TW201145447A - Semiconductor thin-film manufacturing method, seminconductor thin-film manufacturing apparatus, susceptor, and susceptor holding tool - Google Patents

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TW201145447A
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semiconductor thin
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Hiromu Shiomi
Yasuhiko Senda
Satomi Itoh
Kazuhiro Fujikawa
Shigeki Shimada
Jun Genba
Takemi Terao
Masaru Furusho
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Sumitomo Electric Industries
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Description

201145447 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體薄膜之製造方法、半導體薄膜 之製造裝置、承載器、及承載器保持具。尤其是關於一種 基於在承載|§上蟲晶成長早晶之半導體薄膜的Cvd (Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積）法而實現之半 導體薄膜之製造方法及製造裝置，進而關於一種用於上述 製造裝置中之承載器及承載器保持具。 【先前技術】 就使用SiC (碳化石夕）之半導體基板而言，與使用&(石夕）等 之半導體基板相比，帶隙較高，财熱性、導熱性等亦良 好，故而廣受研究。 於该SiC製半導體基板（以下稱作「sic基板」）之製造 中，先前以來係使用熱壁方式之CVD裝置。 關於使用該熱壁式CVD裝置製造SiC基板之方法，參照 圖12進行說明。圖12係表示先前之熱壁式cvd裝置之主要 部分的示意圖。圖12中，基板1〇係用於進行Sic之磊晶成 長之作為種基板的單晶。 而且，承載器20係載置基板10者，包含塗佈有sic或 TaC(碳化組）之C(碳）等，藉由來自下部之工作線圈7〇的高 頻感應加熱而發熱’從而對基板1〇加熱。 另外’加熱板3〇係與承載器2〇相向地配置，與承載器2〇 相同，包含塗佈有SiC或TaC之c等，藉由來自上部之工作 線圈32之尚頻感應加熱而發熱。而且，該裝置中設有絕熱 154685.doc 201145447 材31、60、不鏽鋼製之遮蔽板（遮罩）33、71、冷卻管34、 72、石英管80、裝置壁9〇、氣體導入口 95、及氣體排出口 96 ° 於设定為溫度15〇〇〜16〇〇。(：、真空度13.3~26.6 1<^ (100〜200 T〇rr)之裝置内，自氣體導入口95導入原料氣體 Sih與C#8及作為載體氣體之H2，在載置於承載器2〇上之 基板10之表面磊晶成長Sic單晶。之後，氣體自氣體排出 口 96排出至裝置外。 然而，該熱壁方式存在以下問題。即，導入之原料氣體 可能會導致基板H)上形成Sic單晶，並且於與基板1〇相向 配置之加熱板30之表面上形成多晶SiC，該加熱板30上所 形成之多晶sic成為微粒而落下至使Sic單晶成長的基板1〇 上。若sic單晶中混有多晶Sic，則sic基板之品質會下 降。因此，需要定期對裝置内部進行清掃，防止微粒落 下。 而且，當將複數個基板10載置於承載器2〇上以此提高生 產效率時，例如’只要大概配置6塊直徑為5〇 吋）左 右/的基板’則幾乎不需要大尺寸的承載器，但若配置_ 直徑為15G mm㈣）左右的基板，職要尺寸非常大的承 載器。而’如此之大尺寸之承載器之表面積較大，故而 亦存在輕射熱容易逃逸而使能量成本惡化之問題。 為了解決該等問題，揭示有如下之技術：設置多級載置 有基板之複數個板’縮小單位體積之承載器之表面積，藉 此’減少熱之逃逸而進行高效之加熱並且實現節省空 154685.doc 201145447 間’進而，以越位於上側之板則越向氣流之上游側更多地 伸出之方式配置’藉此，避免siC粉塵落下至基板上，從 而於多個基板上形成磊晶膜（日本專利特開2008_311542號 公報（專利文獻1)) » 而且’亦揭示有如下之技術：配置多級載置有基板之複 數個承載器，將複數組之原料氣體之導入口及排出口設置 於不同之方向，藉此，於多個基板上形成磊晶膜（日本專 利特開2009-158726號公報（專利文獻2))。 先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1:日本專利特開2008-311542號公報 專利文獻2:曰本專利特開2009-158726號公報 【發明内容】 發明所欲解決之問題 然而，於日本專利特開2008-3 11 542號公報之技術中， 若基板尺寸大’則氣體之上游及下游之位置上氣體之組成 會變化’故而，磊晶膜之膜質或膜厚進而是雜質濃度會產 生差異，難以獲得品質穩定之製品。而且，雖然抑制了微 粒之附著，但並未抑制微粒自身之產生。 另外，日本專利特開2009-158726號公報之技術中，即 便可設置複數組原料氣體之導入口及排出口，數量亦有限 制’因此無法使原料氣體之路徑長度相等，不僅導致氣流 紊亂，而且亦無法獲得均勻之磊晶膜。而且，當原料氣體 於未充分加熱之狀態下到達各基板上之情形時，氣體溫度 154685.doc 201145447 於基板上亦繼續上并，β 八你，生磊日日臈之膜厚分佈、雜質濃度 刀佈，‘、，、法獲得均勻之磊晶膜。 因此’希望開發出能夠在抑制能量之浪費之同時以較高 的f產性而製作出抑制了微粒之產生、而使膜質或膜厚進 而疋雜質濃度等之均勻性優良之磊晶膜的技術。 解決問題之技術手段 本發明之半導體薄膜之製造方法包括以下之步驟。 將基板搭載於複數個承載器之各個上。將各自搭載有基 板之複數個承載器，以相互於上下方向設有規定間隔之方 式而配置於旋轉機構上。使配置有複數個承載器之旋轉機 構旋轉。對各自搭載有基板之複數個承«加熱。對於- 面方疋轉面受到加熱之承載器之各個，供給一面通過路徑 長度致相等之氣體流路—面受到加熱之原料氣體，藉此 堆積半導體薄膜》 根據該製造方法’使用複數個搭載基板之承載器，同時 形成夕塊半導體基板（晶圓），故而，可發揮優良之量產 性。 而且’將數個承載器於上下方向設有規定間隔而配置， 故而能抑制能量之浪費。 另外，將通過路徑長度大致相等之氣體流路且加熱至接 近規定之成膜溫度的溫度為止之原料氣體，導入至複數個 承載器各自之間隙，因&，無論承載器之上下位置如何， 皆旎將充分受到加熱之相同條件之原料氣體導入至各承載 器。因此，無論上下位置如何，皆能於基板上形成膜質或 154685.doc 201145447 而是_度均勻之蟲晶媒。進而，藉由旋轉機構 =板㈣’ &而’能將導人至承載器之原料氣體均Μ :且=:基板面上。結果’能夠形成不僅是基板之間、 而且於基板内之膜厚等之均勾性亦優良的磊晶膜。 另外，關於多級方式，於本發明者所進行之實驗之―例 ’可確涊，作為流動有100 slm之以氳 =之情形時的熱量，不配置成多級之平鋪之情::二 7二，相對於此’配置成多級之情形時約減半而為約 態 供給至複數個㈣器之各個的原料氣體可成為層 流狀 之上下位 同條件之原料 藉由使原料氣體成為層流狀態，可無論㈣n 置如何，向各承载器導入充分受到加熱之相 氣體。 門而[例如，可將隔著與承載器之間的間隔相同之 ::而设之複數個固定整流板，配置於-面旋轉一面受到 態。承使原料氣體穿過，藉此，成為層流狀 裁ΓΓ基板之步驟中，亦可包含將基板配置於複數個承 中之至少1個承載器之兩面之各個上。
因於承載器之兩面之夂他L ^ 兩面之各個上配置基板（單晶基板），故原 科乳體穿過面對面之美 均勻之i曰描之基板之間，從而能於各個基板上形成 弓***衡而實 現電阻加熱器之加熱，從而能夠補償旋轉機構之熱逃逸之 非對稱性’進行均勻之加熱。 上述之感應加熱方式中，因進行獨立之溫度控制，故需 要複數個高價之電源。而且，當使用感應加熱方式自2面 進行加熱之情形時，自各個高頻線圈產生高頻之緩衝，故 而難以進行獨立之控制，但於電阻加熱方式下不存在該等 問題。 複數個承載器及原料氣體中之至少任一者均可由高頻加 154685.doc 201145447 熱而加熱。藉此，能於短時間内進行加熱，故而能提高半 導體薄膜之製造效率。 複數個承載器之外周之旋轉周速度亦可為供給至複數個 承載之原料氣體的流速以下。 將承載器之外周之旋轉周速度控制在原料氣體之流速以 下，藉此，能使原料氣體成為層流狀態。而且，當進而於 承載器之近前設置固體整流板之情形時，能藉由固體整流 板將成為層流狀態之原料氣體維持層流狀態。因此，於基 板上能形成厚度、膜質、雜質濃度等之均句性優良之磊晶 膜。 於將旋轉機構配置於複數個承載器上之步驟中，亦可包 含將複數個承載器搬入至收容旋轉機構之腔室（55)内的步 驟。於堆積半導體薄膜之步驟之後，亦可搬出複數個承載 器。於搬人複數個承㈣之步驟及搬出複數個承載器之步 驟之各個中，亦可將腔室内之環境溫度維持在20(rc以 上。 承載器之搬人搬出時’當於接近室溫之低溫環境下進行 作業之情形時，可能會因升溫、降溫時之溫度差而產生基 於熱膨脹、錢之應力，從而使得附著於基m卜之承載 器 '氣體導人路、整流板等上之多晶Sic等附著物剝離， 成為微粒之產生源。 若環境溫度維持在200。〇以！·，目丨丨At i U以上，則旎抑制附著物之剝 離，且能抑制微粒之產生。而B m , 〈座生。而且，因於如此之溫度下水分 不會附著於基板，故而亦可私制闵汆 J J狎制因水分引起之微粒之產 154685.doc 201145447 生。更佳為，環境溫度為3〇〇°c以上。 另外因上述之感應加熱方式為高頻加熱，故而，若於 施加有高頻電壓之狀態下移動承載器，則高頻之匹配可能 會偏移。因此，取出時’需要停止高頻加熱，難以維持固 定之溫度。對此，當使用電阻加熱之情形時，能藉由通電 而維持固定之溫度。 上述之製造方法中，於堆積半導體薄膜之步驟之後，亦 可進而包含搬出具有鐵以上之溫度之複數個承載器的 步驟。藉&，能進一步提高半導體薄膜之製造效率。 堆積半導體_之㈣，亦可藉由堆積碳切及氣化物 中之任一者而進行。 碳化石夕或氮化物半導體之寬帶隙半導體的結合能量較 大’故而’堆積該膜時需要對充分原料氣體進行加埶。本 發明中，如上所述，能向旋轉之承載器之間供給充:受到 加熱之原料氣體而’適於用作該等寬帶隙半導體 造方法。 本發明之半導體薄膜之製造裝置係藉由對基板供給原料 氣體而形成半導體薄膜者包括複數個承載器、旋轉機 構、加熱機構、及原料氣體導入機構。複數個 (20〜22)各自係搭載基板者。旋轉機構係將複數個承載器 相互於上下方向設有規定間隔而配置且使其導加埶機 構係將複數個承載器之各個及原料氣體加熱至規定溫产。 原料氣體導人機構係H通過路徑長度大致相等= 流路-面受到加熱之原料氣體’供給至複數個承載器之各 I54685.doc •10· 201145447 個。 具有上述構成之半導體薄膜之製造裝置係如上所述，能 夠以較高之量產性提供形成有不僅是基板之間、而且於基 板内之膜質、膜厚、雜質濃度等之均勻性亦優良之磊晶膜 的半導體。 另外，因將複數個承載器於上下方向設有規定間隔而配 置，故如上所述，能在抑制能量之浪費之同時高效地進行 加熱，並且能實現裝置之小型化。 原料氣體導入機構中亦可包含使供給至複數個承載器之 各個的原料氣體成為層流狀態的層流狀態形成機構。 例如，藉由將隔著與承載器之間的間隔相同之間隔而設 之複數個固定整流板，配置於一面旋轉一面受到加熱之承 載器之則，且使原料氣體成為層流狀態，藉此，如上所 述不响承載器之上下位置如何，皆能將充分受到加執之 相同條件之原料氣體導入至各承載器。 ‘、 機構亦可包含電阻加熱器。電阻加熱器亦可構成為 能自複數個面進行輻射加熱。 藉由自電阻加熱器進行㈣加熱，如上所述，亦不會產 ^感應加熱方式之情形時加熱之非對稱性等問題，從 而今易成為均勻之加熱狀態。 上述之製造農置亦可進而包含金屬腔室及絕熱材。腔室 係經水冷，且田执„ — 啊股至 且用於收谷電阻加熱器。絕熱材係配置於電阻 加熱與腔室之間。 加熱器收容於經水冷之金屬腔室，故而 154685.doc 201145447 室之加熱，並且容易進行加熱之控制。結果能提高安全 性。而且，能防止原料氣體洩漏，從而抑制原料氣體之浪 費。 而且，因係藉由絕熱材而進行收容，故能將來自電阻加 熱器之熱封鎖於固定環境内’從而能實現高效之加熱。 另外，採用能夠節省空間之電阻加熱器，經由絕熱材而 收容於經水冷之金屬腔室内，藉此，與設有規定間隔而縱 向配置各承載器之旋轉機構之採用相結合，能夠提供更小 型之半導體薄膜之製造裝置。 另外’於高頻加熱（感應加熱方式）之情形時，因於金屬 腔至内誘發咼頻，故難以將加熱部放入金屬腔室目前一 般使用與經水冷之金屬腔室相比安全性較差之石英管、或 者石英窗。 加熱機構亦可為高頻加熱機構。 上述製造裝置亦可進而包含用於將驅動力傳達至旋轉機 構之旋轉驅動軸。旋轉驅動軸亦可為含有碳，且直徑為5 mm以上20 mm以下。 上述之製造裝置亦可進而包含用於使複數個承载器升降 之升降機構。 本發明之承載器係用於上述製造裝置中，且包含板狀本 體及卡止爪。於板狀本體上設有以能夠搭載基板之方式形 成之孔（20b)。卡止爪係自板狀本體向孔内突出，用以防止 基板自孔落下》 藉由使用如此簡單構造之承載器，能容易地將2塊基板 • J2· 154685.doc 201145447 配置於1塊承載器上，從而於上下同時形成磊晶膜，故而 可大幅提高量產性。 具體而言，首先，將第1塊基板以基板表面朝下之方式 配置於承載器之孔内。繼而’配置間隔件，進而，以基板 表面朝上之方式配置第2塊基板。此時，因在承載器之内 壁面下部之至少3個部位設有卡止爪，故而該等基板或間 隔件不會落下，而能配置2塊基板。 本發明之承載器保持具係、於上述製造裝置之旋轉機構中 使用者。承載器保持具係以複數個承載器相互於上下方向 設有規定間隔而配置之方式而保持複數個承載器之各個。 於承载器保持具之頭頂部設有突出部，以可在搬入及搬出 複數個承載器時使用。 在將所有的承載器於上下方向 刀句°又有規疋間隔而保持之狀 :、：’使其均勻地旋轉，藉此，能使配置於各承載器上之 之各個上，形成無厚度等之不均的半導體膜。 另外，於該狀態下能夠進行搬 丁掷1入搬出，故而，於上述之 C以上之環境溫度下能容# & _ 屮。目μ 此令易地進仃承載器之搬入搬 具體而言，例如，於承裁 興裔保符具之碩頂部設置Τ字 狀之犬出部，利用臂夾入該 發明之效# 犬出。Ρ而進仃搬入搬出。 根據本發明，能夠利用小 之同時，以較高的量產性製作屮f置’在抑制能量之浪費 不僅是各基板之間、而1=抑制了微粒之產生、從而 等之均勻性亦優良的::膜板内之膜質、膜厚、雜質濃度 154685.doc -13· 201145447 【實施方式】 以下，基於實施形態對本發明進行具體說明。 (實施形態1) 1.半導體薄膜之製造裝置 (1)整體構成 首先’對於作為本實施形態之半導體薄膜之製造裝置的 CVD裝置（以下亦簡稱為「裝置」）整體，利用圖1、圖2進 行說明。另外，圖1係示意性地表示本實施形態之半導體 薄膜之製造裝置的概略之剖面圖，圖2係表示半導體薄膜 之製造裝置之主要部分即腔室及其附近的示意圖。 如圖1及圖2所示，本實施形態之半導體薄膜之製造裝置 包括SUS製之腔室55、用於使基板旋轉之旋轉機構5〇、導 入原料氣體之氣體導入口 95、預先對原料氣體進行加熱之 預熱部77、用於排出氣體之渦輪分子泵97及排氣管98，進 而包括用於取出經磊晶成長之基板之套手工作箱52、傳遞 箱54。 另外’預熱部77係設置成規定之長度，以使導入氣體能 夠均勻且充分地受到加熱。而且，為了向各承載器之間導 入相同之條件下之原料氣體，利用配置於上下方向且由承 載器保持具進行固定之承載器組件，將剖面設成較大。 於〜著上下之内壁而設有水冷套管42之腔室55内，設有 由碳氈製之絕熱材75包圍之電阻加熱方式之加熱器％。於 上下没置之2個加熱器76之間，設有承載器。 (2)腔室 154685.doc • 14· 201145447 接著’對於腔室55内之構成’利用圖3(A)及圖3(B)進行 說明。圖3(A)及圖3(B)係表示腔室之主要部分之示意圖。 如圖3(A)所示，設有與由絕熱材75包圍之加熱器76相接 觸之均熱板41。而且，於下側之均熱板41上設有旋轉板 59。於旋轉板59之上配置有承載器。旋轉板59係與旋轉機 構50之旋轉軸46相連結，旋轉軸46係上部包含碳棒4〇，且 經由石英接頭47而與SUS製之樞軸45連結，進而，經由磁 性流體封件43而與馬達44連結。即，隨著馬達44之旋轉， 旋轉板59經由磁性流體封件43而旋轉。 承載器係兼作旋轉整流板9 4 ’且配置成接近固定整流板 93且形成相同之水平面。該狀況如圖3(B)所示。藉由整流 板，使所導入之原料氣體成為層流，從而使溫度大致相等 之原料氣體均等地導入至各承載器。各旋轉整流板94(承 載器）係藉由承載器保持具25而相互固定，以能夠作為承 載器組件而一體地旋轉。 如此，承載器保持具25係用於旋轉機構5〇中。承載器保 持具25係以承載器（旋轉整流板94)相互於上下方向設有規 定間隔而配置之方式，保持複數個承載器之各個。承載器 保持具25之頭頂部設有突出部85，以便於搬入及搬出複數 個承載器時使用。 圖4中概念性地表示該原料氣體均勻供給之狀況。圖* 中，除上下之基板之外，基板u、12經由間隔件13而配置 於1塊承載器上。原料氣體自氣體導入口 95通過較長之預 熱部(未圖示）’以溫度、流速等條件相等之狀態而導入至 154685.doc 201145447 各承载器之間，因此，於各基板上以相同之條件形成磊晶 膜。進而，因承載器旋轉，故能夠使原料氣體均勻地分佈 於各基板之整個面上。結果，能夠形成不僅是基板之間、 而且於基板内之厚度、膜質、雜質濃度等之均勻性亦優良 之磊晶膜。 進而，如圖3(B)所示，於各承載器之近前設有固定整流 板93,故而，原料氣體成為層流且導入至各承載器。因 此’能形成均勻性更加優良之磊晶膜。 (3)承載器 接著，對於承載器，使用圖5、圖6(A)、圖6(B) '圖7(a) 及圖7(B)進行說明。 圖5係表示對於承載器之原料氣體之導入的示意圖，且 與圖4之概念圖相對應。本實施形態之製造裝置中，原料 氣體之流動係由整流單元1〇〇控制。整流單元1〇〇具有承載 器20〜22、及複數個固定整流板93。於配置有基板12且旋 轉之承載器20〜22上，導入有通過固定整流板93之原料氣 體’從而於配置在各承載器上之基板上進行單晶之蠢晶成 長。另外，圖5中，20係配置有上下2塊基板的中間部之承 載β ’ 21係僅於上表面配置有基板的下部之承載写，22係 僅於下表面配置有基板的上部之承載器。 複數個固定整流板93分別對應於承載器2〇〜22而配置。 由承載器21及22所夾之空間的高度HS係與由位於最下方之 固定整流板93及位於最上方之固定整流板93所夾之空間的 高度HI大致相等。例如，高度HI處於高度hs± 1 〇%之範 154685.doc -16- 201145447 圍。 接著’圖6(A)及圖6(B)中分別表示中間部之承載器2〇之 概要的立體圖及剖面圖。如圖6(A)及圖6(B)所示，中間部 之承載器20包含具有規定之板厚的圓板狀之承載器本體 於承載器本體20a上形成有用於設置基板丨〗、12的孔 2〇b ’且於至少3個部位設有自本體2〇a向孔2〇b内突出之卡 止爪20c。另外，卡止爪20c亦可如圖7(八）及圖7(B)，呈環 狀設置於承載器本體20a之下部的整個内周。 第1塊基板11以基板表面朝下之方式，配置於水平放置 之承載器20之孔20b内。並且，於基板丨丨之上配置有間隔 件13，進而於其上，第2塊基板12以基板表面朝上之方式 而配置。作為間隔件13之材質，較佳為與承載器相同之材 質，且使該間隔件13之厚度與2塊基板之厚度的合計厚度 與承載器之厚度相同。藉此，可將各基板面與承載器面配 置於同一平面上。 於設有基板之孔20b内，在3個部位以上設有卡止爪 20c ’故而，即使抬起’ 2塊基板亦不會落下。 下部之承載器21上之基板的安裝方式如圖8所示。因下 部之承載器21之下表面與旋轉板相接觸，故而，此處僅設 置1塊基板。承載器21之上表面設有手搖孔2ib，以此代替 貫通孔20b(圖6(A))。另外，於承載器22之下表面亦設有相 同之手搖孔。 2.半導體薄膜之基板之製造（磊晶成長） 接著’對於使用上述裝置之半導體薄膜之製造(蟲晶成 154685.doc 17 201145447 長）進行說明。 首先’於各承載器上設置2塊基板（上下承載器各1塊）。 使用承載器保持具，將設有基板之複數個承載器於上下方 向設有規定間隔而固定之後（承載器組件），搬送至腔室内 並安裝於旋轉板上。 接著’使用渴輪分子泵，排出腔室、套手工作箱、及傳 遞箱内之殘留氣體而成為高真空。 之後’一面藉由旋轉機構使承載器組件旋轉，一面藉由 加熱器將腔室内加熱至規定溫度。 之後，自氣體導入口將原料氣體導入至腔室内。此時， 原料氣體已在預熱部經充分加熱。流過原料氣體之後，使 用乾式真空泵代替渦輪分子泵而自排氣管排氣。 將經加熱之原料氣體通過固定整流板而導入至 入至旋轉整流
轉之承載器之間流動。
器之外周之旋轉周速度控制在原料 使得原料氣體之層流不會紊亂，而於旋 軋體，於各基板上磊晶成長膜 勻性優良的單晶。 熱狀態對膜厚之影響，基於圖 (A)及圖9(B)中，橫軸表示原 而圖9(A)巾之料表示形成於 154685.doc 201145447 基板上之半導體薄膜之膜厚， 之氣體溫度。 之縱轴表示基板上 當氣體充分受到加熱之情形時，如圖9(b 對基板上導入固定溫度之氣體。此情形時之膜厚，在： 轉之情形時，係如圖9 轉在不旋 耗’厚度逐漸變薄。然…旋=所示，隨著氣體之消 所示，形成為均勾之厚度。轉時，則如圖9(A)之實線 相：於此，當氣體未充分受到加熱之情形 Π如圖9(B)之虛線所示’初期即使旋轉亦無法形成具 又之膜而且’於基板末端部附近，亦因氣體之 湞耗使得膜厚變薄^ 於形成有規定厚度之單晶膜之後於2001以上之溫度 下將承載器組件搬出至&氣等惰性氣體環境之套手工心 ，。因：高溫下搬出’故能抑制承載器、加熱器、均熱板 等上附著水分，從而能繼續形成高純度之磊晶膜。而且， 因自200°C左右開始溫度之降低速度下降，故能以如此之 间恤下搬出，且能對下一承載器組件進行充電匀， 藉此能提高裝置之處理量。 進而，藉由使爐内不下降至室溫附近，能抑制因溫度變 化所導致之附著物剝離而引起的微粒產生。 於南溫下搬出之承載器組件於套手工作箱内冷卻至室 溫。之後，落下至傳遞箱，且以不使套手工作箱内混入大 氣之方式取出。 於上述之各步驟中，加熱器由碳氈絕熱材絕熱，因此， 154685.doc •19· 201145447 各步驟中之熱損耗較少。而且，受到加熱之部位由水冷套 管包圍，故而可使裝置小型化，進而，能將裝置所設置之 室内的溫度上升亦抑制在最小限度。 根據本實施形態，於原料氣體到達基板群之前加熱至接 近承載器溫度之溫度期間，供給至各個基板之原料氣體的 氣流之路徑長度大致相等。藉此，基板之間，到達基板之 時間點上的原料氣體之溫度之不均變小。因此，能縮小基 板之間的成膜條件之不均。 另外，所謂路徑長度大致相等，具體而言係表示，自原 料氣體之加熱之觀點出發，路徑長度實質上相等，例如， 路徑長度之不均係與一個值之土10%以内相對應。 (實施形態2) 參照圖10及圖11，本實施形態之半導體薄膜之製造裝置 具有石英管255(腔室）、高頻線圈274、絕熱材275、276及 276v、碳棒240、高頻加熱部241a&241b、旋轉驅動軸 245、旋轉方向變換部247、搬送臂265、以及升降機構 257。升降機構257具有控制棒258及變位棒25〇。 旋轉驅動軸245亦可包含碳、且具有5 mm以上2〇爪瓜以 下之直徑旋轉驅動軸245係藉由圍繞自身之軸旋轉而销 達驅動力。由旋轉驅動軸245所傳達之驅動力係，藉由據 轉方向變換部247而改變旋轉方向，從而成為作為^轉梢 構之碳棒240之旋轉力。 本實施形態中’整流單元100中所含之承载器2〇〜22及複 數個固定整流板93(圓5)係藉由高頻加熱而加熱。而且，因 -20- 154685.doc
S 201145447 複數個固定整流板93受到加熱’故通過其間之原料氣體受 到加熱。以箭頭fa所示之方式而導入之原料氣體受到加熱 後用於成膜，之後，以箭頭fb所示之方式排出。作為高頻 加熱’具體而言係使用高頻線圈274之高頻加熱部2413及 241b各自中的感應電流而進行。感應電流係以圍繞高頻加 熱部241a之空洞部CVa、及高頻加熱部24113之空洞部CVb 各自之周圍的方式流動（參照圖11之箭頭）。 藉由上述之加熱及原料氣體之供給而堆積半導體薄膜之 後’承載器20〜22立即具有較高之溫度。本實施形態中， 亦可於堆積半導體薄膜之後，搬出具有7〇〇χ：以上之溫度 的承載器20〜22。具體而言，首先藉由升降機構257將碳棒 240向上方抬升。藉此，旋轉板59被抬起，結果，承載器 20〜22上升。繼而，搬送臂265以箭頭（圖1〇)所示之方式移 動，藉此***至旋轉板59之下方。接著，解除升降機構 257對碳棒240之抬升，藉此，使承載器2〇〜22及旋轉板 下降而載置於搬送臂265上。然後，使搬送臂265變位，藉 此，將搭載有基板之承載器20〜22與旋轉板59—同搬出。 較佳為，向原料氣體之氣流之下游側（箭頭fb側）搬出。 如上所述，設有用於使承載器20〜22升降之升降機構 257，藉此，能實現將搬送臂265***至承載器2〇〜22之下 方的動作，因此，能使用搬送臂265進行搬出。 另外，上述以外之構成係與上述實施形態1之構成大致 相同’故對於相同或者對應之要素標註相同之符號，且不 對其進行重複說明。 154685.doc -21· 201145447 根據本實施形態’因採用高頻加熱，故能夠以更短時間 之進行加熱。藉此，能提高半導體薄膜之製造效率。 而且’因設有升降機構257，故能容易地搬出承載器 20〜22，因此，當承載器2〇〜22之溫度為1〇〇〇t左右亦能進 行搬出’例如藉由在7〇〇°C以上搬出，能進一步提高製造 效率。 實施例 與上述貫施形態1對應之實施例如以下所述。本實施例 中’使用上述裝置，同時於6塊Sic基板上形成單晶Sic 膜。 自藉由改良之Lely法所成長之錠進行切取，實施鏡面研 磨，之後，利用有機溶媒、所謂之RCA洗淨、及氫氟酸依 序洗淨之後，利用去離子水進行清洗，藉此，製作6塊4士 SiC{0001 }基板（直徑150 mmx厚度6〇〇 μιη)，且將其等設置 於承載器上。另外，該基板之電阻率為0.017 Qcm。 承載益係由塗佈有TaC之碳板（直徑2〇〇 厚度2 形成，令央部設有用於配置基板之孔。並且，於孔之周 圍，有3個部位之卡止爪向内側而設置。 2塊基板之對於承載器之配置係，首先，以第1塊基板之 基板表面朝下之方式配置於承載器之孔内。繼而，於第j 塊基板之上，配置塗佈有TaC之圓盤（厚度為1作為間 隔件最後，於間隔件之上，第2塊基板以基板表面朝上 之方式配置。藉此，能使2塊基板與間隔件之 值與承載器之厚度 . ° 厚度一致。如上所述，因承載器之孔内設有 154685.doc
S •22· 201145447 爪，故該等基板或間隔件不會落下。如此，藉由在1塊承 載器上配置2塊基板’能於上下同時在2塊基板上形成sic 膜。 將合計收容有6塊基板之3塊承載器以等間隔於上下方向 配置在旋轉機構上，且利用設於上下2面上之電阻加熱器 加熱至1550°C。 作為導入之原料氣體’係使用H2、SiH4、C3H8、及N2之 混合氣體’以 H2=150 slm、SiH4=45 seem、C3H8=22.5 seem、N2=80 seem之流量進行導入，壓力維持在1〇 kPa( 1 〇〇 mbar)。 另外’承載器之旋轉速度係原料氣體之流速以下，即 100 rpm 〇 於以上之條件下，以120分鐘之成長時間，於6塊各基板 上形成厚度為11 μηι之Sic單晶膜。 對形成有SiC單晶膜之6塊基板之間的厚度之不均進行測 定，可知，於中心部（最大·最小}/平均<3%。另外，對中心 部之雜質濃度進行測定，可知’平均載體密度為9χΐ〇15 cm_2，該不均為（最大-最小）/平均<5%。 而且’對基板内之不均進行測定厚度之不均為（最大_ 最小）/平均<3%，雜質濃度之不均為（最大_最小）/平均 <4%。 如上所述，能獲得不均較小之6塊训單晶基板。認為其 理由係’ 6塊基板各自所對應之單晶之蟲晶成長的條件大 致相同。具體而言’認為理由係，於基板之間，基板溫度 154685.doc -23- 201145447 之不均、及到達基板之時間點上的原料氣體之溫度之不均 較小。且認為，基板之溫度之不均係因各基板安裝於承載 °上而又到抑制。而且認為，原料氣體之溫度之不均係因 於原料氣體到達基板群之前加熱至接近承載器溫度的溫度 期間、供給至各個基板之原料氣體的氣流之路徑長度大致 相等，而受到抑制。 另外，各基板之厚度之測定係，自形成有Sic單晶膜之 趋為150随之基板的外周部選擇7 _内側之5點而測定 厚度。並且，各基板之雜質濃度之測定係藉由^劣測定方 法而進行。 磊晶成長中產生之微粒缺陷之密度係，6塊晶圓上平均 為0.4 cm·2。另外，微粒缺陷係因微粒而引起之磊晶成長 膜之缺陷，上述磊晶成長膜之缺陷由光學顯微鏡以χ5〇〇倍 之倍率觀測為突起，算出整個基板面上的大小約為丨 μηι以上 '或者直徑為丨μηι以上之缺陷，且換算成單位平 方厘米進行表示。 之後，使用本實施例中所得之SiC磊晶膜，於表側形成 直徑為2.4 mm之Ti之肖特基電極，於背侧形成犯之歐姆電 極，以此製作肖特基二極體。另外，於肖特基電極之周 圍’藉由A1之離子植入而形成3重保護環。該肖特基二極 體可獲得1200 V之耐壓，500 A/cm2下之接通電壓可為！ 7 V，可確認為特性優良之肖特基二極體。 <比較例> 本比較例係使用熱壁方式於基板上磊晶成長Sic單晶的 154685.doc -24- 201145447 示例。 使用圖12所示之裝置，於基板上成長Sic單晶，以此製 作比較例之SiC基板。該裝置如上所述，係採用高頻感應 加熱方式作為加熱方式。而且，基板並非於上下方向配置 多級，而使配置於同一平面上。 本比較例中，不進行旋轉。此係因&，承載器被高頻線 圈包圍’難以自下部導入旋轉。 而且’將氣體穿過之通道之高度設為與實施例中之均熱 板或整流板的間隔相同，其他則以與實施例相同之條件， 形成厚度為12 μιη之SiC單晶膜。 本比較例中，成長速度比實施例將近快1成，但於相同 之氣體消耗量下，僅可於上游及下游分別磊晶成長丨塊， 因此’其生產性可謂是實施例之約1/3。而且，於上游及 下游，膜厚分佈有1〇%之差異，雜質濃度分佈有2〇%之差 異。關於微粒缺陷，自加熱板30落下而推斷出之多晶siC 附著於基板上’其密度為平均5 cm·2。 應夫本久所揭示之實施形態及實施例之所有方面皆為 例不’並不具有限制性。本發明之範圍並非上述之說明， 而使由申請範圍所示，且與申請範圍等價之含義、及範圍 内之所有變更均屬於本發明之範圍。 【圖式簡單說明】 圖1係示意性表示本發明之實施形態1之半導體薄膜之製 造裝置的概略之剖面圖。 圖2係示意性表示本發明之實施形態1之半導體薄膜之製 154685.doc •25· 201145447 造裝置的腔室及其附近之圖式。 圖3係示意性表示本發明之實施形態1之半導體薄膜之製 造裝置的腔室之主要部分的圖（A)、及其局部放大圖（B)。 圖4係表示原料氣體均勻地供給之狀況之概念圖。 圖5係表示本發明之實施形態1之半導體薄膜之製造裝襄 的對承載器之原料氣體之導入的示意圖。 圖ό係示意性地表示本發明之實施形態1之半導體薄膜么 製造裝置的中間部之承載器之一例的概要之分解立體_ (Α)、及其剖面圖（β)。 圖7係示意性地表示本發明之實施形態1之半導體薄膜么 製造裝·置的中間部之承載器之另一例的概要之分解立體圖 (Α)、及其剖面圖（Β)。 圖8係示意性地表示本發明之實施形態1之半導體薄膜么 製造裝置的下部之承載器之概要的立體圖。 圖9係用於說明基板之旋轉與原料氣體之預熱的效果之 圖式’圖表（Α)中表示原料氣體之流動方向之距離與半導 體薄膜之厚度的關係之一例，圖表中表示原料氣體之 流動方向之距離與原料氣體之溫度的關係之一例。 圖1 〇係示意性地表示本發明之實施形態2之半導體薄膜 之製造裝置的概略之局部剖面圖。 圖11係概略性地表示圖10之高頻力〇熱部附近之立體圖。 圖1 2係表示比較例之Sic半導體基板之製造的圖式。 【主要元件符號說明】 1〇' 11 ' 12 基板 154685.doc
S -26 - 201145447 13 間隔件 20 〜22 承載器 20a 承載器本體 20b 孔 20c 、20d 卡止爪 21b 手搖孔 25 承載器保持具 30 加熱板 31、 60 、 75 、 275 、 276 、 276v 絕熱材 32、 70 工作線圈 33 > 71 遮蔽板（遮罩） 34、 72 冷卻管 40 碳棒 41 均熱板 42 水冷套管 43 磁性流體封件 44 馬達 45 樞軸 46 旋轉軸 47 石英接頭 50、 240 旋轉機構 52 套手工作箱 54 傳遞箱 55 腔室 154685.doc -27- 201145447 59 旋轉板 76 加熱器 77 預熱部 80 ' 255 石英管 85 突出部 90 裝置壁 93 固定整流板 94 旋轉整流板 95 氣體導入口 96 氣體排出口 97 渴輪分子系 98 排氣管 100 整流單元 241a、241b 高頻加熱部 245 旋轉驅動軸 247 旋轉方向變換部 250 變位棒 257 升降機構 258 控制棒 265 搬送臂 274 ifj頻線圈 CVa、CVb 空洞部 154685.doc • 28 ·

Claims (1)

  1. 201145447 七、申請專利範圍： 1. 一種半導體薄膜之製造方法，其包括如下步驟： 將基板（10~12)搭載於複數個承載器（2〇〜22)之各個 上； . 將各自搭載有上述基板之上述複數個承載器，以相互 於上下方向設有規定間隔之方式配置於旋轉機構 上； 使配置有上述複數個承載器之上述旋轉機構（5〇)旋 轉； 對各自搭載有上述基板之上述複數個承載器加熱；及 對於一面旋轉一面受到加熱之上述承載器之各個，供 給一面通過路徑長度大致相等的氣體流路一面受到加熱 之原料氣體’藉此堆積半導體薄膜。 2. 如請求項1之半導體薄膜之製造方法，其中 供給至上述複數個承載器之各個的上述原料氣體成為 層流狀態。 3·如請求項1之半導體薄膜之製造方法，其中 搭載上述基板之步驟包含將上述基板配置於上述複數 - 個承載器中的至少1個承載器之兩面之各個的步驟。 4. 如請求項1之半導體薄膜之製造方法，其中 上述複數個承載器及上述原料氣體中之至少任一者， 係藉由電阻加熱下來自複數個面的輻射加熱而加熱。 5. 如請求項4之半導體薄勝之製造方法，其中 上述電阻加熱係由相互獨立控制之複數個電阻加熱器 154685.doc 201145447 (76)而進行。 6. 如請求項1之半導體薄膜之製造方法，其中 上述複數個承載器及上述原料氣體中之至少任一者係 藉由高頻加熱而加熱。 7. 如請求項1之半導體薄膜之製造方法，其中 上述複數個承載器之外周之旋轉周速度為供給至上述 複數個承載器之上述原料氣體的流速以下。 ^ 8. 如請求項1之半導體薄膜之製造方法，其中 於將上述複數個承載器配置於上述旋轉機構的步驟 中，包含將上述複數個承載器搬入至收容上述旋轉機構 之腔室（5 5)内的步驟， 於堆積上述半導體薄膜之步驟之後，進而包含搬出上 述複數個承載器之步驟， =搬入上述複數個承載器之步驟及搬出上述複數個承 載益之步驟之各個中，上述腔室内之環境溫度維持在 200°C以上。 9. 如請求項1之半導體薄膜之製造方法，其中 於堆積上述半導體薄膜之步驟之後，進而包含搬出具 有700 C以上之溫度之上述複數個承載器的步驟。 10. 如凊求項1之半導體薄膜之製造方法，其中 堆積上述半導體薄膜之步驟係藉由堆積碳化石夕及氮化 物中之任一者而進行。 η· 一種半導體薄膜之製造裝置，其係藉㈣基板（1㈠2)上 供給原料氣體而形成半導體薄膜者，其包括·· 154685.doc 201145447 複數個承載器（20〜22)，其各自搭載上述基板； 旋轉機構（50)，其使上述複數個承载器相互於上下方 向設有規定間隔而配置且旋轉； 尸加熱機才冓，其將上述複數個承載器之各個及上述原料 氣體加熱至規定溫度；及 原料氧體導入機才冓’其將一面通過路徑長度大致相等 之氣體流路—面受到加熱之上述原料氣體供給至上述複 數個承載器之各個。 12. 13. 14. 15. 16. 如請求項11之半導體薄膜之製造裝置，其中 上述原料氣體導入機構包括使供給至上述複數個承載 器之各個的上述原料氣體成為層流狀態的層流狀態形成 機構。 如明求項11之半導體薄膜之製造裝置，其中 上述加熱機構包含電阻加熱器（76)，上述電阻加熱器 係構成為能自複數個面進行輻射加熱。 如清求項13之半導體薄膜之製造裝置，其進而包括： ’屬腔至（55)，其係經水冷，且收容上述電阻加熱 器；及 、’、邑熱材（75)，其配置於上述電阻加熱器與上述腔室之 間。 如咕求項11之半導體薄膜之製造裝置，其中 上述加熱機構係高頻加熱機構。 如'求項11之半導體薄膜之製造裝置，其進而包括用於 將驅動力傳達至上述旋轉機構（240)的旋轉驅動轴 154685.doc 201145447 (245) ’上述旋轉驅動轴包含碳，且直徑為5 mm以上2〇 mm以下。 17. 如請求項丨丨之半導體薄膜之製造裝置，其進而包括用於 使上述複數個承載器升降之升降機構（257)。 18. —種承載器（20)，其係於請求項u之半導體薄膜之製造 裝置中使用者，且包括： 板狀本體（20a)，其設有以能夠搭載上述基板之方式形 成之孔（20b);及 卡止爪（20c) ’其自上述板狀本體向上述孔内突出，用 於防止上述基板自上述孔落下。 19. 一種承載器保持具（25)，其係用於請求項1}之半導體薄 膜之製造裝置的旋轉機構中者，且 其係以上述複數個承載器相互於上下方向設有規定間 隔而配置之方式，保持上述複數個承載器之各個，且 於頭頂部設有突出部（85)，以可於搬入及搬出上述複 數個承載器時使用。 154685.doc
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