專利名稱：通過加熱襯底生產的半導體器件的制造設備和制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件的制造設備和制造方法，具體地，涉 及一種通過加熱襯底生產的半導體器件的制造設備和制造方法。
背景技術：
在半導體器件諸如光學器件和電子器件的制造中，半導體襯底通 常在室(反應室)中被加熱，隨后在加熱的過程中執(zhí)行各種化學和物 理加工。例如，通過將材料氣供應進入室內并基于材料氣的組分在受 熱的襯底上外延地生長膜，來進行在襯底上外延膜的形成。在這種情 況下，為了在襯底上均勻地生長高品質的膜，減少室中的襯底的溫度 分布是很重要的。換言之，除了提高產率之外，使襯底的溫度分布均 勻對于保證半導體器件的可靠性和品質也是至關重要的。
傳統(tǒng)地提出了各種方法來使襯底的溫度分布均勻。例如，wo
2003/096396公開了通過將襯底懸在位于基座上的具有特定高度的由具 有相對低的導熱性的材料制成的支撐結構上，來抑制高溫工藝期間將 在襯底上被發(fā)展的溫度梯度的方法。
根據(jù)WO2003/096396中公開的技術，通過支撐結構的熱通量趨于 變得大于通過襯底和基座之間的間隙處氣體的熱通量。因此，襯底的 與環(huán)形支撐結構接觸的區(qū)域的溫度增加。結果，襯底的溫度將在外部 周圍區(qū)域高并且在中間區(qū)域低，這導致了溫度分布容易發(fā)展的問題。

發(fā)明內容
鑒于上述內容，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導體器件的允 許襯底的均勻的溫度分布的制造設備和制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造設備包括夾持襯底的基座。該制 造設備還包括被安排在基座的背側，與基座夾持襯底所在的一側相對 的用于加熱襯底的加熱器構件。此外，制造設備包括位于襯底和基 座之間的支撐構件以及位于基座和支撐構件之間的間隔物。支撐構件 包括支撐襯底的支撐部分。間隔物具有與設置支撐部分的地方對應的、 在支撐構件的相反面?zhèn)刃纬傻拈_口。
根據(jù)該配置，使襯底只與支撐構件的支撐部分接觸，避免了與支 撐構件的整體接觸。因此，將不發(fā)生在襯底的加熱步驟中引起的襯底 和支撐構件之間的傳統(tǒng)接觸由于翹曲而集中在一點。此外，由于具有 形成的開口的間隔物被采用，因此與沒有形成開口的情況相比，通過 熱傳導從基座直接被施加到支撐構件的支撐部分的熱量被減少。換言 之，來自位于基座背側的加熱器構件的熱將不容易被傳遞到支撐構件 的支撐部分。結果，到襯底的與支撐部分接觸的區(qū)域的熱被減少。因 此，由于在襯底的與支撐部分接觸的區(qū)域的溫度增加導致的襯底的溫 度分布的發(fā)展可以得到抑制。因此，可以使襯底的溫度分布均勻。
在上述的用于半導體器件的制造設備中，形成在間隔物的開口優(yōu) 選地用具有熱導率低于間隔物的熱導率的材料填充。不僅通過借助于 在支撐構件的支撐部分所位于的地方與基座之間的開口提供的間隙的 配置，而且通過用低熱導率的材料填充開口的配置，從位于基座背側 的加熱器構件到支撐構件的支撐部分的熱傳送可以被減少。因此，由 于襯底的與支撐部分接觸的區(qū)域的溫度增加導致的襯底的溫度分布的 發(fā)展可以得到抑制。因此，可以使襯底的溫度分布均勻。
優(yōu)選地，支撐部分支撐襯底的外部周圍區(qū)域。雖然由于在向襯底 的與支撐部分接觸的區(qū)域的熱傳送上的減少，使襯底的溫度分布均勻， 但是在襯底的與支撐部分接觸的區(qū)域發(fā)展微小的溫度梯度。在半導體 器件中，襯底的外部周圍區(qū)域通常不用于用作器件。因此，依靠支撐
部分在有限寬度的外部周圍區(qū)域支撐襯底的區(qū)域的配置，在襯底與支 撐部分接觸的區(qū)域發(fā)展的溫度梯度在器件性能上的影響可以得到抑 制。
優(yōu)選地，支撐部分由至少三個凸起形成。雖然支撐部分可以形成 為沿圓周整個地支撐襯底的外部周圍區(qū)域的環(huán)形形狀，但是襯底和支 撐構件之間的接觸面積可以通過將支撐部分形成為凸起而被減少。結 果，在襯底的與支撐部分接觸的區(qū)域的溫度增加可以得到抑制，以允 許使襯底的溫度分布更均勻。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法采用了上述的制造設備中的 任何一種。制造方法包括將襯底裝載到基座的步驟和通過加熱器構件 加熱襯底的步驟。因此，襯底可以被均勻地加熱。由此，具有通過將 原材料提供到被均勻地加熱的襯底的表面來形成均勻性質的半導體膜 的半導體器件可以被制造。
優(yōu)選地，半導體包括氮化物型化合物半導體。在氮化物型化合物 半導體中，形成在襯底表面的外延層的屬性容易受生長溫度的影響。 在生長氮化物型化合物半導體的膜時，通常采用具有熱導率低于氫氣 的熱導率的氣體諸如氮氣和氨。因此，在生長氮化物型化合物半導體
膜的環(huán)境中，外延層容易受由通過基座和襯底之間的接觸的熱傳導引 起的溫度分布的影響。依靠本發(fā)明的配置，從支撐部分到襯底的熱傳 導可以被抑制。因此，在襯底的與支撐部分接觸的區(qū)域的溫度增加可 以得到抑制。因此，可以使襯底的溫度分布均勻。
優(yōu)選地，半導體器件包括半導體發(fā)光元件。氮化物型化合物半導
體的發(fā)光元件通常具有作為有源層的包含In的InGaN。 InGaN的In組 分特別易于受生長溫度的影響。由于根據(jù)本發(fā)明的配置，從支撐部分 到襯底的熱傳導可以得到抑制，因此在襯底的與支撐部分接觸的區(qū)域 的溫度增加可以得到抑制。因此，可以使襯底的溫度分布均勻。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造設備和制造方法，可以使襯底的 溫度分布均勻。
當結合附圖時，從下面對本發(fā)明的詳細描述中，本發(fā)明的以上和 其它目的、特征、方面和優(yōu)點將變得更明顯。


圖1是用于半導體器件的制造設備的示例的示意性剖視圖。 圖2是圖1的基座的俯視平面圖。
圖3是示出被夾持在基座的襯底的示意圖。
圖4、圖5和圖6分別是示出被夾持在基座的襯底的第一修改、
第二修改和第三修改的示意圖。
圖7是圖3至圖6中所示的支撐構件的示例的平面圖。
圖8是圖3至圖6中所示的支撐構件的修改的平面圖。
圖9是半導體器件的制造方法的流程圖。
圖IO是半導體發(fā)光元件的示例的示意圖。
圖11是示出半導體發(fā)光元件的另一示例的示意圖。
圖12是對應于襯底被裝載到傳統(tǒng)示例1的基座并被加熱的情況的
示意圖。
圖13是示出測量在傳統(tǒng)示例1的襯底表面的波長分布的結果的曲 線圖。
圖14是對應于襯底被裝載到傳統(tǒng)示例2的基座并被加熱的情況的 示意圖。
圖15是示出在測量傳統(tǒng)示例2的襯底表面的波長分布的結果的曲 線圖。
圖16示出了傳統(tǒng)示例3的仿真模型。
圖17是示出了傳統(tǒng)示例3的仿真結果的曲線圖。
圖18示出了示例1的仿真模型。
圖19是示出了示例1的仿真結果的曲線圖。
圖20是示出了示例2的被夾持在基座的襯底的示意圖。 圖21是示例2的間隔物的側視圖。
圖22是示出了測量示例2的襯底表面的波長分布的結果的曲線圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖來描述本發(fā)明的實施例。在附圖中，相同或對應 的元件具有被分配的相同的參考符號，將不重復對其的描述。
參考圖1，用于半導體器件的制造設備是在室3中包括夾持襯底 的基座2的氣相沉積設備。表示為坑的多個袋4形成在基座2的表面。 襯底在袋4中被裝載。在基座2的與襯底在基座2中被裝載的一側(袋 4在基座2處形成所在的側面、襯底在基座2處被夾持所在的側面)相 反的背側提供了加熱器6。加熱器6對應于用其間的基座2加熱襯底的 加熱器構件。加熱器6可以被配置為被附接到基座2并被基座2夾持， 或者可以被安排在基座2的背側，獨立于基座2地被支撐。支撐軸5 被提供在在基座2的中間區(qū)域，背側。支撐軸5被來自未示出的旋轉 電機的動力能驅動以被旋轉。支撐軸5的旋轉引起基座2在水平方向 上與支撐軸5—起旋轉。
如箭頭IG所示，被限制為用于膜形成的材料的原料氣被從原料氣 供應入口 7供應進入室3，其中，原料氣供應入口 7被限制為原料供應 部分。通過將原料氣供應到室3中的襯底的表面，在被加熱器6加熱 的襯底的表面生長半導體膜(外延膜)。如箭頭OG所示，在半導體膜 形成之后從排氣出口 8放出原料氣。
圖2表示了從圖1的上側看的圖1中的基座2。參考圖2，被表示 為坑的六個袋4被形成在基座2的表面。襯底被裝入袋4中以被基座2 夾持。
如圖3所示，用于支撐襯底1的支撐構件11和間隔物14被提供
在形成在基座2中的袋4中。安排在基座2的袋4中的支撐構件11具 有與襯底1的形狀基本上相同的平面形狀，并位于襯底1和基座2之 間。支撐構件11包括支撐襯底1的支撐部分12。支撐部分12支撐襯 底1的外部周圍區(qū)域從而支撐構件11通過支撐部分12形成與襯底1 的外部周圍區(qū)域的接觸。通過在支撐構件11的外部周圍區(qū)域提供支撐 部分12,支撐構件11在外部周圍區(qū)域而不是中間區(qū)域形成與襯底1的 接觸。襯底1和除了支撐部分12的區(qū)域之外的支撐構件11之間有間 隙13。支撐構件11通過組成支撐構件11的一部分的支撐部分12與襯 底1接觸，這樣避免了襯底1和支撐構件U之間的整體接觸。
間隔物14位于基座2的袋4中的支撐構件11和基座2之間。間 隔物14被安排為在與支撐構件11面對襯底1的一側相對的另一側形 成與支撐構件ll的接觸。此外，間隔物14具有與形成支撐構件11的 支撐部分12的地方(即，支撐構件11的外部周圍區(qū)域)對應的，在 支撐構件11的相反面?zhèn)刃纬傻拈_口。結果，間隙15被形成在支撐構 件11的相對面?zhèn)群突?之間，對應于支撐部分12所位于的地方。
間隙15被用低熱導率氣體填充。因此，來自基座2的熱不容易被 傳輸?shù)皆谥尾糠?2形成所在的外部周圍區(qū)域的支撐構件11。換言之， 由于避免了與基座2的接觸，因此支撐構件11的支撐部分12形成所 在的區(qū)域將不直接通過熱傳導從基座2接收熱。因此，與支撐構件ll 形成和基座2的接觸的情況相比，支撐部分12的溫度被減少。結果， 傳送到襯底1的在支撐部分12和襯底1之間建立接觸的外部周圍區(qū)域 的熱被減少。因此，襯底1的溫度分布的產生可以被抑制。換言之， 在襯底1的外部周圍區(qū)域，引起在襯底1的大的溫度分布的發(fā)展的具 體溫度增加可以被抑制。因此，可以使襯底1的溫度分布均勻。通過 調節(jié)間隙15的寬度(換言之，通過調節(jié)在袋4的徑向方向上的間隔物 14的尺寸)，可以使襯底1的表面的溫度分布最優(yōu)。
雖然由于向襯底1的外部周圍區(qū)域的熱傳送減少導致了使襯底1 的溫度分布均勻，但是在襯底1與支撐部分12接觸的區(qū)域中出現(xiàn)了很 小的溫度梯度。B卩，襯底1與支撐部分12接觸的外部周圍區(qū)域在溫度 上高于襯底1的中間區(qū)域。然而，在半導體器件中，襯底1的外部周 圍區(qū)域通常不被用作器件。因此，借助于支撐部分12支撐襯底1的外 部周圍區(qū)域的配置，在襯底1與支撐部分12接觸的區(qū)域中出現(xiàn)的溫度 梯度的影響可以被抑制。
在圖4所示的配置中，間隔物14被與基座2整體地形成。在圖5 所示的配置中，間隔物14被與支撐構件11整體地形成。在圖4和圖5 的配置中，間隙15被提供在支撐構件的相對面?zhèn)群突?之間，與支 撐部分12所位于的地方對應。依靠向襯底1的與支撐部分12接觸的 外部周圍區(qū)域的熱傳送的減少，襯底1的溫度分布的發(fā)展可以得到抑 制。由此，可以使襯底的溫度分布均勻。
在圖6所示的配置中，填充物25被布置在基座2和支撐構件11 之間，支撐構件11的相對面?zhèn)忍?，與支撐部分12形成所在的地方對 應。填充物25包括其熱導率低于間隔物14的熱導率的材料。具體地， 間隔物14的開口被用填充物25填充，其被識別為具有的熱導率低于 間隔物14的熱導率的材料。
不僅通過借助于在間隔物14中的開口在支撐構件11的支撐部分 i2所位于的地方與基座2之間提供間隙15的配置，而且通過該開口被 用低熱導率的填充物25填充的圖6的配置，從位于基座2的背側的加 熱器6到支撐部分12的熱傳遞可以被減少。因此，由襯底l與支撐部 分12接觸的區(qū)域的溫度上的增加引起的襯底1的溫度分布的發(fā)展可以 被抑制。由此，可以使襯底l的溫度均勻。
下面將描述支撐構件11的配置。圖7示出了從襯底被裝入到支撐 構件11的一側(換言之，從圖3至圖6的頂部)看的圖3至圖6的支
撐構件11。參考圖7，環(huán)形的支撐部分12被形成在支撐構件11的外 部周圍區(qū)域。圖7的支撐部分12被配置為沿著整個圓周支撐襯底1的 外部周圍區(qū)域。
在這種情況下，間隔物14可以被配置為具有開口，所述開口形成 在支撐構件11的相對面?zhèn)?，與支撐部分12所位于的地方對應，并匹 配支撐部分12的環(huán)形配置。例如，間隔物14可以被配置為允許間隙 15被提供在基座2與支撐部分12所位于的地方之間。
只要通過抑制從基座2到支撐部分12的熱傳送使襯底1的溫度分 布均勻的效果可以被實現(xiàn)，間隔物14可以采取任何形狀。即，間隔物 14采取下述配置在支撐構件11的相對面?zhèn)?，與支撐部分12所位于 的地方對應的區(qū)域的熱導率被降低。例如，間隔物14可以采取下述配 置在支撐構件11的相對面?zhèn)?，與支撐部件11的支撐部分12所位于
的地方對應的與間隔物14接觸的區(qū)域被減小；或者可以采用下述配置
與支撐構件11的支撐部分12所形成的地方對應的部分的空隙率被增 加。
更具體地，間隔物14可以被形成為采用在與支撐部分12被形成 所在的地方相對的支撐部件11的一側避免任何接觸的形狀，諸如在直 徑上小于圖7中所示的環(huán)形支撐部分12的內直徑的盤。替代地，間隔 物14可以被形成具有多個穿過間隔物14的厚度的在間隔物14的外部 周圍區(qū)域的孔，同時在平面上具有與支撐構件11的外形相同的外形。 替代地，可以提供組成間隔物14的與支撐部分12所形成的地方對應 的部分的表面涂敷材料和內部多孔材料。雖然在該配置中間隔物14和 支撐構件11之間的接觸面積沒有減小，但是抑制從基座2到支撐部分 12的熱傳遞的優(yōu)點可以通過降低熱導率類似地實現(xiàn)。
圖8的支撐部分12被形成具有位于支撐構件11的外部周圍區(qū)域 的四個凸起。圖8的凸起的支撐部分12被配置為在四個地方支撐襯底
1的外周。在這種情況下，間隔物14可具有在與四個凸起的支撐部分
12的位置對應的四個地方形成的開口。例如，間隔物14可以在沿著盤 的外周設置的四個地方進行開槽或鉆孔。
通過將支撐部分12形成為凸起的形狀，襯底1和支撐構件11之 間的接觸面積可以被減少。結果，在襯底1中與支撐部分12接觸的區(qū) 域處的溫度增加可以得到抑制?？梢允挂r底的溫度分布更均勻。
用于支撐部分12的凸起的數(shù)量不限于圖8中所示的四個凸起。通 過在支撐構件11的外部周圍區(qū)域形成至少三個凸起，襯底1的外部周 圍區(qū)域可以被支撐。此外，凸起的形狀不限于圖8中所示的形狀。例 如，可以采用任意的形狀諸如半球形、圓臺、矩形柱等。
以上所述的用于本發(fā)明的半導體器件的制造設備允許只在支撐部 分12處襯底1和支撐構件11之間的接觸，而避免全面接觸。因此， 加熱過程中，例如由襯底1翹曲引起的在襯底1與支撐構件11之間被 集中在襯底l的一個地方，諸如中間的接觸可以被防止。
此外，由于采用具有形成的開口的間隔物14，因此與沒有形成開 口的情況相比，通過熱傳導從基座2直接被施加到支撐部分12的熱量 被減少。換言之，熱不容易從位于基座2的背側的加熱器6向支撐部 分12傳輸。例如，可以采用的配置為支撐構件11不與基座2接觸， 并且間隙15被提供在支撐構件11與基座2之間，在支撐構件11的相 對面?zhèn)?，與支撐部分12所位于的地方對應(支撐構件il支撐襯底1 的地方)。結果，向襯底1與支撐部分12接觸的部分的熱傳送被減少。 作為在襯底1與支撐部分12接觸的區(qū)域的溫度增加的結果，襯底1的 溫度分布的發(fā)展的現(xiàn)象可以得到抑制。因此，可以使襯底1的溫度分 布均勻。
支撐部分12支撐襯底1的外部周圍區(qū)域。由于對于半導體器件，
襯底1的外部周圍區(qū)域通常不被用作器件，因此具有有限寬度的與襯 底1的外部周圍區(qū)域接觸的支撐部分12的配置的優(yōu)點在于在襯底1的
與支撐部分12接觸的區(qū)域的溫度梯度對器件性能的影響可以得到抑制。
下面將描述半導體器件的制造方法。如圖9中所示，在步驟SIO， 制備是加工對象的襯底。對于襯底的材料，可以采用單晶Si、 GaAs、 藍寶石、GaN、 SiC、 A1N等。
在步驟S20，襯底1被裝入到基座。具體地，例如，對應于圖3 至6的描述，襯底1被布置在形成在基座2的表面上的袋4中，從而 使襯底1的外部周圍區(qū)域與用于支撐的支撐構件11的支撐部分12接 觸。襯底1可以被裝入到室3中的基座2，或者被裝入到室3外的基座 2，隨后將基座2放置在室3中。在襯底1被裝入到位于室3中的基座 2之后，室3中的環(huán)境條件被設置為預定的條件。例如，室3中的壓力 可以被減小或被增大，和/或可以用預定的氣體代替室3中的環(huán)境。
在步驟S30，通過加熱器構件來加熱襯底。具體地，可以用作圖1 中所示的加熱器構件的加熱器6被驅動。例如，在加熱器6是電阻加 熱元件的情況下，通過向加熱器6施加電流，加熱器6可以被加熱。 結果，襯底l被其間的基座2加熱。
在步驟S40，半導體層被形成在襯底的表面。具體地，在襯底1 被加熱的狀態(tài)下，如箭頭IG所示，包括目標半導體層的組分的原料氣 體被供應到室3。因此，在被加熱器6加熱的襯底1的表面沉積基于原 料氣中的組分的膜以形成半導體層。半導體層可以通過氮化物型化合 物半導體形成。例如，通過供應包括三甲基鎵(TMG)和氨(NH3)的 原料氣體，GaN可以在襯底1的表面外延地生長。作為另一個實例， 通過提供包括三甲基銦(TMI) 、 TMG和NH3的原料氣體，InGaN可 以外延地生長。半導體層可以由堆疊的多個層形成。
開口被形成在位于支撐構件11和基座2之間的間隔物14處。因 此，與沒有形成開口的情況相比，通過熱傳導從基座2到支撐構件11 的支撐部分12所位于的區(qū)域的熱傳送的量相對減小。結果，傳遞到襯 底1的在與支撐部分12接觸的外部周圍區(qū)域的熱減少。因此，襯底1 的溫度分布的發(fā)展可以被抑制。由此，由于半導體層被形成，同時襯 底1被使得有均勻的溫度分布，因此在襯底1表面形成的半導體層的 膜的品質可以被提高。
在步驟S50，執(zhí)行后加工。具體地，在步驟S40的襯底表面或者 襯底背側形成的半導體層上形成電極。在該階段，保護層可以被形成 在最外面的表面。此外，通過切片等，具有形成的半導體層和電極的 半導體襯底被切成單獨片的半導體器件。因此，半導體器件的生產結 束了。
在圖IO的半導體發(fā)光元件IOO中，n型氮化物半導體層(例如， n-GaN:Si) 101、發(fā)光層(例如，InGaN) 102和p型氮化物半導體層(例 如，p-GaN:Mg) 103被堆疊在是藍寶石襯底的襯底1上。將電流導向 半導體層101 103的電極包括正電極和負電極。透明電極(例如，Au/Ni) 104和p側電極焊盤105被提供在p型氮化物半導體層103上以構成正 側電極。負電極具有形成在n型氮化物半導體層101上的n側電極焊 盤106上。保護半導體發(fā)光元件100的保護層(例如，Si02) 107被形 成在最外側表面。
圖11的半導體發(fā)光元件UO包括是第III族氮化物襯底(例如， GaN)的襯底127。在襯底127的表面上，緩沖層(例如，AlGaN) 131 被提供用作適于n型氮化物半導體層113生長的底層半導體區(qū)域。N 型氮化物半導體層113、發(fā)光層117和p型氮化物半導體層115被順序 地安排在下面具有緩沖層131的襯底127上。發(fā)光層117具有量子阱 結構，并被提供在n型氮化物半導體層113和p型氮化物半導體層115
之間。
半導體發(fā)光元件110進一步包括被提供在p型氮化物半導體層
115上的接觸區(qū)域133;被提供在接觸區(qū)域133上的陽極電極135。陽 極電極135可包括半透明電極。陰極電極137被提供在與表面?zhèn)认鄬?的襯底127的背側。電子從n型氮化物半導體層113被供應到發(fā)光層 117?？昭ū粡膒型氮化物半導體層115供應到發(fā)光層117。
如上所述，根據(jù)圖1至圖8描述的制造設備在根據(jù)本發(fā)明的半導 體器件的構造方法中被采用。由于襯底l在加熱步驟(S30)中可以被 均勻地加熱，因此高品質的膜可以被均勻地形成在襯底1上。這允許 具有均勻屬性的半導體器件的生產。因此，半導體器件的可靠性和品 質可以被保證。此外，可以提高產率。
在形成在襯底1的表面上的半導體層是氮化物型化合物半導體的 情況下，形成在襯底1的表面上的半導體層(外延層)的屬性容易受 生長溫度的影響。此外，由于通常采用具有熱導率低于氫的熱導率的 氣體諸如氮氣和氨，因此半導體層的屬性在膜形成期間在環(huán)境中容易 受到由基座2和襯底1的接觸引起的熱傳導所發(fā)展的溫度分布的影響。 在半導體器件是半導體發(fā)光元件的情況下，氮化物型化合物半導體的 發(fā)光元件通常采用包括In的作為有源層的InGaN。 InGaN的In組分特 別容易受到生長溫度的影響。在本發(fā)明的半導體器件的制造方法中， 從支撐構件11的支撐部分12到襯底1的熱傳導可以被抑制。因此， 在襯底1與支撐部分12接觸的區(qū)域的溫度增加被抑制，以允許使襯底 l的溫度分布均勻。因此，可以使半導體層和有源層的屬性均勻。
示例
傳統(tǒng)示例1
GaN襯底被設置在具有底部被形成為一般扁平外形的袋的基座 中，在GaN襯底的表面進行外延生長以產生藍色LED?；捎肧iC
涂敷的碳制成，并被碳制電阻加熱元件加熱?；谲壍乐行D。原 料氣被引入到由石英制成的反應器(室)，以在受熱襯底上外延生長
組成藍色LED的半導體層。所采用的GaN襯底具有50mm (2英寸) 的直徑和大致0.35mm的厚度。
LED的外延層具有的結構為摻雜Mg的GaN(50nm)/摻雜Mg的 Alo.o7GaN(20nm)/[GaN(15nm)/In(U5GaN(3nm)]x3/摻雜Si的In0.05 GaN (50 nm)/摻雜Si的GaN (2 pm)/GaN襯底。采用TMG (三甲基鎵), TMA (三甲基鋁)，TMI (三甲基銦)，Cp2Mg (雙(環(huán)戊二烯)鎂)，MMSi (甲 基硅甲烷)，和NH3(氨)用作原料。氫氣和氮氣被用作載氣。在[GaN(15 nm)/Ino.15 GaN (3 nm)] MQW (多量子阱)，生長溫度為大致780°C，在其 它層，生長溫度為1100 °C。
如圖12中所示，受熱襯底1以凹的方式翹曲，從而襯底1的中間 區(qū)域形成與袋204的底部的接觸，而外部周圍區(qū)域不與袋204的底部 形成接觸。理解的是，襯底1的面對基座202的背側和襯底1的與該 背側相對的上表面之間的溫度差造成了該翹曲。
傳統(tǒng)示例1的生產的藍色LED晶片被用來通過光致發(fā)光方法測量 襯底表面的波長分布。圖13表示當沿著襯底1的表面掃描時，在跨過 在平面上是圓形的襯底1的直徑的各點處的PL波長。圖13的水平軸 表示在直徑方向的襯底1的距離(單位mm)，其中，襯底1的中心 被設置為對應于25mm的點。圖13的垂直軸表示PL波長(單位mm)。 平均波長是450nm。如圖13中所示，在襯底1的中心處的PL波長短， 朝向外部周圍區(qū)域變長。理解的是，由于襯底1以凹的方式翹曲，同 時中間區(qū)域與基座202接觸而外部區(qū)域處于懸浮狀態(tài)，因此在襯底1 的中間區(qū)域溫度變高，這接下來減少了 InGaN阱層中In組分的比率， 以表現(xiàn)出更短的波長。
傳統(tǒng)示例2
將石英制環(huán)插入到袋204中的外部周圍區(qū)域，以避免傳統(tǒng)示例1 中遇到的襯底1和基座202之間的中間區(qū)域的接觸。傳統(tǒng)示例2的結 構與傳統(tǒng)示例1的結構的不同之處僅在于支撐襯底1的石英環(huán)211被 加在基座202的袋204中。石英環(huán)211具有l(wèi).Omm的寬度(與襯底1 的徑向對應的在圖14中水平方向上的尺寸)和0.2mm的厚度(與袋 204的深度方向對應的在圖14中的垂直方向上的尺寸)。使用該基座 202，與傳統(tǒng)示例1類似地，在襯底1的表面上進行外延生長。
傳統(tǒng)示例2的生產的藍色LED晶片被用來通過光致發(fā)光方法測量 在襯底表面的波長分布。圖15的曲線圖中的坐標軸和測量的各點與圖 3的類似。在傳統(tǒng)示例2中，平均波長是485nm。如圖15中所示，在 襯底1的外部周圍區(qū)域的PL波長較短，表現(xiàn)出與傳統(tǒng)示例1的趨勢相 反的趨勢。在襯底1的徑向方向上延伸跨過大約5mm的外部周圍區(qū)域 的PL波長的作用范圍變得更短。理解的是，由于通過避免襯底l和基 座202之間在襯底1的中間區(qū)域的接觸，襯底1的中間區(qū)域的溫度的 降低，使InGaN阱層中的In組分的比率增大，導致了更長的光致發(fā)光 波長。相反，由于與石英環(huán)211接觸，襯底1的溫度在外部周圍區(qū)域 較高，引起InGaN阱層中的In組分的比率被減小，導致更短的光致發(fā) 光波長。
傳統(tǒng)示例3
通過輻射熱傳送仿真，得到在傳統(tǒng)示例2的石英環(huán)211被插入的 情況下襯底1的表面的溫度分布。基于圖16中所示的軸對稱模型，對 于與襯底1的半徑對應的長度(25mm)，涉及襯底1進行二維仿真。 在與襯底1的徑向方向對應的方向上的基座2的尺寸是30mm，在與襯 底1的厚度方向對應的方向上的基座2的尺寸是7.6mm。襯底1的厚 度是0.35mm。石英環(huán)211的寬度(在襯底1的徑向方向上的尺寸)和 厚度(在襯底1的厚度方向上的尺寸)分別是l.Omm和0.2mm。在背 側的基座202的側被設置為在IOO(TC的常數(shù)，與基座202的外部周圍 側對應的側是隔熱的。假設襯底1和基座202之間的間隙被用氨的原
料氣填充。
圖17中的水平軸將與襯底1的中心對應的點取為在徑向方向上的
起點(距離0mm)，并表示從起點向外徑向的各點的距離。圖17中的 垂直軸表示襯底1的表面的溫度。
如圖17中所示，有從外部周圍側向襯底1的中心的溫度降低的趨 勢(即，作為水平軸的坐標，表示在徑向方向上距離襯底1的中心的 距離變小)。該現(xiàn)象與傳統(tǒng)示例2所表示的實驗的結果匹配。襯底1 的中心和外部周圍區(qū)域之間的溫度差大約為20'C。經驗性地理解，與 PL波長和襯底表面溫度之間的關系相關地，當溫度上升l(TC時，PL 波長減少15nm。因此，通過傳統(tǒng)示例2的實驗結果得到的大約20nm 的PL波長差對應于大約13t:的溫度差。換言之，傳統(tǒng)示例3的仿真結 果基本上等于基于傳統(tǒng)示例2的實驗結果得到的溫度差。
示例1
通過輻射熱傳送仿真推導出與圖3中的間隔物14和支撐構件11 的配置對應的襯底1的表面的溫度分布。與圖16中所示的傳統(tǒng)示例3 的仿真方法類似，對與襯底1的半徑對應的長度(25mm)進行二維仿 真。與基座2相關的尺寸和邊界條件等于傳統(tǒng)示例3的尺寸和邊界條 件。通過在徑向方向改變間隔物14的尺寸(X)，基于調節(jié)基座2和 支撐構件11之間的間隙15的寬度，即基于調節(jié)沿著襯底1的徑向的 間隙15的尺寸，來進行嘗試優(yōu)化襯底1的溫度分布的計算。
襯底1和間隔物14的厚度被分別設置為0.35mm和0.2mm。在除 了支撐部分12的區(qū)域之外的區(qū)域，支撐構件ll的厚度被設置為0.5mm; 在支撐部分12的區(qū)域，支撐構件11的厚度被設置為0.7mm。間隔物 14和支撐構件11的材料分別為碳和石英。襯底1的材料是藍寶石。環(huán) 境溫度被設置為IOO'C的常數(shù)。 圖19的曲線圖中的線(1) (5)分別表示在x=21、 23、 24、 24.8 和25mm時的襯底1的表面溫度分布的計算結果。如圖19中所示，當 在徑向方向上間隔物14的尺寸不大于24mm (線(1) ~ (3))時，襯 底1的外部周圍區(qū)域的溫度變得低于中間區(qū)域的溫度。在間隔物14在 徑向方向上的尺寸是25mm (線(5))，沒有間隙15的情況下，在外 部周圍區(qū)域的襯底1的溫度高于在中心區(qū)域的襯底1的溫度。
理解的是，如圖19所示，通過將間隔物14在徑向方向上的尺寸 設置為24.8mm (線(4))，襯底1的表面溫度可以被設置為基本上 均勻的。認為的是，通過采用熱導率較高的材料用于支撐構件11，將 襯底1的表面溫度設置均勻的最優(yōu)X值可以被進一步減小，允許在間 隔物14的生產過程中公差的范圍被增大。
示例2
圖20的支撐構件11是與示例1的材料相同的石英材料。支撐構 件11的尺寸也與示例1的尺寸相同。基座2和間隔物14由涂敷有SiC 的碳制成。如圖20和圖21所示，對應于精確配合基座2的袋4的大 小，在平面上是圓形的間隔物14具有50.2mm的外部直徑，由此消除 了袋4中的間隔物14的任何位置偏差。在除了外部周圍區(qū)域以外的間 隔物14的表面，提供了以臺面的形式突出的平面上是圓形的臺階部分 14a。支撐構件ll被安排在階梯部分14a上。因此，提供了以下配置 具有在襯底1的厚度方向上0.2mm尺寸的間隙15位于支撐構件11和 基座2之間，與面對襯底1的一側相對的支撐構件11的背側。通過改 變圖21中所示的間隔物14的在徑向方向上的臺階部分14a的尺寸 (小A)，間隙15的寬度可以被更改。
在基座2的袋4中，直徑為50mm (2英寸)且厚度為大致0.35mm 的GaN襯底被裝入到支撐構件11。采用(j)A-46、 48和49mm的間隔物 14，基于與傳統(tǒng)示例1的類似的用于外延層的膜形成條件和配置在襯 底1的表面上進行外延生長以生產藍色LED。對于基座2和間隔物14
的材料，除了涂敷SiC的碳之外，可以采用對氨氣具有抗腐蝕性的材
料諸如SiC、 BN、 PBN (熱解BN) 、 A1N和BN的復合材料、Si3N4 和BN的復合材料以及石英。
作為對每個藍色LED的PL波長分布的測量結果，認識到的是， 當小A:48mm時，PL波長分布是最有利的。采用())A = 48 mm的間隔 物14生產的示例2的藍色LED晶片被用來通過光致發(fā)光方法測量襯底 表面處的波長分布。在圖22的曲線圖中的坐標軸和測量點與圖13的 坐標軸和測量點相同。如圖22中所示，與圖13的傳統(tǒng)示例1和圖15 的傳統(tǒng)示例2相比，示例2的PL波長在-1.7nm 1.7nm的范圍內，這表 示PL波長分布得到了改進。發(fā)現(xiàn)的是，可具有在支撐構件11和基座2 之間形成的間隙15的間隔物14的使用允許使襯底1的溫度分布均勻。 明顯地，在襯底1的表面形成的半導體層的膜的品質可以得到提高。
雖然已經詳細描述和示出了本發(fā)明，但是清楚理解的是，本發(fā)明 是通過示例的方式并且只是示例，而不通過限制的方式對本發(fā)明進行 詳細描述和示出，通過所附權利要求書的條款對本發(fā)明的范圍進行解 釋。
權利要求
1. 一種用于半導體器件的制造設備，包括夾持襯底(1)的基座(2)；加熱器構件(6)，相反于夾持所述襯底(1)的所述基座(2)的一側，所述加熱器構件(6)被安排在所述基座(2)的背側，用于加熱所述襯底(1)；支撐構件(11)，其位于所述襯底(1)和所述基座(2)之間，包括支撐所述襯底(1)的支撐部分(12)；以及間隔物(14)，其位于所述基座(2)和所述支撐構件(11)之間，并且具有與設置所述支撐部分(12)的地方對應的、在所述支撐構件(11)的相反面?zhèn)刃纬傻拈_口(15)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的用于半導體器件的制造設備，其中，所 述開口 (15)被用具有比所述間隔物(14)低的熱導率的材料(25) 填充。
3. 根據(jù)權利要求l所述的用于半導體器件的制造設備，其中，所 述支撐部分(12)支撐所述襯底(1)的外部周圍區(qū)域。
4. 根據(jù)權利要求l所述的用于半導體器件的制造設備，其中，所 述支撐部分(12)由在至少三個地方的凸起形成。
5. —種半導體器件的制造方法，采用權利要求1中限定的所述制 造設備，該制造方法包括以下步驟-將所述襯底(1)裝載到所述基座(2) (S20)，以及 通過所述加熱器構件(6)來加熱所述襯底(1) (S30)。
6. 根據(jù)權利要求5所述的半導體器件的制造方法，其中，半導體 包括氮化物型化合物半導體。
7.根據(jù)權利要求6所述的半導體器件的制造方法，其中，所述半 導體器件包括半導體發(fā)光元件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導體器件的制造設備和制造方法，允許使襯底(1)的溫度分布均勻。用于半導體器件的制造設備包括夾持襯底(1)的基座(2)；被安排在基座(2)的背側的加熱器；位于襯底(1)和基座(2)之間的包括支撐部分(12)的支撐構件(11)；以及位于基座(2)和支撐構件(11)之間的間隔物(14)。間隔物(14)具有與設置所述支撐部分(12)的地方對應的、在支撐構件(11)的相反面?zhèn)刃纬傻拈_口(15)。
文檔編號C23C16/46GK101388330SQ200810160808
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權日2007年9月14日
發(fā)明者上田登志雄, 上野昌紀, 渡邊容子 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社