(57)【要約】  半導体アニール装置は、チャンバと、前記チャンバの内側に設けられたチューブと、前記チューブの内側に進退可能に設けられたウエハボートと、前記ウエハボートが前記チューブの外に退出したときに前記ウエハボートが位置するローディングエリアと、前記チューブの内側に炭化水素ガスを供給する炭化水素供給手段と、前記チューブの内側を加熱する加熱手段と、前記チューブの内側に酸素を供給する酸素供給手段と、を備える。前記チューブおよび前記ウエハボートが、サファイア製、又はＡｌｌ−ＣＶＤで形成したＳｉＣ製である。
2016038664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバの内側に設けられたチューブと、
前記チューブの内側に進退可能に設けられたウエハボートと、
前記ウエハボートが前記チューブの外に退出したときに前記ウエハボートが位置するローディングエリアと、
前記チューブの内側に炭化水素ガスを供給する炭化水素供給手段と、
前記チューブの内側を加熱する加熱手段と、
前記チューブの内側に酸素を供給する酸素供給手段と、
を備え、
前記チューブが、サファイア製、又はＡｌｌ−ＣＶＤで形成したＳｉＣ製であり、
前記ウエハボートが、サファイア製、又はＡｌｌ−ＣＶＤで形成したＳｉＣ製である半導体アニール装置。
【請求項２】
前記ローディングエリアの内側を窒素に置換する窒素導入手段をさらに備える請求項１に記載の半導体アニール装置。
【請求項３】
前記ローディングエリアから前記チューブへ向かう前記ウエハボートの進行方向と交差するように窒素ガスを流す窒素シャワーを備える請求項１に記載の半導体アニール装置。
【請求項４】
前記窒素シャワーは、前記ローディングエリアと前記チューブとの境に設けられた請求項３に記載の半導体アニール装置。
【請求項５】
前記ローディングエリアと接続する配管と、
前記配管に接続した真空ポンプと、
を備える請求項１に記載の半導体アニール装置。
【請求項６】
前記ローディングエリアに設けられ、前記チューブと反対側で前記ウエハボートを支持する台座を備え、
前記台座が石英で形成された請求項１に記載の半導体アニール装置。
【請求項７】
前記ウエハボートを前記チャンバの内側に挿入するとき、前記チャンバの内側の温度を４００℃〜６００℃の範囲内とするように前記加熱手段を制御する請求項１に記載の半導体アニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体アニール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、日本特開２００９−２６０１１５号公報に開示されているように、炭化珪素（ＳｉＣ）ウエハにアニール処理を施す半導体アニール装置が知られている。上記公報にかかる半導体アニール装置は、ＳｉＣウエハ表面へのグラファイト膜の形成、ＳｉＣウエハの高温アニール処理、およびグラファイト膜の除去までを１台の装置で実施することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００９−２６０１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体アニール装置内部には、チューブおよびウエハボートなどの冶具が備えられている。これらの冶具には、アニール処理の温度域に耐えうる十分な耐熱性が求められる。従来は、ＳｉＣウエハのアニールを行う装置に用いる冶具として、例えばＳｉＣなどからなる母材の骨組み上にＣＶＤで高純度のＳｉＣコート膜を付着したものを用いている。ＳｉＣウエハのアニール温度は１５００℃以上の高温であり、シリコンウエハの場合と比較して顕著に高い温度でのアニールが要求される。この高温度域では、母材に含まれる異物材料が半導体アニール装置内部を汚染するという新たな問題が発生する。例えばＳｉＣ母材に重金属が含まれている場合に、この重金属の拡散が生ずることで半導体アニール装置内部が汚染する。この汚染がＳｉＣウエハの品質に悪影響を与える問題があった。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、チャンバ内の汚染を抑制することのできる半導体アニール装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる半導体アニール装置は、チャンバと、前記チャンバの内側に設けられたチューブと、前記チューブの内側に進退可能に設けられたウエハボートと、前記ウエハボートが前記チューブの外に退出したときに前記ウエハボートが位置するローディングエリアと、前記チューブの内側に炭化水素ガスを供給する炭化水素供給手段と、前記チューブの内側を加熱する加熱手段と、前記チューブの内側に酸素を供給する酸素供給手段と、を備える。前記チューブが、サファイア製、又はＡｌｌ−ＣＶＤで形成したＳｉＣ製であり、前記ウエハボートが、サファイア製、又はＡｌｌ−ＣＶＤで形成したＳｉＣ製である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高温域でも汚染防止可能となるようにチューブおよびウエハボートを構成したので、チャンバ内の汚染を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】カーボン保護膜を表面に形成したＳｉＣウエハを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる半導体アニール装置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる半導体アニール装置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる半導体アニール装置が備えるガス系統を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる半導体アニール方法の工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、基板１５上に成長した炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル層１４にＰ型注入層１１、１２を形成し、表面をカーボン保護膜１３でキャップしたＳｉＣウエハ１０を示す。炭化珪素は不純物の拡散係数が小さいことが知られており、すなわちＳｉＣウエハは一般にドーパント種が拡散しにくい。よって、ＳｉＣウエハ１０に注入プロセスを実施した後、注入種の活性化のため１５００℃以上でのアニール処理が必要となる。つまり図１のＰ型注入層１１、１２を活性化させるために熱処理が必要である。
【００１０】
ＳｉＣエピタキシャル層１４の表面が剥き出しの状態で１５００℃以上の熱処理を実施すると、Ｐ型のドーパント種がアウトディフューズし電気特性を劣化させてしまう。このため、アニール前に、グラファイトからなるカーボン保護膜１３でＳｉＣエピタキシャル層１４の表面をキャップすることが好ましい。グラファイトからなるカーボン保護膜１３は１５００℃以上の熱処理にも耐えうるからである。
【００１１】
カーボン保護膜１３を形成する方法は、プラズマによる膜形成、あるいは減圧ＣＶＤによる膜形成などが挙げられる。１５００℃以上の高温状態でアニールを実施するには、保護膜であるカーボン保護膜１３にストレスがかからないように、ＳｉＣウエハ１０の表裏の両方に膜を形成する減圧ＣＶＤを用いることが好ましい。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態にかかる半導体アニール装置２０を示す図である。ＳｉＣウエハ１０の表裏にカーボン保護膜１３が形成された後に、１５００℃以上の高温炉にてアニール処理が実施され、その後、酸素プラズマ雰囲気でカーボン保護膜１３が除去される。半導体アニール装置２０はこれらの一連の工程を１台の装置にて実施することができる。よって、工程数の削減、生産性の向上、工程間の環境系異物を低減することによる品質向上が可能である。
【００１３】
半導体アニール装置２０は、巻込酸化を抑止するのに好適な、縦型減圧仕様である。半導体アニール装置２０は、気密性を有する搬送室であるローディングエリア２１と、ローディングエリア２１の上方に設けられたチャンバ２２とを備えている。半導体アニール装置２０は、チャンバ２２と連通するトラップ２３と、トラップ２３と連通するバルブ群２４と、バルブ群２４と連通するダストトラップ２４４と、ダストトラップ２４４に連通するポンプ２５と、ポンプ２５から分岐する排気配管２６と、を備えている。半導体アニール装置２０は、ローディングエリア２１の外側に突出した窒素導入口２７と、窒素導入口２７と連通するサイドフィルタ２０９と、サイドフィルタ２０９を通過した窒素を整流する整流板２１０と、ローディングエリア２１とチャンバ２２の境において水平方向に窒素を流す窒素シャワー２１１と、を備えている。半導体アニール装置２０は、ガス系統２１２と、大気圧復帰バルブ２１３と、チャンバ内に設けられたチューブ２１４と、チューブ２１４の内側に進退可能なウエハボート２１５と、ウエハボート２１５が載せられる石英製の台座２１６と、チューブ２１４の外側に配置されたヒータ２１７を備えている。図２ではチューブ２１４の断面を図示しているが、実際にはチューブ２１４は管状あるいは筒状でありその内部空間にウエハボート２１５を収納することができる。チューブ２１４は必ずしも円筒状でなくともよく、楕円状あるいは角筒状などでもよく、その断面形状は問わない。チャンバ２２内は配管を介してトラップ２３と連通している。トラップ２３、バルブ群２４、ダストトラップ２４４、およびポンプ２５がこの順に連通している。ポンプ２５は配管を介してローディングエリア２１に連通している。大気圧復帰バルブ２１３は、排気配管２６と、バルブ群２４の上流側とを選択的に連通させる。なお、半導体アニール装置２０は、局所排気管２１８を備えている。ローディングエリア２１とチャンバ２２との境界部には、局所排気管２１８の一端が設けられている。局所排気管２１８の他端は、半導体アニール装置２０の外部まで伸びている。本実施形態では、局所排気管２１８の一端は、窒素シャワー２１１の対向側に位置している。
【００１４】
図３は、半導体アニール装置２０のバックドア２８を図示している。バックドア２８は、図２の紙面裏側を向く半導体アニール装置２０の表面に設けられた部分である。バックドア２８には、排気口２９、吸気口２８１および取込口２８２が設けられている。
【００１５】
半導体アニール装置２０を使用する際には、まずローディングエリア２１内にＳｉＣウエハ１０を搬送し、ローディングエリア２１内のウエハボート２１５へ移載する。その後、ウエハボート２１５をチャンバ２２内へ挿入する。ウエハボート２１５へＳｉＣウエハ１０を設置する作業は、「チャージ」とも呼ばれる。ＳｉＣウエハ１０を設置したウエハボート２１５をチャンバ２２内へ挿入する作業は、「ロード」とも呼ばれる。
【００１６】
排気側の構造を説明すると、トラップ２３で排ガスが冷却されて生成物が除去され、ポンプ２５を経て排気配管２６から排気が行われる。バルブ群２４は、大気圧から減圧への真空引きに用いられる。バルブ群２４は、メインバルブ（ＭＶ）２４１、サブバルブ（ＳＶ）２４２、およびサブサブバルブ（ＳＳＶ）２４３を含んでいる。ＭＶ２４１に加えて、ＳＶ２４２およびＳＳＶ２４３を設けることで、異物発塵防止のためにゆっくりと真空引きを行うことができる。チューブ２１４の内側にウエハボート２１５が挿入され、真空引きを実施した後にガス系統２１２を介してガスが導入され、グラファイト膜であるカーボン保護膜１３の形成、アニール、およびカーボン保護膜１３の除去処理がこの順番で実施される。１０００℃までは減圧処理が可能となるよう、半導体アニール装置２０の下側の出入口から、製品処理を担うチャンバ２２周辺の領域まで、十分に大きな距離が設けられている。図示しない遮熱板により出入口周りの温度が低下させられることで、シール性が保持されている。半導体アニール装置２０は、後述する図４に示すガス系統２１２を備えている。エタノールは気化器３２を経由してガス化させる。
【００１７】
ローディングエリア２１は密閉型の搬送室として構成されており、ローディングエリア２１の内部を窒素置換できるようになっている。これはウエハボート２１５をチューブ２１４に挿入するときの巻込酸化を抑止するためである。
【００１８】
チューブ２１４およびウエハボート２１５は、Ａｌｌ−ＣＶＤで形成したＳｉＣ製のものを用いる。これにより、１５００℃以上の高温下での耐熱性が確保され、カーボン保護膜１３を除去する時にダメージを受けなくとも済む。「Ａｌｌ−ＣＶＤ」によれば、カーボン母材の表面にＣＶＤによりＳｉＣ膜を形成し、このＳｉＣコート膜を形成する段階でカーボン母材が同時に燃焼して消失することで、ＳｉＣのＣＶＤ膜のみからなる構造体を得ることができる。
【００１９】
仮に、チューブ２１４およびウエハボート２１５を石英で構成すると、１４００℃以上では耐熱性が不十分である。また、チューブ２１４およびウエハボート２１５をカーボン製とすると、アニール処理後のカーボン保護膜１３の除去にてカーボン治具そのものをエッチングしてしまう。
【００２０】
本実施形態では、チューブ２１４およびウエハボート２１５に石英あるいはカーボンが用いられていないので、これらの問題を回避することができる。すなわちチューブ２１４およびウエハボート２１５は、Ａｌｌ−ＣＶＤを用いて形成された純度の高いＳｉＣ膜のみで形成されている。よって、１４００℃以上の高温領域でも汚染が防止される。但し、本発明はこれに限られず、チューブ２１４およびウエハボート２１５を、サファイアからなるものとしてもよい。また、チューブ２１４およびウエハボート２１５は互いに異なる材料としてもよく、チューブ２１４およびウエハボート２１５のうち一方をサファイア製のものとし他方をＡｌｌ−ＣＶＤで形成したＳｉＣ製のものとしてもよい。これにより、高温下での耐熱およびグラファイト除去時のダメージがない状態となる。
【００２１】
チューブ２１４の内側へウエハボート２１５を挿入していく最中は、チャンバ２２内へ大気が入りこみ酸化が起こる可能性が高い。ＳｉＣウエハ１０の界面に巻込酸化による酸化膜が混入すると不具合が生じる。具体的には、活性化アニール工程にてＳｉＣウエハ１０上にカーボン保護膜１３を形成する際、巻込酸化による酸化膜が介在すると、その後の１５００℃以上のアニールにて酸化膜（ＳｉＯ膜）が溶け、カーボン保護膜１３が剥がれてしまうことになる。
【００２２】
半導体製造装置２０では、巻込酸化の発生を防止するために、窒素導入口２７がローディングエリア２１に設けられており、ローディングエリア２１内を窒素に置換することができる。ウエハボート２１５を挿入する前に窒素置換を行うことで、ローディングエリア２１内の大気成分はゼロとなり巻込酸化を抑止することができる。好ましくは６００℃にて窒素置換した後に、ウエハボート２１５をチューブ２１４に挿入する。これにより巻込酸化を抑止することができる。巻込酸化をさらに抑止するためには、ウエハボート２１５の挿入スピードも５００ｍｍ／ｍｉｎ以上の速度とすることで、ウエハボート２１５をチューブ２１４にすばやくロードすることが好ましい。ローディングエリア２１内を窒素へ置換しているので、半導体アニール装置２０外に窒素が流出しないように、バックドア２８などはＯリングにてシールした構造とする。
【００２３】
チューブ２１４の内側にウエハボート２１５をロードした後に真空置換を行い、１０００℃まで昇温する。この温度帯にてガス化したエタノールを導入し、グラファイト膜であるカーボン保護膜１３を成膜する。成膜後はＡｒガスでの大気圧置換を実施し、１５００℃以上の温度でＳｉＣウエハ１０に対するアニール処理を実施する。ＣＶＤ法により１０００℃でカーボン保護膜１３をＳｉＣウエハ１０の表裏に形成するので、例えば１９５０℃程度の高温アニール処理でもカーボン保護膜１３の表面が劣化しない。
【００２４】
アニール処理後、Ａｒ雰囲気にて８５０℃まで温度を低下させる。８５０℃の段階で、ガス系統２１２からの供給ガスを酸素ガスへ切り替える。ＳｉＣウエハ１０、チューブ２１４、ウエハボート２１５に付着したカーボン保護膜１３の除去を行い、８００℃以下の温度にてウエハボート２１５をチューブ２１４から引き抜き、ＳｉＣウエハ１０の取り出しが行われる。
【００２５】
カーボン保護膜１３の除去を実施するため、チューブ２１４の内側下部は石英部材で構成し、ＳＵＳで形成された面が露出しないようにすることが好ましい。もし酸素ガスでの除去の際にＳＵＳ面が露出していると、その箇所よりサビが発生し、チューブ２１４の内側が汚染されるからである。この汚染を避けるために、例えば、ウエハボート２１５下部に、ウエハボートローテーション機構を配置しないことが望ましい。ウエハボートローテーション機構はウエハ面内における成膜の均一性を改善するための機構であり、そのシーリングは例えば磁器シールで行われる。
【００２６】
なお、堆積のみを繰り返す半導体アニール装置では、膜厚値の再現性が悪化するため例えば１５バッチ毎にクリーニング作業を実施する必要がある。これに対し、半導体アニール装置２０では、カーボン保護膜１３の形成と除去を交互に行うので、堆積のみを行う場合のメンテナンス時間を要することなくカーボン保護膜１３の膜厚安定性向上をはかることができる。さらに、３つの工程を連続処理化することで、昇降温の回数を６回から２回に減らすことができ、ＳｉＣウエハ１０への熱ストレスを緩和させることができる。
【００２７】
活性化アニール工程での保護用の膜であるカーボン保護膜１３の形成と高温アニール処理および、その後のカーボン保護膜１３の除去までを、１台の装置にて実施することで、工程数削減、生産性向上、および工程間の環境系異物低減による品質向上が見込まれる。
【００２８】
半導体アニール装置２０は、窒素シャワー２１１を備えている。窒素シャワー２１１は、ウエハボート２１５のロード中にその進行方向と交差するように側方から窒素を当てることができる。窒素シャワー２１１はウエハボート２１５に並べられた複数のＳｉＣウエハ１０に横方向から窒素を当てることができるので、複数のＳｉＣウエハ１０の間の隙間を通って窒素ガスが流れる。これにより、ウエハボート２１５に配置した複数のＳｉＣウエハ１０の間の大気成分がチューブ２１４の内側へ混入するのを抑制できる。また、それぞれのＳｉＣウエハ１０の表面に付着した表面異物を除去することもできる。ただし、本発明はこれに限られず、任意の角度、位置に窒素シャワー２１１を配置しても良い。
【００２９】
成膜処理を完了した後に、ローディングエリア２１内を窒素置換後の状況のまま維持することは、安全上好ましくない。そこで、ローディングエリア２１背面のバックドア２８に設けた取込口２８２などから大気を取り込み、サイドフィルタ２０９および整流板２１０を介してローディングエリア２１に大気を送り込み、大気置換を可能とすることが好ましい。
【００３０】
また、ＳｉＣウエハ１０表面には水分が吸着している可能性があり、この水分がチューブ２１４の内側へウエハボート２１５を挿入した時に蒸発することでＳｉＣウエハ１０の表面が酸化される懸念がある。そこで、本実施形態では、好ましい形態として、ローディングエリア２１内を真空置換できるように、ローディングエリア２１からポンプ２５への配管２５１を設けている。
【００３１】
さらに巻込酸化の抑止として、チューブ２１４の内側の残留酸素も懸念されることから、ウエハボート２１５の挿入を実施する際に、ガス系統２１２の窒素配管２３４から２０ｓｌｍ以上の流量で窒素を導入しつつウエハボート２１５を挿入することが好ましい。これにより、チューブ２１４の内側に酸素が残留することを抑止し、ウエハボート２１５の挿入中の巻込酸化を確実に抑止できる。
【００３２】
図４は、半導体アニール装置２０が備えるガス系統２１２の概要図である。以下、半導体アニール装置２０の堆積レートを安定化させるためのガス系統２１２の構造に関して説明する。ガス系統２１２は、エタノールタンク３１と、気化器３２と、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）３３、３４、３５、３６と、窒素配管２３４と、キャリアガス配管２３５と、酸素配管２３６とを備える。エタノールタンク３１は、カーボン保護膜１３を形成する元となるエタノール液を貯留している。気化器３２は、エタノールタンク３１と連通し、液体状のエタノールを気化させることができる。ＭＦＣ３３は、気化器３２と連通し、気化器３２からの気化ガスの流量制御を行う。窒素ガス配管２３４は、巻込酸化を抑止するための窒素ガスを供給できる。キャリアガス配管２３５は、気化されたエタノールを送り込むためのキャリアガスを供給できる。本実施の形態ではこのキャリアガスはＡｒである。エタノールタンク３１内の液体状のエタノールを液体のまま気化器３２へ送り込み、気化器３２に窒素ガスを吹き付けて気体にする。この際、気化器３２からチャンバ２２までの配管３２１は、液化防止のため、図示しない温度制御手段を用いて４０±１℃に温度調整を行うことが好ましい。気化したエタノールは、ＭＦＣ３３で流量制御を行う。これにより、チャンバ２２へ導入されるエタノール気化ガスを一定の流量にすることができ、液化防止も行えるので堆積レートの安定化が可能となる。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態にかかる半導体アニール方法の工程を示すフローチャートである。
【００３４】
まず、ステップＳ２で、ウエハボート２１５上にＳｉＣウエハ１０を並べ、チューブ２１４の内側にウエハボート２１５を挿入する（つまりロードする）。チューブ２１４の内側にウエハボート２１５を挿入する時に、ＳｉＣウエハ１０上への巻込酸化膜形成を抑止するように、ローディングエリア２１内に整流板２１０を経由して窒素導入口２７および窒素シャワー２１１から窒素を供給する。これにより、酸素濃度を好ましくは数ｐｐｍオーダーまで下げる。その後、チューブ２１４の内側へウエハボート２１５を挿入する。これにより、ＳｉＣウエハ１０表面上への巻込酸化を抑止することができる。
【００３５】
チューブ２１４の内側へウエハボート２１５を挿入するときのチューブ２１４の内側の温度は、４００℃〜６００℃が好ましい。最低温度を４００℃に設定した理由は、４００℃以下ではカーボン保護膜１３が剥がれることが懸念されるからである。最高温度を６００℃に設定した理由は、６００℃以上では、ＳｉＣウエハ１０に急激な熱ストレスがかかり、熱割れを起こす危険性があるためである。
【００３６】
次に、ステップＳ１０で、カーボン保護膜１３の形成が行われる。チューブ２１４の内側にウエハボート２１５を挿入した後は、ポンプ２５により、メインバルブ（ＭＶ）２４を開いて、チューブ２１４の内側を減圧に引く。その後、好ましくは１０００℃付近までチューブ２１４の内側の温度を上昇し、エタノールを気化させたガスを導入する。図４のガス系統２１２において、液体エタノールを気化器３２により気化させ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）３３により流量制御を行いチューブ２１４の内側へ導入することで、グラファイト膜であるカーボン保護膜１３を形成することができる。この時点で、図１に示すような、カーボン保護膜１３でキャップされたＳｉＣウエハ１０が完成する。
【００３７】
本実施の形態では、好ましい形態として、ウエハボート２１５のロード後に真空置換を行って９００℃〜１０００℃まで昇温する。この温度帯にてガス化したエタノールを導入し、カーボン保護膜１３を形成する。温度範囲を９００℃〜１０００℃に設定した理由は、この温度域であればＳｉＣウエハ１０の面内における膜厚の均一性を８％以内とすることができるからである。前述したＳＵＳ面露出回避による汚染防止のためにウエハボートローテーション機構を配置しないようにした場合には、膜厚均一性を確保するために、この温度域設定が好ましく適用される。
【００３８】
１０００℃付近でカーボン保護膜１３を形成した後は、キャリアガス配管２３５からＡｒガスを導入することでＡｒガスへの置換を行い、１０分以上のパージを実施し、Ａｒガスにより大気圧雰囲気状態とする。
【００３９】
その後、ステップＳ２０に進みアニール処理が行われる。１０００℃のＡｒ大気圧雰囲気の状態から、１００℃／ｍｉｎ程度の昇温レートにてチューブ２１４の内側の温度をさらに上昇させる。これにより１５００℃以上、好ましくは１６００℃以上まで温度を到達させ、アニール処理を実施する。
【００４０】
次に、ステップＳ３０で、カーボン保護膜１３を除去する。ステップＳ３０の詳細な内容を説明すると、まず、ステップＳ２０のアニール処理完了後、好ましくは９００℃〜８５０℃までチューブ２１４の内側の温度を低下させる。温度を低下させた後、再びチューブ２１４の内側を減圧に真空引きし、カーボン保護膜１３を除去するための作業に入る。キャリアガス配管２３５からのＡｒガス供給を、酸素ガス配管２３６からの酸素ガス供給へと切り替えて、チューブ２１４の内側に酸素ガスを導入する。これにより、ＳｉＣウエハ１０上に成膜されたカーボン保護膜１３が酸素と反応して除去される。また同時に、チューブ２１４およびウエハボート２１５に付着していたカーボン保護膜１３も同時に除去することが可能となる。
【００４１】
次に、ステップＳ４０で、ウエハボート２１５の引き抜き（アンロード）が行われる。カーボン保護膜１３の除去後は、好ましくは８００℃以下まで温度を下げて、窒素ガスにてチューブ２１４の内側を大気圧に復帰させる。その後、ウエハボート２１５をチューブ２１４から引き抜き（つまりアンロードし）、ＳｉＣウエハ１０を取り出す。ＳｉＣウエハ１０取り出し時はＳｉＣウエハ１０上の酸化を懸念する必要がないため、窒素置換せずに大気雰囲気にてＳｉＣウエハ１０を取り出してもよい。
【００４２】
なお、本実施の形態にかかる半導体アニール装置２０の第１の技術的特徴として、高温アニールによる汚染を防ぐために、チューブ２１４およびウエハボート２１５をＡｌｌ−ＣＶＤで形成したＳｉＣ製としている。また、本実施の形態にかかる半導体アニール装置２０の第２の技術的特徴として、巻込酸化防止用に、ローディングエリア２１を窒素置換可能な密閉型搬送室としたり、窒素シャワー２１１を設けたりするなどの工夫が施されている。しかしながら、本発明はこのような第１、２の技術的特徴の両方を常に併用しなくともよい。半導体アニール装置２０に第１の技術的特徴のみを利用して高温アニールによる汚染を防ぐこととし、窒素置換用の構成を省略してもよい。あるいは、半導体アニール装置２０に第２の技術的特徴のみを利用して巻込酸化を抑止することとし、チューブ２１４およびウエハボート２１５を他の従来品としても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１０  炭化珪素（ＳｉＣ）ウエハ、１１、１２  Ｐ型注入層、１３  カーボン保護膜（グラファイト膜）、１４  ＳｉＣエピタキシャル層、１５  基板、２０  半導体アニール装置、２１  ローディングエリア、２２  チャンバ、２３  トラップ、２４  バルブ群、２５  ポンプ、２５１  配管、２６  排気配管、２７  窒素導入口、２８  バックドア、２９  排気口、３１  エタノールタンク、３２  気化器、３３〜３６  ＭＦＣ（マスフローコントローラ）、２３４  窒素ガス配管、２３５  キャリアガス配管、２３６  酸素ガス配管、２０９  サイドフィルタ、２１０  整流板、２１１  窒素シャワー、２１２  ガス系統、２１３  大気圧復帰バルブ、２１４  チューブ、２１５  ウエハボート、２１６  台座、２１７  ヒータ、２１８  局所排気管、２４１  メインバルブ、２４２  サブバルブ、２４３  サブサブバルブ、２４４  ダストトラップ、２８１  吸気口、２８２  取込口、３２１  配管
【図１】
2016038664.tif 000003
【図２】
2016038664.tif 000004
【図３】
2016038664.tif 000005
【図４】
2016038664.tif 000006
【図５】
2016038664.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月11日(2016.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバの内側に設けられたチューブと、
前記チューブの内側に進退可能に設けられたウエハボートと、
前記ウエハボートが前記チューブの外に退出したときに前記ウエハボートが位置するローディングエリアと、
前記チューブの内側に炭化水素ガスを供給する炭化水素供給手段と、
前記チューブの内側を加熱する加熱手段と、
前記チューブの内側に酸素を供給する酸素供給手段と、
を備え、
前記チューブが、サファイア製のチューブ、又はＳｉＣのＣＶＤ膜からなるチューブであり、
前記ウエハボートが、サファイア製のボート、又はＳｉＣのＣＶＤ膜からなるボートである半導体アニール装置。
【請求項２】
前記ローディングエリアの内側を窒素に置換する窒素導入手段をさらに備える請求項１に記載の半導体アニール装置。
【請求項３】
前記ローディングエリアから前記チューブへ向かう前記ウエハボートの進行方向と交差するように窒素ガスを流す窒素シャワーを備える請求項１に記載の半導体アニール装置。
【請求項４】
前記窒素シャワーは、前記ローディングエリアと前記チューブとの境に設けられた請求項３に記載の半導体アニール装置。
【請求項５】
前記ローディングエリアと接続する配管と、
前記配管に接続した真空ポンプと、
を備える請求項１に記載の半導体アニール装置。
【請求項６】
前記ローディングエリアに設けられ、前記チューブと反対側で前記ウエハボートを支持する台座を備え、
前記台座が石英で形成された請求項１に記載の半導体アニール装置。
【請求項７】
前記ウエハボートを前記チャンバの内側に挿入するとき、前記チャンバの内側の温度を４００℃〜６００℃の範囲内とするように前記加熱手段を制御する請求項１に記載の半導体アニール装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明にかかる半導体アニール装置は、チャンバと、前記チャンバの内側に設けられたチューブと、前記チューブの内側に進退可能に設けられたウエハボートと、前記ウエハボートが前記チューブの外に退出したときに前記ウエハボートが位置するローディングエリアと、前記チューブの内側に炭化水素ガスを供給する炭化水素供給手段と、前記チューブの内側を加熱する加熱手段と、前記チューブの内側に酸素を供給する酸素供給手段と、を備える。前記チューブが、サファイア製のチューブ、又はＳｉＣのＣＶＤ膜からなるチューブであり、前記ウエハボートが、サファイア製のボート、又はＳｉＣのＣＶＤ膜からなるボートである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
半導体アニール装置２０では、巻込酸化の発生を防止するために、窒素導入口２７がローディングエリア２１に設けられており、ローディングエリア２１内を窒素に置換することができる。ウエハボート２１５を挿入する前に窒素置換を行うことで、ローディングエリア２１内の大気成分はゼロとなり巻込酸化を抑止することができる。好ましくは６００℃にて窒素置換した後に、ウエハボート２１５をチューブ２１４に挿入する。これにより巻込酸化を抑止することができる。巻込酸化をさらに抑止するためには、ウエハボート２１５の挿入スピードも５００ｍｍ／ｍｉｎ以上の速度とすることで、ウエハボート２１５をチューブ２１４にすばやくロードすることが好ましい。ローディングエリア２１内を窒素へ置換しているので、半導体アニール装置２０外に窒素が流出しないように、バックドア２８などはＯリングにてシールした構造とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
さらに巻込酸化の抑止として、チューブ２１４の内側の残留酸素も懸念されることから、ウエハボート２１５の挿入を実施する際に、ガス系統２１２の窒素ガス配管２３４から２０ｓｌｍ以上の流量で窒素を導入しつつウエハボート２１５を挿入することが好ましい。これにより、チューブ２１４の内側に酸素が残留することを抑止し、ウエハボート２１５の挿入中の巻込酸化を確実に抑止できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図４は、半導体アニール装置２０が備えるガス系統２１２の概要図である。以下、半導体アニール装置２０の堆積レートを安定化させるためのガス系統２１２の構造に関して説明する。ガス系統２１２は、エタノールタンク３１と、気化器３２と、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）３３、３４、３５、３６と、窒素ガス配管２３４と、キャリアガス配管２３５と、酸素ガス配管２３６とを備える。エタノールタンク３１は、カーボン保護膜１３を形成する元となるエタノール液を貯留している。気化器３２は、エタノールタンク３１と連通し、液体状のエタノールを気化させることができる。ＭＦＣ３３は、気化器３２と連通し、気化器３２からの気化ガスの流量制御を行う。窒素ガス配管２３４は、巻込酸化を抑止するための窒素ガスを供給できる。キャリアガス配管２３５は、気化されたエタノールを送り込むためのキャリアガスを供給できる。本実施の形態ではこのキャリアガスはＡｒである。エタノールタンク３１内の液体状のエタノールを液体のまま気化器３２へ送り込み、気化器３２に窒素ガスを吹き付けて気体にする。この際、気化器３２からチャンバ２２までの配管３２１は、液化防止のため、図示しない温度制御手段を用いて４０±１℃に温度調整を行うことが好ましい。気化したエタノールは、ＭＦＣ３３で流量制御を行う。これにより、チャンバ２２へ導入されるエタノール気化ガスを一定の流量にすることができ、液化防止も行えるので堆積レートの安定化が可能となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
次に、ステップＳ１０で、カーボン保護膜１３の形成が行われる。チューブ２１４の内側にウエハボート２１５を挿入した後は、ポンプ２５により、メインバルブ（ＭＶ）２４１を開いて、チューブ２１４の内側を減圧に引く。その後、好ましくは１０００℃付近までチューブ２１４の内側の温度を上昇し、エタノールを気化させたガスを導入する。図４のガス系統２１２において、液体エタノールを気化器３２により気化させ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）３３により流量制御を行いチューブ２１４の内側へ導入することで、グラファイト膜であるカーボン保護膜１３を形成することができる。この時点で、図１に示すような、カーボン保護膜１３でキャップされたＳｉＣウエハ１０が完成する。
【国際調査報告】
2016038664.tif 000008
2016038664.tif 000009
2016038664.tif 000010
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