JP2002184712A - Silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus and method of manufacturing silicon carbide semiconductor using it - Google Patents

Silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus and method of manufacturing silicon carbide semiconductor using it

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JP2002184712A
JP2002184712A JP2000377756A JP2000377756A JP2002184712A JP 2002184712 A JP2002184712 A JP 2002184712A JP 2000377756 A JP2000377756 A JP 2000377756A JP 2000377756 A JP2000377756 A JP 2000377756A JP 2002184712 A JP2002184712 A JP 2002184712A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus that can uniformly heat the whole body of a silicon carbide substrate. SOLUTION: A top lamp 3 is positioned above a wafer stage 6 on which the SiC substrate 1 is mounted and side lamps 4 are arranged at regular intervals so as to surround the state 6. In a housing 5 to which the top and side lamps 3 and 4 are fixed, passages 5a are extended toward the stage 6 from the top lamp 3 or side lamps 4 and the internal walls of the passages 5a are constructed in mirror structures. Consequently, the light rays emitted from the top lamp 3 or side lamps 4 are reflected by the internal walls of the passages 5a and uniformly projected upon the SiC substrate 1 mounted on the wafer stage 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

本発明は、炭化珪素(以下、SiCという)からなる半
導体製造装置およびその装置を用いた炭化珪素半導体製
造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor manufacturing device made of silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) and a silicon carbide semiconductor manufacturing method using the device.

【0001】[0001]

【従来の技術】SiCにおける不純物層形成は、イオン
注入および注入されたイオンの活性化熱処理によって行
われる。SiCでは、p型不純物が熱処理によって活性
化し難いため、活性化のための熱処理温度を上げること
でp型不純物の活性化率を向上させようとしている。
2. Description of the Related Art Impurity layers are formed in SiC by ion implantation and heat treatment for activating the implanted ions. In SiC, since the p-type impurity is hard to be activated by the heat treatment, the activation rate of the p-type impurity is improved by increasing the heat treatment temperature for activation.

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】例えば、エピタキシャ
ル膜(以下、エピ膜という)の形成を容易にするために
オフ角のあるウェハを用い、1600℃での活性化熱処
理を行った後にエピ膜に形成した不純物層の表面をAF
Mで観察したところ、ステップ状の表面荒れが発生して
いることが確認された。この表面荒れの大きさを調べた
ところ、表面荒れ量Ra=9.5nmであった。
For example, in order to facilitate formation of an epitaxial film (hereinafter referred to as an epi film), a wafer having an off-angle is used, and after performing an activation heat treatment at 1600 ° C., the epitaxial film is formed. AF on the surface of the formed impurity layer
Observation with M confirmed that step-like surface roughness had occurred. When the magnitude of the surface roughness was examined, the surface roughness Ra was 9.5 nm.

【0003】このような表面荒れは、活性化熱処理時に
生じるマイグレーションに起因して発生すると考えられ
る。すなわち、オフ角を有するウェハの場合には表面に
細かいステップが存在するため、活性化熱処理(特に、
高温熱処理が必要とされるp型不純物の活性化熱処理)
の際に最もエネルギー的に不安定なステップのエッジ部
分でSi抜けが発生すると共に、このSi抜けによって
マイグレーションを起こし、マイグレーションを起こし
た原子が安定な(0001)面を形成しながら再結晶化
してしまうために、表面荒れが発生するのである。
[0003] Such surface roughness is considered to be caused by migration that occurs during activation heat treatment. That is, in the case of a wafer having an off-angle, there are fine steps on the surface, and therefore, activation heat treatment (particularly,
Activation heat treatment for p-type impurities requiring high temperature heat treatment)
In this case, Si escape occurs at the edge portion of the most energetically unstable step, migration occurs due to the Si escape, and the migrated atoms are recrystallized while forming a stable (0001) plane. As a result, surface roughness occurs.

【0004】また、エピ層の表面部分に炭化層が形成さ
れることも確認された。これは、活性化熱処理が高温で
あるために生じるエピ膜表面からのSi抜けが原因とな
って、カーボンリッチとなるために形成されると考えら
れる。
[0004] It was also confirmed that a carbonized layer was formed on the surface of the epi layer. This is considered to be due to the Si-extraction from the surface of the epitaxial film caused by the high temperature of the activation heat treatment, resulting in carbon-rich formation.

【0005】このようなマイグレーションやSi抜けに
よる炭化膜の形成を抑制するためには、熱処理温度を
低下させる方法、熱処理時間を短時間化することでマ
イグレーションを起こす時間を与えない方法が考えられ
る。
[0005] In order to suppress the formation of a carbonized film due to such migration or Si loss, a method of lowering the heat treatment temperature or a method of shortening the heat treatment time so as not to give time for causing migration is considered.

【0006】しかしながら、p型不純物の活性化に必要
とされる熱処理温度がマイグレーション発生温度よりも
高いこと(活性化熱処理温度が1500℃以上であるの
に対し、マイグレーション発生温度が1420℃)か
ら、熱処理温度を低下させるという方法は選択できな
い。
However, since the heat treatment temperature required for activating the p-type impurity is higher than the migration occurrence temperature (the activation heat treatment temperature is 1500 ° C. or higher, the migration occurrence temperature is 1420 ° C.) The method of lowering the heat treatment temperature cannot be selected.

【0007】従って、p型不純物の活性化率の向上と表
面荒れの抑制を両立するという観点から、熱処理時間
を短時間化することでマイグレーションを起こす時間を
与えないという方法が選択される。
Therefore, from the viewpoint of simultaneously improving the activation rate of the p-type impurity and suppressing the surface roughness, a method of shortening the heat treatment time so as not to give time for causing migration is selected.

【0008】そして、このような方法について様々な検
討を行った。まず、従来の熱処理プログラムを分析した
ところ、熱処理時の昇温速度が20℃/minと遅く、
マイグレーションが起こる温度(1420℃)以上とな
る時間が十分長くなっている。従って、これが原因とな
って上記のように大きな表面荒れが発生していると考え
られる。このため、昇温速度を150℃/minとなる
まで上げて活性化熱処理を実施したが、この場合におい
ても上記と同様の結果となった。
Various studies have been made on such a method. First, when a conventional heat treatment program was analyzed, the rate of temperature rise during heat treatment was as slow as 20 ° C./min.
The time during which the temperature is higher than the temperature at which migration occurs (1420 ° C.) is sufficiently long. Therefore, it is considered that this causes a large surface roughness as described above. For this reason, the activation heat treatment was performed by increasing the temperature raising rate to 150 ° C./min. In this case, the same result as described above was obtained.

【0009】そこで、さらに昇温速度が高められるラン
プアニール装置(例えば、昇温速度が350℃/min
程度)を用いて、活性化熱処理を実施した。つまり、ラ
ンプアニール装置を用いることによって、マイグレーシ
ョンが起こる温度以上の熱処理が実施されている時間が
短縮化されるようにした。その結果、表面荒れ量Raが
Ra=3.4nmとなるまで低減できた。
Therefore, a lamp annealing apparatus (for example, a heating rate of 350 ° C./min.)
), The activation heat treatment was performed. In other words, by using the lamp annealing device, the time during which the heat treatment at a temperature higher than the temperature at which migration occurs is shortened. As a result, the surface roughness Ra could be reduced until Ra = 3.4 nm.

【0010】しかし、ランプアニール装置を用いた活性
化熱処理を行う場合においても、ランプ1つではウェハ
全体を均一に熱せられない可能性があり、特にウェハが
大口径化すると問題となる。
However, even when performing an activation heat treatment using a lamp annealing apparatus, there is a possibility that the entire wafer cannot be heated uniformly with one lamp, and this poses a problem especially when the diameter of the wafer is increased.

【0011】本発明は上記点に鑑みて、炭化珪素基板全
体を均一に熱せられる炭化珪素半導体製造装置およびそ
の装置を用いた炭化珪素半導体製造方法を提供すること
を目的とする
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus capable of uniformly heating an entire silicon carbide substrate and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor using the apparatus.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、炭化珪素基板(1)が
搭載されるウェハステージ(6)の上部に配置されたト
ップランプ(3)と、ウェハステージの周囲を囲むよう
に配置されたサイドランプ(4)とを備え、トップラン
プおよびサイドランプにより、ウェハステージ上に配置
される炭化珪素基板に光が照射されるように構成されて
いることを特徴としている。このような構成とすること
により、活性化熱処理時間を短縮化できると共に、炭化
珪素基板全体を均一に加熱することが可能となる。
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a top lamp (3) disposed above a wafer stage (6) on which a silicon carbide substrate (1) is mounted. ) And a side lamp (4) arranged so as to surround the periphery of the wafer stage. The top lamp and the side lamp are configured to irradiate light to a silicon carbide substrate arranged on the wafer stage. It is characterized by having. With such a configuration, the activation heat treatment time can be reduced, and the entire silicon carbide substrate can be uniformly heated.

【0013】請求項2に記載の発明では、トップランプ
およびサイドランプはハウジング(5)に配置されてお
り、該ハウジングにはトップランプもしくはサイドラン
プからウェハステージ側に向かって延設された通路(5
a)が備えられ、該通路の内壁がトップランプもしくは
サイドランプが発した光を反射するミラー構造になって
いることを特徴としている。このような構成とすること
で、炭化珪素基板に均一に光が照射されるようにでき、
炭化珪素基板を均一に加熱することができる。
According to the second aspect of the present invention, the top lamp and the side lamp are arranged in the housing (5), and the housing has a passage extending from the top lamp or the side lamp toward the wafer stage. 5
a), wherein the inner wall of the passage has a mirror structure for reflecting light emitted by the top lamp or the side lamp. With such a configuration, the silicon carbide substrate can be uniformly irradiated with light,
The silicon carbide substrate can be heated uniformly.

【0014】請求項3に記載の発明では、ウェハステー
ジの冷却を行う冷却手段(7)を備え、該冷却手段によ
って該ウェハステージ上に配置される炭化珪素基板の冷
却が行われるようになっていることを特徴としている。
炭化珪素基板は、請求項6に示すように、表面側(エピ
膜が形成された側)がウェハステージ側に向けられる。
このため、冷却手段によってウェハステージの冷却を行
うことで、炭化珪素基板の表面側を冷却することがで
き、表面荒れを抑制することができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a cooling means (7) for cooling the wafer stage, and the cooling means cools the silicon carbide substrate disposed on the wafer stage. It is characterized by having.
The silicon carbide substrate has the front side (the side on which the epi film is formed) directed to the wafer stage side.
Therefore, by cooling the wafer stage by the cooling means, the front side of the silicon carbide substrate can be cooled, and surface roughness can be suppressed.

【0015】なお、請求項4に示すように、サイドラン
プとしては球状ランプを用いることができ、球状ランプ
を等間隔に配置することでサイドランプを構成すること
ができる。また、請求項5に示すように、サイドランプ
としては円弧形状を成す少なくとも2つのランプ(1
1)を用いることもできる。この場合、より炭化珪素基
板の面内での温度分布を小さくすることができる。
[0015] As described in claim 4, a spherical lamp can be used as the side lamp, and the side lamp can be formed by arranging the spherical lamps at equal intervals. Also, as a side lamp, at least two lamps (1) having an arc shape are used as side lamps.
1) can also be used. In this case, the temperature distribution in the plane of the silicon carbide substrate can be further reduced.

【0016】請求項6乃至9に記載の発明は、請求項1
乃至5に記載の炭化珪素半導体製造装置を用いて炭化珪
素半導体を製造する方法に関する。
[0016] The inventions described in claims 6 to 9 correspond to claim 1.
And a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor using the silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus according to any one of (1) to (5).

【0017】請求項6に記載の発明では、炭化珪素基板
のうちエピ膜が形成されている面となる表面側がウェハ
ステージ側に向くようにし、トップランプとサイドラン
プとを用いて不純物の活性化温度まで加熱することを特
徴としている。このように、炭化珪素基板のうちエピ膜
が形成されていない側である裏面にランプの光を照射す
ることで、エピ膜の表面荒れを防止することができる。
According to the present invention, the surface of the silicon carbide substrate on which the epi film is formed faces the wafer stage, and the activation of impurities is performed using a top lamp and a side lamp. It is characterized by heating to a temperature. By irradiating the back surface of the silicon carbide substrate on which the epi film is not formed with the light of the lamp, the surface of the epi film can be prevented from being roughened.

【0018】請求項7に記載の発明では、加熱工程で
は、サイドランプのみを用いて行う第1加熱工程と、サ
イドランプとトップランプとを用いて行う第2加熱工程
とを行い、第1加熱工程後に第2加熱工程を行うことを
特徴としている。このようにすることで、エピ膜の表面
にマイグレーションが起きることを防止でき、表面荒れ
を抑制することができる。
In the invention according to claim 7, in the heating step, a first heating step using only a side lamp and a second heating step using a side lamp and a top lamp are performed, and the first heating step is performed. A second heating step is performed after the step. By doing so, migration can be prevented from occurring on the surface of the epi film, and surface roughness can be suppressed.

【0019】請求項8に記載の発明では、炭化珪素基板
のうち、エピ層が形成された側である表面にキャップ層
を形成したのち、該炭化珪素基板をウェハステージに搭
載することを特徴としている。このようにエピ膜の表面
をキャップ層で覆うことで、エピ膜の表面にマイグレー
ションが起きることを防止でき、表面荒れを抑制するこ
とができる。
According to the present invention, a cap layer is formed on the surface of the silicon carbide substrate on which the epi layer is formed, and then the silicon carbide substrate is mounted on a wafer stage. I have. By covering the surface of the epi film with the cap layer in this manner, it is possible to prevent migration from occurring on the surface of the epi film and to suppress surface roughness.

【0020】請求項9に記載の発明では、炭化珪素基板
のうち、エピ層が形成されていない側である裏面に光吸
収層を形成したのち、該炭化珪素基板をウェハステージ
に搭載することを特徴としている。このように、炭化珪
素基板の裏面に光吸収層を形成することで、昇温速度を
向上させることができ、より活性化熱処理時間を短縮化
することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, after forming a light absorbing layer on the back surface of the silicon carbide substrate on which the epi layer is not formed, the silicon carbide substrate is mounted on a wafer stage. Features. By forming the light absorbing layer on the back surface of the silicon carbide substrate, the rate of temperature rise can be improved, and the activation heat treatment time can be further reduced.

【0021】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
Note that the reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1に、本発明
の一実施形態に用いるSiC半導体製造装置としてのラ
ンプアニール装置の模式図を示す。また、図2に、図1
のA−A断面図を示す。以下、これらの図に基づいてラ
ンプアニール装置の構成の説明を行う。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram of a lamp annealing apparatus as an SiC semiconductor manufacturing apparatus used in one embodiment of the present invention. In addition, FIG.
FIG. Hereinafter, the configuration of the lamp annealing apparatus will be described with reference to these drawings.

【0023】図1に示すランプアニール装置は、紙面上
下方向が天地方向と一致するように配置される。このラ
ンプアニール装置は、SiC基板1が収容される部屋を
構成するケース部2と、複数のランプ3、4が設置され
るハウジング部5とを有して構成されている。
The lamp annealing apparatus shown in FIG. 1 is arranged such that the vertical direction on the paper coincides with the vertical direction. This lamp annealing apparatus is configured to include a case portion 2 that forms a room in which a SiC substrate 1 is housed, and a housing portion 5 in which a plurality of lamps 3 and 4 are installed.

【0024】ケース部2には、SiC基板1が搭載され
るウェハステージ6が備えられている。このウェハステ
ージ6には例えばクライオポンプで構成された冷却機7
からの冷却ガスとガス供給源8からのHeガスが供給さ
れるようになっている。これらの構成により、SiC基
板1をランプアニールする際には、冷却機7から供給さ
れる冷却ガスによりウェハステージ6を介してSiC基
板1の冷却が行え、かつガス供給源8から供給されるH
eガスのアシストにより均一な冷却が行えるようになっ
ている。
The case section 2 is provided with a wafer stage 6 on which the SiC substrate 1 is mounted. The wafer stage 6 has a cooler 7 composed of, for example, a cryopump.
And a He gas from a gas supply source 8. With these configurations, when lamp annealing the SiC substrate 1, the cooling gas supplied from the cooler 7 can cool the SiC substrate 1 via the wafer stage 6, and the H gas supplied from the gas supply source 8 can be used.
Uniform cooling can be performed with the assistance of e-gas.

【0025】一方、ハウジング5には、複数のランプ
3、4が備えられている。これら複数のランプ3、4に
は、例えばハロゲンランプ、キセノンランプ、赤外線ラ
ンプが用いられている。そして、これら複数のランプ
3、4がリフレクタ部9を介してハウジング5に固定さ
れている。具体的には、ハウジング5のうちウェハステ
ージ6の上部に位置する場所に1つのランプ3が配置さ
れ、ウェハステージ6を中心としてウェハステージ6の
周囲を囲む等間隔の場所に4つのランプ4が等間隔に配
置されている。以下、ウェハステージ6の上部に配置さ
れたランプ3をトップランプといい、ウェハステージ6
の周囲に配置されたランプ4をサイドランプともいう。
On the other hand, the housing 5 is provided with a plurality of lamps 3 and 4. As the plurality of lamps 3 and 4, for example, halogen lamps, xenon lamps, and infrared lamps are used. The plurality of lamps 3 and 4 are fixed to the housing 5 via the reflector 9. Specifically, one lamp 3 is arranged at a position of the housing 5 located above the wafer stage 6, and four lamps 4 are arranged at equal intervals around the wafer stage 6 around the wafer stage 6. They are arranged at equal intervals. Hereinafter, the lamp 3 arranged above the wafer stage 6 is referred to as a top lamp,
Is also referred to as a side lamp.

【0026】また、ハウジング5には各ランプ3、4が
配置された位置からウェハステージ6側に延設された通
路5aが形成されている。この通路5aの内壁はランプ
3、4の光をガイドできるミラー構造となっており、各
ランプ3、4が発した光が通路5aの内壁面で反射し、
SiC基板1の一面を照射できる程度の面積で形成され
た窓部5bに集められるようになっている。このように
集められた光により、SiC基板1の一面を均一に加熱
することが可能となっている。
The housing 5 has a passage 5a extending from the position where the lamps 3 and 4 are arranged to the wafer stage 6 side. The inner wall of the passage 5a has a mirror structure capable of guiding the light of the lamps 3 and 4, and the light emitted by each lamp 3 and 4 is reflected on the inner wall of the passage 5a.
The windows 5b are formed so as to have an area that can irradiate one surface of the SiC substrate 1. It is possible to uniformly heat one surface of the SiC substrate 1 by the collected light.

【0027】続いて、構成を成すランプアニール装置を
用いた活性化熱処理方法について、図1を利用して説明
する。
Next, an activation heat treatment method using the lamp annealing apparatus having the above configuration will be described with reference to FIG.

【0028】まず、n+型基板1aに対してn-型エピ膜
1bを成膜すると共に、n-型エピ膜1bに不純物、例
えばp型不純物をイオン注入することによって形成した
SiC基板1を用意する。そして、このSiC基板1を
ウェハステージ6に搭載する。このとき、SiC基板1
のうちn-型エピ膜1bが形成された側である表面がウ
ェハステージ6側に向けられるようにする。すなわち、
SiC基板1のうちn -型エピ膜1bが形成されていな
い側の面、つまりn+型基板1a側である裏面が露出す
るように配置する。
First, n+N for the mold substrate 1a-Type epi film
1b and n-Impurities in the epitaxial film 1b
For example, it is formed by ion implantation of a p-type impurity.
An SiC substrate 1 is prepared. Then, this SiC substrate 1 is
It is mounted on the wafer stage 6. At this time, the SiC substrate 1
Among n-The surface on which the type epi film 1b is formed is c
It should be directed to the eha stage 6 side. That is,
N of the SiC substrate 1 -Type epi film 1b is not formed
The other side, that is, n+The back side which is the mold substrate 1a side is exposed.
So that

【0029】続いて、ヘッドランプ3およびサイドラン
プ4を点灯させる。これにより、各ランプ3、4から発
せられた光が通路5aの内壁面で反射され、ウェハステ
ージ6の上部に束ねられて、サイドステージ6上の窓部
5bを通じてSiC基板1の裏面に向かって照射され
る。このため、SiC基板1の裏面側の温度が高い昇温
速度で上昇する。
Subsequently, the head lamp 3 and the side lamp 4 are turned on. As a result, light emitted from each of the lamps 3 and 4 is reflected on the inner wall surface of the passage 5a, bundled at the upper part of the wafer stage 6, and directed toward the back surface of the SiC substrate 1 through the window 5b on the side stage 6. Irradiated. For this reason, the temperature on the back surface side of the SiC substrate 1 increases at a high temperature increasing rate.

【0030】このとき、ランプ加熱の場合には光が照射
される部分が最も温度が上昇することになるが、SiC
の熱伝導が良いことから、裏面側から表面側にも容易に
熱が伝わる。このため、不純物が注入されたSiC基板
1の表面側に直接光を照射しなくても、その表面側も高
温となる。
At this time, in the case of lamp heating, the temperature of the portion irradiated with light is the highest, but the SiC
Because of its good heat conduction, heat is easily transmitted from the back side to the front side. For this reason, even if the surface side of the SiC substrate 1 into which the impurities are implanted is not directly irradiated with light, the surface side also becomes hot.

【0031】ただし、このときにランプ3、4にキセノ
ンランプ等を使用する場合には、冷却機7およびガス供
給源8から冷却ガスやHeガスを供給し、適宜、SiC
基板1の表面側の温度を制御する。これは、キセノンラ
ンプ等を用いる場合、ハロゲンランプ等を用いる場合と
比べて温度制御が難しく、かつ極めて早い昇温速度で温
度が上昇することになるためである。
However, when a xenon lamp or the like is used for the lamps 3 and 4 at this time, a cooling gas or a He gas is supplied from the cooler 7 and the gas supply source 8, and the SiC
The temperature on the front side of the substrate 1 is controlled. This is because temperature control is more difficult when using a xenon lamp or the like than when a halogen lamp or the like is used, and the temperature rises at a very high rate of temperature rise.

【0032】このようにしてn-型エピ膜1bに注入さ
れた不純物が活性化され、不純物層が形成される。この
とき、本実施形態のようにランプアニールによって活性
化熱処理を行っているため、昇温速度を早めることがで
き、活性化熱処理時間を短縮化させることができる。そ
して、上述したように、複数のランプ3、4を用い、こ
れら複数のランプ3、4の光を集めてSiC基板1に照
射するようにしているため、SiC基板1を均一に加熱
することができる。
In this manner, the impurities implanted in n -type epi film 1b are activated, and an impurity layer is formed. At this time, since the activation heat treatment is performed by lamp annealing as in the present embodiment, the rate of temperature rise can be increased, and the activation heat treatment time can be shortened. As described above, since the plurality of lamps 3 and 4 are used, and the lights of the plurality of lamps 3 and 4 are collected and irradiated to the SiC substrate 1, the SiC substrate 1 can be uniformly heated. it can.

【0033】さらに、ランプ3、4の光をSiC基板1
の裏面側に照射するようにしているため、以下の効果を
得ることができる。
Further, the light of the lamps 3 and 4 is transmitted to the SiC substrate 1.
The following effects can be obtained since the light is irradiated to the back side of the substrate.

【0034】ランプアニール装置を用いた活性化熱処理
を行う場合、一般的にはSiC基板1のうちイオン注入
が成された側の表面に直接当てることになると想定され
る。しかしながら、このような活性化熱処理を行った
後、断面TEMによる観察を行ったところ、熱処理前の
p型不純物層の深さが0.5μmであったのに対し、熱
処理後には0.3μmに浅くなっていることが分かっ
た。また、SIMS分析も行ったが、その分析でも同様
の結果となった。
When performing an activation heat treatment using a lamp annealing apparatus, it is generally assumed that the heat treatment is directly applied to the surface of the SiC substrate 1 on which the ion implantation has been performed. However, after performing such activation heat treatment, the cross-sectional TEM observation showed that the depth of the p-type impurity layer before heat treatment was 0.5 μm, whereas the depth after heat treatment was 0.3 μm. It turned out to be shallow. In addition, SIMS analysis was also performed, and the analysis yielded similar results.

【0035】このような結果が得られたのは、ランプ光
を直接不純物層に照射したことにより、照射された部分
の温度がエピ膜成長温度である約1550℃を超え、表
面からSiCが昇華したためであると考えられ、これが
表面荒れの一因になっていると考えられる。
Such a result was obtained because direct irradiation of the impurity layer with the lamp light caused the temperature of the irradiated portion to exceed the epitaxial film growth temperature of about 1550 ° C., and sublimation of SiC from the surface. This is considered to be the cause of the surface roughness.

【0036】これに対し、本実施形態では、SiC基板
1の裏面側、つまりn+型基板1aにランプ3、4の光
を照射していることになる。このn+型基板1aの成長
温度は約2300℃であり、活性化熱処理温度よりも十
分に大きい。このため、n+型基板1a側に直接光を照
射してもあまりSiCが昇華しないようにできる。これ
により、SiC基板1の表面荒れを抑制することが可能
となる。
On the other hand, in the present embodiment, the light from the lamps 3 and 4 is applied to the back side of the SiC substrate 1, that is, the n + type substrate 1a. The growth temperature of this n + type substrate 1a is about 2300 ° C., which is sufficiently higher than the activation heat treatment temperature. For this reason, even if light is directly irradiated on the n + type substrate 1a side, it is possible to prevent SiC from subliming much. Thereby, it becomes possible to suppress the surface roughness of the SiC substrate 1.

【0037】参考として、図3に、1600℃、30m
inの熱処理を施した場合のn+型基板1aとn-型エピ
膜1bそれぞれの表面荒れを調べた結果を示す。この図
に示されるように、熱処理前後において、n+型基板1
aの場合には表面荒れがあまり変化していないが、n-
型エピ膜1bの場合には表面荒れが顕著に増加してい
る。この結果からも、成長温度が熱処理温度よりも高い
+型基板1a側に光を照射した方が、成長温度が熱処
理温度よりも低いn-型エピ層1b側に光を照射するよ
りも、表面荒れを防止することが可能になると言える。
As a reference, FIG.
The results of examining the surface roughness of each of the n + -type substrate 1a and the n -type epitaxial film 1b when the in heat treatment is performed are shown. As shown in this figure, before and after the heat treatment, the n + type substrate 1
In the case of a, the surface roughness has not changed much, but n
In the case of the type epi film 1b, the surface roughness is significantly increased. Also from this result, irradiating light to the n + -type substrate 1a side whose growth temperature is higher than the heat treatment temperature is more effective than irradiating light to the n -type epi layer 1b side whose growth temperature is lower than the heat treatment temperature. It can be said that surface roughness can be prevented.

【0038】以上説明したように、本実施形態に示す複
数のランプ3、4を備えたランプアニール装置を用いる
ことにより、活性化熱処理時間を短縮化できると共に、
SiC基板1を均一に加熱することが可能となる。ま
た、ランプ3、4の光をSiC基板1の裏面側に照射す
ることにより、SiC基板1の表面荒れを抑制すること
ができる。
As described above, by using the lamp annealing apparatus having the plurality of lamps 3 and 4 shown in this embodiment, the activation heat treatment time can be shortened, and
It is possible to heat the SiC substrate 1 uniformly. Further, by irradiating the light of the lamps 3 and 4 to the back surface side of the SiC substrate 1, the surface roughness of the SiC substrate 1 can be suppressed.

【0039】なお、ここではSiC基板1の口径につい
ては特に触れていないが、SiC基板1が大口径となる
場合には、それに合わせてウェハステージ6上の窓部5
bの径を調整すれば良い。
Although the diameter of the SiC substrate 1 is not particularly described here, when the SiC substrate 1 has a large diameter, the window 5 on the wafer stage 6 is adjusted accordingly.
What is necessary is just to adjust the diameter of b.

【0040】(第2実施形態)上記第1実施形態におい
て、活性化熱処理前にSiC基板1の裏面側での光の吸
収をよくするために、SiC基板1の裏面側となるn+
型基板1aにカーボンレジストを塗布したり、P(リ
ン)やN(窒素)をイオン注入することでn+型基板の
一部をアモルファス化させたりすることで光吸収層を形
成しても良い。
(Second Embodiment) In the first embodiment, in order to improve the light absorption on the back side of the SiC substrate 1 before the activation heat treatment, n + which is on the back side of the SiC substrate 1 is used.
The light absorbing layer may be formed by applying a carbon resist to the mold substrate 1a, or making a part of the n + type substrate amorphous by ion implantation of P (phosphorus) or N (nitrogen).

【0041】(第3実施形態)上記第1、第2実施形態
において、活性化熱処理前にSiC基板1の表面側にキ
ャップ層を形成しても良い。このようなキャップ層を形
成しておくことにより、SiC基板1の表面でマイグレ
ーションが起きたり、SiやCの昇華が起こることを抑
制することができる。このようなキャップ層としては、
例えばAlN膜やカーボン膜等を用いることができる。
(Third Embodiment) In the first and second embodiments, a cap layer may be formed on the surface of the SiC substrate 1 before the activation heat treatment. By forming such a cap layer, migration on the surface of the SiC substrate 1 and occurrence of sublimation of Si and C can be suppressed. As such a cap layer,
For example, an AlN film or a carbon film can be used.

【0042】(第4実施形態)上記第1〜第3実施形態
では、ランプアニール装置に使用するランプとして、球
状ランプを用いているが、図4に示すようにフィラメン
ト10を円弧状に設けたランプ11を用いても良い。こ
のようなランプ11を用いると、ランプ11の光を集
め、SiC基板1に照射した場合に、球状ランプを用い
た場合と比べて、SiC基板1の面内での温度分布を小
さくすることができる。
(Fourth Embodiment) In the first to third embodiments, a spherical lamp is used as a lamp used in a lamp annealing apparatus. However, as shown in FIG. 4, a filament 10 is provided in an arc shape. The lamp 11 may be used. When such a lamp 11 is used, when the light of the lamp 11 is collected and irradiated on the SiC substrate 1, the temperature distribution in the plane of the SiC substrate 1 can be reduced as compared with the case where a spherical lamp is used. it can.

【0043】(他の実施形態)上記第1〜第3実施形態
では、トップランプ3を1つ、サイドランプ4を4つと
しているが、これらのランプ3、4の数は任意に調整す
ることが可能である。例えば、図2に示す各サイドラン
プ4の間にさらにランプを増やすことで、サイドランプ
を8つにしても良い。
(Other Embodiments) In the first to third embodiments, one top lamp 3 and four side lamps 4 are used. However, the number of these lamps 3 and 4 may be arbitrarily adjusted. Is possible. For example, eight side lamps may be provided by further increasing the number of lamps between the side lamps 4 shown in FIG.

【0044】また、上記第1実施形態では、活性化熱処
理の初めからトップランプ3とサイドランプ4を共に用
いる例を挙げて説明したが、まず第1加熱工程としてサ
イドランプ4だけでマイグレーションの起こる温度(1
420℃程度)まで昇温させ、その後、第2加熱工程と
してトップランプ3も用いて更に昇温させるようにして
も良い。このようにすることで、n-型エピ膜1bの表
面に起きることを防止でき、表面荒れを抑制することが
できる。
In the first embodiment, an example in which both the top lamp 3 and the side lamp 4 are used from the beginning of the activation heat treatment has been described. First, migration occurs only in the side lamp 4 as the first heating step. Temperature (1
(About 420 ° C.), and then the temperature may be further increased using the top lamp 3 as a second heating step. By doing so, it is possible to prevent occurrence on the surface of the n -type epi film 1b and to suppress surface roughness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態におけるランプアニール
装置の模式図である。
FIG. 1 is a schematic view of a lamp annealing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すランプアニール装置のA−A断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view of the lamp annealing apparatus taken along line AA of FIG. 1;

【図3】活性化熱処理を行った場合におけるn+型基板
1aとn−型エピ層1bそれぞれの表面荒れを調べた結
果を示す図表である。
FIG. 3 is a table showing the results of examining the surface roughness of each of an n + -type substrate 1a and an n − -type epi layer 1b when an activation heat treatment is performed.

【図4】第4実施形態に示すランプアニール装置に用い
られるランプ11の模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a lamp used in a lamp annealing apparatus according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…SiC基板、1a…n+型基板、1b…n-型エピ
層、2…ケース部、3…トップランプ、4…サイドラン
プ、5…ハウジング、5a…通路、5b…窓部、6…ウ
ェハステージ、7…冷却機、8…ガス供給源。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SiC substrate, 1a ... n + type | mold substrate, 1b ... n - type epilayer, 2 ... case part, 3 ... top lamp, 4 ... side lamp, 5 ... housing, 5a ... passage, 5b ... window part, 6 ... Wafer stage, 7: cooler, 8: gas supply source.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化珪素基板(1)が搭載されるウェハ
ステージ(6)の上部に配置されたトップランプ(3)
と、 前記ウェハステージの周囲を囲むように配置されたサイ
ドランプ(4)とを備え、 前記トップランプおよび前記サイドランプにより、前記
ウェハステージ上に配置される前記炭化珪素基板に光が
照射されるように構成されていることを特徴とする炭化
珪素半導体製造装置。
1. A top lamp (3) arranged above a wafer stage (6) on which a silicon carbide substrate (1) is mounted.
And a side lamp (4) arranged so as to surround the periphery of the wafer stage, and the top lamp and the side lamp irradiate the silicon carbide substrate arranged on the wafer stage with light. A silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus characterized by being configured as described above.
【請求項2】 前記トップランプおよび前記サイドラン
プはハウジング(5)に配置されており、該ハウジング
には前記トップランプもしくは前記サイドランプから前
記ウェハステージ側に向かって延設された通路(5a)
が備えられ、該通路の内壁が前記トップランプもしくは
前記サイドランプが発した光を反射するミラー構造にな
っていることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半
導体製造装置。
2. The top lamp and the side lamp are arranged in a housing (5), and a passage (5a) extending from the top lamp or the side lamp toward the wafer stage is provided in the housing.
2. The silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein an inner wall of the passage has a mirror structure for reflecting light emitted from the top lamp or the side lamp. 3.
【請求項3】 前記ウェハステージの冷却を行う冷却手
段(7)を備え、該冷却手段によって該ウェハステージ
上に配置される前記炭化珪素基板の冷却が行われるよう
になっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の
炭化珪素半導体製造装置。
3. A cooling means (7) for cooling the wafer stage, wherein the cooling means cools the silicon carbide substrate disposed on the wafer stage. The silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】 前記サイドランプは球状ランプであり、
該球状ランプが等間隔に配置されて構成されていること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の炭
化珪素半導体製造装置。
4. The side lamp is a spherical lamp,
4. The silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein said spherical lamps are arranged at equal intervals.
【請求項5】 前記サイドランプは円弧形状を成す少な
くとも2つのランプ(11)で構成されていることを特
徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の炭化珪
素半導体装置。
5. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein said side lamp comprises at least two lamps having an arc shape.
【請求項6】 請求項1乃至5に記載の炭化珪素半導体
製造装置を用いて炭化珪素半導体を製造する方法であっ
て、 基板上にエピ層が形成されていると共に、前記エピ層に
不純物のイオン注入が成された炭化珪素基板を用意し、
前記ウェハステージ上に、該炭化珪素基板のうち前記エ
ピ層が形成されている面となる表面側が前記ウェハステ
ージ側に向くように搭載する工程と、 前記トップランプと前記サイドランプとを用いて前記不
純物の活性化温度まで加熱する工程と、を有することを
特徴とする炭化珪素半導体の製造方法。
6. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor using the silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein an epi layer is formed on a substrate, and an impurity of impurity is contained in the epi layer. Prepare a silicon carbide substrate with ion implantation,
A step of mounting the silicon carbide substrate on the wafer stage such that a surface side of the silicon carbide substrate on which the epi layer is formed faces the wafer stage side; and using the top lamp and the side lamp Heating to the activation temperature of the impurity.
【請求項7】 前記加熱工程では、前記サイドランプの
みを用いて行う第1加熱工程と、前記サイドランプと前
記トップランプとを用いて行う第2加熱工程とを行い、
前記第1加熱工程後に前記第2加熱工程を行うことを特
徴とする請求項6に記載の炭化珪素半導体の製造方法。
7. In the heating step, a first heating step performed using only the side lamp and a second heating step performed using the side lamp and the top lamp are performed.
The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor according to claim 6, wherein the second heating step is performed after the first heating step.
【請求項8】 前記炭化珪素基板のうち、前記エピ層が
形成された側である表面にキャップ層を形成したのち、
該炭化珪素基板を前記ウェハステージに搭載することを
特徴とする請求項6又は7に記載の炭化珪素半導体の製
造方法。
8. After forming a cap layer on a surface of the silicon carbide substrate on which the epi layer is formed,
The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor according to claim 6, wherein the silicon carbide substrate is mounted on the wafer stage.
【請求項9】 前記炭化珪素基板のうち、前記エピ層が
形成されていない側である裏面に光吸収層を形成したの
ち、該炭化珪素基板を前記ウェハステージに搭載するこ
とを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1つに記載の
炭化珪素半導体の製造方法。
9. The method according to claim 1, wherein a light absorbing layer is formed on the back surface of the silicon carbide substrate on which the epi layer is not formed, and the silicon carbide substrate is mounted on the wafer stage. Item 10. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor according to any one of Items 6 to 8.
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