專利名稱：襯托器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在使碳化硅、氮化鎵、氮化鋁等化合物半導體外延生長時使用的襯托器，特別是涉及一種能在多個襯底上分別得到一致的外延生長膜(以下稱為外延膜)的襯托器。
背景技術：
以往，在半導體制造工序中，采用單晶體制造方法，即，利用化學氣相生長法(CVD法)，使原料氣體在晶片上進行氣相反應，來生長出外延層。具體地說，所謂CVD法指，在襯托器上載置單晶片，將襯托器和晶片加熱到外延生長溫度并保持該溫度。然后，向反應爐內導入載氣和原料氣體的混合氣體，因高溫化而分解了的原料氣體在晶片上累積，形成外延層。作為以高速形成較厚的外延層的反應爐，多采用使氣體沿上下方向流出的縱型的氣相生長裝置(例如，參照下述專利文獻1、2)。
專利文獻1特開平11-176757號公報專利文獻2特公平5-87128號公報但是，在以往的裝置中，襯托器上的多張襯底和與這些襯底對置的壁面之間的距離存在較大的差異，所以在各襯底間容易產生溫度差。因此，襯底彼此之間在外延膜生長速度上存在差別，從而外延膜的厚度不同，很難同時得到多張品質相同的外延膜。

發明內容
鑒于此，本發明的目的在于，提供一種用于半導體外延生長、能同時得到多張一致性較高的外延膜的襯托器。
本發明是一種襯托器，是用于半導體外延生長的襯托器，包括筒型襯托器，具有多個面，所述面在外側自由地載置多個襯底；和下述部件，其在內部配置前述筒型襯托器，具有相對于前述筒型襯托器的各前述面以向與該面相同的方向傾斜的方式對置配置的面。
根據上述方案，在將本發明的襯托器用于半導體外延生長工序時，能使各襯底溫度統一，能同時得到多張一致性較高的外延膜。
本發明是一種襯托器，是用于半導體外延生長的襯托器，包括筒型襯托器，具有多個面，所述面在內側自由地載置多個襯底；和下述部件，其在外周部配置前述筒型襯托器，具有相對于前述筒型襯托器的各前述面以向與該面相同的方向傾斜的方式對置配置的面。
根據上述方案，在將本發明的襯托器用于半導體外延生長工序時，能使各襯底溫度統一，能同時得到多張一致性較高的外延膜。
本發明的襯托器，優選地，在前述部件的前述筒型襯托器側的面上，自由地載置多個襯底。
根據上述方案，能同時得到更多一致性較高的外延膜。
本發明的襯托器，優選地，前述筒型襯托器或/和前述部件為加熱器。
根據上述方案，由于直接加熱各襯底，使它們其溫度統一，所以能更可靠地同時得到多張一致性較高的外延膜。
本發明的襯托器，優選地，由包含石墨的基材形成。此外，本發明的襯托器，優選地，由多晶碳化硅或多晶碳化鉭包覆。
在以用高頻線圈加熱的方法進行半導體外延生長時，可將襯托器本身作為熱源，所以能直接加熱各襯底，使它們其溫度統一。其結果，能更可靠地同時得到多張一致性較高的外延膜。此外，由于用多晶碳化硅或多晶碳化鉭覆蓋，所以可防止由石墨形成的襯托器中含有的雜質釋放出來。特別是，在用多晶碳化鉭包覆的情況下，由于碳化鉭是高溫特性優良的材料，相對于氫也具有良好的耐腐蝕性，所以可防止包覆材料的升華和石墨的露出，從而可防止雜質的釋放。


圖1是分別表示本發明第1實施方式的襯托器的構成部分的立體圖，(a)是筒型的內襯托器，(b)是外側部件。
圖2是表示使用了圖1的襯托器的外延生長裝置的反應室附近的概略圖。
圖3是表示圖2的變形例的圖。
圖4是分別表示本發明第2實施方式的襯托器的構成部分的立體圖，(a)是內側部件，(b)是筒型的外襯托器。
圖5是表示圖1的第1實施方式的襯托器及圖4的第2實施方式的襯托器的變形例的圖。
圖6是表示本發明實施例的外延層的膜厚和表面粗糙度分布之間關系的圖表，(a)表示相對于氣流方向平行的方向上的、外延層的膜厚和表面粗糙度分布之間的關系，(b)表示相對于氣流方向垂直的方向上的、外延層的膜厚和表面粗糙度分布之間的關系。
圖7是表示本發明實施例的外延層的膜厚的生長速度及表面粗糙度的SiH4流量依存性的圖表。
圖8是表示本發明實施例的外延層的摻雜濃度分布的圖表，(a)表示相對于氣流方向平行的方向上的、外延層的摻雜濃度分布，(b)表示相對于氣流方向垂直的方向上的、外延層的摻雜濃度分布。
附圖標記說明1、9、13襯托器2內襯托器3外側部件4沉孔部5反應室6隔熱件7高頻線圈8襯底10內側部件11外襯托器12沉孔部具體實施方式
下面，參照附圖，說明本發明的實施方式。
圖1是分別表示本發明第1實施方式的襯托器的構成部分的立體圖，(a)是筒型的內襯托器，(b)是外側部件。
圖1所示的襯托器1包括以石墨作為基材的內襯托器2、和以石墨作為基材的外側部件3。它們的表面優選由多晶碳化硅或多晶碳化鉭包覆。
內襯托器2，是通過使四個具有兩個凹狀沉孔部4的梯形平面(四個梯形平面的面積都相同)分別相對于垂直方向傾斜規定角度，來使斜邊彼此結合而構成的，為所謂的筒型襯托器。
外側部件3，其形狀與內襯托器2大致相似，可將內襯托器2配置于內部。此外，具有四個梯形平面(四個梯形平面的面積都相同)，在將內襯托器2配置于內部時，所述四個梯形平面能夠相對于內襯托器2的各具有沉孔部4的梯形平面平行或大致平行地對置配置。即，外側部件3的梯形平面分別相對于垂直方向傾斜規定角度。
另外，內襯托器2的梯形平面的傾斜角度相對于垂直方向優選為2～45°，外側部件3的梯形平面的傾斜角度相對于垂直方向優選為2～45°。在此，在大致平行地對置配置的情況下，優選使得氣體入口側的流路較寬，出口側的流路較窄。這例如通過下述方式實現，即，將內襯托器2的梯形平面的傾斜角度相對于垂直方向設為12°，將外側部件3的梯形平面的傾斜角度相對于垂直方向設為8°。通過作成這樣的結構，可適當抑制氣體的加熱。此外，內襯托器2和外側部件3之間的平面間距離為5～60mm，希望為10～25mm。
此外，只要設置一個以上沉孔部4即可。進而，內襯托器2及外側部件3的梯形平面個數不限于4個，分別為3個以上即可。
接著，對使用了第1實施方式的襯托器的外延生長裝置進行說明。圖2是表示使用了圖1襯托器的外延生長裝置的反應室附近的概略圖。
在圖2所示外延生長裝置的反應室5的內部，設置有配置于反應室5中心部的第1實施方式的襯托器1、和配置于襯托器1的外周部的隔熱件6。在反應室5的外周部，螺旋狀地設置有高頻線圈7。
襯托器1的配置結構為，將圖1(b)的外側部件的朝向上下翻轉，并將其蓋在圖1(a)的內襯托器上。另外，調整配置成，內襯托器2的梯形平面和外側部件3的梯形平面平行或大致平行。
隔熱件6設置在反應室5的內壁和襯托器1的外周部之間，用于防止襯托器1散熱。
高頻線圈7能夠對由石墨構成的襯托器1進行高頻加熱，而使襯托器1發熱。
接著，參照圖2，對使用第1實施方式的襯托器進行的外延生長加以說明。
首先，在襯托器1的內襯托器2上載置用于外延生長的襯底8。接著，在圖2的位置上，配置內襯托器2，使高頻線圈7工作，將襯托器加熱到適于外延生長的溫度。然后，使反應氣體通過襯托器1的內襯托器2和外側部件3之間(參照圖2的箭頭)。
根據上述方案，在半導體外延生長工序中使用了第1實施方式的襯托器，所以可使各襯底溫度統一，能同時得到多張一致性較高的外延膜。此外，由于用多晶碳化硅或多晶碳化鉭包覆，所以能防止石墨構成的襯托器中所包含的雜質釋放出來。特別是，在用多晶碳化鉭包覆的情況下，由于碳化鉭是高溫特性優良的材料，相對于氫也具有良好的耐腐蝕性，所以可防止包覆材料的升華和石墨的露出，從而可防止雜質的釋放。
另外，作為本實施方式的變形例，也可將內襯托器2或/和外側部件3作成加熱器。
此外，作為反應室5的配置的變形例，如圖3所示，也可將圖2的襯托器1和隔熱件6上下翻轉。此時，反應氣體的流動方向為從下向上的方向(參照圖3的箭頭)。
下面，對本發明第2實施方式的襯托器進行說明。
圖4是分別表示本發明第2實施方式的襯托器的構成部分的立體圖，(a)內側部件，(b)是筒型的外襯托器。
圖2所示的襯托器9包括以石墨作為基材的內側部件10、和以石墨作為基材的外襯托器11。它們的表面優選由多晶碳化硅或多晶碳化鉭包覆。
外襯托器11，是通過使四個具有沉孔部12的梯形平面(四個梯形平面的面積都相同)分別相對于垂直方向傾斜規定角度，來使斜邊彼此結合而構成的。
內側部件10，其形狀與外襯托器11大致相似，可配置于外襯托器11的內部。此外，具有四個梯形平面(四個梯形平面的面積都相同)，在將內側部件10配置于外襯托器11內部時，所述四個梯形平面能夠相對于外襯托器11的各具有沉孔部12的梯形平面平行或大致平行地對置配置。即，內側部件10的梯形平面分別相對于垂直方向傾斜規定角度。
另外，內側部件10的梯形平面的傾斜角度相對于垂直方向優選為2～45°，外襯托器11的梯形平面的傾斜角度相對于垂直方向優選為2～45°。在此，在大致平行地對置配置的情況下，優選使得氣體入口側的流路較寬，出口側的流路較窄。這例如通過下述方式實現，即，將內襯托器2的梯形平面的傾斜角度相對于垂直方向設為12°，將外側部件3的梯形平面的傾斜角度相對于垂直方向設為8°。通過作成這樣的結構，可適當抑制氣體的加熱。此外，內襯托器2和外側部件3之間的平面間距離為5～60mm，希望為10～25mm。
此外，只要設置一個以上沉孔部12即可。進而，內襯托器2和外側部件3的梯形平面個數不限于4個，分別為3個以上即可。
另外，可取代圖2的外延生長裝置的反應室5內的襯托器1而使用本實施方式的襯托器9。由此，可得到與第1實施方式相同的效果。此外，作為本實施方式的變形例，也可將內側部件10或/和外襯托器11作成加熱器。
而且，作為第1實施方式及第2實施方式的變形例，也可使用圖1的內襯托器2和圖2的外襯托器11來構成襯托器13。該襯托器13可以取代圖2的外延生長裝置的反應室5內的襯托器1。
此外，在沿逆著重力的方向載置襯底時，為了使其不會下落，可使用銷等加以固定。
實施例這里示出一個采用筒型氣相反應裝置進行外延層形成的實施例，所述筒型氣相反應裝置使用了六面筒型襯托器(未圖示)以取代圖1的四面筒型襯托器1。在此，對作為化合物半導體之一的碳化硅的外延層形成進行描述。
在設置于六面筒型襯托器的內表面的各沉孔中，分別放置直徑為2英寸的單晶碳化硅晶片，將襯托器設置在規定的位置。用H2氣將反應室內氣體置換后，抽成5×10-6Torr的真空。抽真空后，從原料氣體供給口(未圖示)導入作為載氣的H2氣，從惰性氣體供給口(未圖示)導入作為惰性氣體的Ar氣，將反應室內保持在100Torr。H2氣和Ar氣從排氣口(未圖示)連續排出，通過設置于排氣口下游的壓力控制閥(未圖示)，控制反應室內的壓力。
通過對螺旋狀的高頻感應線圈7通電，來加熱襯托器，使其升溫至1350℃。此時，通過放射溫度計測定晶片表面上的溫度，作為爐內溫度。從1350℃以上起，從供給口(未圖示)導入少量的原料氣體，抑制碳化硅晶片由于H2蝕刻而產生的損傷。在這種情況下，作為原料氣體，使用SiH4和C3H8。通過以襯托器作為加熱源、并設置隔熱件，不僅加熱效率非常高從而能節約消耗的電力，還由于能夠快速升溫而能抑制升溫過程中的晶片由于H2蝕刻而引起的損傷。其結果，能得到高品質的外延層。
進而，作為外延生長溫度，將襯托器和晶片加熱到高溫的1835℃，之后，使爐內溫度保持恒定。通過以襯托器作為加熱源而直接加熱晶片，并且設置隔熱件，使得加熱效率大幅度提高，所以能實現快速升溫和高溫下的外延生長。此時，將SiH4的流量增加至120sccm，將C3H8的流量增加至30sccm，并以0.05sccm供給作為摻雜氣體的N2氣，開始形成外延層。碳化硅外延層的形成條件如下生長溫度為1835℃，生長壓力為100Torr，C/Si比為0.75，SiH4/H2比為0.4mol％，C3H8/H2比為0.1mol％，進行4小時的生長。
此時的生長速度為33μm/h，經過4小時的生長能形成約130μm厚的外延層。較厚的碳化硅外延層的表面形態為鏡面，能形成沒有大的表面缺陷的高品質層。此外，圖6(a)表示相對于氣流方向平行的方向上的、碳化硅的外延層膜厚和表面粗糙度分布，圖6(b)表示相對于氣流方向垂直的方向上的、碳化硅的外延層膜厚和表面粗糙度分布。若除去邊緣部，則能得到以σ/m表示為2～4％的良好的一致性。這是由于下述效果，即，通過將襯托器用作加熱源并設置隔熱件，而改善了晶片的溫度一致性。另外，圖6中的RMS是均方根粗糙度，以下同樣。
進而，研究在1835℃的生長條件下，SiH4流量和生長速度的關系，結果發現，如圖7所示，生長速度與SiH4流量成比例地增加，得到44μm/h的高速生長。這是由于下述效果，即，由于襯托器為加熱源，對晶體附近的反應有貢獻的原料氣體被高效地加熱而分解。即使在供給大量SiH4的、生長速度為44μm/h的情況下，也能得到0.3nm的平坦的表面形態。另外，在此，RMS為10×10μm2的范圍。
此外，研究碳化硅外延層的摻雜濃度分布，結果發現，如圖8所示，在相對于氣流平行的方向和相對于氣流垂直的方向上，都可將摻雜控制在5×1014cm-3的高純度范圍。這是由于下述效果，即，由于襯托器和晶片的高效加熱和隔熱件的設置，大幅度提高了加熱效率，從而降低了加熱的負荷，抑制了襯托器和內壁的劣化。此外，在摻雜濃度分布方面，能得到2～5％的良好的一致性。這是由于下述效果，即，通過以襯托器作為加熱源而直接加熱晶片，并設置隔熱件，提高了晶片面內溫度的一致性。
另外，本發明在權利要求書的范圍內可進行設計變更，而不限于上述實施方式和實施例。
權利要求
1.一種襯托器，是用于半導體外延生長的襯托器，包括筒型襯托器，具有多個面，所述面在外側自由地載置多個襯底；和下述部件，其在內部配置前述筒型襯托器，具有相對于前述筒型襯托器的各前述面以向與該面相同的方向傾斜的方式對置配置的面。
2.一種襯托器，是用于半導體外延生長的襯托器，包括筒型襯托器，具有多個面，所述面在內側自由地載置多個襯底；和下述部件，其在外周部配置前述筒型襯托器，具有相對于前述筒型襯托器的各前述面以向與該面相同的方向傾斜的方式對置配置的面。
3.如權利要求1或2所述的襯托器，其特征在于，在前述部件的前述筒型襯托器側的面上，自由地載置多個襯底。
4.如權利要求1或2所述的襯托器，其特征在于，前述筒型襯托器或/和前述部件為加熱器。
5.如權利要求1或2所述的襯托器，其特征在于，該襯托器由包含石墨的基材形成。
6.如權利要求5所述的襯托器，其特征在于，該襯托器由多晶碳化硅或多晶碳化鉭包覆。
全文摘要
本發明提供一種用于半導體外延生長、能同時得到多張一致性較高的外延膜的襯托器。本發明的一種襯托器，是用于半導體外延生長的襯托器，包括筒型襯托器，具有多個面，所述面在外側自由地載置多個襯底；和下述部件，其在內部配置前述筒型襯托器，具有相對于前述筒型襯托器的各前述面以向與該面相同的方向傾斜的方式對置配置的面。本發明的另一種襯托器包括筒型襯托器，具有多個面，所述面在內側自由地載置多個襯底；和下述部件，其在外周部配置前述筒型襯托器，具有相對于前述筒型襯托器的各前述面以向與該面相同的方向傾斜的方式對置配置的面。
文檔編號C23C16/458GK1938822SQ200580010359
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月28日 優先權日2004年3月31日
發明者木本恒暢, 松波弘之, 藤原廣和 申請人:東洋炭素株式會社