JP2003068669A - Method and device for heat treatment to semiconductor wafer - Google Patents
Method and device for heat treatment to semiconductor waferInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板の熱
処理方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor substrate heat treatment method and apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】炭化珪素（ＳｉＣ）半導体装置における
不純物層は、例えばイオン注入後に活性化熱処理を行う
ことにより形成される。ＳｉＣ中において、ｐ型不純物
は、熱処理を行っても活性化しにくいという問題があ
る。2. Description of the Related Art Impurity layers in a silicon carbide (SiC) semiconductor device are formed, for example, by performing activation heat treatment after ion implantation. In SiC, there is a problem that p-type impurities are hard to be activated even if heat treatment is performed.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】そこで、熱処理温度を
上げることにより活性化率の向上を図ることが考えられ
るが、ヒータ加熱炉でイオン注入後のＳｉＣ基板を室温
から約１６００℃まで約８０分かけて昇温させ、約１６
００℃で活性化熱処理をしたところ、図４に示すような
ステップ状の表面荒れが発生することが分かった。図４
は、原子間力顕微鏡による観察で得られた画像である。
ｐ型不純物の活性化率をより向上させるには熱処理温度
を更に高くすればよいが、その場合、表面荒れが顕著に
なると考えられる。この様な表面荒れが発生すると、こ
こに電極を接触させた場合にはその接触抵抗が大きくな
るという問題や、ＭＯＳ界面を形成した場合に電子が流
れにくくなるという問題などが生じ、デバイス特性に影
響が及ぶ可能性がある。Therefore, it is conceivable to increase the activation rate by raising the heat treatment temperature, but the SiC substrate after ion implantation in a heater furnace is heated from room temperature to about 1600 ° C. for about 80 minutes. 16 to raise the temperature
It was found that when the activation heat treatment was performed at 00 ° C., step-like surface roughness as shown in FIG. 4 occurred. Figure 4
Is an image obtained by observation with an atomic force microscope.
To further improve the activation rate of the p-type impurities, the heat treatment temperature may be further raised, but in that case, it is considered that the surface roughness becomes remarkable. When such a surface roughness occurs, there arises a problem that the contact resistance becomes large when an electrode is brought into contact therewith, and a problem that electrons become difficult to flow when a MOS interface is formed. May be affected.
【０００４】表面荒れは、ＳｉＣ構成元素のＳｉが高温
においてＳｉＣ基板から抜けることによるマイグレーシ
ョンによって発生すると考えられるが、活性化熱処理温
度（約１５００℃以上）≧マイグレーション温度（約１
４２０℃）であるため、ＳｉＣにおいてｐ型不純物の活
性化熱処理を行うと、必然的にマイグレーションが発生
し、表面荒れが発生することになる。そのため、ｐ型不
純物の活性化率の向上と表面荒れの抑制とを両立するこ
とは困難である。It is considered that the surface roughness is caused by the migration of Si, which is a constituent element of SiC, from the SiC substrate at a high temperature, but the activation heat treatment temperature (about 1500 ° C. or more) ≧ migration temperature (about 1
Since the temperature is 420 ° C.), when p-type impurity activation heat treatment is performed on SiC, migration inevitably occurs and surface roughness occurs. Therefore, it is difficult to simultaneously improve the activation rate of the p-type impurity and suppress the surface roughness.
【０００５】こうした問題を解決するため、強力なラン
プの光をＳｉＣ基板に照射し、短時間の熱処理を行うこ
とにより、Ｓｉが基板から抜ける時間を極力抑制し、不
純物の高活性化と表面荒れの抑制とを両立するという技
術も開発している。しかし、この技術は、半導体基板の
面内に均一に光を照射することが困難であり加熱が不均
一となりやすく、半導体基板の面積が大きい場合には適
用が難しい。そしてこれらの問題から、量産性に乏しい
という問題がある。In order to solve such a problem, by irradiating a SiC substrate with a strong lamp light and performing a heat treatment for a short time, the time taken for Si to escape from the substrate is suppressed as much as possible, so that the impurities are highly activated and the surface is roughened. We are also developing a technology that achieves both suppression of However, this technique is difficult to irradiate light uniformly on the surface of the semiconductor substrate and heating is likely to be non-uniform, and it is difficult to apply this technique when the area of the semiconductor substrate is large. Due to these problems, there is a problem of poor mass productivity.
【０００６】本発明は、こうしたことを背景として成さ
れたものであり、半導体基板を、均一に、しかも短い時
間で熱処理できるようにすることを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to enable a semiconductor substrate to be heat-treated uniformly in a short time.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するためになされた本発明（請求項１記載）の半
導体基板の熱処理方法は、半導体基板を筒状のサセプタ
ーに載置し、そのサセプターを誘導加熱することにより
半導体基板の熱処理を行う方法であって、サセプターに
誘導される電流の浸透深さがサセプターの肉厚とほぼ一
致する周波数で、サセプターを誘導加熱する。Means for Solving the Problems and Effects of the Invention A heat treatment method for a semiconductor substrate according to the present invention (claim 1) made in order to solve the above-mentioned problems is to place a semiconductor substrate on a cylindrical susceptor, This is a method of heat-treating a semiconductor substrate by inductively heating the susceptor, in which the susceptor is inductively heated at a frequency at which the penetration depth of the current induced in the susceptor is substantially equal to the wall thickness of the susceptor.
【０００８】誘導加熱法によれば、サセプターを均一に
加熱することが容易であるから、サセプターに載置され
た半導体基板も均一に加熱することが容易である。ま
た、”サセプターに誘導される電流の浸透深さ”が”サ
セプターの肉厚”とほぼ一致するような周波数で、サセ
プターを誘導加熱することとしているため、速やかにサ
セプターを昇温させることができると共に、サセプター
で発生した熱を効果的に半導体基板に伝達させることが
できる。According to the induction heating method, since it is easy to uniformly heat the susceptor, it is easy to uniformly heat the semiconductor substrate placed on the susceptor. Moreover, since the susceptor is induction-heated at a frequency at which the "depth of penetration of the current induced in the susceptor" is substantially equal to the "wall thickness of the susceptor", the susceptor can be quickly heated. At the same time, the heat generated by the susceptor can be effectively transferred to the semiconductor substrate.
【０００９】誘導電流の浸透深さδは、次の式（１）で
表される。
δ＝５０．３（ρ／μｆ）1/2 …（１）
ここで、ρ：被加熱材料の固有抵抗（μΩcm）、μ：被
加熱材料の実効透磁率、ｆ：誘導加熱の周波数（Hz）で
ある。つまり、電流の浸透深さは、誘導加熱の周波数に
よって変化し、周波数が低いほど深くなり、周波数が高
いほど浅くなる。The penetration depth δ of the induced current is expressed by the following equation (1). δ = 50.3 (ρ / μf) 1/2 (1) where ρ: specific resistance (μΩcm) of material to be heated, μ: effective magnetic permeability of material to be heated, f: frequency of induction heating (Hz) ). That is, the penetration depth of the electric current changes depending on the frequency of the induction heating, and becomes deeper as the frequency becomes lower and becomes shallower as the frequency becomes higher.
【００１０】周波数を低くして浸透深さδがサセプター
の肉厚ｔよりも大きくなると、サセプターで消費される
パワーが少なくなってしまう。一方、周波数を高くする
と誘導電流の浸透深さδは浅くなり、これによりサセプ
ター内における発熱部分も浅くなるため、図３に示す様
に、発熱部分から半導体基板への熱伝導距離が長くな
り、半導体基板の昇温が遅れることとなる。When the frequency is lowered and the penetration depth δ becomes larger than the wall thickness t of the susceptor, the power consumed by the susceptor decreases. On the other hand, when the frequency is increased, the penetration depth δ of the induced current becomes shallower, and the heat generating portion in the susceptor also becomes shallower, so that the heat conduction distance from the heat generating portion to the semiconductor substrate becomes longer as shown in FIG. The temperature rise of the semiconductor substrate will be delayed.
【００１１】従って、電流の浸透深さδがサセプターの
肉厚とほぼ一致するような周波数で誘導加熱すれば、誘
導加熱電源のパワーをロスさせることがなくサセプター
に供給でき、しかも、サセプターの昇温において熱伝導
による昇温時間のロスを低減させることが可能となる。
そして、これにより、短時間の熱処理が可能となる。Therefore, if induction heating is carried out at a frequency at which the penetration depth δ of the current substantially matches the wall thickness of the susceptor, the power of the induction heating power source can be supplied to the susceptor without loss, and the susceptor can be raised. It becomes possible to reduce the loss of the temperature rising time due to heat conduction at high temperature.
Then, this enables heat treatment for a short time.
【００１２】上記熱処理としては様々考えられるが、本
発明の熱処理方法は、請求項２に記載の様に、半導体基
板としてのＳｉＣ半導体基板にイオン注入された不純物
の活性化熱処理を１５００℃以上の温度で行う場合に用
いると好ましい。短時間の熱処理が可能であるため、基
板表面からのＳｉ抜けを抑制することができ、表面荒れ
を抑えることができるからである。Although various heat treatments can be considered, according to the heat treatment method of the present invention, the heat treatment for activating the impurities ion-implanted into the SiC semiconductor substrate as the semiconductor substrate is performed at 1500 ° C. or higher. It is preferable to use it at a temperature. This is because heat treatment can be performed for a short time, so that Si loss from the substrate surface can be suppressed and surface roughness can be suppressed.
【００１３】半導体基板の熱処理は、請求項３に記載の
様に不活性ガス雰囲気中で行うとよく、そうすれば、半
導体基板表面への反応物の形成を抑制することができ
る。この場合、不活性ガスとしては、請求項４に記載の
様に、Ａｒ、Ｈｅまたはそれらの混合ガスを用いること
ができる。The heat treatment of the semiconductor substrate may be carried out in an inert gas atmosphere as described in claim 3, and thereby formation of a reactant on the surface of the semiconductor substrate can be suppressed. In this case, as the inert gas, Ar, He or a mixed gas thereof can be used as described in claim 4.
【００１４】また請求項５に記載の様に、その熱処理を
ＳｉＣ雰囲気中（例えば、ＳｉＨ4＋Ｈ2雰囲気など）行
ってもよい。そのようにした場合、半導体基板内部と雰
囲気（即ち半導体基板外部）との間でＳｉの平衡状態が
実現され、半導体基板表面からのＳｉ抜けを抑制して、
表面荒れの発生をさらに抑制できる。Further, as described in claim 5, the heat treatment may be performed in a SiC atmosphere (for example, SiH 4 + H 2 atmosphere). In such a case, an equilibrium state of Si is realized between the inside of the semiconductor substrate and the atmosphere (that is, the outside of the semiconductor substrate), and Si escape from the surface of the semiconductor substrate is suppressed,
It is possible to further suppress the occurrence of surface roughness.
【００１５】また請求項６に記載の様に、熱処理を、反
応性のエッチングガス雰囲気中（例えば、Ｈ2、ＨＣｌ
雰囲気など）で行ってもよい。そうした場合、基板表面
のエッチングが行われて、表面荒れの発生をさらに抑制
することができる。熱処理時間が短時間であり、エッチ
ング量はわずかに抑えることができるので問題ない。The heat treatment may be performed in a reactive etching gas atmosphere (for example, H 2 and HCl).
Atmosphere). In such a case, the surface of the substrate is etched to further suppress the occurrence of surface roughness. Since the heat treatment time is short and the etching amount can be slightly suppressed, there is no problem.
【００１６】また熱処理は、請求項７に記載の様に、６
×１０4Pa以上の雰囲気圧力下で行うとよい。雰囲気圧
力を高くした状態で熱処理を行えば、ＳｉＣ半導体表面
からのＳｉ抜けが起こり難くなり、表面荒れの発生を更
に抑制できる。上記熱処理方法（請求項１〜７）は、例
えば、請求項８記載の半導体基板の熱処理装置によって
実現することができる。Further, the heat treatment is performed as described in claim 7.
It is preferable to carry out under an atmospheric pressure of × 10 4 Pa or more. If the heat treatment is performed in a state where the atmospheric pressure is high, it becomes difficult for Si to escape from the surface of the SiC semiconductor, and the occurrence of surface roughness can be further suppressed. The heat treatment method (claims 1 to 7) can be realized by, for example, a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 8.
【００１７】この熱処理装置は、内周面に半導体基板を
載置可能に構成された筒状のサセプターと、このサセプ
ターを誘導加熱するための誘導加熱コイルとを備え、誘
導加熱コイルへの通電によって前記サセプターを誘導加
熱することにより、サセプターに保持された半導体基板
の熱処理を行うものであって、サセプターの肉厚が、誘
導加熱コイルへの通電によって誘導される誘導電流の深
さとほぼ一致するように構成されている。This heat treatment apparatus is provided with a cylindrical susceptor capable of mounting a semiconductor substrate on the inner peripheral surface thereof and an induction heating coil for inductively heating the susceptor. The semiconductor substrate held by the susceptor is heat-treated by induction heating the susceptor, and the thickness of the susceptor is substantially equal to the depth of the induction current induced by energizing the induction heating coil. Is configured.
【００１８】請求項１記載の発明について上述した様
に、サセプターの肉厚を誘導電流の浸透深さとほぼ一致
させることで、誘導加熱パワーをロスさせることがな
く、しかも、サセプターの昇温において熱伝導による昇
温時間のロスを低減させることが可能となる。そして、
これにより、短時間の熱処理が可能となる。As described above with respect to the first aspect of the invention, by making the wall thickness of the susceptor substantially equal to the penetration depth of the induction current, the induction heating power is not lost and the heat is not increased when the susceptor is heated. It is possible to reduce the loss of the temperature rising time due to conduction. And
This enables heat treatment for a short time.
【００１９】なお、請求項８の発明のように誘導電流の
浸透深さにサセプターの肉厚を合わせることとする場
合、できるだけ高い周波数を用いることとすれば誘導電
流の浸透深さが浅くなるので、その結果として、サセプ
ターの肉厚も薄くすることができると考えられる。When the thickness of the susceptor is adjusted to the penetration depth of the induced current as in the eighth aspect of the invention, the penetration depth of the induced current becomes shallow if the frequency is as high as possible. As a result, it is considered that the wall thickness of the susceptor can be reduced.
【００２０】しかし、周波数を実際に高めた場合には、
サセプターを覆う断熱材などに吸収されるパワーが増大
する。つまり、サセプターを加熱する際のロスが大きく
なり、サセプターの昇温時間の短時間化が有効に図れな
くなる可能性がある。従って、周波数は、そうした断熱
材などへの吸収を極力抑えることができる領域に設定し
ておくことが必要であり、サセプターの肉厚は、その様
にして設定された周波数に応じた浸透深さにほぼ一致す
るように設定することになる。However, when the frequency is actually increased,
The power absorbed by the heat insulating material covering the susceptor increases. That is, the loss when heating the susceptor becomes large, and it may not be possible to effectively reduce the heating time of the susceptor. Therefore, it is necessary to set the frequency in a region where absorption into such heat insulating materials can be suppressed as much as possible, and the wall thickness of the susceptor is the penetration depth corresponding to the frequency set in this way. Will be set to almost match.
【００２１】サセプターの熱容量は、請求項９に記載の
様に、半導体基板の熱容量の１０倍以上となる程度に十
分大きいことが好ましい。半導体基板はサセプターから
の熱伝導により間接的に加熱されるため、サセプターの
熱容量が半導体基板の熱容量に比べて大きくない場合に
は、昇温速度が半導体基板の熱容量に大きく依存してし
まうことになり、所望の昇温速度となるように誘導加熱
電源のパワーを制御することが面倒になる。The heat capacity of the susceptor is preferably large enough to be 10 times or more the heat capacity of the semiconductor substrate as described in claim 9. Since the semiconductor substrate is indirectly heated by heat conduction from the susceptor, if the heat capacity of the susceptor is not larger than the heat capacity of the semiconductor substrate, the rate of temperature rise will depend largely on the heat capacity of the semiconductor substrate. Therefore, it is troublesome to control the power of the induction heating power source so that the desired heating rate can be achieved.
【００２２】サセプターの熱容量が半導体基板の熱容量
より十分大きい場合（１０倍以上）には、サセプターを
１分当たりΔＴ(℃)で昇温させるために必要なパワーＰ
は、次の式（２）で求めることができる。
Ｐ(W)＝Ｗ(g)×ｃ(比熱)×ΔＴ(℃)×4.2(J)×1/60(1/sec)×s …（２）
ここで、Ｗ：サセプターの質量、ｃ：サセプターの材料
の比熱、ｓ：吸収効率である。When the heat capacity of the susceptor is sufficiently larger than the heat capacity of the semiconductor substrate (10 times or more), the power P required to raise the temperature of the susceptor by ΔT (° C.) per minute.
Can be calculated by the following equation (2). P (W) = W (g) × c (specific heat) × ΔT (° C.) × 4.2 (J) × 1/60 (1 / sec) × s (2) where W: mass of susceptor, c: Specific heat of material of susceptor, s: absorption efficiency.
【００２３】ところで、例えば、ＳｉＣ半導体基板にイ
オン注入された不純物の活性化熱処理を行う場合などに
は、かなり高い温度領域で熱処理を行うこととなるが、
サセプターは、そういった温度にも耐えられるものでな
ければならない。そこで、サセプターは、請求項１０に
記載の様に高融点材料で構成するとよい。高融点材料と
して、例えば、ＳｉＣ半導体基板にイオン注入された不
純物の活性化熱処理が行われる温度領域（１５００℃〜
２３００℃）よりも高い融点を持つ材料が好ましい。具
体的には、請求項１１に記載の様に、Ｗ、Ｔａ、ＳｉＣ
又はＣで構成したものを用いることができる。By the way, for example, when the activation heat treatment of the impurities ion-implanted into the SiC semiconductor substrate is performed, the heat treatment is performed in a considerably high temperature region.
The susceptor must be able to withstand such temperatures. Therefore, the susceptor may be made of a high melting point material as described in claim 10. As the high melting point material, for example, a temperature range (1500 ° C. to
Materials having a melting point higher than 2300 ° C.) are preferred. Specifically, as described in claim 11, W, Ta, SiC
Alternatively, the one composed of C can be used.
【００２４】高融点材料としてＳｉＣを用いる場合に
は、請求項１２に記載の様に３Ｃ−ＳｉＣ粒子の焼結に
よりサセプターを構成すると好ましく、またＣを用いる
場合には、請求項１３に記載の様にアモルファスカーボ
ンの焼結によりサセプターを構成するとよい。When SiC is used as the high melting point material, it is preferable to construct the susceptor by sintering 3C-SiC particles as described in claim 12, and when C is used, it is described in claim 13. Similarly, the susceptor may be formed by sintering amorphous carbon.
【００２５】なお、請求項８〜１３の熱処理装置は、Ｓ
ｉＣ半導体基板の活性化熱処理だけでなく、その他の熱
処理についても用いることができ、その場合にも同様の
効果を奏するものである。The heat treatment apparatus according to claims 8 to 13 is S
Not only the activation heat treatment of the iC semiconductor substrate but also other heat treatments can be used, and in that case, the same effect can be obtained.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施例を図面
と共に説明する。本実施例の熱処理装置２は、ＳｉＣ半
導体基板３にイオン注入された不純物の活性化熱処理を
行うための装置であり、図示しない高周波電源に接続さ
れた誘導加熱コイル４と、誘導加熱コイル４の内部に設
けられたサセプター６とを備えている（図１（ａ））。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The heat treatment apparatus 2 of the present embodiment is an apparatus for performing activation heat treatment of impurities ion-implanted into the SiC semiconductor substrate 3, and includes an induction heating coil 4 connected to a high frequency power source (not shown) and the induction heating coil 4. It is provided with a susceptor 6 provided inside (FIG. 1A).
【００２７】サセプター６は、図１（ｂ）に示す様に、
断面が略長方形状の筒状体であり、その内周面に半導体
基板３を載置可能とされている。サセプター６は、昇温
速度が半導体基板３の熱容量の影響を受け難くするた
め、半導体基板３の熱容量よりも十分大きい熱容量（例
えば１０倍以上）を持つ大きさに構成されている。The susceptor 6 is, as shown in FIG.
It is a tubular body having a substantially rectangular cross section, and the semiconductor substrate 3 can be mounted on the inner peripheral surface thereof. The susceptor 6 is configured to have a heat capacity (for example, 10 times or more) sufficiently larger than the heat capacity of the semiconductor substrate 3 in order to make the temperature rising rate less susceptible to the heat capacity of the semiconductor substrate 3.
【００２８】また高周波電源の周波数（即ち、誘導加熱
の周波数）は、サセプター６を保温する断熱材（図示せ
ず）等にパワーが吸収され難い周波数領域から選択され
る。そして、サセプター６の構成材料をカーボンとした
場合、式（１）より、誘導加熱の周波数とサセプター６
に生ずる誘導電流の浸透深さとの関係は表１の様にな
る。The frequency of the high frequency power source (that is, the frequency of the induction heating) is selected from the frequency range in which the power is hardly absorbed by a heat insulating material (not shown) for keeping the susceptor 6 warm. When the constituent material of the susceptor 6 is carbon, the induction heating frequency and the susceptor 6 are calculated from the formula (1).
Table 1 shows the relationship between the penetration depth of the induced current and the penetration depth.
【００２９】[0029]
【表１】 [Table 1]
【００３０】そこでサセプター６は、その肉厚ｔが、電
源の周波数等を用いて式（１）から求まる浸透深さとほ
ぼ一致するように構成されている。サセプター６は、高
融点材料として、半導体基板３にイオン注入された不純
物の活性化熱処理が行われる温度領域（１５００℃〜２
３００℃）よりも高い融点を持つ材料を用いる。具体的
には、Ｗ、Ｔａ、ＳｉＣ又はＣで構成したものを用いる
ことができる。高融点材料としてＳｉＣを用いる場合に
は、３Ｃ−ＳｉＣ粒子の焼結によりサセプター６を構成
すると好ましく、またＣを用いる場合には、アモルファ
スカーボンの焼結によりサセプター６を構成するとよ
い。Therefore, the susceptor 6 is constructed so that its wall thickness t is substantially equal to the penetration depth obtained from the equation (1) using the frequency of the power source or the like. The susceptor 6 is a high-melting-point material and has a temperature range (1500 ° C. to 2 ° C.) in which the activation heat treatment of the impurities ion-implanted into the semiconductor substrate 3 is performed.
A material having a melting point higher than 300 ° C. is used. Specifically, those composed of W, Ta, SiC or C can be used. When SiC is used as the high melting point material, the susceptor 6 is preferably formed by sintering 3C-SiC particles, and when C is used, the susceptor 6 may be formed by sintering amorphous carbon.
【００３１】半導体基板３の活性化熱処理は、サセプタ
ー６の内周面に半導体基板３の主表面とは反対側の面を
全体的に密着した状態で載置し、その状態で誘導加熱コ
イル４への通電によりサセプター６を誘導加熱して半導
体基板３を間接的に加熱することにより、その熱処理の
目的に応じた温度まで昇温させて行う。例えば、図２
（ａ）に示す様に、室温（ＲＴ）から活性化熱処理温度
（本実施例では２０００℃）まで高速に（例えば６０〜
１２０秒程度の間に）昇温させ、活性化熱処理温度に短
い時間（例えば１０秒程度）保持した後、冷却すること
によって行うことができる。The heat treatment for activation of the semiconductor substrate 3 is performed by placing the semiconductor substrate 3 on the inner peripheral surface of the semiconductor substrate 3 in a state in which the surface opposite to the main surface is in intimate contact with the inner peripheral surface of the susceptor 6. The semiconductor substrate 3 is indirectly heated by inductively heating the semiconductor substrate 3 by energizing the semiconductor substrate 3 to raise the temperature to a temperature corresponding to the purpose of the heat treatment. For example, in FIG.
As shown in (a), the temperature is rapidly increased from room temperature (RT) to the activation heat treatment temperature (2000 ° C. in this embodiment) (for example, 60 to
This can be performed by raising the temperature for about 120 seconds, maintaining the activation heat treatment temperature for a short time (for example, about 10 seconds), and then cooling.
【００３２】誘導加熱コイルに交流電流を流すための電
源のパワーは、必要な昇温速度ΔＴ等を用いて、式
（２）から求められる。このパワーを有する交流電源を
用いて、誘導加熱コイルに交流電流を流し、サセプター
６を誘導加熱することによって、サセプター６および半
導体基板３を所定の速度で昇温させることができる。The power of the power supply for supplying an alternating current to the induction heating coil can be obtained from the equation (2) using the required temperature rising rate ΔT and the like. By using an alternating current power supply having this power, an alternating current is passed through the induction heating coil to induce induction heating of the susceptor 6, whereby the susceptor 6 and the semiconductor substrate 3 can be heated at a predetermined speed.
【００３３】なお熱処理は、不活性ガス雰囲気中で行
う。これにより、半導体基板３の表面への反応物の形成
を抑制することができる。不活性ガスとしては、Ａｒ、
Ｈｅまたはそれらの混合ガスを用いることができる。雰
囲気圧力は、６×１０4Pa以上とするとよい。これによ
り、半導体基板３の表面からのＳｉ抜けが起こりにくく
なり、表面荒れの発生を抑制できる。The heat treatment is performed in an inert gas atmosphere. Thereby, formation of a reactant on the surface of the semiconductor substrate 3 can be suppressed. As the inert gas, Ar,
He or a mixed gas thereof can be used. The atmospheric pressure is preferably 6 × 10 4 Pa or higher. This makes it less likely that Si will escape from the surface of the semiconductor substrate 3 and suppress the occurrence of surface roughness.
【００３４】本実施例においては、サセプター６を誘導
加熱することにより、サセプター６の内周面に載置され
た半導体基板３を間接的に加熱して、活性化熱処理を行
うこととしており、特に、誘導加熱の際にサセプター６
に誘導される電流の浸透深さとサセプター６の肉厚とを
ほぼ一致させている。これにより、高周波電源のパワー
を少ないロスでサセプター６に供給することによってサ
セプター６を速やかに昇温させることができると共に、
サセプター６で発生した熱を効果的に半導体基板３に伝
達させることができる。In this embodiment, the susceptor 6 is induction-heated to indirectly heat the semiconductor substrate 3 mounted on the inner peripheral surface of the susceptor 6 to perform activation heat treatment. , Susceptor 6 during induction heating
The permeation depth of the current induced in the susceptor 6 and the wall thickness of the susceptor 6 are substantially matched. With this, by supplying the power of the high frequency power source to the susceptor 6 with a small loss, the temperature of the susceptor 6 can be quickly raised, and
The heat generated in the susceptor 6 can be effectively transferred to the semiconductor substrate 3.
【００３５】この結果、本熱処理装置２によれば、半導
体基板３を高速に昇温させることができ、均一にしかも
短時間での熱処理が可能となるため、半導体基板３の表
面からのＳｉ抜けを抑制し、そして半導体基板３の表面
荒れの発生を抑制できる。以上、本発明の一実施例につ
いて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、種々の態様をとることができる。As a result, according to the present heat treatment apparatus 2, the semiconductor substrate 3 can be heated at a high speed, and the heat treatment can be performed uniformly and in a short time, so that Si is eliminated from the surface of the semiconductor substrate 3. And the occurrence of surface roughness of the semiconductor substrate 3 can be suppressed. Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modes can be adopted.
【００３６】例えば、上記実施例では、活性化熱処理を
不活性ガス雰囲気中で行うものとして説明したが、これ
に限られるものではなく、ＳｉＣ雰囲気中（例えば、Ｓ
ｉＨ 4＋Ｈ2雰囲気など）行ってもよい。そのようにした
場合、半導体基板３の内部と雰囲気との間でＳｉの平衡
状態が実現され、半導体基板３の表面からのＳｉ抜けを
抑制して、表面荒れの発生をさらに抑制できる。また、
反応性のエッチングガス雰囲気中（例えば、Ｈ2、ＨＣ
ｌ雰囲気など）で熱処理を行ってもよく、その様にした
場合、半導体基板３表面のエッチングが行われて、表面
荒れの発生をさらに抑制することができる。For example, in the above embodiment, the activation heat treatment is performed.
It was explained that it is performed in an inert gas atmosphere.
However, it is not limited to SiC atmosphere (for example, S
iH Four+ H2Atmosphere) Did that
In this case, the equilibrium of Si between the inside of the semiconductor substrate 3 and the atmosphere
State is realized, and Si escape from the surface of the semiconductor substrate 3
It is possible to further suppress the occurrence of surface roughness. Also,
In a reactive etching gas atmosphere (for example, H 22, HC
heat treatment may be performed in an atmosphere such as
If the surface of the semiconductor substrate 3 is etched,
It is possible to further suppress the occurrence of roughness.
【００３７】また、上記実施例では、室温から活性化熱
処理温度まで一気に昇温させるものとして説明したが、
これに限られるものではない。例えば、図２（ｂ）に示
す様に、Ｓｉ抜けの起こり難い温度（例えば９００℃程
度）に一旦保っておき、その温度から、活性化熱処理温
度まで昇温させる様にしても良い。In the above embodiment, the temperature is raised from room temperature to the activation heat treatment temperature all at once.
It is not limited to this. For example, as shown in FIG. 2B, the temperature may be temporarily maintained at a temperature at which Si loss does not easily occur (for example, about 900 ° C.), and then the temperature may be raised to the activation heat treatment temperature.
【００３８】また、上記実施例では、ＳｉＣ半導体基板
の活性化熱処理を例にとって説明したが、活性化熱処理
に限られるものではなく、またＳｉＣ半導体基板に限ら
れるものでもない。Further, in the above embodiment, the activation heat treatment of the SiC semiconductor substrate has been described as an example, but the invention is not limited to the activation heat treatment and is not limited to the SiC semiconductor substrate.
【図１】 一実施例としての熱処理装置の構成を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heat treatment apparatus as one embodiment.
【図２】 活性化熱処理を行う際の温度変化の様子を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing how the temperature changes during activation heat treatment.
【図３】 誘導加熱周波数を高くした場合に、発熱部分
から半導体基板までの熱伝導距離が長くなる様子を示す
図である。FIG. 3 is a diagram showing how the heat conduction distance from the heat generating portion to the semiconductor substrate becomes longer when the induction heating frequency is increased.
【図４】 ＳｉＣ半導体基板の表面に生じた表面荒れを
示す図である。FIG. 4 is a diagram showing surface roughness generated on the surface of the SiC semiconductor substrate.
２…熱処理装置 ３…ＳｉＣ半導体基板 ４…誘導加熱コイル ６…サセプタ 2 ... Heat treatment apparatus 3 ... SiC semiconductor substrate 4 ... Induction heating coil 6 ... Susceptor
Claims (13)
を載置させた状態で該サセプターを誘導加熱することに
より該半導体基板の熱処理を行う方法であって、 前記サセプターに誘導される電流の浸透深さが前記サセ
プターの肉厚とほぼ一致する周波数で、前記サセプター
を誘導加熱することを特徴とする半導体基板の熱処理方
法。1. A method of heat-treating a semiconductor substrate by inductively heating the semiconductor substrate while the semiconductor substrate is placed on the inner peripheral surface of a cylindrical susceptor, the current being induced in the susceptor. A heat treatment method for a semiconductor substrate, wherein the susceptor is induction-heated at a frequency at which the depth of penetration of the susceptor substantially matches the thickness of the susceptor.
てのＳｉＣ半導体基板にイオン注入された不純物の活性
化熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導
体基板の熱処理方法。2. The heat treatment method for a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the heat treatment is a heat treatment for activating the impurities ion-implanted into the SiC semiconductor substrate as the semiconductor substrate.
うことを特徴とする請求項２記載の半導体基板の熱処理
方法。3. The heat treatment method for a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the heat treatment is performed in an inert gas atmosphere.
それらの混合ガスを用いることを特徴とする請求項３に
記載の半導体基板の熱処理方法。4. The heat treatment method for a semiconductor substrate according to claim 3, wherein Ar, He or a mixed gas thereof is used as the inert gas.
とを特徴とする請求項２記載の半導体基板の熱処理方
法。5. The method for heat treating a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the heat treatment is performed in a SiC atmosphere.
雰囲気中で行うことを特徴とする請求項２記載の半導体
基板の熱処理方法。6. The heat treatment method for a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the heat treatment is performed in a reactive etching gas atmosphere.
気圧力下で行うことを特徴とする請求項２〜６の何れか
に記載の半導体基板の熱処理方法。7. The heat treatment method for a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the heat treatment is performed under an atmospheric pressure of 6 × 10 4 Pa or higher.
れた筒状のサセプターと、 該サセプターを誘導加熱するための誘導加熱コイルと、 を備え、前記誘導加熱コイルへの通電によって前記サセ
プターを誘導加熱することにより、該サセプターに保持
された半導体基板の熱処理を行う熱処理装置であって、 前記サセプターは、その肉厚が、前記誘導加熱コイルへ
の通電によって当該サセプター内に誘導される誘導電流
の深さとほぼ一致するように構成されたことを特徴とす
る半導体基板の熱処理装置。8. A cylindrical susceptor configured to mount a semiconductor substrate on an inner peripheral surface, and an induction heating coil for inductively heating the susceptor, wherein the induction heating coil is energized to supply the semiconductor substrate. A heat treatment apparatus for performing heat treatment on a semiconductor substrate held by a susceptor by induction heating, wherein the susceptor has a wall thickness that is induced in the susceptor by energizing the induction heating coil. A heat treatment apparatus for a semiconductor substrate, wherein the heat treatment apparatus is configured to substantially match the depth of an induced current.
基板の熱容量の１０倍以上であることを特徴とする請求
項８記載の半導体基板の熱処理装置。9. The heat treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 8, wherein the heat capacity of the susceptor is 10 times or more the heat capacity of the semiconductor substrate.
されたものであることを特徴とする請求項８又は９に記
載の半導体基板の熱処理装置。10. The heat treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 8, wherein the susceptor is made of a high melting point material.
又はＣであることを特徴とする請求項１０に記載の半導
体基板の熱処理装置。11. The refractory material is W, Ta, or SiC.
The heat treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 10, wherein the heat treatment apparatus is C or C.
の焼結により構成されたものであることを特徴とする請
求項８又は９に記載の半導体基板の熱処理装置。12. The heat treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 8, wherein the susceptor is formed by sintering 3C—SiC particles.
ボンの焼結により構成されたものであることを特徴とす
る請求項８又は９に記載の半導体基板の熱処理装置。13. The heat treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 8, wherein the susceptor is formed by sintering amorphous carbon.
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