JP2015154045A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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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
【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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014029581A JP2015154045A (ja) | 2014-02-19 | 2014-02-19 | 半導体装置の製造方法 |
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JP6296189B1 (ja) * | 2016-10-31 | 2018-03-20 | 日新イオン機器株式会社 | 加熱装置、半導体製造装置 |
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-
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