特許 6248684 半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6248684

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20171211BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H02N13/00 D

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-29806(P2014-29806)

(22)【出願日】2014年2月19日

(65)【公開番号】特開2015-154061(P2015-154061A)

(43)【公開日】2015年8月24日

【審査請求日】2016年9月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 聡

(72)【発明者】

【氏名】久保田 良輔

(72)【発明者】

【氏名】木村 錬

【審査官】 儀同 孝信

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２７３０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５１５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２３８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７４０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０９２６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１９６２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００９５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５２３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２３５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１９５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１２０４６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−０６４９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１７７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７７０６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板を準備する準備工程と、
加熱面を有し、前記加熱面内に第１温度分布が形成された加熱ステージ上に前記半導体基板を載置して加熱する第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、前記加熱面における前記半導体基板の中央領域が位置する部分と前記加熱面における前記半導体基板の外周領域が位置する部分との温度差が、前記第２加熱工程において前記静電チャックにおける前記半導体基板の前記中央領域が位置する部分と前記静電チャックにおける前記半導体基板の前記外周領域が位置する部分との温度差以上になるように前記第１温度分布が形成され、
前記第１加熱工程で加熱される前の前記半導体基板は、前記加熱面上に載置された状態で前記外周領域が前記加熱面から離れるように沿った形状を有し、
前記第１加熱工程で加熱された後の前記半導体基板は、前記加熱面上に載置された状態で前記中央領域が前記加熱面から離れるように反った形状を有する、半導体装置の製造方法。

【請求項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主面が前記加熱面側に向いた状態で前記半導体基板が載置される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

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主面が前記加熱面側に向いた状態で前記半導体基板が載置される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記第１加熱工程では、前記加熱面には、前記半導体基板の前記中央領域が位置する前記部分から前記半導体基板の前記外周領域が位置する前記部分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〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１加熱工程では、前記加熱面における前記半導体基板の前記中央領域が位置する前記部分と前記加熱面における前記半導体基板の前記外周領域が位置する前記部分との前記温度差が２０℃以上である、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。

【請求項6】

前記第１加熱工程では、複数の加熱部材を用いて前記加熱面を加熱することにより前記第１温度分布が形成される、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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項10】

前記処理工程後、前記静電チャックにおける前記半導体基板の載置面において前記第２加熱工程における前記載置面の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前記載置面上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。

【請求項11】

前記搬出工程では、前記半導体基板の前記中央領域が位置する部分から前記半導体基板の前記外周領域が位置する部分に向かって低温になる前記第２温度分布が前記載置面に形成される、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−１５２３３５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結晶の面方位に依存して固有の反り量を有するため、上記のような問題がより顕著である。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、加熱面を有し、加熱面内に第１温度分布が形成された加熱ステージ上に半導体基板を載置して加熱する第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、加熱面における半導体基板の中央領域が位置する部分と加熱面における半導体基板の外周領域が位置する部分との温度差が、第２加熱工程において静電チャックにおける半導体基板の中央領域が位置する部分と静電チャックにおける半導体基板の外周領域が位置する部分との温度差以上になるように第１温度分布が形成される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、半導体基板の加熱処理の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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ２０）における加熱面内の温度分布を示すグラフである。

【図5】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平面図である。

【図6】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平面図である。

【図7】実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ２０）を説明するためのさらに他の概略平面図である。

【図8】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。

【図9】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基板の形状を示す他の概略図である。

【図10】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。

【図11】実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ４０）における載置面内の温度分布を示すグラフである。

【図12】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。

【図13】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。

【図14】実施形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ６０）における載置面内の温度分布を示すグラフである。

【図15】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。

【図16】実施形態２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平面図である。

【図17】実施形態２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平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

[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。

【0010】

（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、加熱面２０ａを有し、加熱面内に第１温度分布が形成された加熱ステージ２０上に半導体基板を載置して加熱する第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３０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、加熱面における半導体基板の中央領域１１が位置する部分２１と加熱面における半導体基板の外周領域１２が位置する部分２２との温度差ΔＴ１が、第２加熱工程において静電チャックにおける半導体基板の中央領域が位置する部分３１と静電チャックにおける半導体基板の外周領域が位置する部分３２との温度差ΔＴ２以上になるように第１温度分布が形成される。

【0011】

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３０上に固定して加熱する本加熱工程の前に、予めＳｉＣ基板１０を加熱面２０ａ上で加熱する予備加熱工程が実施される。そして、予備加熱工程では上記温度差ΔＴ１が上記温度差ΔＴ２よりも大きくなるように加熱面２０ａ内に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３０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３０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３０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、静電チャック３０上に載置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。

【0012】

（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。また、上記第１加熱工程（予備加熱工程）では、第２主面が加熱面２０ａ側に向いた状態で半導体基板が載置される。ここで、「第２主面が加熱面側に向いた状態」とは、（０００−１）面からなる第２主面が加熱面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主面が加熱面２０ａ側に向いた状態などが含まれる。

【0013】

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３０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３０の載置面３０ａに沿った状態、または中央領域１１が載置面３０ａと接触して外周領域１２が載置面３０ａ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３０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３０ａ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３０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が加熱面２０ａから離れるように反った形状にＳｉＣ基板１０を予め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。

【0014】

（３）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。また、第１加熱工程では、第１主面が加熱面２０ａ側に向いた状態で半導体基板が載置される。ここで、「第１主面が加熱面側に向いた状態」とは、（０００１）面からなる第１主面が加熱面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主面が加熱面２０ａ側に向いた状態などが含まれる。

【0015】

主面１０ａを静電チャック３０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３０の載置面３０ａに対して沿った状態、または中央領域１１が載置面３０ａから離れて外周領域１２が載置面３０ａ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３０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３０ａ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３０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が加熱面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。

【0016】

（４）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、加熱面２０ａには、半導体基板（ＳｉＣ基板１０）の中央領域１１が位置する中央部分２１から半導体基板の外周領域１２が位置する外周部分２２に向かって高温になる上記第１温度分布が形成される。

【0017】

これにより、中央領域１１が加熱面２０ａから離れるように反った形状になるようＳｉＣ基板１０を変形させることができる。その結果、ＳｉＣ基板１０を静電チャック３０上に載置した際に基板の反りの発生をより効果的に抑制することができる。

【0018】

（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、加熱面２０ａにおける半導体基板（ＳｉＣ基板１０）の中央領域１１が位置する中央部分２１と加熱面２０ａにおける半導体基板の外周領域１２が位置する外周部分２２との上記温度差ΔＴ１が２０℃以上（好ましくは３０℃以上）である。これにより、本加熱工程前にＳｉＣ基板１０の形状を容易に変形させることができる。

【0019】

（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）では、複数の加熱部材（ヒータＨ１，Ｈ２）を用いて加熱面２０ａを加熱することにより上記第１温度分布が形成される。これにより、加熱面２０ａ内に上記第１温度分布を容易に形成することができる。

【0020】

（７）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、加熱面２０ａ上に載置された状態で中央領域１１が加熱面２０ａから離れるように反った形状を有する。これにより、ＳｉＣ基板１０を静電チャック３０上に載置した際に反りの発生をさらに効果的に抑制することができる。

【0021】

（８）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３０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。

【0022】

（９）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３０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。

【0023】

（１０）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。

【0024】

（１１）上記半導体装置の製造方法は、処理工程後、静電チャック３０における半導体基板（ＳｉＣ基板１０）の載置面３０ａにおいて第２加熱工程（本加熱工程）における載置面の温度分布と異なる第２温度分布を形成し、第２温度分布が形成された載置面上で加熱された半導体基板を静電チャック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３０から容易に剥がして搬出することができる。

【0025】

（１２）上記半導体装置の製造方法において、搬出工程では、半導体基板（ＳｉＣ基板１０）の中央領域１１が位置する部分３１から半導体基板の外周領域１２が位置する部分３２に向かって低温になる上記第２温度分布が載置面３０ａに形成される。これにより、ＳｉＣ基板１０をさらに容易に静電チャック３０から剥がして搬出することができる。

【0026】

[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。

【0027】

（実施形態１）
まず、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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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の加熱面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が加熱面２０ａ側に向いた状態でＳｉＣ基板１０が載置される。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。この場合、温度Ｔ１は、加熱ステージ２０において中央部から半径の１／２以内にある領域における温度である。より具体的には、当該中心部から半径の１／４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を用いて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。また加熱面２０ａの面内には、以下に説明する温度分布（第１温度分布）が形成される。

【0031】

図４のグラフは加熱面２０ａにおける温度分布を示し、横軸が加熱面２０ａに沿った位置を示し、縦軸が加熱面２０ａ上の温度を示す。図３および図４を参照して、加熱面２０ａにはＳｉＣ基板１０の中央領域１１が位置する中央部分２１とＳｉＣ基板１０の外周領域１２が位置する外周部分２２との温度差がΔＴ１である温度分布が形成されている。外周部分２２の温度は、加熱ステージ２０において中央部から半径の１／２以内の領域よりも径方向外側に位置す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１／４以内の領域よりも径方向外側に位置する領域における温度でもよい。外周部分２２の温度は、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を用いて測定した温度である。また、外周部分２２の温度は、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。また、加熱ステージ２０の中央部に対して対称な位置にある複数の測定点が設定されてもよい。加熱面２０ａには、中央部分２１から外周部分２２に向かってより高温になる温度分布（下に凸の温度分布）が形成される。温度差ΔＴ１は好ましくは２０℃以上であり、より好ましくは３０℃以上である。

【0032】

図５は、ＳｉＣ基板１０が載置された加熱ステージ２０を加熱面２０ａの上方から見た平面図である。図５中破線に示すヒータＨ１，Ｈ２（加熱部材）は加熱ステージ２０内において同心円状に設置されており、各々の通電量を調整できるよう構成されている。そのため、たとえば外周側のヒータＨ２への通電量を内周側のヒータＨ１への通電量に対して大きくすることにより、図４に示す温度分布を加熱面２０ａに形成することができる。なお図５中では二つのヒータＨ１，Ｈ２が設置される場合について説明したが、加熱部材は複数設置されていればよくその設置数や配置方法は特に限定されない。

【0033】

図６および図７は、図５と同様に加熱ステージ２０を加熱面２０ａの上方から見た平面図である。図６および図７中破線に示す吸着電極２０Ａ，２０Ｂは加熱ステージ２０内に設置されており、当該吸着電極２３，２４に所定の電圧が印加されることで静電吸着力が発生し、ＳｉＣ基板１０が加熱面２０ａ上に吸着保持される。なお吸着電極２３および吸着電極２４は各々異なる極性の電圧が印加される電極である。図６および図７に示すように、本実施形態では加熱ステージ２０の外周部にのみ吸着電極２３，２４が設置されている。そのため、図３中矢印に示すようにＳｉＣ基板１０は外周部においてのみ加熱ステージ２０により吸着保持される。

【0034】

図８を参照して、ＳｉＣ基板１０は上記温度分布が形成された加熱面２０ａ上で所定時間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８に示すように加熱面２０ａに載置された状態で外周領域１２が加熱面２０ａ上に接触し、かつ中央領域１１が加熱面２０ａから離れるように反った形状を有する。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。このように加熱面２０ａに形成された上記温度分布によりＳｉＣ基板１０の主面内においても二次的に温度分布（基板の実温度の分布）が形成される。そして、上記温度分布に基づく基板主面内における熱膨張の程度の差によりＳｉＣ基板１０が上記形状に変形する。このとき、ＳｉＣ基板１０は中央領域１１が加熱面２０ａから離れるように変形するため、加熱面２０ａからの熱輻射の寄与も重要である。なおＳｉＣ基板１０の温度は、たとえば放射温度計（図示しない）などにより測定することができる。また上記予備加熱後の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基板厚みよりも小さいことが好ましい。また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、図９に示すように加熱面２０ａに沿った平坦な形状（反りがない形状）でもよい。

【0035】

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１０を参照して、まず予備加熱後の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３０の載置面３０ａ上に載置される。そして、静電チャック３０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３０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３０ａ上に固定される。

【0036】

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１０を参照して、静電チャック３０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３０ａ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３０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。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。

【0037】

静電チャック３０の温度Ｔ２は２００℃以上６００℃以下（好ましくは２００℃以上５００℃以下）であり、たとえば３００℃である。また温度Ｔ２は、静電チャック３０において中央部から半径の１／２以内にある領域における温度である。より具体的には、当該中央部から半径の１／４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。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。

【0038】

図１１のグラフは載置面３０ａにおける温度分布を示し、横軸が載置面３０ａに沿った位置を示し、縦軸が載置面３０ａ上の温度を示す。載置面３０ａには、ＳｉＣ基板１０の中央領域１１が位置する中央部分３１とＳｉＣ基板１０の外周領域１２が位置する外周部分３２との温度差がΔＴ２である温度分布が形成される。より具体的には、載置面３０ａには、中央部分３１から外周部分３２に向かってより高温になる温度分布（下に凸の温度分布）が形成される。ここで、予備加熱工程（Ｓ２０)における上記温度差ΔＴ１（図４）は、本加熱工程（Ｓ４０)における温度差ΔＴ２以上である。外周部分３２の温度は、中央部から半径の１／２以内の領域よりも径方向外側に位置す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１／４以内の領域よりも径方向外側に位置する領域における温度でもよい。外周部分３２の温度は、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を用いて測定した温度である。また、外周部分３２の温度は、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。また、静電チャック３０の中央部に対して対称な位置にある複数の測定点が設定されてもよい。温度差ΔＴ２は、好ましくは２０℃以下である。なお本加熱工程（Ｓ４０）では、載置面３０ａに上記温度分布が形成されることが好ましいがこれに限定されず、中央部分３１から外周部分３２に向かってより低温になる温度分布（上に凸の温度分布）が形成されてもよいし、温度分布が形成されなくてもよい。

【0039】

次に、工程（Ｓ５０）としてイオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図１２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。

【0040】

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１３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３０の吸着力を低減させる。次に、静電チャック３０内のヒータへの通電量を調整することにより、載置面３０ａにおいて上記本加熱工程（Ｓ４０）およびイオン注入工程（Ｓ５０)における温度分布と異なる温度分布（第２温度分布）が形成される。より具体的には、図１４に示すように中央部分３１から外周部分３２に向かってより低温になる上記温度分布が載置面３０ａに形成される。なお図１４において横軸は載置面３０ａに沿った位置を示し、縦軸は載置面３０ａにおける温度を示す。上記温度分布が形成された載置面３０ａ上で加熱されることにより、ＳｉＣ基板１０は図１３に示すように中央領域１１が載置面３０ａ上に接触し、かつ外周領域１２が載置面３０ａから離れるように沿った形状に変形する。そして、上記形状に変形したＳｉＣ基板１０を載置面３０ａから引き剥がし、その後イオン注入装置（図示しない）から容易に搬出することができる。

【0041】

上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）が完了した後、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。なお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。

【0042】

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。

【0043】

（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。

【0044】

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１５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。

【0045】

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１５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の加熱面２０ａ上に載置されて加熱される。本実施形態では、図１５に示すように主面１０ａが加熱面２０ａ側に向いた状態でＳｉＣ基板１０が加熱面２０ａ上に載置される。

【0046】

加熱面２０ａ内には上記実施形態１と同様の温度分布（図４）が形成される。本実施形態では図４に示すように中央部分２１から外周部分２２に向かって高温になる温度分布（下に凸の温度分布）に限定されず、中央部分２１から外周部分２２に向かって低温になる温度分布（上に凸の温度分布）が形成されてもよい。

【0047】

図１６および図１７は、加熱ステージ２０を加熱面２０ａの上方から見た平面図である。図１６および図１７中破線に示す吸着電極２３，２４は加熱ステージ２０内に設置されており、当該吸着電極２３，２４に所定の電圧が印加されることで静電吸着力が発生する。吸着電極２３および吸着電極２４は各々異なる極性の電圧が印加される電極である。図１６および図１７に示すように、本実施形態では加熱ステージ２０の内周部にのみ吸着電極２３，２４が設置されている。そのため、図１５中矢印に示すようにＳｉＣ基板１０は内周部においてのみ加熱ステージ２０により吸着保持される。

【0048】

次に、上記実施形態１の場合と同様に工程（Ｓ３０）〜（Ｓ６０）が各々実施される。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】

【0049】

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。ウエハ径は１５０ｍｍとした。加熱ステージの温度は２００℃、２５０℃、３００℃および５００℃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。

【0050】

【表1】

【0051】

【表2】

【0052】

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。

【0053】

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。

【産業上の利用可能性】

【0054】

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。

【符号の説明】

【0055】

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
２３，２４ 吸着電極
２０ａ 加熱面
２１，３１ 中央部分
２２，３２ 外周部分
３０ 静電チャック
３０ａ 載置面
Ｈ１，Ｈ２ ヒータ
ΔＴ１，ΔＴ２ 温度差
ｈ１，ｈ２ 長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】