JP2008251579A - Electrostatic chuck and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Chiaki Kudo
千秋 工藤
Osamu Kusumoto
修 楠本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the occurrence of defective to be formed on a surface to be attracted when various kinds of processing are executed using an electrostatic chuck in a state where an object to be attracted is kept at high temperature. <P>SOLUTION: This electrostatic chuck 6 is provided with a dielectric layer 14, an electrode 13 for inducing electric charges on the surface of the dielectric layer 14 and a heater for heating the dielectric layer 14 to not less than 400°C. The electrostatic chuck 6 is further provided with an insulating member 20 in which a surface contacting the object to be attracted (semiconductor wafer 1) is mirror-finished. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、静電力によって半導体ウェハを保持する静電チャック、および当該静電チャックを用いて行う半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to an electrostatic chuck for holding a semiconductor wafer by electrostatic force, and a method for manufacturing a semiconductor device using the electrostatic chuck.

従来、半導体装置の製造プロセスにおいて、ドライエッチング、PVD(物理的気相成長法)、CVD(化学的気相成長法)などの処理を行う際に半導体ウェハを固定するために静電チャックが広く用いられている。静電チャックは、静電力を用いて半導体ウェハを固定する装置である。静電チャックは、例えば特許文献1などに開示されている。   Conventionally, electrostatic chucks have been widely used for fixing semiconductor wafers when performing processes such as dry etching, PVD (physical vapor deposition), and CVD (chemical vapor deposition) in semiconductor device manufacturing processes. It is used. An electrostatic chuck is an apparatus for fixing a semiconductor wafer using an electrostatic force. An electrostatic chuck is disclosed in, for example, Patent Document 1.

炭化珪素(SiC)は不純物が熱拡散しにくいため、不純物拡散層を形成するためには、イオン注入を行う必要がある。SiCは結合力が強く、イオン注入後に行う活性化アニールには1600℃以上の高温が必要とされるが、このような活性化アニールだけでは十分でなく、イオン注入を実行している間においてもSiCウェハを400℃以上の高温に保持することが必要とされている(例えば非特許文献1または非特許文献2)。高温でイオン注入を行うことにより、活性アニール後の表面荒れや拡散層のシート抵抗の上昇を抑制し、不純物の活性化率を高めることが可能になるからである。   Since silicon carbide (SiC) hardly diffuses impurities, it is necessary to perform ion implantation in order to form an impurity diffusion layer. SiC has a strong bonding force, and activation annealing performed after ion implantation requires a high temperature of 1600 ° C. or more. However, such activation annealing is not sufficient, and even during ion implantation. It is necessary to hold the SiC wafer at a high temperature of 400 ° C. or higher (for example, Non-Patent Document 1 or Non-Patent Document 2). This is because ion implantation at a high temperature can suppress surface roughness after active annealing and increase in sheet resistance of the diffusion layer, and increase the activation rate of impurities.

このような高温イオン注入を行う場合、静電チャックに加熱機構を設け、静電チャックによってウェハを加熱することが行われる。   When performing such high temperature ion implantation, a heating mechanism is provided in the electrostatic chuck, and the wafer is heated by the electrostatic chuck.

図7を参照して、一般的な静電チャックの従来例を説明する。   A conventional example of a general electrostatic chuck will be described with reference to FIG.

図7に示す静電チャック6は、絶縁膜12で被覆されたグラファイト板11と、絶縁膜12の上に配置された電極13と、これらを覆う誘電体層14とを備えている。絶縁膜12はpBN(熱分解窒化ホウ素)等の絶縁材料から形成されており、誘電体層14は、pBNまたはAlN(窒化アルミ)から形成されている。電極13は、端子を通じて電源(不図示)に接続されている。この電源よって電極13に電圧が印加されると、誘電体層14の表面に電荷が誘起される。図7に示すように、半導体ウェハ1が表面誘電体14に近接対峙させられると、半導体ウェハ1の対向面には、誘電体層14の表面に誘起された電荷とは逆極性の電荷が誘起されるため、両者の間にクーロン力やジャンセンラーベック力が作用し、半導体ウェハ1を静電チャック6に吸着固定(チャック)することが可能になる。   The electrostatic chuck 6 shown in FIG. 7 includes a graphite plate 11 covered with an insulating film 12, an electrode 13 disposed on the insulating film 12, and a dielectric layer 14 covering them. The insulating film 12 is made of an insulating material such as pBN (pyrolytic boron nitride), and the dielectric layer 14 is made of pBN or AlN (aluminum nitride). The electrode 13 is connected to a power source (not shown) through a terminal. When a voltage is applied to the electrode 13 by this power source, a charge is induced on the surface of the dielectric layer 14. As shown in FIG. 7, when the semiconductor wafer 1 is brought close to the surface dielectric 14, charges opposite to the charges induced on the surface of the dielectric layer 14 are induced on the opposite surface of the semiconductor wafer 1. Therefore, a Coulomb force or a Jansenler Beck force acts between the two, and the semiconductor wafer 1 can be attracted and fixed (chucked) to the electrostatic chuck 6.

本明細書では、静電チャックの表面のうち、被吸着物と接触する領域を「吸着面」と称することとする。この吸着面は、チャック面やコンタクト面と称される場合がある。一方、静電チャックの「吸着面」と接触する半導体ウェハの表面を「被吸着面」と称することとする。   In the present specification, a region in contact with an object to be attracted on the surface of the electrostatic chuck is referred to as an “attracting surface”. This suction surface may be referred to as a chuck surface or a contact surface. On the other hand, the surface of the semiconductor wafer that comes into contact with the “attracting surface” of the electrostatic chuck is referred to as the “attracted surface”.

イオン注入などの処理を高温で行う場合、上記構成を備える静電チャック6にヒータ(不図示)などの加熱機構を設け、半導体ウェハ1を吸着する前から静電チャック6を高温(例えば400℃)に加熱しておく。このように高温に加熱された静電チャック6で半導体ウェハ1を吸着すれば、熱伝導により半導体ウェハ1を加熱することができるため、高温イオン注入などの処理を実現することができる。
特開平7−245336号公報 Seiji Imai他、マテリアル・サイエンス・フォーラム 第5巻 338−342 861頁〜865頁 2000年発行(Seiji Imai et al.Material Sience Forum Vol.5 338−342(2000)pp861−864) PROCESS TECHNOLOGY FOR SILICON CARBIDE DEVICES 51頁〜67頁 INSPEC社発行
When processing such as ion implantation is performed at a high temperature, the electrostatic chuck 6 having the above configuration is provided with a heating mechanism such as a heater (not shown), and the electrostatic chuck 6 is heated to a high temperature (for example, 400 ° C.) before adsorbing the semiconductor wafer 1. ). If the semiconductor wafer 1 is adsorbed by the electrostatic chuck 6 heated to a high temperature in this way, the semiconductor wafer 1 can be heated by heat conduction, so that a process such as high-temperature ion implantation can be realized.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-245336 Seiji Imai et al., Material Science Forum, Vol. 5, 338-342, pages 861-865, published in 2000 (Seiji Imai et al. Material Science Forum Vol. 5 338-342 (2000) pp 861-864) PROCESS TECHNOLOGY FOR SILICON CARBIDE DEVICES 51-67 Issued by INSPEC

しかしながら、加熱機構付の静電チャックを用いてSiCウェハの裏面に高温イオン注入を行った場合、SiCウェハの位置によっては最終的に得られるデバイスの特性が劣化し、製造歩留まりが低下するという問題のあることがわかった。   However, when high-temperature ion implantation is performed on the back surface of a SiC wafer using an electrostatic chuck with a heating mechanism, depending on the position of the SiC wafer, the characteristics of the finally obtained device deteriorate and the manufacturing yield decreases. I found out that

本発明者の詳細な検討によると、デバイス特性劣化の原因は、静電チャックに吸着されたSiCウェハの吸着面に形成された傷などの欠陥に起因することが判明した。また、このような欠陥は、SiCウェハに限らず、他の半導体ウェハ(例えばSiウェハ)でも発生することがわかった。   According to the detailed examination of the present inventor, it has been found that the cause of the device characteristic deterioration is due to defects such as scratches formed on the attracting surface of the SiC wafer attracted to the electrostatic chuck. In addition, it has been found that such defects occur not only in SiC wafers but also in other semiconductor wafers (for example, Si wafers).

更に、静電チャックに用いる誘電体層の材料によっては、半導体ウェハに多数のパーティクルが付着し、これによって半導体装置の製造歩留まりが低下するという問題のあることもわかった。   Further, it has been found that depending on the material of the dielectric layer used for the electrostatic chuck, a large number of particles adhere to the semiconductor wafer, thereby reducing the manufacturing yield of the semiconductor device.

このような問題は、静電チャックを高温に加熱しない場合には生じなかった課題であり、高温イオン注入を利用して製造される炭化珪素半導体装置の量産化にとっては、必ず解決しなければならない重要な問題である。   Such a problem is a problem that has not occurred when the electrostatic chuck is not heated to a high temperature, and must be solved for mass production of a silicon carbide semiconductor device manufactured using high-temperature ion implantation. It is an important issue.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、静電チャックを用いて被吸着物を高温に保持した状態で各種の処理を行う際に、被吸着面に形成される欠陥の発生を低減することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the main purpose of the present invention is to provide a surface to be attracted when performing various treatments while holding the attracted object at a high temperature using an electrostatic chuck. It is to reduce the occurrence of defects to be formed.

本発明の静電チャックは、誘電体層と、前記誘電体層の表面に電荷を誘起する電極と、前記誘電体層を400℃以上に加熱するヒータとを備える静電チャックであって、被吸着物に接触する面が鏡面加工された絶縁部材を更に備えている。   The electrostatic chuck of the present invention is an electrostatic chuck comprising a dielectric layer, an electrode for inducing charges on the surface of the dielectric layer, and a heater for heating the dielectric layer to 400 ° C. or more. An insulating member whose surface that contacts the adsorbent is mirror-finished is further provided.

好ましい実施形態において、前記絶縁部材は、比抵抗が1.0×108Ω・cm以上の半導体材料から形成されている。 In a preferred embodiment, the insulating member is made of a semiconductor material having a specific resistance of 1.0 × 10 8 Ω · cm or more.

好ましい実施形態において、前記絶縁部材の鏡面加工された面は、5nm以下の表面粗さRaを有している。   In a preferred embodiment, the mirror-finished surface of the insulating member has a surface roughness Ra of 5 nm or less.

好ましい実施形態において、前記絶縁部材は、厚さ50〜150μmの単結晶板である。   In a preferred embodiment, the insulating member is a single crystal plate having a thickness of 50 to 150 μm.

好ましい実施形態において、前記絶縁部材は、シリコン、シリコンカーバイト、またはダイヤモンドから形成されている。   In a preferred embodiment, the insulating member is made of silicon, silicon carbide, or diamond.

好ましい実施形態において、前記絶縁部材は前記誘電体層に対して脱着可能であり、少なくとも前記被吸着物をチャックする期間において前記絶縁部材が前記誘電体層上に配置される。   In a preferred embodiment, the insulating member is detachable from the dielectric layer, and the insulating member is disposed on the dielectric layer at least during a period of chucking the object to be adsorbed.

好ましい実施形態において、前記絶縁部材は前記被吸着物の硬度以下の硬度を有している。   In a preferred embodiment, the insulating member has a hardness equal to or lower than the hardness of the object to be adsorbed.

好ましい実施形態において、前記絶縁部材は前記被吸着物と同じ材料から構成されている。   In a preferred embodiment, the insulating member is made of the same material as the object to be adsorbed.

本発明による半導体装置の製造方法は、誘電体層と、前記誘電体層の表面に電荷を誘起する電極と、前記誘電体層を400℃以上に加熱するヒータと、被吸着物に接触する面が鏡面加工された絶縁部材を備える静電チャックの前記絶縁部材を400℃以上に加熱し、かつ前記絶縁部材の鏡面加工された面上に電荷を誘起する工程と、主面および前記主面に平行な裏面を有する半導体ウェハの一方の面を前記絶縁部材の鏡面加工された面に接触させるように前記半導体ウェハを前記静電チャックに吸着させる工程と、前記半導体ウェハのうち前記絶縁部材の鏡面加工された面に接触していない側の面に対して処理を行う工程とを含む。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a dielectric layer, an electrode that induces electric charge on the surface of the dielectric layer, a heater that heats the dielectric layer to 400 ° C. or more, and a surface that contacts the object to be adsorbed. Heating the insulating member of the electrostatic chuck including the mirror-finished insulating member to 400 ° C. or more and inducing charge on the mirror-finished surface of the insulating member; Adsorbing the semiconductor wafer to the electrostatic chuck such that one surface of the semiconductor wafer having a parallel back surface is brought into contact with the mirror-finished surface of the insulating member; and the mirror surface of the insulating member of the semiconductor wafer And a step of performing processing on the surface that is not in contact with the processed surface.

好ましい実施形態において、前記処理は、イオン注入、ドライエッチング、薄膜堆積のいずれかである。   In a preferred embodiment, the treatment is any one of ion implantation, dry etching, and thin film deposition.

好ましい実施形態において、前記静電チャックから前記絶縁部材を取り外し、被吸着物に接触する面が鏡面加工された他の絶縁部材と交換する工程を含む。   In a preferred embodiment, the method includes a step of removing the insulating member from the electrostatic chuck and replacing the surface with the object to be attracted with another insulating member having a mirror finish.

本発明によれば、鏡面加工された絶縁部材を用いることにより、静電チャックの吸着面を鏡面処理された状態とすることができるため、吸着時に被吸着物の熱膨張が生じても、欠陥の発生を抑制することが可能になる。   According to the present invention, by using a mirror-finished insulating member, the suction surface of the electrostatic chuck can be in a mirror-finished state. Can be suppressed.

前述したように、高温に加熱された静電チャックを用いて半導体ウェハを吸着した場合、デバイス特性が劣化する原因は、静電チャックに吸着された半導体ウェハの被吸着面に傷などの欠陥が形成されることにある。   As described above, when a semiconductor wafer is attracted using an electrostatic chuck heated to a high temperature, the cause of the deterioration of device characteristics is that the surface to be attracted of the semiconductor wafer attracted to the electrostatic chuck has defects such as scratches. It is to be formed.

そこで、本発明の好ましい実施形態を説明する前に、高温の静電チャックと半導体ウェハとが接触することにより半導体ウェハの被吸着面に傷が形成される原因を説明する。   Therefore, before describing a preferred embodiment of the present invention, the cause of the formation of scratches on the attracted surface of a semiconductor wafer due to contact between the high-temperature electrostatic chuck and the semiconductor wafer will be described.

図3は、ULVAC社製イオン注入機において、加熱機構付の静電チャックによってSiCウェハを吸着したときに生じるウェハ表面温度の時間変化を示すグラフである。グラフの縦軸は、放射温度計によって計測したウェハ表面の温度であり、横軸は時間である。図3のデータは、吸着面温度を400℃に設定した静電チャックによってSiCウェハを実際にチャックする実験で得たものである。   FIG. 3 is a graph showing the time change of the wafer surface temperature that occurs when an SiC wafer is adsorbed by an electrostatic chuck with a heating mechanism in an ULVAC ion implanter. The vertical axis of the graph is the wafer surface temperature measured by a radiation thermometer, and the horizontal axis is time. The data in FIG. 3 was obtained in an experiment in which an SiC wafer was actually chucked by an electrostatic chuck with the suction surface temperature set at 400 ° C.

静電チャックで半導体ウェハを吸着する場合、まず、半導体ウェハは静電チャックのチャック面の上にロードされる。ロード開始から期間T1(例えば50〜150秒)を経た後、静電チャックの電極に電圧が印加され、半導体ウェハは静電チャックによって吸着される(チャック開始)。図3では、期間T2においてのみ、半導体ウェハは静電チャックの表面(吸着面)に密着する。図3からわかるように、半導体ウェハがロードされてから実際に吸着されるまでの期間T1においては、ウェハ表面温度が約330℃まで上昇して飽和する。このときの半導体ウェハの加熱は、主として静電チャックの表面(400℃)からの輻射によって行われる。その後、静電チャックが行われると、半導体ウェハは静電チャックの吸着面に密着するため、期間T2の開始とともに、ウェハ表面温度は急激に上昇し、400℃で飽和する(期間T2)。期間T2においては、半導体ウェハの加熱は、高温の静電チャックからの直接的な熱伝導によって生じ、期間T2においてイオン注入、ドライエッチング、薄膜堆積などの処理が実行されることになる。期間T2の経過後、デチャックを行うと、半導体ウェハが静電チャックの吸着面から離れるため、ウェハ表面温度は当初の約330℃まで徐々に低下する(期間T3)。   When adsorbing a semiconductor wafer with an electrostatic chuck, first, the semiconductor wafer is loaded on the chuck surface of the electrostatic chuck. After a period T1 (for example, 50 to 150 seconds) from the start of loading, a voltage is applied to the electrode of the electrostatic chuck, and the semiconductor wafer is attracted by the electrostatic chuck (chuck start). In FIG. 3, the semiconductor wafer is in close contact with the surface (suction surface) of the electrostatic chuck only in the period T2. As can be seen from FIG. 3, in the period T1 from when the semiconductor wafer is loaded until it is actually attracted, the wafer surface temperature rises to about 330 ° C. and saturates. The heating of the semiconductor wafer at this time is mainly performed by radiation from the surface (400 ° C.) of the electrostatic chuck. Thereafter, when the electrostatic chuck is performed, the semiconductor wafer comes into close contact with the attracting surface of the electrostatic chuck, so that the wafer surface temperature rapidly increases and saturates at 400 ° C. (period T2) with the start of the period T2. In the period T2, the semiconductor wafer is heated by direct heat conduction from the high-temperature electrostatic chuck, and in the period T2, processes such as ion implantation, dry etching, and thin film deposition are performed. When dechucking is performed after the lapse of the period T2, the semiconductor wafer is separated from the attracting surface of the electrostatic chuck, so that the wafer surface temperature gradually decreases to about 330 ° C. (period T3).

ウェハ表面温度が静電チャックからの輻射によって上昇するとき(期間T1)においても、半導体ウェハは熱膨張するが、静電チャックと半導体ウェハとが密着していないため、半導体ウェハの表面に傷などが形成されることは顕著には起こらない。その後、静電チャックの電極にチャック電圧が印加されると、半導体ウェハは静電力によって静電チャックに強固に押し付けられることになる。半導体ウェハが静電チャックに押し付けられて両者が密着すると、図3に示すようにウェハ温度が急激に上昇するため、半導体ウェハの熱膨張も急激に進行することになる。すなわち、半導体ウェハは、その厚さ方向に働く静電力によって静電チャックに押し付けられながら、面内方向に急激に熱膨張することになる。このとき、半導体ウェハの被吸着面と静電チャックの吸着面とが強い力で擦れあうことになる。   Even when the wafer surface temperature rises due to radiation from the electrostatic chuck (period T1), the semiconductor wafer thermally expands, but the electrostatic chuck and the semiconductor wafer are not in close contact with each other. The formation of is not noticeable. Thereafter, when a chuck voltage is applied to the electrode of the electrostatic chuck, the semiconductor wafer is strongly pressed against the electrostatic chuck by electrostatic force. When the semiconductor wafer is pressed against the electrostatic chuck and the two come into close contact with each other, the wafer temperature rapidly rises as shown in FIG. 3, so that the thermal expansion of the semiconductor wafer also proceeds abruptly. That is, the semiconductor wafer rapidly expands in the in-plane direction while being pressed against the electrostatic chuck by the electrostatic force acting in the thickness direction. At this time, the attracted surface of the semiconductor wafer and the attracted surface of the electrostatic chuck are rubbed with a strong force.

図4は、表面がAlNからなる静電チャックによって炭化珪素(SiC)半導体ウェハを吸着した後の、SiCウェハの吸着面を示す走査電子顕微鏡(SEM)写真である。ウェハ半径方向に長さの揃った傷(欠陥)が観察された。また、傷の端にはSiCからなる異物が付着していることが判明した。   FIG. 4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a suction surface of a SiC wafer after a silicon carbide (SiC) semiconductor wafer is sucked by an electrostatic chuck whose surface is made of AlN. Scratches (defects) having a uniform length in the wafer radial direction were observed. It was also found that a foreign substance made of SiC adhered to the edge of the scratch.

現在広く用いられている静電チャックの吸着面は窒化アルミニウム(AlN)から形成されており、その硬度は炭化珪素の硬度よりも低い。また、静電チャックの吸着面は、半導体ウェハの被吸着面に傷をつけないように可能な限り平滑化されている。このため、静電チャックによって炭化珪素のように硬い半導体からなるウェハに傷が形成されるとは予想されず、実際に傷が観察されたとの報告もない。しかしながら、本発明者の詳細な検討よると、静電チャックのAlN表面には、たとえ平滑化処理がなされていても、局所的に微細な凸部や異物が存在しており、高温チャック時に上述の熱膨張が急激に生じると、これらの凸部や異物が半導体ウェハの一部に欠陥を形成してしまうことがわかった。   The adsorption surface of an electrostatic chuck that is widely used at present is made of aluminum nitride (AlN), and its hardness is lower than that of silicon carbide. Further, the attracting surface of the electrostatic chuck is smoothed as much as possible so as not to damage the attracted surface of the semiconductor wafer. For this reason, scratches are not expected to be formed on a wafer made of a hard semiconductor such as silicon carbide by an electrostatic chuck, and there is no report that scratches were actually observed. However, according to the detailed examination of the present inventor, even if smoothing treatment is performed on the AlN surface of the electrostatic chuck, fine protrusions and foreign matter are locally present, and the above-mentioned during high temperature chucking. It has been found that when the thermal expansion of this occurs abruptly, these convex portions and foreign matters form defects in a part of the semiconductor wafer.

図4の写真において、ウェハ半径方向に欠陥の方向が揃っている理由は、SiCウェハがウェハ中心部から放射線状に熱膨張するためであると考えられる。   In the photograph of FIG. 4, the reason why the defect directions are aligned in the wafer radial direction is considered to be because the SiC wafer thermally expands radially from the wafer center.

ここで、欠陥とは以下の3種類を指す。
(1)静電チャックの吸着面に存在する突起や異物によって半導体ウェハの被吸着面が削られてできる「傷」。
(2)静電チャックの吸着面に存在する突起や異物によって削られたウェハ材料が半導体ウェハの吸着面に吸着する「パーティクル」。
(3)半導体ウェハによって削られた静電チャックの吸着面材料が半導体ウェハの被吸着面に付着する「パーティクル」。
Here, the defect refers to the following three types.
(1) A “scratch” that is generated when a surface to be attracted of a semiconductor wafer is scraped by a protrusion or foreign matter present on the attracting surface of an electrostatic chuck.
(2) “Particles” in which wafer material shaved by protrusions or foreign matter present on the chucking surface of the electrostatic chuck is chucked on the chucking surface of the semiconductor wafer.
(3) “Particles” in which the chucking surface material of the electrostatic chuck scraped by the semiconductor wafer adheres to the chucked surface of the semiconductor wafer.

これらの欠陥は、デバイス構造に直接影響し、性能の劣化、歩留まりの低下を引き起こす。また、静電チャック表面の絶縁体材料として広く用いられているAlNや、熱分解性窒化ホウ素(pBN)は、炭化珪素半導体のドーパント(不純物)として用いられる窒素(N)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)を含有している。したがって、これらのパーティクルがウェハに付着したまま、活性化アニールを行うと、本来形成されるべき拡散層の濃度が変化し、あるいは導電型が逆転してしまう可能性がある。特にホウ素(B)は、例外的に炭化珪素内を拡散できる元素であり、通常、n型基板を用いて作製する炭化珪素パワーデバイスにとっては大きな問題となる。   These defects directly affect the device structure, causing performance degradation and yield reduction. In addition, AlN widely used as an insulator material on the electrostatic chuck surface and pyrolytic boron nitride (pBN) are nitrogen (N), aluminum (Al), which are used as dopants (impurities) of a silicon carbide semiconductor, Contains boron (B). Therefore, if activation annealing is performed with these particles attached to the wafer, the concentration of the diffusion layer that should be formed may change or the conductivity type may be reversed. In particular, boron (B) is an element that can exceptionally diffuse in silicon carbide, and is usually a big problem for silicon carbide power devices manufactured using an n-type substrate.

図5(a)〜(c)は、静電チャック6が半導体ウェハ1を吸着したときに半導体ウェハ1の吸着面に傷が入る現象をモデル化して説明するための断面図である。   FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views for modeling and explaining a phenomenon in which the suction surface of the semiconductor wafer 1 is damaged when the electrostatic chuck 6 sucks the semiconductor wafer 1.

図5(a)は、静電チャック前における半導体ウェハ1および静電チャック6の表面を示している。静電チャック6の表面は研削、研磨によって平坦化しているものの、実際にはその表面にも、局所的に高さが1μm以上の突起が存在する。このため、半導体ウェハ1と吸着面との間で点接触領域が発生することになる。図5(b)は、静電チャック後にける半導体ウェハ1と静電チャック6との関係を示す図である。静電チャック6により、半導体ウェハ1は静電チャック6の表面に押し付けられながら、横方向に急激に熱膨張する。このとき、図5(c)に示すように、静電チャック6の表面に存在する突起6aが半導体ウェハ1の表面をえぐって傷4を形成し、削られたウェハ材料が傷4の端にバリとして残る。このバリがパーティクル5となる。すなわち、傷4およびパーティクル5が対で形成される。   FIG. 5A shows the surfaces of the semiconductor wafer 1 and the electrostatic chuck 6 before the electrostatic chuck. Although the surface of the electrostatic chuck 6 is flattened by grinding and polishing, actually, there are locally protrusions having a height of 1 μm or more on the surface. For this reason, a point contact region is generated between the semiconductor wafer 1 and the suction surface. FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the semiconductor wafer 1 and the electrostatic chuck 6 after the electrostatic chuck. The electrostatic chuck 6 causes the semiconductor wafer 1 to rapidly expand in the lateral direction while being pressed against the surface of the electrostatic chuck 6. At this time, as shown in FIG. 5 (c), the protrusion 6 a existing on the surface of the electrostatic chuck 6 forms a scratch 4 around the surface of the semiconductor wafer 1, and the scraped wafer material is formed at the end of the scratch 4. Remains as Bali. This burr becomes the particle 5. That is, the scratch 4 and the particle 5 are formed in pairs.

本発明者は、平滑性に優れた材料からなる絶縁部材の表面に対して鏡面加工を施し、その絶縁部材を静電チャックの表面に設ければ、上記欠陥の課題を解決できること見出して本発明を完成した。   The present inventor has found that the problem of the defect can be solved by applying mirror finish to the surface of the insulating member made of a material having excellent smoothness and providing the insulating member on the surface of the electrostatic chuck. Was completed.

400℃以上の高温に加熱されている静電チャックから静電力を半導体ウェハに及ぼすためには、静電チャック時における電荷の流出を防止する必要があるため、絶縁部材の比抵抗を1.0×108Ω・cm以上にする必要がある。 In order to apply an electrostatic force to the semiconductor wafer from the electrostatic chuck heated to a high temperature of 400 ° C. or higher, it is necessary to prevent the outflow of charges during the electrostatic chuck. × 10 8 Ω · cm or more is required.

このような高抵抗を有する材料のうち、表面粗さRaを5nm以下に研磨するのに適した材料は、シリコン、シリコンカーバイト、またはダイヤモンドなどである。本明細書において、「表面粗さRa」は、JISB0601−1994で規格される算術平均粗さRaによって定義される。これら半導体材料の比抵抗を1.0×108Ω・cm以上に上昇させるには、半導体中の不純物を低減すればよい。 Among materials having such a high resistance, materials suitable for polishing the surface roughness Ra to 5 nm or less are silicon, silicon carbide, diamond, and the like. In the present specification, the “surface roughness Ra” is defined by the arithmetic average roughness Ra standardized by JISB0601-1994. In order to increase the specific resistance of these semiconductor materials to 1.0 × 10 8 Ω · cm or more, impurities in the semiconductor may be reduced.

なお、絶縁部材20は、単結晶から形成されている必要はなく、ポリタイプやアモルファス、あるいは、これらの複合物であってもよいが、研磨によって表面の平滑度を充分に高めるには、単結晶であることが望ましい。静電チャックの吸着面として機能し得る広い面積の単結晶としては、SiやSiCの鏡面研磨済みウェハを好適に使用することができる。ただし、通常のウェハ厚さは250〜750μmであり、静電チャックと半導体ウェハとの間に配置するには厚すぎるため、研削、CMP(化学的機械研磨)、サンドブラストなどによって厚さを50〜150μm程度に薄くすることが望ましい。このような厚さ範囲にあれば、絶縁部材自体が自立的な機械的強度を示すため、ハンドリングしやすく、静電チャックの誘電体層に対して絶縁部材を脱着可能にすることができる。絶縁部材を脱着可能にすれば、絶縁部材の表面荒度が劣化した場合、その絶縁部材のみを新しい絶縁部材に交換することが容易である。   The insulating member 20 does not need to be formed of a single crystal, and may be polytype, amorphous, or a composite thereof. However, in order to sufficiently increase the surface smoothness by polishing, the insulating member 20 may be It is desirable to be a crystal. As a single crystal having a large area that can function as an adsorption surface of the electrostatic chuck, a mirror-polished wafer of Si or SiC can be preferably used. However, the normal wafer thickness is 250 to 750 μm, and it is too thick to be placed between the electrostatic chuck and the semiconductor wafer. Therefore, the thickness is set to 50 to 50 by grinding, chemical mechanical polishing (CMP), sandblasting, or the like. It is desirable to make it as thin as about 150 μm. Within such a thickness range, the insulating member itself exhibits a self-supporting mechanical strength, so that it is easy to handle and the insulating member can be attached to and detached from the dielectric layer of the electrostatic chuck. If the insulating member is removable, it is easy to replace only the insulating member with a new insulating member when the surface roughness of the insulating member deteriorates.

(実施形態1)
以下、本発明による静電チャックの第1の実施形態を説明する。実施形態の静電チャックは、双極型であるが、単極型であってもよい。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment of an electrostatic chuck according to the present invention will be described. The electrostatic chuck of the embodiment is a bipolar type, but may be a monopolar type.

図1は、本実施形態における静電チャック6の構造を模式的に示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the electrostatic chuck 6 in the present embodiment.

図1の静電チャック6は、絶縁膜12で被覆されたグラファイト板11と、絶縁膜12の上に配置された電極13と、これらを覆う誘電体層14とを備えている。絶縁膜12はpBN(熱分解窒化ホウ素)等の絶縁材料から形成されており、誘電体層14は、pBNまたはAlN(窒化アルミ)から形成されている。電極13は、端子を通じて電源(不図示)に接続されている。   The electrostatic chuck 6 in FIG. 1 includes a graphite plate 11 covered with an insulating film 12, an electrode 13 disposed on the insulating film 12, and a dielectric layer 14 covering these. The insulating film 12 is made of an insulating material such as pBN (pyrolytic boron nitride), and the dielectric layer 14 is made of pBN or AlN (aluminum nitride). The electrode 13 is connected to a power source (not shown) through a terminal.

本実施形態の静電チャックに特徴的な点は、図1に示すように、誘電体層14の上に絶縁部材20が設けられていることにある。この絶縁部材20の表面のうち、半導体ウェハ1と密着する側の面は、鏡面研磨処理が施されており、その表面粗さRaは5nm以下の状態にある。本実施形態における絶縁部材20は、厚さ50μmのSiCウェハから形成されているが、絶縁部材20の材料は、他の半導体材料(シリコン単結晶、ダイヤモンド等)から形成されていてもよい。また、これらの半導体が積層された構造を有していてもよい。なお、絶縁材料20は接着材料等により絶縁膜12に固定されている。   A characteristic point of the electrostatic chuck of the present embodiment is that an insulating member 20 is provided on the dielectric layer 14 as shown in FIG. Of the surface of the insulating member 20, the surface that is in close contact with the semiconductor wafer 1 is subjected to mirror polishing, and the surface roughness Ra is 5 nm or less. The insulating member 20 in the present embodiment is formed from a SiC wafer having a thickness of 50 μm, but the material of the insulating member 20 may be formed from other semiconductor materials (silicon single crystal, diamond, etc.). Moreover, you may have the structure where these semiconductors were laminated | stacked. The insulating material 20 is fixed to the insulating film 12 with an adhesive material or the like.

このような構成を備える静電チャック6を用いて図3に示すシーケンスで直径3インチの半導体ウェハ1をチャックし、半導体ウェハ1を460℃の温度に加熱した状態でイオン注入を行ったところ、半導体ウェハ1の吸着面には、図4に示すような傷は観察されなかった。また、半導体ウェハ1の吸着面に付着するパーティクルの量も、ウェハ全体で100個以下であることがわかった。   Using the electrostatic chuck 6 having such a configuration, the semiconductor wafer 1 having a diameter of 3 inches is chucked in the sequence shown in FIG. 3, and ion implantation is performed in a state where the semiconductor wafer 1 is heated to a temperature of 460 ° C. No scratches as shown in FIG. 4 were observed on the suction surface of the semiconductor wafer 1. It was also found that the amount of particles adhering to the suction surface of the semiconductor wafer 1 was 100 or less for the entire wafer.

(実施形態2)
以下、本発明による静電チャックの第2の実施形態を説明する。本実施形態の静電チャックは、双極型であるが、単極型であってもよい。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the electrostatic chuck according to the present invention will be described. The electrostatic chuck of this embodiment is a bipolar type, but may be a monopolar type.

図2は、本実施形態における静電チャック6の構造を模式的に示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the electrostatic chuck 6 in the present embodiment.

図2の静電チャック6が図1の静電チャック6と異なる点は、絶縁部材30が誘電体層14から脱着可能に配置されていることにある。本実施形態の絶縁部材30は、鏡面研磨処理が施されており、その表面粗さRaは5nm以下の状態にある。本実施形態における絶縁部材30は、厚さ150μmのSiCウェハ(比抵抗:1.0×108Ω・cm程度)から形成されている。 The electrostatic chuck 6 in FIG. 2 is different from the electrostatic chuck 6 in FIG. 1 in that the insulating member 30 is detachably disposed from the dielectric layer 14. The insulating member 30 of the present embodiment has been subjected to mirror polishing, and the surface roughness Ra is in a state of 5 nm or less. The insulating member 30 in the present embodiment is formed from a SiC wafer having a thickness of 150 μm (specific resistance: about 1.0 × 10 8 Ω · cm).

本実施形態の絶縁部材30は、その厚さが相対的に厚いため、絶縁部材30のハンドリングが容易である。   Since the insulating member 30 of the present embodiment is relatively thick, the insulating member 30 is easy to handle.

(実施形態3)
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施形態を説明する。本実施形態では、炭化珪素半導体の縦型MISFETを製造する。
(Embodiment 3)
Embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below. In the present embodiment, a vertical MISFET of silicon carbide semiconductor is manufactured.

まず、図6を参照する。図6(a)〜(g)は、本実施形態における炭化珪素半導体の縦型MISFETの製造工程を示す工程断面図である。   First, referring to FIG. FIGS. 6A to 6G are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the vertical MISFET of silicon carbide semiconductor in the present embodiment.

まず、図6(a)に示すように、炭化珪素基板101上に炭化珪素からなるドリフト層102をエピタキシャル成長させた半導体ウェハ1を用意する。本明細書では、半導体基板の表面に半導体層が形成されている場合、その全体を「半導体ウェハ」と称することとする。半導体ウェハ1の第1の面(ウェハの「主面」)1aは、ドリフト層102の上面であり、第2の面(ウェハの「裏面」)1bは、炭化珪素基板101の下面である。   First, as shown in FIG. 6A, a semiconductor wafer 1 in which a drift layer 102 made of silicon carbide is epitaxially grown on a silicon carbide substrate 101 is prepared. In this specification, when a semiconductor layer is formed on the surface of a semiconductor substrate, the whole is referred to as a “semiconductor wafer”. First surface (wafer “main surface”) 1 a of semiconductor wafer 1 is the upper surface of drift layer 102, and second surface (wafer “back surface”) 1 b is the lower surface of silicon carbide substrate 101.

炭化珪素基板101は、(0001)面から<11−20>方向に向かって例えば8°オフされた主面を有し、n型ドーピング濃度が1×1018cm-3〜5×1019cm-3である。炭化珪素基板101よりもドーピング濃度の低いドリフト層102は、原料ガスとして例えばシラン(SiH4)およびプロパン(C38)を、キャリアガスとして水素(H2)を、ドーパントガスとして窒素(N2)ガスを用いる熱CVDを行うことにより得ることができる。600V耐圧のMOSFETを製造する場合、ドリフト層102のドーピング濃度は1×1015cm-3〜1×1016cm-3に調整され、厚さは10μm以上に設定されることが好ましい。 Silicon carbide substrate 101 has a main surface that is off, for example, 8 ° from the (0001) plane in the <11-20> direction, and an n-type doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 19 cm. -3 . The drift layer 102 having a doping concentration lower than that of the silicon carbide substrate 101 includes, for example, silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) as source gases, hydrogen (H 2 ) as a carrier gas, and nitrogen (N 2 ) It can be obtained by performing thermal CVD using gas. When manufacturing a MOSFET with a withstand voltage of 600 V, it is preferable that the doping concentration of the drift layer 102 is adjusted to 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 16 cm −3 and the thickness is set to 10 μm or more.

次に、図6(b)に示すように、半導体ウェハ1の第1の面1aを静電チャックの絶縁部材20に吸着させ、第2の面1bにイオン注入を行う。本実施形態では、図1に示す静電チャック6を使用してイオン注入工程を実行する。このとき、絶縁部材20の温度は、例えば460℃に設定されている。イオン3としては、炭化珪素基板101と同じn型を示すドーパント、例えば窒素を用いる。このイオン注入により、半導体ウェハ1の第2の面1bの表面に裏面注入層7を形成することができる(図6(c))。裏面注入層7は、ドレイン電極のコンタクト抵抗を低減するために形成するものであり、炭化珪素基板101よりも高濃度の注入層を形成する。なお、この時点では活性化アニールは行わなくともよい。   Next, as shown in FIG. 6B, the first surface 1a of the semiconductor wafer 1 is attracted to the insulating member 20 of the electrostatic chuck, and ion implantation is performed on the second surface 1b. In the present embodiment, the ion implantation process is performed using the electrostatic chuck 6 shown in FIG. At this time, the temperature of the insulating member 20 is set to 460 ° C., for example. As ions 3, the same n-type dopant as silicon carbide substrate 101, for example, nitrogen is used. By this ion implantation, the back surface implanted layer 7 can be formed on the surface of the second surface 1b of the semiconductor wafer 1 (FIG. 6C). The back surface injection layer 7 is formed to reduce the contact resistance of the drain electrode, and forms an injection layer having a higher concentration than the silicon carbide substrate 101. At this time, activation annealing does not have to be performed.

高温でのイオン注入工程が終了した後、半導体ウェハ1を静電チェックから取り外し、イオン注入装置の外部に取り出して、次の工程を実行する。半導体ウェハ1の第1の面1aには、この後の工程で、pウェル、n型ソース領域を形成し、チャネルを形成することになる。また、第1の面1aの側にはゲート絶縁膜やゲート電極を形成することになる。したがって、第2の面1bへの注入工程によって第1の面1aに静電チャックからのパーティクルが付着したり、傷が形成されたりすると、チャネル移動度の低下を招く。また第1の面1aが汚染すると、ゲート絶縁膜の耐圧劣化や信頼性劣化を招くことになる。しかし、本実施形態では、半導体ウェハ1のうちチャネルやゲート絶縁膜を形成する側の面(第1の面1a)が静電チャックに吸着されるとき、絶縁部材20の研磨面と接触するため、半導体ウェハ1の熱膨張が生じても、第1の面1aへの欠陥発生、汚染を防止できるため、デバイス特性を高めることが可能になる。   After the ion implantation process at a high temperature is completed, the semiconductor wafer 1 is removed from the electrostatic check, taken out of the ion implantation apparatus, and the next process is executed. On the first surface 1a of the semiconductor wafer 1, a p-well and an n-type source region are formed and a channel is formed in a subsequent process. Further, a gate insulating film and a gate electrode are formed on the first surface 1a side. Accordingly, if particles from the electrostatic chuck adhere to the first surface 1a or scratches are formed on the first surface 1a by the injection process to the second surface 1b, the channel mobility is lowered. Further, when the first surface 1a is contaminated, the breakdown voltage and reliability of the gate insulating film are deteriorated. However, in the present embodiment, when the surface (first surface 1a) on the side where the channel or gate insulating film is formed in the semiconductor wafer 1 is attracted to the electrostatic chuck, it contacts the polishing surface of the insulating member 20. Even if thermal expansion of the semiconductor wafer 1 occurs, it is possible to prevent occurrence of defects and contamination on the first surface 1a, so that device characteristics can be improved.

静電チャック6からのパーティクルを除去するため、半導体ウェハ1に硫酸過水洗浄とアンモニア過水洗浄を実施する。   In order to remove particles from the electrostatic chuck 6, the semiconductor wafer 1 is washed with sulfuric acid and water with ammonia.

次に、図6(d)に示すように、ドリフト層102の表面にp型のウェル領域103をイオン注入法によって形成する。このときも、イオン注入装置内において高温に加熱された静電チャック6で半導体ウェハ1を吸着させ、その状態でイオン注入を行う。ただし、静電チャック6の吸着面に密着するのは、半導体ウェハ1の第2の面1bである。第2の面1bも、絶縁部材20の鏡面処理された面に密着するため、半導体ウェハ1の熱膨張が生じても傷などの形成が抑制される。   Next, as shown in FIG. 6D, a p-type well region 103 is formed on the surface of the drift layer 102 by ion implantation. Also at this time, the semiconductor wafer 1 is adsorbed by the electrostatic chuck 6 heated to a high temperature in the ion implantation apparatus, and ion implantation is performed in that state. However, it is the second surface 1 b of the semiconductor wafer 1 that is in close contact with the attracting surface of the electrostatic chuck 6. Since the second surface 1b is also in close contact with the mirror-finished surface of the insulating member 20, formation of scratches and the like is suppressed even if the semiconductor wafer 1 is thermally expanded.

図6(d)に示す注入マスク112には、パターニングされたSiO2膜(厚さ:厚さ2μm)を用いることができる。ここで注入するイオン3は、p型のドーパントであるAlである。このイオン注入工程でも、半導体ウェハ1の設定温度は460℃である。 For the implantation mask 112 shown in FIG. 6D, a patterned SiO 2 film (thickness: 2 μm thickness) can be used. The ions 3 implanted here are Al which is a p-type dopant. Even in this ion implantation step, the set temperature of the semiconductor wafer 1 is 460 ° C.

イオン注入完了後には、図6(e)に示すように注入マスク112を除去する。注入マスク112がSiO2からなる場合、例えば10:1のバッファードフッ酸中に30分間浸漬することにより、注入マスク112を除去できる。 After completion of the ion implantation, the implantation mask 112 is removed as shown in FIG. When the implantation mask 112 is made of SiO 2 , the implantation mask 112 can be removed by immersing in, for example, 10: 1 buffered hydrofluoric acid for 30 minutes.

同様にして、パターニングされた注入マスク(不図示)を用いてAlのイオン注入および窒素のイオン注入を行うことにより、図6(g)に示すコンタクト領域104およびソース領域105を形成する。   Similarly, a contact region 104 and a source region 105 shown in FIG. 6G are formed by performing Al ion implantation and nitrogen ion implantation using a patterned implantation mask (not shown).

この後、不活性化ガス雰囲気中で例えば1700℃で30分の活性化アニールを一括的に行う。その後、図6(g)に示すゲート絶縁膜106を形成するため、例えば熱酸化膜を成長させる。このとき、例えばドライ酸素を3SLM流しながら1100℃で3時間保持することにより、厚さ70nm程度の熱酸化膜を形成することができる。   Thereafter, activation annealing is performed at a time, for example, at 1700 ° C. for 30 minutes in an inert gas atmosphere. Thereafter, in order to form the gate insulating film 106 shown in FIG. 6G, for example, a thermal oxide film is grown. At this time, for example, a thermal oxide film having a thickness of about 70 nm can be formed by holding dry oxygen at 3100 ° C. for 3 hours at 1100 ° C.

次に、ゲート絶縁膜106の所望の領域上にゲート電極109を形成する。ゲート電極109の材料としては、導電性を付与した多結晶シリコンを用いることが好ましい。このような多結晶シリコン膜は熱CVDによって、原料ガスとしてシランを、ドーピングガスとしてホスフィンPH3を用いることによって形成することができる。パターニングは通常のフォトリソグラフィーとドライエッチングによって実施できる。ゲート電極109を形成した後、SiO2からなる層間絶縁膜110を堆積する。層間絶縁膜110の所定領域をドライエッチングで開口することによりコンタクトホールを形成した後、コンタクトホール内にソース電極108を形成する。ソース電極108は、例えばチタンまたはニッケルを例えば厚さ50nmになるまで形成した後、950℃程度の温度で1分程度シンターすることによって得られる。 Next, a gate electrode 109 is formed over a desired region of the gate insulating film 106. As a material for the gate electrode 109, polycrystalline silicon imparted with conductivity is preferably used. Such a polycrystalline silicon film can be formed by thermal CVD using silane as a source gas and phosphine PH 3 as a doping gas. Patterning can be performed by ordinary photolithography and dry etching. After forming the gate electrode 109, an interlayer insulating film 110 made of SiO 2 is deposited. After a contact hole is formed by opening a predetermined region of the interlayer insulating film 110 by dry etching, a source electrode 108 is formed in the contact hole. The source electrode 108 can be obtained by forming titanium or nickel, for example, to a thickness of 50 nm, for example, and then sintering at a temperature of about 950 ° C. for about 1 minute.

第2の面1bに形成した裏面注入層7にはドレイン電極107を形成する。ドレイン電極107は、例えばチタンまたはニッケルを例えば厚さ50nmになるまで形成した後、950℃程度の温度で1分程度シンターすることによって得られる。   A drain electrode 107 is formed on the back surface injection layer 7 formed on the second surface 1b. The drain electrode 107 is obtained, for example, by forming titanium or nickel to a thickness of 50 nm, for example, and then sintering at a temperature of about 950 ° C. for about 1 minute.

層間絶縁膜110の表面には上部配線111を形成する。上部配線111は、例えば厚さ3μmのアルミニウムを堆積し、通常のフォトリソグラフィーおよびドライエッチングまたはウェットエッチングによってアルミニウムをパターニングすることによって得られる。これで炭化珪素縦型MISFETが完成する(図6(g))。   An upper wiring 111 is formed on the surface of the interlayer insulating film 110. The upper wiring 111 is obtained, for example, by depositing aluminum having a thickness of 3 μm and patterning the aluminum by ordinary photolithography and dry etching or wet etching. This completes the silicon carbide vertical MISFET (FIG. 6G).

上記の製造方法によって得られる炭化珪素縦型MISFETは、第2の面1b(基板裏面)へのイオン注入工程において、チャネルを形成する第1の面1aが静電チャックにおける絶縁部材20の鏡面処理された平滑な表面に吸着されるため、第1の面1aにおける欠陥の形成を抑制でき、その結果として、チャネル移動度の低下や、ゲート絶縁膜の耐圧劣化、信頼性劣化を防止できる。   In the silicon carbide vertical MISFET obtained by the manufacturing method described above, in the ion implantation process to the second surface 1b (back surface of the substrate), the first surface 1a forming the channel is mirror-finished on the insulating member 20 in the electrostatic chuck. Since it is adsorbed by the smooth surface, it is possible to suppress the formation of defects on the first surface 1a, and as a result, it is possible to prevent a decrease in channel mobility, a breakdown voltage deterioration of the gate insulating film, and a reliability deterioration.

本実施形態では、縦型パワーデバイスの例としてMISFETをあげたが、本発明は、これに限定されるものでない。本発明は、IGBT、JFET、静電誘導型トランジスタ(SIT)、PNダイオード、ショットキーダイオードなど、ウェハの第1の面から、これに対峙する第2の面に電流を流す縦型パワーデバイスであれば、適用することが可能である。   In the present embodiment, the MISFET is taken as an example of the vertical power device, but the present invention is not limited to this. The present invention is a vertical power device such as an IGBT, JFET, static induction transistor (SIT), PN diode, Schottky diode, etc., that allows current to flow from the first surface of the wafer to the second surface facing it. If there is, it can be applied.

本実施形態では、高温で静電チャックを行った状態でイオン注入を実行しているが、イオン注入以外にも、PVD、CVD、ドライエッチング等の他の処理を実行してもよい。   In this embodiment, the ion implantation is performed in a state where the electrostatic chuck is performed at a high temperature, but other processes such as PVD, CVD, and dry etching may be performed in addition to the ion implantation.

本発明の静電チャックは、半導体ウェハなどを吸着して各種の処理を行う製造技術に広く適用することができる。吸着の対象物は、表面の平滑性が要求されるものであれば、必ずも半導体ウェハに限定されないため、本発明の静電チャックは、FPD(フラットパネルディスプレイ)、ハードディスク、光学メディアなどの電子装置の製造方法に適用しても効果を奏することができる。   The electrostatic chuck of the present invention can be widely applied to manufacturing techniques for performing various processes by attracting a semiconductor wafer or the like. Since the object to be attracted is not necessarily limited to a semiconductor wafer as long as the surface smoothness is required, the electrostatic chuck of the present invention is an electronic device such as an FPD (flat panel display), a hard disk, or an optical medium. Even if it is applied to a method for manufacturing an apparatus, an effect can be obtained.

本発明による静電チャックの第1の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment of the electrostatic chuck by this invention. 本発明による静電チャックの第2の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the electrostatic chuck by this invention. 加熱機構を備えた静電チャックによる被吸着物であるウェハ表面温度の時間変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the time change of the wafer surface temperature which is a to-be-adsorbed object by the electrostatic chuck provided with the heating mechanism. SiCウェハ吸着面にできた欠陥をSEM観察した結果である。It is the result of having observed the defect made on the SiC wafer adsorption surface by SEM. (a)〜(c)は、ウェハ吸着面に欠陥ができるモデルを示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the model in which a wafer suction surface has a defect. (a)〜(g)は本発明の実施形態における炭化珪素縦型MISFET半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。(A)-(g) is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the silicon carbide vertical MISFET semiconductor device in embodiment of this invention. 静電チャックの従来構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional structure of an electrostatic chuck.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体ウェハ
1a 第1の面(半導体ウェハの主面)
1b 第2の面(半導体ウェハの裏面)
3 イオン
4 傷
5 パーティクル
6 静電チャック
6a 静電チャック表面の突起
7 裏面注入層
11 グラファイト板
12 絶縁膜
13 電極
14 誘電体層
20、30 絶縁部材
101 炭化珪素基板
102 ドリフト層
103 ウェル領域
104 コンタクト領域
105 ソース領域
106 ゲート絶縁膜
107 ドレイン電極
108 ソース電極
109 ゲート電極
110 層間絶縁膜
111 上部配線
112 注入マスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor wafer 1a 1st surface (main surface of a semiconductor wafer)
1b Second surface (back surface of semiconductor wafer)
3 Ion 4 Scratch 5 Particle 6 Electrostatic chuck 6a Electrostatic chuck surface protrusion 7 Back surface injection layer 11 Graphite plate 12 Insulating film 13 Electrode 14 Dielectric layers 20 and 30 Insulating member 101 Silicon carbide substrate 102 Drift layer 103 Well region 104 Contact Region 105 source region 106 gate insulating film 107 drain electrode 108 source electrode 109 gate electrode 110 interlayer insulating film 111 upper wiring 112 implantation mask

Claims (11)

誘電体層と、
前記誘電体層の表面に電荷を誘起する電極と、
前記誘電体層を400℃以上に加熱するヒータと、
を備える静電チャックであって、
被吸着物に接触する面が鏡面加工された絶縁部材を更に備えている静電チャック。
A dielectric layer;
An electrode for inducing charge on the surface of the dielectric layer;
A heater for heating the dielectric layer to 400 ° C. or higher;
An electrostatic chuck comprising:
An electrostatic chuck further comprising an insulating member having a mirror-finished surface in contact with an object to be attracted.
前記絶縁部材は、比抵抗が1.0×108Ω・cm以上の半導体材料から形成されている請求項1に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the insulating member is made of a semiconductor material having a specific resistance of 1.0 × 10 8 Ω · cm or more. 前記絶縁部材の鏡面加工された面は、5nm以下の表面粗さRaを有している請求項2に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 2, wherein the mirror-finished surface of the insulating member has a surface roughness Ra of 5 nm or less. 前記絶縁部材は、厚さ50〜150μmの単結晶板である請求項3に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 3, wherein the insulating member is a single crystal plate having a thickness of 50 to 150 μm. 前記絶縁部材は、シリコン、シリコンカーバイト、またはダイヤモンドから形成されている請求項4に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 4, wherein the insulating member is made of silicon, silicon carbide, or diamond. 前記絶縁部材は、前記誘電体層に対して脱着可能であり、少なくとも前記被吸着物をチャックする期間において前記絶縁部材が前記誘電体層上に配置される請求項1から5のいずれかに記載の静電チャック。   The said insulating member is detachable with respect to the said dielectric material layer, The said insulating member is arrange | positioned on the said dielectric material layer at least in the period which chucks the said to-be-adsorbed object. Electrostatic chuck. 前記絶縁部材は、前記被吸着物の硬度以下の硬度を有している請求項1から6のいずれかに記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the insulating member has a hardness equal to or lower than a hardness of the object to be adsorbed. 前記絶縁部材は、前記被吸着物と同じ材料から構成されている請求項1から6のいずれかに記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the insulating member is made of the same material as the object to be adsorbed. 誘電体層と、前記誘電体層の表面に電荷を誘起する電極と、前記誘電体層を400℃以上に加熱するヒータと、被吸着物に接触する面が鏡面加工された絶縁部材を備える静電チャックの前記絶縁部材を400℃以上に加熱し、かつ前記絶縁部材の鏡面加工された面上に電荷を誘起する工程と、
主面および前記主面に平行な裏面を有する半導体ウェハの一方の面を前記絶縁部材の鏡面加工された面に接触させるように前記半導体ウェハを前記静電チャックに吸着させる工程と、
前記半導体ウェハのうち前記絶縁部材の鏡面加工された面に接触していない側の面に対して処理を行う工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
A static layer comprising a dielectric layer, an electrode for inducing charge on the surface of the dielectric layer, a heater for heating the dielectric layer to 400 ° C. or more, and an insulating member whose surface contacting the object to be adsorbed is mirror-finished. Heating the insulating member of the electric chuck to 400 ° C. or higher and inducing charges on the mirror-finished surface of the insulating member;
Adsorbing the semiconductor wafer to the electrostatic chuck so that one surface of the semiconductor wafer having a main surface and a back surface parallel to the main surface is brought into contact with the mirror-finished surface of the insulating member;
A step of processing the surface of the semiconductor wafer that is not in contact with the mirror-finished surface of the insulating member;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
前記処理は、イオン注入、ドライエッチング、薄膜堆積のいずれかである請求項9に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the treatment is any one of ion implantation, dry etching, and thin film deposition. 前記静電チャックから前記絶縁部材を取り外し、被吸着物に接触する面が鏡面加工された他の絶縁部材と交換する工程を含む、請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising a step of removing the insulating member from the electrostatic chuck and replacing it with another insulating member whose surface contacting the object to be attracted is mirror-finished.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE112010002029T5 (en) 2009-05-20 2012-08-02 Ulvac, Inc. Film forming method and film forming apparatus
JP2015154061A (en) * 2014-02-19 2015-08-24 住友電気工業株式会社 Semiconductor device manufacturing method
JP2018200972A (en) * 2017-05-29 2018-12-20 京セラ株式会社 Adsorption member

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