TW201426864A

TW201426864A - 容納容器、容納容器之製造方法、半導體之製造方法、及半導體製造裝置

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Publication number: TW201426864A
Application number: TW102141389A
Authority: TW
Inventors: 鳥見聡; 矢吹紀人; 野上暁
Original assignee: 東洋炭素股份有限公司
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2014-07-01
Also published as: KR102067313B1; WO2014076964A1; US20150255314A1; KR20150087310A; CN104854678B; JP2014103180A; EP2922084A1; CN104854678A; TWI627671B; EP2922084A4; JP6093154B2; EP2922084B1; US9704733B2

Abstract

本發明提供一種Si不會落到單晶SiC基板上，且能使內部空間內的Si的壓力分佈均勻的容納容器。該容納容器容納藉由Si的蒸汽壓力下的加熱處理而被蝕刻的單晶SiC基板。該容納容器由鉭金屬構成，且在內部空間側設有碳化鉭層，該碳化鉭層之更靠內部空間側設有鉭矽化物層。鉭矽化物層向內部空間提供Si。此外，鉭矽化物層不同於固著的Si，不會熔化而落下。

Description

容納容器、容納容器之製造方法、半導體之製造方法、及半導體製造裝置

本發明主要係關於一種對單晶SiC基板的表面進行蝕刻時容納該單晶SiC基板的容納容器。

與Si(矽)等相比，SiC(碳化矽)具有優異的耐熱性及機械強度，故而作為新的半導體材料而受到關注。然而，單晶SiC基板的表面最初有可能存在結晶缺陷等。

專利文獻1披露了對該單晶SiC基板的表面進行平坦加工(修復)的表面平坦加工方法。該表面平坦加工方法係藉由在被容納容器所容納的單晶SiC基板上形成碳化層及犧牲生長層，並對該犧牲生長層進行蝕刻而使表面平坦。由此，能夠生產外延成長用的高質量晶種基板。

此外，在形成犧牲生長層時等，有必要進行Si蒸汽壓力下的加熱處理。專利文獻1中，為了形成Si蒸汽壓力而採用了第6圖所示的容納容器。如第6圖所示，容納單晶SiC基板94的容納容器90具備能夠相互嵌合的上容器91和下容器92。上容器91和下容器92中，構成內部空間的部分的壁面上，固著有Si93。基於該結構，加熱處理時Si93蒸發，能夠在容納容器90的內部空間內形成Si蒸汽壓力。

一般情況下，對如上所述生產的種晶進行外延成長、離子注入及離子激活等處理。

專利文獻2披露了一種藉由在單晶SiC基板的表面形成碳層(石墨蓋)之後進行上述離子激活，而抑制離子激活時的Si及SiC的昇華的方法。其後，該方法為了去除碳層，並去除離子注入不足部分，而在Si蒸汽壓力下對單晶SiC基板的表面進行蝕刻。此外，專利文獻2披露了為形成Si蒸汽壓力，而在容納容器中配置Si顆粒的方法。

專利文獻1：日本特開2008-230944號公報

專利文獻2：日本特開2011-233780號公報

然而，若用專利文獻1的方式，將Si固著在內部空間的壁面上，則加熱處理時該Si有時會熔化。尤其是，若內部空間的上側的壁面上固著的Si熔化，則Si會落到單晶SiC基板上。而若不將Si固著在內部空間的上側的壁面上，則Si的壓力分佈會不均勻，從而無法恰當地進行加熱處理。

此外，專利文獻2係在容納容器的內部配置Si顆粒，但該方法也會使Si的壓力分佈不均勻，不能恰當進行加熱處理。因而，專利文獻1及專利文獻2中，不能均勻地進行蝕刻。

此外，專利文獻2中，需要形成碳層的工程及去除碳層的工程，因而工程繁瑣。

本發明係鑒於上述問題點而研創的發明，其主要目的在於，提供一種Si不會落到單晶SiC基板上，且能使內部空間內的Si的壓力分佈均勻的容納容器。

本發明所要解決之課題如上所述，以下說明用於解決該課題之技術手段及其功效。

本發明之第1方面為，對用於容納藉由Si的蒸汽壓力下的加熱處理而被蝕刻之單晶SiC基板的容納容器，提供以下結構。即，該容納容器由鉭金屬構成，且在內部空間側設有碳化鉭層，該碳化鉭層之更靠內部空間側設有鉭矽化物層。

如以往一樣將Si固著在容納容器內面上來進行Si的供給之結構會因Si熔化而對單晶SiC基板產生不良影響，但是，以本申請的方式，利用鉭矽化物層來在內部空間進行Si的供給，便能防止不良影響。

較佳為，上述容納容器中，被容納的上述單晶SiC基板的至少上方的壁面上，設有上述鉭矽化物層。

由此，能夠防止熔化後的Si落到單晶SiC基板上，同時能夠形成Si蒸汽壓力。

較佳為，上述容納容器中，形成內部空間之壁面的整體上，均設有上述鉭矽化物層。

由此，能使內部空間內的Si的壓力均勻，所以能夠均勻地進行蝕刻。

較佳為，上述容納容器被用於，在將注入離子後的上述單晶SiC基板的表面之離子注入不足部分去除的蝕刻工程中容納上述單晶SiC基板。

由此，在去除離子注入不足部分的蝕刻工程中，上述功效能夠得到發揮。再者，藉由使內部空間的Si的壓力均勻，能夠抑制單晶SiC基板的碳化，所以，不用形成碳層(石墨蓋)便能進行離子激活處理。

較佳為，上述容納容器被用於，在對形成外延層之前的上述單晶SiC基板進行的蝕刻工程中容納上述單晶SiC基板。

由此，在外延層形成前的蝕刻中，能夠使上述功效得到發揮。

較佳為，在上述容納容器中，上述鉭矽化物層的厚度被設定為，1μm至300μm。

藉由設置上述厚度的鉭矽化物層，既能充分確保在內部空間供給的Si，又能夠恰當地防止容納容器的破裂。

較佳為，在上述容納容器中，上述鉭矽化物層由TaSi₂構成。

由此，只要使其接觸熔化後的Si並進行加熱，便能夠形成鉭矽化物層。

本發明之第2方面為，提供一種用於容納藉由Si的蒸汽壓力下的加熱處理而被蝕刻的單晶SiC基板的容納容器之製造方法。即，該製造方法包括，在使構成容納容器的一部分的碳化鉭層接觸熔化後的Si的狀態下進行加熱而形成鉭矽化物層的工程。

由此，能夠簡單且低價地製成加熱處理時Si不會熔化的容納容器。

本發明之第3方面為，提供一種使用上述容納容器，藉由在Si的蒸汽壓力下的加熱處理而進行蝕刻的半導體之製造方法。

由此，能使上述功效得到發揮，並進行蝕刻來製造半導體。

本發明之第4方面為，提供一種具備上述容納容器的半導體製造裝置。

由此，能夠提供能發揮上述功效的半導體製造裝置。

10‧‧‧高溫真空爐(半導體製造裝置)

21‧‧‧本加熱室

22‧‧‧預備加熱室

30‧‧‧坩堝(容納容器)

40‧‧‧單晶SiC基板

41‧‧‧外延層

42‧‧‧離子注入部分

第1圖係說明使用本發明的表面處理方法之高溫真空爐的概要的圖。

第2圖係表示坩堝的結構的圖。

第3圖係在1000℃下1atm中的Ta、Si、C的相圖。

第4圖係表示加熱溫度、與從矽化鉭昇華的Si的蒸汽壓力的分壓的曲線。

第5圖係表示各工程中的基板的狀況的示意圖。

第6圖係表示以往例中的容納容器的結構的示意圖。

以下，參照圖面對本發明的實施方式進行說明。

首先，參照第1圖，說明本實施方式的加熱處理中使用的高溫真空爐(半導體製造裝置)10及坩堝30。第1圖係說明本發明的表面處理方法所使用的高溫真空爐之概要的圖。第2圖係表示坩堝30之結構的圖。

如第1圖所示，高溫真空爐10具備本加熱室21和預備加熱室22。本加熱室21能將單晶SiC基板加熱至1000℃以上2300℃以下的溫度。預備加熱室22係將單晶SiC基板在本加熱室21進行加熱之前先進行預備加熱用的空間。

本加熱室21與真空形成用閥23、惰性氣體注入用閥24、及真空計25連接。藉由真空形成用閥23可對本加熱室21的真空度進行調節。藉由惰性氣體注入用閥24可對本加熱室21內的惰性氣體(例如Ar氣)的壓力進行調節。藉由真空計25可檢測本加熱室21內的真空度。

本加熱室21的內部具備加熱器26。此外，本加熱室21的側壁或頂壁上固定有省略圖示的熱反射金屬板，利用該熱反射金屬板，加熱器26的熱被反射到本加熱室21的中央部分。由此，能對單晶SiC基板進行較強且均勻的加熱，並能將溫度升至1000℃以上2300℃以下。在此，作為加熱器26，例如，可以使用電阻加熱的加熱器或高頻感應加熱式的加熱器。

此外，單晶SiC基板以被容納在坩堝(容納容器)30中的狀態被加熱。坩堝30被放置在合適的支撐座等上，藉由移動該支撐座，至少能夠從預備加熱室移動至本加熱室。

坩堝30具備能夠相互嵌合的上容器31和下容器32。此外，坩堝30中如第2圖所示，按坩堝30的外部側至內部空間側的順序，設有鉭層(Ta)、碳化鉭層(TaC及Ta₂C)、及鉭矽化物層(TaSi₂)。

以往已知有由鉭層及碳化鉭層構成的坩堝，但本實施方式的坩堝30進一步形成有鉭矽化物層。該鉭矽化物層用於在坩堝30的內部空間形成Si蒸汽壓力，相當於專利文獻1中在內壁上固著的Si、專利文獻2中的Si顆粒。

以下，說明鉭矽化物層的形成方法。鉭矽化物層是使熔化後的Si與坩堝的內壁面接觸，並在1800℃以上2000℃以下左右進行加熱而形成的。由此，能夠獲得由TaSi₂構成的鉭矽化物層。在本實施方式中，形成厚度為30μm至50μm左右的鉭矽化物層，但相應於內部空間的體積等，例如也可以採用1μm至300μm的厚度。

通過進行如上所述之處理，能夠形成鉭矽化物層。

此外，在本實施方式中，作為矽化鉭而形成TaSi₂，但也可以形成由其它化學式表達的矽化鉭(例如第3圖的相圖所示的矽化鉭)。此外，也可以重疊形成多個矽化鉭。

第4圖中示出表示加熱溫度、與從矽化鉭昇華出的Si的蒸汽壓力的分壓的曲線。如第4圖所示，從矽化鉭昇華出的Si的蒸汽壓力比較高。進一步，在構成內部空間的壁面(當然也包括單晶SiC基板40的上側的壁面)的整體都形成有鉭矽化物層。由此，能夠使內部空間的Si的壓力分佈均勻。

在對單晶SiC基板進行加熱處理之際，首先，如第1圖的虛線所示，將坩堝30放置到高溫真空爐10的預備加熱室22中，並在適宜的溫度(例如800℃左右)下進行預備加熱。其次，將坩堝30移動到溫度被升高至預設溫度(例如，1800℃左右)的本加熱室21中，對單晶SiC基板進行加熱。

以下，參照第5圖，說明利用上述高溫真空爐10從單晶SiC基板40製成半導體元件的處理。第5圖係表示各工程中的基板的概要狀況的圖。

首先，如第5圖(a)所示，在單晶SiC基板40上形成外延層41。形成外延層的方法為任意，可使用公知的氣相外延法或亞穩溶劑外延法(Metastable solvent epitaxy)等。並且，在單晶SiC基板40為OFF基板的情況下，可以採用利用步驟流量控制形成外延層的CVD法。

其次，如第5圖(b)所示，在形成了外延層41的單晶SiC基板40上進行離子注入。該離子注入是利用具有向對象物體照射離子之功能的離子摻雜裝置進行的。利用離子摻雜裝置，外延層41的表面的整體或一部分被選擇性地注入離子。然後，基於被注入離子後的離子注入部分42而形成半導體元件的所需之區域。

此外，由於被注入離子，如第5圖(c)所示，包含離子注入部分42的外延層41的表面變成粗糙狀態(單晶SiC基板40的表面受到損傷，平坦度變差)。

其次，對注入的離子進行激活，並對離子注入部分42等進行蝕刻。本實施方式中，在一個工程中進行兩項處理。具體而言，在Si蒸汽壓力下，且在1500℃以上2200℃以下、較佳為在1600℃以上2000℃以下的環境中進行加熱處理(退火處理)。由此，能夠將注入的離子激活。並且，由於單晶SiC基板40的表面被蝕刻，所以離子注入部分42的粗糙部分變為平坦(參照第5圖(d))。

在上述變為平坦的過程中，發生以下所示的反應。

(1)SiC(s)→Si(v)I+C(s)

(2)2SiC(s)→Si(v)II+SiC₂(v)

(3)SiC(s)+Si(v)I+II→Si₂C(v)

(4)C(s)I+2Si(v)→Si₂C(v)

如上所述，本實施方式中，坩堝30的內部空間能夠使Si的壓力分佈均勻。此外，由於在形成該內部空間的壁面上形成有鉭矽化物層，例如既便是在因式(3)及(4)而使Si減少的情形下，也可以立即供給Si，因而內部空間一直在Si的蒸汽壓力之下。因此，式(1)及式(2)不容易發生，能夠一邊抑制單晶SiC基板40表面的碳化，一邊進行蝕刻。

因此，通過使用本實施方式的坩堝30，無須形成專利文獻2中的碳層(石墨蓋)。即，由於能夠省略形成及去除碳層的工程，所以處理得到簡化。

此外，已知從被注入離子後的單晶SiC基板40的表面起約數十nm處會出現離子濃度不足的部分(離子注入不足部分)。因而，直至該離子注入不足部分被去除為止，上述蝕刻一直繼續(參照第5圖(e))。

藉由以上處理，能夠形成具有平坦度和充分的電活性的半導體元件表面。利用該半導體元件表面，能夠製造半導體。

如上所述，本實施方式之坩堝30容納藉由在Si的蒸汽壓力下的加熱處理而被蝕刻的單晶SiC基板40。該坩堝30由鉭金屬構成，且在內部空間側設有碳化鉭層，該碳化鉭層的更靠內部空間側設有鉭矽化物層。

由此，不同於使Si固著的結構，由於Si不會熔化，所以能夠防止Si對單晶SiC基板40造成不良影響。

此外，本實施方式的坩堝30中，被容納的單晶SiC基板40的至少上方的壁面上設有鉭矽化物層。

由此，既能防止熔化後的Si落到單晶SiC基板40上的情況，又能夠形成Si蒸汽壓力。

此外，本實施方式的坩堝30中，在形成內部空間的壁面的整體上都設有鉭矽化物層。

由此，能夠使內部空間內的Si的壓力均勻，所以能夠均勻地進行蝕刻。

此外，本實施方式的坩堝30被用於，在對被注入離子後的單晶SiC基板40的表面去除離子注入不足部分的蝕刻工程中，容納單晶SiC基板40。

由此，能夠在去除離子注入不足部分的蝕刻工程中，使上述功效得以發揮。此外，本實施方式中，由於內部空間的Si的壓力均勻，所以能夠抑制單晶SiC基板40的碳化，無須形成碳層(石墨蓋)，便能進行離子激活處理。

以上對本發明的較佳之實施方式進行了說明，但上述結構例如可以進行如下變更。

在本實施方式中，將坩堝30用於離子注入後的蝕刻，但只要是要求均勻地進行蝕刻等的工程，便能將上述控制應用於各種各樣的工程。

例如，作為對進行外延成長之前的基板(有結晶缺陷等的基板)進行平坦化處理之方法，如專利文獻1所示，已知有形成碳化層和犧牲生長層後將犧牲生長層蝕刻的方法。進行該犧牲生長層的蝕刻之際，可以使用本實施方式的坩堝30。在此情況下，能夠將犧牲生長層均勻地去除掉。

上述實施方式中，未進行形成碳層(石墨蓋)之處理，但也可以進行該處理。此外，進行了形成碳層的工程後，藉由上述式(4)能夠去除碳層。因此，可以在一個工程中，進行去除碳層之處理、激活離子之處理、及蝕刻單晶SiC基板之處理。

形成鉭矽化物層之方法不局限於上述實施方式中示出的方法，只要能夠形成上述說明過的結構(組成)的坩堝30，可以採用任何方法。

進行處理的環境及所使用的單晶SiC基板等只是一例而已，可以是各種各樣的環境及單晶SiC基板。例如，加熱溫度不局限於上述所列舉之溫度，可以採用更低的溫度使蝕刻速度更慢。此外，也可以使用上述高溫真空爐以外的加熱裝置。

容納容器形成有內部空間，只要是如上所述之結構(組成)，可以是任何形狀。例如，外形可以為圓柱狀，也可以為立方體狀或長方體狀。

30‧‧‧坩堝

Claims

一種容納容器，用于容納藉由Si的蒸汽壓力下的加熱處理而被蝕刻之單晶SiC基板，其特徵在於，上述容納容器由鉭金屬構成，且在內部空間側設有碳化鉭層，該碳化鉭層之更靠內部空間側設有鉭矽化物層。
如申請專利範圍第1項所述之容納容器，其特徵在於，在被容納的上述單晶SiC基板的至少上方的壁面上，設有上述鉭矽化物層。
如申請專利範圍第1項所述之容納容器，其特徵在於，形成內部空間之壁面的整體上，均設有上述鉭矽化物層。
如申請專利範圍第1項所述之容納容器，其特徵在於，該容納容器被用於，在將注入離子後的上述單晶SiC基板的表面之離子注入不足部分去除的蝕刻工程中容納上述單晶SiC基板。
如申請專利範圍第1項所述之容納容器，其特徵在於，該容納容器被用於，在對形成外延層之前的上述單晶SiC基板進行的蝕刻工程中容納上述單晶SiC基板。
如申請專利範圍第1項所述之容納容器，其特徵在於，上述鉭矽化物層的厚度被設定為，1μm至300μm。
如申請專利範圍第1項所述之容納容器，其特徵在於，上述鉭矽化物層由TaSi₂構成。
一種容納容器之製造方法，該容納容器用於容納藉由Si的蒸汽壓力下的加熱處理而被蝕刻的單晶SiC基板，其特徵在於，包括在使構成容納容器的一部分的碳化鉭層接觸熔化後的Si的狀態下進行加熱而形成鉭矽化物層的工程。
一種半導體之製造方法，其特徵在於，使用申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之容納容器，藉由在Si的蒸汽壓力下的加熱處理而進行蝕刻。
一種半導體製造裝置，其特徵在於，具備申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之容納容器。