JP2011507247A - ＳｉＣウエハのアニール方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ＳiＣウエハの焼戻しの方法及び装置に関するものである。本発明は、実施コストを抑えつつ、処理チャンバ内において充分なシリコンの分圧を得るためにＳiＣウエハを焼戻しする方法および装置を提供するものである。シリコンの分圧を上げるための、少なくとも気化したシリコンまたは気体状シリコンの発生源は、少なくとも１枚のウエハ（３）を受け入れる処理チャンバ（２）に接続され、前記発生源は流動性シリコン片（１１）を備える気化器（４）であり、キャリアガスは気化器に供給され、溶融シリコンを通して気体の流れを形成し、気化器（４）はパイプライン（５）を介して処理チャンバ（２）に接続されているか、または処理チャンバ（２）内に配置されている。
Description
本発明は、ＳiＣウエハをアニールするための方法及び装置に関する。
炭化ケイ素ウエハ（ＳiＣウエハ）はシリコンディスクと同様に、不純物（例えばＡｌ，Ｐ，Ｂ）をＳiＣの結晶構造内に導入してウエハに導電性をもたせるために不純物をウエハ内に注入した後に、回復(ヒール)または焼き戻し(テンパー)とも呼ばれる熱処理（アニール）を施さなければならない。この熱処理の間に、結晶構造へ不純物を注入することによって生じる損傷を、部分的にのみ“回復”することができる。この処理は通常、一枚のＳiＣウエハまたは複数枚のＳiＣウエハを同時に処理する熱処理炉の処理チャンバ内で、温度が１６００〜２０００°Ｃという高温プロセスで行われる。
このような１６００〜２０００°Ｃの温度状態では、炭化ケイ素（ＳiＣ）層の結晶構造からシリコンの第一原子層が剥離することによって、滑らかなＳiＣ表面が傷つき、ウエハ内で結晶構造が偏位するいわゆる“ステップバンチング（step bunching）”が起こるという問題が生じる。
このような問題に対処するために、処理チャンバ内にシランを導入することが可能であり、これによりシリコンの分圧を増加させることが可能になる。通常、シランと不活性ガスの混合物を使用し、不活性ガスとしてアルゴンを使用する。
しかしながら、シラン（ＳiＨ４）は自然発火しやすく危険であり、取り扱いが困難である。
そこで、本発明はより安価な費用で処理チャンバ内に充分なＳiの分圧を生じさせることができるＳiＣウエハのアニール方法及び装置を提供することを目的とするものである。
本発明の目的は、複数枚のＳiＣウエハをアニール炉の処理チャンバ内に導入し、処理チャンバ内を真空にするとともにＳiＣウエハを１６００〜２０００°Ｃの処理温度に加熱し、一定の処理温度に所定時間以上保ち、処理チャンバ内のＳiの分圧をＳiＣウエハにおける結合したシリコンの蒸気圧より高い値まで上げる方法により、達成することができる。
この際、気体状または蒸気状態の純粋なシリコンか、またはキャリアガスと気体状または蒸気状態のシリコンとの混合物を処理チャンバ内に導入する。キャリアガスとしてはアルゴン、ヘリウムまたは水素を使用することができる。
一定の処理温度を確保するために、気体状または蒸気状態のシリコンか、またはキャリアガスと気体状または蒸気状態のシリコンとの混合物を、処理チャンバ内に１６００°Ｃより高い温度で導入する。
本発明の一実施例においては、気体状または蒸気状態のシリコンは、ＳiＣ表面からシリコンを気化させることによって生成される。ここでは、ＳiＣウエハの表面またはＳiＣウエハ片の表面または溶融シリコンの表面から気化させることができる。
気化は、１４００°Ｃより高い温度で行われる。
また本発明の目的は、少なくとも蒸気または気体状態のシリコンの発生源が、Ｓiの
分圧を増加させるために、少なくとも一枚のウエハを受け入れる処理チャンバに接続されていることを特徴とするＳiＣウエハのアニール装置によって達成することができる。
分圧を増加させるために、少なくとも一枚のウエハを受け入れる処理チャンバに接続されていることを特徴とするＳiＣウエハのアニール装置によって達成することができる。
蒸気または気体状態のシリコンの発生源は気化器であり、気化器には溶融シリコン上に気体の流れを発生させるようにキャリアガスが供給され、気化器は導管を通して処理チャンバに接続されているか、または処理チャンバ内に配置されている。
本発明の一実施例において、気化器は、グラファイト、炭化ケイ素またはシリコン被覆グラファイトまたは炭化タンタル、セラミックス、サファイアまたはモリブデンからなるボックス（box）である。
気化器内の蒸気または気体状態のシリコンの発生源は、気化器内にあるシリコンウエハまたはシリコン片または溶融シリコンである。
気化器は、アニール炉内において処理チャンバの下に配置され、温度が１４５０〜１７００°Ｃであるアニール炉の領域に配置されている。したがって、気化器自体がヒーターを有する必要はない。
本発明の別の態様において、気化器は処理チャンバの内部に配置され、ウエハの下に配置されている。
キャリアガスとしてアルゴンまたはヘリウムなどの希ガスまたはＨ２（水素）を使用することができる。ここでは酸素が存在しない雰囲気を保つことが必要である。
気化器内の温度は１４５０〜１７００°Ｃの範囲であり、処理チャンバの温度は１６００〜１９００°Ｃの間である。
本発明によれば、シリコン蒸気またはシリコンとキャリアガスとの混合物が、気化器（気泡管）から処理チャンバに導入される。
本発明により、より安価な費用で処理チャンバ内に充分なＳiの分圧を生じさせることができるＳiＣウエハのアニール方法及び装置を提供することができる。
以下の実施例において、本発明についてより詳細に述べる。
各図面において、図１は本発明のＳiＣウエハを熱処理するための構成を示す概略図であり、処理チャンバより下方に気化器が配置された構成を示し、図２は処理チャンバの下端部に配置された気化器を示す拡大図である。
各図面において、図１は本発明のＳiＣウエハを熱処理するための構成を示す概略図であり、処理チャンバより下方に気化器が配置された構成を示し、図２は処理チャンバの下端部に配置された気化器を示す拡大図である。
気化器４は、アニール炉１の処理チャンバ２より下方で、ＳiＣウエハ３が焼き戻し（テンパー）される高温領域（至２０００°Ｃ）の下方に配置されたボックスで構成されている。気化器４は、グラファイト、シリコングラファイトまたはＳiＣ被覆グラファイトのいずれかからなっている。また気化器は、炭化タンタル、サファイア、セラミックスまたはモリブデンなどの物質から構成することもできる。前記気化器内には、Ｓi蒸気の発生源として作用するシリコンウエハ３．１またはシリコン片が存在し、ここでは後者が好ましい。
気化器において必要な温度は１４００〜１６００°Ｃの範囲にわたり、少なくともシリコンの溶融温度（１４１４°Ｃ）より高い温度が必要である。この温度は処理チャンバ２より下方で、断熱材７の下方かつ断熱層８の上方で達成できる（図１）。これにより流動性シリコン１１（図２）が、気化器においてＳiＣウエハ３（図１）から生成される。この溶融シリコンを通してまたはその上にキャリアガスが導入される（気泡流が流される）。キャリアガス５．１は溶融シリコンの表面上にも導入される。アルゴン、水素、ヘリウムその他がキャリアガス５．１として使用される。
キャリアガス５．１をガス供給器から導管５を介して送り込む際及びキャリアガス５．１を溶融シリコンを通して導入している間に、気化したシリコンはキャリアガスと一緒になりその混合ガス、例えばアルゴンとシリコンの混合ガスは管６（図１）を介して処理チャンバ２内のＳiＣウエハ３に導入され、そこで必要なシリコン分圧を確保することができ、このシリコン分圧がアニールされるべきＳiＣウエハ３からシリコンが気化してしまうのを防ぐ。導管５及び管６は、ＳiＣ、セラミックス、サファイア、モリブデンまたはグラファイトで製造されている。
本発明において、単にキャリアガスの供給速度と供給量を調整することによる完全に安全な方法で、処理チャンバ２内で必要なＳiの分圧を確立することが可能であるということが重要なことである。
図１は、壁１．１と、アニールされるウエハ３が処理チャンバ２内に配置されている２０００°Ｃに至る上部高温領域とを有した温度炉１を示している。処理チャンバ２の下には、Ｓiウエハ３．１を有し、温度が１４００°より高い領域である気化器４が配置されており、Ｓiウエハ３．１（図１）はその表面が溶融状態であるか、Ｓi片１１（図２）として溶融状態である。キャリアガスを供給するために、キャリアガス源に通じる導管５が設けられ、キャリアガスとＳiとの混合物を処理チャンバ２に供給するために、管６が設けられている。
異なる温度領域レベルを得るために、高温領域と気化器４との間に断熱材７（グラファイト（Ｃ）からなるバッフル層）が設けられており、さらに気化器４の下方には複数の断熱層８からなる断熱材と石英バッフル９とが設けられている。これによってアニール炉１の底部領域１０を約１５０°Ｃの一定温度に維持することが可能になる。
図２に示されるように、気化器４を含む高温領域は加熱器１２によって囲まれている。図１に示す場合と異なり、図２においては、気化したキャリアガスとシリコン蒸気の混合物が、気化器４のカバー１４に設けられた開口１３を通して処理チャンバ２内のウエハ３に直接的に到達するように、気化器４は処理チャンバ２の下部セクションに配置されている。必要なキャリアガスは導管５を通して供給される。アニール炉１内の温度は、処理チャンバ２と気化器４とを取り囲む加熱器１２によって得られる。
本発明の方法によれば、何枚ものＳiＣウエハ３．１がアニール炉１の処理チャンバ２に入れられ、処理チャンバ内で真空条件下で１６００〜２０００°Ｃの処理温度に加熱され、同時に一定の処理温度に所定時間以上保ち、処理チャンバ２内におけるＳiの分圧を、ＳiＣウエハ３．１における結合したシリコンの蒸気圧より高い圧力まで上げる。
気体状または蒸気状態の純粋なシリコン、またはキャリアガスと気体状または蒸気状態のシリコンとの混合物を処理チャンバ２内に導入する。アルゴン、ヘリウムまたは水素がキャリアガスとして挙げられる。
キャリアガスが溶融シリコン片１１に沿って（１４１４°Ｃより高い温度下で）導入されることによって、蒸気状態のシリコンを処理チャンバに運びこむ（図１、２において矢印で示す）。
キャリアガスの速度やキャリアガスの量によって調節するのみならず、気化器４を処理チャンバ２内に配置する（図２）ことによって、または処理チャンバの下方に配置する（図１）ことによって、処理チャンバ内のシリコンの分圧を調節することができる。
一定の処理温度を確保するために、気体状または蒸気状態のシリコン、またはキャリアガスと気体状または蒸気状態のシリコンとの混合物を処理チャンバ２内に１６００°Ｃより高温で導入する。
１ アニール炉
１．１ 炉壁
２ 処理チャンバ
３ アニール処理されるウエハ
３．１ ＳiＣウエハ
４ 気化器
５ 導管
６ 管
７ 断熱材
８ 断熱層
９ 石英バッフル
１０ 底部領域
１１ 流動性シリコン片
１２ 加熱器
１３ 開口
１４ カバー
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１２ 加熱器
１３ 開口
１４ カバー
Claims (22)
- 高温領域におけるＳiＣウエハのアニール方法であって、
複数枚のＳiＣウエハ（３）をアニール炉（１）の処理チャンバ（２）内に導入し、処理チャンバ（２）内に真空状態を形成し、
同時にＳiＣウエハ（３）を１６００〜１９００°Ｃ、および２０００°Ｃの処理温度に加熱し、
一定の処理温度で所定時間、処理チャンバ（２）内におけるＳiの分圧を、ＳiＣウエハにおける結合したシリコンの蒸気圧より高い値まで上げることを特徴とするＳiＣウエハのアニール方法。 - 気体状または蒸気状態のシリコンが前記処理チャンバ（２）に導入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- キャリアガスと気体状または蒸気状態のシリコンとの混合物が前記処理チャンバ（２）に導入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- キャリアガスとしてアルゴンまたはヘリウムを使用することを特徴とする請求項３記載の方法。
- キャリアガスとしてＨ２を使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 気体状または蒸気状態のシリコン、またはキャリアガスと気体状または蒸気状態のシリコンとの混合物が、少なくとも１４５０°Ｃの温度で前記処理チャンバ（２）に導入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
- 気体状または蒸気状態のシリコンは、ＳiＣ表面からシリコンを気化させることによって生成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
- ＳiＣウエハ（３．１）の表面、またはＳiＣウエハ片および／または溶融シリコン（１１）からシリコンを気化させることを特徴とする請求項７記載の方法。
- 気化は１４００°Ｃより高い温度で実施されることを特徴とする請求項８記載の方法。
- 高温領域におけるアニール炉の処理チャンバ内のＳiＣウエハのアニール装置であって、
少なくとも１枚のウエハ（３）を受け入れる処理チャンバ（２）は、シリコンの分圧を上げるために、少なくとも蒸気または気体状のシリコンの発生源に接続されていることを特徴とするＳiＣウエハのアニール装置。 - 蒸気または気体状のシリコンの発生源は、溶融シリコン上に気体の流れを形成するようにキャリアガスを供給できる気化器（４）であり、気化器（４）は導管（５）を介して処理チャンバ（２）に接続されているか、または処理チャンバ（２）内に配置されていることを特徴とする請求項１０記載の装置。
- 気化器（４）は、グラファイト、炭化ケイ素、シリコン被覆グラファイト、炭化タンタル、セラミックス、サファイアまたはモリブデンからなるボックスであることを特徴とする請求項１１記載の装置。
- 蒸気または気体状のシリコンの発生源は、気化器（４）内のシリコンウエハ（３．１）またはシリコン片（１１）または溶融シリコンであることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
- 気化器（４）は、アニール炉（１）内の処理チャンバ（２）の下に設けられていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
- 気化器（４）は、処理チャンバ（２）内でウエハ（３）の下に設けられていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
- 気化器（４）は、アニール炉（１）の１４５０〜１７００°Ｃの温度領域に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
- キャリアガスとしてアルゴンやヘリウム等の貴ガスを使用することを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
- キャリアガスとしてＨ２を使用することを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
- 気化器の温度は、１４５０〜１６００°Ｃの温度であることを特徴とする請求項１０乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
- 処理チャンバの温度は、１６００〜１９００°Ｃの温度であることを特徴とする請求項１０記載の装置。
- 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法を実施するためのＳiＣウエハまたはシリコンディスクまたはシリコン片の使用方法。
- 請求項１０乃至２０のいずれか１項に記載の装置におけるＳiＣウエハまたはシリコンディスクまたはシリコン片の使用方法。
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