半导体制造装置以及半导体晶片支架的制作方法

半导体制造装置以及半导体晶片支架的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体制造装置以及半导体晶片支架。根据一个实施方式，半导体晶片支架具有支承半导体晶片的第1保持区域部；以及包围第1保持区域并被支承于旋转体单元的第2保持区域部，第1保持区域部和第2保持区域部有阶差，在第1保持区域部中，在半导体晶片被支承于第1保持区域部时的半导体晶片的外缘的位置设置有多个通气孔。
【专利说明】半导体制造装置以及半导体晶片支架
[0001](关联申请的引用）
[0002] 本申请以基于在2013年3月22日申请的在先的日本国专利申请2013-061133号 的权利的利益为基础，并且谋求其利益，其内容整体通过引用而被包含于本申请。

【技术领域】
[0003] 在此说明的实施方式普遍地涉及半导体制造装置以及半导体晶片支架（holder)。

【背景技术】
[0004] 有使晶体膜气相生长在半导体晶片等半导体基板的外延生长法。实施外延生长法 的半导体制造装置例如在腔室之中有旋转体单元，旋转体单元的上面有保持半导体晶片的 半导体晶片保持部，在半导体晶片保持部的下方有对半导体晶片进行加热的加热器。
[0005] 在腔室中导入原料气体，一边使半导体晶片与旋转体单元一起旋转一边在半导体 晶片上生成晶体膜。IGBT元件等功率半导体中，需要形成10 μ m左右的厚膜的硅的外延膜。 硅晶片被保持于被称为支架的保持构件，通过原料气体的热分解反应等而在硅晶片的表面 形成硅单晶膜。通过使半导体晶片高速地旋转，从而促进向半导体晶片表面的原料气体的 供给，提高了反应速度。
[0006] 但是，如果提高转速，则由于离心力而硅晶片的中心和支架的中心错开，硅晶片的 外缘会接触到支架支承部的内侧面。由于进入到硅晶片与支架之间的原料气体的影响而在 两者的接触部会引起膜的形成。
[0007] 在形成厚膜时硅晶片和支架通过厚的被膜而粘合，在从半导体晶片保持部去除半 导体晶片时，存在在外延膜产生晶体缺陷、或者在硅晶片或支架中发生缺损的情况。


【发明内容】

[0008] 本发明所要解决的课题是，提供一种防止半导体晶片与半导体晶片保持构件之间 的粘合、生产性高的半导体制造装置以及半导体晶片支架。
[0009] 根据一个实施方式，半导体制造装置具备：腔室；反应气体导入口，设置于所述 腔室，向所述腔室内导入反应气体；气体排放口，设置于所述腔室，排出所述反应气体；旋 转体单元，设置于所述腔室内；半导体晶片支架，设置于所述旋转体单元的上部，保持半导 体晶片；加热器，设置于所述旋转体单元的内部；以及净化气体导入口，向由所述旋转体单 元、半导体晶片支架以及所述半导体晶片包围的空间供给净化气体。
[0010] 所述半导体晶片支架具有：第1保持区域部，支承所述半导体晶片；以及第2保持 区域部，包围所述第1保持区域，被支承于所述旋转体单元，所述第1保持区域部和所述第 2保持区域部有阶差，在所述第1保持区域部中，在所述半导体晶片被支承于所述第1保持 区域部时的所述半导体晶片的外缘的位置设置有多个通气孔。
[0011] 本发明能够提供防止半导体晶片与半导体晶片保持构件之间的粘合、生产性高的 半导体制造装置以及半导体晶片支架。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 图1是表示第1实施方式的半导体制造装置的示意图。
[0013] 图2 (a)是表示第1实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图，图2 (b)是表 示第1实施方式的半导体晶片支架的示意性剖面图。
[0014] 图3 (a)是表示参考例的半导体制造装置的作用的图，图3 (b)是表示第1实施 方式的半导体制造装置的作用的图。
[0015] 图4 (a)是表不第2实施方式的半导体晶片支架的不意性俯视图，图4 (b)是表 示第2实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图的放大图，图4 (c)是表示第2实施方 式的半导体晶片支架的示意性剖面图。
[0016] 图5 (a)是表不第3实施方式的半导体晶片支架的不意性俯视图，图5 (b)是表 示第3实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图的放大图，图5 (c)是表示第3实施方 式的半导体晶片支架的示意性剖面图。
[0017] 图6 (a)是表不第4实施方式的半导体晶片支架的不意性俯视图，图6 (b)是表 示第4实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图的放大图。
[0018] 图7 (a)是表不第5实施方式的半导体晶片支架的不意性立体图，图7 (b)是表 示第5实施方式的半导体晶片支架的示意性剖面图。
[0019] 图8 (a)是表不第6实施方式的半导体晶片支架的不意性俯视图，图8 (b)是表 示第6实施方式的半导体晶片支架的示意性剖面图。
[0020] 图9是表示第7实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图。
[0021] 图10 (a)以及图10 (b)是表示半导体晶片支架的效果的图。
[0022] 图11是表示半导体晶片支架的效果的图。
[0023] 图12是表示半导体晶片支架的效果的图。

【具体实施方式】
[0024] 以下，关于一实施方式，参照附图进行说明。在附图中，相同的符号表示相同或者 类似的部分。对于附图中的相同部分，附上相同编号而适当省略其详细的说明，说明不同的 部分。
[0025] (第1实施方式）
[0026] 图1是表示第1实施方式的半导体制造装置的示意图。第1实施方式的半导体制 造装置1是在半导体晶片之上外延生长半导体层的半导体制造装置。半导体制造装置1包 括：腔室10、反应气体导入口 20、气体排放口 30、旋转体单元40、半导体晶片支架100、加热 器50、以及净化气体（purge gas)导入口 60。
[0027] 腔室(真空容器)10中设置有反应气体导入口 20。原料气体从反应气体导入口 20 导入到腔室10内。腔室10中设置有气体排放口 30。反应气体从气体排放口 30排出。
[0028] 腔室10内设置有旋转体单元40。在旋转体单元40的上部，设置有半导体晶片支 架1〇〇。硅晶片等半导体晶片70被保持于半导体晶片支架100。
[0029] 通过旋转体单元40进行旋转，被支承于旋转体单元40的半导体晶片支架100和 被支承于半导体晶片支架100的半导体晶片70进行旋转。旋转体单元40的转速在例如 500rpm以上且能够进行调整。在实施方式中，作为一例，将以逆时针转动的方向设为"旋转 方向"，将以顺时针转动的方向设为"反旋转方向"。另外，也可以将以逆时针转动的方向设 为"反旋转方向"，将以顺时针转动的方向设为"旋转方向"。
[0030] 在旋转体单元40的内部，设置有加热器50。通过加热器50而半导体晶片70的背 面被加热，从而其热传导到半导体晶片70的表面侧而半导体晶片70的表面被加热。将半 导体晶片70的表面温度Ts可以设定为例如500?2000°C。
[0031] 在腔室10中，设置有净化气体导入口 60。可以经由净化气体导入口 60,将净化气 体供给到由旋转体单元40、半导体晶片支架100以及半导体晶片70包围的空间80。将在 空间80的外侧且由腔室10包围的空间作为工艺空间81。
[0032] 详细地说明半导体晶片支架100。
[0033] 图2 (a)是表示第1实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图，图2 (b)是表 示第1实施方式的半导体晶片支架的示意性剖面图。
[0034] 图2 (b)中表示了沿着图2 (a)的A-B线的位置的剖面。图2 (b)中，除了表示 半导体晶片支架100以外，还表示了半导体晶片70的一部分以及旋转体单元40的一部分。
[0035] 在图2 (a)以及图2 (b)中，导入了三维空间坐标。例如，将与半导体晶片支架100 的平面平行的方向用X轴或者Y轴表示，将相对于半导体晶片支架100的平面的法线用Z 轴表示。在实施方式中，将由X轴和Y轴构成的面定义为"X-Y平面"或者仅定义为"平面"， 并将Z轴的正的方向设为"上方向"，将负的方向设为"下方向"。而且，将"X-Y平面"或者 "平面"中的形状称为"平面形状"。
[0036] 半导体晶片支架100具有：支承半导体晶片70的第1保持区域部100a ;以及被 支承于旋转体单元40的第2保持区域部100b。第1保持区域部100a被第2保持区域部 100b所包围。第1保持区域部100a的平面形状是环状。通过环状的第1保持区域部100a 来支承半导体晶片70的外周。半导体晶片支架100的材料例如包括碳化硅（SiC)等陶瓷、 碳（C)等。
[0037] 在半导体晶片支架100中，通过第1保持区域部100a和第2保持区域部100b而 形成有阶差l〇〇sp。阶差100sp的构造具有：第1保持区域部100a的上表面100au ;第2保 持区域部l〇〇b的上表面100bu ;以及与第1保持区域部100a的上表面100au和第2保持 区域部100b的上表面100bu相连的第2保持区域部100b的内侧面100bw。
[0038] 换言之，半导体晶片支架100的第1保持区域部100a是用于半导体晶片支架100 的材料块以比半导体晶片70的外径还大的直径被挖削出的区域。挖削的深度d被适当调 整。图2 (b)中，表示了半导体晶片70的厚度和深度d是大致相同的长度的状态，但这是 一个例子。对于深度d，可以适当改变。
[0039] 第2保持区域部100b的内侧面100bw成为倾斜面。例如，从第1保持区域部100a 的上表面l〇〇au向第2保持区域部100b侧引出的引出线100L与内侧面100bw所成的角Θ 成为90°以下。如果设置这样的倾斜面，则在第1保持区域部100a上载置半导体晶片70 时，能够易于从半导体晶片支架100的上方顺利地将半导体晶片70放置到第1保持区域部 100a上。当半导体晶片70被载置于第1保持区域部100a时，半导体晶片70的外缘70e与 第2保持区域部100b的内侧面100bw相向。
[0040] 另外，在第1保持区域部l〇〇a中，在半导体晶片70被支承于第1保持区域部100a 时的半导体晶片70的外缘70e的位置处，设置有能够使净化气体排出到空间80之外的多 个通气孔100h。通气孔100h是贯通第1保持区域部100a的下表面和上表面的贯通孔。
[0041] 说明半导体制造装置1的作用。
[0042] 图3 (a)是表示参考例的半导体制造装置的作用的图，图3 (b)是表示第1实施 方式的半导体制造装置的作用的图。
[0043] 例如，如图3 (a)所示，设想使用未设置通气孔100h的半导体晶片支架100的情 况。
[0044] 在这样的状态下，SiH2Cl2等原料气体200从反应气体导入口 20导入，一边通过旋 转体单元40使半导体晶片70旋转，一边在半导体晶片70之上形成外延膜71。
[0045] 由于半导体晶片70通过旋转体单元40而进行高速旋转，因此由于离心力而在成 膜过程中半导体晶片70的中心和旋转体单元40的中心错开。因此，半导体晶片70会接近 或者接触于第2保持区域部100b的内侧面100bw。于是，原料气体200进入到半导体晶片 70与不具有通气孔的半导体晶片支架100之间。
[0046] 如果在这样的状态下继续进行成膜，则外延膜71除了形成于半导体晶片70以及 不具有通气孔的半导体晶片支架100的各自的上表面之外，还会形成于半导体晶片70与不 具有通气孔的半导体晶片支架100之间。
[0047] 外延膜71的膜厚变得越厚，半导体晶片70和不具有通气孔的半导体晶片支架100 由于横跨半导体晶片70与不具有通气孔的半导体晶片支架100之间的外延膜71而会被更 强地粘合。
[0048] 为了使结束了成膜的半导体晶片70搬送到半导体制造装置1之外，必须使半导体 晶片70从不具有通气孔的半导体晶片支架100离开。可是，如果存在横跨半导体晶片70 与不具有通气孔的半导体晶片支架100之间的外延膜71，则不能顺利地使半导体晶片70从 不具有通气孔的半导体晶片支架100离开。
[0049] 由此，搬送前的半导体晶片70上的外延膜71中，有时会受到横跨半导体晶片70 与不具有通气孔的半导体晶片支架100之间的外延膜71的影响而产生缺陷。或者，有时不 具有通气孔的半导体晶片支架100或者半导体晶片70会缺损。
[0050] 与此相对，第1实施方式的半导体晶片支架100中设置有通气孔100h。在这样的 状态下，从反应气体导入口 20导入SiH2C12等原料气体200, 一边通过旋转体单元40使半 导体晶片70旋转，一边在半导体晶片70之上形成外延膜71。另外，由于半导体晶片70通 过旋转体单元40而进行高速旋转，所以由于离心力而接近或者接触于第2保持区域部100b 的内侧面100bw。
[0051] 但是，在第1实施方式中，除了从反应气体导入口 20导入原料气体200以外，还将 例如氢（H2)等净化气体300从净化气体导入口 60导入到旋转体单元40内。在此，空间80 的气氛被设定为比空间80外的压力高。因此，净化气体300从空间80经由通气孔100h，穿 过半导体晶片70与半导体晶片支架100之间而流出到工艺空间81。其结果，如图3 (b)所 示那样，在半导体晶片70的外缘70e的上方，在原料气体200与净化气体300之间形成边 界部250。即，在边界部250的下侧（S卩，半导体晶片70的外缘70e附近)，原料气体200被 净化气体300稀释。
[0052] 由此，在半导体晶片70的外缘70e的附近不易形成外延膜71。S卩，由于净化气体 300的流出而原料气体200不易进入到半导体晶片70与半导体晶片支架100之间。由此， 外延膜71被形成于半导体晶片70以及半导体晶片支架100的各自的上表面。
[0053] 因此，在使半导体晶片70从半导体晶片支架100离开时，半导体晶片70上的外延 膜71不会受到半导体晶片70上的外延膜71以外的被膜的影响。由此，在半导体晶片70 上的外延膜71中不易产生缺陷。而且，半导体晶片支架100或者半导体晶片70中也不易 产生缺损。即，如果使用半导体晶片支架100,则形成半导体的生产性会进一步提高。
[0054] 如上所述，作为净化气体300的一个例子举了氢来进行了说明，但即使作为净化 气体300使用稀有气体等惰性气体也能够实施。特别是，在净化气体300中使用了例如氩 (Ar)等分子量比较大的稀有气体的情况下，能够抑制原料气体200的扩散，能够进一步抑 制原料气体200进入到半导体晶片70与半导体晶片支架100之间。另外，由于能够抑制原 料气体200的扩散，所以还具有如下效果：能够降低反应气体向加热器50附近侵入，防止向 加热器50附近的反应物的生成、加热器50等部件的损耗。
[0055] (第2实施方式）
[0056] 如上所述，半导体晶片70通过旋转体单元40进行高速旋转。因此，由于离心力而 在成膜过程中半导体晶片70的中心和旋转体单元40的中心错开。
[0057] 在第1实施方式中，在由于这种错开而通气孔100h位于半导体晶片70接近或者 接触于半导体晶片支架100的内侧面l〇〇bw的部位的正下方的情况下，由于净化气体的效 应而有效地发生半导体晶片70与半导体晶片支架100之间的成膜抑制。
[0058] 因此，在第1实施方式中，为了更可靠地抑制半导体晶片70与半导体晶片支架100 之间的被膜形成，优选以通气孔l〇〇h-定位于半导体晶片70接近或者接触于内侧面lOlbw 的部位的正下方的方式在第1保持区域部l〇〇a设置更多的通气孔100h。
[0059] 但是，设置很多通气孔100h牵涉到半导体晶片支架的制造成本提高。而且，越设 置很多通气孔l〇〇h，第1保持区域部100a与b第2保持区域部100b的接合强度会越降低。
[0060] 在第2实施方式中，半导体晶片支架中设置有能够更准确地决定半导体晶片支架 上的半导体晶片70的位置的突起部。而且，在多个突起部的各自的下侧，设置有通气孔。
[0061] 图4 (a)是表不第2实施方式的半导体晶片支架的不意性俯视图，图4 (b)是表 示第2实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图的放大图，图4 (c)是表示第2实施方 式的半导体晶片支架的示意性剖面图。在图4 (b)、（c)中，表示了沿着图4 (a)的A-B线 的位置的剖面。
[0062] 半导体晶片支架101具有：支承半导体晶片70的第1保持区域部101a ;以及被支 承于旋转体单元40的第2保持区域部101b。第1保持区域部101a被第2保持区域部101b 所包围。第1保持区域部l〇la的平面形状是环状。通过环状的第1保持区域部101a支承 半导体晶片70的外周。半导体晶片支架101的材料包括例如碳化硅（SiC)等陶瓷、碳（C) 等。
[0063] 在半导体晶片支架101中，通过第1保持区域部101a和第2保持区域部101b形 成了阶差l〇lsp。阶差101sp的构造具有：第1保持区域部101a的上表面lOlau ;第2保持 区域部101b的上表面101bu ;以及与第1保持区域部101a的上表面101au和第2保持区 域部101b的上面101bu相连的第2保持区域部101b的内侧面101bw。
[0064] 换言之，半导体晶片支架101的第1保持区域部101a是用于半导体晶片支架101 的材料块以比半导体晶片70的外径大的直径被挖削出的区域。挖削的深度d被适当调整。 图4 (c)中，表示了半导体晶片70的厚度和深度d是大致相同的长度的状态，但这是一个 例子。对于深度d，可以适当改变。
[0065] 第2保持区域部101b的内侧面lOlbw成为倾斜面。而且，突起部101t从内侧面 lOlbw朝向半导体晶片70侧突出。突起部101t的内侧面lOltw成为倾斜面。例如，从第1 保持区域部l〇la的上表面lOlau向第2保持区域部101b侧引出的引出线101L与内侧面 lOltw所成的角Θ成为90°以下。突起部101t位于半导体晶片70的外缘70e的外侧。如 果设置具备了这样的倾斜面的突起部l〇lt，则在将半导体晶片70载置于第1保持区域部 101a上时，易于将半导体晶片70顺利地从半导体晶片支架101的上方放置到第1保持区域 部101a上。
[0066] 当半导体晶片70被载置于第1保持区域部101a时，半导体晶片70的外缘70e与 突起部101t的内侧面lOltw相向。换言之，在将半导体晶片70载置到第1保持区域部101a 之后，半导体晶片70通过突起部101t而在第1保持区域部101a之上被定位。
[0067] 另外，在第1保持区域部101a中，在半导体晶片70被支承于第1保持区域部101a 时的半导体晶片70的外缘70e的位置处，设置有能够使净化气体排出到空间80之外的多 个通气孔l〇lh。
[0068] 在多个通气孔101h的各自之上设置有突起部101t。突起部101t从第2保持区域 部l〇lb的内侧面lOlbw朝向第1保持区域部101a侧突起。
[0069] 使用这样的半导体晶片支架101，在半导体晶片70之上形成外延膜71。例如，从 反应气体导入口 20导入SiH2Cl2等原料气体200, 一边通过旋转体单元40使半导体晶片70 旋转，一边在半导体晶片70之上形成外延膜71。
[0070] 半导体晶片70由于通过旋转体单元40进行高速旋转，所以由于离心力而接近或 者接触于第2保持区域部101b的突起部101t的内侧面lOltw。于是，如果使用半导体晶片 支架101，则在半导体晶片70接近于第2保持区域部101b的突起部101t的内侧面lOltw 的同时，通气孔l〇lh -定位于突起部101t的下侧。
[0071] 接着，在第2实施方式中，除了从反应气体导入口 20导入原料气体200以外，还从 净化气体导入口 60向旋转体单元40内导入例如氢（H2)、氩（Ar)等净化气体300。在此， 空间80的气氛被设定为比空间80外的压力高。因此，净化气体300从空间80经由通气孔 l〇lh，穿过半导体晶片70与半导体晶片支架101之间而流出到工艺空间81。其结果，在半 导体晶片70的外缘70e的上方，在原料气体200与净化气体300之间形成边界部（与图3 (b)相同的现象)。在边界部的下侧（S卩，半导体晶片70的外缘70e附近)，原料气体200被 净化气体300所稀释。
[0072] 由此，在半导体晶片70的外缘70e的附近不易形成外延膜71。S卩，由于净化气体 300的流出而原料气体200不易进入到半导体晶片70与半导体晶片支架101之间。由此， 外延膜71被形成于半导体晶片70以及半导体晶片支架101的各自的上表面。
[0073] 因此，在使半导体晶片70从半导体晶片支架101离开时，半导体晶片70上的外延 膜71不会受到半导体晶片70上的外延膜71以外的被膜的影响。由此，在半导体晶片70 上的外延膜71中不易产生缺陷。另外，在半导体晶片支架101或者半导体晶片70中也不 易产生缺损。即，如果使用半导体晶片支架101，则形成半导体的生产性进一步提高。
[0074] 多个突起部lOlt作为谋求半导体晶片70的定位的支承部位而发挥作用。能够通 过从半导体晶片70的周围包围半导体晶片70的多个突起部101t来抑制由于旋转体单元 40的高速旋转而产生的半导体晶片70的偏移。
[0075] 例如，也可以准备最少3个突起部101t，将该3个突起部101t分别隔着120°而 等间隔地配置，并将半导体晶片70的外缘70e通过该3个突起部101t的各自来按压。另 夕卜，将通气孔l〇lh的数量与突起部101t的数量相对应。
[0076] 因此，不需要将突起部101t以及通气孔101h设置很多，不会引起半导体晶片支架 的制造成本提高。另外，第1保持区域部l〇la与第2保持区域部101b的接合强度也不会 降低。
[0077] (第3实施方式）
[0078] 通气孔除了是上述的贯通孔型的通气孔以外，还可以是切口状的通气孔。
[0079] 图5 (a)是表不第3实施方式的半导体晶片支架的不意性俯视图，图5 (b)是表 示第3实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图的放大图，图5 (c)是表示第3实施方 式的半导体晶片支架的示意性剖面图。在图5 (c)中，表示了沿着图5 (a)的A-B线的位 置的剖面。
[0080] 半导体晶片支架102A具有：支承半导体晶片70的第1保持区域部102a ;以及被 支承于旋转体单元40的第2保持区域部102b。第1保持区域部102a被第2保持区域部 102b所包围。第1保持区域部102a的平面形状是环状。通过环状的第1保持区域部102a 来支承半导体晶片70的外周。半导体晶片支架102A的材料包括例如碳化硅（SiC)等陶瓷、 碳（C)等。
[0081] 半导体晶片支架102A的第1保持区域部102a是半导体晶片支架102A以比半导 体晶片70的外径大的直径被挖削出的区域。挖削的深度d被适当调整。在图5 (c)中，表 示了半导体晶片70的厚度和深度d是大致相同的长度的状态，但这是一个例子。对于深度 d，可以适当改变。
[0082] 第2保持区域部102b的内侧面102bw成为倾斜面。另外，第2保持区域部102b 中设置有与突起部lOlt相同的构造的突起部102t。
[0083] 当半导体晶片70被载置于第1保持区域部102a时，半导体晶片70的外缘70e与 突起部102t的内侧面102tw相向。在将半导体晶片70载置到第1保持区域部102a之后， 半导体晶片70通过突起部102t而在第1保持区域部102a之上被定位。
[0084] 另外，在第1保持区域部102a中，在半导体晶片70被支承于第1保持区域部102a 时的半导体晶片70的外缘70e的位置处，设置有能够使净化气体排出到空间80之外的多 个通气孔102h。另外，第3实施方式的通气孔102h是从环状的第1保持区域部102a的内 周朝向外周切出的切口。例如，从第1保持区域部l〇2a的内侧面102aw向第2保持区域部 102b侧设置有切口。
[0085] 在多个通气孔102h的各自之上设置有突起部102t。突起部102t从第2保持区域 部102b的内侧面102bw朝向第1保持区域部102a侧突起。
[0086] 即使是这样的通气孔102h，净化气体300也从空间80经由通气孔102h，穿过半导 体晶片70与半导体晶片支架102A之间而流出到工艺空间81。其结果，在半导体晶片70 的外缘70e的上方，在原料气体200与净化气体300之间形成边界部(与图3 (b)相同的现 象)。即，在边界部的下侧（即，半导体晶片70的外缘70e附近)，原料气体200被净化气体 300所稀释。
[0087] 由此，在半导体晶片70的外缘70e的附近不易形成外延膜71。S卩，由于净化气体 300的流出而原料气体200不易进入到半导体晶片70与半导体晶片支架102A之间。由此， 外延膜71被形成在半导体晶片70以及半导体晶片支架102A的各自的上表面。即，如果使 用半导体晶片支架102A，则形成半导体的生产性进一步提高。
[0088] 另外，在半导体晶片支架102A的通气孔附近，有时局部地被施加热应力。该热应 力是在对半导体晶片70进行加热或者散热时的温度差而产生的。在此，如果比较切口状的 通气孔102h和贯通孔型的通气孔101h，则在切口状的通气孔102h中，通气孔内的侧面的一 部分朝向半导体晶片支架102A的中心开放。因此，在具有切口状的通气孔102h的半导体 晶片支架102A中，通气孔附近处的热应力被缓和。在半导体晶片支架102A中，针对热应力 的耐受性变得更高，成为了更不易破损的构造。
[0089] (第4实施方式）
[0090] 通气孔的平面形状不需要相对于突起部的中心为对称，例如，也可以相对于对突 起部进行二分的中心线为非对称。
[0091] 图6 (a)是表不第4实施方式的半导体晶片支架的不意性俯视图，图6 (b)是表 示第4实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图的放大图。
[0092] 例如，在将通气孔102h以突起部102t的中心线C为基准分成旋转方向和反旋转 方向时,通气孔102h由通气孔102ha和通气孔102hb构成。
[0093] 第4实施方式的通气孔10?的平面形状(开口形状)以突起部102t的中心线C为 基准在旋转体单元40进行旋转的旋转方向（图中的箭头A的方向）和与旋转方向相反的反 旋转方向（图中的箭头A的反方向)上成为非对称。通气孔102ha具有比通气孔102hb大的 平面形状。
[0094] 将切口状的通气孔的平面面积(开口面积）如以下那样定义。所谓"通气孔的平面 面积"，当由与第1保持区域部l〇2a的内侧面102aw相同的曲率的曲线B和第1保持区域 部102a以及第2保持区域部102b包围了 X-Y平面中的通气孔102h的区域的情况下，是指 该被包围的区域的面积。
[0095] 在第4实施方式中，通气孔102h的旋转方向的平面面积(通气孔102ha的面积)成 为比通气孔102h的反旋转方向的平面面积(通气孔102hb的面积)大。换言之，通气孔102h 朝向半导体晶片支架102B的旋转方向扩大了其平面面积。
[0096] 当半导体晶片支架102B进行旋转时，在旋转方向上始终在突起部102t之前有平 面面积大的通气孔l〇2ha。因此，当半导体晶片支架102B进行旋转时，净化气体从平面面 积大的通气孔102ha流出，之后，净化气体蔓延到突起部102t的上方。即，根据第4实施方 式的半导体晶片支架102B，更大量的净化气体会流出到突起部102t的上方。因此，突起部 102t上的原料气体200的稀释效果进一步增加，更不易形成半导体晶片70的外缘70e的附 近的外延膜71。
[0097] 另外，在图6 (a)以及图6 (b)中，示例出了切口状的通气孔102h，但对于贯通孔 型的通气孔100h、101h，也可以设为以突起部的中心为基准左右非对称的平面形状。
[0098] (第5实施方式）
[0099] 图7 (a)是表示第5实施方式的半导体晶片支架的示意性立体图，图7 (b)是表 示第5实施方式的半导体晶片支架的示意性剖面图。
[0100] 图7 (b)中，表示了沿着图7 (a)的A-B线的位置处的剖面。
[0101] 在第5实施方式中，突起部102t的上端102tu比第2保持区域部102b的上表面 102bu位于更上侧。换言之，突起部102t包括：从第2保持区域部102b的内侧面102bw突 出的突起部l〇2ta ;和设置在突起部102ta之上的突起部102tb。
[0102] 在第5实施方式中，从第1保持区域部102a的上表面102au向第2保持区域部 102b侧引出的引出线102L与突起部102ta的内侧面102taw所成的角Θ1成为90°以下。
[0103] 另外，第2保持区域部102b的上表面102bu与突起部102tb的内侧面102tbw所 成的角Θ 2可以是与θ 1相同的值，也可以是不同的值。例如，也可以将角Θ 2设为90°以 上。具体而言，将Θ2设为比Θ1大的角度。由此，能够防止由于因旋转单元40的旋转而 产生的离心力而半导体晶片70在突起部102ta上滑动、从半导体晶片支架飞出的现象。但 是，突起部l〇2ta以及突起部102tb分别被设定为位于半导体晶片70的外缘70e的外侧。
[0104] 如果是这样的构造，则由于突起部102t会比第2保持区域部102b的上表面102bu 延伸到更上方，因此能够进一步防止原料气体200侵入到半导体晶片70与半导体晶片支架 102C之间。即，在半导体晶片70的外缘70e附近，原料气体200与净化气体300之间的边 界部会进一步向上方移动，净化气体300带来的原料气体200的稀释效果会进一步增加。由 此，在半导体晶片70的外缘70e的附近更不易形成外延膜71。另外，通过突起部102t延 伸，能够避免在半导体晶片支架102C的旋转过程中半导体晶片70从半导体晶片支架102C 脱离而飞出的风险。
[0105] (第6实施方式）
[0106] 图8 (a)是表不第6实施方式的半导体晶片支架的不意性俯视图，图8 (b)是表 示第6实施方式的半导体晶片支架的示意性剖面图。
[0107] 在图8 (b)中，表示了沿着图8 (a)的A-B线的位置处的剖面。
[0108] 在第6实施方式的半导体晶片支架102D中，环状的第1保持区域部102a具有与 半导体晶片70的背面局部地相接触的多个凸部(基座）150。例如，多个凸部150各自被配 置成在环状的第1保持区域部l〇2a的圆周方向上均等配置。在第1保持区域部102a中配 置了多个凸部150的各个的部位和配置了通气孔102h的部位不同。例如，多个凸部150在 旋转方向上相位和多个通气孔l〇2h在旋转方向上的相位不同。
[0109] 半导体晶片70通过来自设置于半导体晶片70的下侧的加热器50的辐射热而被 加热。同时，半导体晶片支架102D也通过加热器50被加热。因此，如果半导体晶片70直 接与第1保持区域部l〇2a相接触，则由于半导体晶片支架102D的余热而有可能在半导体 晶片70的内外周中形成温度不均。
[0110] 但是，在第6实施方式中，对半导体晶片支架102D设置凸部150,隔着凸部150将 半导体晶片70支承于半导体晶片支架102D。因此，半导体晶片70的外周不易受到半导体 晶片支架102D的余热的影响。由此，成膜过程中的半导体晶片70的面内温度分布变得更 均匀。另外，对上述的半导体晶片支架l〇l、l〇2A、102B、102C也可以设置这样的凸部150。
[0111] (第7实施方式）
[0112] 图9是表示第7实施方式的半导体晶片支架的示意性俯视图。
[0113] 第7实施方式的半导体晶片支架103具有第1保持区域部103a和第2保持区域 部103b。第1保持区域部103a具有通气孔103h。从第2保持区域部103b的内侧面103bw 突出有突起部l〇3t。
[0114] 半导体晶片支架103的第1保持区域部103a未形成为中空。S卩，半导体晶片支架 103的第1保持区域部103a未形成为环状。因此，半导体晶片70的背面全部区域被第1保 持区域部l〇3a所支承。这样的半导体晶片支架103也包含于实施方式中。
[0115] 使用以上说明的半导体晶片支架，在半导体晶片70之上形成半导体层。
[0116] 说明半导体晶片支架的效果。
[0117] 图10 (a)以及图10 (b)是表示半导体晶片支架的效果的图。
[0118] 图10(b)中表示的半导体晶片支架的No. 1、2的形状对应于半导体晶片支架102A。 但是，与No. 1相比，No. 2的通气孔的平面面积更大。半导体晶片支架的No. 3的形状对应 于半导体晶片支架102B。半导体晶片支架的No. 4的形状对应于半导体晶片支架102C。
[0119] 图10 (a)中表示了半导体晶片支架的No. 1?4的各自与形成于突起部102t的 内侧面102tw的外延膜71的膜厚的关系。膜厚的单位是任意值（a. u.)。图10 (a)的结果 是通过基于流体解析的仿真来求出的。作为半导体晶片，设想了 Φ200πιπι的半导体晶片。
[0120] 从图10(a)的结果可知，使用了没有通气孔的半导体晶片支架时的膜厚成为最厚。 接着可知，在No. 1中，成为没有通气孔的半导体晶片支架的膜厚的一半程度。进而可知，在 比No. 1扩大了通气孔的面积的No. 2中，膜厚更减少。
[0121] 另外可知，在将通气孔的面积在旋转方向上扩大了的No. 3中，与No. 2相比膜厚进 一步减少。而且可知，在将突起部比半导体晶片支架的上表面更延伸到上侧的No. 4中，膜 厚变得最薄。
[0122] 图11是表示半导体晶片支架的效果的图。
[0123] 在图11中，横轴是通气孔的平面面积，纵轴是沉积于突起部的内侧面的外延膜71 的膜厚。图11表示平面面积与膜厚的关系。图11的结果是通过基于流体解析的仿真来求 出的。纵横轴的单位是任意值（a. u.)。平面面积的定义如上所述。
[0124] 从图11(a)的结果可知，使用了没有通气孔的半导体晶片支架时的膜厚变得最厚。 接着可知，越增加通气孔的面积，膜厚越减少。可知膜厚在通气孔的面积成为规定的值(例 如，dl)时变为最薄。dl例如是9mm 2。因此，为了抑制半导体晶片70的外缘70e的附近的 被膜形成，优选将通气孔的平面面积设为9_2以上。
[0125] 图12是表示半导体晶片支架的效果的图。
[0126] 图12表示了半导体晶片支架的上述No. 1?4各自与由净化气体产生的升力的关 系。图12的结果是通过基于流体解析的仿真来求出的。升力是任意值。
[0127] 在实施方式的半导体制造装置1中，通过从净化气体导入口 60供给净化气体，从 而使旋转体单元40的内部的空间80成为相比于工艺空间81高的压力，使净化气体从半导 体晶片支架的贯通孔流出，稀释了半导体晶片70的外缘70e的附近的原料气体200的浓 度。
[0128] 但是，如果增加净化气体的流量，则在半导体晶片70中产生由于空间80与工艺空 间81的压力差而产生的升力，半导体晶片有可能从半导体晶片支架飞出。
[0129] 从图12的结果可知，上述No. 1?4的各自条件下的升力成为半导体晶片70的重 量的1/3以下。因此，可知半导体晶片70不会从半导体晶片支架飞出而可靠地通过半导体 晶片支架支承了半导体晶片70。
[0130] 如上所述，在实施方式的半导体制造装置1中，通过设为在半导体晶片支架的突 起部附近设置通气孔来由净化气体稀释原料气体的构造，从而能够防止半导体晶片与半导 体晶片支架的粘合、或者防止半导体晶片从半导体晶片支架飞出，并且能够实现高速成膜。 其结果，实现生产性高的半导体制造装置。另外，制造成本也降低。
[0131] 另外，在实施方式的半导体制造装置中，示例了硅的外延生长，但也可以应用于其 它种类的被膜的形成。
[0132] 以上，参照具体例来说明了实施方式。但是，实施方式并不限定于这些具体例。即， 本领域技术人员对于这些具体例加上适当设计变更而得到的例子只要具备实施方式的特 征也被包含于实施方式的范围内。上述各具体例所具备的各要素以及其配置、材料、条件、 形状、尺寸等不限定于示例出的例子，而能够适当变更。
[0133] 另外，所谓"部位A设置于部位B之上"这样的情况下的"之上"，按照如下意思来 使用：部位A与部位B相接触而部位A设置于部位B之上的情况；以及部位A不与部位B相 接触而部位A设置于部位B的上方的情况。
[0134] 另外，上述各实施方式具备的各要素只要技术上可能则能够进行复合，组合了这 些的例子只要包含实施方式的特征也被包含于实施方式的范围内。除此之外，在实施方式 的思想的范畴内，只要是本领域技术人员就能够想到各种变更例以及修正例，理解为这些 变更例以及修正例也属于实施方式的范围。
[0135] 说明了本发明的若干实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不试图 限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种各样的方式实施，在不脱离发明的主 旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形被包含于发明的范围、 主旨内，并且被包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。
【权利要求】
1. 一种半导体制造装置，具有： 腔室； 反应气体导入口，设置于所述腔室，向所述腔室内导入反应气体； 气体排放口，设置于所述腔室，排出所述反应气体； 旋转体单元，设置于所述腔室内； 半导体晶片支架，设置于所述旋转体单元的上部，保持半导体晶片； 加热器，设置于所述旋转体单元的内部；以及 净化气体导入口，向由所述旋转体单元、半导体晶片支架、以及所述半导体晶片包围的 空间供给净化气体， 所述半导体晶片支架具有： 第1保持区域部，支承所述半导体晶片；以及 第2保持区域部，包围所述第1保持区域，被支承于所述旋转体单元， 所述第1保持区域部和所述第2保持区域部有阶差， 在所述第1保持区域部中，在所述半导体晶片被支承于所述第1保持区域部时的所述 半导体晶片的外缘的位置设置有多个通气孔， 所述阶差的构造具有：所述第1保持区域部的上表面；所述第2保持区域部的上表面； 以及与所述第1保持区域部的所述上表面和所述第2保持区域部的所述上表面相连的所述 第2保持区域部的内侧面， 所述多个通气孔的各自之上，设置有从所述第2保持区域部的所述内侧面朝向所述第 1保持区域部侧突起的突起部， 当所述半导体晶片被支承于所述第1保持区域部时，所述半导体晶片的所述外缘与所 述突起部相向。
2. 根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述第1保持区域部的平面形状是环状， 通过环状的所述第1保持区域部支承所述半导体晶片的外周。
3. 根据权利要求2所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述通气孔是从环状的所述第1保持区域部的内周朝向外周切出的切口。
4. 根据权利要求2所述的半导体制造装置，其特征在于， 环状的所述第1保持区域部具有局部地与所述半导体晶片的背面相接触的多个凸部， 所述多个凸部的各自被配置成在环状的所述第1保持区域部的圆周方向上均等配置。
5. 根据权利要求4所述的半导体制造装置，其特征在于， 在所述第1保持区域部中配置有所述多个凸部的各个的部位和配置有所述通气孔的 部位不同。
6. -种半导体制造装置，具备： 腔室； 反应气体导入口，设置于所述腔室，向所述腔室内导入反应气体； 气体排放口，设置于所述腔室，排出所述反应气体； 旋转体单元，设置于所述腔室内； 半导体晶片支架，设置于所述旋转体单元的上部，保持半导体晶片； 加热器，设置于所述旋转体单元的内部；以及 净化气体导入口，向由所述旋转体单元、半导体晶片支架以及所述半导体晶片包围的 空间供给净化气体， 所述半导体晶片支架具有： 第1保持区域部，支承所述半导体晶片；以及 第2保持区域部，包围所述第1保持区域，被支承于所述旋转体单元， 所述第1保持区域部和所述第2保持区域部有阶差， 在所述第1保持区域部中，在所述半导体晶片被支承于所述第1保持区域部时的所述 半导体晶片的外缘的位置设置有多个通气孔。
7. 根据权利要求6所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述阶差的构造包括：所述第1保持区域部的上表面；所述第2保持区域部的上表面； 以及与所述第1保持区域部的所述上表面和所述第2保持区域部的所述上表面相连的所述 第2保持区域部的内侧面， 在所述多个通气孔的各自之上，设置有从所述第2保持区域部的所述内侧面朝向所述 第1保持区域部侧突起的突起部， 当所述半导体晶片被支承于所述第1保持区域部时，所述半导体晶片的所述外缘与所 述突起部相向。
8. 根据权利要求7所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述通气孔的开口的形状以所述突起部的中心的位置为基准是非对称的， 关于所述开口的面积，在以所述突起部的中心的位置为基准分为所述旋转体单元进行 旋转的旋转方向和与所述旋转方向相反的反旋转方向时，所述开口在所述旋转方向上的面 积大于所述开口在所述反旋转方向上的面积。
9. 根据权利要求8所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述突起部的上端位于比第2保持区域部的上表面更上侧。
10. 根据权利要求7所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述突起部的上端位于比第2保持区域部的上表面更上侧。
11. 根据权利要求10所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述第1保持区域部的平面形状是环状， 通过环状的所述第1保持区域部支承所述半导体晶片的外周。
12. 根据权利要求11所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述通气孔是从环状的所述第1保持区域部的内周朝向外周切出的切口。
13. 根据权利要求6所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述通气孔的开口的形状以所述突起部的中心的位置为基准是非对称的， 关于所述开口的面积，在以所述突起部的中心的位置为基准分为所述旋转体单元进行 旋转的旋转方向和与所述旋转方向相反的反旋转方向时，所述开口在所述旋转方向上的面 积大于所述开口在所述反旋转方向上的面积。
14. 根据权利要求13所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述第1保持区域部的平面形状是环状， 通过环状的所述第1保持区域部支承所述半导体晶片的外周。
15. 根据权利要求14所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述通气孔是从环状的所述第1保持区域部的内周朝向外周切出的切口。
16. 根据权利要求14所述的半导体制造装置，其特征在于， 环状的所述第1保持区域部具有局部地与所述半导体晶片的背面相接触的多个凸部， 所述多个凸部的各自被配置成在环状的所述第1保持区域部的圆周方向上均等配置。
17. 根据权利要求6所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述第1保持区域部的平面形状是环状， 通过环状的所述第1保持区域部支承所述半导体晶片的外周。
18. 根据权利要求17所述的半导体制造装置，其特征在于， 所述通气孔是从环状的所述第1保持区域部的内周朝向外周切出的切口。
19. 根据权利要求17所述的半导体制造装置，其特征在于， 环状的所述第1保持区域部具有局部地与所述半导体晶片的背面相接触的多个凸部， 所述多个凸部的各自被配置成在环状的所述第1保持区域部的圆周方向上均等配置。 2〇. -种半导体晶片支架，是设置于半导体制造装置内的半导体晶片支架，具备： 第1保持区域部，支承半导体晶片；以及 第2保持区域部，包围所述第1保持区域，被支承于旋转体单元， 所述第1保持区域部和所述第2保持区域部有阶差， 在所述第1保持区域部中，在所述半导体晶片被支承于所述第1保持区域部时的所述 半导体晶片的外缘的位置设置有多个通气孔。
【文档编号】H01L21/67GK104064490SQ201310363069
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】东真也, 佐藤慎哉, 佐久间智教, 大泽明彦, 小林浩秋, 山崎修, 西村博司 申请人:株式会社东芝