專利名稱：：襯底熱處理設(shè)備和襯底熱處理方法襯底熱處理設(shè)備和襯底熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
如圖4和5所示，襯底支架單元A包括在其最靠上部分處的襯底臺架l、在襯底臺架下方的四個輻射板4、在輻射板4下方的兩個反射板5、以及在最靠下部分處的冷卻板6。[t)018襯底3待布置在襯底臺架1上。襯底臺架1的上表面的中心形成襯底布置部分7(在該處待布置襯底3)。圖4中所示的襯底3將由提升銷8(后面將說明)提升和支承。在襯底支架單元A運動時，當襯底臺架1向上運動超出提升銷8時，襯底3就會轉(zhuǎn)移到襯底布置部分7上并在其上布置，如圖5所示。0019j由具有高輻射率的材料制成的襯底臺架1可以有效地吸收輻射熱、可以有效地發(fā)射所吸收的熱、并可以經(jīng)受住高溫。更具體地，襯底臺架1形成由碳或覆蓋有碳的材料制成的板。形成襯底臺架1的碳的示例可以包括玻璃碳、石墨和熱解碳。覆蓋有碳的材料的示例可以包括通過用一種、兩種、或更多種這種類型的碳覆蓋陶瓷材料而得到的材料。0020為了抑制熱容量并縮短冷卻時間，襯底臺架1優(yōu)選地是較薄的。襯底臺架1的厚度依據(jù)構(gòu)成材料和襯底布置部分7(后面將說明)的凹進量而改變，并且從兼顧強度和減少冷卻時間二者的角度優(yōu)選地是2mm至7mm。如圖1至3中所示，當襯底支架單元A向下運動并且襯底臺架1和加熱單元B的散熱表面2相互分離時，擋板裝置C可以使擋板17前進至襯底臺架1與散熱表面2之間的部分，或使其從襯底臺架1與散熱表面2之間退回。擋板裝置C包括使擋板17前i^/退回的擋板驅(qū)動裝置18。的難熔金屬制成。即使沒有設(shè)置冷卻裝置，優(yōu)選地，擋板17中與襯底3相對的表面也形成反射表面并且擋板17中與村底臺架l相對的表面形成熱吸收表面，以便阻擋來自散熱表面2的熱并且促進襯底臺架1和襯底臺架1上的襯底3的冷卻。升降裝置E包括升降軸12、附裝至升降軸12下端部分的升降臂24、以及與升降臂24可擰緊地接合的滾珠絲杠25，其中升降軸12的上端連接至襯底支架單元A的冷卻面板6。升降裝置E還包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置26和波紋管蓋27，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置26可以向前/向后旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠25，波紋管蓋27覆蓋升降軸12與真空腔D之間的滑動部分以提高真空腔D中的氣密性并且在升降軸12豎直地運動時伸展和收縮。在升降裝置E中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置26向前或向后旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠25以使與滾珠絲杠25可擰緊地接合的升降臂24向上或向下運動。在升降臂24向上/向下運動時，升降軸12就會豎直地滑動，由此使襯底支架單元A豎直地運動。表1示出在該過程后的氮離子注入表面的薄層電阻值，以及使用AFM通過阻尼方法測量的RMS值(測量范圍4jumx4jam)，并且指出表面粗糙度。(比較示例2)與示例1的襯底試樣相同的襯底試樣布置在襯底支架1上，使得氮離子注入表面面朝下(襯底支架單元A的襯底臺架1側(cè))。在加熱單元B的散熱表面2與該試樣的氮離子注入表面之間的間隙設(shè)置成5mm。該襯底試樣通過在與示例1的減壓相同的減壓中加熱1分鐘而進行熱處理。在加熱期間散熱表面2的溫度設(shè)置成1，900'C。[t)063表l示出在該過程后氮離子注入表面的薄層電阻值，以及通過AFM測量的RMS值，并且指出表面粗糙度。[0064(表1)<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>[0065從表1，根據(jù)使用本發(fā)明的襯底熱處理設(shè)備進行熱處理，薄層電阻值和表面粗糙度二者相對于使用傳統(tǒng)普通設(shè)備進行的熱處理得到了改進。在比較示例2中，薄層電阻值增加到高達609Q/口。氮離子注入表面的溫度由此沒有充分地增加。[0066(示例2)通過CVD在4H-SiC(0001)襯底上形成10|Hm厚度的n型SiC外延層。鋁離子在500'C下以多階段方式以2x1018離子/113的劑量注入所得到的襯底中至800nm的深度以形成盒輪廓。以這種方式得到的3英寸SiC襯底被用作村底試樣，并使用根據(jù)本發(fā)明的襯底熱處理設(shè)備(如圖l至5中所示)經(jīng)受熱處理。[0067襯底試樣布置在襯底臺架1上，使得鋁離子注入表面面朝上(加熱單元B的散熱表面2側(cè))。在加熱單元B的散熱表面2與該襯底試樣的氮離子注入表面之間的間隙設(shè)置成5mm。襯底試樣通過在l(T4Pa的減壓氣氛中加熱1分鐘而進行熱處理。在加熱期間散熱表面2的溫度設(shè)置成1,900r。[0068I該過程之后，根據(jù)CV方法估計載流子激活率(carrieractivationratio)。展示出高達85%的理想值。襯底試樣中的激活率的變化非常小至5%或更小。使用AFM通過阻尼方法測量的RMS值(測量范圍4jamx4jam)是0.6nm(小于lnm)。襯底試樣沒有臺階群聚(stepbunching)并且是平坦的。在熱處理過的襯底試樣中沒有觀察到諸如由熱沖擊或滑移所引起的破裂之類的晶體性能的破壞。此時，每個襯底的處理時間是12分鐘，包括布置、加熱、冷卻和取出襯底所需的時間。與使用沒有采用由機器人傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)設(shè)備所得到的吞吐量相比，其吞吐量提高了大約10倍。[0069(示例3)使用如圖1至5所示根據(jù)本發(fā)明的襯底熱處理設(shè)備執(zhí)行熱處理。制造通過離子注入形成且具有如圖7所示截面形狀的p+n結(jié)二極管。[00705jam厚度的外延層通過在具有4°斜角的n+型4H-SiC(0001)襯底上犧牲氧化而形成，并且用氫氟酸進行處理。然后，使用離子注入裝置，用30keV至170keV的注入能量以多階段方式在500'C的注入溫度下注入氮至350nm的深度以得到3x102G/cm3的劑量。以這種方式得到的SiC襯底被用作襯底試樣，并且使用根據(jù)本發(fā)明的襯底熱處理設(shè)備(如圖l至5中所示)而經(jīng)受熱處理。[0071襯底試樣布置在襯底臺架1上，使得離子注入表面面朝上(加熱單元B的散熱表面2側(cè))。在加熱單元B的散熱表面2與該襯底試樣的氮離子注入表面之間的間隙設(shè)置成5mm。襯底試樣通過在10—4Pa的減壓氣氛中加熱1分鐘而進行熱處理。在加熱期間散熱表面2的溫度設(shè)置成1，700。C、1，800'C和1，卯0。C。00721為了評估熱處理過的襯底試樣的表面平坦度，用AFM阻尼模式在4|Limx4pm的測量區(qū)域范圍內(nèi)測量在各上述溫度下熱處理之前和19熱處理之后試樣的RMS值。表2示出測量得到的RMS值。[0073隨后，每個熱處理過的試樣進行犧牲氧化且用氫氟酸清潔以去除表面變質(zhì)層。然后，執(zhí)行二氧化硅的圖案化。通過使用CF4+Ar氣混合物的RIE(反應(yīng)離子刻蝕)裝置，以100nim直徑刻蝕SiC層至llum深度，由此形成臺面結(jié)構(gòu)。[0074隨后，使用真空沉積裝置，分別沉積20nm和100nm的鈦(Ti)和鋁(Al)。將所得到的試樣在900'C下在氬(Ar)氣氣氛中進行熱處理3分鐘，由此形成歐姆電極。[00751為了評估得到的二極管的特性，在室溫下使用"由Keithley制造的4200"測量電流密度-電壓特性。[0076U熱處理溫度1，700。C1，800°C1，900。C熱處理之前RMS值0.31nm0.43腿0.59nmO.ll腿[0077如表2中所示，每個襯底試樣在熱處理之后的表面平坦度展現(xiàn)出幾乎等于RMnm的較小值，甚至在襯底試樣在1，900。C溫度下進行熱處理l分鐘之后。因此，襯底試樣十分平坦。[0078圖8示出，當熱處理溫度是1，700'C、1，800'C和l，卯0。C時p+n二極管的電流密度-電壓特性。[0079當正向電壓是OV至2V時，在1，700'C和1，800X:的熱處理溫度下測量到較大的漏電流密度。在反向電壓區(qū)域中，在1，700。C和1,800"C的熱處理溫度下測量到10_4A量級上的較大的漏電流密度。[0080在l，卯O'C的熱處理溫度下，在反向電壓區(qū)域中幾乎測量不到漏電流密度。即使在正向電壓區(qū)域中，也只是測量到非常小的IO"A量級上的漏電流密度。這可能是因為通過離子注入在pn結(jié)界面中形成的晶體缺陷由于在1，900'C的熱處理溫度下的高溫處理而消失了。[0081根據(jù)本發(fā)明的襯底熱處理設(shè)備以這種方式能夠制造非常好的p+n結(jié)二極管。這種pn結(jié)不但用在pn結(jié)二極管，而且也用在場效應(yīng)晶體管(MOS-FET)、結(jié)型晶體管(J-FET)、MES-FET、以及雙極晶體管(BJT)中。這樣提高了使用這種SiC的電子器件的特20性，導(dǎo)致生產(chǎn)力的較大提高。[0082這樣，根據(jù)本發(fā)明，襯底可以有效地在短時間段內(nèi)均勻地加熱至高溫，并且在短時間段內(nèi)冷卻。襯底由此可以在不損害機械手的情況下被傳輸。甚至在接近2，000。C的超高溫下也可以實現(xiàn)實用的吞吐量。[0083已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)注意，本發(fā)明不限于上述實施例并且在從權(quán)利要求所得到的技術(shù)范圍內(nèi)可以以多種方式進行改變。[0084本發(fā)明不限于上述實施例，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以進行多種改變和修改。因此，為了告知公眾本發(fā)明的范圍，附上以下權(quán)利要求。[0085該申請基于且要求2007年9月3號提交的在先日本專利申請No.2007-227449(其全部內(nèi)容通過參考包含于此)的優(yōu)先斥又。權(quán)利要求1.一種襯底熱處理設(shè)備，所述設(shè)備包括包括襯底臺架的襯底支架單元，襯底布置在所述襯底臺架上，且所述襯底臺架由碳或覆蓋有碳的材料制成，設(shè)置在所述襯底臺架上方的加熱單元，所述加熱單元包括與所述襯底臺架相對的散熱表面，并用來自所述散熱表面的輻射熱與布置在所述襯底臺架上的所述襯底非接觸地加熱所述襯底，腔，所述襯底支架單元和所述加熱單元布置在所述腔中，以及升降裝置，其使所述襯底支架單元和所述加熱單元中至少之一在所述腔中豎直地運動以使所述襯底臺架和所述加熱單元的散熱表面相互接近或相互間隔開，其中所述襯底支架單元包括輻射板，所述輻射板與所述襯底臺架有間隙地布置在所述襯底臺架下方，捕獲從所述襯底臺架的下表面發(fā)射的熱，并朝所述襯底臺架輻射所捕獲的熱，以及反射板，所述反射板與所述輻射板有間隙地布置在所述輻射板下方，并反射從所述輻射板發(fā)射的熱。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的襯底熱處理設(shè)備，其中所述輻射板由碳或覆蓋有碳的材料制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的襯底熱處理設(shè)備，其中所述輻射板包括多個輻射板，并且所述反射板布置在與所述多個輻射板中最靠下的一個輻射板有一定間隙處。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底熱處理設(shè)備，其中所述反射板由難熔金屬制成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底熱處理設(shè)備，還包括冷卻面板，所述冷卻面板與所述反射板有間隙地布置在所述反射板下方并冷卻所述反射板、所述輻射板和所述襯底臺架中至少之一，其中當所述反射板包括多個反射板時，所述冷卻面板布置在與所述多個反射板中最靠下的一個反射板有一定間隙處。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的襯底熱處理設(shè)備，還包括裙部，所述裙部從所述反射板的周邊延伸以圍繞所述冷卻面板，以便抑制從所述冷卻面板的周向側(cè)表面的熱吸收，其中當所述反射板包括多個反射板時，所述裙部從所述多個反射板中最靠下的一個反射板的周邊延伸以圍繞所述冷卻面板。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的襯底熱處理設(shè)備，其中所述腔包括第一室和布置在所述第一室上方且與所述第一室相通的第二室，所述加熱單元布置在所述腔的所述第二室中，使得所述散熱表面面朝下，在所述升降裝置操作時，所述襯底支架單元在所述第一室和所述第二室之間豎直地運動，以及當所述襯底支架單元向上運動到所述第二室時，所述襯底臺架和所述加熱單元的所述散熱表面相互接近，并且所述冷卻面板阻止所述第一室和所述第二室之間相通。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的襯底熱處理設(shè)備，還包括擋板裝置，當所述襯底支架單元向下運動至所述第一室以使所述襯底支架單元的所述襯底臺架與所述加熱單元的所述散熱表面分離時，所述擋板裝置能夠使擋板前進至所述襯底臺架和所述散熱表面之間的部分，并且能夠使所述擋板從所述襯底臺架和所述散熱表面之間退回。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的襯底熱處理設(shè)備，其中當所述擋板前進至所述襯底臺架和所述散熱表面之間的部分時，所述擋板中與所述散反射表面和熱吸收表面。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的襯底熱處理設(shè)備，其中所述擋板裝置包括用于所述擋板的冷卻裝置，以當所述擋板前進至所述襯底臺架和所述散熱表面之間的部分時允許冷卻所述襯底臺架和布置在所述襯底臺架上的所述襯底。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的襯底熱處理設(shè)備，其中支承所述村底的多個銷豎直地立在所述腔的所述第一室中，所述襯底支架單元具有多個通孔，所述多個銷能夠豎直地延伸通過所述多個通孔，以及在所述襯底支架單元從所述第二室向下運動至所述第一室時，所述多個銷從所述襯底臺架通過所述通孔突出并且支承布置在所述村底臺架上的所述襯底。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底熱處理設(shè)備，其中所述襯底臺架具有在其上布置所述襯底的襯底布置部分，并且所述襯底臺架的厚度大于所述襯底布置部分的厚度。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的襯底熱處理設(shè)備，其中所述襯底臺架包括環(huán)形壁，所述環(huán)形壁形成在所述襯底布置部分的周邊部分上且圍繞所述加熱單元的所述散熱表面，當所述襯底臺架和所述加熱單元的所述散熱表面相互接近時，所述環(huán)形壁抑制來自所述散熱表面的輻射熱被釋放到外部。14.一種使用襯底熱處理設(shè)備對襯底進行熱處理的方法，所述設(shè)備包括包括襯底臺架的襯底支架單元，襯底布置在所述襯底臺架上，和設(shè)置在所述襯底臺架上方的加熱單元，所述加熱單元包括與所述襯底臺架相對的散熱表面，并用來自所述散熱表面的輻射熱與布置在所述襯底臺架上的所述襯底非接觸地加熱所述襯底，所述方法包括布置步驟，在所述村底臺架上布置其表面中具有注入?yún)^(qū)域的襯底，使得所述襯底在注入?yún)^(qū)域側(cè)的表面面對所述加熱單元的散熱表面?zhèn)?；熱處理步驟，使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底熱處理設(shè)備對所述襯底進行熱處理。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的對襯底進行熱處理的方法，其中所述冷卻步驟。全文摘要本發(fā)明涉及一種襯底熱處理設(shè)備，在該設(shè)備中，襯底支架單元布置在真空腔中并可豎直地運動，所述襯底支架單元包括由具有高輻射率的碳或覆蓋有碳的材料制成的襯底臺架。包括與襯底臺架相對的散熱表面的加熱單元在真空腔中設(shè)置在襯底臺架上方。襯底臺架運動接近散熱表面以用來自散熱表面的輻射熱與襯底非接觸地加熱襯底。襯底支架單元包括輻射板和反射板。文檔編號H01L21/324GK101569000SQ20088000114公開日2009年10月28日申請日期2008年8月28日優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日發(fā)明者柴垣真果申請人:佳能安內(nèi)華股份有限公司