专利名称：气相生长装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气相生长装置，该气相生长装置通过一边加热晶片一边在高温状态下供给原料气体，以使化合物半导体等的薄膜气相生长在晶片表面上，尤其涉及谋求晶片的面内温度分布均匀化的技术。
背景技术：
在现有技术中，气相生长法被利用在产业界的各种领域之中。在该气相生长法中，在生长于晶片上的薄膜的面内整个区域中膜厚、组成以及掺杂浓度为均匀，不言而喻这一点是必须的项目。而且，在面内整个区域的膜厚等的均匀化的实现手段中可以考虑各种方法，但是在加热晶片时的均热化是最重要的要素技术。
图5是表示已有的一般气相成长装置的结构例的剖视图。如图5所示，气相成长装置100包括反应炉1、配置晶片2的晶片保持器3、放置晶片保持器3的托座4、设置在托座4的下侧的加热器5、旋转自如地支持晶片保持器3以及托座4的旋转机构6、供给原料气体或载流气体的气体导入管7和排出未反应气体的排气管8等。
图6是表示晶片保持器3的详细结构的放大图，(a)是俯视图，(b)是沿着(a)的A-A线的剖视图。晶片保持器3按如下方式构成，使其单面的同一圆周上形成多个(图6中是6个)用于配置晶片2圆形配置孔3a，以相反一侧的面与托座4相接触。
另外，托座4是由热传导率较高的材质(例如钼等)构成，从而均匀传递来自加热器5的热量。此外，一般来说，也可将热传导率较高的石墨或钼等用于晶片保持器3。
在具有上述结构的气相成长装置中，通过用加热器5从托座4的下侧进行加热，从而经托座4、晶片保持器3而将热量传递给晶片2，使晶片2上升到规定的温度。此外，借助旋转机构6使托座4以规定的转速旋转，由此一边向晶片2表面均等供给从气体导入管7导入的原料气体或载流气体，一边进行薄膜的气相生长。
此外，在图5、6中用一个部件构成放置晶片2的晶片保持器3，但是还提供了如下的气相生长装置，即在放置多个晶片的情况下，与各晶片相对应地设置多个晶片保持器，在托座的规定位置处放置上述多个晶片保持器(例如，参考专利文献1)。
专利文献1特开平11-8119号公报但是，在上述气相生长装置100中判明出如下内容，在包含晶片2的整个晶片保持器3中，与晶片2相平行的面上的面内温度分布产生了大的不均匀。此外，在对晶片保持器自身的温度分布进行调查时还判明了如下内容，晶片保持器表面的中心部的温度变得比周边部的温度高(例如15℃以上)。
这被认为，主要是由于加热器5的加热方式和设置位置、或者托座4、晶片保持器3以及晶片2的热传导率(热扩散率)的不同和接触热阻而引起的。即如托座4和晶片保持器3、晶片保持器3和晶片2那样的固体彼此之间的接触不是完全的面接触，而是不连续的面接触(是点接触的集合)，因而在各边界面上的热阻不均匀，从而引起晶片保持器3(包含晶片2)的温度分布的恶化。其结果是，在已有的气相生长装置中晶片2的面内温度分布不均匀，因而很难使均匀性优异的薄膜气相生长在晶片2的面内整个区域。
发明内容
本发明正是为了解决上述问题点而提出来的，目的是提供一种气相生长装置，该气相生长装置为了改善晶片的面内温度分布，可使具有良好的均匀性的薄膜气相生长在晶片的面内整个区域。
本发明的气相生长装置，至少包括可密闭的反应炉；晶片收容机构(晶片保持器)，设置在该反应炉内，具有在表面侧保持晶片用的晶片放置部(配置孔)；气体供给机构(气体导入管)，用来向着晶片供给原料气体；加热机构(加热器)，用来加热上述晶片；均热机构(托座)，既保持上述晶片收容机构，又使来自上述加热机构的热量均匀化，在上述反应炉内，一边通过上述加热机构经上述均热机构以及上述晶片收容机构加热晶片，一边在高温状态下供给原料气体，使生长膜形成在上述晶片表面上，其中，在上述晶片收容机构的背面侧形成有呈拱状下凹的凹部。
由此，在晶片收容机构和均热机构之间形成由热传导率较低的气体充满的空间，该空间越大、即拱状凹部的中心部(晶片收容机构的中心部)越大，则热量的传导效率会变得越差。因而，虽然在已有晶片收容机构中越是中心部温度会变得越高，但是根据本发明的晶片收容机构可知，可以降低中心部和周边部的温度差。
此外，若设置在上述晶片收容机构处的拱状凹部的高度取为H、直径取为D，则可将高度和直径的比H/D取为0.01～2.00％。上述拱状凹部的高度和直径的比H/D优选为0.50～1.50％。由此，可使晶片收容机构的表面上的中心部和周边部的温度差在10℃以下。
此外，设置在上述晶片收容机构上的拱状凹部的高度H优选为0.01～3.00mm。由此，因为可限制由拱状凹部所形成的空间，从而可以将空间导致的热传导效率降低抑制在最小限度。
通过采用本发明，由于在晶片收容机构的背面侧形成呈拱状下凹的凹部，所以能使晶片收容机构的中心部和周边部的温度差变小，相对于放置在晶片收容机构上的晶片可使热量均匀传导。其结果是，晶片面内的整个区域的温度均匀，所以发挥出可以使具有良好均匀性的薄膜气相生长的效果。
图1是表示实施方式的气相生长装置的概要结构的剖视图。
图2是表示实施方式的晶片保持器3的详细结构的放大图，(a)是上表面图，(b)是剖视图。
图3是表示形成在晶片保持器3中的拱状凹部3b的高度H(mm)和晶片保持器表面上的温度差ΔT(℃)之间关系的图形。
图4是拱状凹部3b的高度和直径的比H/D与晶片保持器表面上的温度差ΔT(℃)之间关系的图形。
图5是表示已有气相生长装置的概要结构的剖视图。
图6是表示已有晶片保持器3的详细结构的放大图，(a)是上表面图，(b)是剖视图。
附图标记说明1反应炉2晶片
3晶片保持器(晶片收容机构)3a配置孔3b拱状凹部3c接触部4托座(均热机构)5加热器(加热机构)6旋转机构7气体导入管(气体供给机构)8排气管100气相生长装置具体实施方式
以下，参考附图对本发明所述的气相生长装置(MOCVD装置)的一实施方式进行说明。另外，显然本发明并不受到下述实施例的任何限定。
图1是表示本实施方式所述的气相生长装置的结构例的剖视图。此外，图2是表示晶片保持器3的详细结构的放大图，(a)是俯视图，(b)是(a)中沿着A-A线的剖视图。
如图1、2所示，气相生长装置100包括反应炉1、配置晶片2的作为晶片收容机构的晶片保持器3、既保持晶片保持器3又使来自加热机构的热量均匀化的作为均热机构的托座4、设置在托座4的下侧的加热器5、旋转自如地支持晶片保持器3以及托座4的旋转机构6、供给原料气体或载流气体的气体导入管7和排出未反应气体的排气管8等。
该气相生长装置100的各壁体是由例如不锈钢构成。此外，气体导入管7被设置在上侧体中央部处，例如将三甲基铟(TMI)、三甲基铝(TMAI)、三甲基镓(TMG)等第13(3B)族原料气体和砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)等第15(5B)族原料气体和作为载流气体的氢(H2)等惰性气体导入反应炉内。
晶片保持器3按照如下方式构成，成型为圆盘状的部件，在其单面上的同一圆周上形成多个(在图2中是6个)用于配置晶片2的圆形配置孔3a形成在，以相反一面与托座4相接触。此外，本实施方式的晶片保持器3在与托座4相接触的一侧的面上，距周边部规定间隔地形成拱状下凹的凹部3b，晶片保持器3和托座4在周边部的接触面3c处接触。
托座4是由热传导率较高的材质(例如是钼等)构成，从而均等传递来自加热器5的热量，通过旋转机构6被可转动地支持。此外，在托座4的下侧呈同心圆状配置有用来加热晶片2的加热器5。
将气体导入管7设置在反应炉1的上壁，而将排气管8设置在反应炉1的底壁上。经气体导入管7从导入口导入到反应炉1内的原料气体在反应炉的上游侧受到分解并向着下游侧流动，在晶片2上形成薄膜，未反应的原料气体与载流气体一起，经排气口从排气管8向着外部排出。
此外，虽然在图中未表示，但是，例如在旋转机构6的外周以及反应炉的下侧壁面外壁上设置有水冷套，通过这些水冷套以及加热器5对反应炉1内的温度进行控制。
在具有上述结构的气相生长装置100中，通过加热器5从托座4的下侧进行加热，由此将热量经托座4、拱状的凹部3b形成的空间、晶片保持器3传递给晶片2，从而使晶片2上升到规定的温度。此外，借助旋转机构6使托座4按规定的转速旋转，由此向着晶片2表面均等供给从气体导入管7导入的原料气体或载流气体以使薄膜气相生长。
本实施方式的晶片保持器3例如直径是180mm、厚度是10mm，设置在表面上的配置孔3a的直径是50mm、高度是0.5mm，设置在背面上的拱状凹部3b的直径(D)是170mm、高度(H)是1.7mm。即设置在晶片保持器3的背面侧上的凹部3b，它的高度(H)和直径(D)的比H/D是1.0％。
通过使晶片保持器3形成这样的形状，在晶片保持器3和托座4之间形成空间，于是越是拱状凹部3b的中心部热量的传递变得越差。因而，在现有技术中越是晶片保持器3的中心部温度变得越高，然而在本实施方式中，晶片3的中心部和周边部的温度差显著变小。其结果是，可使热量向着放置在晶片保持器3上的晶片2均匀传递，从而可实现晶片2的面内温度分布的均匀化。
实际上，在利用适用了本实施例的晶片保持器3的气相成长装置以使薄膜成长在InP晶片2上时，可使晶片2表面的面内温度分布的偏差在1℃以下，大体是均匀的。此外，可在晶片2面内的整个区域使具有良好均匀性的薄膜气相生长。
下面，对于就形成在晶片保持器3的背面上的拱状凹部的形状(高度)所研究的结果进行说明。
图3是表示形成在晶片保持器3中的拱状凹部3b的高度H(mm)和晶片保持器表面上的温度差ΔT(℃)之间关系的图形，图4是拱状凹部3b的高度和直径的比H/D与晶片保持器表面上的温度差ΔT(℃)之间关系的图形。在此处，当位于拱状凹部3b的顶点的正上方处的部分温度为中心部温度Tin、位于同晶片保持器3的托座4接触的接触部3c的正上方的部分的温度为周边部温度Tout时，将用Tin-Tout求出的温度差取为晶片保持器表面上的温度差ΔT。此外，拱状凹部3b的直径D是170mm，加热器5的设定温度是640℃。
根据图3、4可知，随着拱状凹部3b的高度H变高而使晶片保持器表面上的温度差ΔT变小，由此可以说高度H和温度差ΔT之间相关关系成立。此外，在高度H为0.02～3.5mm的范围内(高度和直径的比H/D在0.01～2.1％的范围内)，则温度差ΔT在15℃以下，尤其是在高度H是0.9～2.5mm的范围内(高度和直径的比H/D是0.5 0～1.50％的范围内)，则温度差ΔT在5℃以下。
另一方面，当采用如下结构拱状凹部3b的高度H为0mm、即与现有技术同样晶片保持器3和托座4以整个面接触的结构，来进行晶片保持器表面的温度测定时，中心部和周边部的温度差为15℃。由此可知，如本实施方式所述，通过在晶片保持器3的背面处设置拱状凹部3b，从而使晶片保持器3的表面上的温度分布实现均匀化。
而且还认为拱状凹部3b所形成的空间一变大则使热传导效率变差，因而针对热量相对于凹部3b的高度H的损失进行了研讨。其结果是在拱状凹部3b的高度H为3.0～3.5mm的情况下，相对于加热器5的设定温度640℃，晶片保持器3的到达温度成为607℃，从而判明热传导效率降低。因而，拱状凹部3b的高度H优选为0.02～3.0mm，由此可以将热经空间而被传递所致的热量的损失抑制在最小限度。
以上基于实施方式具体说明了由本发明人提供的发明，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离该主旨的范围内可以变更。
例如，既可以在拱状凹部3b上设置用来改善晶片保持器3的温度分布的突起，也可以通过该突起使晶片保持器3和托座4局部接触。此外，即使通过连续形成该突起以分割由拱状凹部3b所形成的空间部也是可以的。
此外，晶片保持器3的材质并不特别限定，但是如果是具有不使育成结晶和反应炉1内的环境污染的特性的材料的话，则可以使用任何材料制造。但是，为了提高来自加热器5的热传导效率，优选选用如石墨或钼等那样热传导率为50W/m2K以上、500W/m2K以下的材质。
在上述实施例中，在晶片保持器3上与配置孔3a相对应地设置凹部3b以形成空间部，但是，还可以使用适当的夹具以使托座4和晶片保持器3离开预定的距离。
权利要求
1.一种气相生长装置，至少包括可密闭的反应炉；晶片收容机构，设置在该反应炉内，具有在表面侧保持晶片用的晶片放置部；气体供给机构，用来向着晶片供给原料气体；加热机构，用来加热上述晶片；均热机构，既保持上述晶片收容机构，又使来自上述加热机构的热量均匀化，在上述反应炉内，一边通过上述加热机构经上述均热机构以及上述晶片收容机构加热晶片，一边在高温状态下供给原料气体，由此使生长膜形成在上述晶片表面上，其特征在于，上述晶片收容机构在背面侧形成有呈拱状下凹的凹部。
2.如权利要求1所述的气相生长装置，其特征在于，若设置在上述晶片收容机构上的上述凹部的高度为H、直径为D，则高度和直径的比H/D是0.01～2.10％。
3.如权利要求2所述的气相生长装置，其特征在于，上述高度和直径的比H/D是0.50～1.50％。
4.如权利要求2或3所述的气相生长装置，其特征在于，设置在上述晶片收容机构上的上述凹部的高度H是0.02～3.00mm。
全文摘要
本发明提供一种气相生长装置，可在晶片面内的整个区域气相生长具有良好均匀性的薄膜，该气相生长装置至少包括可密闭的反应炉；晶片收容机构(晶片保持器)，设置在该反应炉内，具有在表面侧保持晶片用的晶片放置部(配置孔)；气体供给机构(气体导入管)，用来向着晶片供给原料气体；用来加热上述晶片的加热机构(加热器)；均热机构(托座)，既保持上述晶片收容机构，又使来自上述加热机构的热量均匀化，在上述反应炉内，一边通过上述加热机构经上述均热机构以及上述晶片收容机构加热晶片，一边在高温状态下供给原料气体，由此使生长膜形成在上述晶片表面上，其中，在上述晶片收容机构的背面侧形成呈拱状下凹的凹部。
文档编号H01L21/205GK1965390SQ20058000597
公开日2007年5月16日 申请日期2005年2月15日 优先权日2004年2月25日
发明者清水英一, 牧野修仁, 川边学 申请人:日矿金属株式会社