電子衝撃加熱装置及びこれを用いた半導体デバイスの製造方法
【課題】大きなサイズのウエハであっても均一なアニール処理が可能な、加熱プレート内の温度均一性が高い電子衝撃加熱装置を提供する。
【解決手段】天板２ａを有するヒーター容器２内に、螺旋状のフィラメント４と、該フィラメント４の螺旋で囲まれた領域内に反射板３を備え、該反射板３が、フィラメント４の天板２ａに最も近い位置Ｄに上面を有し、直径がフィラメント４の螺旋の直径Ｒの１０％以上の円板３ａと、該３円板３ａの外径と同じ内径を有し、外径がフィラメント４の螺旋の直径よりも大きいリング板３ｂと、円板３ａの外周とリング板３ｂの内周とを連結する円筒板３ｂとから構成され、フィラメント４から発生した熱電子を、天板２ａの外周部に優先的に衝突させる。
【解決手段】天板２ａを有するヒーター容器２内に、螺旋状のフィラメント４と、該フィラメント４の螺旋で囲まれた領域内に反射板３を備え、該反射板３が、フィラメント４の天板２ａに最も近い位置Ｄに上面を有し、直径がフィラメント４の螺旋の直径Ｒの１０％以上の円板３ａと、該３円板３ａの外径と同じ内径を有し、外径がフィラメント４の螺旋の直径よりも大きいリング板３ｂと、円板３ａの外周とリング板３ｂの内周とを連結する円筒板３ｂとから構成され、フィラメント４から発生した熱電子を、天板２ａの外周部に優先的に衝突させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板を高温に加熱する加熱装置、特にフィラメントに通電することにより発生した熱電子を高電圧で加速し、この熱電子を導電性容器に衝突させて発熱させるヒーターを有する電子衝撃加熱装置に関する。更に、これを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のワイドバンドギャップ半導体の製造プロセスにおいて、処理基板を１５００℃乃至２０００℃程度の超高温に加熱することが行われている（特許文献１参照）。このような半導体製造プロセスに用いる加熱装置としては、フィラメントに通電することにより発生した熱電子を高電圧で加速して加熱プレートの背後に衝突させ、発熱させ、加熱プレート上の被処理基板を加熱する装置が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０６４４１号公報
【特許文献２】特許第２９１２６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、高電圧・大電流用炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体装置は、チップサイズが大きく、製造コストを低減するために、ウェハサイズがφ３インチからφ４インチに移行している。さらに今後、φ６インチに拡大されて行くことが予想される。このような大きいサイズのウエハを、従来の加熱装置を用いてアニール処理をしてデバイスを作製した場合、デバイスの特性を満足しないことがあった。具体的には、加熱プレート上にウエハを載置してアニール処理を行う。この時、加熱プレートの中央で処理されて作製されたダイオードは良好なデバイス特性を満たすのに対して、加熱プレートの中心から離れた領域でアニール処理を行い作製したダイオードはリーク電流が流れることがあった。これは、アニール時の加熱プレート面内の温度差が、デバイス特性に大きく影響を与えるためであった。
【０００５】
本発明の課題は、加熱プレート内の温度均一性が高い加熱装置を提供し、大きなサイズのウエハであっても均一なアニール処理を施して、均一な特性の半導体デバイスを製造しうる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１は、基板を加熱する加熱プレートを備え、少なくとも導電材からなるヒーター容器と、該ヒーター容器内に配置されたフィラメント及び反射板と、フィラメントとヒーター容器との間に加速電圧を印加する加速電源とを備えた電子衝撃加熱装置であって、
上記フィラメントが、上記加熱プレートの中心を通る法線を中心軸とするシングルループ或いは螺旋状に配置され、
上記反射板が、上記フィラメントの上記加熱プレートから離れた側に位置する前記加熱プレートに平行な面内において、上記加熱プレートの中心軸を中心とする円周と、上記中心軸を中心とし、前記円周より加熱プレートの側に位置する円周とを含む形状を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２は、アニール処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、該アニール処理工程を上記本発明の電子衝撃加熱装置を用いて行うことを特徴とする
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電子衝撃加熱装置は、加熱プレート内の温度が均一に制御されているため、大きなサイズのウエハであっても、場所によらず均一にアニール処理を施すことができる。よって、本発明によれば、均一な特性の半導体デバイスを歩留り良く提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電子衝撃加熱装置の好ましい一実施形態の構成を示す断面概略図である。
【図２】本発明の電子衝撃加熱装置の反射板の他の形状例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の電子衝撃加熱装置の反射板の他の形状例を示す断面模式図である。
【図４】本発明の実施例において、実際にアニール処理を行った際の天板の温度分布を示す図である。
【図５】本発明の実施例で作製したＰＮ接合ダイオードの構成を示す断面模式図とそのダイオードのＶ−Ｉ特性測定回路図である。
【図６】図５のダイオードの作製工程を示す断面模式図である。
【図７】本発明の比較例で作製したダイオードの特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例で作製したダイオードの特性を示す図である。
【図９】従来の電子衝撃加熱装置の構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に本発明の電子衝撃加熱装置の好ましい一実施形態の構成を概略的に示す。図中、（ａ）は垂直方向断面概略図、（ｂ）は水平方向断面概略図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’に、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ’に相当する。以下、本発明の実施形態を例に本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明の電子衝撃加熱装置は、基本的に、アニール処理を施す基板１を載置する天板（加熱プレート）２ａを備えたヒーター容器２と、該ヒーター容器内に配置されたフィラメント４及び反射板３とを備えている。さらに、フィラメント４を加熱する加熱電源１１と、フィラメント４とヒーター容器２との間に加速電圧を印加する加速電源１２を備えている。
【００１２】
加熱プレートとして天板２ａと側壁２ｂとを備えたヒーター容器２の下端部は、冷却されたベースフランジ７との間でシール材としてＯリング１０により、気密にシールされている。ベースフランジ７には、排気管８が設けられており、不図示の真空ポンプ９により、ヒーター容器６内部の空間は真空にされる。ヒーター容器２は、少なくとも導電材からなる。即ち、ヒーター容器２全体を導電材で形成するか、或いは内側表面を導電材で被覆した容器とする。具体的には、耐熱性を有する熱分解カーボン、熱分解カーボンコーティングを行ったカーボン、或いは、シリコン含浸シリコンカーバイトやアルミナ、窒化ケイ素等のセラミック等の表面をメタライズして導電層を形成する。そして、導電材からなる容器或いは内側表面に形成した導電層をベースフランジ７を介して接地する。尚、図１のベースフランジ７より上部の構成全体が不図示の真空容器内に収納されている。
【００１３】
ヒーター容器２内部にはフィラメント４が設置されている。フィラメント４は、天板２ａの中心を通る中心軸Ｃを中心軸とする螺旋状或いはシングルループで、天板２ａの下方近傍に配置される。図１のフィラメントは、２周半の螺旋状である。以下、螺旋状のフィラメントを例に説明するが、シングルループにおいても同様である。フィラメント４には、熱電子を発生させるための加熱電源１１が接続されている。さらに、フィラメント４とヒーター容器２との間で、ヒーター容器２を介して加速電源１２により、フィラメント４に発生した熱電子を引き出すための加速電圧が印加される。天板２ａを含めてヒーター容器２はベースフランジ７を介し接地されており、フィラメント４に対しては、正電位に保持されている。これによりフィラメント４より発生された熱電子は、加速電圧により加速され、天板２ａに衝突して天板２ａを加熱する。
【００１４】
尚、上記例では、天板２ａである加熱プレートに基板１を載置する例について説明したが、本発明においては、基板１を加熱プレートに対向配置する電子衝撃加熱装置に適用することもできる。
【００１５】
本発明においては、フィラメント４の螺旋で囲まれた領域内に、少なくともその一部が位置するように、特定の形状の反射板３が設置されている。本発明において、反射板３は、フィラメント４の天板２ａから離れた側に位置する該天板２ａに平行な面内において、天板２ａの中心軸を中心とする円周と、該中心軸を中心とし、前記円周より天板２ａ側に位置する円周とを含む。図１の例においては、反射板３は、フィラメント４の下方に位置し天板２ａに平行な面内において、上記天板２ａの中心軸を中心とする円周を含むリング板３ｂを有する。また、フィラメント４の螺旋で囲まれた領域内に位置し、前記円周の直径より小さい直径を有する円周とを含む円板３ａとを含む形状を有する。前記円板３ａの円周は、フィラメント４の天板２ａに最も近い位置Ｄから上下方向において該位置と天板２ａの下面との距離ｔの７０％以内（以下「範囲ｄ」という）にあることが好ましい。また、円板３ａの円周は、該範囲ｄの範囲内であって天板に平行な面を「面ｄ」としたとき、面ｄ内において、天板２ａの中心を通る法線Ｃを中心軸とするフィラメント４の螺旋が形成する直径の１０％以上９０％以下の直径の円周を有することが好ましい。
【００１６】
図１の構成においては、反射板３が、天板２ａと平行な円板３ａと、該円板３ａの外径と一致する内径を有し、外径がフィラメント４の直径Ｒより大きなリング板３ｂと、上記円板３ａの外周とリング板３ｂの内周とを連結する円筒板３ｃとからなる。そして、円板３ａは中心軸Ｃを中心とする円形で、直径はフィラメント４の螺旋の直径Ｒの１０％以上９０％以下であり、リング板３ｂはフィラメント４の下方に位置している。円板３ａは範囲ｄ内に位置し、天板２ａに平行な平板であり、よって、面ｄ内において中心軸Ｃを中心とするフィラメントの螺旋の直径の１０％以上９０％以下の直径の円周は円板３ａ内に含まれる。また、フィラメント４の下方に位置する円周はリング板３ｂ内に含まれる。
【００１７】
本発明において、反射板３の形状を上記した特定の形状とする理由は、フィラメント４から発生した熱電子を、天板２ａの中心軸Ｃから離れた外周側に優先的に衝突させるためである。図９は、従来の電子衝撃加熱装置の構成を示す断面模式図であり、図中の符号は図１と同じである。図９に示すように、従来の反射板９１は天板２ａに平行な平板であり、フィラメント４の螺旋内には反射板３は位置していない。このような構成で、ヒーター容器２を接地し、フィラメント４及び反射板３をヒーター容器２に対して負電位になるように電圧を印加すると、フィラメント４から発生した熱電子は天板２ａに向かって加速される。しかしながら、フィラメント４と反射板９１によって形成された電界によって、熱電子は天板２ａの中心軸Ｃに近い位置に集まり易い。また、天板２ａの外周には角があり、天板２ａに入った熱は表面積の多い角から逃げ易いため、天板２ａの外周部の温度が下がり易い。その上、ヒーター容器２の側壁２ｂは、冷却されたベースフランジ７と接続されているため、天板２ａの外周部の熱は側壁２ｂを介してベースフランジ７に逃げ易い。このように、天板２ａの中心部は外周部よりも優先的に加熱される上、外周部は中心部より熱が逃げやすい構造となっている。その結果、従来は天板２ａの中心部の温度が外周部と比較して高くなる温度分布が生じていた。
【００１８】
本発明においては、反射板３が、天板２ａに近い前記面ｄ内において、中心軸Ｃを中心とするフィラメントの螺旋の直径の１０％以上９０％以下の直径の円周を含む形状を有していることが好ましい。ここで、ヒーター容器２を接地し、フィラメント４及び反射板３をヒーター容器２に対して負電位になるように電圧を印加すると、フィラメント４より飛び出した熱電子は、相対的に電位が高い天板２ａに向かう電界の中で加速され、天板２ａに衝突して発熱する。この時、反射板３の円板３ａの存在により、フィラメント４から発生した熱電子が天板２ａの中心に近づくのが阻止され、熱電子は天板２ａの外周部分に向かって優先的に衝突する。その結果、天板２ａは中心よりも外周部分が優先的に加熱されることになるが、中心に近づくほど直径は小さくなるのであるから、加熱された外周部分によって中心側も容易に加熱され、結果的に全体として温度差の小さい、均一な加熱が実現する。
【００１９】
本発明において、面ｄ内において、反射板３が含む円周の直径がフィラメント４の螺旋の直径Ｒの１０％以上の場合には、熱電子が中心に偏るのを阻止する効果が足りなくなる場合があり、好ましくない。また、９０％を超えると、天板２ａの外周部分に衝突する熱電子の偏りが多すぎて、逆に中心部分の加熱が不十分になる恐れがあり、好ましくない。また、中心軸Ｃを中心とするフィラメントの螺旋の直径の１０％以上９０％以下の直径の円周が、範囲ｄよりも天板２ａ側に位置した場合には、天板２ａの中心に近い位置に衝突する熱電子が少なくなり過ぎる場合があり、好ましくない。同様に、該範囲ｄよりも天板２ａ側に反射板３の一部が位置した場合にも好ましくない。設計上は、範囲ｄをなるべく狭く設定することが好ましく、望ましくは位置Ｄとする。
【００２０】
さらに、本発明に係る反射板３は、フィラメント４の下方に位置する円周を含む形状を有しているが、これは、フィラメント４から発生する熱電子を天板２ａ方向に向けることと、天板２ａへの熱輻射効果を得るためである。天板２ａへの熱輻射効果を得る上では、図１に示したように、さらなる反射板５ａ、５ｂを備えることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る反射板３、さらなる反射板５ａ、５ｂは、好ましくはカーボン、モリブテン、タンタル、タングステンなどの高融点金属で構成されている。特に、反射板３は、反射率の高い金属を用いたり、鏡面仕上げを施すことなどにより反射率が高くなるように構成される。また、反射板３は、ヒーター容器２とは電気的に絶縁され、フィラメント４と同電位に設定される。
【００２２】
図２，図３に、本発明に係る反射板３の他の形状例を示す。図２（ａ）は、本発明に係る反射板３が、天板２ａと平行な２枚の円板２１ａ、２１ｂとからなり、天板側の上部円板２１ａが、下部に位置する他方の円板２１ｂよりも直径が大である。上部円板２１ａは、中心軸Ｃを中心とする円形で、その円の直径がフィラメント４の直径Ｒの１０％以上９０％以下であり、範囲ｄ内に位置している。また、円板２１ｂは中心軸Ｃを中心とする円形で、直径がフィラメント４の直径Ｒよりも大で、フィラメント４の下方に位置している。円板２１ａと２１ｂとは部材２１ｃで連結されているが、部材２１ｃは導電材であっても、導電材の表面を絶縁体で被覆したものであっても良い。
【００２３】
図２（ｂ）は、反射板３が、天板２ａと平行で外周部がフィラメント４の下方に位置する円板２２ｂと、外径がフィラメント４の直径の１０％以上９０％以下で、一方の端が天板２ａ側に位置し、他端が上記円板２２ｂに接する円筒板２２ａとからなる。円筒板２２ａの上端は範囲ｄ内にある。天板２ａは中心軸Ｃを中心とし、円筒板２２ａも円筒の中心軸はＣである。
【００２４】
図３（ａ）は、反射板３が、天板２ａと平行な円板３１ａと、フィラメント４の下方に位置し、内径が上部円板３１ａの外径より大きく、外径がフィラメント４の直径よりも大きく、天板２ａと平行なリング板３１ｂとを有している。さらに、円板３１ａの外周とリング板３１ｂの内周とを側面板３１ｃが円錐台の側面状に連結している。円板３１ａ及びリング板３１ｂの中心は中心軸Ｃであり、円板３１ａは直径がフィラメント４の直径の１０％以上９０％以下で、範囲ｄ内に位置している。
【００２５】
図３（ｂ）は、反射板３が、天板２ａと平行な円板３２ａと、フィラメント４の下方に位置し、内径が上記円板３２ａの外径より大きいリング板３２ｂとを有している。さらに、下端がリング板３２ｂの内周に接し、上記中心軸方向の長さが、円板３２ａとリング板３２ｂとの距離よりも短い円筒板３２ｃと、円筒板３２ｃの上端から円板３２ａの外周とを側面板３２ｄが円錐台の側面状に連結している。円板３２ａ及びリング板３２ｂの中心は中心軸Ｃであり、円板３２ａは直径がフィラメント４の直径の１０％以上９０％以下で、範囲ｄ内に位置している。
【実施例】
【００２６】
電子衝撃装置での熱電子分布のシミュレーションを、図１の電子衝撃加熱装置を用い、反射板３の形態を変更して行った。シミュレーションのパラメータとして、ヒーター部品の条件を、以下の（１）〜（５）とした。
（１）天板２ａ及び側壁２ｂ、反射板３の材質はカーボンとし、厚さは１ｍｍ、輻射率は０．４、熱伝導率は４０Ｗ／Ｋ／ｍとした。
（２）フィラメント４及び反射板３の電位は、それぞれ−２．２ｋＶ、エミッションは１Ａとした。
（３）天板２ａ及び側壁２ｂの電位は、０Ｖとした。
（４）フィラメント４は、天板２ａの中心軸Ｃを中心軸として、直径Ｒがφ９５ｍｍで高さ３０ｍｍの２周半に巻いた螺旋状とし、材質はタングステン、線径はφ０．８ｍｍとした。
（５）フィラメント４と天板２ａとの距離ｔは１０ｍｍとした。
【００２７】
（比較例１）
比較対象として、図１の反射板３を、図９に示すように平板の反射板９１として、熱電子分布のシミュレーションを行った。カーボン製の天板２ａの中心からの距離をｒとして、中心（ｒ＝０ｍｍ）から、中心から外周に向かって３８ｍｍ（ｒ＝３８ｍｍ）の範囲で温度のシミュレーションを行い、結果を表１にまとめた。表１より、ｒ＝０ｍｍ乃至ｒ＝３８ｍｍまでの範囲内において、最高温度Ｔmaxと最低温度Ｔminの差である最大温度差Ｔmax−Ｔminは、１３３℃であることが分かった。
【００２８】
（実施例１）
カーボン製反射板３の形状が、図１の反射板３であり、円板３ａの直径がφ４０ｍｍ、円筒板３ｃの高さが４５ｍｍ、リング板３ｂの外径をφ１００ｍｍとした。円板３ａは上面が位置Ｄに位置している。カーボン製の天板２ａの中心から、中心より外周部３８ｍｍ（ｒ＝０ｍｍ乃至ｒ＝３８ｍｍ）の範囲で温度分布のシミュレーションを行った。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは、比較例１が１３３℃であるのに対し、本例では４５℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００２９】
（実施例２）
カーボン製反射板３の形状を、図２（ａ）とした以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。上部円板２１ａの直径をφ４０ｍｍ、下部円板２１ｂの外径をφ１００ｍｍ、上部天板２１ａの上面から下部円板２１ｂの上面までの距離を４５ｍｍとした。上部円板２１ａは上面が位置Ｄに位置している。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは４２℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００３０】
（実施例３）
カーボン製反射板３の形状を、図２（ｂ）とした以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。下部円板２２ｂの外径をφ１００ｍｍ、円筒板２２ａの外径を４０ｍｍで高さを４５ｍｍとした。円筒板２２ａの上端が位置Ｄに位置している。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは４５℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００３１】
（実施例４）
カーボン製反射板３の形状を、図３（ａ）とした以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。円板３１ａの直径をφ１０ｍｍ、リング板３１ｂの内径を４０ｍｍで外径をφ１００ｍｍ、側面板３１ｃの高さ（円板３１ａ上面からリング板３１ｂの上面までの距離）を４５ｍｍとした。円板３１ａの上面が位置Ｄに位置している。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは８７℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００３２】
（実施例５）
カーボン製反射板３の形状を、図３（ｂ）とした以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。円板３２ａの直径をφ２０ｍｍ、リング板３２ｂの内径を４０ｍｍで外径をφ１００ｍｍ、円筒板３２ｃの高さを３５ｍｍ、側面端３２ｄの高さ（円板３２ａ上面から円筒板３２ｃの上端までの距離）を１０ｍｍとした。円板３２ａの上面が位置Ｄに位置している。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは２８℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００３３】
【表１】
【００３４】
上記の実施例１乃至５及び比較例１のシミュレーション結果より、反射板３の形状の違いによる温度分布比較を行った。φ３インチ基板を想定した場合、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは、従来の平板形状の場合が１３３℃である。これに対し、実施例１は４５℃、実施例２は４２℃、実施例３は４５℃、実施例４は８７℃、実施例５は２８℃となり、いずれにおいても大幅に改善できた。
【００３５】
（比較例２，実施例６）
比較例１，実施例１乃至実施例５のシミュレーションの信頼性を確認するため、実際に比較例１，実施例１の電子衝撃加熱装置を構成し（比較例２，実施例６）、同様の条件で天板２ａの上面の温度を測定した。結果を表２及び図４に示す。図４（ａ）は実施例６，（ｂ）は比較例２における天板２ａの上面内の各位置における温度をそれぞれ示す。表１と表２，図４との比較から明らかなように、比較例１及び実施例１乃至実施例５のシミュレーションは実際の天板２ａの温度分布のシミュレーションを良好に反映していることがわかった。
【００３６】
【表２】
【００３７】
（比較例３，実施例７）
天板２ａの面内のデバイス性能を検証するため、比較例１及び実施例１の電子衝撃加熱装置を用い、φ３インチＳｉＣ基板を用いて実際にアニール処理を行った（比較例３，実施例７）。同一基板のうち、天板２ａの中心箇所（ｒ＝０ｍｍ）でアニールした基板と、中心から外周部へ３０ｍｍ離れた箇所（ｒ＝３０ｍｍ）でアニールした基板にて、それぞれ図５（ａ）に示す断面構造を有するＰＮ接合ダイオードを作製した。図中、５１はオーミックコンタクト層、５２はｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板、５３はｎ型エピタキシャル層、５４はＡｌ注入層、５５はＴｉ／Ａｌからなるオーミックコンタクト層である。図６にその製造工程を示す。
【００３８】
先ず、図６（ａ）に示すように半導体基板である高濃度ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板５２を用意し、基板５２の上に、ＣＶＤ法を用いて、ドナー濃度が１×１０16／ｃｍ3、厚さが５μｍのｎ型エピキシャル層５３を堆積させた。
【００３９】
次に、図６（ｂ）に示すように、ｎ型エピキシャル層５３の表面付近に３０乃至１７０ｋｅＶのエネルギーレンジにて、多段でＡｌイオン注入を行った。これにより、ｎ型エピキシャル層５３の表面に、イオン密度が３×１０20／ｃｍ3、深さ３５０ｎｍのｐ型Ａｌ注入層５４を作製した。尚、Ａｌイオン注入は、基板を５００℃に加熱しながら行った。
【００４０】
次に、図６（ｃ）に示すように、電子衝撃加熱装置（ＥＢＡＳ装置）にて、１×１０-3Ｐａ以下の真空中にて、１９００℃で１分間、Ａｌイオン注入された基板のアニール処理を行った。
【００４１】
次に、図６（ｄ）に示すように、Ｏ2ガス中で、基板５２を１１５０℃で９０分間熱酸化し、Ａｌ注入層５４の表面に深さ１０ｎｍの犠牲酸化膜６１を作製した。
【００４２】
次に、図６（ｅ）が示すように、基板表面をフッ酸で洗浄し、Ａｌ注入層５４の表面にある犠牲酸化膜６１を除去した。
【００４３】
次に、図６（ｆ）に示すように、Ａｌ注入層５４の表面に、パターン６２を形成し、ＲＩＥ装置により、ＣＦ4＋Ａｒガスでドライエッチングを行い、ｎ型エピキシャル層５３及びｐ型Ａｌ注入層５４を、１μｍの深さでエッチングし、メサを形成した。
【００４４】
次に、パターン６２を取り除いた後、図６（ｇ）に示すように、Ｔｉ層２０ｎｍ、Ａｌ層１００ｎｍの積層膜をリフトオフ法で形成した後、Ａｒガス中で９００℃で３分間アニールし、オーミックコンタクト５５をｐ型Ａｌ注入層５４に形成した。また、ｎ型ＳｉＣ基板５２のオーミックコンタクト５１は、高濃度ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板５２の裏面に１５０ｎｍのＡｌ層を堆積させて作製した。
【００４５】
天板２ａの中心（ｒ＝０ｍｍ）箇所及び中心から外周部へ３０ｍｍ離れた箇所（ｒ＝３０ｍｍ）でアニールした基板にて作製した、ＰＮ接合ダイオードを、図５（ｂ）のＶ−Ｉ特性測定回路図のように接続した。図中、５６は電流計、５７は電圧計、５８は抵抗、５９は可変電源、６０はダイオードである。それぞれのダイオードについて、順方向のＶ−Ｉ特性を計測し、その結果を、図７，図８に示す。図７（ａ）は比較例３でｒ＝０ｍｍの位置でアニール処理した基板で作製したダイオードの特性、図７（ｂ）は比較例３でｒ＝３０ｍｍの位置でアニール処理した基板で作製したダイオードの特性を示す。また、図８（ａ）は実施例７でｒ＝０ｍｍの位置でアニール処理した基板で作製したダイオードの特性、図８（ｂ）は実施例７でｒ＝３０ｍｍの位置でアニール処理した基板で作製したダイオードの特性を示す。
【００４６】
図８に示すように、本発明の電子衝撃加熱装置でアニール処理を行った基板を用いて作製したダイオードは、アニール処理の際の位置が天板２ａの中心（ｒ＝０ｍｍ）でも、外周部へ３０ｍｍ離れた箇所（ｒ＝３０ｍｍ）でも変わらず、いずれも正常であった。一方、図７に示すように、比較例３では、アニール処理の際の位置が天板２ａの中心（ｒ＝０ｍｍ）であった場合には、正常なダイオード特性を示した。しかしながら、比較例３では、アニール処理の位置が天板２ａの外周部へ３０ｍｍ離れた箇所（ｒ＝３０ｍｍ）の場合には、ダイオード特性が、順方向バイアス領域でリーク電流が生じる、即ち不良の特性を示した。
【００４７】
上記の結果より、本発明の電子衝撃加熱装置を用いてアニール処理を行った場合には、天板２ａの位置に関わらず、良好な特性のダイオードが得られることがわかった。よって、本発明によれば、半導体デバイスの製造において、アニール処理における基板面内の温度均一性が向上し、基板の活性化率の均一性が改善され、デバイスの歩留りが向上し、コストダウンが見込まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１：基板、２：ヒーター容器、２ａ：天板（加熱プレート）、３：反射板、４：フィラメント、１１：加熱電源、１２：加速電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板を高温に加熱する加熱装置、特にフィラメントに通電することにより発生した熱電子を高電圧で加速し、この熱電子を導電性容器に衝突させて発熱させるヒーターを有する電子衝撃加熱装置に関する。更に、これを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のワイドバンドギャップ半導体の製造プロセスにおいて、処理基板を１５００℃乃至２０００℃程度の超高温に加熱することが行われている（特許文献１参照）。このような半導体製造プロセスに用いる加熱装置としては、フィラメントに通電することにより発生した熱電子を高電圧で加速して加熱プレートの背後に衝突させ、発熱させ、加熱プレート上の被処理基板を加熱する装置が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０６４４１号公報
【特許文献２】特許第２９１２６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、高電圧・大電流用炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体装置は、チップサイズが大きく、製造コストを低減するために、ウェハサイズがφ３インチからφ４インチに移行している。さらに今後、φ６インチに拡大されて行くことが予想される。このような大きいサイズのウエハを、従来の加熱装置を用いてアニール処理をしてデバイスを作製した場合、デバイスの特性を満足しないことがあった。具体的には、加熱プレート上にウエハを載置してアニール処理を行う。この時、加熱プレートの中央で処理されて作製されたダイオードは良好なデバイス特性を満たすのに対して、加熱プレートの中心から離れた領域でアニール処理を行い作製したダイオードはリーク電流が流れることがあった。これは、アニール時の加熱プレート面内の温度差が、デバイス特性に大きく影響を与えるためであった。
【０００５】
本発明の課題は、加熱プレート内の温度均一性が高い加熱装置を提供し、大きなサイズのウエハであっても均一なアニール処理を施して、均一な特性の半導体デバイスを製造しうる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１は、基板を加熱する加熱プレートを備え、少なくとも導電材からなるヒーター容器と、該ヒーター容器内に配置されたフィラメント及び反射板と、フィラメントとヒーター容器との間に加速電圧を印加する加速電源とを備えた電子衝撃加熱装置であって、
上記フィラメントが、上記加熱プレートの中心を通る法線を中心軸とするシングルループ或いは螺旋状に配置され、
上記反射板が、上記フィラメントの上記加熱プレートから離れた側に位置する前記加熱プレートに平行な面内において、上記加熱プレートの中心軸を中心とする円周と、上記中心軸を中心とし、前記円周より加熱プレートの側に位置する円周とを含む形状を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２は、アニール処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、該アニール処理工程を上記本発明の電子衝撃加熱装置を用いて行うことを特徴とする
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電子衝撃加熱装置は、加熱プレート内の温度が均一に制御されているため、大きなサイズのウエハであっても、場所によらず均一にアニール処理を施すことができる。よって、本発明によれば、均一な特性の半導体デバイスを歩留り良く提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電子衝撃加熱装置の好ましい一実施形態の構成を示す断面概略図である。
【図２】本発明の電子衝撃加熱装置の反射板の他の形状例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の電子衝撃加熱装置の反射板の他の形状例を示す断面模式図である。
【図４】本発明の実施例において、実際にアニール処理を行った際の天板の温度分布を示す図である。
【図５】本発明の実施例で作製したＰＮ接合ダイオードの構成を示す断面模式図とそのダイオードのＶ−Ｉ特性測定回路図である。
【図６】図５のダイオードの作製工程を示す断面模式図である。
【図７】本発明の比較例で作製したダイオードの特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例で作製したダイオードの特性を示す図である。
【図９】従来の電子衝撃加熱装置の構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に本発明の電子衝撃加熱装置の好ましい一実施形態の構成を概略的に示す。図中、（ａ）は垂直方向断面概略図、（ｂ）は水平方向断面概略図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’に、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ’に相当する。以下、本発明の実施形態を例に本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明の電子衝撃加熱装置は、基本的に、アニール処理を施す基板１を載置する天板（加熱プレート）２ａを備えたヒーター容器２と、該ヒーター容器内に配置されたフィラメント４及び反射板３とを備えている。さらに、フィラメント４を加熱する加熱電源１１と、フィラメント４とヒーター容器２との間に加速電圧を印加する加速電源１２を備えている。
【００１２】
加熱プレートとして天板２ａと側壁２ｂとを備えたヒーター容器２の下端部は、冷却されたベースフランジ７との間でシール材としてＯリング１０により、気密にシールされている。ベースフランジ７には、排気管８が設けられており、不図示の真空ポンプ９により、ヒーター容器６内部の空間は真空にされる。ヒーター容器２は、少なくとも導電材からなる。即ち、ヒーター容器２全体を導電材で形成するか、或いは内側表面を導電材で被覆した容器とする。具体的には、耐熱性を有する熱分解カーボン、熱分解カーボンコーティングを行ったカーボン、或いは、シリコン含浸シリコンカーバイトやアルミナ、窒化ケイ素等のセラミック等の表面をメタライズして導電層を形成する。そして、導電材からなる容器或いは内側表面に形成した導電層をベースフランジ７を介して接地する。尚、図１のベースフランジ７より上部の構成全体が不図示の真空容器内に収納されている。
【００１３】
ヒーター容器２内部にはフィラメント４が設置されている。フィラメント４は、天板２ａの中心を通る中心軸Ｃを中心軸とする螺旋状或いはシングルループで、天板２ａの下方近傍に配置される。図１のフィラメントは、２周半の螺旋状である。以下、螺旋状のフィラメントを例に説明するが、シングルループにおいても同様である。フィラメント４には、熱電子を発生させるための加熱電源１１が接続されている。さらに、フィラメント４とヒーター容器２との間で、ヒーター容器２を介して加速電源１２により、フィラメント４に発生した熱電子を引き出すための加速電圧が印加される。天板２ａを含めてヒーター容器２はベースフランジ７を介し接地されており、フィラメント４に対しては、正電位に保持されている。これによりフィラメント４より発生された熱電子は、加速電圧により加速され、天板２ａに衝突して天板２ａを加熱する。
【００１４】
尚、上記例では、天板２ａである加熱プレートに基板１を載置する例について説明したが、本発明においては、基板１を加熱プレートに対向配置する電子衝撃加熱装置に適用することもできる。
【００１５】
本発明においては、フィラメント４の螺旋で囲まれた領域内に、少なくともその一部が位置するように、特定の形状の反射板３が設置されている。本発明において、反射板３は、フィラメント４の天板２ａから離れた側に位置する該天板２ａに平行な面内において、天板２ａの中心軸を中心とする円周と、該中心軸を中心とし、前記円周より天板２ａ側に位置する円周とを含む。図１の例においては、反射板３は、フィラメント４の下方に位置し天板２ａに平行な面内において、上記天板２ａの中心軸を中心とする円周を含むリング板３ｂを有する。また、フィラメント４の螺旋で囲まれた領域内に位置し、前記円周の直径より小さい直径を有する円周とを含む円板３ａとを含む形状を有する。前記円板３ａの円周は、フィラメント４の天板２ａに最も近い位置Ｄから上下方向において該位置と天板２ａの下面との距離ｔの７０％以内（以下「範囲ｄ」という）にあることが好ましい。また、円板３ａの円周は、該範囲ｄの範囲内であって天板に平行な面を「面ｄ」としたとき、面ｄ内において、天板２ａの中心を通る法線Ｃを中心軸とするフィラメント４の螺旋が形成する直径の１０％以上９０％以下の直径の円周を有することが好ましい。
【００１６】
図１の構成においては、反射板３が、天板２ａと平行な円板３ａと、該円板３ａの外径と一致する内径を有し、外径がフィラメント４の直径Ｒより大きなリング板３ｂと、上記円板３ａの外周とリング板３ｂの内周とを連結する円筒板３ｃとからなる。そして、円板３ａは中心軸Ｃを中心とする円形で、直径はフィラメント４の螺旋の直径Ｒの１０％以上９０％以下であり、リング板３ｂはフィラメント４の下方に位置している。円板３ａは範囲ｄ内に位置し、天板２ａに平行な平板であり、よって、面ｄ内において中心軸Ｃを中心とするフィラメントの螺旋の直径の１０％以上９０％以下の直径の円周は円板３ａ内に含まれる。また、フィラメント４の下方に位置する円周はリング板３ｂ内に含まれる。
【００１７】
本発明において、反射板３の形状を上記した特定の形状とする理由は、フィラメント４から発生した熱電子を、天板２ａの中心軸Ｃから離れた外周側に優先的に衝突させるためである。図９は、従来の電子衝撃加熱装置の構成を示す断面模式図であり、図中の符号は図１と同じである。図９に示すように、従来の反射板９１は天板２ａに平行な平板であり、フィラメント４の螺旋内には反射板３は位置していない。このような構成で、ヒーター容器２を接地し、フィラメント４及び反射板３をヒーター容器２に対して負電位になるように電圧を印加すると、フィラメント４から発生した熱電子は天板２ａに向かって加速される。しかしながら、フィラメント４と反射板９１によって形成された電界によって、熱電子は天板２ａの中心軸Ｃに近い位置に集まり易い。また、天板２ａの外周には角があり、天板２ａに入った熱は表面積の多い角から逃げ易いため、天板２ａの外周部の温度が下がり易い。その上、ヒーター容器２の側壁２ｂは、冷却されたベースフランジ７と接続されているため、天板２ａの外周部の熱は側壁２ｂを介してベースフランジ７に逃げ易い。このように、天板２ａの中心部は外周部よりも優先的に加熱される上、外周部は中心部より熱が逃げやすい構造となっている。その結果、従来は天板２ａの中心部の温度が外周部と比較して高くなる温度分布が生じていた。
【００１８】
本発明においては、反射板３が、天板２ａに近い前記面ｄ内において、中心軸Ｃを中心とするフィラメントの螺旋の直径の１０％以上９０％以下の直径の円周を含む形状を有していることが好ましい。ここで、ヒーター容器２を接地し、フィラメント４及び反射板３をヒーター容器２に対して負電位になるように電圧を印加すると、フィラメント４より飛び出した熱電子は、相対的に電位が高い天板２ａに向かう電界の中で加速され、天板２ａに衝突して発熱する。この時、反射板３の円板３ａの存在により、フィラメント４から発生した熱電子が天板２ａの中心に近づくのが阻止され、熱電子は天板２ａの外周部分に向かって優先的に衝突する。その結果、天板２ａは中心よりも外周部分が優先的に加熱されることになるが、中心に近づくほど直径は小さくなるのであるから、加熱された外周部分によって中心側も容易に加熱され、結果的に全体として温度差の小さい、均一な加熱が実現する。
【００１９】
本発明において、面ｄ内において、反射板３が含む円周の直径がフィラメント４の螺旋の直径Ｒの１０％以上の場合には、熱電子が中心に偏るのを阻止する効果が足りなくなる場合があり、好ましくない。また、９０％を超えると、天板２ａの外周部分に衝突する熱電子の偏りが多すぎて、逆に中心部分の加熱が不十分になる恐れがあり、好ましくない。また、中心軸Ｃを中心とするフィラメントの螺旋の直径の１０％以上９０％以下の直径の円周が、範囲ｄよりも天板２ａ側に位置した場合には、天板２ａの中心に近い位置に衝突する熱電子が少なくなり過ぎる場合があり、好ましくない。同様に、該範囲ｄよりも天板２ａ側に反射板３の一部が位置した場合にも好ましくない。設計上は、範囲ｄをなるべく狭く設定することが好ましく、望ましくは位置Ｄとする。
【００２０】
さらに、本発明に係る反射板３は、フィラメント４の下方に位置する円周を含む形状を有しているが、これは、フィラメント４から発生する熱電子を天板２ａ方向に向けることと、天板２ａへの熱輻射効果を得るためである。天板２ａへの熱輻射効果を得る上では、図１に示したように、さらなる反射板５ａ、５ｂを備えることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る反射板３、さらなる反射板５ａ、５ｂは、好ましくはカーボン、モリブテン、タンタル、タングステンなどの高融点金属で構成されている。特に、反射板３は、反射率の高い金属を用いたり、鏡面仕上げを施すことなどにより反射率が高くなるように構成される。また、反射板３は、ヒーター容器２とは電気的に絶縁され、フィラメント４と同電位に設定される。
【００２２】
図２，図３に、本発明に係る反射板３の他の形状例を示す。図２（ａ）は、本発明に係る反射板３が、天板２ａと平行な２枚の円板２１ａ、２１ｂとからなり、天板側の上部円板２１ａが、下部に位置する他方の円板２１ｂよりも直径が大である。上部円板２１ａは、中心軸Ｃを中心とする円形で、その円の直径がフィラメント４の直径Ｒの１０％以上９０％以下であり、範囲ｄ内に位置している。また、円板２１ｂは中心軸Ｃを中心とする円形で、直径がフィラメント４の直径Ｒよりも大で、フィラメント４の下方に位置している。円板２１ａと２１ｂとは部材２１ｃで連結されているが、部材２１ｃは導電材であっても、導電材の表面を絶縁体で被覆したものであっても良い。
【００２３】
図２（ｂ）は、反射板３が、天板２ａと平行で外周部がフィラメント４の下方に位置する円板２２ｂと、外径がフィラメント４の直径の１０％以上９０％以下で、一方の端が天板２ａ側に位置し、他端が上記円板２２ｂに接する円筒板２２ａとからなる。円筒板２２ａの上端は範囲ｄ内にある。天板２ａは中心軸Ｃを中心とし、円筒板２２ａも円筒の中心軸はＣである。
【００２４】
図３（ａ）は、反射板３が、天板２ａと平行な円板３１ａと、フィラメント４の下方に位置し、内径が上部円板３１ａの外径より大きく、外径がフィラメント４の直径よりも大きく、天板２ａと平行なリング板３１ｂとを有している。さらに、円板３１ａの外周とリング板３１ｂの内周とを側面板３１ｃが円錐台の側面状に連結している。円板３１ａ及びリング板３１ｂの中心は中心軸Ｃであり、円板３１ａは直径がフィラメント４の直径の１０％以上９０％以下で、範囲ｄ内に位置している。
【００２５】
図３（ｂ）は、反射板３が、天板２ａと平行な円板３２ａと、フィラメント４の下方に位置し、内径が上記円板３２ａの外径より大きいリング板３２ｂとを有している。さらに、下端がリング板３２ｂの内周に接し、上記中心軸方向の長さが、円板３２ａとリング板３２ｂとの距離よりも短い円筒板３２ｃと、円筒板３２ｃの上端から円板３２ａの外周とを側面板３２ｄが円錐台の側面状に連結している。円板３２ａ及びリング板３２ｂの中心は中心軸Ｃであり、円板３２ａは直径がフィラメント４の直径の１０％以上９０％以下で、範囲ｄ内に位置している。
【実施例】
【００２６】
電子衝撃装置での熱電子分布のシミュレーションを、図１の電子衝撃加熱装置を用い、反射板３の形態を変更して行った。シミュレーションのパラメータとして、ヒーター部品の条件を、以下の（１）〜（５）とした。
（１）天板２ａ及び側壁２ｂ、反射板３の材質はカーボンとし、厚さは１ｍｍ、輻射率は０．４、熱伝導率は４０Ｗ／Ｋ／ｍとした。
（２）フィラメント４及び反射板３の電位は、それぞれ−２．２ｋＶ、エミッションは１Ａとした。
（３）天板２ａ及び側壁２ｂの電位は、０Ｖとした。
（４）フィラメント４は、天板２ａの中心軸Ｃを中心軸として、直径Ｒがφ９５ｍｍで高さ３０ｍｍの２周半に巻いた螺旋状とし、材質はタングステン、線径はφ０．８ｍｍとした。
（５）フィラメント４と天板２ａとの距離ｔは１０ｍｍとした。
【００２７】
（比較例１）
比較対象として、図１の反射板３を、図９に示すように平板の反射板９１として、熱電子分布のシミュレーションを行った。カーボン製の天板２ａの中心からの距離をｒとして、中心（ｒ＝０ｍｍ）から、中心から外周に向かって３８ｍｍ（ｒ＝３８ｍｍ）の範囲で温度のシミュレーションを行い、結果を表１にまとめた。表１より、ｒ＝０ｍｍ乃至ｒ＝３８ｍｍまでの範囲内において、最高温度Ｔmaxと最低温度Ｔminの差である最大温度差Ｔmax−Ｔminは、１３３℃であることが分かった。
【００２８】
（実施例１）
カーボン製反射板３の形状が、図１の反射板３であり、円板３ａの直径がφ４０ｍｍ、円筒板３ｃの高さが４５ｍｍ、リング板３ｂの外径をφ１００ｍｍとした。円板３ａは上面が位置Ｄに位置している。カーボン製の天板２ａの中心から、中心より外周部３８ｍｍ（ｒ＝０ｍｍ乃至ｒ＝３８ｍｍ）の範囲で温度分布のシミュレーションを行った。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは、比較例１が１３３℃であるのに対し、本例では４５℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００２９】
（実施例２）
カーボン製反射板３の形状を、図２（ａ）とした以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。上部円板２１ａの直径をφ４０ｍｍ、下部円板２１ｂの外径をφ１００ｍｍ、上部天板２１ａの上面から下部円板２１ｂの上面までの距離を４５ｍｍとした。上部円板２１ａは上面が位置Ｄに位置している。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは４２℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００３０】
（実施例３）
カーボン製反射板３の形状を、図２（ｂ）とした以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。下部円板２２ｂの外径をφ１００ｍｍ、円筒板２２ａの外径を４０ｍｍで高さを４５ｍｍとした。円筒板２２ａの上端が位置Ｄに位置している。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは４５℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００３１】
（実施例４）
カーボン製反射板３の形状を、図３（ａ）とした以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。円板３１ａの直径をφ１０ｍｍ、リング板３１ｂの内径を４０ｍｍで外径をφ１００ｍｍ、側面板３１ｃの高さ（円板３１ａ上面からリング板３１ｂの上面までの距離）を４５ｍｍとした。円板３１ａの上面が位置Ｄに位置している。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは８７℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００３２】
（実施例５）
カーボン製反射板３の形状を、図３（ｂ）とした以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。円板３２ａの直径をφ２０ｍｍ、リング板３２ｂの内径を４０ｍｍで外径をφ１００ｍｍ、円筒板３２ｃの高さを３５ｍｍ、側面端３２ｄの高さ（円板３２ａ上面から円筒板３２ｃの上端までの距離）を１０ｍｍとした。円板３２ａの上面が位置Ｄに位置している。結果を表１に示す。表１より、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは２８℃となり、面内の温度差の改善が見られた。
【００３３】
【表１】
【００３４】
上記の実施例１乃至５及び比較例１のシミュレーション結果より、反射板３の形状の違いによる温度分布比較を行った。φ３インチ基板を想定した場合、ｒ＝０乃至３８ｍｍ範囲での面内の温度差Ｔmax−Ｔminは、従来の平板形状の場合が１３３℃である。これに対し、実施例１は４５℃、実施例２は４２℃、実施例３は４５℃、実施例４は８７℃、実施例５は２８℃となり、いずれにおいても大幅に改善できた。
【００３５】
（比較例２，実施例６）
比較例１，実施例１乃至実施例５のシミュレーションの信頼性を確認するため、実際に比較例１，実施例１の電子衝撃加熱装置を構成し（比較例２，実施例６）、同様の条件で天板２ａの上面の温度を測定した。結果を表２及び図４に示す。図４（ａ）は実施例６，（ｂ）は比較例２における天板２ａの上面内の各位置における温度をそれぞれ示す。表１と表２，図４との比較から明らかなように、比較例１及び実施例１乃至実施例５のシミュレーションは実際の天板２ａの温度分布のシミュレーションを良好に反映していることがわかった。
【００３６】
【表２】
【００３７】
（比較例３，実施例７）
天板２ａの面内のデバイス性能を検証するため、比較例１及び実施例１の電子衝撃加熱装置を用い、φ３インチＳｉＣ基板を用いて実際にアニール処理を行った（比較例３，実施例７）。同一基板のうち、天板２ａの中心箇所（ｒ＝０ｍｍ）でアニールした基板と、中心から外周部へ３０ｍｍ離れた箇所（ｒ＝３０ｍｍ）でアニールした基板にて、それぞれ図５（ａ）に示す断面構造を有するＰＮ接合ダイオードを作製した。図中、５１はオーミックコンタクト層、５２はｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板、５３はｎ型エピタキシャル層、５４はＡｌ注入層、５５はＴｉ／Ａｌからなるオーミックコンタクト層である。図６にその製造工程を示す。
【００３８】
先ず、図６（ａ）に示すように半導体基板である高濃度ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板５２を用意し、基板５２の上に、ＣＶＤ法を用いて、ドナー濃度が１×１０16／ｃｍ3、厚さが５μｍのｎ型エピキシャル層５３を堆積させた。
【００３９】
次に、図６（ｂ）に示すように、ｎ型エピキシャル層５３の表面付近に３０乃至１７０ｋｅＶのエネルギーレンジにて、多段でＡｌイオン注入を行った。これにより、ｎ型エピキシャル層５３の表面に、イオン密度が３×１０20／ｃｍ3、深さ３５０ｎｍのｐ型Ａｌ注入層５４を作製した。尚、Ａｌイオン注入は、基板を５００℃に加熱しながら行った。
【００４０】
次に、図６（ｃ）に示すように、電子衝撃加熱装置（ＥＢＡＳ装置）にて、１×１０-3Ｐａ以下の真空中にて、１９００℃で１分間、Ａｌイオン注入された基板のアニール処理を行った。
【００４１】
次に、図６（ｄ）に示すように、Ｏ2ガス中で、基板５２を１１５０℃で９０分間熱酸化し、Ａｌ注入層５４の表面に深さ１０ｎｍの犠牲酸化膜６１を作製した。
【００４２】
次に、図６（ｅ）が示すように、基板表面をフッ酸で洗浄し、Ａｌ注入層５４の表面にある犠牲酸化膜６１を除去した。
【００４３】
次に、図６（ｆ）に示すように、Ａｌ注入層５４の表面に、パターン６２を形成し、ＲＩＥ装置により、ＣＦ4＋Ａｒガスでドライエッチングを行い、ｎ型エピキシャル層５３及びｐ型Ａｌ注入層５４を、１μｍの深さでエッチングし、メサを形成した。
【００４４】
次に、パターン６２を取り除いた後、図６（ｇ）に示すように、Ｔｉ層２０ｎｍ、Ａｌ層１００ｎｍの積層膜をリフトオフ法で形成した後、Ａｒガス中で９００℃で３分間アニールし、オーミックコンタクト５５をｐ型Ａｌ注入層５４に形成した。また、ｎ型ＳｉＣ基板５２のオーミックコンタクト５１は、高濃度ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板５２の裏面に１５０ｎｍのＡｌ層を堆積させて作製した。
【００４５】
天板２ａの中心（ｒ＝０ｍｍ）箇所及び中心から外周部へ３０ｍｍ離れた箇所（ｒ＝３０ｍｍ）でアニールした基板にて作製した、ＰＮ接合ダイオードを、図５（ｂ）のＶ−Ｉ特性測定回路図のように接続した。図中、５６は電流計、５７は電圧計、５８は抵抗、５９は可変電源、６０はダイオードである。それぞれのダイオードについて、順方向のＶ−Ｉ特性を計測し、その結果を、図７，図８に示す。図７（ａ）は比較例３でｒ＝０ｍｍの位置でアニール処理した基板で作製したダイオードの特性、図７（ｂ）は比較例３でｒ＝３０ｍｍの位置でアニール処理した基板で作製したダイオードの特性を示す。また、図８（ａ）は実施例７でｒ＝０ｍｍの位置でアニール処理した基板で作製したダイオードの特性、図８（ｂ）は実施例７でｒ＝３０ｍｍの位置でアニール処理した基板で作製したダイオードの特性を示す。
【００４６】
図８に示すように、本発明の電子衝撃加熱装置でアニール処理を行った基板を用いて作製したダイオードは、アニール処理の際の位置が天板２ａの中心（ｒ＝０ｍｍ）でも、外周部へ３０ｍｍ離れた箇所（ｒ＝３０ｍｍ）でも変わらず、いずれも正常であった。一方、図７に示すように、比較例３では、アニール処理の際の位置が天板２ａの中心（ｒ＝０ｍｍ）であった場合には、正常なダイオード特性を示した。しかしながら、比較例３では、アニール処理の位置が天板２ａの外周部へ３０ｍｍ離れた箇所（ｒ＝３０ｍｍ）の場合には、ダイオード特性が、順方向バイアス領域でリーク電流が生じる、即ち不良の特性を示した。
【００４７】
上記の結果より、本発明の電子衝撃加熱装置を用いてアニール処理を行った場合には、天板２ａの位置に関わらず、良好な特性のダイオードが得られることがわかった。よって、本発明によれば、半導体デバイスの製造において、アニール処理における基板面内の温度均一性が向上し、基板の活性化率の均一性が改善され、デバイスの歩留りが向上し、コストダウンが見込まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１：基板、２：ヒーター容器、２ａ：天板（加熱プレート）、３：反射板、４：フィラメント、１１：加熱電源、１２：加速電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を加熱する加熱プレートを備え、少なくとも導電材からなるヒーター容器と、該ヒーター容器内に配置されたフィラメント及び反射板と、フィラメントとヒーター容器との間に加速電圧を印加する加速電源と、を備えた電子衝撃加熱装置であって、
上記フィラメントが、上記加熱プレートの中心を通る法線を中心軸とするシングルループ或いは螺旋状に配置され、
上記反射板が、上記フィラメントの上記加熱プレートから離れた側に位置する前記加熱プレートに平行な面内において、上記加熱プレートの中心軸を中心とする円周と、上記中心軸を中心とし、前記円周より前記加熱プレートの側に位置する円周とを含む形状を有することを特徴とする電子衝撃加熱装置。
【請求項２】
前記加熱プレート側に位置する反射板の円周の直径が、前記フィラメントのループ或いは螺旋が形成する円周の直径の１０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項３】
上記反射板が、上記加熱プレートと平行で直径がフィラメントのループ或いは螺旋の円周の直径の１０％以上９０％以下の円板と、フィラメントの加熱プレートと離れた側に位置し、内径が加熱プレートに近い側の円板の外径に一致し、外径がフィラメントの円周の直径より大きく、加熱プレートと平行なリング板と、円板の外周とリング板の内周とを連結する円筒板とからなる請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項４】
上記反射板が、前記加熱プレートと平行な２枚の円板からなり、加熱プレート側に位置する円板の直径が、他方の円板の直径よりも直径が大きく、かつ、前記フィラメントのループ或いは螺旋が形成する円周の直径の１０％以上９０％以下であり、前記他方の円板の外周部がフィラメントよりも前記加熱プレートから離れた側に位置している請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項５】
上記反射板が、加熱プレートと平行で外周部がフィラメントの加熱プレートからは離れた側に位置する円板と、外径が前記フィラメント或いは螺旋が形成する円周の直径の１０％以上９０％以下で、一方の端が加熱プレート側に位置し、他端が上記円板に接する円筒板とからなる請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項６】
上記反射板が、加熱プレートと平行で直径がフィラメントのループ或いは螺旋が形成する円周の直径の１０％以上９０％以下の円板と、前記フィラメントの前記加熱プレートから離れた側に位置し、内径が前記円板の外径より大きく、加熱プレートと平行なリング板と、前記円板の外周と前記リング板の内周とを円錐台の側面状に連結する側面板とからなる請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項７】
上記反射板が、加熱プレートと平行で直径がフィラメントの直径の１０％以上９０％以下の円板と、フィラメントの前記加熱プレートから離れた側に位置し、内径が前記円板の外径より大きく、加熱プレートに平行なリング板と、一方の端が前記リング板の内周に接し、上記中心軸方向の長さが、円板とリング板との距離よりも短い円筒板と、前記円筒板の他端から円板の外周とを円錐台の側面状に連結する側面板とからなる請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項８】
前記フィラメントの内側に位置する反射板は、前記フィラメントの前記加熱プレートに最も近い位置から上下方向において該位置と加熱プレートとの間の距離の７０％以内の距離に位置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項９】
アニール処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、該アニール処理工程を請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電子衝撃加熱装置を用いて行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
基板を加熱する加熱プレートを備え、少なくとも導電材からなるヒーター容器と、該ヒーター容器内に配置されたフィラメント及び反射板と、フィラメントとヒーター容器との間に加速電圧を印加する加速電源と、を備えた電子衝撃加熱装置であって、
上記フィラメントが、上記加熱プレートの中心を通る法線を中心軸とするシングルループ或いは螺旋状に配置され、
上記反射板が、上記フィラメントの上記加熱プレートから離れた側に位置する前記加熱プレートに平行な面内において、上記加熱プレートの中心軸を中心とする円周と、上記中心軸を中心とし、前記円周より前記加熱プレートの側に位置する円周とを含む形状を有することを特徴とする電子衝撃加熱装置。
【請求項２】
前記加熱プレート側に位置する反射板の円周の直径が、前記フィラメントのループ或いは螺旋が形成する円周の直径の１０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項３】
上記反射板が、上記加熱プレートと平行で直径がフィラメントのループ或いは螺旋の円周の直径の１０％以上９０％以下の円板と、フィラメントの加熱プレートと離れた側に位置し、内径が加熱プレートに近い側の円板の外径に一致し、外径がフィラメントの円周の直径より大きく、加熱プレートと平行なリング板と、円板の外周とリング板の内周とを連結する円筒板とからなる請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項４】
上記反射板が、前記加熱プレートと平行な２枚の円板からなり、加熱プレート側に位置する円板の直径が、他方の円板の直径よりも直径が大きく、かつ、前記フィラメントのループ或いは螺旋が形成する円周の直径の１０％以上９０％以下であり、前記他方の円板の外周部がフィラメントよりも前記加熱プレートから離れた側に位置している請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項５】
上記反射板が、加熱プレートと平行で外周部がフィラメントの加熱プレートからは離れた側に位置する円板と、外径が前記フィラメント或いは螺旋が形成する円周の直径の１０％以上９０％以下で、一方の端が加熱プレート側に位置し、他端が上記円板に接する円筒板とからなる請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項６】
上記反射板が、加熱プレートと平行で直径がフィラメントのループ或いは螺旋が形成する円周の直径の１０％以上９０％以下の円板と、前記フィラメントの前記加熱プレートから離れた側に位置し、内径が前記円板の外径より大きく、加熱プレートと平行なリング板と、前記円板の外周と前記リング板の内周とを円錐台の側面状に連結する側面板とからなる請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項７】
上記反射板が、加熱プレートと平行で直径がフィラメントの直径の１０％以上９０％以下の円板と、フィラメントの前記加熱プレートから離れた側に位置し、内径が前記円板の外径より大きく、加熱プレートに平行なリング板と、一方の端が前記リング板の内周に接し、上記中心軸方向の長さが、円板とリング板との距離よりも短い円筒板と、前記円筒板の他端から円板の外周とを円錐台の側面状に連結する側面板とからなる請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項８】
前記フィラメントの内側に位置する反射板は、前記フィラメントの前記加熱プレートに最も近い位置から上下方向において該位置と加熱プレートとの間の距離の７０％以内の距離に位置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子衝撃加熱装置。
【請求項９】
アニール処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、該アニール処理工程を請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電子衝撃加熱装置を用いて行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３８６５３（Ｐ２０１１−１３８６５３Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９６７６２（Ｐ２００９−２９６７６２）
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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