WO2015146162A1 - 半導体基板の熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

半導体基板の熱処理方法及び熱処理装置 Download PDF

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真果 柴垣
篠田　康子
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • H01L21/0455—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion
    • H01L21/046—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate.
  • Angular corners in the trench can cause defective coating when the gate insulating film is coated, and can cause voids when forming the buried electrode in the trench. . Furthermore, the angular corners of the trench may cause dielectric breakdown of the gate insulating film due to electric field concentration, and improvement is demanded.
  • Patent Document 2 there has been proposed a method for reducing the electric field concentration and ensuring the reliability of the gate insulating film by rounding the opening and bottom corners of the trench.
  • a first heat treatment in a temperature range of 1600 ° C. to 1800 ° C. is performed in an Ar gas or SiH 4 gas / inert gas atmosphere, and then a second heat treatment in a hydrogen atmosphere of 1400 ° C. to 1500 ° C. is performed. It is disclosed to round the corners of the trench opening and the bottom of the trench.
  • the first heat treatment in the temperature range of 1600 ° C. to 1800 ° C. is performed in an Ar gas or SiH 4 gas / inert gas atmosphere disclosed in Patent Document 2, and then the temperature is 1400 ° C. to 1500 ° C. in a hydrogen atmosphere.
  • the productivity since the first heat treatment and the second heat treatment are performed, there is a concern that the productivity may be significantly reduced.
  • combustible SiH 4 gas and explosive hydrogen gas are used, a dedicated gas introduction line, gas detector, waste gas treatment equipment and other incidental facilities related to safety are required, which greatly increases costs. There is concern about inviting.
  • the present invention has been made in light of the above problems, and a semiconductor substrate heat treatment method capable of improving the shape of a trench without using a gas having flammability and explosiveness while improving productivity and
  • An object is to provide a heat treatment apparatus.
  • a heat treatment method for performing heat treatment on a semiconductor substrate in which a recess is formed in a treatment chamber in which a gas is sealed at a pressure exceeding a pressure in a molecular flow region is provided.
  • the gas is sealed at a pressure exceeding the pressure in the molecular flow region, the processing chamber for performing heat treatment of the semiconductor substrate, the heating means provided in the processing chamber, and the molecular flow region.
  • a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate comprising: a control device that performs the heat treatment on a semiconductor substrate having a recess formed by the heating means in the processing chamber in a state.
  • the corner portion is rounded while controlling the trench width with high productivity and without requiring an expensive incidental facility. be able to.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view (No. 1) showing a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view (No. 2) showing the heat treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view (No. 3) showing the heat treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view (No. 1) showing the substrate holder unit and its periphery in the heat treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view (No. 2) showing the substrate holder unit and its periphery in the heat treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view (No. 1) showing a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view (No. 2) showing the heat treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view (No. 3) showing the
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a heating unit in the heat treatment apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a substrate processing system in which a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention is incorporated.
  • FIG. 8A is a flowchart showing a preliminary preparation of a semiconductor substrate heat treatment method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a flowchart illustrating a semiconductor substrate heat treatment method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a trench type MOSFET manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a semiconductor substrate having a trench before heat treatment used in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view (No. 1) of the trench after the heat treatment used in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a part of a sectional view (No. 2) of the trench after the heat treatment used in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view (No. 1) of the trench after the heat treatment used in the comparative example of the present invention.
  • FIG. 14 is a part of a sectional view (No. 2) of the trench after the heat treatment used in the comparative example of the present invention.
  • FIG. 1 shows the heat treatment apparatus 100 in a state when a semiconductor substrate is carried in or out.
  • FIG. 2 shows the heat treatment apparatus 100 in a state during the heat treatment of the semiconductor substrate.
  • FIG. 3 shows the heat treatment apparatus 100 in a state of cooling the semiconductor substrate.
  • FIG. 4 shows the substrate holder unit A in FIG. 1 and its periphery in an enlarged manner.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the substrate holder unit A and its periphery in FIG.
  • FIG. 6 shows an example of a specific configuration of the heating unit B.
  • the heat treatment apparatus 100 includes a substrate holder unit A that is a substrate holding means, a heating unit B that is a heating means, a shutter device C, and a vacuum that constitutes a processing chamber. Chamber D. Furthermore, the heat treatment apparatus 100 includes a control device 60 that controls the entire operation of the heat treatment apparatus.
  • the substrate holder unit A, the heating unit B, and the shutter device C are provided in a vacuum chamber D that is a processing chamber.
  • the substrate holder unit A includes a substrate stage 1 at the top.
  • the heating unit B is provided above the substrate stage 1 and includes a substrate facing surface 2 that faces the substrate stage 1.
  • substrate opposing surface 2 of the heating unit B is comprised so that heat radiation is possible so that it may mention later.
  • the substrate holder unit A can be moved up and down by the lifting device E.
  • the proximity and separation between the substrate stage 1 and the substrate facing surface 2 of the heating unit B can be controlled by the operation of the lifting device E.
  • the heating unit B is in a non-contact state with the semiconductor substrate 3 when the substrate holder unit A is raised and the semiconductor substrate 3 on the substrate stage 1 and the substrate facing surface 2 are brought close to each other.
  • the semiconductor substrate 3 is heated by radiant heat radiated from the opposing surface 2.
  • the substrate holder unit A shown in FIG. 1 is in a lowered position and is in a state in which the semiconductor substrate 3 can be carried into and out of the vacuum chamber D. Further, the substrate holder unit A shown in FIG. 2 is in the raised position and is in a state during the heat treatment of the semiconductor substrate 3. The substrate holder unit A shown in FIG. 3 is in the lowered position after the heat treatment, and is in a state when the semiconductor substrate 3 is cooled.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the substrate holder unit A and its periphery shown in FIG. 1
  • FIG. 5 is an enlarged view of the substrate holder unit A and its periphery shown in FIG.
  • the substrate holder unit A for holding the semiconductor substrate 3 includes a substrate stage 1 at the top, four radiation plates 4 under the substrate stage 1, and under the radiation plate 4. Two reflectors 5 and a cooling panel 6 at the bottom are provided.
  • the substrate stage 1 is a substrate on which a semiconductor substrate 3 to be heat-treated is placed.
  • a concave portion is formed at the center of the upper surface of the substrate stage 1, and this concave portion serves as a substrate placement portion 7 on which the semiconductor substrate 3 is placed.
  • the semiconductor substrate 3 shown in FIG. 4 is lifted and supported by lift pins 8 described later.
  • the substrate holder unit A is raised by the elevating device E and the substrate stage 1 moves upward from the lift pins 8, as shown in FIG. 5, the substrate holder unit A is moved and placed on the substrate platform 7.
  • the semiconductor substrate 3 to be subjected to heat treatment is a semiconductor substrate into which impurities are introduced, for example, by ion implantation.
  • the semiconductor substrate 3 include a SiC substrate and a gallium nitride (GaN) substrate.
  • the semiconductor substrate includes, in addition to the semiconductor substrate itself, a substrate in which a semiconductor film is further formed on the semiconductor substrate and a substrate in which a semiconductor film is formed on a support substrate.
  • a plurality of lift pins 8 erected on the bottom of the vacuum chamber D protrude from the substrate stage 1 through the lift pin through holes 13.
  • the number of lift pins 8 is such that the semiconductor substrate 3 on the substrate platform 7 can be lifted and supported at the tip.
  • the substrate holder unit A rises from the state shown in FIG. 4 and the substrate stage 1 moves upward from the lift pins 8, the semiconductor substrate 3 is transferred onto the substrate platform 7.
  • the semiconductor substrate 3 is subjected to heat treatment by the heating unit B in a state of being placed on the substrate placement portion 7 in this way.
  • the lift pins 8 are preferably made of a material that has a high emissivity, efficiently absorbs radiant heat, and can withstand high heat.
  • the lift pins 8 project onto the substrate stage 1 through the lift pin through holes 13. . Then, the semiconductor substrate 3 on the substrate platform 7 is lifted and supported by the tip of the lift pin 8, and the state shown in FIG.
  • the heating unit B includes a substrate facing surface 2 facing the semiconductor substrate 3 and a heating mechanism 28 for heating the substrate facing surface 2.
  • a heating mechanism 28 of the heating unit B an electron impact heating type heating mechanism, a high frequency induction heating type heating mechanism, a resistance heating type heating mechanism, an infrared heating type heating mechanism, a heating mechanism using a combination thereof, or the like is used. Can do.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the heating unit B using the electron impact heating type heating mechanism 28.
  • the heating unit B using the electron impact heating type heating mechanism 28 includes a conductive heated portion 131 provided on the inner wall 103 that constitutes the ceiling in the second chamber 23 of the vacuum chamber D.
  • the water cooling flow path 19 of the water cooling mechanism is provided in the inner wall 103 so that the inner wall 103 is cooled.
  • the conductive heated part 131 has a bottom plate 131a and a peripheral wall 131b, and constitutes a heating container 104 in which each part such as the heating mechanism 28 of the heating unit B is accommodated together with the inner wall 103 serving as an upper lid.
  • An exhaust system 43 (see FIGS. 1 to 3) is connected to the inside of the heating container 104, and the exhaust system 43 can be evacuated independently of the space in the vacuum chamber D excluding the heating container 104. It has become. In the state where the inside of the heating container 104 is exhausted to a predetermined degree of vacuum by the exhaust system 43, the substrate facing surface 2 is heated by the filament 132 described later.
  • the bottom plate 131a and the peripheral wall 131b of the conductive heated portion 131 constituting the heating container 104 are coated with dense carbon such as pyrolytic carbon by a CVD method, for example.
  • dense carbon coating film such as pyrolytic carbon is formed on at least one of the wall surface (inner wall surface) on the heating mechanism 28 side of the bottom plate 131a and the wall surface (outer wall surface) serving as the substrate facing surface 2.
  • a dense carbon coating film such as pyrolytic carbon is formed on at least one of the wall surface (inner wall surface) on the heating mechanism 28 side of the peripheral wall 131b and the wall surface (outer wall surface) on the peripheral wall side of the vacuum chamber D.
  • a dense carbon coating film is formed on the inner wall surface and the outer wall surface of the conductive heated portion 131.
  • the coating film is formed on the outer wall surfaces of the bottom plate 131a and the peripheral wall 131b, respectively, so that the contamination of the semiconductor substrate 3 due to the material of the conductive heated portion 131 and the gas generated from the conductive heated portion 131 can be prevented. It can be prevented or suppressed.
  • the conductive heated portion 131 includes the substrate facing surface 2 on the bottom plate 131a. That is, the substrate facing surface 2 is a surface of the conductive heated portion 131 facing the substrate mounting surface of the substrate stage 1 in parallel to the substrate processing space side. During the heat treatment of the semiconductor substrate 3, the substrate facing surface 2 is heated by thermoelectrons from the filament 132 to become a heat radiating surface, and the semiconductor substrate 3 is heated by heat radiating from the substrate facing surface 2.
  • the shutter device C moves the shutter 17 from the substrate stage 1 when the substrate holder unit A is lowered and the substrate stage 1 and the substrate facing surface 2 of the heating unit B are separated from each other. It can be moved back and forth between the substrate facing surfaces 2.
  • the shutter device C includes a shutter driving device 18 for moving the shutter 17 forward and backward.
  • the shutter 17 is disposed between the substrate stage 1 and the substrate facing surface 2 when the substrate holder unit A is lowered and the substrate stage 1 and the substrate facing surface 2 are separated from each other. To prevent the heat from being irradiated from the substrate facing surface 2 to the substrate stage 1 side.
  • the vacuum chamber D is a housing made of aluminum alloy or the like. In the wall of the vacuum chamber D, a water cooling channel 19 of a water cooling mechanism is provided. By flowing cooling water through the water cooling channel 19, it is possible to prevent the temperature of the housing of the vacuum chamber D from rising excessively.
  • the vacuum chamber D is provided with a loading / unloading slit valve (gate valve) 20 for opening and closing the loading / unloading port when the semiconductor substrate 3 is loaded and unloaded. Further, the vacuum chamber D is provided with an exhaust main valve (gate valve) 50 for opening and closing an exhaust port connected to an exhaust system in order to exhaust the inside to a vacuum atmosphere.
  • the vacuum chamber D includes a lower first chamber 22 and a second chamber 23 connected to the upper side of the first chamber 22.
  • the heating unit B is provided in the second chamber 23 located above with the substrate facing surface 2 facing downward.
  • the 1st chamber 22 has the 1st division 22a which the 2nd chamber 23 continues upwards, and the 2nd division 22b which continues to the side of the 1st division 22a.
  • a shutter device C is provided between the first section 22a and the second section 22b.
  • the substrate holder unit A can be moved up and down between the first compartment 22a and the second chamber 23 of the first chamber 22 by the lifting device E. As shown in FIG. 2, the substrate holder unit A is in a state where the space between the first compartment 22 a and the second chamber 23 of the first chamber 22 is closed by the cooling panel 6 at the raised position where the heat treatment is performed. The stage 1 and the substrate facing surface 2 of the heating unit B are brought close to each other. When the semiconductor substrate 3 is heated in this way, the heat generated in the second chamber 23 is less likely to leak into the first chamber 22 below, and the substrate holder unit A is moved to the first compartment 22a of the first chamber 22 after the heating. Cooling performed by lowering to the position can be performed more quickly.
  • the inner surface of the vacuum chamber D, particularly the inner surface of the second chamber 23, is preferably mirror-finished so that the heating efficiency can be improved.
  • a gas inlet 51 for introducing gas is provided on the side wall of the second compartment 22b of the first chamber 22 of the vacuum chamber D.
  • a gas introduction system 52 that is a gas introduction means is connected to the gas introduction port 51.
  • the gas introduction system 52 includes a gas supply source 54 connected to the gas introduction port 51 via a pipe 53, a purifier 55 sequentially installed in the pipe from the gas introduction port 51 side, a valve 56, and a mass flow controller ( MFC) 57 and a valve 58 are provided.
  • the purifier 55 may or may not be present.
  • the gas supply source 54 supplies an inert gas introduced into the vacuum chamber D.
  • the inert gas include Ar gas.
  • the gas introduced into the vacuum chamber D is not limited to an inert gas, but a gas with low reactivity is preferable, and an inert gas such as Ar gas or krypton (Kr) gas is more preferable.
  • the purifier 55 removes impurities from the inert gas that passes therethrough. Further, the MFC 57 can supply an inert gas into the vacuum chamber D at a predetermined flow rate.
  • the control device 60 has a CPU (not shown) that executes various operations such as calculation, control, and discrimination.
  • the control device 60 has a ROM (not shown) that stores various control programs executed by the CPU.
  • the control device 60 has a RAM (not shown) that temporarily stores data being processed by the CPU, input data, and the like.
  • the control device 60 controls the operation of each part of the heat treatment apparatus 100 and executes the heat treatment of the semiconductor substrate 3.
  • the substrate processing system includes a heat treatment apparatus 100 and a substrate transfer apparatus 240.
  • the substrate processing system includes a load lock chamber 260 in which a processed or unprocessed semiconductor substrate 3 is set, and a substrate placement chamber 280 for storing the processed or unprocessed semiconductor substrate 3.
  • FIG. 7 shows a slit valve Va between the substrate placement chamber 280 and the load lock chamber 260, a slit valve Vb between the load lock chamber 260 and the transfer chamber 241, and the transfer chamber 241 and the vacuum chamber D.
  • a slit valve Vc between them is shown.
  • a transfer robot 242 that is a transfer means for transferring the semiconductor substrate 3 is provided in the transfer chamber 241 of the substrate transfer device 240. Thereby, the semiconductor substrate 3 can be carried in and out of the chamber of each apparatus.
  • a load lock chamber 260 is provided between the transfer chamber 241 which is a substrate transfer chamber and the substrate placement chamber 280.
  • the processed semiconductor substrate 3 is loaded from the transfer chamber 241 by the transfer robot 242 and placed. Further, the unprocessed semiconductor substrate 3 is loaded from the substrate placement chamber 280 and placed in the load lock chamber 260.
  • cassettes 281 to 284 for storing the semiconductor substrate 3 can be mounted.
  • a transfer robot 285, which is a transfer means for transferring the semiconductor substrate 3 is provided in the substrate placement chamber 280.
  • the substrate mounting chamber 280 may be provided with an orientation flat or notch of the semiconductor substrate 3 and an aligner (not shown) for aligning the substrate center.
  • the transfer robot 285 loads the unprocessed semiconductor substrate 3 from any of the cassettes 281 to 284 into the load lock chamber 260. Further, the transfer robot 285 carries the processed semiconductor substrate 3 out of the load lock chamber 260 and stores it in predetermined cassettes 281 to 284.
  • Each of the load lock chamber 260 and the transfer chamber 241 is provided with an exhaust system (not shown) for exhausting the inside of each chamber.
  • Each of the load lock chamber 260 and the transfer chamber 241 is provided with a gas introduction system (not shown) for introducing a gas such as Ar gas into each chamber.
  • the exhaust system 47 and the gas introduction system 52 of the vacuum chamber D are as described above.
  • the control device 60 described above is configured to be able to control exhaust in the chamber by these exhaust systems and gas introduction into the chamber by these gas introduction systems.
  • the control device 60 is configured to be able to control the operations of the transfer robots 242 and 285.
  • FIG. 8A is a flowchart showing a preliminary preparation of the semiconductor substrate heat treatment method according to the present embodiment.
  • FIG. 8B is a flowchart illustrating the semiconductor substrate heat treatment method according to the present embodiment.
  • the semiconductor substrate heat treatment method heats the semiconductor substrate 3 in a vacuum chamber D in a state where Ar gas is sealed at a pressure exceeding the pressure in the molecular flow region.
  • the control device 60 controls exhaust in the vacuum chamber D by the exhaust system 47, introduction of Ar gas into the vacuum chamber D by the gas introduction system 52, and the like.
  • the gas sealed state is not only the state where the gas is not completely introduced into and exhausted from the vacuum chamber D constituting the processing chamber, but the Ar gas on the surface of the semiconductor substrate 3 is released from the silicon. It is only necessary to be maintained to such an extent that can be suppressed. That is, the case where the gas is exhausted to the vacuum chamber D at a very low speed is included. Specifically, it includes a state where about 0.1% of the volume of the vacuum chamber D is exhausted in 5 minutes and a state where it is exhausted at a lower speed than this.
  • preparation Prior to the semiconductor substrate heat treatment method according to the present embodiment, preparation (conditioning) is performed for the purpose of degassing the members in the vacuum chamber D.
  • preparation before heat treatment will be described with reference to FIG. 8A.
  • the load lock chamber 260, the transfer chamber 241 and the vacuum chamber D are evacuated to a high vacuum of 10 ⁇ 3 Pa or less, for example (step S101).
  • the substrate holder unit A is raised to the heating position (step S102), and vacuum heating is performed by the heating unit B (step S103).
  • the heating temperature in the vacuum heating is, for example, 1500 ° C. or higher, specifically, 1900 ° C., for example, as the substrate equivalent temperature.
  • the substrate equivalent temperature is a temperature of the substrate assumed when the substrate is installed in the substrate holder unit.
  • the heating by the heating unit B is stopped to stop the vacuum heating (step S104), the substrate holder unit A is lowered to the transfer position (step S105), and then the exhaust in the vacuum chamber D is stopped (step S106). ).
  • the power of the heating mechanism 28 of the heating unit B may be reduced to reduce the heating temperature.
  • the valves 56 and 58 of the gas introduction system 52 are opened.
  • Ar gas is introduced from the gas inlet 51 into the vacuum chamber D through the pipe 53 (step S107).
  • the Ar gas introduced into the vacuum chamber D is, for example, from 10 to 100 kPa, and 75 kPa is introduced in this embodiment.
  • the valves 56 and 58 are closed to seal the Ar gas in the vacuum chamber D.
  • step S106 and step S107 do not have to be performed in the above order, and may be performed in any order as long as the Ar gas sealing state is finally obtained.
  • the substrate holder unit A is raised to the heat treatment position (step S108), and heating is performed by the heating unit B (step S109).
  • the heating temperature in the sealed state of the Ar gas is, for example, 1500 ° C. or more, specifically, for example, 1900 ° C. as the substrate equivalent temperature.
  • step S110 heating by the heating unit B is stopped, and heating in a sealed state of Ar gas is stopped.
  • the power of the heating mechanism 28 of the heating unit B may be reduced to reduce the heating temperature.
  • the substrate holder unit A is lowered to the transfer position (step S111).
  • step S112 evacuation in the vacuum chamber D is started (step S112).
  • step S112 is not necessarily performed after step S110, and step S110 may be performed after step S112.
  • the vacuum chamber D is evacuated to a predetermined pressure using the dry pump 49 of the exhaust system 47 and the turbo molecule 48 as necessary.
  • the pressure in the vacuum chamber D is set to 10 ⁇ 4 Pa to 10 ⁇ 3 Pa.
  • the partial pressure of H 2 O in the vacuum chamber D is set to 10 ⁇ 5 Pa to 10 ⁇ 4 Pa, for example.
  • the reaction probability between the substrate material of the semiconductor substrate 3 such as SiC and residual moisture can be significantly reduced even at high temperatures, and the etching reaction can be suppressed. it can.
  • high electrical activation can be easily realized for the semiconductor substrate 3 after the heat treatment while ensuring high surface flatness.
  • Ar gas is introduced into the vacuum chamber D and the transfer chamber 241 respectively (step S114).
  • the pressure of Ar gas to be introduced is, for example, 1 kPa to 10 kPa, specifically 1 kPa.
  • the preliminary preparation before performing the semiconductor substrate heat treatment method according to the present embodiment is completed.
  • advance preparation it is not always necessary to perform both heating of vacuum heating and heating in a sealed state of Ar gas.
  • the semiconductor substrate heat treatment method according to the present embodiment is performed.
  • the semiconductor substrate heat treatment method according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. 8B.
  • a trench is formed in the semiconductor substrate 3 to be heat-treated.
  • the semiconductor substrate 3 is a SiC film, for example.
  • heat treatment is performed to round the opening and the corner of the trench formed in the semiconductor substrate 3.
  • the vacuum chamber D is baked by the heating unit B as necessary (step S201).
  • the heating temperature in this chamber baking is, for example, 1500 ° C. or higher, specifically, for example, 1900 ° C. as the substrate equivalent temperature.
  • the slit valve Va is opened, and the semiconductor substrate 3 is put into the load lock chamber 260 from the substrate mounting chamber 280 (step S202). Note that one or more semiconductor substrates 3 may be input. After the semiconductor substrate 3 is put into the load lock chamber 260, the slit valve Va is closed.
  • step S203 exhaustion of the load lock chamber 260 is started (step S203), the inside of the load lock chamber 260 is exhausted to, for example, 50 Pa or less, and the exhaust of the load lock chamber 260 is stopped (step S204).
  • Ar gas is introduced into the load lock chamber 260 (step S205).
  • the pressure of Ar gas to be introduced is, for example, 100 Pa to 10 kPa, specifically 1 kPa.
  • heating by the heating unit B is performed as standby heating (step S206).
  • the heating temperature in the standby heating is, for example, 1000 to 2000 ° C., specifically 1200 ° C., for example, as the heat radiation surface temperature of the heating mechanism 28 of the heating unit B.
  • the slit valve Vb is opened, and the semiconductor substrate 3 is taken out from the load lock chamber 260 into the transfer chamber 241 by the transfer robot 242 (step S207). At this time, the inside of the load lock chamber 260 and the inside of the transfer chamber 241 have substantially the same pressure (see step S110 and step S205). After the semiconductor substrate 3 is taken out into the transfer chamber 241, the slit valve Vb is closed.
  • the pressure in the vacuum chamber D is adjusted using the exhaust system 47 or the gas introduction system 52 (step S208).
  • the pressure of Ar gas in the vacuum chamber D is set to, for example, 1 kPa to 100 kPa, specifically 10 kPa.
  • the slit valve 20 (corresponding to the slit valve Vc shown in FIG. 7) is opened, and the semiconductor substrate 3 is transferred from the transfer chamber 241 into the vacuum chamber D (step S209).
  • the semiconductor substrate 3 transported into the vacuum chamber D is placed on the lift pins 8.
  • the inside of the transfer chamber 241 and the inside of the vacuum chamber D are at substantially the same pressure (see step S114 and step S208).
  • the shutter 17 advances between the substrate holder unit A and the substrate facing surface 2.
  • the slit valve 20 (slit valve Vc) is closed.
  • the vacuum chamber D may be evacuated after the semiconductor substrate 3 is transferred into the vacuum chamber D. Thereby, the impurities such as water existing in the vacuum chamber D during the heat treatment can be reduced similarly to the exhaust in the vacuum chamber D performed in step S108 in the preliminary preparation.
  • valves 56 and 58 of the gas introduction system 52 are opened.
  • introduction of Ar gas into the vacuum chamber D is started, and Ar gas from the gas supply source 54 is introduced into the vacuum chamber D through the pipe 53 from the gas inlet 51 (step S210).
  • the flow rate of Ar gas is appropriately controlled to a predetermined flow rate by the MFC 57.
  • Ar gas introduced into the vacuum chamber D is introduced into the vacuum chamber D after impurities are removed by the purifier 55.
  • the valves 56 and 58 are closed when the pressure in the vacuum chamber D reaches a predetermined pressure. Thereby, the introduction of Ar gas into the vacuum chamber D is stopped.
  • the pressure of Ar gas in the vacuum chamber D where the introduction of Ar gas is stopped is, for example, 1 kPa to 100 kPa, and specifically, 10 kPa, for example.
  • Ar gas is sealed in the vacuum chamber D.
  • the pressure of Ar gas in the vacuum chamber D can be appropriately set according to the heat treatment temperature of the semiconductor substrate.
  • the Ar gas pressure can be set to 10 kPa or higher.
  • the shutter 17 is retracted, and the substrate holder unit A is raised by the lifting device E.
  • the substrate holder unit A is further moved up to the heat treatment position.
  • the semiconductor substrate 3 is lifted up, and the substrate stage 1 of the substrate holder unit A and the substrate facing surface 2 of the heating unit B are brought close to each other (step S211). At this time, at least the semiconductor substrate 3 needs to be in a non-contact state with the substrate facing surface 2.
  • the substrate stage 1 can be in contact with the substrate facing surface 2, it is preferable that both the substrate stage 1 and the semiconductor substrate 3 on the substrate stage 1 are not in contact with the substrate facing surface 2.
  • the distance between the substrate facing surface 2 and the semiconductor substrate 3 is preferably 1 to 25 mm, depending on the size of the substrate facing surface 2 and the semiconductor substrate 3, the heat treatment temperature, the output of the heating mechanism 28, and the like.
  • the heat treatment is performed at the heat treatment position closer to the substrate facing surface 2 than the position where the semiconductor substrate 3 is transferred into the vacuum chamber D and placed on the lift pins 8 in this manner. That is, the heat treatment is performed in a state where the semiconductor substrate 3 and the substrate facing surface 2 are brought closer to each other than the state where the semiconductor substrate 3 is transferred and placed in the vacuum chamber D (transfer position). For this reason, it is not necessary to raise the temperature in the vacuum chamber D over a wide range, and heat treatment can be performed with high efficiency.
  • the semiconductor substrate 3 and the substrate facing surface 2 are brought close to each other by raising the substrate holder unit A.
  • the semiconductor substrate 3 and the substrate facing surface 2 can be made relatively close to each other. I can do it.
  • the heat treatment apparatus 100 can be configured such that the substrate facing surface 2 and the semiconductor substrate 3 come close to each other when the heating unit B including the substrate facing surface 2 is lowered.
  • the semiconductor substrate 3 may be preheated to a preheat temperature lower than the heat treatment temperature.
  • the preheating of the semiconductor substrate 3 can be performed by the heating unit B in the state where the substrate stage 1 of the substrate holder unit A and the substrate facing surface 2 of the heating unit B are brought close to each other or before being brought close to each other. .
  • standby heating corresponds to this preheating.
  • the preheating temperature is, for example, 1700 ° C. or lower, specifically 1200 ° C. This temperature is the set temperature of the heating unit B. This is because if the temperature is 1700 ° C. or less, the probability of Si sublimation in the SiC substrate is low.
  • Ar gas may be sealed in the vacuum chamber D by introducing and stopping Ar gas in the vacuum chamber D while the heating mechanism 28 of the heating unit B is heated.
  • the timing for sealing Ar gas in the vacuum chamber D is not limited to a specific timing.
  • the Ar gas may be sealed at any timing as long as the semiconductor substrate 3 can be heat-treated while the Ar gas is sealed, and the sealing should be completed before reaching the heat treatment temperature. .
  • the power of the heating mechanism 28 of the heating unit B is increased and heated to a high temperature.
  • the semiconductor substrate 3 is heat-treated by the radiant heat from the substrate facing surface 2 (step S212).
  • the heat treatment temperature of the semiconductor substrate 3, which is the temperature of the semiconductor substrate 3 during the heat treatment is, for example, 1500 ° C. to 2000 ° C., more specifically 1600 ° C.
  • heating of the heating mechanism 28 is continued until the temperature of the substrate stage 1 measured by the temperature measuring device 16 reaches a predetermined heat treatment temperature. After reaching a predetermined heat treatment temperature, this temperature is maintained until a predetermined heat treatment time elapses.
  • the heat treatment time is, for example, 1 minute to 30 minutes.
  • the semiconductor substrate 3 is heat-treated in a form in which Ar gas is sealed in the vacuum chamber D as described above.
  • the pressure of the sealed Ar gas exceeds the pressure in the molecular flow region, for example, 1 kPa to 100 kPa, and more specifically 10 kPa.
  • the pressure of the sealed Ar gas can be appropriately set according to the heat treatment temperature of the semiconductor substrate 3 as described above. For example, when the heat treatment temperature is 1500 ° C. or higher and 1750 ° C. or lower, the pressure of Ar gas can be set to 10 kPa or higher. For example, when the heat treatment temperature is higher than 1750 ° C. and lower than or equal to 2000 ° C., the Ar gas pressure can be set to 50 kPa or higher.
  • the desorption of Si atoms on the surface of the SiC substrate is suppressed, and only a few layers of Si atoms on the surface of the SiC substrate are desorbed. Further, Si atoms remaining on the SiC surface move on the SiC surface by energy obtained by heating. At this time, the moved Si atoms can take a more stable shape by rounding the opening and bottom corners of the trench.
  • the heat treatment is performed in a state where the semiconductor substrate 3 and the substrate facing surface 2 of the heating unit B are brought closer to each other than the state where the semiconductor substrate 3 is transported and placed in the vacuum chamber D.
  • the trench width in a trench MOSFET using an SiC substrate can suppress the difference in dimensions before etching and after rounding the corners to ⁇ 100 nm or less in the upper part of the trench, that is, near the opening. More preferably, it is required to be suppressed to ⁇ 50 nm or less.
  • the trench width can suppress the dimensional difference between before etching and after the corners are rounded to ⁇ 50 nm or less, more specifically, a dimensional difference of ⁇ 35 nm can be realized. it can.
  • the heating mechanism 28 of the heating unit B is turned off and natural cooling is started.
  • standby heating may be performed by the heating unit B.
  • the substrate holder unit A is lowered to a predetermined preliminary cooling position by the lifting device E, and the temperature is lowered until the temperature of the substrate stage 1 measured by the temperature measuring device 16 reaches a predetermined temperature.
  • Step S213 the substrate holder unit A is further lowered to a predetermined cooling position by the elevating device E as shown in FIG. (Step S213).
  • a shutter 17 having a cooling mechanism is advanced between the substrate stage 1 of the substrate holder unit A lowered to the cooling position and the substrate facing surface 2 of the heating unit B to promote cooling.
  • further cooling is performed at the cooling position until the temperature of the substrate stage 1 measured by the temperature measuring device 16 reaches a predetermined temperature.
  • the substrate holder unit A is lowered to the loading / unloading position. During the descent from the cooling position to the loading / unloading position, the semiconductor substrate 3 is transferred onto the lift pins 8 and is in a state where it can be easily taken out.
  • the pressure in the vacuum chamber D is adjusted using the exhaust system 47 (step S214). Thereby, the pressure of Ar gas in the vacuum chamber D is set to, for example, 100 Pa to 10 kPa, specifically 1 kPa.
  • the slit valve 20 (slit valve Vc) is opened, and the semiconductor substrate 3 is transferred from the vacuum chamber D into the transfer chamber 241 using the transfer robot 242 of the transfer chamber 241 (step S215). After the conveyance, the slit valve 20 (slit valve Vc) is closed. In this way, the semiconductor substrate 3 is manufactured with rounded corners at the opening and bottom of the trench.
  • the semiconductor substrate 3 can be transferred from the vacuum chamber D to the transfer chamber 241 immediately after the heat treatment of the semiconductor substrate 3.
  • the processing time including conveyance of the semiconductor substrate 3 from the inside of the vacuum chamber D can be shortened.
  • the pressures in the two chambers are equal, it is possible to avoid contamination of the semiconductor substrate 3 after the heat treatment due to, for example, rolling up of particles due to the pressure difference between the chambers.
  • step S216 the slit valve Vb is opened, and the semiconductor substrate 3 transferred into the transfer chamber 241 is transferred from the transfer chamber 241 into the load lock chamber 260 (step S216).
  • step S217 when there is a next semiconductor substrate 3 to be heat-treated in the load lock chamber 260 (step S217, YES), the process proceeds to step S207, and the process for the next semiconductor substrate 3 is continued.
  • step S217 when there is no next semiconductor substrate 3 to be heat-treated in the load lock chamber 260 (step S217, NO), the slit valve Vb is closed and the load lock chamber 260 is vented. Thereafter, the slit valve Va is opened, and the heat-treated semiconductor substrate 3 is taken out from the load lock chamber 260 (step S218).
  • step S219, YES when the heat treatment is continuously performed on the semiconductor substrate 3 of the next lot (step S219, YES), the process proceeds to step S202, and the processing of the semiconductor substrate 3 of the next lot is continued.
  • step S219 when the continuous processing of the heat treatment is not performed for the semiconductor substrate 3 of the next lot (step S219, NO), the slit valve Va is closed to complete the processing.
  • the semiconductor substrate 3 is heat-treated in a state where the Ar gas is sealed in the vacuum chamber D, so that the productivity is increased while the dimensional difference of the trench opening is suppressed. Further, there is no need for expensive incidental equipment, and the corners of the trench opening and the bottom can be rounded.
  • the process flow shown in FIGS. 8A and 8B described above is merely an example, and the exhaust in the vacuum chamber D and the Ar into the vacuum chamber for realizing a state in which the Ar gas is sealed in the vacuum chamber D are provided.
  • the mode of gas introduction is not limited to the above-described mode.
  • the load lock chamber 260, the transfer chamber 241, and the exhaust of each vacuum chamber D when the semiconductor substrate 3 to be heat-treated is transferred into the vacuum chamber D and the introduction of Ar gas into each chamber are also included.
  • the invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the manner of exhausting each chamber and introducing Ar gas into each chamber when the semiconductor substrate 3 after heat treatment is transferred from the vacuum chamber D into the load lock chamber 260 is also limited to the above-described embodiment. It is not a thing.
  • the sublimated Si will not be exhausted. For this reason, the sublimated Si adheres to the inner wall of the vacuum chamber D.
  • the reflectance of radiation on the inner wall surface changes.
  • the temperature of the semiconductor substrate 3 during the heat treatment may vary due to repeated heat treatment. In such a case, the temperature of the semiconductor substrate 3 is detected by the temperature measuring device 16 or the like, and the output of the heating mechanism 28 is changed by the control device 60 according to the detection result. As a result, the temperature of the semiconductor substrate 3 during the heat treatment can be adjusted, and the reproducibility of the heat treatment can be improved.
  • the above-described heat treatment method of the semiconductor substrate according to the present embodiment can be applied to rounding the opening and bottom corners of a trench when a semiconductor device is manufactured using a semiconductor substrate having a trench.
  • the semiconductor device having a trench into which impurities are implanted can be used for rounding off the opening and bottom corners of the trench when manufacturing a semiconductor device and applying annealing to impurities.
  • specific examples of the semiconductor device manufactured by applying the heat treatment method according to the present embodiment will be described.
  • FIG. 9 shows a trench type MOSFET manufactured using a SiC substrate.
  • an n ⁇ type SiC film (drift layer) 402 is formed on an n + type SiC substrate 401 by an epitaxial growth method.
  • a trench 406 is formed in the drift layer 402 by dry etching using SiO 2 or the like as an etching mask (not shown). After the trench 406 is formed, the etching mask is removed by hydrofluoric acid cleaning or the like.
  • the semiconductor substrate heat treatment method according to the present embodiment is used to round the opening and bottom corners of the trench formed by dry etching.
  • SiO 2 (not shown) is buried in the opened trench 406 to form an implantation suppression layer (not shown) that prevents the impurity from being implanted into unnecessary portions.
  • a p-type impurity for example, aluminum is ion-implanted into the n ⁇ -type SiC film 402 using SiO 2 or the like as a mask (not shown) to form a p-type well layer (impurity region) 403.
  • an n-type impurity for example, phosphorus is ion-implanted into the p-type well layer 403 using SiO 2 or the like as a mask (not shown) to form high-concentration n.
  • An n + type contact layer (impurity region) 404 which is a + type impurity layer is formed.
  • SiO 2 in the implantation mask is removed by hydrofluoric acid treatment or the like.
  • a p-type impurity for example, aluminum is ion-implanted using SiO 2 or the like as a mask (not shown) so as to be adjacent to the outside of the n + -type contact layer 404 of the p-type well layer 403, thereby forming a high concentration p +.
  • a p + type contact layer (impurity region) 405 which is a type impurity layer is formed.
  • heat treatment of the semiconductor substrate is performed to activate the impurities in the impurity regions 403, 404, and 405.
  • an oxidation treatment is performed at about 1100 ° C./30 minutes in an oxygen atmosphere in a vertical furnace to form a sacrificial oxide layer (not shown) of about 50 nm. To do.
  • the sacrificial oxide layer is washed with hydrofluoric acid to expose a clean SiC surface, and then a silicon oxide film 407 serving as a gate insulating film is formed on the side surface of the trench 406.
  • the trench 406 is filled with a polysilicon film.
  • a gate electrode 408 made of polysilicon is formed by patterning the polysilicon film.
  • electrodes, interlayer insulating films, wirings, etc. are formed to manufacture a trench type n-type MOSFET.
  • the bottom surface side of the SiC substrate 401 functions as a drain.
  • the n + -type contact layer 404 formed around the silicon oxide film 407 functions as a source.
  • the channel 409 is formed between the p-type well layer 403 and the silicon oxide film 407 by applying a voltage to the gate electrode 408, and carriers move along the trench 406 in a direction perpendicular to the substrate surface.
  • the impurity is ion-implanted after rounding the corners of the trench opening and the bottom, and the impurities are activated by heat treatment.
  • the trench opening and bottom are squared. You may perform the process which rounds a corner
  • the SiC substrate in which the trench is formed is heat-treated to explain the process of rounding the opening and bottom corners of the trench.
  • the present invention is not limited to this, and a recess is formed.
  • the present invention can also be applied to a semiconductor substrate. Furthermore, if the heat treatment of this embodiment is applied to the semiconductor substrate in which the through hole is formed, the angular corner of the opening of the through hole can be rounded.
  • the gas sealed in the vacuum chamber D is limited to Ar gas as described above. is not.
  • the gas sealed in the vacuum chamber D may be any gas as long as it does not react with the semiconductor substrate material to be heat-treated or has low reactivity, and other inert gas may be used.
  • Example 1 a SiC substrate having an epitaxially grown SiC crystal layer as a surface layer was prepared. Using the SiO 2 mask formed on this SiC surface layer, a trench was formed from SiC by dry etching, and the SiO 2 mask was removed by hydrofluoric acid cleaning.
  • chambers such as the load lock chamber 260, the transfer chamber 241 and the vacuum chamber D as a process chamber were evacuated to a high vacuum of 10 ⁇ 3 Pa or less. Further, the vacuum chamber D was evacuated by the turbo molecular pump 48, and the heating mechanism 28 was heated to 1500 ° C. or more, thereby performing sufficient degassing from the heating mechanism 28, the chamber, the substrate holder unit A, and the like.
  • the turbo molecular pumps of the vacuum chamber D and the transfer chamber 241 are stopped or the exhaust main valve is closed until the Ar gas reaches 1 kPa in the vacuum chamber D and the transfer chamber 241. Injected.
  • the Ar gas introduction valve was closed, and Ar gas was sealed in the vacuum chamber D and the transfer chamber 241.
  • the substrate holder unit A in the vacuum chamber D was lowered to the substrate loading / unloading position with the Ar gas sealed as described above. Subsequently, the shutter 17 was advanced between the substrate holder unit A and the heating unit B, and was heated in advance until the heat radiation surface temperature of the heating mechanism 28 of the heating unit B reached 1200 ° C.
  • the load lock chamber 260 was vented with Ar gas or nitrogen (N 2 ) gas, and the SiC substrate was set in the load lock chamber 260. Subsequently, the inside of the load lock chamber 260 was exhausted to about 10 Pa with a dry pump, and then the exhaust valve was closed. Thereafter, Ar gas was injected into the load lock chamber 260 up to 1 kPa, and the load lock chamber 260 was sealed with Ar gas.
  • the slit valves Vb and Vc between the chambers were opened, and the SiC substrate in the load lock chamber 260 was transferred into the vacuum chamber D via the transfer robot 242 in the transfer chamber 241.
  • the transfer chamber 241 and the vacuum chamber D are at the same pressure, even if the slit valve is opened during transfer, no particles are rolled up or the SiC substrate is not displaced.
  • the slit valves Vb and Vc for loading / unloading of the vacuum chamber D were closed.
  • the substrate holder unit A was lowered to the cooling position and cooled until the temperature of the SiC substrate reached about 1400 ° C. Thereafter, the substrate holder unit A was lowered to the loading / unloading position, and the shutter 17 was advanced between the substrate holder unit A and the heating unit B. During this cooling time, the exhaust system 47 was used to exhaust the pressure in the vacuum chamber D to 1 kPa.
  • the slit valves Vb and Vc were opened, and the SiC substrate was transferred to the load lock chamber 260 via the transfer robot 242 of the transfer chamber 241. Subsequently, the load lock chamber 260 was vented, and the SiC substrate was taken out of the load lock chamber 260. Thus, the heat processing which rounds the corner
  • the cross-section of the SiC substrate trench before and after the heat treatment was subjected to the shape of the corner of the opening and the corner of the bottom, and the width of the top, middle, and bottom of the trench.
  • SEM scanning Electron Microscope
  • the shape of the trench after the treatment according to the present embodiment is rounded at the corners of the trench opening and the bottom, and the top, middle, and bottom of the trench are rounded.
  • the width is 1331 nm, 1199 nm, 1036 nm, the variation in the trench width is small, the shape of the corner of the trench opening and the corner of the bottom are rounded, the variation in the trench width at the top of the trench is ⁇ 35 nm, It can be seen that the trench can be processed with good shape controllability.
  • variety between the tangent of a trench side wall was measured for the width
  • Example 2 In Example 2, a SiC substrate having a trench was prepared as in Example 1.
  • Example 2 is a process in which the retention time at 1600 ° C. of the SiC substrate is 30 minutes as compared with the process of Example 1.
  • the cross section of the trench of the SiC substrate before and after the heat treatment was measured with a scanning electron microscope for the shape of the corners of the trench opening and the corners of the bottom, and the widths of the top, middle and bottom of the trench.
  • the shape of the trench before processing is such that the shape of the corner of the trench opening and the corner of the bottom are square, and the width of the top, middle, and bottom inside the trench is 1366 nm, It was 1286 nm and 1059 nm.
  • the shape of the trench after the processing according to this example is rounded at the corners of the opening and the bottom of the trench, and the top, middle, and bottom of the trench are rounded.
  • the widths are 1394 nm, 1251 nm, and 1076 nm, and the variation of the trench width is small, the shape of the corner of the opening and the corner of the bottom of the trench is rounded, the variation of the trench width at the top of the trench is +28 nm, As can be seen from FIG.
  • Comparative Example 1 a SiC substrate having a trench was prepared as in Example 1.
  • Example 1 Ar gas was flowed without sealing Ar gas, the pressure of Ar gas in the vacuum chamber D was set to 10 kPa, and the SiC substrate was heat-treated at 1600 ° C. for 5 minutes.
  • the cross section of the trench of the SiC substrate before and after the heat treatment was measured with a scanning electron microscope for the shape of the corners of the trench opening and the corners of the bottom, and the widths of the top, middle and bottom of the trench.
  • the shape of the trench before processing is such that the shape of the corner of the trench opening and the corner of the bottom are square, and the widths of the top, middle, and bottom inside the trench are 1366 nm, 1286 nm, and 1059 nm. Met.
  • the shape of the trench after the treatment according to this example was deformed and retreated, and the shape of the bottom corner was greatly rounded.
  • middle part, and a bottom part was 1430 nm, 1334 nm, and 1139 nm, the trench width spread over the whole, and the unevenness
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 2, an SiC substrate having a trench was prepared as in Example 1.
  • the SiC substrate was heat-treated at 1600 ° C. for 5 minutes with the Ar gas sealing pressure inside the vacuum chamber D set to 100 Pa.
  • the cross section of the trench of the SiC substrate before and after the heat treatment was measured with a scanning electron microscope for the shape of the corners of the trench opening and the corners of the bottom, and the widths of the top, middle and bottom of the trench.
  • the shape of the trench before processing is such that the shape of the corner of the opening and the corner of the bottom of the trench is angular, and the width of the top, middle, and bottom inside the trench is 1366 nm, 1286 nm, It was 1059 nm.
  • the shape of the trench after the treatment according to the present example is that the corner portion of the trench opening remains square and the shape of the bottom corner portion is rounded, but the upper portion inside the trench.
  • the widths of the intermediate part and the bottom part were 1486 nm, 1303 nm, and 1084 nm, and the trench width was widened and a layer from which Si atoms were removed from the side surface of the trench was observed.

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Abstract

　生産性を向上させつつ、燃焼性や爆発性を有するようなガスを用いることなく、トレンチの開口部および底部の角張った角部の形状を改善できる半導体基板の熱処理方法を提供する。分子流領域の圧力を超える圧力でガスが封止された状態の処理室内において、凹部が形成された半導体基板に対して熱処理を行う。

Description

半導体基板の熱処理方法及び熱処理装置
　本発明は、半導体基板の熱処理方法及び熱処理装置に関する。
　半導体パワーデバイスのオン抵抗を低減するために、炭化ケイ素(ＳｉＣ)基板を用いた様々なトレンチ型のＦＥＴが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなトレンチ型のＦＥＴにおいて、ドライエッチング装置等により半導体基板をドライエッチング処理してトレンチを形成した際、トレンチの開口部や底部の角部の形状が角張ることが知られている。
　トレンチにおける角張った角部は、ゲート絶縁膜の被覆の際に被覆不良を引き起こし、トレンチへの埋め込み電極を形成する際ボイドの発生を引き起こすことがあるため、半導体デバイスのデバイス特性に大きな影響を及ぼす。更に、トレンチの角張った角部は、電界集中によるゲート絶縁膜の絶縁破壊等を引き起こす可能性があり、改善が求められている。
　そこで、トレンチの開口部や底部の角張った角部に丸みを付けることによって、電界集中を緩和し、ゲート絶縁膜の信頼性を確保するための方法が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２には、ＡｒガスまたはＳｉＨ４ガス／不活性ガス雰囲気で１６００℃以上１８００℃以下の温度範囲の第一熱処理を行い、次に水素雰囲気で１４００℃以上１５００℃以下の第二熱処理を行うことで、トレンチ開口部やトレンチ底部の角張った角部に丸みを付けることについて開示されている。
特開２０１３－０７７７６１号公報 特開２００８－１７７５３８号公報
　しかしながら、特許文献２に開示されているＡｒガスまたはＳｉＨ４ガス／不活性ガス雰囲気で１６００℃以上１８００℃以下の温度範囲の第一熱処理を行い、次に水素雰囲気で１４００℃以上１５００℃以下の第二熱処理を行うプロセスでは、第一熱処理と第二熱処理を行うため、大幅な生産性の低下を招くことが懸念される。また、燃焼性のＳｉＨ４ガスや、爆発性の水素ガスを用いるため、専用のガス導入ライン、ガス検知器、及び廃ガス処理装置等の安全に関わる付帯設備が必要となり、大幅なコストアップを招くことが懸念される。
　本発明は、上記課題を契機としてなされたものであり、生産性を向上させつつ、燃焼性や爆発性を有するようなガスを用いることなく、トレンチの形状を改善可能な半導体基板の熱処理方法及び熱処理装置を提供することを目的とする。
　本発明の一観点によれば、分子流領域の圧力を超える圧力でガスが封止された状態の処理室内において、凹部が形成された半導体基板に対して熱処理を行う熱処理方法が提供される。
　また、本発明の他の観点によれば、半導体基板の熱処理を行うための処理室と、前記処理室内に設けられた加熱手段と、分子流領域の圧力を超える圧力でガスが封止された状態の前記処理室内において、前記加熱手段により凹部が形成された半導体基板に対して前記熱処理を実行する制御装置とを有することを特徴とする半導体基板の熱処理装置が提供される。
　本発明によれば、トレンチの角部が角張っているトレンチを持つ半導体基板を熱処理することによって、高い生産性で、高価な付帯設備も必要とせず、トレンチ幅を制御しつつ、角部を丸めることができる。
図１は、本発明の一実施形態による熱処理装置を示す概略断面図（その１）である。 図２は、本発明の一実施形態による熱処理装置を示す概略断面図（その２）である。 図３は、本発明の一実施形態による熱処理装置を示す概略断面図（その３）である。 図４は、本発明の一実施形態による熱処理装置における基板ホルダユニット及びその周辺を示す概略断面図（その１）である。 図５は、本発明の一実施形態による熱処理装置における基板ホルダユニット及びその周辺を示す概略断面図（その２）である。 図６は、本発明の一実施形態による熱処理装置における加熱ユニットを示す概略断面図である。 図７は、本発明の一実施形態による熱処理装置が組み込まれた基板処理システムの一例を示す概略断面図である。 図８Ａは、本発明の一実施形態による半導体基板の熱処理方法の事前準備を示すフローチャートである。 図８Ｂは、本発明の一実施形態による半導体基板の熱処理方法を示すフローチャートである。 図９は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を用いて製造されるトレンチ型のＭＯＳＦＥＴの一例を示す概略断面図である。 図１０は、本発明の一実施形態に用いられた熱処理前のトレンチを持つ半導体基板の断面図の一部である。 図１１は、本発明の一実施形態に用いられた熱処理後のトレンチの断面図（その１）の一部である。 図１２は、本発明の一実施形態に用いられた熱処理後のトレンチの断面図（その２）の一部である。 図１３は、本発明の比較例に用いられた熱処理後のトレンチの断面図（その１）の一部である。 図１４は、本発明の比較例に用いられた熱処理後のトレンチの断面図（その２）の一部である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同じ機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。
　（熱処理装置）
　まず、本発明の一実施形態による熱処理装置１００について図１乃至図６を用いて説明する。図１は、半導体基板の搬入時又は搬出時の状態の熱処理装置１００を示している。図２は、半導体基板の熱処理時の状態の熱処理装置１００を示している。図３は、半導体基板の冷却時の状態の熱処理装置１００を示している。また、図４は、図１における基板ホルダユニットＡ及びその周辺を拡大して示している。図５は、図２における基板ホルダユニットＡ及びその周辺を拡大して示している。図６は、加熱ユニットＢの具体的構成の一例を示している。
　図１乃至図３に示すように、本実施形態による熱処理装置１００は、基板保持手段である基板ホルダユニットＡと、加熱手段である加熱ユニットＢと、シャッタ装置Ｃと、処理室を構成する真空チャンバＤとを有している。さらに、熱処理装置１００は、熱処理装置の動作全体を制御する制御装置６０を有している。基板ホルダユニットＡ、加熱ユニットＢ、及びシャッタ装置Ｃは、処理室内である真空チャンバＤ内に設けられている。
　基板ホルダユニットＡは、最上段に基板ステージ１を備えている。加熱ユニットＢは、基板ステージ１の上方に設けられており、基板ステージ１と対向する基板対向面２を備えている。加熱ユニットＢの基板対向面２は、後述するように放熱可能に構成されている。基板ホルダユニットＡは、昇降装置Ｅにより昇降可能なものである。基板ステージ１と加熱ユニットＢの基板対向面２との近接と離間は、昇降装置Ｅの動作により制御することが可能である。加熱ユニットＢは、図２に示すように、基板ホルダユニットＡが上昇し、基板ステージ１上の半導体基板３と基板対向面２が近接されたときに、半導体基板３と非接触状態で、基板対向面２から放熱される輻射熱で半導体基板３を加熱するものとなっている。
　図１に示す基板ホルダユニットＡは、下降位置にあり、半導体基板３の真空チャンバＤ内への搬入及び真空チャンバＤ内からの搬出が可能な状態である。また、図２に示す基板ホルダユニットＡは、上昇位置にあり、半導体基板３の熱処理時の状態である。図３に示す基板ホルダユニットＡは、熱処理後の下降位置にあり、半導体基板３の冷却時の状態である。図１に示す基板ホルダユニットＡ及びその周辺を拡大して示したものが図４であり、図２に示す基板ホルダユニットＡ及びその周辺を拡大して示したものが図５である。
　図４及び図５に示すように、半導体基板３を保持するための基板ホルダユニットＡは、最上部に基板ステージ１、基板ステージ１の下に４枚の輻射板４、輻射板４の下に２枚の反射板５、そして最下部に冷却パネル６を備えたものとなっている。
　基板ステージ１は、熱処理の対象となる半導体基板３が載置されるものである。基板ステージ１の上面中央部には凹部が形成されており、この凹部が、半導体基板３が載置される基板載置部７となっている。図４に示す半導体基板３は、後述するリフトピン８で持ち上げ支持された状態となっている。昇降装置Ｅにより基板ホルダユニットＡが上昇して基板ステージ１がリフトピン８より上方へ移動すると、図５に示すように、基板載置部７上に移し取られて載置されることになる。
　熱処理の対象となる半導体基板３は、例えばイオン注入等により不純物が導入された半導体基板である。具体的には、半導体基板３として、ＳｉＣ基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等を挙げることができる。なお、半導体基板とは、半導体基板そのもののほか、半導体基板上にさらに半導体膜が形成されているもの、支持基板上に半導体膜が形成されているものをも含むものである。
　基板ステージ１と冷却パネル６との間には、基板ステージ１側から冷却パネル６側に向かって順に、それぞれ間隔をあけて、４枚の輻射板４と、２枚の反射板５とが設けられている。
　図４においては、リフトピン用貫通孔１３を介して、真空チャンバＤの底部に立設された複数本のリフトピン８が基板ステージ１上に突出している。リフトピン８は、基板載置部７上の半導体基板３を先端で持ち上げ支持可能な位置と本数となっている。図４に示す状態から基板ホルダユニットＡが上昇して基板ステージ１がリフトピン８より上方へ移動すると、半導体基板３は基板載置部７上に移行されることになる。半導体基板３は、こうして基板載置部７上に載置された状態で加熱ユニットＢによる熱処理に供されることになる。なお、リフトピン８は、基板ステージ１と同様、輻射率が高く、輻射熱を効率良く吸収し、高熱に耐えられる材料で構成されることが好ましい。
　また、熱処理後等において、基板載置部７上に半導体基板３が載置された状態で基板ホルダユニットＡが下降すると、リフトピン８がリフトピン用貫通孔１３を介して基板ステージ１上に突出する。すると、基板載置部７上の半導体基板３がリフトピン８の先端で持ち上げ支持され、図４に示す状態となる。
　加熱ユニットＢは、半導体基板３に対向する基板対向面２と、基板対向面２を加熱するための加熱機構２８とを備えている。加熱ユニットＢの加熱機構２８としては、電子衝撃加熱方式の加熱機構、高周波誘導加熱方式の加熱機構、抵抗加熱方式の加熱機構、赤外線加熱方式の加熱機構、これらの組合せによる加熱機構等を用いることができる。
　加熱ユニットＢの具体的構成の一例を図６に示す。図６は、電子衝撃加熱方式の加熱機構２８を用いた加熱ユニットＢを拡大して示す断面図である。
　図６に示すように、電子衝撃加熱方式の加熱機構２８を用いた加熱ユニットＢは、真空チャンバＤの第二室２３における天井部を構成する内壁１０３に設けられた導電性被加熱部１３１を有している。内壁１０３内には、上述のように水冷機構の水冷用流路１９が設けられており、内壁１０３が冷却されるようになっている。導電性被加熱部１３１は、底板１３１ａ及び周壁１３１ｂを有し、上蓋となる内壁１０３とともに、加熱ユニットＢの加熱機構２８等の各部が収容される加熱容器１０４を構成している。
　加熱容器１０４内は、排気系４３（図１乃至図３参照）が接続されており、排気系４３により、真空チャンバＤ内の加熱容器１０４を除く空間とは別個独立に真空排気することが可能になっている。排気系４３により加熱容器１０４内が所定の真空度に排気された状態で、後述するフィラメント１３２による基板対向面２の加熱が行われる。
　加熱容器１０４を構成する導電性被加熱部１３１の底板１３１ａ及び周壁１３１ｂは、例えばＣＶＤ法による熱分解カーボン等の緻密なカーボンによりコーティングされている。具体的には、底板１３１ａの加熱機構２８側の壁面（内壁面）及び基板対向面２となる壁面（外壁面）の少なくとも一方には、熱分解カーボン等の緻密なカーボンのコーティング膜が形成されている。また、周壁１３１ｂの加熱機構２８側の壁面（内壁面）及び真空チャンバＤの周壁側の壁面（外壁面）の少なくとも一方には、熱分解カーボン等の緻密なカーボンのコーティング膜が形成されている。このように、導電性被加熱部１３１の内壁面及び外壁面には、緻密なカーボンのコーティング膜が形成されている。
　さらに、底板１３１ａ及び周壁１３１ｂについて、それぞれ外壁面に上記コーティング膜が形成されていることで、導電性被加熱部１３１の材料や導電性被加熱部１３１から発生するガスによる半導体基板３の汚染を防止又は抑制することができる。
　導電性被加熱部１３１は、その底板１３１ａに基板対向面２を備える。すなわち、基板対向面２は、導電性被加熱部１３１の、基板処理空間の側の面のうち、基板ステージ１の基板載置面と平行に対向する面である。半導体基板３の熱処理に際して、基板対向面２は、フィラメント１３２からの熱電子により加熱されて放熱面となり、基板対向面２からの放熱により半導体基板３が加熱される。
　シャッタ装置Ｃは、図１乃至図３に示すように、基板ホルダユニットＡが降下し、基板ステージ１と加熱ユニットＢの基板対向面２とが離間されたときに、シャッタ１７を基板ステージ１と基板対向面２の間に進退させることができるものとなっている。シャッタ装置Ｃは、シャッタ１７を進退させるためのシャッタ駆動装置１８を備えている。
　シャッタ１７は、図１及び図３に示すように、基板ホルダユニットＡが下降し、基板ステージ１と基板対向面２とが離間されているときに、基板ステージ１と基板対向面２との間に進出し、基板対向面２から基板ステージ１側へ熱が照射されるのを遮断する。
　真空チャンバＤは、アルミニウム合金等で構成された筐体である。真空チャンバＤの壁内には、水冷機構の水冷用流路１９が設けられている。水冷用流路１９に冷却水を流すことにより、真空チャンバＤの筐体の温度が過度に上昇するのを防止することができる。また、真空チャンバＤには、半導体基板３の搬入、搬出時に搬入出口を開閉するための搬入出用のスリットバルブ（ゲートバルブ）２０が備えられている。また、真空チャンバＤには、内部を真空雰囲気に排気するために排気系に接続される排気口を開閉するための排気用のメインバルブ（ゲートバルブ）５０が備えられている。
　真空チャンバＤは、下側の第一室２２と、第一室２２の上方に連なった第二室２３とを備えている。加熱ユニットＢは、上方に位置する第二室２３に基板対向面２を下に向けて設けられている。また、第一室２２は、第二室２３が上方に連なる第一区画２２ａと、第一区画２２ａの側方に連なる第二区画２２ｂとを有している。第一区画２２ａと第二区画２２ｂとの間には、シャッタ装置Ｃが設けられている。
　また、基板ホルダユニットＡは、昇降装置Ｅにより第一室２２の第一区画２２ａと第二室２３との間を昇降可能になっている。基板ホルダユニットＡは、熱処理が行われる上昇位置において、図２に示すように、第一室２２の第一区画２２ａと第二室２３との間を冷却パネル６部分で塞いだ状態で、基板ステージ１と加熱ユニットＢの基板対向面２とを接近させるものとなっている。このようにして半導体基板３の加熱を行うと、第二室２３で生じた熱がその下方の第一室２２へ漏れにくくなり、加熱後に基板ホルダユニットＡを第一室２２の第一区画２２ａへ降下させて行われる冷却をより迅速に行うことができる。また、真空チャンバＤの内面、特に第二室２３の内面は、加熱効率を向上させることができるよう、鏡面仕上げを施しておくことが好ましい。
　さらに、真空チャンバＤの第一室２２の第二区画２２ｂの側壁には、ガスを導入するためのガス導入口５１が設けられている。ガス導入口５１には、ガス導入手段であるガス導入系５２が接続されている。ガス導入系５２は、ガス導入口５１に配管５３を介して接続されたガス供給源５４と、ガス導入口５１側から配管に順次介設されたピュリファイヤー５５と、バルブ５６と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５７と、バルブ５８とを備えている。ピュリファイヤー５５は、あってもなくてもよい。
　ガス供給源５４は、真空チャンバＤ内に導入する不活性ガスを供給するものである。不活性ガスとしては、Ａｒガス等を挙げることができる。なお、真空チャンバＤ内に導入するガスとしては、不活性ガスに限定されるものではないが、反応性が低いガスが好ましく、Ａｒガスやクリプトン（Ｋｒ）ガス等の不活性ガスがより好ましい。また、ピュリファイヤー５５は、通過する不活性ガスから不純物を除去するものである。また、ＭＦＣ５７により、所定の流量で不活性ガスを真空チャンバＤ内に供給することができるようになっている。
　制御装置６０は、種々の演算、制御、判別等の処理を実行するＣＰＵ（図示せず）を有している。また、制御装置６０は、ＣＰＵによって実行される様々な制御プログラム等を格納するＲＯＭ（図示せず）等を有している。また、制御装置６０は、ＣＰＵが処理中のデータや入力データ等を一時的に格納するＲＡＭ（図示せず）等を有している。制御装置６０は、熱処理装置１００の各部の動作を制御し、半導体基板３の熱処理を実行する。
（基板処理システム）
　上記本実施形態による熱処理装置１００を組み込んだ基板処理システムの一例について図７を用いて説明する。
　図７に示すように、基板処理システムは、熱処理装置１００と基板搬送装置２４０とを備えている。また、基板処理システムは、処理済み又は処理前の半導体基板３がセットされるロードロックチャンバ２６０と、処理済み又は処理前の半導体基板３を収納する基板載置室２８０とを備えている。
　熱処理装置１００の真空チャンバＤ、基板搬送装置２４０、及びロードロックチャンバ２６０は、スリットバルブにより各々の装置のチャンバが相互に隔離可能に接続されている。なお、図７では、後の説明のため、各々の間のスリットバルブを示している。すなわち、図７には、基板載置室２８０とロードロックチャンバ２６０との間のスリットバルブＶａ、ロードロックチャンバ２６０と搬送チャンバ２４１との間のスリットバルブＶｂ、搬送チャンバ２４１と真空チャンバＤとの間のスリットバルブＶｃを示している。
　基板搬送装置２４０の搬送チャンバ２４１内には、半導体基板３を搬送するための搬送手段である搬送ロボット２４２等が設けられている。これにより、各装置のチャンバに対して半導体基板３の搬入及び搬出が可能になっている。
　基板搬送室である搬送チャンバ２４１と基板載置室２８０との間には、ロードロックチャンバ２６０が設けられている。ロードロックチャンバ２６０内には、処理済みの半導体基板３が搬送ロボット２４２により搬送チャンバ２４１から搬入されて載置される。また、ロードロックチャンバ２６０内には、未処理の半導体基板３が基板載置室２８０から搬入されて載置される。
　基板載置室２８０には、半導体基板３を収容するカセット２８１～２８４が搭載可能である。基板載置室２８０内には、半導体基板３を搬送するための搬送手段である搬送ロボット２８５等が設けられている。また、基板載置室２８０には、半導体基板３のオリフラやノッチ、及び基板中心をアライメントするためのアライナー（不図示）を設けてもよい。搬送ロボット２８５は、カセット２８１～２８４のいずれかから未処理の半導体基板３をロードロックチャンバ２６０内に搬入する。また、搬送ロボット２８５は、処理済みの半導体基板３をロードロックチャンバ２６０内から搬出し、所定のカセット２８１～２８４に収める。
　ロードロックチャンバ２６０、及び搬送チャンバ２４１のそれぞれには、各チャンバ内を排気する排気系（不図示）が設けられている。また、ロードロックチャンバ２６０、及び搬送チャンバ２４１のそれぞれには、各チャンバ内にＡｒガス等のガスを導入するガス導入系（不図示）が設けられている。なお、真空チャンバＤの排気系４７及びガス導入系５２については上述したとおりである。上述した制御装置６０は、これらの排気系によるチャンバ内の排気、及びこれらのガス導入系によるチャンバ内へのガス導入を制御可能に構成されている。また、制御装置６０は、搬送ロボット２４２、２８５の動作を制御可能に構成されている。
（半導体基板の熱処理方法）
　次に、上記図７に示す基板処理システムにおける熱処理装置１００を用いた本実施形態による半導体基板の熱処理方法について図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。図８Ａは、本実施形態による半導体基板の熱処理方法の事前準備を示すフローチャートである。図８Ｂは、本実施形態による半導体基板の熱処理方法を示すフローチャートである。
　本実施形態による半導体基板の熱処理方法は、分子流領域の圧力を超える圧力でＡｒガスが封止された状態の真空チャンバＤ内において、半導体基板３の熱処理を行うものである。なお、半導体基板３の熱処理の実行に際しては、熱処理装置１００の各部の動作が制御装置６０により制御される。例えば、制御装置６０により、排気系４７による真空チャンバＤ内の排気、ガス導入系５２による真空チャンバＤへのＡｒガスの導入等が制御される。
　なお、ガスが封止された状態は、処理室を構成する真空チャンバＤ内に対するガスの導入及び排気が完全に行われていない状態のみならず、半導体基板３の表面のＡｒガスがシリコンの放出を抑制できる程度に維持されていればよい。すなわち、真空チャンバＤに対して極めて低速にガスの排気が行われている場合をも含むものとする。具体的には、真空チャンバＤの容積の０．１％前後が５分で排気されている状態及びこれよりも低速に排気されている状態をも含む。
　本実施形態による半導体基板の熱処理方法の行う前には、真空チャンバＤ内の部材に対し脱ガス処理を行うこと等を目的として、事前準備（コンディショニング）が行われる。以下、熱処理前の事前準備について図８Ａを用いて説明する。
　まず、ロードロックチャンバ２６０内、搬送チャンバ２４１内、及び真空チャンバＤ内を例えば１０－３Ｐａ以下の高真空に排気する（ステップＳ１０１）。
　次いで、スリットバルブＶｃを閉鎖した状態で、基板ホルダユニットＡを加熱位置まで上昇させ（ステップＳ１０２）、加熱ユニットＢにより真空加熱を行う（ステップＳ１０３）。この真空加熱における加熱温度は、基板相当温度で例えば１５００℃以上、具体的には例えば１９００℃とする。基板相当温度とは、基板が基板ホルダユニットに設置された場合に想定される基板の温度である。
　次いで、加熱ユニットＢによる加熱を停止して真空加熱を停止し（ステップＳ１０４）、基板ホルダユニットＡを搬送位置まで降下させ（ステップＳ１０５）、その後、真空チャンバＤ内の排気を停止する（ステップＳ１０６）。なお、加熱を停止することに代えて、加熱ユニットＢの加熱機構２８のパワーを低下させて加熱温度を低下させるだけでもよい。
　次いで、ガス導入系５２のバルブ５６、５８を開放する。こうして、配管５３を通して、ガス供給源５４のＡｒガスをガス導入口５１から真空チャンバＤ内にＡｒガスを導入する（ステップＳ１０７）。これにより真空チャンバＤ内に導入するＡｒガスは、例えば１０～１００ｋＰａまでであり、本実施形態では７５ｋＰａを導入している。Ａｒガスを導入した後、バルブ５６、５８を閉鎖して真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止する。
　なお、ステップＳ１０６とステップＳ１０７とは、上記の順に行う必要はなく、どのような順序で行ってもよく、最終的にＡｒガスの封止状態が得られればよい。
　次いで、真空チャンバＤ内にＡｒが封止された状態で、基板ホルダユニットＡを熱処理位置まで上昇させ（ステップＳ１０８）、加熱ユニットＢにより加熱を行う（ステップＳ１０９）。このＡｒガスの封止状態での加熱温度は、基板相当温度で例えば１５００℃以上、具体的には例えば１９００℃とする。
　次いで、加熱ユニットＢによる加熱を停止して、Ａｒガスの封止状態での加熱を停止する（ステップＳ１１０）。なお、加熱を停止することに代えて、加熱ユニットＢの加熱機構２８のパワーを低下させて加熱温度を低下させるだけでもよい。続いて、基板ホルダユニットＡを搬送位置まで降下させる（ステップＳ１１１）。
　次いで、真空チャンバＤ内の排気を開始する（ステップＳ１１２）。なお、ステップＳ１１０の後にステップＳ１１２を行う必要は必ずしもなく、ステップＳ１１２の後にステップＳ１１０を行ってもよい。この真空チャンバＤ内の排気では、排気系４７のドライポンプ４９及び必要に応じてターボ分子４８を用いて、真空チャンバＤ内を所定の圧力まで排気する。例えば、真空チャンバＤ内の圧力を１０－４Ｐａ～１０－３Ｐａとする。これにより、真空チャンバＤ内のＨ２Ｏの分圧を例えば１０－５Ｐａ～１０－4Ｐａとする。このようにＨ２Ｏの分圧を低減しておくことにより、高温下においてもＳｉＣ等の半導体基板３の基板材料と残留水分との反応確率を大幅に低減でき、エッチング反応を抑制することができる。この結果、熱処理後の半導体基板３について、高い表面平坦性を確保しつつ、高い電気的活性化を容易に実現することができる。
　次いで、真空チャンバＤ内の排気を停止する（ステップＳ１１３）。
　次いで、真空チャンバＤ及び搬送チャンバ２４１内に、それぞれＡｒガスを導入する（ステップＳ１１４）。導入するＡｒガスの圧力は、それぞれ、例えば１ｋＰａ～１０ｋＰａ、具体的には１ｋＰａとする。
　こうして、本実施形態による半導体基板の熱処理方法を行う前の事前準備を終了する。なお、事前準備では、真空加熱及びＡｒガスの封止状態での加熱の両加熱を行う必要は必ずしもない。例えば、真空加熱を行う一方、Ａｒガスの封止状態での加熱を行わなくてもよい。
　上記のようにして事前準備を行ったうえで、本実施形態による半導体基板の熱処理方法を行う。以下、本実施形態による半導体基板の熱処理方法について図８Ｂを用いて説明する。
　熱処理が行われる半導体基板３には、トレンチが形成されている。半導体基板３は、例えばＳｉＣ膜である。本実施形態では、半導体基板３に形成されたトレンチの開口部及び底部の角張った角部を丸める熱処理を行う。
　まず、半導体基板３の投入する前に、必要に応じて、加熱ユニットＢにより真空チャンバＤのチャンバベークを行う（ステップＳ２０１）。このチャンバベークにおける加熱温度は、基板相当温度で例えば１５００℃以上、具体的には例えば１９００℃とする。
　次いで、ロードロックチャンバ２６０をベントした後、スリットバルブＶａを開放して、基板載置室２８０からロードロックチャンバ２６０内に半導体基板３を投入する（ステップＳ２０２）。なお、投入する半導体基板３は１枚でも複数枚でもよい。ロードロックチャンバ２６０内に半導体基板３を投入した後、スリットバルブＶａを閉鎖する。
　次いで、ロードロックチャンバ２６０内の排気を開始し（ステップＳ２０３）、ロードロックチャンバ２６０内を例えば５０Ｐａ以下まで排気して、ロードロックチャンバ２６０内の排気を停止する（ステップＳ２０４）。
　次いで、ロードロックチャンバ２６０内にＡｒガスを導入する（ステップＳ２０５）。導入するＡｒガスの圧力は、例えば１００Ｐａ～１０ｋＰａとし、具体的には１ｋＰａとする。
　次いで、スタンバイ加熱として、加熱ユニットＢによる加熱を行う（ステップＳ２０６）。このスタンバイ加熱における加熱温度は、加熱ユニットＢの加熱機構２８の放熱面温度で例えば１０００～２０００℃、具体的には例えば１２００℃とする。
　次いで、スリットバルブＶｂを開放して、搬送ロボット２４２により、ロードロックチャンバ２６０内から搬送チャンバ２４１内へ半導体基板３を取り出す（ステップＳ２０７）。このとき、ロードロックチャンバ２６０内と搬送チャンバ２４１内とは、互いに同程度の圧力になっている（ステップＳ１１０及びステップＳ２０５を参照）。搬送チャンバ２４１内へ半導体基板３を取り出した後、スリットバルブＶｂを閉鎖する。
　次いで、排気系４７又はガス導入系５２を用いて真空チャンバＤ内の圧力の調整を行う（ステップＳ２０８）。これにより、真空チャンバＤ内のＡｒガスの圧力を例えば１ｋＰａ～１００ｋＰａ、具体的には１０ｋＰａとする。
　次いで、図１に示すように、スリットバルブ２０（図７に示すスリットバルブＶｃに相当する）を開放して、搬送チャンバ２４１内から真空チャンバＤ内に半導体基板３を搬送する（ステップＳ２０９）。真空チャンバＤ内に搬送した半導体基板３は、リフトピン８上に載置する。このとき、搬送チャンバ２４１内と真空チャンバＤ内とは、互いに同程度の圧力になっている（ステップＳ１１４及びステップＳ２０８を参照）。また、シャッタ１７は、基板ホルダユニットＡと基板対向面２との間に進出している。真空チャンバＤ内に半導体基板３を搬送した後、スリットバルブ２０（スリットバルブＶｃ）を閉鎖する。
　なお、半導体基板３を真空チャンバＤ内に搬送した後に、真空チャンバＤ内の排気を行ってもよい。これにより、事前準備におけるステップＳ１０８により行われる真空チャンバＤ内の排気と同様に、熱処理の際に真空チャンバＤ内に存在する水等の不純物を低減することができる。
　次いで、ガス導入系５２のバルブ５６、５８を開放する。こうして真空チャンバＤ内へのＡｒガスの導入を開始し、配管５３を通して、ガス供給源５４のＡｒガスをガス導入口５１から真空チャンバＤ内に導入する（ステップＳ２１０）。このとき、ＭＦＣ５７によりＡｒガスの流量を所定の流量に適宜制御する。また、真空チャンバＤ内に導入されるＡｒガスは、ピュリファイヤー５５により不純物が除去されて真空チャンバＤ内に導入される。
　上記のようにガス導入系５２からＡｒガスを導入することにより、真空チャンバＤ内の圧力が所定の圧力になった時点で、バルブ５６、５８を閉鎖する。これにより、真空チャンバＤ内へのＡｒガスの導入を停止する。Ａｒガスの導入を停止する真空チャンバＤ内のＡｒガスの圧力は、例えば１ｋＰａ～１００ｋＰａとし、具体的には例えば１０ｋＰａとする。こうして、真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止する。ここで、真空チャンバＤ内の排気を停止した後に真空チャンバＤ内へのＡｒガスの導入を停止することにより、熱処理前の真空チャンバＤ内の圧力を容易に調整することができる。
　なお、真空チャンバＤ内のＡｒガスの圧力は、半導体基板の熱処理温度に応じて適宜設定することができる。より高温な熱処理の場合ほどＡｒガスの圧力をより高圧に設定することにより、半導体基板３の材料の昇華を抑制しつつ、トレンチの角部の丸みを形成することができる。例えば、半導体基板３の熱処理温度が１５００℃以上２０００℃以下、具体的には１６００℃の場合には、Ａｒガスの圧力を１０ｋＰａ以上に設定することができる。
　真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止した後、シャッタ１７を後退させ、昇降装置Ｅにより基板ホルダユニットＡを上昇させる。上昇する基板ホルダユニットＡの基板ステージ１における基板載置部７で半導体基板３をすくい取った後、さらに基板ホルダユニットＡを熱処理位置まで上昇させる。こうして、図２及び図５に示されるように、半導体基板３をリフトアップして、基板ホルダユニットＡの基板ステージ１と、加熱ユニットＢの基板対向面２とを近接させる（ステップＳ２１１）。このとき、少なくとも半導体基板３は、基板対向面２と非接触状態であることが必要である。基板ステージ１は基板対向面２と接触状態にすることも可能であるが、基板ステージ１と基板ステージ１上の半導体基板３の両者とも基板対向面２とは非接触状態であることが好ましい。基板対向面２と半導体基板３の大きさ、熱処理温度、加熱機構２８の出力等にもよるが、基板対向面２と半導体基板３の間隔は１～２５ｍｍとすることが好ましい。
　本実施形態では、このように、半導体基板３が真空チャンバＤ内に搬送されてリフトピン８上に載置された位置よりも基板対向面２に近接させた熱処理位置で熱処理を行う。すなわち、半導体基板３が真空チャンバＤ内に搬送されて載置された状態(搬送位置)よりも半導体基板３と基板対向面２とを近接させた状態で熱処理を行う。このため、真空チャンバＤ内を広範囲に温度上昇させる必要がなく、高い効率で熱処理を行うことができる。なお、本実施形態では、基板ホルダユニットＡを上昇させることにより、半導体基板３と基板対向面２とを近接させているが、半導体基板３と基板対向面２とを相対的に近接させることができればよい。例えば、基板対向面２を含む加熱ユニットＢが下降することにより基板対向面２と半導体基板３とが近接するように熱処理装置１００を構成することもできる。
　また、真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止する前に、熱処理の温度を下回る予熱温度に半導体基板３を予熱しておいてもよい。半導体基板３の予熱は、上記のように基板ホルダユニットＡの基板ステージ１と加熱ユニットＢの基板対向面２とを近接させた状態又は近接させる前の状態で、加熱ユニットＢにより行うことができる。上記では、スタンバイ加熱（ステップＳ２０６を参照）がこの予熱に相当する。予熱温度は、半導体基板３がＳｉＣ基板である場合、例えば１７００℃以下、具体的には１２００℃とする。なお、この温度は、加熱ユニットＢの設定温度である。１７００℃以下の温度であれば、ＳｉＣ基板におけるＳｉが昇華する確率は低いためである。こうして熱処理の温度を下回る予熱温度に予熱しておくことで、処理時間を短縮することができる。
　また、処理時間を短縮するため、加熱ユニットＢの加熱機構２８の昇温中に、真空チャンバＤ内へのＡｒガスの導入及びその停止により真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止してもよい。このように、真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止するタイミングは、特定のタイミングに限定されるものではない。Ａｒガスを封止するタイミングは、Ａｒガスを封止された状態で半導体基板３の熱処理を行うことができるものであればよく、熱処理温度に到達するまでに封止が完了していればよい。
　次いで、上記のようにして真空チャンバＤ内にＡｒガスが封止された状態で、加熱ユニットＢの加熱機構２８のパワーを上昇させ高温に加熱する。こうして、基板対向面２からの輻射熱により、半導体基板３を熱処理する（ステップＳ２１２）。熱処理時の半導体基板３の温度である半導体基板３の熱処理温度は、例えば１５００℃～２０００℃、より具体的には１６００℃とする。熱処理では、温度測定器１６で測定される基板ステージ１の温度が所定の熱処理温度になるまで加熱機構２８の加熱を継続する。所定の熱処理温度に達した後、所定の熱処理時間が経過するまでこの温度を保持する。熱処理時間は、例えば１分間～３０分間とする。
　本実施形態による半導体基板の熱処理方法では、上述のように、真空チャンバＤ内にＡｒガスが封止された形態で半導体基板３の熱処理を行う。封止されたＡｒガスの圧力は、分子流領域の圧力を超える圧力、例えば１ｋＰａ～１００ｋＰａであり、より具体的には１０ｋＰａである。また、封止されたＡｒガスの圧力は、上述のように半導体基板３の熱処理温度に応じて適宜設定することができる。例えば、熱処理温度が１５００℃以上１７５０℃以下の場合には、Ａｒガスの圧力を１０ｋＰａ以上に設定することができる。また、例えば、熱処理温度が１７５０℃よりも高く２０００℃以下の場合には、Ａｒガスの圧力を５０ｋＰａ以上に設定することができる。
　このように封止されたＡｒガスの圧力が分子流領域の圧力を超える圧力において、Ａｒガスの圧力が高い雰囲気中で熱処理を行うと、ＳｉＣ基板表面付近において脱離したＳｉ原子とＡｒ原子とが衝突する確率が増加する。この結果、Ｓｉ原子の蒸気圧をＳｉＣ基板表面付近で局所的に上昇させることができる。また、真空チャンバＤ内にＡｒガスが封止されているため、Ａｒガスの流れがＳｉＣ表面で抑制される。このため、加熱によりＳｉＣ基板表面から脱離したＳｉ原子が排気されることなく、ＳｉＣ基板表面付近に留まることになる。この結果、ＳｉＣ基板表面付近のＳｉ原子の蒸気圧が飽和状態となる。すると、ＳｉＣ基板表面のＳｉ原子の脱離が抑制され、ＳｉＣ基板の表面の数層のＳｉ原子のみが脱離するに留まる。さらに、ＳｉＣ表面に留まっているＳｉ原子は、加熱によりえられたエネルギーによりＳｉＣ表面を移動する。このとき、移動したＳｉ原子は、トレンチの開口部及び底部の角張った角部を丸くすることによって、より安定した形状をとることができる。
　さらに、本実施形態では、半導体基板３が真空チャンバＤ内に搬送されて載置された状態よりも半導体基板３と加熱ユニットＢの基板対向面２とを近接させた状態で熱処理を行う。このように半導体基板３と基板対向面２とを近接させた状態で熱処理を行うことによって、Ｓｉ原子の脱離を最小限に抑えることができ、処理前のトレンチの開口幅を大幅に広げることなく、トレンチの開口部及び底部の角張った角部を丸くすることができる。
　なお、ＳｉＣ基板を用いたトレンチ型のＭＯＳＦＥＴにおけるトレンチ幅は、エッチング前と、角部を丸く処理した後の寸法の差を、トレンチ内部の上部、つまり開口部付近で±１００ｎｍ以下に抑えることが必要とされ、より好ましくは、±５０ｎｍ以下に抑えることが求められる。本実施形態では、トレンチ幅は、エッチング前と、角部を丸く処理した後との寸法の差を±５０ｎｍ以下に抑えることができ、より具体的には－３５ｎｍの寸法差を実現することができる。
　上記のようにして半導体基板３の熱処理を行った後、加熱ユニットＢの加熱機構２８をオフにし、自然冷却を開始する。なお、続けて処理すべき半導体基板３がある場合には、加熱ユニットＢによりスタンバイ加熱を行うようにしてもよい。これとともに、昇降装置Ｅにより基板ホルダユニットＡを所定の予備冷却位置まで降下させ、温度測定器１６で測定される基板ステージ１の温度が所定の温度になるまで降温させる。
　その後、リフトピン８に半導体基板３を接触させることなく冷却するために、図３に示すように、昇降装置Ｅにより基板ホルダユニットＡを所定の冷却位置までさらに降下させて半導体基板３をリフトダウンする（ステップＳ２１３）。これとともに、冷却機構を有するシャッタ１７を、冷却位置に下降させた基板ホルダユニットＡの基板ステージ１と、加熱ユニットＢの基板対向面２との間に進出させ、冷却を促進する。こうして、冷却位置において、温度測定器１６で測定される基板ステージ１の温度が所定の温度になるまでさらに冷却する。
　次いで、基板ホルダユニットＡを搬入出位置まで降下させる。冷却位置から搬入出位置までの降下の間に、半導体基板３はリフトピン８上に移し取られ、取り出しやすい状態となる。
　基板ホルダユニットＡが搬入出位置まで降下した後、排気系４７を用いて真空チャンバＤ内の圧力の調整を行う（ステップＳ２１４）。これにより、真空チャンバＤ内のＡｒガスの圧力を例えば１００Ｐａ～１０ｋＰａとし、具体的には１ｋＰａとする。
　次いでスリットバルブ２０（スリットバルブＶｃ）を開放し、搬送チャンバ２４１の搬送ロボット２４２を用いて半導体基板３を真空チャンバＤ内から搬送チャンバ２４１内へ搬送する（ステップＳ２１５）。搬送後、スリットバルブ２０（スリットバルブＶｃ）を閉鎖する。こうして、トレンチの開口部及び底部の角張った角部に丸みをつけた半導体基板３が製造される。
　このように真空チャンバＤ内及び搬送チャンバ２４１内の圧力を予め設定することで、半導体基板３の熱処理後、直ちに真空チャンバＤ内から搬送チャンバ２４１内に半導体基板３を搬送することができる。これにより、真空チャンバＤ内からの半導体基板３の搬送を含めた処理時間を短縮することができる。また、この際、両チャンバの圧力が同等であるため、チャンバ間の圧力差に起因するパーティクルの巻き上げ等により熱処理後の半導体基板３が汚染されるのを回避することができる。
　次いで、スリットバルブＶｂを開放し、搬送チャンバ２４１内に搬送された半導体基板３を、搬送チャンバ２４１内からロードロックチャンバ２６０内に搬送する（ステップＳ２１６）。
　次いで、ロードロックチャンバ２６０内に熱処理すべき次の半導体基板３がある場合（ステップＳ２１７、ＹＥＳ）の場合には、ステップＳ２０７に移行して次の半導体基板３について処理を継続する。
　一方、ロードロックチャンバ２６０内に熱処理すべき次の半導体基板３がない場合（ステップＳ２１７、ＮＯ）、スリットバルブＶｂを閉鎖してロードロックチャンバ２６０をベントする。その後、スリットバルブＶａを開放して、ロードロックチャンバ２６０から熱処理後の半導体基板３を取り出す（ステップＳ２１８）。
　続いて次ロットの半導体基板３について熱処理の連続処理を行う場合（ステップＳ２１９、ＹＥＳ）には、ステップＳ２０２に移行して次ロットの半導体基板３について処理を継続する。
　一方、次ロットの半導体基板３について熱処理の連続処理を行わない場合（ステップＳ２１９、ＮＯ）には、スリットバルブＶａを閉鎖して処理を完了する。
　このように、本実施形態によれば、真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止した状態で半導体基板３の熱処理を行うので、トレンチ開口部の寸法差を抑制した状態で、生産性を高くし、高価な付帯設備も必要なく、トレンチの開口部及び底部の角張った角部に丸みをつけることができる。
　なお、上述した図８Ａ及び図８Ｂに示すプロセスフローは、例示にすぎず、真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止した状態を実現するための真空チャンバＤ内の排気及び真空チャンバ内へのＡｒガスの導入の態様は、上述した態様に限定されるものではない。また、熱処理すべき半導体基板３を真空チャンバＤ内へ搬送する際のロードロックチャンバ２６０、搬送チャンバ２４１、及び真空チャンバＤの各チャンバ内の排気及び各チャンバ内へのＡｒガスの導入の態様も、上述した態様に限定されるものではない。また、熱処理後の半導体基板３を真空チャンバＤ内からロードロックチャンバ２６０内に搬送する際の各チャンバ内の排気及び各チャンバ内へのＡｒガスの導入の態様も、上述した態様に限定されるものではない。
　また、上述のように真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止した状態で熱処理を行うと、昇華したＳｉが排気されないことになる。このため、昇華したＳｉが真空チャンバＤの内壁に付着する。真空チャンバＤの内壁にＳｉが堆積すると、内壁面における輻射の反射率が変化する。このため、加熱ユニットＢの加熱機構２８の温度が同じであっても、熱処理の際の半導体基板３の温度が、熱処理を繰り返し行うことにより変動することがある。このような場合、温度測定器１６等により半導体基板３の温度を検出し、その検出結果に応じて、制御装置６０により加熱機構２８の出力を変化させる。これにより、熱処理の際の半導体基板３の温度の調整し、熱処理の再現性を向上することが可能となる。
（半導体装置及びその製造方法）
　上述した本実施形態による半導体基板の熱処理方法は、トレンチを有する半導体基板を用いて半導体装置を製造する際のトレンチの開口部及び底部の角張った角部を丸めることに適用することができる。また、不純物を注入したトレンチを有する半導体基板を用いて半導体装置を製造する際のトレンチの開口部及び底部の角張った角部を丸めると共に不純物の活性化アニールに適用することができる。以下、本実施形態による熱処理方法を適用して製造される半導体装置の具体例について説明する。
　図９は、ＳｉＣ基板を用いて製造されるトレンチ型のＭＯＳＦＥＴを示している。図示するように、ｎ＋型ＳｉＣ基板４０１上に、エピタキシャル成長法によりｎ－型ＳｉＣ膜（ドリフト層）４０２を形成する。
　次いで、ＳｉＯ２等をエッチングマスク（不図示）として、ドライエッチング法によりドリフト層４０２にトレンチ４０６を形成する。トレンチ４０６を形成した後、フッ酸洗浄等によりエッチングマスクを除去する。
　次いで、本実施形態による半導体基板の熱処理方法を用い、ドライエッチング法により形成したトレンチの開口部及び底部の角張った角部に丸みを付ける。
　次いで、プラズマＣＶＤ法等を用い、開口したトレンチ４０６にＳｉＯ２（不図示）を埋め込み、不要な部分への不純物の注入を防止する注入抑制層（不図示）を形成する。
　ｎ－型ＳｉＣ膜４０２に、ＳｉＯ２等をマスク（不図示）として、ｐ型不純物、例えばアルミニウムをイオン注入し、ｐ型ウェル層（不純物領域）４０３を形成する。
　次いで、注入マスクのＳｉＯ２をフッ酸処理等により除去した後、ｐ型ウェル層４０３に、ＳｉＯ２等をマスク（不図示）として、ｎ型不純物、例えば燐をイオン注入し、高濃度のｎ＋型不純物層であるｎ＋型コンタクト層（不純物領域）４０４を形成する。
　次いで、注入マスクのＳｉＯ２をフッ酸処理等により除去する。その後、ｐ型ウェル層４０３のｎ＋型コンタクト層４０４の外側に隣接される形で、ＳｉＯ２等をマスク（不図示）として、ｐ型不純物、例えばアルミニウムをイオン注入し、高濃度のｐ＋型不純物層であるｐ＋型コンタクト層（不純物領域）４０５を形成する。
　次いで、半導体基板の熱処理を行い、各不純物領域４０３、４０４、４０５中の不純物を活性化する。
　次いで、基板表面に形成された変質層を除去するために、例えば、縦型炉にて酸素雰囲気中で１１００℃／３０分程度の酸化処理を行い、犠牲酸化層（不図示）を約５０ｎｍ形成する。
　次いで、犠牲酸化層をフッ酸にて洗浄し、清浄なＳｉＣ表面を露出させた後、トレンチ４０６の側面にゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜４０７を形成する。シリコン酸化膜４０７を形成した後、ポリシリコン膜で、トレンチ４０６を埋め込む。続いて、このポリシリコン膜をパターニングすることにより、ポリシリコンからなるゲート電極４０８を形成する。
　次いで、電極、層間絶縁膜、配線等（不図示）を形成してトレンチ型のｎ型ＭＯＳＦＥＴが製造される。こうして製造されるトレンチ型のｎ型ＭＯＳＦＥＴでは、ＳｉＣ基板４０１の底面側がドレインとして機能する。また、シリコン酸化膜４０７の周囲に形成されたｎ＋型コンタクト層４０４がソースとして機能する。また、チャネル４０９は、ゲート電極４０８への電圧印加により、ｐ型ウェル層４０３とシリコン酸化膜４０７との間に形成され、キャリアはトレンチ４０６に沿って基板表面に対して垂直方向に移動する。
　なお、本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
　例えば、上記実施形態では、トレンチの開口部及び底部の角張った角部に丸みを付けてから不純物をイオン注入し、熱処理により不純物の活性化を行ったが、トレンチの開口部及び底部の角張った角部に丸みを付ける処理と不純物の活性化とを同時に熱処理で行ってもよい。また、本実施形態ではトレンチが形成されたＳｉＣ基板に対して熱処理を行い、トレンチの開口部及び底部の角張った角部を丸くする処理について説明したが、これに限らず、凹部が形成された半導体基板に対しても適用可能である。さらに、スルーホールが形成された半導体基板に本実施形態の熱処理を適用すれば、スルーホールの開口部の角張った角部を丸くできる。
　また、上記実施形態では、真空チャンバＤ内にＡｒガスを封止する場合を主な例として説明したが、上述のように、真空チャンバＤ内に封止するガスはＡｒガスに限定されるものではない。真空チャンバＤ内に封止するガスは、熱処理すべき半導体基板の材料と反応しないか、反応性に乏しいものであればよく、他の不活性ガスを用いてもよい。
（実施例１）
　実施例１では、ＳｉＣ基板として、エピタキシャル成長したＳｉＣ結晶層を表面層として有するものを用意した。このＳｉＣ表面層に形成されたＳｉＯ２マスクを用いてＳｉＣをドライエッチング法によりトレンチを形成し、フッ酸洗浄によりＳｉＯ２マスクを除去したものを用意した。
　まず、予めロードロックチャンバ２６０、搬送チャンバ２４１、プロセスチャンバとしての真空チャンバＤ等のチャンバを１０－３Ｐａ以下の高真空に排気した。さらに、真空チャンバＤをターボ分子ポンプ４８で排気しつつ、加熱機構２８を１５００℃以上に加熱することで、加熱機構２８、チャンバ、基板ホルダユニットＡ等から十分な脱ガスを行った。
　脱ガスが完了した後、真空チャンバＤ及び搬送チャンバ２４１のターボ分子ポンプを停止させるか排気用のメインバルブを閉じた状態で、真空チャンバＤ内及び搬送チャンバ２４１内にＡｒガスを１ｋＰａになるまで注入した。次いで、Ａｒガス導入用バルブを閉鎖して、真空チャンバＤ内及び搬送チャンバ２４１内にＡｒガスを封止した。
　上記のようにしてＡｒガスを封止した状態で、真空チャンバＤの基板ホルダユニットＡを基板の搬入出位置まで降下させた。続いて、シャッタ１７を基板ホルダユニットＡと加熱ユニットＢとの間に進出させ、加熱ユニットＢの加熱機構２８の放熱面温度が１２００℃になるまで予め加熱した。
　次いで、ロードロックチャンバ２６０をＡｒガス又は窒素（Ｎ２）ガスでベントし、上記ＳｉＣ基板をロードロックチャンバ２６０内にセットした。続いて、ロードロックチャンバ２６０内を１０Ｐａ程度までドライポンプで排気した後、その排気バルブを閉鎖した。その後、ロードロックチャンバ２６０内にＡｒガスを１ｋＰａまで注入し、ロードロックチャンバ２６０内をＡｒガスで封止した。
　次いで、チャンバ間のスリットバルブＶｂ、Ｖｃを開放し、搬送チャンバ２４１の搬送ロボット２４２を介して、ロードロックチャンバ２６０内のＳｉＣ基板を真空チャンバＤ内に搬送した。このとき、ロードロックチャンバ２６０、搬送チャンバ２４１、及び真空チャンバＤが同一圧力になっているため、搬送に際してスリットバルブを開放してもパーティクルの巻き上げや、ＳｉＣ基板にズレを生じることはなかった。ＳｉＣ基板の搬送後、真空チャンバＤの搬入出用のスリットバルブＶｂ、Ｖｃを閉鎖した。
　次いで、真空チャンバＤへＡｒガスを１０ｋＰａになるまで導入し、ガス導入バルブを閉じて、Ａｒ封止を行った。基板ホルダユニットＡと加熱ユニットＢとの間からシャッタ１７を後退させ、基板ホルダユニットＡを熱処理位置まで上昇させた。続いて、加熱ユニットＢの加熱機構２８により、ＳｉＣ基板の温度が１６００℃になるまで昇温し、５分間保持した。
　こうしてＳｉＣ基板の熱処理が完了した後、冷却位置に基板ホルダユニットＡを降下させ、ＳｉＣ基板の温度が１４００℃程度になるまで冷却した。その後、基板ホルダユニットＡを搬入出位置まで降下させ、シャッタ１７を基板ホルダユニットＡと加熱ユニットＢとの間に進出させた。この冷却時間の間に排気系４７により、真空チャンバＤの圧力が１ｋＰａになるように排気した。
　次いで、スリットバルブＶｂ、Ｖｃを開放し、ＳｉＣ基板を搬送チャンバ２４１の搬送ロボット２４２を介してロードロックチャンバ２６０へ搬送した。続いて、ロードロックチャンバ２６０をベントし、ＳｉＣ基板をロードロックチャンバ２６０から取り出した。このように、ＳｉＣ基板のトレンチの角を丸める熱処理を行った。
　上記熱処理前後のＳｉＣ基板のトレンチの断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）により、トレンチの開口部の角部と底部の角部の形状及びトレンチ内部の上部、中間部、底部の幅を測定した。図１０及び表１に示す通り、処理前トレンチの形状は、トレンチの開口部の角部と底部の角部が角張っており、トレンチ内部の上部、中間部、底部の幅は、１３６６ｎｍ、１２８６ｎｍ、１０５９ｎｍであった。本実施例による処理後のトレンチの形状を図１１及び表１に示すように、トレンチ開口部の角部と底部との角部の形状は丸まっており、トレンチ内部の上部、中間部、底部の幅は、１３３１ｎｍ、１１９９ｎｍ、１０３６ｎｍであり、トレンチ幅の変動は小さく、トレンチ開口部の角部と底部の角部との形状は丸まっており、トレンチ上部のトレンチ幅の変動は－３５ｎｍであり、トレンチを形状制御性よく処理できていることが分かる。なお、トレンチ内部の上部、底部の幅は、トレンチ側壁の接線の間の幅を測定した。
（実施例２）
　実施例２では、実施例１と同様にトレンチを有したＳｉＣ基板を用意した。実施例２は、実施例１の処理と比べてＳｉＣ基板の１６００℃での保持時間を３０分とした処理である。
　上記熱処理前後のＳｉＣ基板のトレンチの断面を走査型電子顕微鏡により、トレンチ開口部の角部と底部の角部の形状及びトレンチ内部の上部、中間部、底部の幅を測定した。図１０及び表１に示す通り、処理前のトレンチの形状は、トレンチ開口部の角部と底部の角部の形状は角張っており、トレンチ内部の上部、中間部、底部の幅は、１３６６ｎｍ、１２８６ｎｍ、１０５９ｎｍであった。本実施例による処理後のトレンチの形状は図１２及び表１に示すように、トレンチの開口部の角部及び底部の角部の形状は丸まっており、トレンチ内部の上部、中間部、底部の幅は、１３９４ｎｍ、１２５１ｎｍ、１０７６ｎｍであり、トレンチ幅の変動は小さく、トレンチの開口部の角部と底部の角部の形状は丸まっており、トレンチ上部のトレンチ幅の変動は＋２８ｎｍであり、トレンチを形状制御性よく処理できていることが分かる。
（比較例１）
　比較例１では、実施例１と同様にトレンチを有したＳｉＣ基板を用意した。
　実施例１と異なり、Ａｒガス封止を行わずＡｒガスをフローさせて、真空チャンバＤ内部のＡｒガスの圧力を１０ｋＰａとして、ＳｉＣ基板を１６００℃で５分間熱処理した。
　上記熱処理前後のＳｉＣ基板のトレンチの断面を走査型電子顕微鏡により、トレンチ開口部の角部と底部の角部の形状及びトレンチ内部の上部、中間部、底部の幅を測定した。図１０に示す通り、処理前のトレンチの形状は、トレンチ開口部の角部と底部の角部の形状は角張っており、トレンチ内部の上部、中間部、底部の幅は、１３６６ｎｍ、１２８６ｎｍ、１０５９ｎｍであった。本実施例による処理後のトレンチの形状を図１３及び表１に示すように、トレンチの開口部の角部は変形後退し、底部の角部の形状は大きく丸まっていた。また、トレンチ内部の上部、中間部、底部の幅は、１４３０ｎｍ、１３３４ｎｍ、１１３９ｎｍであり、トレンチ幅が全体に広がり、底面及び側面に凹凸が発生していた。
（比較例２）
　比較例２では、実施例１と同様にトレンチを有したＳｉＣ基板を用意した。
　実施例１と異なり、真空チャンバＤ内部のＡｒガスの封止圧力を１００Ｐａとして、ＳｉＣ基板を１６００℃で５分間熱処理した。
　上記熱処理前後のＳｉＣ基板のトレンチの断面を走査型電子顕微鏡により、トレンチ開口部の角部と底部の角部の形状及びトレンチ内部の上部、中間部、底部の幅を測定した。図１０に示す通り、処理前のトレンチの形状は、トレンチの開口部の角部と底部の角部の形状は角張っており、トレンチ内部の上部、中間部、底部の幅は、１３６６ｎｍ、１２８６ｎｍ、１０５９ｎｍであった。本実施例による処理後のトレンチの形状を図１４及び表１に示すように、トレンチ開口部の角部は角張っているままであり、底部の角部の形状は丸まっているもののトレンチ内部の上部、中間部、底部の幅は、１４８６ｎｍ、１３０３ｎｍ、１０８４ｎｍであり、トレンチ幅が全体に広がりトレンチ側面からＳｉ原子の抜けた層が観察された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

Claims (7)

  1. 　分子流領域の圧力を超える圧力でガスが封止された状態の処理室内において、凹部が形成された半導体基板に対して熱処理を行うことを特徴とする半導体基板の熱処理方法。
  2. 　前記半導体基板に対向して放熱により前記半導体基板を加熱する基板対向面を有する加熱手段を用い、前記半導体基板が前記処理室内に搬送されて載置された第１の状態よりも前記半導体基板と前記基板対向面とを近接させた第２の状態で、前記半導体基板の前記熱処理を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体基板の熱処理方法。
  3. 　前記熱処理における前記半導体基板の熱処理温度が１５００℃以上であり、１７５０℃以下である場合には、前記処理室内に封止された前記ガスの圧力を１０ｋＰａ以上に設定し、
    　前記熱処理における前記半導体基板の熱処理温度が１７５０℃よりも高く、２０００℃以下である場合には、前記処理室内に封止された前記ガスの圧力を５０ｋＰａ以上に設定することを特徴とする請求項１記載の半導体基板の熱処理方法。
  4. 　前記凹部は、前記半導体基板に形成されたトレンチであることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の熱処理方法。
  5. 　前記半導体基板は、ＳｉＣ基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の熱処理方法。
  6. 　半導体基板の熱処理を行うための処理室と、
    　前記処理室内に設けられた加熱手段と、
    　分子流領域の圧力を超える圧力でガスが封止された状態の前記処理室内において、前記加熱手段により凹部が形成された半導体基板に対して前記熱処理を実行する制御装置と
    　を有することを特徴とする熱処理装置。
  7. 　前記加熱手段は、前記半導体基板に対向して放熱により前記半導体基板を加熱する基板対向面を有し、
    　前記制御装置は、前記半導体基板が前記処理室内に搬送されて載置された第１の状態よりも前記半導体基板と前記基板対向面とを近接させた第２の状態で、前記半導体基板の前記熱処理を実行することを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
     
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