JP2015154045A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板の加熱の処理時間をより短縮することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体基板準備工程（Ｓ１０）と、半導体基板を第１加熱部材の載置面上に載置し、半導体基板の厚み方向に温度分布を形成して半導体基板を加熱する予備加熱工程（Ｓ２０）と、予備加熱工程で加熱された半導体基板を静電チャック上に載置して固定するチャッキング工程（Ｓ３０）と、静電チャック上に固定された半導体基板を加熱する本加熱工程（Ｓ４０）と、本加熱工程で加熱された半導体基板に対してイオン注入するイオン注入工程（Ｓ５０）とを備える。予備加熱工程（Ｓ２０）では、上記載置面から半導体基板の中央領域が離れるような形状を加熱後の半導体基板が有するように、または加熱後の半導体基板が載置面に沿った形状を有するように、上記温度分布が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、半導体基板を加熱する工程を備えた半導体装置の製造方法に関する。

従来、シリコン（Ｓｉ）などの半導体基板への不純物ドーピングや半導体基板上の成膜には、静電吸着力により半導体基板を吸着保持する静電チャックが用いられている。静電チャックとしては、たとえば特開２００１−１５２３３５号公報（以下、特許文献１という）において、半導体基板の温度調整のためのヒータと一体に構成されたものが開示されている。上記特許文献１では、ヒータに通電して静電チャックを所定温度に加熱した状態で基板が静電チャックプレート上の所定位置に載置される。そして、静電チャック電源を起動し、基板温度が所定の基準温度に到達するまで、吸着電極に対する印加電圧を累積的に増加させる。

特開２００１−１５２３３５号公報

半導体基板を静電チャック上で加熱してプロセス処理する装置（たとえば、イオン注入装置や成膜装置など）では、基板の固有形状などに起因して静電チャックから基板への熱伝導や熱拡散において基板の径方向および厚み方向に温度分布が発生し、その結果静電チャック上に載置された基板において反りが発生する。このように反りが発生した基板を静電吸着力により保持することは困難であるため、反りを解消するために長い安定化時間を要し、その結果加熱処理の時間が長くなるという問題がある。特に炭化珪素基板は他の半導体基板に比べて熱伝導率が高いため、静電チャック上に載置した際に表面と裏面（静電チャック側の面）との温度差によって反りが発生し易くなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体基板の加熱の処理時間をより短縮することが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明に従った半導体装置の製造方法は、半導体基板を準備する準備工程と、半導体基板を第１加熱部材の載置面上に載置し、半導体基板の厚み方向に第１温度分布を形成して半導体基板を加熱する第１加熱工程と、第１加熱工程で加熱された半導体基板を静電チャック上に載置して固定する固定工程と、静電チャック上に固定された半導体基板を加熱する第２加熱工程と、第２加熱工程で加熱された半導体基板を処理する処理工程とを備える。第１加熱工程では、載置面から半導体基板の中央領域が離れるような形状を加熱後の半導体基板が有するように、または加熱後の半導体基板が上記載置面に沿った形状を有するように、第１温度分布が形成される。

本発明によれば、半導体基板の加熱の処理時間をより短縮することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。

実施形態１に係る半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ１０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ２０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ２０）を説明するための他の概略図である。 実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ２０）において基板の厚み方向に形成される温度分布を示すグラフである。 実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ２０）において変形したＳｉＣ基板の形状を示す概略図である。 実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ３０）および（Ｓ４０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ５０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ６０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ６０）において基板の厚み方向に形成される温度分布を示すグラフである。 実施形態２に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）を説明するための概略図である。 実施形態２に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ２０）において基板の厚み方向に形成される温度分布を示すグラフである。 ＳｉＣ基板の反り量の計算方法を説明するための概略図である。 ウエハ温度とウエハ温度差および反り高さとの関係を示すグラフである。 ウエハ厚みと反り高さとの関係を示すグラフである。 ウエハ半径と反り高さとの関係を示すグラフである。

[本願発明の実施形態の説明]
まず、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

（１）本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板（ＳｉＣ基板１０）を準備する準備工程と、半導体基板を第１加熱部材（加熱ステージ２０）の載置面２０ａ上に載置し、半導体基板の厚み方向に第１温度分布を形成して半導体基板を加熱する第１加熱工程（予備加熱工程）と、第１加熱工程で加熱された半導体基板を静電チャック４０上に載置して固定する固定工程と、静電チャック上に固定された半導体基板を加熱する第２加熱工程（本加熱工程）と、第２加熱工程で加熱された半導体基板を処理する処理工程とを備える。第１加熱工程では、載置面２０ａから半導体基板の中央領域１１が離れるような形状を加熱後の半導体基板が有するように、または加熱後の半導体基板が上記載置面に沿った形状を有するように、上記第１温度分布が形成される。

上記半導体装置の製造方法では、ＳｉＣ基板１０を静電チャック４０上に固定して加熱する本加熱工程の前に、予めＳｉＣ基板１０を加熱する予備加熱工程が実施される。そして、予備加熱工程では加熱後のＳｉＣ基板１０が上記形状を有するように基板の厚み方向において上記温度分布が形成される。これにより、予備加熱工程においてＳｉＣ基板１０の形状を予め変形させ、その後本加熱工程においてＳｉＣ基板１０を静電チャック４０上に載置して固定することができる。そのため、静電チャック４０からＳｉＣ基板１０へより均一に熱伝導させることが可能となり、静電チャック４０上に載置した際に基板の反りの発生を抑制することができる。その結果、ＳｉＣ基板１０を静電チャック４０上に載置した後からチャッキング開始前に長時間の安定化時間が必要なくなり、加熱処理の時間をより短縮することができる。特に、本加熱工程での加熱温度が低い場合には長時間加熱することで基板の反りが解消する場合があるが、上記予備加熱工程を導入することで処理時間の短縮を図ることができる。また本加熱工程での加熱温度が高い場合（たとえば４００℃以上）には基板の反りを解消させることが困難であるため、上記予備加熱工程の導入がより有効である。

（２）上記半導体装置の製造方法において、準備工程では、炭化珪素からなり、（０００１）面を含む第１主面（主面１０ａ）と、（０００−１）面を含む第２主面（主面１０ｂ）とを有する半導体基板（ＳｉＣ基板１０）が準備される。第１加熱工程では、第２主面が載置面２０ａ側に向いた状態で、半導体基板が上記載置面上に載置される。また、第１加熱部材との間に半導体基板を挟んで第２加熱部材（発熱体３０）が配置される。また、第２主面から第１主面に向かって高温になる上記第１温度分布が形成される。ここで、「第２主面が載置面２０ａ側に向いた状態」とは、（０００−１）面からなる第２主面が載置面２０ａ側に向いた状態、および（０００−１）面に対して所定の（たとえば１０°以下の）オフ角を有する第２主面が載置面２０ａ側に向いた状態などが含まれる。

ＳｉＣ基板１０は、平坦形状または主面１０ａから主面１０ｂに向かう厚み方向において中央部が凸状に変形した固有の反り量を有する。よって、主面１０ｂを静電チャック４０側に向けた状態でＳｉＣ基板１０を直接載置した場合、ＳｉＣ基板１０が静電チャック４０の載置面４０ａに対して沿った状態、または中央領域１１が載置面４０ａと接触して外周領域１２が載置面４０ａから離れた状態（下に凸の状態）となる。この場合、静電チャック４０からＳｉＣ基板１０への熱伝導が不均一となり、外周領域１２が載置面４０ａからより大きく離れるようにＳｉＣ基板１０が変形する場合がある。これに対して、静電チャック４０上への載置前に予備加熱工程を実施することにより、中央領域１１が載置面２０ａから離れるように反った形状または載置面２０ａに沿った形状にＳｉＣ基板１０を変形させることができる。その結果、上述のような外周領域１２における変形が抑制され、本加熱工程における加熱処理の時間をより短縮することができる。

（３）上記半導体装置の製造方法において、第２加熱部材は、第１加熱部材（加熱ステージ２０）から放出された熱を半導体基板（ＳｉＣ基板１０）側へ反射させる反射体３１を含んでいてもよく、より具体的には反射体３１であってもよい。これにより、予備加熱工程においてＳｉＣ基板１０をより効率的に加熱することができる。

（４）上記半導体装置の製造方法において、準備工程では、炭化珪素からなり、（０００１）面を含む第１主面（主面１０ａ）と、（０００−１）面を含む第２主面（主面１０ｂ）とを有する半導体基板（ＳｉＣ基板１０）が準備される。第１加熱工程では、第１主面が載置面２０ａ側に向いた状態で、半導体基板が上記載置面上に載置される。ここで、「第１主面が載置面２０ａ側に向いた状態」とは、（０００１）面からなる第１主面が載置面２０ａ側に向いた状態、および（０００１）面に対して所定の（たとえば１０°以下の）オフ角を有する第１主面が載置面２０ａ側に向いた状態などが含まれる。

主面１０ａを静電チャック４０側に向けた状態でＳｉＣ基板１０を直接載置した場合、ＳｉＣ基板１０が静電チャック４０の載置面４０ａに対して沿った状態、または中央領域１１が載置面４０ａから離れて外周領域１２が載置面４０ａと接触した状態（上に凸の状態）となる。この場合、静電チャック４０からＳｉＣ基板１０への熱伝導が不均一となり、中央領域１１が載置面４０ａからより大きく離れるように（中央領域１１が膨らむように）ＳｉＣ基板１０が変形する場合がある。これに対して、静電チャック４０への載置前に予備加熱工程を実施することにより、中央領域１１が載置面２０ａから離れるように反った形状を維持しつつ、当該中央領域１１が過剰に膨らむような変形を抑制することができる。

（５）上記半導体装置の製造方法において、第１加熱工程（予備加熱工程）では、最大温度と最小温度との差（ΔＴ１）が２０℃以上である第１温度分布が形成される。これにより、予備加熱工程においてＳｉＣ基板１０の形状を容易に上記形状に変形させることができる。

（６）上記半導体装置の製造方法において、第１加熱工程（予備加熱工程）で加熱された後の半導体基板（ＳｉＣ基板１０）は、載置面２０ａから中央領域１１が離れるように反った形状を有し、かつ半導体基板の厚み以下の反り量を有する。これにより、基板の反りによる結晶性の悪化を抑制することができる。

（７）上記半導体装置の製造方法において、準備工程では、１００ｍｍ以上の径を有する半導体基板（ＳｉＣ基板１０）が準備される。ＳｉＣ基板１０が大口径である場合には基板固有の反り量が大きくなり、静電チャック４０上に載置した際に発生する反り量がより大きくなる。そのため、ＳｉＣ基板１０の径が１００ｍｍ以上である場合には、予備加熱工程の導入による上記効果がより顕著になる。

（８）上記半導体装置の製造方法において、準備工程では、５５０μｍ以下（好ましくは４００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下）の厚みを有する半導体基板（ＳｉＣ基板１０）が準備される。ＳｉＣ基板１０の厚みが小さい場合には基板固有の反り量が大きくなり、静電チャック４０上に載置した際に発生する反り量がより大きくなる。そのため、ＳｉＣ基板１０の厚みが５５０μｍ以下である場合には、予備加熱工程の導入による上記効果がより顕著になる。

（９）上記半導体装置の製造方法において、処理工程では、半導体基板（ＳｉＣ基板１０）に対するイオン注入、あるいは酸化膜、窒化膜、金属膜、半導体膜などの成膜、酸化膜、窒化膜、金属膜、半導体膜などのエッチング、有機物除去などのアッシングまたは熱処理のためのアニールなどが実施される。これにより、各々の処理時間をより短縮することができる。なお、本発明の実施形態の具体例においては、上記処理工程の一例としてイオン注入工程について説明する。

（１０）上記半導体装置の製造方法は、処理工程後、半導体基板（ＳｉＣ基板１０）の厚み方向において第２加熱工程（本加熱工程）における温度分布と異なる第２温度分布を形成し、上記第２温度分布が形成された状態で加熱された半導体基板を静電チャック４０から搬出する搬出工程をさらに備える。これにより、処理が完了したＳｉＣ基板１０を静電チャック４０から容易に剥がして搬出することができる。

（１１）上記半導体装置の製造方法において、搬出工程では、静電チャック４０との間に半導体基板（ＳｉＣ基板１０）を挟んで第３加熱部材（発熱体５０）が配置される。また、半導体基板において静電チャック上に載置される裏面（主面１０ｂ）から裏面と反対側の表面（主面１０ａ）に向かって高温になる上記第２温度分布が形成される、これにより、ＳｉＣ基板１０を静電チャック４０からより容易に剥がすことができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施形態の具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別方位を[]、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。

（実施形態１）
以下、本発明の一実施形態である実施形態１に係る半導体装置の製造方法について説明する。図１を参照して、まず工程（Ｓ１０）として半導体基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図２を参照して、たとえばポリタイプが４Ｈ型である炭化珪素（ＳｉＣ）インゴット（図示しない）を所定厚みにスライスすることによりＳｉＣ基板１０（半導体基板）が得られる。ＳｉＣ基板１０は、（０００１）面（シリコン面）である主面１０ａ（第１主面）と、当該主面１０ａと反対側の面であり、（０００−１）面（カーボン面）である主面１０ｂ（第２主面）とを有する。

ＳｉＣ基板１０の厚みは５５０μｍ以下であり、好ましくは４００μｍ以下であり、より好ましくは３００μｍ以下である。ＳｉＣ基板１０の直径は１００ｍｍ以上（４インチ以上）であり、好ましくは１５０ｍｍ以上（６インチ以上）である。ＳｉＣ基板１０は、図２に示すように室温下で主面１０ａから主面１０ｂに向かう厚み方向において中央部が凸状に反った形状を有し、その反り量は基板厚み以下である。そのため、基板厚みが５００μｍである場合には反り量がたとえば５００μｍであり、基板厚みが２５０μｍである場合には反り量がたとえば２５０μｍ（好ましくは２００μｍ以下）である。ＳｉＣ基板１０の反り量は、図２に示すように厚み方向における最高点と最低点との間の長さｈ１により定義される。

この工程（Ｓ１０）はＳｉＣ基板１０が準備される場合に限定されず、シリコンよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体からなる他の半導体基板が準備されてもよい。ワイドバンドギャップ半導体の例としては、たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）やダイヤモンドなどが挙げられる。

次に、工程（Ｓ２０)として予備加熱工程（第１加熱工程）が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図３を参照して、まずＳｉＣ基板１０が加熱装置（図示しない）内に搬入され、加熱ステージ２０（第１加熱部材）の載置面２０ａ上に載置される。本実施形態では、図３に示すように主面１０ｂが載置面２０ａ側に向いた状態でＳｉＣ基板１０が載置面２０ａを含む加熱ステージ２０上に載置される。加熱ステージ２０は、ステージ内に設置されたヒータ（図示しない）により加熱されるよう構成されている。加熱ステージ２０の温度Ｔ１は１５０℃以上６００℃以下（好ましくは２００℃以上５００℃以下）に調整される。また温度Ｔ１は、加熱ステージ２０において中央部から半径の３／４以内にある領域における温度である。より具体的には、当該中央部から半径の１／２以内にある領域における温度であってもよい。温度Ｔ１は、たとえば熱電対を有する接触式の温度センサあるいは放射温度計を有する非接触式の温度センサにより測定した温度である。また、温度Ｔ１は、１点の測定点において測定された値であってもよいし、複数の測定点で測定されたときの平均値であってもよい。これにより、温度測定の精度をより向上させることができる。

次に、ＳｉＣ基板１０の主面１０ａの上方において当該ＳｉＣ基板１０との間に間隔を有するよう発熱体３０（第２加熱部材）が配置される。発熱体３０はＳｉＣ基板１０を加熱するためのものであり、たとえば電熱ヒータである。また、発熱体３０は電気ヒータに限定されず、たとえば高周波式の加熱方法、赤外線を含めた熱線による加熱方法、あるいは光線による輻射加熱を実施するための加熱部材であってもよい。これにより、図３に示すように、ＳｉＣ基板１０は厚み方向において加熱ステージ２０と発熱体３０との間に挟まれた状態となる。発熱体３０の温度は加熱ステージ２０の温度Ｔ１よりも大きくなるよう設定される。そのため、ＳｉＣ基板１０の主面１０ａと主面１０ｂとの間には、ＳｉＣ基板１０の厚み方向において以下に説明する温度分布（第１温度分布）が形成される。

図４を参照して、発熱体３０に代えて反射体３１が第２加熱部材として採用されてもよい。反射体３１は、加熱ステージ２０から放出された熱をＳｉＣ基板１０側へ反射させるためのものであり、たとえば金属板などの赤外線、熱線に対して反射率が高い材料から構成される部材である。また工程（Ｓ２０）は、後述する本加熱工程（Ｓ４０）前に実施される予備加熱工程であるため、上述のようにＳｉＣ基板１０の上方に発熱体３０や反射体３１などを配置した場合でもイオン注入や成膜などのプロセス処理の実施が特に阻害されない。

図５のグラフは、ＳｉＣ基板１０の主面１０ａと主面１０ｂとの間においてＳｉＣ基板１０の厚み方向に形成される温度分布を示し、横軸が温度を示し、縦軸がＳｉＣ基板１０の厚み方向における位置を示す。図３および図５を参照して、ＳｉＣ基板１０においては、主面１０ｂから主面１０ａに向かって高温になる温度分布が形成される。上記温度分布では、主面１０ａの温度（最大温度）と主面１０ｂの温度（最小温度）との差ΔＴ１がたとえば２０℃以上であり、好ましくは３０℃以上である。上記温度分布では、図５に示すように主面１０ｂから主面１０ａに向かって一定の傾きを有して直線的に温度が変化してもよいがこれに限定されず、複数の傾きを有して温度が変化してもよいし、曲線状に変化してもよい。

図６を参照して、ＳｉＣ基板１０は上記温度分布が形成された状態で加熱されることにより変形する。そのため、上記予備加熱後のＳｉＣ基板１０は、図６に示すように、載置面２０ａ上に載置された状態で外周領域１２が載置面２０ａ上に接触し、かつ中央領域１１が載置面２０ａから離れるように反った形状（上に凸の形状）を有する。つまり、上記予備加熱工程によりＳｉＣ基板１０の反りが逆転する。上記予備加熱工程後のＳｉＣ基板１０の反り量（長さｈ２）は、結晶性の悪化を抑制する観点からＳｉＣ基板１０の厚み以下であることが好ましい。なお上記予備加熱工程後のＳｉＣ基板１０の形状は上記形状に限定されず、載置面２０ａに沿った平坦な形状（反りが無い形状）でもよい。

なお、予備加熱工程（第１加熱工程）では、静電チャックを有する加熱ステージ（第１加熱部材）が採用されてもよいし、静電チャックを有しない加熱ステージが採用されてもよい。静電チャックを有する加熱ステージが採用される場合には、ＳｉＣ基板１０を静電吸着力により固定することができるため、ウエハ面内における温度分布の発生をより一層抑制することができる。

次に、工程（Ｓ３０）としてチャッキング工程が実施される。この工程（Ｓ３０では、図７を参照して、まず予備加熱工程後のＳｉＣ基板１０がイオン注入装置（図示しない）内に搬入され、静電チャック４０の載置面４０ａ上に載置される。そして、静電チャック４０内に設置された吸着電極（図示しない）に所定の電圧が印加される。これにより、静電チャック４０とＳｉＣ基板１０との間に静電吸着力が発生し、ＳｉＣ基板１０が載置面４０ａ上に固定される。

次に、工程（Ｓ４０）として本加熱工程（第２加熱工程）が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図７を参照して、静電チャック４０が内部のヒータ（図示しない）により加熱され、ＳｉＣ基板１０が載置面４０ａ上において所定時間保持される。これにより、静電チャック４０からＳｉＣ基板１０への熱伝導が発生し、ＳｉＣ基板１０がイオン注入を実施するための所定の処理温度に達するまで加熱される。この工程（Ｓ４０）では、上記予備加熱工程（Ｓ２０）にように発熱体３０（図３）が配置されないため、ＳｉＣ基板１０の厚み方向において主面１０ｂから主面１０ａに向かって低温になる温度分布が形成される。なお、本加熱工程（第２加熱工程）では、ＳｉＣ基板１０を静電吸着力により固定可能な静電チャック４０を用いることが必須である。

静電チャック４０の温度Ｔ２は２００℃以上６００℃以下（好ましくは２００℃以上５００℃以下）である。また温度Ｔ２は、静電チャック４０において中央部から半径の３／４以内にある領域における温度である。より具体的には、当該中央部から半径の１／２以内にある領域における温度であってもよい。温度Ｔ２は、たとえば熱電対を有する接触式の温度センサあるいは放射温度計を有する非接触式の温度センサにより測定した温度である。また、温度Ｔ２は１点の測定点において測定された値であってもよいし、複数の測定点において測定されたときの平均値であってもよい。これにより、温度測定の精度をより向上させることができる。また本加熱工程（Ｓ４０）における温度Ｔ２は、予備加熱工程（Ｓ２０）における温度Ｔ１より大きくてもよく、小さくてもよく、同じでもよい。より具体的には、基板搬入時の温度（室温）をＴ０（１００℃以下）、予備加熱工程（Ｓ２０）における温度をＴ１、本加熱工程（Ｓ４０）における温度をＴ２とすると、Ｔ０＜Ｔ１＜Ｔ２、Ｔ０＜Ｔ１＝Ｔ２、Ｔ０＜Ｔ１＞Ｔ２（Ｔ０＜Ｔ２）の関係が成立する。また、ＳｉＣ基板１０の温度は上記イオン注入装置内に設置された放射温度計（図示しない）などにより測定することができる。

次に、工程（Ｓ５０）としてイオン注入工程（処理工程）が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図８を参照して、上記工程（Ｓ４０）で所定の処理温度まで加熱されたＳｉＣ基板１０のエピタキシャル成長層（図示しない）内に、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物あるいはリン（Ｐ）などのｎ型不純物が注入される。これにより、当該エピタキシャル成長層内においてｐ型やｎ型の不純物領域が形成される。

次に、工程（Ｓ６０）として搬出工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図９を参照して、まず吸着電極に印加する電圧の極性を反転させて静電チャック４０の吸着力を低減させる。次に、ＳｉＣ基板１０の主面１０ａの上方において当該ＳｉＣ基板１０との間に間隔を有するよう発熱体５０（第３加熱部材）が配置される。発熱体５０はたとえば電熱ヒータである。また、発熱体５０は電気ヒータに限定されず、たとえば高周波式の加熱方法、赤外線を含めた熱線による加熱方法、あるいは光線による輻射加熱を実施するための加熱部材であってもよい。これにより、図９に示すようにＳｉＣ基板１０は厚み方向において静電チャック４０と発熱体５０との間に挟まれた状態となる。また、発熱体５０の温度は静電チャック４０の温度Ｔ２よりも高くなるよう設置される。これにより、図１０に示すように、ＳｉＣ基板１０の厚み方向において主面１０ｂ（裏面）から主面１０ａ（表面）に向かって高温になる温度分布（第２温度分布）が形成される。つまり、搬出工程（Ｓ６０）では、上記本加熱工程（Ｓ４０）およびイオン注入工程（Ｓ５０）における温度分布と異なる上記温度分布が、ＳｉＣ基板１０の厚み方向に形成される。なお、図１０のグラフは図５のグラフと同様にＳｉＣ基板１０の厚み方向における上記温度分布（第２温度分布）を示し、横軸が温度を示し、縦軸がＳｉＣ基板１０の厚み方向における位置を示す。

ここで、第３加熱部材である発熱体５０は、第２加熱部材である発熱体３０と異なる部材であってもよいし、同じ部材であってもよい。なお、第２加熱部材と第３加熱部材とが同じ部材である場合でも、ＳｉＣ基板１０の厚み方向において形成される上記温度分布はそれぞれ異なっている（図５および図１０参照）。

上記温度分布が形成された状態で加熱されることにより、ＳｉＣ基板１０は図９に示すように載置面４０ａ上に載置された状態において外周領域１２が載置面４０ａに接触し、かつ中央領域１１が載置面４０ａから離れるように反った形状に変形する。これにより、ＳｉＣ基板１０を載置面４０ａからより引き剥がし易くなる。そして、上記形状に変形させたＳｉＣ基板１０を載置面４０ａから剥がし、イオン注入装置（図示しない）から容易に搬出することができる。

その後、イオン注入が完了したＳｉＣ基板１０上にゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、ソース／ドレイン電極および配線などを形成することによりＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体装置が完成し、本実施形態に係る半導体装置の製造方法が完了する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は上記ＭＯＳＦＥＴの製造プロセスに限定されず、たとえばダイオードやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造プロセスなど、イオン注入工程を含む他の半導体装置の製造プロセスにも適用可能である。

なお上記本実施形態では、予備加熱工程（Ｓ２０）および本加熱工程（Ｓ４０）後にＳｉＣ基板１０に対して実施される処理工程の一例としてイオン注入工程を説明したが、これに限定されない。たとえばＭＯＳＦＥＴにおける層間絶縁膜やゲート電極の成膜も上記イオン注入工程と同様に処理工程の一例として実施することが可能であり、この場合も同様に加熱処理の時間短縮を図ることができる。

（実施形態２）
次に、本発明の他の実施形態である実施形態２について説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基本的には上記実施形態１に係る半導体装置の製造方法と同様の工程により実施され、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、ＳｉＣ基板１０を載置する向きにおいて上記実施形態１の場合とは異なる。

図１を参照して、まず工程（Ｓ１０）として半導体基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図１１を参照して、上記実施形態１と同様に（０００１）面である主面１０ａと、（０００−１）面である主面１０ｂとを有するＳｉＣ基板１０が準備される。

次に、工程（Ｓ２０）として予備加熱工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図１１を参照して、上記実施形態１と同様にＳｉＣ基板１０が加熱ステージ２０の載置面２０ａ上に載置されて加熱される。本実施形態では、図１１に示すように主面１０ａが載置面２０ａ側に向いた状態でＳｉＣ基板１０が載置面２０ａを含む加熱ステージ２０上に載置される。そして、ＳｉＣ基板１０が載置面２０ａ上において所定時間保持されて加熱される。

図１２のグラフは、ＳｉＣ基板１０の厚み方向に形成される温度分布を示し、横軸が温度を示し、縦軸がＳｉＣ基板１０の厚み方向における位置を示す。図１１および図１２を参照して、ＳｉＣ基板１０には主面１０ａから主面１０ｂに向かって低温になる温度分布が形成される。上記温度分布では、主面１０ａ上の温度（最大温度）と主面１０ｂ上の温度（最小温度）との差ΔＴ１がたとえば２０℃以上であり、好ましくは３０℃以上である。上記温度分布の下で加熱された後のＳｉＣ基板１０は、上記実施形態１と同様に中央領域１１が載置面２０ａから離れるように反った形状、または載置面２０ａに沿った平坦な形状を有する。なお、この工程（Ｓ２０）において温度分布はこれに限定されず、上記実施形態１のように主面１０ａ（裏面）から主面１０ｂ（表面）に向かって高温になる温度分布が形成されてもよい。

次に、上記実施形態１の場合と同様に工程（Ｓ３０）〜（Ｓ６０）が実施され、またゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、ソース／ドレイン電極および配線などの形成プロセスが実施される。これにより、上記実施形態１の場合と同様にＭＯＳＦＥＴなどの半導体装置が完成し、本実施形態に係る半導体装置の製造方法が完了する。

（実施例１）
まず、厚みが異なるＳｉＣ基板を温度が異なるステージ上に載置した場合の反りの発生の有無について調査した。ＳｉＣ基板には、（０００１）面（シリコン面）からなる主面および（０００−１）面（カーボン面）からなる主面を含むものを準備した。ＳｉＣ基板の厚みは２５０μｍ、３５０μｍおよび５００μｍとした。加熱ステージの温度は２００℃、２５０℃、３００℃および５００℃とした。ウエハ径は１５０ｍｍとした。そして、各々の温度に制御されたステージ上に各々の厚みのＳｉＣ基板を載置し、ステージの静電吸着力によって基板を吸着保持可能か否かについて調査した。このとき、シリコン面をステージと反対側に向けてＳｉＣ基板を載置した場合（表１）、およびカーボン面をステージと反対側に向けてＳｉＣ基板を載置した場合（表２）の両方について調査した。表１および表２は上記調査の結果を示しており、表中の「○」印は吸着保持が可能であったことを示し、「×」印は吸着保持が不可能であったことを示している。

上記表１および表２を参照して、まず、シリコン面をステージと反対側に向けてＳｉＣ基板を載置した場合（表１）には、ステージ温度が３００℃より大きい場合（５００℃の場合）には全ての厚みの基板において反りが発生し、吸着保持が不可能であった。また、厚みが小さいＳｉＣ基板では反りが発生するステージの臨界温度がより低かった。また、カーボン面をステージと反対側に向けてＳｉＣ基板を載置した場合（表２）には、シリコン面をステージと反対側に向けた場合（表１）に比べて、反りが発生するステージの臨界温度がより高かった。

（実施例２）
次に、ＳｉＣ基板の温度、表面と裏面の温度差および基板厚みが、基板の反り量に対して及ぼす影響について検討した。

まず、ＳｉＣ基板の反り量の計算方法について図１３を参照しつつ説明する。図１３は、図２に示すＳｉＣ基板１０の右半分を拡大した模式図である。ＳｉＣ基板の直径（ウエハ径）をＬ（ｍｍ）とした。ＳｉＣ基板１０の表（おもて）面に沿った円弧の長さをＡとし、曲率半径をＲ₁（ｍｍ）とした。ＳｉＣ基板１０の裏面に沿った円弧の長さをＢとし、曲率半径をＲ₂（ｍｍ）とした。ＳｉＣ基板１０の厚みをｄ（ｍｍ）とした。ＳｉＣ基板の反り量はＨ（ｍｍ）とした。ＳｉＣ基板１０の線膨張係数αは４．３×１０^-6（１／Ｋ）とした。なお、本係数は、Ｍａｓａｓｈｉ Ｎａｋａｂａｙａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．， ２００６， Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ， ５２７−５２９， ６９９、の記載に基づいたものである。

まず、表面に沿った円弧の長さＡおよび裏面に沿った円弧の長さＢについて下記の式（１）および（２）が成立する。

上記の式（１）および（２）をＲ₁およびＲ₂について解くと、下記の式（３）および（４）となる。

上記の式（３）および（４）により表わされるＲ₁およびＲ₂を、Ｒ₁＋ｄ＝Ｒ₂の式について代入し、ｄおよびθ／２についてそれぞれ解くと、下記の式（５）および（６）となる。

そして、上記の式（５）および（６）の関係式、下記の式（７）を用いてＳｉＣ基板１０の反り量Ｈを計算することができる。

以下、ウエハ温度、ウエハ温度差（表面と裏面の温度差）およびウエハ厚みが、ウエハの反り高さに対して及ぼす影響の検討結果について説明する。図１４のグラフにおいて、（２）の直線のように、ウエハ温度（横軸）の上昇とともに、ウエハ温度差（Ｔ₁−Ｔ₂）（縦軸右側）が大きくなると仮定すると、（１）の直線で分かるように、ウエハ温度（横軸）の上昇とともに反り高さ（縦軸左側）が大きくなる。ウエハ温度が２００℃、ウエハ温度差が２０Ｋの時点で、すでにウエハの反り量が１ｍｍにもなることが分かる。

図１５は、ウエハ温度差を一定と仮定した場合におけるウエハ厚み（横軸）と反り高さ（縦軸）との関係を示すグラフである。図１５に示すように、ウエハ厚みが小さくなるのに伴い反り高さが大きくなり、大口径ウエハでウエハ温度差による影響がより多いことが分かる。この場合、ウエハ温度差（Ｔ₁−Ｔ₂）は２０Ｋで一定、ウエハ半径は７５ｍｍとしている。図１６は、ウエハ半径（横軸）と反り高さ（縦軸）との関係を示すグラフである。図１６に示すように、ウエハが大口径化するのに伴い反り高さが大きくなる。特に、ウエハ径が６インチである場合には、４インチである場合に比べて反り高さが２．２倍にもなる。このことから、薄厚ウエハでウエハ温度差による影響がより大きいことが分かる。この場合、ウエハ温度差（Ｔ₁−Ｔ₂）は２０Ｋで一定、ウエハ厚みは５００μｍとしている。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の加熱処理の時間をより短縮することが要求される半導体装置の製造方法において、特に有利に適用され得る。

１０ 炭化珪素（ＳｉＣ）基板
１０ａ，１０ｂ 主面
１１ 中央領域
１２ 外周領域
２０ 加熱ステージ
２０ａ，４０ａ 載置面
３０，５０ 発熱体
３０ａ，５０ａ 発熱面
３１ 反射体
４０ 静電チャック
Ｓ 測定面
ｈ１，ｈ２ 長さ

Claims (11)

1. 半導体基板を準備する準備工程と、
   前記半導体基板を第１加熱部材の載置面上に載置し、前記半導体基板の厚み方向に第１温度分布を形成して前記半導体基板を加熱する第１加熱工程と、
   前記第１加熱工程で加熱された前記半導体基板を静電チャック上に載置して固定する固定工程と、
   前記静電チャック上に固定された前記半導体基板を加熱する第２加熱工程と、
   前記第２加熱工程で加熱された前記半導体基板を処理する処理工程とを備え、
   前記第１加熱工程では、前記載置面から前記半導体基板の中央領域が離れるような形状を加熱後の前記半導体基板が有するように、または加熱後の前記半導体基板が前記載置面に沿った形状を有するように、前記第１温度分布が形成される、半導体装置の製造方法。
2. 前記準備工程では、炭化珪素からなり、（０００１）面を含む第１主面と、（０００−１）面を含む第２主面とを有する前記半導体基板が準備され、
   前記第１加熱工程では、
   前記第２主面が前記載置面側に向いた状態で、前記半導体基板が前記載置面上に載置され、
   前記第１加熱部材との間に前記半導体基板を挟んで第２加熱部材が配置され、
   前記第２主面から前記第１主面に向かって高温になる前記第１温度分布が形成される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第２加熱部材は、前記第１加熱部材から放出された熱を前記半導体基板側へ反射させる反射体を含む、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記準備工程では、炭化珪素からなり、（０００１）面を含む第１主面と、（０００−１）面を含む第２主面とを有する前記半導体基板が準備され、
   前記第１加熱工程では、前記第１主面が前記載置面側に向いた状態で、前記半導体基板が前記載置面上に載置される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第１加熱工程では、最大温度と最小温度との差が２０℃以上である前記第１温度分布が形成される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記第１加熱工程で加熱された後の前記半導体基板は、前記載置面から前記中央領域が離れるように反った形状を有し、かつ前記半導体基板の厚み以下の反り量を有する、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記準備工程では、１００ｍｍ以上の径を有する前記半導体基板が準備される、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記準備工程では、５５０μｍ以下の厚みを有する前記半導体基板が準備される、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記処理工程では、前記半導体基板に対してイオン注入が実施される、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記処理工程後、前記半導体基板の厚み方向において前記第２加熱工程における温度分布と異なる第２温度分布を形成し、前記第２温度分布が形成された状態で加熱された前記半導体基板を前記静電チャックから搬出する搬出工程をさらに備える、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記搬出工程では、
    前記静電チャックとの間に前記半導体基板を挟んで第３加熱部材が配置され、
    前記半導体基板において前記静電チャック上に載置される裏面から前記裏面と反対側の表面に向かって高温になる前記第２温度分布が形成される、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。

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