JP4639563B2

JP4639563B2 - Silicon carbide semiconductor manufacturing equipment

Info

Publication number: JP4639563B2
Application number: JP2001281931A
Authority: JP
Inventors: クマールラジェシュ; 広希中村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP2003092267A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）半導体の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＣにおける不純物層形成は、イオン注入および注入されたイオンの活性化熱処理によって行われる。ＳｉＣでは、不純物、特にｐ型不純物が熱処理によって活性化し難いため、活性化のための熱処理温度を上げることで活性化率を向上させようとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、エピタキシャル膜（以下、エピ膜という）の形成を容易にするためにオフ角のあるウェハを用い、１６００℃での活性化熱処理を行った後にエピ膜に形成した不純物層の表面をＡＦＭで観察したところ、ステップ状の表面荒れ（ステップバンチング）が発生していることが確認された。この表面荒れの大きさを調べたところ、表面荒れ量Ｒａ＝９．５ｎｍであった。
【０００４】
このような表面荒れは、活性化熱処理時に生じるマイグレーションに起因して発生すると考えられる。すなわち、オフ角を有するウェハの場合には表面に細かいステップが存在するため、活性化熱処理（特に、高温熱処理が必要とされるｐ型不純物の活性化熱処理）の際に最もエネルギー的に不安定なステップのエッジ部分でＳｉ抜けが発生すると共に、このＳｉ抜けによってマイグレーションを起こし、マイグレーションを起こした原子が安定な（０００１）面を形成しながら再結晶化してしまうために、表面荒れが発生するのである。
【０００５】
また、エピ層の表面部分に炭化層が形成されることも確認された。これは、活性化熱処理が高温であるために生じるエピ膜表面からのＳｉ抜けが原因となって、カーボンリッチとなるために形成されると考えられる。
【０００６】
このようなマイグレーションやＳｉ抜けによる炭化膜の形成を抑制するためには、▲１▼熱処理温度を低下させる方法、▲２▼熱処理時間を短時間化することでマイグレーションを起こす時間を与えない方法が考えられる。
【０００７】
しかしながら、電気的活性化率を高くするためにはより高温での熱処理を行うのが好ましく、例えば１８００℃の温度下では１６００℃の温度下よりも電気的活性化率が約３倍程度となる。また、より高温での熱処理を行った方がＰＮ接合でのリーク電流も少なく、ＰＮ接合での耐圧も高くなる。そして、このような温度がマイグレーション発生温度よりも高いこと（マイグレーション発生温度：１４２０℃）から、▲１▼熱処理温度を低下させるという方法を選択できない。
【０００８】
従って、電気的活性化率の向上と表面荒れの抑制を両立するという観点から、▲２▼熱処理時間を短時間化することでマイグレーションを起こす時間を与えないという方法が選択される。
【０００９】
そして、このような方法について様々な検討を行った。まず、従来の熱処理プログラムを分析したところ、熱処理時の昇温速度が２０℃／ｍｉｎと遅く、マイグレーションが起こる温度（１４２０℃）以上となる時間が十分長くなっている。従って、これが原因となって上記のように大きな表面荒れが発生していると考えられる。このため、昇温速度を１５０℃／ｍｉｎとなるまで上げて活性化熱処理を実施したが、この場合においても上記と同様の結果となった。
【００１０】
そこで、さらに昇温速度が高められるランプアニール装置（例えば、昇温速度が３５０℃／ｍｉｎ程度）を用いて、活性化熱処理を実施した。つまり、ランプアニール装置を用いることによって、マイグレーションが起こる温度以上の熱処理が実施されている時間が短縮化されるようにした。その結果、表面荒れ量ＲａがＲａ＝３．４ｎｍとなるまで低減できた。
【００１１】
このような短時間での高温熱処理によれば、従来の高温炉による熱処理に比べ、デバイス特性を向上させる可能性がある。すなわち、高速、高温プロセスのランプレート（昇温速度）が熱処理炉の昇温速度（５〜６℃／ｍｉｎ）と比べて２０〜１００倍と非常に大きいことから、以下のような有利点がある。
【００１２】
例えば、ソース領域やドレイン領域等の不純物層の形成において、高活性化、残留欠陥の低減が図れると共に、浅い接合を実現することが可能となる。また、ドーパントの著しい再分配無しに活性化熱処理が可能となる。さらに、熱処理雰囲気の制御を容易に行え、例えば熱処理時の表面汚染を低減することが可能となる。
【００１３】
しかしながら、プロセスとして優れていても、現状では、大面積ウェハに対して、活性化熱処理で必要とされるような高温度を実現できるランプアニール装置が存在しない。つまり、ハロゲンランプやキセノンランプでのスポット加熱により、２０００℃までの熱処理を行うことはできるが、ランプ照射されていない部分はほとんど加熱されないため、小面積ウェハしか処理することができず、大面積ウェハには対応できない。また、小面積ウェハの場合、ウェハの両面をランプで加熱することで熱処理を行うことが可能ではあるが、両面ともランプで加熱するとウェハ表面からＳｉＣが昇華してしまうという問題がある。さらに、ランプアニール装置では、ウェハを直接加熱するだけであるため、反応チャンバーや雰囲気の温度が上がらないし、大きな温度勾配も発生する。
【００１４】
本発明は上記点に鑑みて、大面積ウェハにも対応でき、ＳｉＣの昇華が防げるＳｉＣ半導体製造装置を提供すること目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、炭化珪素基板（１）が搭載されるウェハステージ（６）と、ウェハステージの上に配置され、光の照射を行うランプ（４）と、ランプの発する光を集め、炭化珪素基板に対して光を照射させる集光手段（９）と、ウェハステージの下方に配置されるＲＦコイル（８）とを備え、ランプによる熱処理とＲＦコイルによる熱処理の双方が行えるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、ＲＦコイルによる熱処理とランプを用いた熱処理とを兼用して活性化処理を行うことができる。そして、マイグレーションが発生しない所定温度まではＲＦコイルを用いた加熱を行い、マイグレーションが発生し得る所定温度以上ではランプを用いた加熱を行うことができる。このため、ＲＦコイルでの加熱によりチャンバー内全体が高温となり、ランプによる加熱に移行した後に加熱が局所的に行われるようになっても、それ以外の領域も加熱することができ、大面積ウェハに対応した熱処理を行うことができる。また、チャンバー内全体を高温とすることができることから、炭化珪素基板の面内での温度勾配を小さく抑えることができる。
【００１７】
さらに、請求項１に記載の発明では、ウェハステージとランプ及び集光手段との間に配置され、ランプからの光が炭化珪素基板に照射されることを遮る閉状態と、ランプからの光が炭化珪素に照射されるようにする開状態とに制御される可動ゲート（１０）と備えていることを特徴とする。
【００１８】
このような構成とすれば、可動ゲートを用いることでランプを消灯させること無く次々と不純物を活性化させ、不純物層を形成することができる。このため、ランプによる照射が安定するまでの間に時間がかかるような場合であっても、各部位での熱履歴を均等にすることができ、ＳｉＣ基板の電気的特性を安定させることができる。
【００１９】
請求項２または３に記載の発明では、集光手段によって集められた光を透過する石英ロット（１１）を備え、該石英ロットを通過させた光を炭化珪素基板に照射するように構成されていることを特徴とする。こののような構成とすれば、より広範囲に光照射を行えるため、広い範囲での活性化を行うことが可能となる。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、本発明の一実施形態に用いるＳｉＣ半導体製造装置としての熱処理装置の模式図を示す。以下、図１に基づいて熱処理装置の構成の説明を行う。
【００２３】
図１に示す熱処理装置は、紙面上下方向が天地方向と一致するように配置される。この熱処理装置は、ＳｉＣ基板１が収容されるチャンバーを構成するケース部２および石英チューブ３と、ランプ４が配置されるハウジング部５とを有して構成されている。
【００２４】
ケース部２には、石英製のウェハステージ６が備えられていると共に、ウェハステージ６の上に搭載されるグラファイト製のサセプタ７が備えられており、これらが石英チューブ３内に延設された構成となっている。ウェハステージ６は、水平面上においてＸ−Ｙ方向に走査可能に構成され、サセプタ７は水平面上において回転可能に構成されている。そして、ＳｉＣ基板１がサセプタ７を介してウェハステージ６上に搭載され、ウェハステージ６にて水平面上で自由に走査されようになっている。
【００２５】
また、ケース部２には、ガス導入口２ａとガス排出口２ｂが備えられている。ガス導入口２ａには、ＳｉＨ₄ガス、Ｈ₂ガス、ＨＣｌガス、ＡｒガスおよびＣ₃Ｈ₈ガスそれぞれの供給源が備えられ、ガス導入口２ａを通じてチャンバー内に各ガスの導入を行い、ガス排出口２ｂを通じて適宜各ガスの排出を行うことで、チャンバー内の雰囲気調整が行えるようになっている。
【００２６】
ケース部２の内部には、加熱手段を構成するＲＦコイル８が備えられている。このＲＦコイル８はウェハステージ６の下部に配置され、ウェハステージ６に搭載されたＳｉＣ基板１をウェハステージ６の反対側から加熱できるようになっている。このＲＦコイル８を上面から見た時の形状は、例えば図２に示すような渦巻き状になっており、ＳｉＣ基板１を全体的に加熱できる構成となっている。
【００２７】
一方、ハウジング部５には、複数のランプ４が配置されている。これら複数のランプ４は、図１中では省略して記載してあるが、下方から見ると、図３に示すようにアレイ状に規則的に配置されている。複数のランプ４には、例えばハロゲンランプ、キセノンランプ、赤外線ランプが用いられている。そして、複数のランプ４が集光手段としてのリフレクタ部９を介してハウジング部５に固定されている。このような構成においては、図中矢印で示すように、リフレクタ部９の内壁面（反射面）によってランプ４の光が反射され、反射光が所定位置、つまりウェハステージ６の上に搭載されたＳｉＣ基板１の位置で集められるようになっている。
【００２８】
続いて、上記構成を成す熱処理装置を用いた活性化熱処理方法について、図１を利用して説明する。
【００２９】
まず、ＳｉＣ基板１を用意する。具体的には、ＳｉＣ基板１として、ｎ⁺型基板に対してｎ^-型エピ膜を成膜したのち、ｎ^-型エピ膜に不純物、例えばｐ型不純物をイオン注入したものを用意する。そして、このＳｉＣ基板１をウェハステージ６に搭載する。このとき、ＳｉＣ基板１のうちｎ^-型エピ膜が形成された側の表面がウェハステージ６側に向けられるようにする。すなわち、ＳｉＣ基板１のうちｎ^-型エピ膜が形成されていない側の面、つまりｎ⁺型基板側である裏面が露出するように配置する。
【００３０】
続いて、ウェハステージ６を走査することでランプ４からの光が集まる位置とＳｉＣ基板１のうち加熱させる部位とを一致させる。すなわち、ＳｉＣ基板１の裏面において、ｎ^-型エピ層のうち不純物が注入された場所と対応する部位にランプ４からの光が照射されるように位置合わせする。
【００３１】
その後、ガス導入口２ａを通じてチャンバー内にＳｉＨ₄ガスとＨ₂ガスまたはＨＣｌガスを導入したのち雰囲気圧力を調整し、必要に応じてＡｒガスを導入して、ＲＦコイル８による加熱を行う。そして、ＲＦコイル８による加熱によって１０００〜１４００℃まで温度を上昇させたのち、ＲＦコイル８による加熱を止め、ランプ４を点灯させる。これにより、ランプ４から発せられた光がリフレクタの内壁面で反射され、ウェハステージ６の上部に束ねられて、ＳｉＣ基板１の裏面に向かって照射される。このため、ＳｉＣ基板１の裏面側の温度が高い昇温速度で上昇し、１０００〜１４００℃以上の高い温度となる。
【００３２】
このとき、ランプ加熱の場合には光が照射される部分が最も温度が上昇することになるが、ＳｉＣの熱伝導が良いことから、裏面側から表面側にも容易に熱が伝わる。このため、不純物が注入されたＳｉＣ基板１の表面側に直接光を照射しなくても、その表面側も高温となる。
【００３３】
このようにして、高い昇温速度での加熱処理が成され、ｎ^-型エピ膜に注入された不純物が活性化されて、不純物層が形成される。このとき、本実施形態のようにマイグレーションが発生しない程度となる１０００〜１４００℃までの熱処理をＲＦコイル８によって行い、それを超える温度での熱処理をランプ４によって行っている。すなわち、マイグレーションが発生しない温度範囲ではＲＦコイル８によって加熱し、マイグレーションが発生しうる温度範囲ではランプ４による早い昇温速度での加熱を行うようにしている。このため、ＲＦコイル８によってチャンバー内をある程度高温となるようにした状態で、ランプ４による高い昇温速度での加熱を行うことが可能となる。
【００３４】
そして、上述したように、ランプ４からの光を集めてＳｉＣ基板１に照射するようにしているため、不純物層を形成したい部位を局所的に高温化させることができる。
【００３５】
次に、ランプ４を照射したままウェハステージ６を走査し、ＳｉＣ基板１のうち次に加熱させたい部位とランプ４からの光が集まる位置とを一致させる。これにより、ＳｉＣ基板１が加熱され、不純物が活性化されて不純物層が形成される。そして、ウェハステージ６の走査による位置合わせ工程とＳｉＣ基板１への光の照射工程とを繰り返し、順に不純物を活性化させて不純物層を形成する。
【００３６】
このように、本実施形態では、ＲＦコイル８による熱処理とランプ４を用いた熱処理とを兼用して活性化処理を行うと共に、ランプ照射をｎ^-型エピ層に形成する不純物層に直接行うのではなくｎ⁺型基板側に行うようにしている。また、熱処理中の雰囲気をＳｉＨ₄ガスとＨ₂ガス又はＨＣｌガスを含む雰囲気としている。このため、以下の効果を得ることができる。
【００３７】
まず、マイグレーションが発生しない温度範囲ではＲＦコイル８によって加熱を行っている。このため、チャンバー内全体が高温となり、ランプ４による加熱に移行した後に加熱が局所的に行われるようになっても、それ以外の領域も加熱することができ、大面積ウェハに対応した熱処理を行うことができる。また、チャンバー内全体を高温とすることができることから、ＳｉＣ基板１の面内での温度勾配を小さく抑えることができる。
【００３８】
また、ランプ４による加熱をＳｉＣ基板１の一方の面のみとすることができるため、ＳｉＣ基板１の表面からＳｉＣが昇華してしまうことを抑制することができる。さらに、本実施形態では、ｎ⁺型基板側にランプ照射している。このｎ⁺型基板の成長温度は２３００℃程度であり、活性化熱処理温度やｎ^-型エピ層の成長温度である１５５０℃程度よりも十分に高い。このため、ｎ⁺型基板にランプ照射を行ってもあまりＳｉＣが昇華しないようにできる。これにより、よりＳｉＣ基板１の表面荒れを抑制することが可能となる。
【００３９】
また、熱処理中の雰囲気にＳｉＨ₄ガスを含有させているため、Ｓｉリッチな雰囲気とすることができ、ＳｉＣ基板１からのＳｉ抜けを防止することができる。さらに、熱処理中の雰囲気にＨ₂ガスまたはＨＣｌガスを含有させているため、マイグレーションした原子をエッチングすることができ、よりＳｉＣ基板１の表面荒れを抑制することが可能となる。
【００４０】
（第２実施形態）
図４に、本発明の第２実施形態に用いるＳｉＣ半導体製造装置としての熱処理装置の模式図を示す。この熱処理装置の基本構成は図１に示す第１実施形態のものと同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態では、加熱用にランプ４が１つ備えられている。また、ハウジング部５には、ランプ４とウェハステージ６の上に配置されたＳｉＣ基板１との間の開閉を行う可動ゲート１０が備えられている。この可動ゲート１０が開状態の際にはランプ４から照射された光がウェハステージ６の上に配置されたＳｉＣ基板１まで届き、閉状態の際にはランプ４から照射された光が可動ゲート１０によって遮られてＳｉＣ基板１まで届かないようになっている。
【００４２】
このような熱処理装置を用いての熱処理方法は、基本的には第１実施形態と同様であり、その効果も第１実施形態と同様になるが、本実施形態ではさらに以下のような作動を行うようにし、以下の効果を得ている。
【００４３】
まず、ＳｉＣ基板１を第１実施形態と同様にサセプタ７上に搭載したのち、ウェハステージ６を走査することでランプ４からの光が集まる位置とＳｉＣ基板１のうち加熱させる部位とを一致させる。そして、可動ゲート１０を閉状態としてランプ４を点灯させたのち、ランプ４からの照射が安定したら可動ゲート１０を開状態とする。これにより、ランプ４から発せられた光がリフレクタ部９の内壁面で反射され、ウェハステージ６の上部に束ねられて、ＳｉＣ基板１の裏面に向かって照射される。このため、ＳｉＣ基板１の裏面側の温度が高い昇温速度で上昇し、不純物が活性化されて不純物層が形成される。
【００４４】
次に、ランプ４を照射したまま可動ゲート１０を閉状態としたのち、ウェハステージ６やサセプタ７を走査して、ＳｉＣ基板１のうち次に加熱させたい部位とランプ４からの光が集まる位置とを一致させる。その後、可動ゲート１０を開状態とする。これにより、ＳｉＣ基板１が加熱され、不純物が活性化されて不純物層が形成される。そして、ランプ４を照射したまま可動ゲート１０を閉状態とする工程と、ウェハステージ６の走査による位置合わせ工程と、可動ゲート１０を開状態とすることによるＳｉＣ基板１への光の照射工程とを繰り返し、順に不純物を活性化させて不純物層を形成する。
【００４５】
このように、本実施形態では、可動ゲート１０を用いることでランプ４を消灯させること無く次々と不純物を活性化させ、不純物層を形成するようにしている。このため、ランプ４による照射が安定するまでの間に時間がかかるような場合であっても、各部位での熱履歴を均等にすることができ、ＳｉＣ基板１の電気的特性を安定させることができる。また、ランプ４による照射を行ったままウェハステージ６を走査して位置合わせすると、活性化する必要がない箇所にまで光が照射され、その箇所を加熱してしまうが、本実施形態ではこれを防止することができ、ＳｉＣ基板１の温度コントロールを容易にすることができる。
【００４６】
なお、可動ゲート１０に対してもランプ４からの光が照射されることになるが、可動ゲート１０にはデフォーカス位置での光の照射しかなされないため、可動ゲート１０を高融点材料で構成しなくてもよい。
【００４７】
（第３実施形態）
図５に、本発明の第３実施形態に用いるＳｉＣ半導体製造装置としての熱処理装置の模式図を示す。この熱処理装置の基本構成は図１に示す第１実施形態のものと同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００４８】
図５に示すように、ランプ４と石英チューブ３との間には石英ロット１１が配置されている。この石英ロット１１は、図６に示すように、ランプ４での照射光およびリフレクタ部９での反射光を内面反射させることでＳｉＣ基板１に向けて光を導くようになっている。この石英ロット１１は各ランプ４とリフレクタ部９の組毎に備えられており、各石英ロット１１それぞれからＳｉＣ基板１に向けて光が照射されるようになっている。
【００４９】
このような熱処理装置を用いての熱処理方法は、基本的には第１実施形態と同様であり、その効果も第１実施形態と同様になるが、本実施形態のような構成とすれば、より広範囲に光照射を行えるため、広い範囲での活性化を行うことが可能となる。
【００５０】
（他の実施形態）
上記実施形態では、マイグレーションが発生しない温度ではＲＦコイル８による加熱を行い、マイグレーションが発生しうる温度ではランプ４による加熱を行うようにしているがこれに限るものではない。
【００５１】
例えば、マイグレーションが発生しない温度ではＲＦコイル８による加熱を行い、マイグレーションが発生しうる温度ではランプ４に加えてＲＦコイル８による加熱を行うようにしても良い。この場合、活性化が完了したらランプ４を消灯させると共にＲＦコイル８への通電を止め、加熱を止めるようにする。
【００５２】
また、マイグレーションが発生しない温度でもマイグレーションが発生しうる温度でも、共に、ランプ４およびＲＦコイル８による加熱を行うようにしても良い。この場合、活性化が完了したらランプ４を消灯させると共にＲＦコイル８への通電を止め、加熱を止めるようにする。
【００５３】
上記第３実施形態では、複数の石英ロット１１からの光がそのままＳｉＣ基板１に照射されるように構成しているが、複数の石英ロット１１からの光をさらに１つの石英ロットに集め、その後、ＳｉＣ基板１に照射されるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における熱処理装置を示す図である。
【図２】図１に示すＲＦコイル８の正面図である。
【図３】図１に示すランプ４を備えるハウジング部５の正面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における熱処理装置を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態における熱処理装置を示す図である。
【符号の説明】
１…ＳｉＣ基板、２…ケース部、３…石英チューブ、４…ランプ、５…ハウジング部、６…ウェハステージ、７…サセプタ、８…ＲＦコイル、９…リフレクタ部、１０…可動ゲート、１１…石英ロット。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, silicon carbide (hereinafter, referred to as SiC) relates to semiconductor manufacturing equipment.
[0002]
[Prior art]
The impurity layer formation in SiC is performed by ion implantation and activation heat treatment of the implanted ions. In SiC, since impurities, particularly p-type impurities, are difficult to activate by heat treatment, the activation rate is being improved by raising the heat treatment temperature for activation.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For example, a wafer having an off-angle is used to facilitate the formation of an epitaxial film (hereinafter referred to as an epi film), and the surface of the impurity layer formed on the epi film after the activation heat treatment at 1600 ° C. is performed by AFM. Observation revealed that stepped surface roughness (step bunching) had occurred. When the size of the surface roughness was examined, the surface roughness Ra was 9.5 nm.
[0004]
Such surface roughness is considered to occur due to migration that occurs during the activation heat treatment. That is, in the case of a wafer having an off angle, since there are fine steps on the surface, it is most unstable in terms of energy during activation heat treatment (particularly, activation heat treatment of p-type impurities that require high-temperature heat treatment). Si occurs at the edge of a simple step, and migration occurs due to this Si loss, and the migrating atoms are recrystallized while forming a stable (0001) plane, resulting in surface roughness. It is.
[0005]
It was also confirmed that a carbonized layer was formed on the surface portion of the epi layer. This is considered to be formed due to carbon richness due to Si detachment from the surface of the epi film caused by the high temperature of the activation heat treatment.
[0006]
In order to suppress the formation of the carbide film due to such migration and Si loss, (1) a method of lowering the heat treatment temperature, and (2) a method of not giving time for causing migration by shortening the heat treatment time. Conceivable.
[0007]
However, in order to increase the electrical activation rate, it is preferable to perform heat treatment at a higher temperature. For example, at a temperature of 1800 ° C., the electrical activation rate is about three times higher than at a temperature of 1600 ° C. . Further, heat treatment at a higher temperature results in less leakage current at the PN junction and higher breakdown voltage at the PN junction. Since such a temperature is higher than the migration occurrence temperature (migration occurrence temperature: 1420 ° C.), it is not possible to select the method of (1) reducing the heat treatment temperature.
[0008]
Therefore, from the viewpoint of achieving both improvement of the electrical activation rate and suppression of surface roughness, (2) a method of not giving time for causing migration by shortening the heat treatment time is selected.
[0009]
Various studies were conducted on such a method. First, when a conventional heat treatment program was analyzed, the rate of temperature increase during heat treatment was as slow as 20 ° C./min, and the time required for the migration to occur or higher (1420 ° C.) was sufficiently long. Therefore, it is considered that this causes large surface roughness as described above. For this reason, the activation heat treatment was carried out by increasing the rate of temperature rise to 150 ° C./min. In this case, the same result as described above was obtained.
[0010]
Therefore, activation heat treatment was performed using a lamp annealing apparatus (for example, the temperature increase rate is about 350 ° C./min) that can further increase the temperature increase rate. In other words, by using a lamp annealing device, the time during which heat treatment above the temperature at which migration occurs is performed is shortened. As a result, it was possible to reduce the surface roughness Ra until Ra = 3.4 nm.
[0011]
According to such a high-temperature heat treatment in a short time, there is a possibility of improving device characteristics as compared with a heat treatment using a conventional high-temperature furnace. That is, the ramp rate (temperature increase rate) of the high-speed and high-temperature process is 20 to 100 times as large as the temperature increase rate (5 to 6 ° C./min) of the heat treatment furnace. is there.
[0012]
For example, in the formation of impurity layers such as a source region and a drain region, it is possible to achieve high activation, reduce residual defects, and realize a shallow junction. Also, activation heat treatment is possible without significant redistribution of dopants. Furthermore, the heat treatment atmosphere can be easily controlled, and for example, surface contamination during heat treatment can be reduced.
[0013]
However, even if it is excellent as a process, at present, there is no lamp annealing apparatus capable of realizing a high temperature required for activation heat treatment for a large area wafer. That is, heat treatment up to 2000 ° C. can be performed by spot heating with a halogen lamp or a xenon lamp, but the portion not irradiated with the lamp is hardly heated, so that only a small area wafer can be processed. Cannot handle wafers. In the case of a small-area wafer, heat treatment can be performed by heating both surfaces of the wafer with a lamp, but there is a problem that SiC is sublimated from the wafer surface when both surfaces are heated with a lamp. Further, since the lamp annealing apparatus only heats the wafer directly, the temperature of the reaction chamber and atmosphere does not increase, and a large temperature gradient is generated.
[0014]
The present invention is made in view of the above disadvantages, also over a larger wafer, an object to provide a SiC semiconductor manufacturing equipment which prevent sublimation of SiC.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a wafer stage (6) on which the silicon carbide substrate (1) is mounted, and a lamp (4) disposed on the wafer stage and for irradiating light. And a light collecting means (9) for collecting light emitted from the lamp and irradiating the silicon carbide substrate with light, and an RF coil (8) disposed below the wafer stage, and heat treatment by the lamp and the RF coil It is characterized by being configured to be able to perform both heat treatments.
[0016]
According to such a configuration, it is possible to perform combined to activation treatment and a heat treatment using a heat treatment and a lamp by R F coil. Then, heating using an RF coil can be performed up to a predetermined temperature at which migration does not occur, and heating using a lamp can be performed above a predetermined temperature at which migration can occur. For this reason, even if the whole chamber becomes high temperature due to heating with the RF coil and the heating is locally performed after shifting to the heating by the lamp, the other regions can be heated, and the large area wafer. The heat processing corresponding to can be performed. Moreover, since the whole chamber can be made high temperature, the temperature gradient in the surface of a silicon carbide substrate can be suppressed small.
[0017]
Furthermore, in the invention according to claim 1 , the closed state is arranged between the wafer stage, the lamp and the light collecting means, and blocks the light from the lamp from being irradiated to the silicon carbide substrate, and the light from the lamp It is provided with the movable gate (10) controlled to the open state made to irradiate to silicon carbide.
[0018]
With such a structure, the impurity layer can be formed by using the movable gate to activate the impurities one after another without turning off the lamp. For this reason, even if it takes time until the irradiation with the lamp is stabilized, the thermal history at each part can be made uniform, and the electrical characteristics of the SiC substrate can be stabilized. .
[0019]
The invention according to claim 2 or 3 includes a quartz lot (11) that transmits the light collected by the light collecting means, and is configured to irradiate the silicon carbide substrate with the light that has passed through the quartz lot. It is characterized by being. With such a configuration, light irradiation can be performed in a wider range, so that activation in a wide range can be performed.
[0021]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
In FIG. 1, the schematic diagram of the heat processing apparatus as a SiC semiconductor manufacturing apparatus used for one Embodiment of this invention is shown. Hereinafter, the configuration of the heat treatment apparatus will be described with reference to FIG.
[0023]
The heat treatment apparatus shown in FIG. 1 is arranged so that the vertical direction on the paper surface coincides with the vertical direction. The heat treatment apparatus includes a case portion 2 and a quartz tube 3 that constitute a chamber in which the SiC substrate 1 is accommodated, and a housing portion 5 in which a lamp 4 is disposed.
[0024]
The case portion 2 is provided with a quartz wafer stage 6 and a graphite susceptor 7 mounted on the wafer stage 6, and these are extended into the quartz tube 3. It has a configuration. The wafer stage 6 is configured to be able to scan in the XY direction on the horizontal plane, and the susceptor 7 is configured to be rotatable on the horizontal plane. Then, the SiC substrate 1 is mounted on the wafer stage 6 via the susceptor 7 and is freely scanned on the horizontal plane by the wafer stage 6.
[0025]
Further, the case part 2 is provided with a gas inlet 2a and a gas outlet 2b. The gas inlet 2a is provided with supply sources of SiH ₄ gas, H ₂ gas, HCl gas, Ar gas and C ₃ H ₈ gas, and each gas is introduced into the chamber through the gas inlet 2a. By appropriately discharging each gas through the discharge port 2b, the atmosphere in the chamber can be adjusted.
[0026]
An RF coil 8 constituting a heating means is provided inside the case portion 2. The RF coil 8 is disposed below the wafer stage 6 so that the SiC substrate 1 mounted on the wafer stage 6 can be heated from the opposite side of the wafer stage 6. When the RF coil 8 is viewed from above, the shape is, for example, a spiral as shown in FIG. 2, and the SiC substrate 1 can be heated as a whole.
[0027]
On the other hand, a plurality of lamps 4 are arranged in the housing part 5. The plurality of lamps 4 are omitted in FIG. 1, but are regularly arranged in an array as shown in FIG. 3 when viewed from below. As the plurality of lamps 4, for example, a halogen lamp, a xenon lamp, or an infrared lamp is used. And the some lamp | ramp 4 is being fixed to the housing part 5 via the reflector part 9 as a condensing means. In such a configuration, as indicated by an arrow in the figure, the light of the lamp 4 is reflected by the inner wall surface (reflective surface) of the reflector unit 9, and the reflected light is mounted on a predetermined position, that is, on the wafer stage 6. They are collected at the position of the SiC substrate 1.
[0028]
Next, an activation heat treatment method using the heat treatment apparatus configured as described above will be described with reference to FIG.
[0029]
First, the SiC substrate 1 is prepared. Specifically, as the SiC substrate 1, an n ⁻ type epi film is formed on an n ⁺ type substrate, and then an n ⁻ type epi film is ion-implanted with an impurity, for example, a p type impurity. Then, the SiC substrate 1 is mounted on the wafer stage 6. At this time, the surface of the SiC substrate 1 on which the n ⁻ -type epitaxial film is formed is directed to the wafer stage 6 side. That is, the SiC substrate 1 is disposed so that the surface on which the n ⁻ type epi film is not formed, that is, the back surface on the n ⁺ type substrate side is exposed.
[0030]
Subsequently, by scanning the wafer stage 6, the position where the light from the lamp 4 gathers matches the portion to be heated in the SiC substrate 1. That is, on the back surface of SiC substrate 1, alignment is performed so that light from lamp 4 is irradiated on a portion of the n ⁻ -type epi layer corresponding to the location where the impurity is implanted.
[0031]
Thereafter, SiH ₄ gas and H ₂ gas or HCl gas are introduced into the chamber through the gas inlet 2 a, the atmospheric pressure is adjusted, Ar gas is introduced as necessary, and heating by the RF coil 8 is performed. And after raising temperature to 1000-1400 degreeC by the heating by RF coil 8, the heating by RF coil 8 is stopped and the lamp 4 is lighted. Thereby, the light emitted from the lamp 4 is reflected by the inner wall surface of the reflector, is bundled on the upper part of the wafer stage 6, and is irradiated toward the back surface of the SiC substrate 1. For this reason, the temperature of the back surface side of SiC substrate 1 rises at a high temperature increase rate, and becomes a high temperature of 1000 to 1400 ° C. or higher.
[0032]
At this time, in the case of lamp heating, the temperature of the portion irradiated with light is highest, but since heat conduction of SiC is good, heat is easily transmitted from the back side to the front side. For this reason, even if light is not directly irradiated to the surface side of SiC substrate 1 into which impurities are implanted, the surface side also becomes high temperature.
[0033]
In this way, heat treatment is performed at a high temperature increase rate, the impurities implanted into the n ⁻ -type epi film are activated, and an impurity layer is formed. At this time, the RF coil 8 performs heat treatment up to 1000 to 1400 ° C. at which migration does not occur as in the present embodiment, and the lamp 4 performs heat treatment at a temperature exceeding that. That is, heating is performed by the RF coil 8 in a temperature range where migration does not occur, and heating is performed at a high temperature increase rate by the lamp 4 in a temperature range where migration can occur. For this reason, it is possible to perform heating at a high temperature increase rate by the lamp 4 in a state in which the inside of the chamber is heated to some extent by the RF coil 8.
[0034]
Since the light from the lamp 4 is collected and irradiated onto the SiC substrate 1 as described above, the part where the impurity layer is to be formed can be locally heated.
[0035]
Next, the wafer stage 6 is scanned while irradiating the lamp 4, and the portion of the SiC substrate 1 to be heated next is matched with the position where the light from the lamp 4 gathers. Thereby, SiC substrate 1 is heated, the impurities are activated, and an impurity layer is formed. Then, the alignment process by scanning the wafer stage 6 and the light irradiation process to the SiC substrate 1 are repeated to sequentially activate the impurities to form an impurity layer.
[0036]
As described above, in this embodiment, the activation treatment is performed by combining the heat treatment using the RF coil 8 and the heat treatment using the lamp 4, and the lamp irradiation is directly performed on the impurity layer formed in the n ⁻ -type epi layer. Instead, it is performed on the n ⁺ type substrate side. Further, the atmosphere during the heat treatment is an atmosphere containing SiH ₄ gas and H ₂ gas or HCl gas. For this reason, the following effects can be acquired.
[0037]
First, heating is performed by the RF coil 8 in a temperature range where migration does not occur. For this reason, even if the inside of the chamber becomes high temperature and the heating is locally performed after shifting to the heating by the lamp 4, other regions can be heated, and the heat treatment corresponding to the large area wafer can be performed. It can be carried out. Moreover, since the whole chamber can be made high temperature, the temperature gradient in the surface of SiC substrate 1 can be suppressed small.
[0038]
Moreover, since heating by the lamp 4 can be performed only on one surface of the SiC substrate 1, it is possible to prevent SiC from sublimating from the surface of the SiC substrate 1. Further, in this embodiment, the n ⁺ type substrate side is irradiated with the lamp. The growth temperature of the n ⁺ -type substrate is about 2300 ° C., which is sufficiently higher than the activation heat treatment temperature and the growth temperature of the n ⁻ -type epi layer, which is about 1550 ° C. For this reason, even if lamp irradiation is performed on the n ⁺ -type substrate, SiC can be prevented from sublimating much. Thereby, the surface roughness of SiC substrate 1 can be further suppressed.
[0039]
Moreover, since SiH ₄ gas is contained in the atmosphere during the heat treatment, a Si-rich atmosphere can be obtained, and Si escape from the SiC substrate 1 can be prevented. Furthermore, since the atmosphere during the heat treatment contains H ₂ gas or HCl gas, the migrated atoms can be etched, and the surface roughness of the SiC substrate 1 can be further suppressed.
[0040]
(Second Embodiment)
In FIG. 4, the schematic diagram of the heat processing apparatus as a SiC semiconductor manufacturing apparatus used for 2nd Embodiment of this invention is shown. Since the basic configuration of this heat treatment apparatus is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, only different parts will be described.
[0041]
As shown in FIG. 4, in this embodiment, one lamp 4 is provided for heating. The housing portion 5 is provided with a movable gate 10 that opens and closes between the lamp 4 and the SiC substrate 1 disposed on the wafer stage 6. When the movable gate 10 is in the open state, the light emitted from the lamp 4 reaches the SiC substrate 1 disposed on the wafer stage 6, and when the movable gate 10 is in the closed state, the light emitted from the lamp 4 is movable. It is blocked by 10 so as not to reach the SiC substrate 1.
[0042]
The heat treatment method using such a heat treatment apparatus is basically the same as that of the first embodiment, and the effect is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, the following operation is further performed. The following effects are obtained.
[0043]
First, after mounting the SiC substrate 1 on the susceptor 7 in the same manner as in the first embodiment, the position where the light from the lamp 4 gathers is matched with the portion to be heated in the SiC substrate 1 by scanning the wafer stage 6. . Then, after the movable gate 10 is closed and the lamp 4 is turned on, when the irradiation from the lamp 4 is stabilized, the movable gate 10 is opened. Thereby, the light emitted from the lamp 4 is reflected by the inner wall surface of the reflector unit 9, bundled on the upper part of the wafer stage 6, and irradiated toward the back surface of the SiC substrate 1. For this reason, the temperature of the back surface side of SiC substrate 1 rises at a high rate of temperature rise, and the impurities are activated to form an impurity layer.
[0044]
Next, after the movable gate 10 is closed with the lamp 4 being irradiated, the wafer stage 6 and the susceptor 7 are scanned, and the portion of the SiC substrate 1 to be heated next and the light from the lamp 4 gather. To match. Thereafter, the movable gate 10 is opened. Thereby, SiC substrate 1 is heated, the impurities are activated, and an impurity layer is formed. Then, a step of closing the movable gate 10 while irradiating the lamp 4, a positioning step by scanning the wafer stage 6, and a step of irradiating the SiC substrate 1 by opening the movable gate 10 Are repeated to sequentially activate the impurities to form an impurity layer.
[0045]
As described above, in the present embodiment, by using the movable gate 10, the impurities are activated one after another without turning off the lamp 4, and the impurity layer is formed. For this reason, even if it takes time until the irradiation by the lamp 4 is stabilized, the thermal history at each part can be made uniform, and the electrical characteristics of the SiC substrate 1 can be stabilized. Can do. Further, when the wafer stage 6 is scanned and aligned while irradiation with the lamp 4 is performed, light is irradiated to a portion that does not need to be activated, and the portion is heated. Therefore, temperature control of SiC substrate 1 can be facilitated.
[0046]
The movable gate 10 is also irradiated with light from the lamp 4, but since the movable gate 10 is only irradiated with light at the defocus position, the movable gate 10 is made of a high melting point material. You don't have to.
[0047]
(Third embodiment)
In FIG. 5, the schematic diagram of the heat processing apparatus as a SiC semiconductor manufacturing apparatus used for 3rd Embodiment of this invention is shown. Since the basic configuration of this heat treatment apparatus is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, only different parts will be described.
[0048]
As shown in FIG. 5, a quartz lot 11 is disposed between the lamp 4 and the quartz tube 3. As shown in FIG. 6, the quartz lot 11 guides light toward the SiC substrate 1 by internally reflecting the irradiation light from the lamp 4 and the reflection light from the reflector unit 9. The quartz lot 11 is provided for each set of the lamps 4 and the reflectors 9, and light is irradiated from the respective quartz lots 11 toward the SiC substrate 1.
[0049]
The heat treatment method using such a heat treatment apparatus is basically the same as that of the first embodiment, and the effect is also the same as that of the first embodiment. Since light irradiation can be performed in a wider range, activation in a wide range can be performed.
[0050]
(Other embodiments)
In the above embodiment, heating by the RF coil 8 is performed at a temperature at which migration does not occur, and heating by the lamp 4 is performed at a temperature at which migration can occur, but is not limited thereto.
[0051]
For example, heating by the RF coil 8 may be performed at a temperature at which migration does not occur, and heating by the RF coil 8 may be performed at a temperature at which migration can occur, in addition to the lamp 4. In this case, when activation is completed, the lamp 4 is turned off and the energization of the RF coil 8 is stopped to stop heating.
[0052]
Further, heating by the lamp 4 and the RF coil 8 may be performed both at a temperature at which migration does not occur and at a temperature at which migration can occur. In this case, when activation is completed, the lamp 4 is turned off and the energization of the RF coil 8 is stopped to stop heating.
[0053]
In the third embodiment, the light is emitted from the plurality of quartz lots 11 to the SiC substrate 1 as it is, but the light from the plurality of quartz lots 11 is further collected in one quartz lot, and thereafter The SiC substrate 1 can also be irradiated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the RF coil 8 shown in FIG.
3 is a front view of a housing part 5 including the lamp 4 shown in FIG.
FIG. 4 is a view showing a heat treatment apparatus in a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a heat treatment apparatus in a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SiC substrate, 2 ... Case part, 3 ... Quartz tube, 4 ... Lamp, 5 ... Housing part, 6 ... Wafer stage, 7 ... Susceptor, 8 ... RF coil, 9 ... Reflector part, 10 ... Movable gate, 11 ... Quartz lot.

Claims

A wafer stage (6) on which a silicon carbide substrate (1) is mounted;
A lamp (4) disposed on the wafer stage for irradiating light;
Condensing means (9) for collecting the light emitted by the lamp and irradiating the silicon carbide substrate with light;
An RF coil (8) disposed below the wafer stage, and configured to perform both heat treatment by the lamp and heat treatment by the RF coil ,
And a closed state that is disposed between the wafer stage, the lamp, and the light condensing means, and prevents the light from the lamp from being irradiated onto the silicon carbide substrate, and the light from the lamp is the silicon carbide. An apparatus for manufacturing a silicon carbide semiconductor, comprising: a movable gate (10) controlled to be in an open state so as to be irradiated on the surface.

A quartz lot (11) that guides light collected by the light collecting means in a predetermined direction while being transmitted is provided, and the silicon carbide substrate is configured to irradiate the silicon carbide substrate with the light that has passed through the quartz lot. The silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1 .

A wafer stage (6) on which a silicon carbide substrate (1) is mounted;
A lamp (4) disposed on the wafer stage for irradiating light;
Condensing means (9) for collecting the light emitted by the lamp and irradiating the silicon carbide substrate with light;
An RF coil (8) disposed below the wafer stage, and configured to perform both heat treatment by the lamp and heat treatment by the RF coil,
Furthermore, a quartz lot (11) that guides the light collected by the light collecting means in a predetermined direction while being transmitted is provided, and is configured to irradiate the silicon carbide substrate with the light that has passed through the quartz lot. A silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus.