变形例的概略图。
图4是表示配管直径与残留副产物的量的关系的图。
图5是用于图4中所示的实验结果的配管结构。
图6是表示基于图4中所示的实验结果而副产物量比变成0.05时的配管长度的图。
图7A是表示将捕集部配置于比上游部分的最下部更靠下游侧的变形例的概略图。
图7B是将捕集部配置于比下游部分的最下部更靠上游侧的概略图。
图8A是表示流入口及流出口沿铅直方向开口的阀的变形例的概略图。
图8B是表示流入口及流出口沿水平方向开口的阀的变形例的概略图。
图9A是表示捕集部从配管进行分支的变形例的概略图。
图9B是表示捕集部从配管进行分支的另一变形例的概略图。
图9C是表示捕集部从配管进行分支的又一变形例的概略图。
图10是表示第2实施方式的SiC外延生长装置的概略构成的图。
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。本实施方式并非限定本发明。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式的SiC外延生长装置的概略构成的图。在本实施方式中，对将半导体晶片W用作进行外延生长处理的基板，在该半导体晶片W上层叠单一的膜、或多个薄膜来进行气相外延生长的例子进行说明。
图1中所示的SiC外延生长装置1具备腔室10、配管20、阀30、捕集部40、泵50、压力传感器60、控制部70、和除害装置80。以下，对SiC外延生长装置1的各构成要素进行说明。
半导体晶片W以载置于平台11上的状态收纳于腔室10内。载置的晶片可为一片，或者也可同时载置多片晶片。另外，腔室10内导入工艺气体G1。在本实施方式中，工艺气体G1含有硅、碳和氯(Cl)。作为含有硅的气体，例如可使用单硅烷(SiH4)或二氯硅烷(SiH2Cl2)或三氯硅烷(SiHCl3)。作为含有碳的气体，例如可使用丙烷(C3H8)或乙炔(C2H2)。作为含有氯的气体，例如可使用氯化氢(HCl)。另外，也可将作为载气的氢(H2)或氩(Ar)作为工艺气体的一种而同时流入。另外，也可添加作为掺杂气体的氮(N2)或三甲基铝(TMAl)。将该工艺气体G1导入腔室10内，并利用加热器等加热源(未图示)将晶片加热至例如1650℃时，SiC单晶薄膜在半导体晶片W上成膜，同时生成副产物。
在本实施方式中，副产物是至少含有硅、氢(H)、氯和碳的聚合物。废气G2从腔室10朝配管20排出，由此在配管20之后的气体可流动的部分生成作为聚合物的副产物。
配管20具有将腔室10与阀30连通的上游部分21、及经由阀30而与上游部分21连通的下游部分22。在本实施方式中，如图1所示，上游部分21的一端与腔室10的底面连接。或者，上游部分21的一端也可与腔室10的侧面连接。
如图1所示，上游部分21及下游部分22分别弯曲成U字状。即，在下部存在弯曲的部位。在上游部分21的上端部与下游部分22的上端部之间设置有阀30。
阀30具有阀箱31及阀体32。在阀箱31设置有流入口31a及流出口31b。在流入口31a流入从腔室10朝配管20的上游部分21排出的废气G2。在本实施方式中，流入口31a沿水平方向开口，与弯曲成U字状的上游部分21的上端部连接。
流出口31b使流入到流入口31a的废气G2朝下游部分22流出。在本实施方式中，流出口31b铅直朝下地开口，与弯曲成U字状的下游部分22的上游侧上端部连接。
阀体32基于控制部70的控制而在阀箱31内动作。通过阀体32的动作而使阀30的开度，换言之流入口31a处的废气G2的流压变化。通过控制阀体32的动作，可控制配管20的上游部分21及腔室10的内部压力。
捕集部40设置于弯曲成U字状的下游部分22的下端部。即，捕集部40设置于比阀30低的位置。由此，从阀30的流出口31b排出的副产物X积存于捕集部40的下部。另外，如图1所示，在比配管22更下方设置有捕集部40的下部，捕集部40的内径d1远大于配管22的内径d2。即，在与废气G2的流动方向垂直的面中，捕集部40相对于配管22具有足够大的截面积，因此即便副产物X积存于捕集部40内，也在捕集部40内确保废气G2的流路。因此，下游部分22处的废气G2的流动不受阻碍。
但是，若副产物X的积存量在捕集部40内增加，则需要更换捕集部40。因此，优选捕集部40的至少下游部分22以可更换的方式安装。再者，捕集部40的下游部分22的安装方法并无特别限制，但优选为更换操作所需要的时间变短的方式的简易的方法。另外，捕集部40不仅可设置于下游部分22，也可设置于上游部分21。
泵50是设置于捕集部40的下游的真空泵。泵50进行减压动作来使配管20内及腔室10内变成真空状态。通过该减压动作来将废气G2从腔室10朝配管20吸入。
压力传感器60设置于腔室10内。或者，也可设置于配管20的上游部分21。压力传感器60检测腔室10的内部压力并向控制部70输出。
控制部70接收用压力传感器60监测SiC外延生长装置1内的腔室10内部的压力所得的结果，以使腔室10内的压力成为适合于气相外延生长的压力、例如200Torr的方式，或以使腔室10内的压力成为适合于成膜处理的各步骤的压力的方式，控制阀30的开度，从而控制工艺气体G1的导入或废气G2的排出等。
除害装置80是为了将废气G2中所含有的有害气体除去、或进行无害化，可放出到大气中而设置。
图2是表示比较例的SiC外延生长装置的概略构成的图。在图2中，对与图1中所示的SiC外延生长装置1相同的构成组件附加相同的符号，并省略详细的说明。
图2中所示的SiC外延生长装置100中，阀30在比捕集部40低的位置与配管20的下游部分22连接。另外，阀30的流出口31b铅直向上地开口。因此，废气G2中所含有的副产物X容易附着于阀30的阀箱31内。
另一方面，根据本实施方式，如图1所示，阀30的流出口31b铅直向下地开口。因此，促进在阀箱31内附着于流出口31b附近的副产物X因重力而从流出口31b排出。由此，副产物X难以附着于阀箱31内，因此可减少阀30的更换频率。
在本实施方式中，流出口31b铅直向下地开口，但只要是以促进在阀30内部的阀体32附近所生成的副产物X因重力而从流出口31b排出的方式，朝下方开口的结构即可。例如，如图3所示，阀30的流出口31b也可朝斜下方开口。
或者，只要是即便流出口31b沿水平方向开口，副产物也不蓄积且促进副产物从阀30的排出的结构即可。即，在流出口31b沿水平方向开口的情况下，与其连接的配管也朝向水平方向，但若配管的水平部分的长度相对于配管直径足够短，则副产物不会蓄积于阀30中，且促进副产物的排出。
可不使副产物蓄积于阀附近而将其排出的水平部分的长度依存于其配管直径，因此对配管直径(内径)与残留的副产物的量的关系进行了调查。当将配管的内径(D)设为40mm、50mm、100mm，使配管的水平部分的长度(配管长度：L)变化至2000mm为止时，实际测定蓄积于配管的水平部分的副产物量(v)，结果为如图4那样的结果。该研究用图5中所示的结构来进行。此处，图4的横轴表示排气配管的水平方向的长度(L)，纵轴表示蓄积于水平部分的副产物量(v)相对于排气配管的水平部的容积(V＝(L﹡π﹡(D/2)2))的比(v/V)。
如图5所示，只要从阀的排出口31b连接的配管22存在水平部分，则某一程度的量的副产物蓄积于该水平部分。若为配管的水平部分的容积的5％程度以下，则可无视副产物的蓄积量。因此，在图4中，求出各标绘的纵轴为0.05的配管长度L，结果如图6所示。该3点的标绘大致位于纵轴变成横轴的16倍的值的直线上。即，若配管的长度为配管的水平部分的直径的16倍以下，则可以说能够无视配管内的蓄积。但是，虽然不影响排气，但若鉴于配管的更换/清洁的频率，则以不流入捕集部40而蓄积于水平部分的量尽可能少为宜，因此更优选为2倍以下，进一步优选为1倍以下。
另外，根据本实施方式，比配管20粗(配管截面积大)的捕集部40在比阀30低的位置与下游部分22连接。因此，与阀30相比，副产物X更容易蓄积于捕集部40。另外，可不阻碍下游部分22处的废气G2的流动而将副产物X积存于捕集部40。
再者，捕集部40可如图7A所示，配置于上游部分21的最下部21a的下游侧，也可如图7B所示，设置于比下游部分22的最下部22a更上游侧。即，捕集部40也可设置于上游部分21的最下部21a与下游部分22的最下部22a之间。
另外，阀30可如图8A所示，流入口31a在铅直方向向上地开口，并且流出口31b在铅直方向向下地开口。
或者，阀30也可如图8B所示，流入口31a及流出口31b在水平方向上彼此相反地开口。
针对此时的水平方向的配管的长度，关于从阀的排出口31b连接的配管22，优选如前述那样为配管的内径D的16倍以下。另一方面，对于从阀的流入口31a连接的配管21，进行与针对与排出口连接的配管相同的研究，结果获得了与图6相同的结果。因此，关于与阀的流入口31a连接的配管21，优选其水平部分的长度也为配管直径的16倍以下。优选为2倍以下，更优选为1倍以下。
进而，如图9A所示，捕集部40也可以为不在配管21的中途、而在从最下部分支的部分蓄积副产物X的结构。若为该结构，则通过仅卸下一处的配管21，便可更换捕集部40。
另外，如图9B所示，优选将配管21与捕集部40连接的铅直的配管21b的中途设置阀V。通过此种构成，当流出废气G2时(成膜中)先打开阀V，使副产物X蓄积于捕集部40。另一方面，在不流出废气G2的时机关闭阀V，利用压力调整机构(未图示)使阀V的下游侧变成大气压力，并于分割部21c卸下捕集部40。而且，从捕集部40中去除蓄积于捕集部40内的副产物X，优选通过水洗等来对内部进行清洗。其后，再次连接捕集部40，利用压力调整机构(未图示)进行减压后，打开阀V来变成与配管21相同的压力后进行成膜。通过如此操作，在卸下捕集部40时，无需使配管20整体朝大气开放，可提升操作性。
另外，当流出废气G2时(成膜中)关闭阀V，使反应副产物X蓄积于配管21。在不流出废气G2的时机打开阀V，将蓄积于配管21的副产物转移至捕集部40。继而，关闭阀V后，利用压力调整机构(未图示)使阀V的下游侧变成大气压力，并在分割部21c卸下捕集部40。通过如此操作，当将捕集部40设置于压力控制阀31的上游时，可减小腔室10与压力控制阀31之间的配管容积，因此可更容易地进行利用控制部70的压力控制。
进而，如图9C所示，也可使配管21进行分支，在各个管路设置阀Vi、Vo及捕集部40。例如，通过在将一个管路的Vi及Vo关闭，将另一个管路的Vi及Vo打开的状态下进行成膜，由此副产物X仅蓄积于与一个管路连接的捕集部40。可在蓄积有该副产物的状态下，利用压力调整机构(未图示)对尚未蓄积副产物的一个管路的压力进行减压后，将该管路的两侧的Vi、Vo打开，其后将蓄积有副产物的管路的两侧的Vi、Vo关闭，利用压力调整机构(未图示)来变成大气压力，并在分割部21c卸下捕集部40。通过如此操作，若在一个管路的捕集部40蓄积有副产物X，则可切换气体流动的***，将副产物X蓄积在另一个管路的捕集部40，而可进一步提升操作性。
(第2实施方式)
图10是表示第2实施方式的SiC外延生长装置的概略构成的图。在图10中，对与图1中所示的SiC外延生长装置1相同的构成要素附加相同的符号，并省略详细的说明。
图10中所示的SiC外延生长装置2中，阀30的流出口31b沿水平方向开口并与配管20的下游部分22连接，另一方面，流入口31a铅直向下地开口并与上游部分21连接。因此，在废气G2的排出时，促进在阀箱31内附着于流入口31a附近的副产物X因重力而从流入口31a朝上游部分21排出。因此，副产物X难以附着于阀箱31内，因此可减少阀30的更换频率。此时，如图3所示，流入口31a也可朝斜下方开口并与上游部分21连接。
另外，在上游部分21的比阀30低的位置设置有捕集部40。可将从流入口31a排出的副产物X积存于捕集部40。
进而，在本实施方式中，捕集部40的内径d1比配管20的内径d2大。因此，可不阻碍上游部分21处的废气G2的流动而将副产物X积存于捕集部40。再者，若副产物X的储存量增加，则需要更换捕集部40。因此，优选捕集部40以可更换的方式安装于上游部分21。另外，捕集部40不仅可设置于上游部分21，也可设置于下游部分22。
在此情况下，也与第1实施方式同样地，在阀30的上游部分21可具有水平部分，在此情况下，优选该水平部分的长度为配管直径的16倍以下。优选为2倍以下，更优选为1倍以下。
对本发明的实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子来提示的，并不意图限定发明的范围。该实施方式能够以其他各种形态来实施，可在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。该实施方式及其变形与包含于发明的范围或主旨中同样地，包含于权利要求书中记载的发明及其均等的范围内。
Claims (10)
1.一种SiC外延生长装置，其具备：
腔室，其中被导入至少含有硅及碳的工艺气体，且能够收纳通过所述工艺气体来进行外延生长的基板；
配管，其将含有伴随在所述基板上的外延生长而生成的副产物的气体从所述腔室排出；和
压力控制用的阀，其设置于所述配管的中途；
所述阀具有：所述气体从将所述腔室与所述阀连通的所述配管的上游部分流入的流入口、和使所述气体朝经由所述阀而与所述上游部分连通的所述配管的下游部分流出的流出口，至少在比所述流入口低的位置设置所述上游部分的一部分，或在比所述流出口低的位置设置所述下游部分的一部分。
2.根据权利要求1所述的SiC外延生长装置，其中，所述工艺气体含有氯。
3.根据权利要求1所述的SiC外延生长装置，其中，至少所述流入口及所述流出口中的任一者与向下的配管连通。
4.根据权利要求1所述的SiC外延生长装置，其中，至少与所述流入口及流出口中的任一者连通的所述配管具有水平部分，所述水平部分的长度为所述水平部分的直径的16倍以下。
5.根据权利要求1所述的SiC外延生长装置，其中，所述上游部分及所述下游部分分别具有配置于各自的两端部间的最下部，
所述阀配置于所述上游部分的所述最下部与所述下游部分的所述最下部之间。
6.根据权利要求1所述的SiC外延生长装置，其中，进一步具备捕集部，所述捕集部在所述上游部分或所述下游部分的比所述阀低的位置能够积存所述副产物。
7.根据权利要求6所述的SiC外延生长装置，其中，所述捕集部设置于所述配管，在与废气的流动方向垂直的面中，相对于所述配管具有大的截面积。
8.根据权利要求6所述的SiC外延生长装置，其中，所述捕集部能够从所述上游部分或所述下游部分卸下。
9.根据权利要求6所述的SiC外延生长装置，其中，至少在所述捕集部的所述上游部分及所述下游部分的任一者中，至少具有配置于比所述捕集部高的位置的所述配管。
10.根据权利要求6所述的SiC外延生长装置，其中，所述捕集部至少配置于所述上游部分的最下部、及所述下游部分的最下部中的任一者。
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