KR20150102670A - 가열 처리 용기, 가열 처리 용기 집합체, 및 반도체 소자 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] SiC 기판에 효율적으로 가열 처리를 행할 수 있음과 아울러, 컴팩트한 가열 처리 용기를 제공한다.
[해결 수단] 가열 처리 용기는, 적어도 표면이 단결정 SiC로 구성되는 SiC 기판(40)을 Si 증기압 하에서 가열 처리하기 위한 용기이다. 용기부(30)와, 기판 지지부(50)를 구비한다. 용기부(30)는, Si 증기압을 실현하기 위한 내부 공간(33)을 가지며, 해당 내부 공간(33)의 일부가 개방된다. 기판 지지부(50)는, SiC 기판(40)을 지지할 수 있으며, 해당 SiC 기판(40)을 지지함으로써 용기부(30)의 개방된 부분이 덮여 내부 공간(33)이 밀폐 공간이 된다.

Description

가열 처리 용기, 가열 처리 용기 집합체, 및 반도체 소자 제조 장치{HEAT TREATMENT CONTAINER, AGGREGATION OF HEAT TREATMENT CONTAINERS, AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 주요하게는, SiC 기판을 Si 증기압 하(下)에서 가열하여 에칭을 행하기 위한 가열 처리 용기에 관한 것이다.
SiC는, Si 등과 비교하여 내열성 및 전기적 특성 등이 뛰어나기 때문에, 새로운 반도체 재료로서 주목받고 있다.
특허 문헌 1은, 이 SiC 기판의 표면을 평탄화하는 표면 처리 방법을 개시한다. 이 표면 처리 방법에서는, SiC 기판을 수납 용기(가열 처리 용기)에 수납한 상태에서 가열 처리를 행한다. 이 수납 용기는, 감합(嵌合, 끼워 맞춤) 가능한 상부 용기 및 하부 용기로 구성된다. 수납 용기는, 상부 용기와 하부 용기를 감합함으로써 밀폐 공간을 실현할 수 있다. 가열 처리는, 상부 용기와 하부 용기를 감합한 상태로, 수납 용기 내에 Si 펠릿(pellet)을 배치한 상태에서 행해진다. 이 가열 처리를 행하는 것에 의해, 수납 용기의 내부의 SiC 기판이 에칭되어, 분자 레벨로 평탄한 SiC 기판을 얻을 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본특허공개 2008－16691호 공보
그러나, 상기의 수납 용기를 이용하여 가열 처리를 행하는 경우, SiC 기판을 하부 용기에 배치한 후에, 하부 용기에 상부 용기를 끼워 넣을 필요가 있다. 이 감합 처리는, SiC 기판 1매마다 행할 필요가 있으므로, SiC 기판에 효율적으로 가열 처리를 행할 수 없고, 나아가서는 반도체 소자의 제조 효율이 저하해 버린다.
또, 수납 용기의 내부에 SiC 기판을 배치하는 경우, 하부 용기에 지지대를 마련할 필요가 있다. 이 경우, 수납 용기의 상하 방향의 사이즈가 커져 버린다.
본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 주요한 목적은, SiC 기판에 효율적으로 가열 처리를 행할 수 있음과 아울러, 컴팩트한 가열 처리 용기를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 해결하려고 하는 과제는 이상과 같으며, 다음으로 이 과제를 해결하기 위한 수단과 그 효과를 설명한다.
본 발명의 제1 관점에 의하면, 적어도 표면이 단결정 SiC로 구성되는 SiC 기판을 Si 증기압 하(下)에서 가열 처리하기 위한 가열 처리 용기에 있어서, 이하의 구성이 제공된다. 즉, 이 가열 처리 용기는, 용기부와, 기판 지지부를 구비한다. 상기 용기부는, Si 증기압을 실현하기 위한 내부 공간을 가지며, 해당 내부 공간의 일부가 개방된다. 상기 기판 지지부는, 상기 SiC 기판을 지지할 수 있으며, 해당 SiC 기판을 지지함으로써 상기 용기부의 개방된 부분이 덮여 상기 내부 공간이 밀폐 공간이 된다.
이것에 의해, SiC 기판을 기판 지지부에 지지시키는 것만으로 밀폐 공간을 실현할 수 있으므로, 별도 덮개부를 마련하는 구성과 비교하여, 가열 처리를 행할 때의 공정을 간단하게 할 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
상기의 가열 처리 용기에 있어서는, 이하의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 용기부는, 상기 내부 공간의 상부가 개방되어 있다. 상기 기판 지지부가 상기 SiC 기판을 지지함으로써, 상기 내부 공간의 상부가 덮인다.
이것에 의해, SiC 기판의 하면에 가열 처리가 행해지게 되므로, 미소(微小)한 불순물이 낙하하여 부착하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고품질의 SiC 기판을 제조할 수 있다.
상기의 가열 처리 용기에 있어서는, 다른 가열 처리 용기의 하면을 지지하는 용기 지지부가 상면에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 가열 처리 용기끼리를 겹칠 수 있으므로, 가열 처리 용기를 겹친 상태에서 한꺼번에 가열 처리를 행함으로써, SiC 기판에 효율적으로 가열 처리를 행할 수 있다.
상기의 가열 처리 용기에 있어서는, 이하의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 기판 지지부에는 관통공이 형성되며, 해당 기판 지지부는 상기 관통공의 외측의 가장자리부에서 상기 SiC 기판을 지지한다. 상기 용기부는, 제1 스텝과, 해당 제1 스텝보다 상부에 있는 제2 스텝을 구비하고 있다. 상기 제1 스텝은, 상기 기판 지지부의 외부 가장자리를 지지하며, 상기 관통공으로부터 노출하는 상기 SiC 기판을 상기 내부 공간에 대면시킨다. 상기 제2 스텝은, 상기 용기 지지부에 해당하며, 다른 가열 처리 용기의 하면을 지지한다.
이것에 의해, 기판 지지부가 SiC 기판의 가장자리를 지지함으로써, SiC 기판의 가장자리 이외의 부분에 대해 가열 처리를 행할 수 있다. 따라서, SiC 기판의 표면을 유효하게 활용하여 반도체(반도체 소자)를 제조할 수 있다.
상기의 가열 처리 용기에 있어서는, 적어도 상기 용기부는, 탄탈(Tantal) 금속을 포함하며, 해당 탄탈 금속의 내부 공간측에 탄화 탄탈층이 마련되고, 해당 탄화 탄탈층의 더 내부 공간측에 탄탈 실리사이드층(silcide層)이 마련되는 것이 바람직하다.
종래와 같이 수납 용기의 내면에 Si를 고착시켜 Si를 공급하는 구성은, Si가 용융하여 낙하함으로써 SiC 기판에 악영향을 주는 일이 있다. 이 점에서, 상기와 같이, 탄탈 실리사이드층에 의해서 내부 공간에 Si를 공급함으로써, 그 악영향을 방지할 수 있다.
상기의 가열 처리 용기에 있어서는, 상기 용기부의 상기 내부 공간을 형성하는 벽면의 전체에 걸쳐서 상기 탄탈 실리사이드층이 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 내부 공간 내의 Si의 압력을 균일하게 할 수 있으므로, SiC 기판의 가열 처리를 균일하게 행할 수 있다.
상기의 가열 처리 용기에 있어서는, 상기 용기부와 상기 기판 지지부가 분리 가능하며, 상기 기판 지지부가 교환 가능한 것이 바람직하다.
이것에 의해, 상기 기판 지지부를 교환함으로써, 여러 가지 형상 및 사이즈의 SiC 기판에 대해서 가열 처리를 행할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 의하면, 상기의 가열 처리 용기를 복수 연결하여 구성되는 가열 처리 용기 집합체가 제공된다.
이것에 의해, 복수매의 SiC 기판에 대해서 한꺼번에 가열 처리를 행할 수 있으므로, SiC 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
본 발명의 제3 관점에 의하면, 상기의 가열 처리 용기를 구비하는 반도체 소자 제조 장치가 제공된다.
이것에 의해, 상기의 효과를 발휘할 수 있는 반도체 소자 제조 장치를 실현할 수 있다.
본 발명에 따르면, SiC 기판에 효율적으로 가열 처리를 행할 수 있음과 아울러, 컴팩트한 가열 처리 용기, 가열 처리 용기 집합체, 및 반도체 소자 제조 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 표면 처리 방법에 이용하는 고온 진공로(眞空爐)의 개요를 설명하는 도면.
도 2는 가열 처리 용기 집합체의 사시도.
도 3은 가열 처리 용기 집합체의 단면도(端面圖).
도 4는 가열 처리 용기의 분해 사시도.
도 5는 SiC 기판, 기판 지지부, 및 용기부의 평면도.
도 6은 가열 처리 용기의 벽면의 조성을 나타내다 개략도.
도 7은 각 공정에서의 SiC 기판의 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 8은 가열 처리 후의 SiC 기판의 위치에 따른 시트 저항을 측정한 도면.
도 9는 본 실시 형태의 가열 처리 후의 SiC 기판과, 종래의 가열 처리 후의 SiC 기판에서 시트 저항을 비교하는 도면.
도 10은 가열 처리 전후의 SiC 기판의 표면의 순도(純度)를 나타내는 도면.
도 11은 SiC 기판의 위치에 따른 에칭 속도를 측정한 도면.
다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 실시 형태의 가열 처리에서 이용하는 고온 진공로(반도체 소자 제조 장치)(10)에 대해 설명한다. 도 1은, 본 발명의 표면 처리 방법에 이용하는 고온 진공로의 개요를 설명하는 도면이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 고온 진공로(10)는, 본(本) 가열실(21)과, 예비 가열실(22)을 구비하고 있다. 본 가열실(21)은, 적어도 표면이 단결정 SiC로 구성되는 SiC 기판을 1000℃ 이상 2300℃ 이하의 온도로 가열할 수 있다. 예비 가열실(22)은, SiC 기판을 본 가열실(21)에서 가열하기 전에 예비 가열을 행하기 위한 공간이다.
본 가열실(21)에는, 진공 형성용 밸브(23)와, 비활성 가스 주입용 밸브(24)와, 진공계(眞空計, 25)가 접속되어 있다. 진공 형성용 밸브(23)에 의해, 본 가열실(21)의 진공도(眞空度)를 조정할 수 있다. 비활성 가스 주입용 밸브(24)에 의해, 본 가열실(21) 내의 비활성 가스(예를 들면 Ar 가스)의 압력을 조정할 수 있다. 진공계(25)에 의해, 본 가열실(21) 내의 진공도를 측정할 수 있다.
본 가열실(21)의 내부에는, 히터(26)가 구비되어 있다. 또, 본 가열실(21)의 측벽이나 천정에는 도시를 생략한 열반사 금속판이 고정되어 있으며, 이 열반사 금속판에 의해서, 히터(26)의 열을 본 가열실(21)의 중앙부를 향해서 반사시키도록 구성되어 있다. 이것에 의해, SiC 기판(40)을 강력 또한 균등하게 가열하여, 1000℃ 이상 2300℃ 이하의 온도까지 승온시킬 수 있다. 또, 히터(26)로서는, 예를 들면, 저항 가열식 히터나 고주파 유도 가열식 히터를 이용할 수 있다.
또, SiC 기판(40)은, 가열 처리 용기 집합체(3)에 수용된다. 가열 처리 용기 집합체(3)는, 가열 처리 용기(3a ~ 3f)로 구성되어 있다. 가열 처리 용기(3a ~ 3f)는, 각각 1매씩 SiC 기판(40)을 지지한다. 또, 가열 처리 용기 집합체(3)는, 처리대(27)에 얹어져 있다. 처리대(27)는, 도시를 생략한 구동 장치 및 전달 기구에 의해서, 적어도 예비 가열실(22)로부터 본 가열실(21)까지 이동 가능하게 구성되어 있다.
SiC 기판(40)을 가열 처리할 때에는, 먼저, 도 1의 쇄선으로 나타내는 바와 같이 가열 처리 용기 집합체(3)를 고온 진공로(10)의 예비 가열실(22)에 배치하여, 적당한 온도(예를 들면 약 800℃)로 예비 가열한다. 다음으로, 미리 설정 온도(예를 들면, 약 1800℃)까지 승온시켜 둔 본 가열실(21)로 가열 처리 용기 집합체(3)를 이동시킨다. 그 후, 적당한 환경 하에서 SiC 기판(40)을 가열한다. 또, 예비 가열을 생략해도 괜찮다.
다음으로, 가열 처리 용기 집합체(3)에 대해 설명한다. 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 가열 처리 용기 집합체(3)는, 가열 처리 용기(3a ~ 3f)를 상하 방향으로 겹침으로써 구성되어 있다. 가열 처리 용기(3a ~ 3f)는, 모두 동일 형상이므로, 이하에서는 대표하여 가열 처리 용기(3a)에 대해 설명한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 가열 처리 용기(3a)는, SiC 기판(40)을 지지함과 아울러, 해당 SiC 기판(40)을 Si 증기압 하에서 가열하기 위한 용기이다. 가열 처리 용기(3a)는, 용기부(30)와, 기판 지지부(50)를 구비하고 있다.
용기부(30)는, 도 4 등에 나타내는 바와 같이, 축방향의 길이가 짧은 저부가 있는 통 모양의 용기이다. 용기부(30)는, 저면부(31)와, 측면부(32)를 구비하고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 저면부(31)의 내측인 저면측 내벽면(31a)과, 측면부(32)의 내측인 측면측 내벽면(32a)에 의해 내부 공간(33)이 형성된다. 또, 이 내부 공간(33)은 상부가 개방된 공간이다.
또, 측면부(32)에는, 제1 스텝(34)과, 제2 스텝(35)과, 제3 스텝(36)이 형성되어 있다.
제1 스텝(34)은, 용기부(30)의 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다. 제1 스텝(34)은, 기판 지지부(50)의 외부 가장자리 부분을 지지한다.
제2 스텝(35)은, 제1 스텝(34)보다 높은 위치에 형성되어 있다. 제2 스텝(35)은, 간격이 균등하게 되도록 3개소에 형성되어 있다. 환언하면, 제2 스텝(35)은, 전체 둘레는 아니고 일부에만 형성되어 있다. 제2 스텝(35)은, 가열 처리 용기(3a)의 상측에 가열 처리 용기(3b)를 겹칠 때에, 해당 가열 처리 용기(3b)의 용기부(30)(상세하게는 측면부(32)의 저면)를 지지한다.
제3 스텝(36)은, 제1 스텝(34) 및 제2 스텝(35)보다 높은 위치에 형성되어 있다. 제3 스텝(36)은, 제2 스텝(35)의 상측에 형성되어 있으므로, 간격이 균등하게 되도록 3개소에 형성되어 있다. 제3 스텝(36)은, 상측에 겹쳐진 가열 처리 용기(3b)가 가열 처리 용기(3a)에 대해서 수평 방향으로 이동하지 않도록, 해당 가열 처리 용기(3b)의 위치를 규제한다.
SiC 기판(40)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 대략 원판 모양이다. SiC 기판(40)에는, 피처리면(41)과, 그 반대측의 이면(42)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 피처리면(41)이 하측을 향하도록 SiC 기판(40)을 배치한다.
또, SiC 기판(40)에는, 제1 오리엔테이션 플랫(orientation flat, 43)과, 제2 오리엔테이션 플랫(44)이 형성되어 있다. 이들은, 결정축 방위를 나타내기 위해 원판을 잘라낸 부분(직선부)이며, 또 SiC 기판(40) 취급시에서의 표리의 착오를 방지하기 위한 것이다.
기판 지지부(50)는, SiC 기판(40)을 지지하며, 피처리면(41)을 내부 공간에 대면시키기(노출시키기) 위한 부재이다. 기판 지지부(50)는, 대략 원판 모양의 부재인 베이스부(51)를 구비하고 있다.
베이스부(51)의 외부 가장자리에는, 노치(52)가 형성되어 있다. 노치(52)는, 간격이 균등하게 되도록 3개소에 형성되어 있다. 기판 지지부(50)는, 노치(52)가 제2 스텝(35)으로 들어가도록 하여, 용기부(30)에 장착된다(도 2). 이 구성에 의해, 볼트 등으로 고정하지 않고, 용기부(30)에 대한 기판 지지부(50)의 수평 이동 및 회전을 규제할 수 있다.
또, 베이스부(51)의 중앙에는, 관통공(53) 및 가장자리부(스폿페이스부(spotface部))(54)가 형성되어 있다. 관통공(53)은 SiC 기판(40)을 내부 공간에 대면시키기 위해서 형성되어 있다. 가장자리부(54)는, 관통공(53)의 바로 외측으로서, 베이스부(51)의 상면보다 낮은 높이의 스텝이다. 또, 가장자리부(54)에는, 상술의 제1 오리엔테이션 플랫(43)에 대응하는 제1 직선부(54a)가 형성됨과 아울러, 제2 오리엔테이션 플랫(44)에 대응하는 제2 직선부(54b)가 형성되어 있다. 이 제1 직선부(54a) 및 제2 직선부(54b)가 표시가 됨으로써, SiC 기판(40)의 표리를 실수하지 않고, 소망의 면을 처리할 수 있다.
가장자리부(54)는, SiC 기판(40)의 외부 가장자리와 접촉함으로써, 이 SiC 기판(40)을 지지할 수 있다. 또, 가장자리부(54)는 베이스부(51)보다 낮은 위치에 형성되어 있으므로, 기판 지지부(50)에 대한 SiC 기판(40)의 수평 이동을 규제할 수 있다.
여기서, 가장자리부(54)의 형상(직사각형인지 원형인지) 및 사이즈는 SiC 기판(40)에 대응하고 있는 것이 바람직하다. 상세하게는, 가장자리부(54)의 사이즈는 SiC 기판(40)의 사이즈보다 조금만 크게 하여, SiC 기판(40)의 착탈을 용이하게 할 필요가 있다. 또, 상술한 바와 같이, 기판 지지부(50)와 용기부(30)는, 볼트 등을 사용하지 않고 간단하게 분리 가능하다. 따라서, 관통공(53)의 형상 및 사이즈가 다른 다른 기판 지지부(50)를 교환하여 이용함으로써, 가열 처리 용기(3a)를 여러 가지 SiC 기판(40)에 대응시킬 수 있다.
SiC 기판(40)을 기판 지지부(50)에 얹고, 이 기판 지지부(50)를 용기부(30)에 얹음으로써, SiC 기판(40)의 피처리면(41)을, 관통공(53)을 통해서, 내부 공간(33)에 대면시킬 수 있다(도 2). 이것에 의해, 기판 지지부(50) 및 SiC 기판(40)에 의해서, 내부 공간(33)의 상부의 개방 부분을 덮을 수 있으므로, 내부 공간(33)을 밀폐 공간으로 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 상부 용기를 하부 용기에 감합시키는 수고를 생략할 수 있다. 또, 본원에서 「밀폐 공간」은, 기체의 이동이 완전하게 차단될 정도의 밀폐도까지 요구되지 않고, 기체가 어느 정도 밀폐되어 있으면 괜찮은 것으로 한다.
다음으로, 용기부(30) 및 기판 지지부(50)의 조성에 대해 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은, 가열 처리 용기의 벽면의 조성을 나타내는 개략도이다.
용기부(30) 및 기판 지지부(50)는, 적어도 내부 공간(33)의 벽면을 구성하는 부분에 있어서, 도 6에 나타내는 조성으로 되어 있다. 구체적으로는, 외측으로부터 내부 공간(33)측의 순서로, 탄탈층(Ta), 탄탈 카바이드층(TaC 및 Ta2C), 및 탄탈 실리사이드층(TaSi2)으로 구성되어 있다.
탄탈층 및 탄탈 카바이드층으로 구성되는 도가니는 종래부터 알려져 있지만, 본 실시 형태에서는, 탄탈 실리사이드층이 더 형성되어 있다. 이 탄탈 실리사이드층은, 내부 공간(33)을 Si 증기압으로 하기 위한 것이며, 특허 문헌 1에서의 Si 펠릿(pellet)에 해당한다.
이하, 탄탈 실리사이드층의 형성 방법에 대해 간단하게 설명한다. 탄탈 실리사이드층은, 용융시킨 Si를 도가니의 내벽면에 접촉시켜, 1800℃ 이상 2000℃ 이하 정도로 가열함으로써 형성된다. 이것에 의해, TaSi2로 구성되는 탄탈 실리사이드층을 실현할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 30㎛ 내지 50㎛ 정도의 탄탈 실리사이드층을 형성하지만, 내부 공간의 체적 등에 따라서, 예를 들면 1㎛ 내지 300㎛의 두께라도 괜찮다.
이상과 같이 처리를 행함으로써, 탄탈 실리사이드층을 형성할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는 탄탈 실리사이드로서 TaSi2가 형성되는 구성이지만, 다른 화학식으로 나타내어지는 탄탈 실리사이드가 형성되어 있어도 괜찮다. 또, 복수의 탄탈 실리사이드가 겹쳐 형성되어 있어도 좋다.
본 실시 형태에서는, 내부 공간(33)을 구성하는 벽면(측벽, 저면, 및 SiC 기판(40) 이외의 상면)의 전체에 걸쳐서, 탄탈 실리사이드층이 형성되어 있다. 이것에 의해, 내부 공간(33) 내의 Si의 압력을 균일하게 할 수 있으므로, SiC 기판(40)의 가열 처리를 균일하게 행할 수 있다.
다음으로, 상기에서 설명한 고온 진공로(10) 및 가열 처리 용기 집합체(3)를 이용하여 SiC 기판(40)으로부터 반도체 소자를 제조하는 처리에 대해 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은, 각 공정에서의 기판의 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, SiC 기판(40)에 에피택셜층(epitaxial層, 45)을 형성한다. 에피택셜층을 형성하는 방법은, 임의이며, 공지의 기상(氣相) 에피택셜법이나 준안정 용매 에피택셜법 등을 이용할 수 있다. 또는, SiC 기판(40)이 OFF 기판인 경우, 스텝 플로우 제어에 의해서 에피택셜층을 형성하는 CVD법을 이용할 수도 있다.
다음으로, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 에피택셜층(45)이 형성된 SiC 기판(40)에 이온 주입을 행한다. 이 이온 주입은, 대상물에 이온을 조사하는 기능을 가지는 이온 도핑 장치를 이용하여 행한다. 이온 도핑 장치에 의해서, 에피택셜층(45)의 표면의 전면(全面) 또는 일부에 선택적으로 이온이 주입된다. 그리고, 이온이 주입된 이온 주입 부분(46)에 기초하여 반도체 소자의 소망한 영역이 형성되게 된다.
또, 이온이 주입되는 것에 의해서, 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같이, 이온 주입 부분(46)을 포함하는 에피택셜층(45)의 표면이 거칠어진 상태가 된다(SiC 기판(40)의 표면이 손상하여, 평탄도가 악화된다).
다음으로, 주입한 이온의 활성화 및 이온 주입 부분(46) 등에의 에칭을 행한다(도 7의 (d)를 참조). 본 실시 형태에서는, 양쪽 모두의 처리를 하나의 공정으로 행할 수 있다. 구체적으로는, Si 증기압 하에서 1500℃ 이상 2200℃ 이하, 바람직하지는 1600℃ 이상 2000℃ 이하의 환경에서 가열 처리(아닐(anneal) 처리)를 행한다. 이것에 의해, 주입된 이온을 활성화할 수 있다. 또, SiC 기판(40)의 표면이 에칭됨으로써, 이온 주입 부분(46)이 거칠어진 부분이 평탄화되어 간다(도 7의 (e)를 참조).
이상의 처리를 행함으로써, SiC 기판(40)의 표면이, 충분한 평탄도 및 전기적 활성을 가지게 된다. 이 SiC 기판(40)의 표면을 이용하여, 반도체 소자를 제조할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 가열 처리 용기 집합체(3)에 의한 가열 처리를 평가하기 위해서 행한 실험을 설명한다. 이하의 실험은, 3개의 가열 처리 용기를 겹친 가열 처리 용기 집합체(3)를 이용하고, 오프각(off角)이 4°인 4인치의 SiC 기판(40)을 피처리물로 하고 있다. 처음에, SiC 기판(40)에 약 10㎛의 에피택셜 성장을 행하고, 다음으로, SiC 기판의 표면으로부터 500nm의 거리에서 Al 이온을 도스량(dose量) 5.6E＋14/cm2로 주입한 후에 가열 처리를 행했다.
도 8은, 가열 처리 후의 SiC 기판에 대해서, 위치에 따른 시트 저항을 측정한 도면이다. 또, 이온을 주입하는 공정에서, SiC 기판(40)의 전체에 이온을 주입하고 있다. 도 8의 (a)의 그래프의 가로축이 측정점이며, 도 8의 (b)의 숫자에 대응하고 있다. 도 8의 (a)의 세로축은 시트 저항이다. 또, 얻어진 결과를 바탕으로 평균값, 최대값, 최소값, 3σ, 변동 계수(σ/μ)를 계산했다. 이 변동 계수는 4.54% 이며, 이온 주입의 편차가 5% 정도인 것을 고려하면, 표면에 균일하게 처리가 행해진 것을 알 수 있다.
도 9는, 본 실시 형태의 가열 처리 후의 SiC 기판과, 종래의 가열 처리 후의 SiC 기판과, 시트 저항을 비교하는 도면이다. 도 9의 그래프에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 방법은, 1600℃ 및 1700℃의 양쪽 모두에서, 동일 온도의 다른 방법보다 시트 저항이 낮기 때문에, 품질이 높은 SiC 기판(40)이 얻어진 것을 알 수 있다. 특히 1700℃에서, 다른 어느 것 보다도 낮은 시트 저항을 나타내기 때문에, 품질이 매우 높은 SiC 기판이 얻어진 것을 알 수 있다.
도 10은, 가열 처리 전후의 SiC 기판의 표면의 순도(純度)를 나타내는 도면이다. 도 10의 (a)는, SiC 기판(40)의 표면의 계측점(Center 및 Edge)의 위치를 나타내고 있다. 도 10의 (b)는, 가열 처리 전후에서의, 다른 불순물의 함유량을 나타내고 있다. 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 불순물은 거의 검출되지 않으며, 가열 처리 전에 검출된 불순물은, 가열 처리에 의한 에칭에 의해 제거된 것을 알 수 있다.
도 11은, SiC 기판의 위치에 따른 에칭 속도를 측정한 도면이다. 도 11의 (a)는, SiC 기판(40)의 표면의 계측점의 위치를 나타내고 있다. 도 11의 (b)은, 각 위치에서의 온도마다의 에칭 속도를 나타내고 있다. 어느 온도에서도 에칭 속도는 대략 동일 값으로 되어 있기 때문에, SiC 기판(40)의 위치에 관계없이 균일하게 에칭이 행해지고 있는 것을 알 수 있다. 또, 약간의 변화가 보여지나, 예를 들면 온도 편차 등에 기인하는 것으로 생각되어진다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 가열 처리 용기(3a ~ 3f)는, 용기부(30)와, 기판 지지부(50)를 구비한다. 용기부(30)는, Si 증기압을 실현하기 위한 내부 공간(33)을 가지며, 해당 내부 공간(33)의 일부가 개방된다. 기판 지지부(50)는, SiC 기판(40)을 지지할 수 있으며, 해당 SiC 기판(40)을 지지함으로써 용기부(30)의 개방된 부분이 덮여 내부 공간(33)이 밀폐 공간이 된다.
이것에 의해, SiC 기판(40)을 기판 지지부(50)에 지지시키는 것만으로 밀폐 공간을 실현할 수 있으므로, 별도 덮개부를 마련하는 구성과 비교하여, 가열 처리를 행할 때의 공정을 간단하게 할 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 제조 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 종래와 같이 하부 용기 내에 지지대가 불필요하므로, 가열 처리 용기의 상하 방향의 사이즈를 저감할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 가열 처리 용기(3a ~ 3f)에 있어서, 용기부(30)는, 내부 공간(33)의 상부가 개방되어 있다. 기판 지지부(50)가 SiC 기판(40)을 지지함으로써, 내부 공간(33)의 상부가 덮인다.
이것에 의해, SiC 기판(40)의 하면에 가열 처리가 행해지게 되므로, 미소한 불순물이 낙하하여 부착하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고품질인 SiC 기판(40)을 제조할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 가열 처리 용기(3a ~ 3f)는, 상면에 마련되며, 다른 가열 처리 용기(3a ~ 3f)의 하면을 지지하는 제2 스텝(용기 지지부)(35)을 구비한다.
이것에 의해, 가열 처리 용기끼리를 겹칠 수 있으므로, 가열 처리 용기를 겹친 상태에서 한꺼번에 가열 처리를 행함으로써, SiC 기판에 효율적으로 가열 처리를 행할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 가열 처리 용기(3a ~ 3f)에 있어서, 적어도 용기부(30)는, 탄탈 금속을 포함하며, 해당 탄탈 금속의 내부 공간(33) 측에 탄화 탄탈층이 마련되고, 해당 탄화 탄탈층의 더 내부 공간(33) 측에 탄탈 실리사이드층이 마련되는 것이 바람직하다.
종래와 같이 수납 용기의 내면에 Si를 고착시켜 Si를 공급하는 구성은, Si가 용융하여 낙하함으로써 SiC 기판에 악영향을 주는 일이 있다. 이 점에서, 상기와 같이, 탄탈 실리사이드층에 의해서 내부 공간(33)에 Si를 공급함으로써, 그 악영향을 방지할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명했지만, 상기의 구성은 예를 들면 이하와 같이 변경할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 가열 처리 용기(3a ~ 3f)를 이온 주입 후의 에칭을 위해서 이용했지만, 균일한 에칭 등이 요구되는 공정이면, 여러 가지 공정에 상기의 제어를 적용할 수 있다.
예를 들면, 에피택셜 성장을 행하기 전의 기판(결정 결함 등을 가지는 기판)을 평탄화하는 방법으로서, 탄화층 및 희생(犧牲) 성장층을 형성하여 희생 성장층을 에칭하는 방법이 알려져 있다. 이 희생 성장층의 에칭을 행할 때에 본 실시 형태의 가열 처리 용기(3a ~ 3f)를 이용할 수 있다. 이 경우, 희생 성장층을 균일하게 제거할 수 있다.
탄탈 실리사이드층을 형성하는 방법은 상기 실시 형태에서 나타낸 방법에 한정되지 않고, 상기에서 설명한 구성(조성)의 가열 처리 용기를 형성할 수 있다면, 임의의 방법을 이용할 수 있다.
가열 처리 용기(3a ~ 3f)의 형상은 임의이며, 적당히 변경할 수 있다. 예를 들면 용기부(30)와 기판 지지부(50)가 일체적으로 형성되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 기판 지지부(50)를 교환하는 것은 불가능하지만, 가열 처리 용기(3a)의 형상을 단순하게 할 수 있다. 또, 내부 공간(33)은, 원기둥 모양이라도 괜찮고, 입방체 모양 또는 직방체 모양이라도 괜찮다.
본 실시 형태에서는, 용기부(30)를 기판 지지부(50)에 얹음으로써, SiC 기판(40) 및 기판 지지부(50)가 내부 공간(33)의 개방 부분을 덮지만, 대부분 SiC 기판(40)만을 따라 내부 공간(33)의 개방 부분을 덮어도 괜찮다.
내부 공간의 벽면에 탄탈 실리사이드층을 형성하는 대신에, 고체의 Si 펠릿을 배치해도 괜찮다. 또, 벽면에 Si를 고착해도 좋다.
가열 처리 용기 집합체(3)를 구성하는 가열 처리 용기의 적층수는 임의이며, 처리하는 SiC 기판(40)의 매수, 고온 진공로(10)의 크기 등에 따라 변화시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 내부 공간(33)의 상부가 개방되어 있기 때문에, SiC 기판(40)의 하면이 피처리면(41)이 된다. 이것을 대신하여, 내부 공간(33)의 하부가 개방되어 있어도 괜찮다. 이 경우, SiC 기판(40)의 상부가 피처리면(41)이 된다. 또, 내부 공간의 측부 등이 개방되어 있어도 괜찮다.
적층되는 가열 처리 용기의 저면을 생략하고, 가열 처리 용기의 내부 공간이 연결되는 구성이라도 괜찮다. 이 경우, Si 공급원이 되는 실리사이드는, 측면부(32)의 내부 공간(33) 측이나, 기판 지지부(50)의 상면 또는 하면에 형성해 두면 괜찮다. 이와 같은 구성에 의해, SiC 기판(40)의 상부 및 하부가 Si 증기압 하(下)로 되기 때문에, SiC 기판(40)의 양면을 동시에 처리할 수 있다.
처리를 행한 환경 및 이용한 SiC 기판 등은 일례이며, 여러 가지 환경 및 SiC 기판에 대해서 적용할 수 있다.
3 : 가열 처리 용기 집합체
3a ~ 3f : 가열 처리 용기
10 : 고온 진공로(반도체 소자 제조 장치)
21 : 본 가열실
22 : 예비 가열실
30 : 용기부
31 : 저면부
32 : 측면부
34 : 제1 스텝
35 : 제2 스텝(용기 지지부)
36 : 제3 스텝
40 : SiC 기판
41 : 피처리면
50 : 기판 지지부
51 : 베이스부
52 : 노치
53 : 관통공
54 : 가장자리부

Claims (9)

  1. 적어도 표면이 단결정 SiC로 구성되는 SiC 기판을 Si 증기압 하(下)에서 가열 처리하기 위한 가열 처리 용기에 있어서,
    Si 증기압을 실현하기 위한 내부 공간을 가지며, 해당 내부 공간의 일부가 개방된 용기부와,
    상기 SiC 기판을 지지할 수 있으며, 해당 SiC 기판을 지지함으로써 상기 용기부의 개방된 부분이 덮여 상기 내부 공간이 밀폐 공간이 되는 기판 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 처리 용기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용기부는, 상기 내부 공간의 상부가 개방되어 있으며,
    상기 기판 지지부가 상기 SiC 기판을 지지함으로써, 상기 내부 공간의 상부가 덮이는 것을 특징으로 하는 가열 처리 용기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    다른 가열 처리 용기의 하면을 지지하는 용기 지지부가 상면에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 가열 처리 용기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기판 지지부에는 관통공이 형성되고, 해당 기판 지지부는 상기 관통공의 외측의 가장자리부에서 상기 SiC 기판을 지지하며,
    상기 용기부는, 제1 스텝과, 해당 제1 스텝보다 상부에 있는 제2 스텝을 구비하고 있으며,
    상기 제1 스텝은, 상기 기판 지지부의 외부 가장자리를 지지하고, 상기 관통공으로부터 노출하는 상기 SiC 기판을 상기 내부 공간에 대면시키며,
    상기 제2 스텝은, 상기 용기 지지부에 해당하고, 다른 가열 처리 용기의 하면을 지지하는 것을 특징으로 하는 가열 처리 용기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    적어도 상기 용기부는, 탄탈(Tantal) 금속을 포함하며, 해당 탄탈 금속의 내부 공간측에 탄화 탄탈층이 마련되고, 해당 탄화 탄탈층의 더 내부 공간측에 탄탈 실리사이드층(silcide層)이 마련되는 것을 특징으로 하는 가열 처리 용기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 용기부의 상기 내부 공간을 형성하는 벽면의 전체에 걸쳐서 상기 탄탈 실리사이드층이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 가열 처리 용기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 용기부와 상기 기판 지지부가 분리 가능하며, 상기 기판 지지부가 교환 가능한 것을 특징으로 하는 가열 처리 용기.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 하나의 항에 기재된 가열 처리 용기를 복수 연결하여 구성되는 가열 처리 용기 집합체.
  9. 청구항 1 내지 7 중 어느 하나의 항에 기재된 가열 처리 용기를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
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