CN108140574A - 单晶碳化硅基板的加热处理容器及蚀刻方法 - Google Patents

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Abstract

加热处理容器(1)具备支撑部件(6)，该支撑部件(6)在蚀刻处理对象物即圆板状的SiC基板(2)时支撑该SiC基板(2)。支撑部件(6)具有用以支撑SiC基板(2)的下面的端缘(2E)的倾斜面(6F)，该倾斜面(6F)以随着越朝下方越靠近SiC基板(2)的中心线的方式倾斜。更具体地说，支撑部件(6)被形成为随着越朝下方而直径变得越大的圆锥状，且其圆周面即圆锥面构成所述倾斜面(6F)。此倾斜面(6F)的上下中途部接触于SiC基板(2)的下面的端缘(2E)。

Description

单晶碳化硅基板的加热处理容器及蚀刻方法
技术领域
本公开主要涉及一种蚀刻处理单晶碳化硅(SiC)基板时使用的加热处理容器。
背景技术
作为在硅(Si)或砷化镓(GaAs)等现有的半导体材料中不能实现的、可实现高温、高频、耐电压及耐环境性的次世代的功率元件、高频元件用半导体的材料，对碳化硅(SiC)寄予极大的期望。
专利文献1公开一种使用于蚀刻处理这种圆板状的SiC基板的情况的加热处理容器。在此加热处理容器中，在圆板状的单晶SiC基板与加热处理容器的内底面之间间隔有复数个间隔件，且由该间隔件支撑SiC基板。通过这种构成，SiC基板的主表面的两面(上面及下面、Si面及C面)充分地露出于加热处理容器的内部空间，且通过在Si的蒸气压下进行加热处理等，蚀刻处理两主表面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-16691号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1的构成中，因是在间隔件以不小的面积接触于SiC基板的一主表面(下面)的状态下进行蚀刻处理，因而会于SiC基板侧残留痕迹。具体地说，于SiC基板的一主表面(下面)形成有因掩蔽效应而产生的相对的突起。在蚀刻处理之后对SiC基板进行的使外延层(epitaxial layer)生长的处理、或等离子干式蚀刻处理中，此突起会引起与衬托器(susceptor)的紧贴性降低、或引起真空吸附不良。因此，在专利文献1的构成中，将与间隔件所接触的主表面相反侧的主表面(即、上面)作为被处理面(安装元件等的面)。
然而，在如专利文献1的构成那样将与间隔件相反侧的主表面设为被处理面的情况下，存在有灰尘等容易附着于被处理面、且SiC基板的品质变差的问题。
本公开是鉴于以上的情状而完成，其潜在的目的，在于消除因支撑SiC基板而形成在SiC基板侧的痕迹对SiC基板的品质造成的影响，并且抑制灰尘等附着于被处理面。
解决课题所采用的技术方案及效果
本公开所欲解决的问题，诚如以上的说明，下面对用以解决此问题的手段及其功效进行说明。
根据本公开的第1观点，提供以下的构成的加热处理容器。亦即，此加热处理容器具备支撑部件，该支撑部件，在蚀刻处理对象物即圆板状的SiC基板时支撑该SiC基板。所述支撑部件具有用以支撑所述SiC基板的下面的端缘的倾斜部，该倾斜部以随着越朝下方越靠近该SiC基板的中心线的方式倾斜。
由此，支撑部件以仅与SiC基板的下面的端缘接触的状态支撑该SiC基板，因而接触于支撑部件时形成在SiC基板侧的痕迹，不会残留于通过此后的处理而被丢弃的端缘的区域以外的部分。因此，能以被处理面朝下的方式支撑SiC基板，通过依此方式构成，能够抑制灰尘附着于被处理面。
在所述加热处理容器中，优选以下的构成。亦即，所述倾斜部被形成为平面状、圆柱面状、圆锥面状、或棱线状。所述倾斜部的上下中途部，接触于所述SiC基板的下面的端缘。
由此，可通过支撑部件以稳定的状态保持对象物即SiC基板。
在所述加热处理容器中，优选以下的构成。亦即，此加热处理容器，更具备构成该加热处理容器的底部的底板。所述支撑部件能够装卸地被安装于所述底板。
由此，例如，在进行朝加热处理容器内供给Si的处理的期间，通过自底板拆下支撑部件而取出至加热处理容器外，能防止支撑部件的表面伴随Si的供给而产生化学变化进而于蚀刻处理时粘着于SiC基板。因而，能防止SiC基板破裂。
在所述加热处理容器中，优选以下的构成。亦即，所述支撑部件由碳化钽或碳化铌构成。露出于所述底板的内底面及所述加热处理容器的内部空间的表面，由硅化钽构成。
由此，能够一边防止支撑部件被粘着于SiC基板，一边将露出于底板的内底面及加热处理容器的内部空间的表面作为Si供给源，在加热处理容器内效率良好地形成Si的气氛，蚀刻处理SiC基板。
在所述加热处理容器中，优选以下的构成。亦即，在所述支撑部件的下端部形成有轴状的插入部或插入孔的任一者。在所述底板形成有与所述轴状的插入部或插入孔的任一者对应的插入孔或轴状的插入部。
由此，只要将轴状的插入部插入插入孔，即可对底板安装或拆卸支撑部件，从而能使装卸支撑部件的作业变得简单。
在所述加热处理容器中，优选以下的构成。亦即，在所述轴状的插入部形成有阳螺纹。在所述插入孔形成有阴螺纹。
由此，只要使支撑部件旋转，即可对底板安装或拆卸支撑部件，从而能使装卸支撑部件的作业变得简单。
在所述加热处理容器中，优选所述支撑部件透过具有间隙(clearance)的安装结构被安装于所述底板。
由此，即使底板及支撑部件的尺寸因热膨胀而变化，支撑部件仍能以吸收此尺寸变化的方式相对于底板移动，因此能抑制应力施加于SiC基板，从而能防止SiC基板弯曲或破裂。
在所述加热处理容器中，优选所述支撑部件被构成为能够通过所述间隙而使所述倾斜部的斜率变化。
由此，由于SiC基板接触于支撑部件的倾斜部时的位置朝上下方向变化，因此即使底板及支撑部件的尺寸因热膨胀而变化，SiC基板仍不会弯曲或破裂，从而可通过支撑部件以稳定的状态进行支撑。
根据本公开的第2观点，提供一种蚀刻方法，其使用所述加热处理容器，在将所述SiC基板的被处理面朝向下方的状态下，通过所述支撑部件支撑该被处理面的端缘，对所述SiC基板进行蚀刻处理。
由此，由于以被处理面朝向下方的方式支撑SiC基板而进行蚀刻处理，因而能抑制灰尘附着于被处理面。
附图说明
图1是本公开的一实施方式的加热处理容器的分解立体图；
图2是显示加热处理容器所具备的底板及支撑部件的构成的立体图；
图3是加热处理容器的侧面剖视图；
图4是显示支撑部件的倾斜面的斜率发生变化的状况的侧面剖视图；和
图5是本公开的另一实施方式的加热处理容器的侧面剖视图。
具体实施方式
下面，参照图式说明本公开的实施方式。图1是本公开的一实施方式的加热处理容器1的分解立体图。图2是显示加热处理容器1所具备的底板3及支撑部件6的构成的立体图。图3是加热处理容器1的侧面剖视图。图4是显示支撑部件6的倾斜面6F的斜率发生变化的状况的侧面剖视图。
图1及图3所示的加热处理容器1，是在蚀刻处理圆板状的SiC基板2时,用于收容对象物即该SiC基板2，且外形被形成为大致圆柱形状。加热处理容器1，具备圆板状的底板3、圆筒形状的本体部4、及盖5。加热处理容器1，被构成为通过使底板3、本体部4及盖5，如图1及图3所示在上下方向重叠，而使内部空间成为准密封状态。
在此加热处理容器1的内部收容SiC基板2，且在以Si的蒸气压充满内部的状态下，在1500℃以上且2200℃以下、优选1600℃以上且2000℃以下的环境下进行加热处理(退火处理)，由此，可对SiC基板2的主表面进行蚀刻处理。再者，在此所称的「主表面」，是表示SiC基板2的侧面以外的面(平面状的一对主要的面)。
进行了蚀刻处理后的SiC基板2，然后被进行使外延层生长的处理、或离子注入处理，且通过离子注入后的活化而被形成为主表面具有充分的平坦度及电活性的状态。然后，将离圆板状的SiC基板2的外周数mm左右(例如，于SiC基板2的外径为100mm时，为3mm左右)的区域作为丢弃区域(edge exclusion)，利用剩馀的部分製造半导体元件。
其次，参照图1至图3，说明加热处理容器1的详细构成。如前述，加热处理容器1是外形大致圆柱形状的容器。若根据其他的观点，将底板3、本体部4及盖5组合后，可构成一坩埚。加热处理容器(坩埚)1，在载置于省略图示的加热炉所具备的支撑台等的状态下，被以上述温度进行加热。
底板3、本体部4、及盖5的各者中，在露出于加热处理容器1的内部的表面形成有硅化钽层(Ta5Si3)。在硅化钽层的外侧近邻形成有碳化钽层(TaC及Ta2C)。在隔着碳化钽层而与硅化钽层相反侧形成有钽层(Ta)。
如图1及图2所示，在底板3的上面(即，加热处理容器1的内底面)配置有复数个支撑部件6。SiC基板2隔着支撑部件6被支撑于底板3。本实施方式中，底板3被形成为较SiC基板2的外径略大的外径的圆板形状。SiC基板2以在俯视时其中心的位置与底板3的中心一致的状态，与底板3隔开间隔配置在该底板3的上方。
前述的形成在露出于加热处理容器1的内部空间的表面的硅化钽层，作为用于以Si的蒸气压充满加热处理容器1的内部空间的Si供给源发挥作用。此硅化钽层，通过使已被溶解的Si接触于露出在加热处理容器1的底板3、本体部4、及盖5的内部空间的表面，且于1800℃以上且2000℃以下进行加热而被形成。由此，可实现由Ta5Si3构成的硅化钽层。再者，本实施方式中，虽形成有30μm以上且50μm以下的厚度的硅化钽层，但根据内部空间的体积等，例如，也可为1μm以上且300μm以下的厚度。
另外，本实施方式中，作为硅化钽虽为形成有Ta5Si3的构成，但也可形成以其他的化学式(例如，TaSi2)表示的硅化钽。另外，复数的硅化钽也可重叠形成。
如图2所示，在底板3上安装有复数个(本实施方式中为3个)支撑部件6。支撑部件6构成加热处理容器1的一部分，且在进行蚀刻处理时，用于在加热处理容器1的底板3上隔开间隔支撑SiC基板2。支撑部件6能装卸地被设置于底板3。
支撑部件6被等间隔(本实施方式中各间隔120°)地排列配置在俯视时以底板3的中心作为中心的虚拟圆上，使得能以复数个部位支撑圆板状SiC基板2的下面的端缘。各支撑部件6例如被形成为圆锥状，且具有以随着越朝下方越靠近底板3的中心线L(参照图2)的方式倾斜的倾斜面(倾斜部)6F。换言之，支撑部件6具有以越远离底板3的中心而变得越高的方式倾斜的倾斜面6F。
在此，如图3所示，支撑部件6的下端，被配置于俯视时较SiC基板2的外周靠近中心线L侧的位置。由此，支撑部件6能以此倾斜面6F接触于SiC基板2的下面的端缘2E来支撑SiC基板2。亦即，支撑部件6支撑SiC基板2的下面的端缘2E(侧面2S与下面2U的交界部分)。
更具体地说，本实施方式的支撑部件6，具有随着越朝下方直径变得越大的圆锥形状。此支撑部件6的外周面即圆锥形状的锥面(圆锥面)6T，为所述倾斜面6F，且利用其上下中途部接触于SiC基板2的下端的端缘2E，可通过支撑部件6支撑SiC基板2。通过设为依此方式使支撑部件6朝上方突出的圆锥状、且在复数的倾斜面6F(锥面6T)的内侧配置SiC基板2的构成，可通过支撑部件6以稳定的状态保持对象物即SiC基板2。
如此，在本实施方式的加热处理容器1中，由于支撑部件6在仅接触于SiC基板2的下面的端缘2E的状态下支撑SiC基板2，因此，因在与支撑部件6接触的状态下进行蚀刻处理而形成于SiC基板2侧的痕迹，不会残留于此SiC基板2的下端的端缘2E近旁以外。并且，此痕迹的位置，被包含在製造半导体元件的过程中的SiC基板2的丢弃区域内，因此不会对产品的品质造成影响。如此，在本实施方式的构成中，不会像以往那样在SiC基板2的下面形成因掩蔽效应而产生的大的突起等，因此能够以安装元件等的被处理面朝下的方式(面向下的状态)支撑SiC基板2。其结果，能抑制灰尘附着于被处理面。
支撑部件6由碳化钽(TaC)构成。如此，在露出于加热处理容器1的内部空间的部件中，仅支撑部件6由碳化钽构成，而于其他的部件表面(露出于内部空间的表面)形成有硅化钽层。通过依此方式构成，可确实防止支撑部件6被硅化钽化而粘着于SiC基板2的情形发生。另外，可将露出在加热处理容器1的内部空间的宽广面积全域的硅化钽层作为Si供给源，在加热处理容器1的内部空间形成Si的气氛，因而能使该内部空间的Si的浓度更均匀，进而可对SiC基板2的主表面均匀地实施蚀刻处理。
并且，在对加热处理容器1的内部空间的表面进行使已溶解的Si接触而供给Si的处理(蚀刻处理的前处理)的期间，通过自底板3拆下支撑部件6且取出于加热处理容器1的外部，能防止Si附着在支撑部件6的表面而硅化物化。由此，可于蚀刻处理时确实防止支撑部件6被粘着于SiC基板2，进而能防止SiC基板2发生破裂。
只是，构成支撑部件6的材料，不限于所述碳化钽，也可取代其而改由碳化铌构成。在此情况下，也能防止Si附着于支撑部件6的表面而被硅化物化，从而能防止支撑部件6与SiC基板2的粘着。
其次，参照图3及图4，详细地说明支撑部件6能对底板3进行装卸的构成。本实施方式中，在支撑部件6的下端部，以朝下方突出的方式设置有形成有阳螺纹的轴6S。另外，形成有与所述阳螺纹对应的阴螺纹的孔3H，沿底板3的所述虚拟圆以等间隔(本实施方式中为3个)排列设置。通过将支撑部件6的下端部的阳螺纹的轴6S拧入此阴螺纹的孔3H，可将支撑部件6安装于底板3。另外，通过朝与所述相反的方向转动支撑部件6，可自底板3拆下支撑部件6。如此，只要使支撑部件6旋转，即可相对于底板3安装或拆卸支撑部件6，因而装卸作业简单。
在此，形成于底板3的阴螺纹的孔3H的尺寸，被设定为相对于阳螺纹的轴6S具有适宜的间隙(余量)。因此，支撑部件6的下端部的轴6S，在相对于底板3具有间隙(余量)的状态下被安装于底板3。
通过具有这种间隙的螺纹结构(安装结构)，即使SiC基板2、底板3及支撑部件6的尺寸因加热处理等的热膨胀而变化，支撑部件6仍可相对于底板3移动而吸收此变化，因此能抑制应力施加于SiC基板2。由此，能防止伴随热膨胀而造成SiC基板2弯曲或破裂。
另外，如图4所示，支撑部件6被构成为通过仅移动相当于阴螺纹的孔3H的相对于轴6S的间隙的移动量，能够使整体倾斜，进而使倾斜面6F的斜率变化。由此，即使底板3及支撑部件6的尺寸因热膨胀而变化，仍能以SiC基板2不会发生弯曲或破裂的方式使倾斜面6F的斜率变化。
再者，为了使支撑部件6能对底板3进行装卸，也可取代所述构成，而设为如图5所示的构成。图5为本发明的另一实施方式的加热处理容器的侧面剖视图。
图5的构成中，在支撑部件6的下端部形成有阴螺纹的孔6X，且与此对应的具有阳螺纹的轴3Y，沿底板3上的所述虚拟圆以等间隔(本实施方式中为3个)排列设置。如此，也可成为分别在支撑部件6形成有阴螺纹、在底板3形成有阳螺纹的构成。
如以上说明，本实施方式的加热处理容器1，具备支撑部件6，该支撑部件6在蚀刻处理对象物即圆板状的SiC基板2时支撑该SiC基板2。支撑部件6具有用以支撑SiC基板2的下面的端缘2E的倾斜面6F，该倾斜面6F以随着越朝下方越靠近SiC基板2的中心线L的方式倾斜。
由此，由于支撑部件6在仅与SiC基板2的下面的端缘2E接触的状态下支撑该SiC基板2，因而接触于支撑部件6时而形成于SiC基板2侧的痕迹，不会残留于通过以后的处理而丢弃的端缘的区域(丢弃区域)以外的部分。因此，能够以被处理面朝下的方式支撑SiC基板2，由此，能抑制灰尘附着于被处理面。
另外，在本实施方式的加热处理容器1中，倾斜面6F被形成为圆锥面状(锥面6T)。倾斜面6F的上下中途部，接触于所述SiC基板2的下端的端缘2E。
由此，可通过支撑部件6以稳定的状态保持对象物即SiC基板2。
另外，本实施方式的加热处理容器1，更具备构成加热处理容器1的底部的底板3。支撑部件6能装卸地被安装于底板3。
由此，在进行朝加热处理容器1内供给Si的处理的期间，通过自底板3拆下支撑部件6而取出于加热处理容器1外，能防止支撑部件6的表面被硅化钽化(硅化物化)而在蚀刻处理时粘着于SiC基板2。由此，能防止SiC基板2破裂。
另外，在所述加热处理容器1中，支撑部件6由碳化钽或碳化铌构成。露出于底板3的内底面及加热处理容器1的内部空间的表面，由硅化钽构成。
由此，能够一边防止支撑部件6粘着于SiC基板2，一边将露出于底板3的内底面及加热处理容器1的内部空间的表面作为Si供给源，在加热处理容器1内效率良好地形成Si的气氛，蚀刻处理SiC基板2。
另外，在所述加热处理容器1中，在支撑部件6的下端部设置有轴状的插入部(轴6S)，且于底板3设置有与所述轴6S对应的插入孔(孔3H)。另外，在另一实施方式中，在支撑部件6的下端部设置有插入孔(孔6X)，且于底板3设置有与所述孔6X对应的轴状的插入部(轴3Y)。
由此，只要将轴6S插入孔3H(或将轴3Y插入孔6X)，即可对底板3安装或拆卸支撑部件6，从而能使装卸支撑部件6的作业变得简单。
另外，在所述加热处理容器1中，在轴6S及轴3Y上形成有阳螺纹，且于孔3H及孔6X形成有阴螺纹。
由此，只要使支撑部件6旋转，即可对底板3安装或拆卸支撑部件6，从而能使装卸支撑部件6的作业变得简单。
另外，在所述加热处理容器1中，支撑部件6透过具有间隙(余量)的螺纹结构被安装于底板3。
由此，即使底板3及支撑部件6的尺寸因热膨胀而变化，支撑部件6仍能相对于底板3移动以吸收其尺寸变化，因此能抑制应力施加在SiC基板2，从而能防止SiC基板2弯曲或破裂。
另外，在所述加热处理容器1中，支撑部件6能通过所述间隙而使倾斜面6F的斜率变化。
由此，由于SiC基板2接触于支撑部件6的倾斜面6F时的位置朝上下方向变化，因此即使底板3及支撑部件6的尺寸因热膨胀而变化，SiC基板2仍不会弯曲或破裂，从而能够通过支撑部件6以稳定的状态进行支撑。
另外，本实施方式中，使用所述加热处理容器1，在将SiC基板2的被处理面朝向下方的状态下，通过支撑部件6支撑该被处理面(下面2U)的端缘2E，对SiC基板2进行蚀刻处理。
由此，由于以被处理面朝向下方的方式(以面向下的状态)支撑SiC基板2来进行蚀刻处理，因而能抑制灰尘附着于被处理面。
以上说明了本公开的较佳实施方式，但所述构成例如能够以如下的方式进行变更。
所述实施方式中，假设为支撑部件6为圆锥形状的部件，但支撑部件的形状不限于此。亦即，支撑部件只要为具有以随着越朝下方越靠近SiC基板的中心线的方式倾斜的倾斜部即可，例如，也能够由相对于垂直方向而适宜倾斜的细圆柱状的钢丝、或平板状的部件等构成。另外，也可由倾斜的圆棒状的部件构成支撑部件，且以其圆柱面状的周面支撑SiC基板。或者，也可将支撑部件的形状设为组合具有锥面的圆锥形状的上部及圆柱形状的下部而成的形状。另外，也可将支撑部件的形状设为例如类似三角锥、六角锥或十二角锥的多角锥。此情况下，也能够以多角锥具有的倾斜状的平面支撑SiC基板、或者也能够以倾斜的棱线状的部分(刀刃状的部分)支撑SiC基板。
所述实施方式中，假设为支撑部件6可通过支撑部件6的下端部的阳螺纹的轴6S、与形成在底板3的阴螺纹的孔3H之间的间隙(余量)而略微移动，但间隙的方式不限于此。亦即，例如，也可取代此，设为由无螺纹的轴状的插入部及插入孔构成的能装卸的安装结构(暗榫结构)，且于轴状的插入部与插入孔之间形成间隙。另外，也可设为于底板3设置相对于SiC基板2的中心线L而朝径向延长的槽，且使支撑部件在该槽内滑动。或者，也可构成为利用转动轴或凸轮机构等，使支撑部件相对于底板移动。
所述实施方式中，假设为俯视时支撑部件6在底板3上的与SiC基板2的外周对应的位置上被以等间隔设置有3个，但支撑部件6的个数不限于此，例如也可具备4个以上。另外，支撑部件6也能以不相等之间隔配置。
支撑部件6并不限于呈突出状设置于底板3的构成，也可为设置于本体部4或盖5的构成。另外，支撑部件6也可不能装卸地被安装于底板3等。
所述实施方式中，虽然本体部4与底板3被能分割地构成，但本体部4与底板3也可一体形成。
SiC基板2，也能够在安装元件等的面(被处理面)作为上侧的状态下，由支撑部件6支撑。
所述实施方式中，假设为支撑部件6通过螺丝被直接安装于底板3，但不限于此，例如也可取代此，于底板3的内底面上配置基座，且隔着该基座将支撑部件间接地安装于底板。此情况下，也可设为在基座形成有螺孔的构成。
附图标记说明
1 加热处理容器
2 SiC基板
2E (SiC基板的)下端的端缘
3 底板
3H 孔
6 支撑部件
6F 倾斜面(倾斜部)
6S 轴
6T 锥面

Claims (9)

1.一种加热处理容器，具备支撑部件，该支撑部件在蚀刻处理对象物即圆板状的SiC基板时支撑该SiC基板，其特征在于：
所述支撑部件具有用以支撑所述SiC基板的下面的端缘的倾斜部，该倾斜部以随着越朝下方越靠近该SiC基板的中心线的方式倾斜。
2.根据权利要求1所述的加热处理容器，其特征在于：
所述倾斜部被形成为平面状、圆柱面状、圆锥面状、或棱线状，
所述倾斜部的上下中途部接触于所述SiC基板的下面的端缘。
3.根据权利要求1所述的加热处理容器，其特征在于：
更具备构成所述加热处理容器的底部的底板，
所述支撑部件能装卸地被安装于所述底板上。
4.根据权利要求3所述的加热处理容器，其特征在于：
所述支撑部件由碳化钽或碳化铌构成，
露出于所述底板的内底面及所述加热处理容器的内部空间的表面，由硅化钽构成。
5.根据权利要求3所述的加热处理容器，其特征在于：
在所述支撑部件的下端部形成有轴状的插入部或插入孔中的一者，
在所述底板形成有与所述轴状的插入部或插入孔中的一者对应的插入孔或轴状的插入部。
6.根据权利要求5所述的加热处理容器，其特征在于：
在所述轴状的插入部形成有阳螺纹，
在所述插入孔形成有阴螺纹。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的加热处理容器，其特征在于：
所述支撑部件经由具有间隙的安装结构被安装于所述底板。
8.根据权利要求7所述的加热处理容器，其特征在于：
所述支撑部件被构成为能够通过所述间隙使所述倾斜部的斜率变化。
9.一种蚀刻方法，其特征在于：
使用权利要求1所述的加热处理容器，在将所述SiC基板的被处理面朝向下方的状态下，通过所述支撑部件支撑该被处理面的端缘，对所述SiC基板进行蚀刻处理。
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