气相生长装置以及外延晶片的制造方法制造方法及图纸

提供一种气相生长装置，即使采用基座以及预热环与反应容器的顶板下表面之间的空间狭小化的结构，也能够充分确保向基座装卸基板时基板搬送构件的移动空间。在反应室中设置使基座在第一位置与第二位置之间升降的基座升降机构。在基座位于第一位置的状态下，基座的上表面位于比预热环的下表面靠上方的位置，并且，在与反应容器主体的顶板下表面之间，确保具有预先决定的高度方向尺寸的原料气体流通空间。在基座位于第二位置的状态下，基座的上表面位于比预热环的下表面靠下方的位置，并且，在基座的上表面与预热环的下表面之间，确保高度方向尺寸比原料气体流通空间大的基板装卸空间。装卸空间。装卸空间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气相生长装置以及外延晶片的制造方法


[0001]本专利技术涉及用于使半导体单晶薄膜在单晶基板的主表面气相生长的气相生长装置和用气相生长装置实现的外延晶片的制造方法。

技术介绍

[0002]在单晶基板上形成有半导体单晶薄膜的外延晶片，例如在硅单晶基板(以下简称为“基板”)的表面通过气相生长法形成有硅单晶薄膜(以下简称为“薄膜”)的硅外延晶片广泛应用于双极IC、MOS
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IC等电子设备。近年来，在例如直径为200mm及以上的外延晶片的制造中，代替对多块晶片进行分批处理的方法，单片式气相生长装置正在成为主流。该单片式气相生长装置为，在反应容器内水平地旋转保持一块基板，一边从反应容器的一端向另一端大致水平且一个方向地供给原料气体一边使薄膜气相生长。另外，已知在单片式气相生长装置中形成在基板上的半导体单晶层的膜厚分布受基板主表面内的温度分布的影响较大，尤其是，容易产生温度降低的基板外周缘部容易向半导体单晶层的膜厚大的一侧波动。为了防止这种情况，在单片式气相生长装置中，为了实现基板外周缘部的均热，一般在基座(susceptor)的周围设置预热环。
[0003]一般情况下，硅外延晶片的制造时，基板的加热使用红外线放射加热、高频感应加热或电阻加热等任意方式，虽然硅基板和基座升温但反应容器的温度被保持得低，即形成所谓的冷壁环境。
[0004]在单片式气相生长装置中，通常成为如下构造，经由气体供给管从形成于反应容器的一端部的气体导入口供给原料气体，在原料气体沿基板主表面流动后，从容器其他端侧的排出口排出。已知在利用这样的构造的装置制造外延晶片的情况下，使沿基板主表面的原料气体的流速增大，可以有效地使硅单晶薄膜的生长速度增大。例如，在非专利文献1中，在制造硅外延晶片时，当通过基座旋转速度的上升使基板主表面与原料气体的相对速度增大，显现出能够使堆叠于基板上的硅单晶层的生长速度增大的规律。
[0005]在非专利文献1所公开的实验中，供给至反应容器的原料气体的浓度以及流量设定为固定，在这种状况下，在使基座旋转速度上升的情况下，显示出硅单晶层的生长速度增加的结果。另外，在非专利文献2中，在上述的冷壁环境下，当使硅单晶层生长时的气相温度上升，则在原料气体成分的输送速度限速的区域(即，基板主表面上的扩散层)中，热力学地显示出单晶层的生长速度降低。
[0006]即，若基板主表面的气体流速增加，则来自基板主表面的热移动被促进而基板主表面的温度降低，并且因气体流速增大而使基板主表面的扩散层厚减少，扩散层中的原料气体成分的浓度比例增加。这被认为是因为这些主要原因，使得从原料气体生成硅单晶的化学反应的效率提高，硅单晶层的生长速度增加。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本特许第6068255号公报
[0010]专利文献2：日本特开2011
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165948号公报
[0011]非专利文献
[0012]非专利文献1：《硅外延生长速度的数值计算》：第75次应用物理学会秋季学术演讲会演讲稿集(2014年秋北海道大学)19a
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A19
‑1[0013]非专利文献2：《Si外延薄膜制作进程的模拟》：日本真空学会杂志，49(2006)卷，525
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529页

技术实现思路

[0014]根据上述考察，在单片式气相生长装置中，为使基板主表面的原料气体的流速增加，提高半导体单晶层的生长速度，认为采用将成为原料气体流通道的基板主表面与反应容器的顶板下表面之间的空间高度缩小的构造是有效的。具体来说，在半导体单晶的生长工序中，通过采用使保持基板的基座的位置在高度方向上相对于反应容器的顶板下表面进一步接近的构造，能够缩小上述的空间高度。
[0015]在此，在单片式气相生长装置中在基座装配基板的工序在基座以及预热环与反应容器的顶板下表面的空间(在半导体单晶层生长时成为原料气体流通空间)与形成于反应容器主体外的准备室之间，通过使基板搬送构件进出来进行。然而，在基座与反应容器的顶板下表面的距离缩小的情况下，存在难以确保基板搬送构件进出的空间的问题。
[0016]本专利技术的课题在于提供一种即使采用基座以及预热环与反应容器的顶板下表面之间的空间狭小化的结构，也能够充分确保向基座装卸基板时基板搬送构件的移动空间的气相生长装置和使用该装置的外延晶片的制造方法。
[0017]用于解决的课题的手段
[0018]本专利技术的气相生长装置使半导体单晶薄膜在单晶基板的主表面气相生长，具有在水平方向上的第一端部侧形成有气体导入口并同样地在第二端部侧形成有气体排出口的反应容器主体，在该反应容器主体的内部空间中被驱动而旋转的圆盘状的基座上大致水平地保持有单晶基板且单晶基板进行旋转，从气体导入口被导入反应容器主体内的用于形成半导体单晶薄膜的原料气体在沿着单晶基板的主表面流动后，从气体排出口排出，并且以包围基座的方式配置有预热环。并且，为了解决上述课题，还具备：基座升降机构，使基座在第一位置与第二位置之间升降，其中，第一位置形成为，基座的上表面位于比预热环的下表面靠上方的位置，并且，在基座的上表面与反应容器主体的顶板下表面之间形成具有预先决定的高度方向尺寸的原料气体流通空间，第二位置形成为，基座的上表面位于比预热环的下表面靠下方的位置，并且，在基座的上表面与预热环的下表面之间，形成高度方向尺寸比原料气体流通空间大的基板装卸空间；基板搬送构件，在前端侧设置有以在水平方向上保持单晶基板的方式来装卸单晶基板的基板保持部；以及基板搬送构件驱动部，相对于位于第二位置的状态下的基座，在基板装卸位置与准备位置之间使基板搬送构件在水平方向上往复移动，其中，基板装卸位置是基板保持部位于基座的正上方的位置，准备位置是基板保持部位于形成于反应容器主体外的准备室内的位置。
[0019]另外，本专利技术的外延晶片的制造方法，其特征在于，使用上述本专利技术的气相生长装置，并且在反应容器内，在使基座位于第二位置的状态下将单晶基板配置在基座上，接下来使配置有单晶基板的基座向第一位置上升，使原料气体在该反应容器内流通，使半导体单
晶薄膜在单晶基板上气相外延生长，由此得到外延晶片。
[0020]在本专利技术的气相生长装置中，优选上述第一位置被确定为原料气体流通空间的高度方向尺寸在5mm以上15mm以下。另外，优选该第一位置被确定为，基座上的单晶基板的主表面与预热环的上表面对齐。
[0021]在本专利技术的气相生长装置中，能够以反应容器主体的设有准备室的一侧成为第一端部、相对于基座的旋转轴线与设有准备室的一侧相反的一侧成为第二端部的方式确定原料气体的流通方向。在这种情况下，在反应容器主体的内部空间，位于准备室闸门与预热环之间的部分成为气体通道，准备室闸门能够开闭地将准备室之间分隔。在这种情况下，在气体通道中水平地配置由分隔板，分隔板的高度方向位置确定为，板面前端与预热环的侧面对置。使气体通道的比分隔板靠上侧的空间成为与原料气体流通空间连通的上侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种气相生长装置，使半导体单晶薄膜在单晶基板的主表面气相生长，其特征在于，具有在水平方向上的第一端部侧形成有气体导入口并同样地在第二端部侧形成有气体排出口的反应容器主体，在该反应容器主体的内部空间中被驱动而旋转的圆盘状的基座上大致水平地保持有所述单晶基板且所述单晶基板进行旋转，从所述气体导入口被导入所述反应容器主体内的用于形成半导体单晶薄膜的原料气体在沿着所述单晶基板的所述主表面流动后，从所述气体排出口排出，并且以包围所述基座的方式配置有预热环，还具备：基座升降机构，使所述基座在第一位置与第二位置之间升降，其中，所述第一位置形成为，所述基座的上表面位于比所述预热环的下表面靠上方的位置，并且，在所述基座的上表面与所述反应容器主体的顶板下表面之间形成具有预先决定的高度方向尺寸的原料气体流通空间，所述第二位置形成为，所述基座的上表面位于比所述预热环的下表面靠下方的位置，并且，在所述基座的上表面与所述预热环的下表面之间，形成高度方向尺寸比所述原料气体流通空间大的基板装卸空间；基板搬送构件，在前端侧设置有以在水平方向上保持所述单晶基板的方式装卸所述单晶基板的基板保持部；以及基板搬送构件驱动部，相对于位于所述第二位置的状态下的所述基座，在基板装卸位置与准备位置之间使所述基板搬送构件在水平方向上往复移动，其中，所述基板装卸位置是所述基板保持部位于所述基座的正上方的位置，所述准备位置是所述基板保持部位于形成于所述反应容器主体外的准备室内的位置。2.根据权利要求1所述的气相生长装置，其中，所述第一位置被确定为，所述原料气体流通空间的高度方向尺寸在5mm以上15mm以下。3.根据权利要求1或2所述的气相生长装置，其中，所述第一位置被确定为，所述基座上的所述单晶基板的主表面与所述预热环的上表面对齐。4.根据权利要求1至3中任一项所述的气相生长装置，其中，以所述反应容器主体的设有所述准备室的一侧成为所述第一端部、相对于所述基座的旋转轴线与设有所述准备室的一侧相反的一侧成为第二端部的方式确定所述原料气体的流通方向，并且在所述反应容器主体的内部空间中，位于准备室闸门与所述预热环之间的部分成为气体通道，所述准备室闸门能够开闭将所述准备室之间分隔，在所述气体通道中水平地配置有分隔板，所述分隔板的高度方向位置被确定为板面前端与所述预热环的侧面对置，使所述气体通道的比所述分隔板靠上侧的空间成为与所述原料气体流通空间连通的上侧通道空间，使所述气体通道的比所述分隔板靠下侧的空间成为与所述预热环下方的仪器配置空间连通的下侧通道空间。5.根据权利要求4所述的气相生长装置，其中，确定为所述分隔板的上表面与所述预热环的上表面对齐。6.根据权利要求1至5...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈部晃，
申请(专利权)人：爱必克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：