JP2007335649A - 炭化シリコン半導体基板の加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、サセプタの発熱を利用して、炭化シリコン半導体基板を短期間に、かつ均一に加熱することができる炭化シリコン半導体基板の加熱方法等を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の一例では、炭化シリコン半導体基板の加熱方法は、炭化シリコン半導体基板１上に複数の炭素粒子２を載置させた状態で、当該炭化シリコン半導体基板１を加熱する。ここで、炭化シリコン半導体基板１は、サセプタ１３上に載置されている。また、サセプタ１３を加熱することにより、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理が実施される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、炭化シリコン半導体基板の加熱方法に係る発明である。

炭化シリコン半導体基板の表面内に形成された不純物領域を活性化するためには、当該炭化シリコン半導体基板に高温加熱処理を施す必要がある。当該炭化シリコン半導体基板の加熱処理として、以下に示す従来技術が存在する。

第一の従来技術では、石英チューブ内に、炭化シリコン半導体基板を載置した炭素製サセプタを挿入する。ここで、当該サセプタ挿入後の石英チューブ内は真空であるか、またはアルゴンガス等が封入されている。そして、当該サセプタ挿入後、高周波誘導加熱により、当該サセプタの温度を１６００〜１８００℃まで加熱する。当該サセプタからの熱を受熱することにより、炭化シリコン半導体基板の加熱が実現される。

また、第二の従来技術（特許文献１参照）では、第一の従来技術に対する応用技術であり、具体的な内容は以下の通りである。当該第二の従来技術では、サセプタ上に炭化シリコン半導体基板を載置し、当該炭化シリコン半導体基板の上面にカーボン製の発熱体を面接触させている。そして、前記のように発熱体を面接触させて炭化シリコン半導体基板の表面を覆った状態で、高周波誘導加熱により、当該サセプタおよび発熱体を加熱する。当該サセプタおよび発熱体からの熱を受熱することにより、炭化シリコン半導体基板の加熱が実現される。

特開２００５−１９７４６４号公報

ところで、１６００〜１８００℃の温度で輻射される赤外線の波長は、１−１０ミクロンの波長域（約２ミクロンでピークを有する）で分布している（非特許文献：伝熱工学資料（改訂４版）、丸善発行、ｐｐ１５６）。しかし、当該波長域の赤外線を、炭化シリコンはほぼ吸収しない（非特許文献：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、Ｉｎｃ．、ｐｐ１２７）。

したがって、真空中では、第一の従来技術に係わる加熱方法では、炭化シリコン半導体基板は、発熱しているサセプタとの接触した箇所からのみの固体−固体間の熱伝導により、基板が加熱されることになる。

炭化シリコン半導体基板とサセプタの接触面は、通常、お互いに完全な平面ではなく反りを有している。したがって、当該炭化シリコン半導体基板とサセプタとの接触面全面が接触しているわけではなく、接触は数点程度（理論的には３点）となる。このために、炭化シリコン半導体基板とサセプタとの接触点数と接触場所により、サセプタから当該炭化シリコン半導体基板の加熱状態が変化する。また、接触点が少ないために、その点からだけ熱を伝えることになるために基板中を熱が伝わっていく必要があり、加熱に時間がかかる。

また、ガス雰囲気においては炭化シリコン半導体基板とサセプタとの固体−固体間の熱伝導に加え、サセプタと炭化シリコン半導体基板との間にあるガスを介しての固体−気体−固体の熱伝導もある。この場合には、炭化シリコン半導体基板とサセプタとの平面度の良否により当該基板とサセプタのそれぞれの点での基板とサセプタ間の距離が変化する。このため、実効的な熱伝導率と加熱状態が変化することとなる。

まとめると、第一の従来技術の場合には、炭化シリコン半導体基板を均一に加熱することができないという問題、さらに接触部からしか加熱されないためにサセプタから炭化シリコン半導体基板への熱供給には長時間を要するという問題が生じる。また、不均一な加熱により熱応力が発生し、基板がわれてしまうという問題があった。

加えて、炭化シリコン半導体基板が高温になったときには、炭化シリコン半導体基板を構成するシリコン原子と炭素原子がそれぞれの昇華速度で昇華する。当該昇華した各原子は、真空中もしくはアルゴンガス雰囲気中に飛び出し、結果として、炭化シリコン半導体基板表面のシリコン原子と炭素原子の組成比を変化させる。つまり、第一の従来技術の場合には、昇華により炭化シリコン半導体基板の表面荒れを生じさせてしまうという問題もあった。第二の従来技術に係わる加熱方法では、炭化シリコン半導体基板表面が発熱体により覆われているために、シリコン原子等の昇華が抑制されると説明されている。

ところで、上記昇華抑制効果を発揮するためには、発熱体と炭化シリコン半導体基板、およびサセプタと炭化シリコン半導体基板を面接触状態にすることが前提である。当該面接触状態を可能にするためには、平面度を向上させること、表面の凹凸をなくし、表面荒さを非常に良い状態にすること、および反りを有する炭化シリコン半導体基板を平面に矯正するために当該基板に外力を加えて矯正すること等が必要となる。

しかしながら、完全に面接触状態になるまで上記各部材の平面度を向上させること等は非常に困難である。また、外力を加えて炭化シリコン半導体基板を押し付けることにより、デバイス動作に重要となるデバイス形成表面を傷つける可能性があり、デバイスの歩留まりを低下させることになる。

以上のように、第二の従来技術では、シリコン原子等の昇華を抑制するためには、完全に面接触状態にするという困難性を有する処理を施す必要があるか、もしくはデバイス形成面に損傷を与えざるを得ないという問題がある。

そこで、本発明は、サセプタの発熱を利用して、炭化シリコン半導体基板を短時間に、かつ均一に加熱することができる炭化シリコン半導体基板の加熱方法を提供することを目的とする。また、複雑や困難性を有する工程を踏まえずに、また炭化シリコン半導体基板のデバイス形成面に損傷を与えること無く、シリコン原子や炭素原子の昇華を抑制することができる炭化シリコン半導体基板の加熱方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の炭化シリコン半導体基板の加熱方法は、（Ａ）サセプタ上に炭化シリコン半導体基板を載置する工程と、（Ｂ）前記炭化シリコン半導体基板上に、炭素粒子を載置する工程と、（Ｃ）前記炭化シリコン半導体基板上に前記炭素粒子を載置させた状態で、前記サセプタを加熱することにより、前記炭化シリコン半導体基板を加熱する工程とを、備えている。

本発明の請求項１に記載の炭化シリコン半導体基板の加熱方法は、（Ａ）サセプタ上に炭化シリコン半導体基板を載置する工程と、（Ｂ）前記炭化シリコン半導体基板上に、炭素粒子を載置する工程と、（Ｃ）前記炭化シリコン半導体基板上に前記炭素粒子を載置させた状態で、前記サセプタを加熱することにより、前記炭化シリコン半導体基板を加熱する工程とを、備えている。したがって、サセプタから輻射される赤外線を、炭素粒子が吸収し、加熱される。また、炭素粒子は炭化シリコン半導体基板と複数点において点接触している。よって、均一かつ短時間に、炭素粒子を介して炭化シリコン半導体基板を加熱することができる。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法を、図１を用いて説明する。ここで、図１は、当該炭化シリコン半導体基板の加熱方法が施されている様子を示す断面図である。はじめに、本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法が実施される、装置の構成について説明する。図１に示すように、円筒形の石英チューブ１１があり、この石英チューブ１１の外周面に高周波誘導加熱用コイル１２が巻かれている。また、石英チューブ１１の上部には、たとえば炭素製の発熱体１０が配置されている。また、炭素製のサセプタ１３には、全体として凹部と把握できる２段の掘り込みが形成されている。第一の凹部となる上段の掘り込みの直径は、炭化シリコン半導体基板１の直径よりもわずかに大きい。また、第二の凹部となる下段の掘り込みの直径は、炭化シリコン半導体基板１の直径よりもわずかに小さい。つまり、当該２段の掘り込みは、上段の掘り込みと、上段の掘り込みの底部と連接されており、かつ当該上段の掘り込みよりも開口幅の小さい下段の掘り込みと、から形成されている。

次に、本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法の手順について説明する。まず、サセプタ１３上に形成されている第一の凹部の底部に炭化シリコン半導体基板１を載置する。これにより、下段の掘り込みの上部を閉蓋し、準密閉空間が形成される。なお、炭化シリコン半導体基板のデバイス形成面５がサセプタ１３側を向くように、炭化シリコン半導体基板１は載置されている。また、炭化シリコン半導体基板１の外周部において上段の掘り込みの底部と接触している。当該炭化シリコン半導体基板１の外周部の大部分の領域には、通常デバイスは形成されない。また、上段の掘り込みの底部（すなわち、炭化シリコン半導体基板１の支持部）に凹凸形状を形成しても良い。これにより、炭化シリコン半導体基板１と上段の掘り込みの底部との接触面積を小さくできるため、当該接触部からの炭化シリコン半導体基板１に熱が伝わることを抑制できる。

次に、サセプタ１３に載置された炭化シリコン半導体基板１上の全面（ほぼ全面も含む）に多数の炭素粒子２を載置する。ここで、載置される炭素粒子２の粒子径は、任意の大きさのものを選択できるが、できるだけ小さい粒子径の粒子を用いるのが接触点を増やす上では望ましい。より具体的には、図１に示すように、炭化シリコン半導体基板１の上面と上段の掘り込みの側面とで形成される窪んだ部分に、炭素粒子２を導入する。なお、デバイス形成面５は、サセプタ１３側を向いている。したがって、炭化シリコン半導体基板１の当該デバイス形成面５と対向する主面上に、炭素粒子２が載置・導入される。

ここで、炭化シリコン半導体基板１上には、１層分だけ炭素粒子２を載置・導入される。たとえば以下の方法を採用することにより、炭素粒子２を１層分だけ載置・導入することができる。まず、上段の掘り込みの深さが、炭化シリコン半導体基板１の厚さと、炭素粒子２の粒子径との合計と一致するように、当該上段の掘り込みを形成する。次に、当該上段の掘り込みの底部に炭化シリコン半導体基板１を載置した状態で、上段の掘り込みを充填するように、炭化シリコン半導体基板１上に炭素粒子２を載置する。その後、サセプタ１３上より上部にはみ出した炭素粒子２のみを除去する。当該工程により、炭化シリコン半導体基板１上に１層分だけ、炭素粒子２を載置・導入することができる。

当該工程まで施されたサセプタ１３を、石英チューブ１１の空洞内に挿入する（図１参照）。そして、炭化シリコン半導体基板１上に炭素粒子２を載置・導入させた状態で、サセプタ１３と炭素製の発熱体１０を加熱することにより、炭化シリコン半導体基板１を加熱する。炭化シリコン半導体基板１を加熱する手順は、以下の通りである。まず、高周波誘導加熱用コイル１２に電流を流す。すると、石英チューブ１１内に磁界が発生する。すると、当該磁界により炭化製のサセプタ１３および炭化製の発熱体１０内に誘導電流が流れる。そして、当該誘導電流が流れることにより、サセプタ１３および発熱体１０が発熱する。上記において、サセプタ１３および発熱体１０が発熱し、サセプタ１３および発熱体１０の温度が１６００〜１８００℃程度になる。すると、当該サセプタ１３および発熱体１０から所定の波長の赤外線が輻射される。

ここで、「発明が解決しようとする課題」でも述べたように、炭化シリコン半導体基板１は、当該温度域で発生する赤外線をほとんど吸収しない（非特許文献：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、Ｉｎｃ．、ｐｐ１２７）。したがって、発生した赤外線のほとんどは、炭化シリコン半導体基板１を透過する。しかし、当該温度域で発生した赤外線を、炭素粒子２は吸収することができる。したがって、炭素粒子２は、サセプタ１３および発熱体１０から輻射された赤外線を吸収し、その結果として、炭素粒子２は加熱される。ここで、多数の炭素粒子２は、炭化シリコン半導体基板１上に載置されている。したがって、炭素粒子２と炭化シリコン半導体基板１とは、多数箇所において、点接触している（図１参照）。上述したように、任意の大きさの粒子径を有する炭素粒子２を選択できる。仮に炭化シリコン半導体基板１の大きさを５０ｍｍとし、球形の炭素粒子２の大きさを１００μｍとすると、炭化シリコン半導体基板１と炭素粒子２との接触点数は、約二十万点となる。また、球形の炭素粒子２の大きさを１０μｍとすると、炭化シリコン半導体基板１と炭素粒子２との接触点数は、約二千万点となる。

このことから分かるように、粒子径の小さい炭素粒子２を選択（採用）すればするほど炭化シリコン半導体基板１と炭素粒子２との接触点数は増加する。これは真空中だけでなく、固−気−固の熱伝導もあるアルゴンなどのガス雰囲気中においても接触点数を増加させれば固体−固体間の熱伝導が支配的となる。また、粒子径の小さい炭素粒子２を選択（採用）すれば、その体積も減少する。当該炭素粒子２の体積の減少がすると、これに伴い、その熱容量が減少する。したがって、炭素粒子２の温度上昇速度はより速くなる。このため、炭素粒子２から炭化シリコン半導体基板１への伝熱効率が向上し、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を短時間で終了することができる。

また、隣接する炭素粒子２と炭化シリコン半導体基板１との間には、図１に示されているように、微細な空隙が形成されている。アルゴンガスなどのガス雰囲気中では固体−固体および固体−気体−固体の２つの熱伝導機構により、加熱された炭素粒子２から炭化シリコン半導体基板１へと熱が伝達される。この空隙も粒子径が小さくなればなるほどに、その隙間が小さくなり、気体中の熱伝達性能が向上し、より早く加熱処理を終えることに役立つ。

また、炭素粒子２層を１層としたのは以下の理由による。すなわち、炭素粒子２が複数層ある場合には、サセプタ１３と発熱体１０から放射された赤外線が異なる層の炭素粒子２で受光され、効率が低下すると考えられるからである。というのもサセプタ１３から放射され、炭化シリコン半導体基板１を通過した赤外線は炭化シリコン半導体基板１に接触している炭素粒子２で受光されるが、発熱体１０から放射された赤外線は最上部の炭素粒子２で受光されるために、加熱された炭素粒子２の熱は、その下層の炭素粒子２へ熱伝導や輻射で熱を伝えることになり、炭化シリコン半導体基板１と接している炭化粒子２を直接加熱できないために、効率が低下すると考えられる。

所定の時間、上記の炭化シリコン半導体基板１の加熱処理終了後、炭化シリコン半導体基板１と炭素粒子２を載置したサセプタ１３を石英チューブ１１から取り出し、常温まで冷却する。上記加熱処理を施されることにより、炭化シリコン半導体基板１に形成された不純物領域は、活性化される。

以上のように、本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法では、炭化シリコン半導体基板１上に、多数の炭素粒子２を載置している。そして、当該状態において、サセプタ１３等の発熱を利用した炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を実施している。したがって、サセプタ１３や発熱体１０から輻射される赤外線は、炭素粒子２により、一旦吸収される。ここで、上述の通り、炭素粒子２は、炭化シリコン半導体基板１と多数点において点接触している（たとえ炭化シリコン半導体基板１が反りを有していても、また炭化シリコン基板１の平面度が低い場合でも、多数点において当該点接触が実現される）。したがって、短期間にかつ均一に、炭素粒子２を介して炭化シリコン半導体基板１を加熱することができる。

また、本実施の形態では、凹部（より具体的には、２段の掘り込み）がサセプタ１３に形成されている。そして、当該凹部の底部（より具体的には、上段の掘り込みの底部）に炭化シリコン半導体基板１を載置し、当該炭化シリコン半導体基板１の上面と凹部の側面とで形成された窪みに多数の炭素粒子２を導入している。したがって、炭化シリコン半導体基板１を安定してサセプタ１３上に載置できると共に、炭化シリコン半導体基板１上に、安定して複数の炭素粒子２を載置することができる（つまり、加熱処理中に多少の振動が生じても、炭素粒子２が炭化シリコン半導体基板１からこぼれ落ちることを防止することができる）。

また、本実施の形態では、炭化シリコン半導体基板１のデバイス形成面５と対向する主面上に、複数の炭素粒子２が載置されている。したがって、当該デバイス形成面５が炭素粒子２により汚染されることを防止することができる。

また、本実施の形態では、サセプタ１３には、上記の通り２段の掘り込みが形成されている。そして、下段の掘り込みの上部を閉蓋するように、上段の掘り込みの底部に炭化シリコン半導体基板１が載置されている。したがって、炭化シリコン半導体基板１が下段の埋め込みの蓋の役目を果たし、当該下段の埋め込みと当該基板１とにより、準密閉空間が形成される。これにより、デバイス形成面５から昇華したシリコン原子や炭素原子を、当該準密閉空間に閉じ込めることができる。つまり、当該準密閉空間においてシリコン原子等の昇華を飽和状態にすることができる。このように、昇華が飽和状態となるとデバイス形成面５からの昇華は起こらなくなる。以上により、炭化シリコン半導体基板１が下段の埋め込みの蓋の役目を果たすことにより、デバイス形成面５からの昇華を抑制することができる。つまり、複雑や困難性を有する工程を踏まえずに、また外力等も与えないので炭化シリコン半導体基板１のデバイス形成面５に損傷を与えること無く、当該昇華抑制機能を発揮できる。なお当該昇華が抑制されると、デバイス形成面５の表面状態が変化することを抑制できる。ここで、準密閉空間の体積を小さくすれば、より早い時期に昇華が飽和状態となるので、より昇華の抑制効果が発揮される。

また、デバイス形成面５はサセプタ１３側を向いている。したがって、石英チューブ１１内のゴミ等の異物により、当該デバイス形成面５が汚染されることを防止することができる。

また、通常炭化シリコン半導体基板１の外周部は枠部となりデバイスの形成されない領域である。また、上記態様から分かるように、炭化シリコン半導体基板１とサセプタ１３（より具体的には、上段の埋め込みの底部）とは、当該基板１の外周部のほんの一部と接触しているだけである。つまり、デバイス形成面５の全部または大部分の領域が、サセプタ１３（より具体的には、上段の埋め込みの底部）とは接触していない。したがって、サセプタ１３と接触することにより起こる、デバイス形成面５の汚染も防止することができる。

また、本実施の形態では、炭化シリコン半導体基板１上に、１層分だけ、炭素粒子２を載置または導入している。したがって、当該炭素粒子２の層厚も最小限に抑えることができる。このように、当該炭素粒子２の全体の体積が減少すると、これに伴い当該炭素粒子２の層全体の熱容量も減少する。したがって、炭素粒子２の層の温度上昇速度はより速くなる。このため、炭素粒子２から炭化シリコン半導体基板１への伝熱効率が向上し、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を短時間で終了することができる。

また、本実施の形態では、炭素粒子２の上方に発熱体１０が配設されている。そして、当該発熱体１０およびサセプタ１３を加熱することにより、炭化シリコン半導体基板１を加熱している。したがって、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理をより短時間で終了させることができる。

なお、図１に示すように、発熱体１０をサセプタ１３と所定の距離だけ隔てて、配置しても良い。また、図示しないが、発熱体１０の下面（図１と同様、当該下面は平板である）とサセプタ１３の上面とが当接するように当該発熱体１０を配置し（つまり、炭化製の発熱体１０で炭化製のサセプタ１３および／または炭化シリコン半導体基板１を覆い）、当該状態において、上述した発熱体１０およびサセプタ１３の発熱を利用した、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を施しても良い。当該発熱体１０の下面とサセプタ１３の上面との当接状態で加熱処理を施すことにより、発熱体１０で発熱した熱を炭素粒子２を介して、より効率良く炭化シリコン半導体基板１へと伝達することができる。

また、発熱体１０とサセプタ１３とは、石英チューブ１１の空洞内の所定の領域に固まって配置されている（つまり、図１に示すように、発熱体１０の配置位置とサセプタ１３の配置位置とが分散していない）。したがって、高周波誘導加熱用コイル１２を石英チューブ１１の外周面全面に巻く必要が無く、当該石英チューブ１１の外周面のある限られた面（つまり、発熱体１０とサセプタ１３とが固まって配置されている領域に対応する面）にだけ巻けば済む。

なお、図２に示すように、発熱体１０の前記炭化シリコン半導体基板に面する側において、凹部が形成されおり、発熱体１０の下面とサセプタ１３の上面とが当接し、凹部により炭化シリコン半導体基板１の上面が覆われている状態で、炭化シリコン半導体基板１を加熱しても良い。このようにすることで、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理の際に、発熱体１０の下面とサセプタ１３の上面とを当接したとしても、凹部の存在により、炭化シリコン半導体基板１に当該当接に起因した外力が、炭素粒子２を介して加わることを防止できる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法を、図３を用いて説明する。ここで、図３は、当該炭化シリコン半導体基板の加熱方法が施されている様子を示す断面図である。はじめに、本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法が実施される、装置の構成について説明する。図３に示すように、円筒形の石英チューブ１１があり、この石英チューブ１１の外周面に高周波誘導加熱用コイル１２が巻かれている。また、石英チューブ１１の上部には、たとえば炭素製の発熱体１０が配置されている。また、炭素製のサセプタ１３には、２段の掘り込み（全体として凹部と把握できる）が形成されている。上段の掘り込み（第一の凹部と把握できる）の直径（開口幅）は、炭化シリコン半導体基板１の径よりもわずかに大きい。また、下段の掘り込み（第二の凹部と把握できる）の直径（開口幅）は、炭化シリコン半導体基板１の径よりもわずかに小さい。つまり、当該２段の掘り込みは、上段の掘り込みと、上段の掘り込みの底部と連接されており、当該上段の掘り込みよりも開口幅の小さい下段の掘り込みと、から形成されている。

次に、本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法の手順について説明する。まず、サセプタ１３に形成されている２段の掘り込み（凹部と把握できる）の窪んだ領域に、複数（多数）の炭化シリコン粒子３を導入する。より具体的には、下段の掘り込み（第二の凹部と把握できる）の窪んだ領域に、複数（多数）の炭化シリコン粒子３を導入する。なお、下段の掘り込みの深さは、炭化シリコン粒子３の粒子径よりも大きい。ここで、導入される炭化シリコン粒子３の粒子径は、任意の大きさのものを選択できる。また、図３では炭化シリコン粒子３は１層分のみ導入されているが、複層に渡り当該炭化シリコン粒子３を導入しても良い。ただし、後述する炭化シリコン半導体基板１のデバイス形成面５と炭化シリコン粒子３とが、接触し無いことが望ましい。

次に、サセプタ１３上に炭化シリコン半導体基板１を載置する。ここで、図３と異なり、１段の掘り込み（凹部と把握できる）を作成し、当該掘り込みの内部に複数（多数）の炭化シリコン粒子３を導入し、その後、当該掘り込みを閉蓋するように、サセプタ１３上に炭化シリコン半導体基板１を載置しても良い。しかし、本実施の形態では、図３に示すように、サセプタ１３には２段の掘り込みが形成されている。そして、上記したように、下段の掘り込み（第二の凹部と把握できる）内に炭化シリコン粒子３を導入した後に、当該下段の掘り込みの上部を閉蓋するように、上段の掘り込み（第一の凹部と把握できる）の底部に炭化シリコン半導体基板１を載置する。なお、炭化シリコン半導体基板１のデバイス形成面５がサセプタ１３側を向くように、炭化シリコン半導体基板１は載置されている。

また、炭化シリコン半導体基板１の外周部において上段の掘り込みの底部と接触している。当該炭化シリコン半導体基板１の外周部は、デバイスが形成されない部分が多い。また、上段の掘り込みの底部（すなわち、炭化シリコン半導体基板１の支持部）に凹凸形状を形成しても良い。これにより、炭化シリコン半導体基板１と上段の掘り込みの底部との接触面積を小さくでき、また、当該接触部からの炭化シリコン半導体基板１に熱が伝わることを防止できる。当該炭化シリコン半導体基板１の載置により、下段の掘り込みにおいて準密閉空間が形成される。

当該工程までが施されたサセプタ１３を、石英チューブ１１の空洞内に挿入する（図３参照）。そして、サセプタ１３を加熱することにより、炭化シリコン半導体基板１を加熱する。なお、本実施の形態では、炭化シリコン半導体基板１の上方に炭化製の発熱体１０が配設されており、発熱体１０およびサセプタ１３を加熱することにより、炭化シリコン半導体基板１を加熱する。

炭化シリコン半導体基板１を加熱する手順は、以下の通りである。まず、高周波誘導加熱用コイル１２に電流を流す。すると、石英チューブ１１内に磁界が発生する。すると、当該磁界により炭化製のサセプタ１３および炭化製の発熱体１０内に誘導電流が流れる。そして、当該誘導電流が流れることにより、サセプタ１３および発熱体１０が発熱する。そして、当該サセプタ１３から熱を受け、または発熱体１０からの熱を受け、炭化シリコン半導体基板１は加熱される。所定の時間、上記加熱処理を実施した後（つまり、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理終了後）、サセプタ１３を石英チューブ１１から取り出す。上記加熱処理を施されることにより、炭化シリコン半導体基板１に形成された不純物領域は、活性化される。

ここで、当該炭化シリコン半導体基板１の加熱処理の際に、上記準密閉空間においてシリコン原子や炭素原子の昇華を飽和状態にすることができれば、当該飽和状態後においてシリコン原子等の昇華がなくなる。したがって、当該準密閉空間において昇華の飽和状態をより早期に達成することができれば、より早期にシリコン原子等の昇華を無くすことができる。

以上のように、本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板１の加熱方法では、サセプタ１３に掘り込み（凹部）が形成されている。そして、当該掘り込みの内部に炭化シリコン粒子３が導入されている。さらに、炭化シリコン半導体基板１のデバイス形成面５がサセプタ１３側を向いており、当該炭化シリコン半導体基板１により、当該掘り込みが閉蓋されている。

したがって、炭化シリコン半導体基板１が下段の埋め込みの蓋の役目を果たし、当該下段の埋め込みと当該炭化シリコン半導体基板１とにより、準密閉空間が形成される。ここで、上記炭化シリコン半導体基板１の加熱処理の際に、デバイス形成面５および炭化シリコン粒子３から、シリコン原子や炭素原子が昇華されるが、当該炭化シリコン粒子３が導入されている分、より早期に当該準密閉空間内を昇華の飽和状態にすることができる。よって、本実施の形態に係わる加熱方法を適用することにより、より早期にデバイス形成面５からのシリコン原子等の昇華を抑制することができる。つまり、複雑や困難性を有する工程を踏まえずに、また外力等も与えないので炭化シリコン半導体基板１のデバイス形成面５に損傷を与えること無く、当該昇華抑制機能を発揮できる。なお当該昇華が抑制されると、デバイス形成面５の表面状態が変化することを抑制できる。

なお、上記考察から分かるように、準密閉空間の体積が小さいほど、または炭化シリコン粒子３の体積および表面積が大きいほど、デバイス形成面５からのシリコン原子等の昇華をより早期に抑制することができる。当該観点から、炭化シリコン粒子３を複層に渡って下段の掘り込みに導入することが望ましい。また、下段の掘り込みの深さをなるべく浅くすること望ましい。また、炭化シリコン粒子３の粒子径はより小さい方が望ましい（なぜなら、同じ深さ同じ底面積の下段の掘り込みに複数の炭化シリコン粒子３を導入する際、粒子径が小さいほど、より多くの炭化シリコン粒子３を導入することができ、当該炭化シリコン粒子３の合計表面積が増大するからである）。

なお、炭化シリコン粒子３によるデバイス形成面５の汚染を防止する観点から、炭化シリコン粒子３とデバイス形成面５とは、接触しないことが望ましい。また、上記から分かるように、当該昇華抑制効果を得るために、炭化シリコン半導体基板１に特別工程（つまり、困難性を有する工程）を施すことも無く、またデバイス形成面５に損傷を与えることも無い。

また、デバイス形成面５はサセプタ１３側を向いている。したがって、石英チューブ１１内のゴミ等の異物により、当該デバイス形成面５が汚染されることを防止することができる。また、通常炭化シリコン半導体基板１の外周部は概ねデバイスが形成されない領域である。上記態様から分かるように、炭化シリコン半導体基板１とサセプタ１３（より具体的には、上段の埋め込みの底部）とは、当該基板１の外周部のほんの一部と接触しているだけであり、接触部分を選べば、デバイス形成面に形成されたデバイスすべてがサセプタ１３（より具体的には、上段の埋め込みの底部）とは接触していない状態を造りうれる。したがって、サセプタ１３と接触することにより起こる、デバイス形成面５の汚染も防止することができる。

また、本実施の形態では、炭化シリコン半導体基板１の上方に発熱体１０が配設されている。そして、当該発熱体１０およびサセプタ１３を加熱することにより、炭化シリコン半導体基板１を加熱している。したがって、より、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を短時間で終了させることができる。

なお、図３に示すように、発熱体１０をサセプタ１３と所定の距離だけ隔てて、配置しても良い。また、図示しないが、発熱体１０の下面（図３と同様、当該下面は平板である）とサセプタ１３の上面とが当接するように当該発熱体１０を配置し（つまり、炭化製の発熱体１０で炭化製のサセプタ１３を覆い）、当該状態において、上述した発熱体１０およびサセプタ１３の発熱を利用した、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を施しても良い。

当該発熱体１０の下面とサセプタ１３の上面との当接状態で加熱処理を施すことにより、さらに効率良く炭化シリコン半導体基板１へと伝達することができる。また、発熱体１０とサセプタ１３とは、石英チューブ１１の空洞内の所定の領域に固まって配置されている（つまり、図３に示すように、発熱体１０の配置位置とサセプタ１３の配置位置とが分散していない）。したがって、高周波誘導加熱用コイル１２を石英チューブ１１の外周面全面に巻く必要が無く、当該石英チューブ１１の外周面のある限られた面（つまり、発熱体１０とサセプタ１３とが固まって配置されている領域に対応する面）にだけ巻けば済む。

なお、図４に示すように、発熱体１０の炭化シリコン半導体基板に面する側において、凹部が形成されおり、発熱体１０の下面とサセプタ１３の上面とが当接し、凹部により炭化シリコン半導体基板１の上面が覆われている状態で、炭化シリコン半導体基板１を加熱しても良い。このようにすることで、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理の際に、発熱体１０の下面とサセプタ１３の上面とを当接したとしても、凹部の存在により、炭化シリコン半導体基板１に当該当接に起因した外力が、炭素粒子２を介して加わることを防止できる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法を、図５を用いて説明する。ここで、図５は、当該炭化シリコン半導体基板の加熱方法が施されている様子を示す断面図である。図３と図５との比較（つまり、実施の形態２と本実施の形態との比較）から分かるように、本実施の形態では、炭化シリコン半導体基板１上には、実施の形態１で説明したように、複数（多数）の炭素粒子２が載置されている。換言すれば、本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法では、実施の形態２に記載した工程に加えて、以下の工程が追加されている。つまり、本実施の形態では、サセプタ１３上に炭化シリコン半導体基板１を載置した後（実施の形態２参照）に、当該炭化シリコン半導体基板１上に、複数（より具体的には多数）の炭素粒子２を載置する工程が、追加されている（図５参照）。

ここで、当該載置される炭素粒子２の粒子径は、任意の大きさのものを選択できる（たとえば、１０μｍ〜１００μｍ程度）。また、炭化シリコン半導体基板１は、２段の掘り込みの上段の掘り込みの底部に載置されている（図５参照）。また、実施の形態２でも説明したように、炭化シリコン半導体基板１は、下段の掘り込みの上部を閉蓋するように、サセプタ１３上に載置されている（図５参照）。さらに、実施の形態２の説明から把握できるように、炭素粒子２は、炭化シリコン半導体基板１のデバイス形成面と対向する主面上に載置・導入される。

より具体的に本実施の形態に追加される工程は、以下の通りである。図５に示すように、炭化シリコン半導体基板１の上面と上段の掘り込みの側面とで形成される窪んだ部分に、炭素粒子２を導入する。なお、デバイス形成面５は、サセプタ１３側を向いている。したがって、炭化シリコン半導体基板１の当該デバイス形成面５と対向する主面上に、炭素粒子２が載置・導入される。ここで、炭化シリコン半導体基板１上には、１層分だけ、炭素粒子２を載置・導入される。たとえば以下の方法を採用することにより、炭素粒子２を１層分だけ載置・導入することができる。

まず、上段の掘り込みの深さが、炭化シリコン半導体基板１の厚さと、炭素粒子２の粒子径との合計と一致するように、当該上段の掘り込みを形成する。次に、当該上段の掘り込みの底部に炭化シリコン半導体基板１を載置した状態で、上段の掘り込みを充填するように、サセプタ１３上に炭素粒子２を載置する。その後、サセプタ１３上の炭素粒子２のみを除去する。当該工程により、炭化シリコン半導体基板１上に１層分だけ、炭素粒子２を載置・導入することができる。

当該炭素粒子２が載置された状態のサセプタ１３を、実施の形態２でも説明したように、石英チューブ１１の空洞内に挿入する（図５参照）。そして、サセプタ１３を加熱することにより、炭化シリコン半導体基板１を加熱する。なお、本実施の形態では、炭化シリコン半導体基板１の上方に炭化製の発熱体１０が配設されており、発熱体１０およびサセプタ１３を加熱することにより、炭化シリコン半導体基板１を加熱する。

なお上述したように本実施の形態では、炭化シリコン半導体基板１が載置される工程の後、サセプタ１３を石英チューブ１１に挿入する前に、炭素粒子２を載置する工程が追加されている。当該追加された工程以外は、実施の形態２で説明した工程内容と同じなので、ここでの詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法では、炭化シリコン半導体基板１上に炭素粒子２を載置した状態で、当該炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を施している。したがって、石英チューブ１１内の加熱処理の際に、以下に示すような作用を炭素粒子２は奏する。上記において、サセプタ１３および発熱体１０が加熱され、これらの温度が１６００〜１８００℃程度になると、当該サセプタ１３および発熱体１０から所定の波長の赤外線が輻射される。ここで、実施の形態１でも述べたように、炭化シリコン半導体基板１は、当該温度域で発生する赤外線をほとんど吸収しない（非特許文献：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、Ｉｎｃ．、ｐｐ１２７）。したがって、発生した赤外線のほとんどは、炭化シリコン半導体基板１を透過する。

しかし、当該温度域で発生した赤外線を、炭素粒子２は吸収することができる。したがって、炭素粒子２は、サセプタ１３および発熱体１０から輻射された赤外線を吸収し、その結果として、炭素粒子２は加熱される。ここで、多数の炭素粒子２は、炭化シリコン半導体基板１上に載置されている。したがって、炭素粒子２と炭化シリコン半導体基板１とは、多数箇所において、点接触している（図５参照）。また、隣接する炭素粒子２と炭化シリコン半導体基板１との間には、図５に示されているように、微細な空隙が形成されている。したがって、固体−固体および固体−気体−固体の２つの熱伝導機構により、加熱された炭素粒子２から炭化シリコン半導体基板１へと熱が伝達される（炭素粒子２が奏する作用と把握できる）。

上述したように、任意の大きさの粒子径を有する炭素粒子２を選択できる。ここで、実施の形態１で説明したように、粒子径の小さい炭素粒子２を選択（採用）すればするほど、炭化シリコン半導体基板１と炭素粒子２との接触点数は、増加する。このように、接触点数を増加させれば、固体−固体間の熱伝導が支配的となる。

また、粒子径の小さい炭素粒子２を選択（採用）すれば、当然炭素粒子２の体積も減少する。当該炭素粒子２の体積の減少すると、これに伴い当該炭素粒子２の熱容量が減少する。したがって、炭素粒子２の温度上昇速度はより速くなる。このため、炭素粒子２から炭化シリコン半導体基板１への伝熱効率が向上し、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を短時間で終了することができる。

本実施の形態に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法では、炭化シリコン半導体基板１上に複数（多数）の炭素粒子２を載置した状態で、当該炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を施している。したがって、サセプタ１３や発熱体１０から輻射される赤外線は、炭素粒子２により、一旦吸収される。ここで、上述の通り、炭素粒子２は、炭化シリコン半導体基板１と多数点において点接触している（たとえ炭化シリコン半導体基板１が反りを有していても、また炭化シリコン基板１の平面度が低い場合でも、多数点において当該点接触が実現される）。したがって、短期間にかつ均一に、炭素粒子２を介して炭化シリコン半導体基板１を加熱することができる。

また、本実施の形態では、凹部（より具体的には、２段の掘り込み）がサセプタ１３に形成されている。そして、当該凹部の底部（より具体的には、上段の掘り込みの底部）に炭化シリコン半導体基板１を載置し、当該炭化シリコン半導体基板１の上面と凹部の側面とで形成された窪みに多数の炭素粒子２を導入している。したがって、炭化シリコン半導体基板１を安定してサセプタ１３上に載置できると共に、炭化シリコン半導体基板１上に、安定して複数の炭素粒子２を載置することができる（つまり、加熱処理中に多少の振動が生じても、炭素粒子２が炭化シリコン半導体基板１からこぼれ落ちることを防止することができる）。また、炭素粒子２は、炭化シリコン半導体基板１のデバイス形成面でない主面上（つまり、当該デバイス形成面と対向する主面上）に、載置・導入されている。したがって、当該デバイス形成面５が炭素粒子２により汚染されることを防止することができる。

また、炭化シリコン半導体基板１上に、１層分だけ、炭素粒子２を載置または導入している。したがって、当該炭素粒子２の層厚も最小限に抑えることができる。このように、当該炭素粒子２の全体の体積が減少すると、これに伴い当該炭素粒子２の層全体の熱容量も減少する。したがって、炭素粒子２の層の温度上昇速度はより速くなる。このため、炭素粒子２から炭化シリコン半導体基板１への伝熱効率が向上し、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を短時間で終了することができる。

また、本実施の形態では、図５に示すように、炭素粒子２の上方に所定の距離だけ隔てて発熱体１０が配設されている。そして、当該発熱体１０およびサセプタ１３を加熱することにより、炭化シリコン半導体基板１を加熱している。しかし、図示しないが、発熱体１０の下面（図５と同様、当該下面は平板である）とサセプタ１３の上面とが当接するように当該発熱体１０を配置し（つまり、炭化製の発熱体１０で炭化製のサセプタ１３を覆い）、当該状態において、上述した発熱体１０およびサセプタ１３の発熱を利用した、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理を施しても良い。当該発熱体１０の下面とサセプタ１３の上面との当接状態で加熱処理を施すことによる効果は、実施の形態１，２と同様である。

なお、図６に示すように、発熱体１０の前記炭化シリコン半導体基板に面する側において、凹部が形成されおり、発熱体１０の下面とサセプタ１３の上面とが当接し、凹部により炭化シリコン半導体基板１の上面が覆われている状態で、炭化シリコン半導体基板１を加熱しても良い。このようにすることで、炭化シリコン半導体基板１の加熱処理の際に、発熱体１０の下面とサセプタ１３の上面とを当接したとしても、凹部の存在により、炭化シリコン半導体基板１に当該当接に起因した外力が、炭素粒子２を介して加わることを防止できる。

実施の形態１に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法を説明するための図面である。 実施の形態１に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法の他の形態を示す図面である。 実施の形態２に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法を説明するための図面である。 実施の形態２に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法の他の形態を示す図面である。 実施の形態３に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法を説明するための図面である。 実施の形態３に係わる炭化シリコン半導体基板の加熱方法の他の形態を示す図面である。

符号の説明

１ 炭化シリコン半導体基板、２ 炭素粒子、３ 炭化シリコン粒子、５ デバイス形成面、１０ 発熱体、１１ 石英チューブ、１２ 高周波誘導加熱用コイル、１３ サセプタ。

Claims (8)

1. （Ａ）サセプタ上に炭化シリコン半導体基板を載置する工程と、
   （Ｂ）前記炭化シリコン半導体基板上に、炭素粒子を載置する工程と、
   （Ｃ）前記炭化シリコン半導体基板上に前記炭素粒子を載置させた状態で、前記サセプタを加熱することにより、前記炭化シリコン半導体基板を加熱する工程とを、備えている、
   ことを特徴とする炭化シリコン半導体基板の加熱方法。
2. 前記工程（Ａ）は、
   凹部を有する前記サセプタの当該凹部の底部に炭化シリコン半導体基板を載置する工程であり、
   前記工程（Ｂ）は、
   （Ｂ）前記炭化シリコン半導体基板の上面と前記凹部の側面とで形成される窪んだ部分に、前記炭素粒子を導入する工程である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の炭化シリコン半導体基板の加熱方法。
3. 前記工程（Ａ）は、
   前記炭化シリコン半導体基板のデバイス形成面が前記サセプタ側を向くように、前記炭化シリコン半導体基板を載置する工程であり、
   前記工程（Ｂ）は、
   前記炭化シリコン半導体基板の前記デバイス形成面と対向する主面上に、前記炭素粒子を載置する工程である、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炭化シリコン半導体基板の加熱方法。
4. 前記凹部は、第一の凹部と、前記第一の凹部の底部と連接されており、前記第一の凹部よりも開口幅の小さい第二の凹部と、から形成されており、
   前記工程（Ａ）は、
   前記第二の凹部の上部を閉蓋するように、前記第一の凹部の底部に前記炭化シリコン半導体基板を載置する工程である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の炭化シリコン半導体基板の加熱方法。
5. 前記工程（Ｂ）は、
   前記炭化シリコン半導体基板上に、１層分だけ、前記炭素粒子を載置する工程である、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の炭化シリコン半導体基板の加熱方法。
6. 前記炭素粒子の上方に発熱体が配設されており、
   前記工程（Ｃ）は、
   前記発熱体および前記サセプタを加熱することにより、前記炭化シリコン半導体基板を加熱する工程である、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の炭化シリコン半導体基板の加熱方法。
7. 前記工程（Ｃ）は、
   前記発熱体の下面と前記サセプタの上面とが当接した状態で、前記炭化シリコン半導体基板を加熱する工程である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の炭化シリコン半導体基板の加熱方法。
8. 前記発熱体は、前記炭化シリコン半導体基板に面する側において、凹部が形成されており、
   前記工程（Ｃ）は、
   前記発熱体の下面と前記サセプタの上面とが当接し、前記凹部により前記炭化シリコン半導体基板の上面が覆われている状態で、前記炭化シリコン半導体基板を加熱する工程である、
   ことを特徴とする請求項７に記載の炭化シリコン半導体基板の加熱方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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