用于生长半导体晶片的装置和相关联的制造方法制造方法及图纸

本公开的实施例涉及用于生长半导体晶片的装置和相关联的制造方法。一种用于生长特别是碳化硅的半导体晶片的装置，其中腔室容纳收集容器、以及被布置在容器之上的支撑件或衬托器。支撑件由围绕开口的框架形成，该开口接纳多个臂和座。框架具有彼此相对的第一表面和第二表面，其中框架的第一表面面对支撑件。臂由从框架延伸到开口中的悬臂杆形成，臂具有比框架小的最大高度，并且在顶部具有搁置边缘。臂的搁置边缘限定了搁置表面，该搁置表面在比框架的第二表面低的水平处。座具有由搁置表面形成的底部。成的底部。成的底部。

【技术实现步骤摘要】
用于生长半导体晶片的装置和相关联的制造方法


[0001]本专利技术涉及一种用于生长诸如碳化硅晶片的半导体晶片的装置，并且涉及一种相关联的制造方法。

技术介绍

[0002]半导体器件通常在硅晶片中制造。然而，至少部分地由于SiC的良好的化学物理性质，碳化硅(SiC)晶片已经变得越来越流行。例如，SiC通常具有比硅宽的带隙。因此，同样具有相对薄厚度的SiC具有比硅高的击穿电压，并且因此可以有利地被用在高电压应用中，诸如在功率器件中。
[0003]碳化硅以不同的晶体学形式或多型存在。最常见的多型是立方多型(多型3C-SiC)、六边形多型(多型4H-SiC和6H-SiC)和菱形多型(多型15R-SiC)。其中，由于立方多型3C-SiC与其他晶片多型相比的独特的性质，因此目前已经成为深入研究的主题。例如，通常3C-SiC晶片在SiO2/3C-SiC界面上具有较低的陷阱密度和较大的沟道电子迁移率。3C-SiC的其他有趣特性是导通状态电阻R
on
的低值，这在器件在高达以及超过650V工作的情况下特别有用。
[0004]然而，碳化硅晶片的制造比硅晶片的制造更复杂，并且目前市场上3C-SiC衬底是不可获得的。
[0005]以本申请人的名义提交的、名称为“Method for manufacturing a silicon carbide wafer and respective equipment”的US 2013/0157448中描述了用于制造SiC碳化硅晶片的装置和方法。该专利申请描述了一种用于制造SiC晶片的方法，包括：将硅衬底定位在反应腔室中的支撑件(被称为“衬托器”)上；在硅衬底上生长3C-SiC外延层；以及然后通过熔化硅衬底，将硅衬底从3C-SiC外延层分开。然后，通过衬托器下方的一对排放口将熔化的硅排出。
[0006]为了改进硅衬底与3C-SiC外延层的分开，本申请人已经开发了一种改进的反应腔室，其在US2018/0090350中且名称为“Apparatus for manufacturing a silicon carbide wafer”中被描述。这里，衬托器由具有倾斜形状或朝下面对的多个杆形成，以有利于熔化的硅通过杆之间的开口的流动。此外，海绵被布置在杯状容器中，在支撑件下方，以收集熔化的硅，并简化从反应腔室中移除熔化的硅的过程。
[0007]进一步的改进在2018年11月06日提交的，名称为“Apparatus and method for manufacturing a wafer”的US专利申请序列号16/182050中描述。这里，衬托器包括外部框架，该外部框架限定开口并且带有多个臂，该多个臂从框架向开口的内侧延伸，并且悬置在容器之上。臂是悬臂式的，在一端被固定到框架，并且具有朝向开口的中心定向的自由端。自由端被提供有向上突出的尖端。
[0008]在一些情况下，在碳化硅晶片的制备期间，硅的一部分附着到例如衬托器的臂尖上并且保持附着到例如衬托器的臂尖上。此外，已经证实的是，在一些情形中，碳化硅晶片不会均匀地生长，而是形成多晶的外边缘。

技术实现思路

[0009]本公开的各个实施例提供了一种改进的装置和方法，其克服了现有技术的缺点并且使得能够制造碳化硅晶片，甚至大尺寸的碳化硅晶片。
[0010]根据本公开，提供了一种用于生长碳化硅晶片的装置和方法。
[0011]在实践中，本装置包括支撑件，该支撑件由框架、框架中的开口、以及朝向开口的中心而延伸到开口中的多个臂形成。臂限定了用于晶片的搁置表面，该搁置表面在比框架低的水平处。
[0012]实际上，由本申请人进行的研究已表明，在通过CVD(化学气相沉积)型反应器中在硅衬底上的感应而获得的SiC生长期间，反应腔室内的热的分布不均匀，而是晶片的边缘比中心的温度冷几十度。本申请人已认为该温度梯度是由于生长气体的流动的不稳定性，该生长气体应当以层状方式与初始硅晶片搭接，并且第一薄SiC层在硅衬底上生长。由于初始硅晶片在较高水平处并且从衬底突出，因此已认为的是，这会引起生长气体流动的不稳定，并且因此生成温度梯度。
[0013]为了解决上述问题，于是，支撑件被制造为使得支撑臂被布置在比框架低的水平处，并且初始硅晶片被布置在框架内，使得其顶表面与框架的顶表面大致对准。
附图说明
[0014]为了更好地理解本公开，现在仅通过非限制性示例的方式参考附图描述本公开的实施例，其中：
[0015]图1是本装置的一个实施例的截面图；
[0016]图2是在图1的装置中可使用的支撑件的一个实施例的俯视图；
[0017]图3是从图2的支撑件的上方的透视图；
[0018]图4是图2的支撑件的细节的放大的透视图；
[0019]图5是沿着图2的剖线V-V截取的图2的支撑件的截面图；
[0020]图6是沿着图2的剖线VI-VI截取的、通过图2的支撑件的一部分的截面图；
[0021]图7是在图1的装置中的支撑件可使用的另一实施例的俯视图；
[0022]图8是在图1的装置中的支撑件可使用的另一实施例的俯视图；
[0023]图9至图13是示出使用图1的装置制造半导体晶片的连续步骤的截面图；以及
[0024]图14是图2至图4的衬底的透视图，其具有在制造过程结束时所获得的半导体晶片。
具体实施方式
[0025]图1示出了用于生长碳化硅晶片的装置10。装置10包括主体12、加热器14、入口管道16、出口管道18、支撑件20(也被称为“衬托器”(susceptor))、以及例如杯形的容器22。
[0026]主体12形成反应腔室24，其界定了封闭空间，在该封闭空间中反应发生。衬托器20和容器22被定位在反应腔室24内。主体12通常是热绝缘材料，并且将反应腔室24与外部环境热绝缘。
[0027]加热器14耦合到主体12，加热器14例如面对反应腔室24布置。加热器14对反应腔室24、以及反应腔室24内部所包含的项(例如，衬托器20、容器22、气体、衬底、晶片或其他对
象或物质)进行加热。加热器14可以以任何方式生产。例如，加热器14可以是包括多个线圈的感应性加热器；或加热器14可以是电阻性加热器或其他类型的加热设备，电阻性加热器包括覆盖有碳化物的电阻器。
[0028]入口管道16提供从装置10外部的环境到反应腔室24的流体路径，并且如下面所讨论的，入口管道16可以用于将前驱体(precursor)和气体引入到反应腔室24中。
[0029]出口管道18提供从反应腔室24到装置10的外侧的流体路径。如下面所讨论的，出口管道18也可以用于向外排放在反应腔室24中形成的反应气体。
[0030]特别地，在装置10中，反应腔室24是水平流动类型的。为此，例如如图1中所示，入口管道16和出口管道18彼此水平对准，并且气体沿着衬托器20的顶表面纵向流动。
[0031]衬托器20被布置在容器22之上、且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装置，包括：腔室；收集容器，在所述腔室中；以及支撑件，在所述腔室中并且在所述容器之上，所述支撑件包括框架、由所述框架围绕的开口、多个臂、以及在所述开口内的座，所述框架具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述框架的所述第一表面面对所述收集容器，所述臂是从所述框架延伸到所述开口中的悬臂杆，所述臂中的每个臂具有比所述框架的最大高度小的最大高度，并且所述臂中的每个臂具有搁置边缘，所述臂的所述搁置边缘限定搁置表面，所述搁置表面在比所述框架的所述第二表面低的水平处，所述座具有由所述搁置表面形成的底部。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述搁置表面被定位在距所述第二表面一距离处，所述距离实质上等于在使用中要被插入到所述座中的衬底的厚度。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述搁置表面被定位在距所述第二表面一距离处。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述臂中的每个臂包括上部，所述上部由至少一个倾斜侧界定，并且每个臂的所述倾斜侧具有相对于所述搁置表面非零的倾斜度。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述臂中的每个臂包括上部，所述上部由一对上倾斜侧界定，所述一对上倾斜侧连续并且相交以形成顶端。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述臂中的每个臂包括下部，所述下部由一对下倾斜侧界定。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述臂中的每个臂具有五边形的截面。8.根据权利要求6所述的装置，其中相对于平行于所述搁置表面的平面，所述下倾斜侧具有比所述上倾斜侧的倾斜度大的倾斜度。9.根据权利要求1所述的装置，还包括：多个突起，从所述框架延伸到所述开口中，所述多个突起中的每个突起具有连接壁和横向壁，所述连接壁从所述框架横向延伸，所述横向壁在所述连接壁之间延伸，所述横向壁与所述搁置表面一起形成所述座，所述臂中的每个臂从相应的横向壁延伸。10.一种方法，包括：将第一材料的衬底定位在装置中，所述装置包括腔室、在所述腔室中的收集容器、以及在所述腔室中并且在所述容器之上的支撑件，所述支撑件包括框架、由所述框架围绕的开口、多个臂、以及在所述开口内的座，所述框架具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述框架的所述第一表面面对所述收集容器，所述臂是从所述框架延伸到所述开口中的悬臂杆，
所述臂中的每个臂具有比所述框架的最大高度小的最大高度，并且所述臂中的每个臂具有搁置边缘，所述臂的所述搁置边缘限定搁置表面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：