专利名称：：衬底热处理设备和衬底热处理方法衬底热处理设备和衬底热处理方法
技术领域：
如图4和5所示，衬底支架单元A包括在其最靠上部分处的衬底台架l、在衬底台架下方的四个辐射板4、在辐射板4下方的两个反射板5、以及在最靠下部分处的冷却板6。[t)018衬底3待布置在衬底台架1上。衬底台架1的上表面的中心形成衬底布置部分7(在该处待布置衬底3)。图4中所示的衬底3将由提升销8(后面将说明)提升和支承。在衬底支架单元A运动时，当衬底台架1向上运动超出提升销8时，衬底3就会转移到衬底布置部分7上并在其上布置，如图5所示。0019j由具有高辐射率的材料制成的衬底台架1可以有效地吸收辐射热、可以有效地发射所吸收的热、并可以经受住高温。更具体地，衬底台架1形成由碳或覆盖有碳的材料制成的板。形成衬底台架1的碳的示例可以包括玻璃碳、石墨和热解碳。覆盖有碳的材料的示例可以包括通过用一种、两种、或更多种这种类型的碳覆盖陶瓷材料而得到的材料。0020为了抑制热容量并缩短冷却时间，衬底台架1优选地是较薄的。衬底台架1的厚度依据构成材料和衬底布置部分7(后面将说明)的凹进量而改变，并且从兼顾强度和减少冷却时间二者的角度优选地是2mm至7mm。如图1至3中所示，当衬底支架单元A向下运动并且衬底台架1和加热单元B的散热表面2相互分离时，挡板装置C可以使挡板17前进至衬底台架1与散热表面2之间的部分，或使其从衬底台架1与散热表面2之间退回。挡板装置C包括使挡板17前i^/退回的挡板驱动装置18。的难熔金属制成。即使没有设置冷却装置，优选地，挡板17中与衬底3相对的表面也形成反射表面并且挡板17中与村底台架l相对的表面形成热吸收表面，以便阻挡来自散热表面2的热并且促进衬底台架1和衬底台架1上的衬底3的冷却。升降装置E包括升降轴12、附装至升降轴12下端部分的升降臂24、以及与升降臂24可拧紧地接合的滚珠丝杠25，其中升降轴12的上端连接至衬底支架单元A的冷却面板6。升降装置E还包括旋转驱动装置26和波紋管盖27，旋转驱动装置26可以向前/向后旋转滚珠丝杠25，波紋管盖27覆盖升降轴12与真空腔D之间的滑动部分以提高真空腔D中的气密性并且在升降轴12竖直地运动时伸展和收缩。在升降装置E中，旋转驱动装置26向前或向后旋转滚珠丝杠25以使与滚珠丝杠25可拧紧地接合的升降臂24向上或向下运动。在升降臂24向上/向下运动时，升降轴12就会竖直地滑动，由此使衬底支架单元A竖直地运动。表1示出在该过程后的氮离子注入表面的薄层电阻值，以及使用AFM通过阻尼方法测量的RMS值(测量范围4jumx4jam)，并且指出表面粗糙度。(比较示例2)与示例1的衬底试样相同的衬底试样布置在衬底支架1上，使得氮离子注入表面面朝下(衬底支架单元A的衬底台架1侧)。在加热单元B的散热表面2与该试样的氮离子注入表面之间的间隙设置成5mm。该衬底试样通过在与示例1的减压相同的减压中加热1分钟而进行热处理。在加热期间散热表面2的温度设置成1，900'C。[t)063表l示出在该过程后氮离子注入表面的薄层电阻值，以及通过AFM测量的RMS值，并且指出表面粗糙度。[0064(表1)<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>[0065从表1，根据使用本发明的衬底热处理设备进行热处理，薄层电阻值和表面粗糙度二者相对于使用传统普通设备进行的热处理得到了改进。在比较示例2中，薄层电阻值增加到高达609Q/口。氮离子注入表面的温度由此没有充分地增加。[0066(示例2)通过CVD在4H-SiC(0001)衬底上形成10|Hm厚度的n型SiC外延层。铝离子在500'C下以多阶段方式以2x1018离子/113的剂量注入所得到的衬底中至800nm的深度以形成盒轮廓。以这种方式得到的3英寸SiC衬底被用作村底试样，并使用根据本发明的衬底热处理设备(如图l至5中所示)经受热处理。[0067衬底试样布置在衬底台架1上，使得铝离子注入表面面朝上(加热单元B的散热表面2侧)。在加热单元B的散热表面2与该衬底试样的氮离子注入表面之间的间隙设置成5mm。衬底试样通过在l(T4Pa的减压气氛中加热1分钟而进行热处理。在加热期间散热表面2的温度设置成1,900r。[0068I该过程之后，根据CV方法估计载流子激活率(carrieractivationratio)。展示出高达85%的理想值。衬底试样中的激活率的变化非常小至5%或更小。使用AFM通过阻尼方法测量的RMS值(测量范围4jamx4jam)是0.6nm(小于lnm)。衬底试样没有台阶群聚(stepbunching)并且是平坦的。在热处理过的衬底试样中没有观察到诸如由热沖击或滑移所引起的破裂之类的晶体性能的破坏。此时，每个衬底的处理时间是12分钟，包括布置、加热、冷却和取出衬底所需的时间。与使用没有采用由机器人传输的传统设备所得到的吞吐量相比，其吞吐量提高了大约10倍。[0069(示例3)使用如图1至5所示根据本发明的衬底热处理设备执行热处理。制造通过离子注入形成且具有如图7所示截面形状的p+n结二极管。[00705jam厚度的外延层通过在具有4°斜角的n+型4H-SiC(0001)衬底上牺牲氧化而形成，并且用氢氟酸进行处理。然后，使用离子注入装置，用30keV至170keV的注入能量以多阶段方式在500'C的注入温度下注入氮至350nm的深度以得到3x102G/cm3的剂量。以这种方式得到的SiC衬底被用作衬底试样，并且使用根据本发明的衬底热处理设备(如图l至5中所示)而经受热处理。[0071衬底试样布置在衬底台架1上，使得离子注入表面面朝上(加热单元B的散热表面2侧)。在加热单元B的散热表面2与该衬底试样的氮离子注入表面之间的间隙设置成5mm。衬底试样通过在10—4Pa的减压气氛中加热1分钟而进行热处理。在加热期间散热表面2的温度设置成1，700。C、1，800'C和1，卯0。C。00721为了评估热处理过的衬底试样的表面平坦度，用AFM阻尼模式在4|Limx4pm的测量区域范围内测量在各上述温度下热处理之前和19热处理之后试样的RMS值。表2示出测量得到的RMS值。[0073随后，每个热处理过的试样进行牺牲氧化且用氢氟酸清洁以去除表面变质层。然后，执行二氧化硅的图案化。通过使用CF4+Ar气混合物的RIE(反应离子刻蚀)装置，以100nim直径刻蚀SiC层至llum深度，由此形成台面结构。[0074随后，使用真空沉积装置，分别沉积20nm和100nm的钛(Ti)和铝(Al)。将所得到的试样在900'C下在氩(Ar)气气氛中进行热处理3分钟，由此形成欧姆电极。[00751为了评估得到的二极管的特性，在室温下使用"由Keithley制造的4200"测量电流密度-电压特性。[0076U热处理温度1，700。C1，800°C1，900。C热处理之前RMS值0.31nm0.43腿0.59nmO.ll腿[0077如表2中所示，每个衬底试样在热处理之后的表面平坦度展现出几乎等于RMnm的较小值，甚至在衬底试样在1，900。C温度下进行热处理l分钟之后。因此，衬底试样十分平坦。[0078图8示出，当热处理温度是1，700'C、1，800'C和l，卯0。C时p+n二极管的电流密度-电压特性。[0079当正向电压是OV至2V时，在1，700'C和1，800X:的热处理温度下测量到较大的漏电流密度。在反向电压区域中，在1，700。C和1,800"C的热处理温度下测量到10_4A量级上的较大的漏电流密度。[0080在l，卯O'C的热处理温度下，在反向电压区域中几乎测量不到漏电流密度。即使在正向电压区域中，也只是测量到非常小的IO"A量级上的漏电流密度。这可能是因为通过离子注入在pn结界面中形成的晶体缺陷由于在1，900'C的热处理温度下的高温处理而消失了。[0081根据本发明的衬底热处理设备以这种方式能够制造非常好的p+n结二极管。这种pn结不但用在pn结二极管，而且也用在场效应晶体管(MOS-FET)、结型晶体管(J-FET)、MES-FET、以及双极晶体管(BJT)中。这样提高了使用这种SiC的电子器件的特20性，导致生产力的较大提高。[0082这样，根据本发明，衬底可以有效地在短时间段内均匀地加热至高温，并且在短时间段内冷却。衬底由此可以在不损害机械手的情况下被传输。甚至在接近2，000。C的超高温下也可以实现实用的吞吐量。[0083已经参照本发明的优选实施例。应注意，本发明不限于上述实施例并且在从权利要求所得到的技术范围内可以以多种方式进行改变。[0084本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以进行多种改变和修改。因此，为了告知公众本发明的范围，附上以下权利要求。[0085该申请基于且要求2007年9月3号提交的在先日本专利申请No.2007-227449(其全部内容通过参考包含于此)的优先斥又。权利要求1.一种衬底热处理设备，所述设备包括包括衬底台架的衬底支架单元，衬底布置在所述衬底台架上，且所述衬底台架由碳或覆盖有碳的材料制成，设置在所述衬底台架上方的加热单元，所述加热单元包括与所述衬底台架相对的散热表面，并用来自所述散热表面的辐射热与布置在所述衬底台架上的所述衬底非接触地加热所述衬底，腔，所述衬底支架单元和所述加热单元布置在所述腔中，以及升降装置，其使所述衬底支架单元和所述加热单元中至少之一在所述腔中竖直地运动以使所述衬底台架和所述加热单元的散热表面相互接近或相互间隔开，其中所述衬底支架单元包括辐射板，所述辐射板与所述衬底台架有间隙地布置在所述衬底台架下方，捕获从所述衬底台架的下表面发射的热，并朝所述衬底台架辐射所捕获的热，以及反射板，所述反射板与所述辐射板有间隙地布置在所述辐射板下方，并反射从所述辐射板发射的热。2.根据权利要求l所述的衬底热处理设备，其中所述辐射板由碳或覆盖有碳的材料制成。3.根据权利要求1或2所述的衬底热处理设备，其中所述辐射板包括多个辐射板，并且所述反射板布置在与所述多个辐射板中最靠下的一个辐射板有一定间隙处。4.根据权利要求1所述的衬底热处理设备，其中所述反射板由难熔金属制成。5.根据权利要求1所述的衬底热处理设备，还包括冷却面板，所述冷却面板与所述反射板有间隙地布置在所述反射板下方并冷却所述反射板、所述辐射板和所述衬底台架中至少之一，其中当所述反射板包括多个反射板时，所述冷却面板布置在与所述多个反射板中最靠下的一个反射板有一定间隙处。6.根据权利要求5所述的衬底热处理设备，还包括裙部，所述裙部从所述反射板的周边延伸以围绕所述冷却面板，以便抑制从所述冷却面板的周向侧表面的热吸收，其中当所述反射板包括多个反射板时，所述裙部从所述多个反射板中最靠下的一个反射板的周边延伸以围绕所述冷却面板。7.根据权利要求5所述的衬底热处理设备，其中所述腔包括第一室和布置在所述第一室上方且与所述第一室相通的第二室，所述加热单元布置在所述腔的所述第二室中，使得所述散热表面面朝下，在所述升降装置操作时，所述衬底支架单元在所述第一室和所述第二室之间竖直地运动，以及当所述衬底支架单元向上运动到所述第二室时，所述衬底台架和所述加热单元的所述散热表面相互接近，并且所述冷却面板阻止所述第一室和所述第二室之间相通。8.根据权利要求7所述的衬底热处理设备，还包括挡板装置，当所述衬底支架单元向下运动至所述第一室以使所述衬底支架单元的所述衬底台架与所述加热单元的所述散热表面分离时，所述挡板装置能够使挡板前进至所述衬底台架和所述散热表面之间的部分，并且能够使所述挡板从所述衬底台架和所述散热表面之间退回。9.根据权利要求8所述的衬底热处理设备，其中当所述挡板前进至所述衬底台架和所述散热表面之间的部分时，所述挡板中与所述散反射表面和热吸收表面。10.根据权利要求8所述的衬底热处理设备，其中所述挡板装置包括用于所述挡板的冷却装置，以当所述挡板前进至所述衬底台架和所述散热表面之间的部分时允许冷却所述衬底台架和布置在所述衬底台架上的所述衬底。11.根据权利要求7所述的衬底热处理设备，其中支承所述村底的多个销竖直地立在所述腔的所述第一室中，所述衬底支架单元具有多个通孔，所述多个销能够竖直地延伸通过所述多个通孔，以及在所述衬底支架单元从所述第二室向下运动至所述第一室时，所述多个销从所述衬底台架通过所述通孔突出并且支承布置在所述村底台架上的所述衬底。12.根据权利要求1所述的衬底热处理设备，其中所述衬底台架具有在其上布置所述衬底的衬底布置部分，并且所述衬底台架的厚度大于所述衬底布置部分的厚度。13.根据权利要求12所述的衬底热处理设备，其中所述衬底台架包括环形壁，所述环形壁形成在所述衬底布置部分的周边部分上且围绕所述加热单元的所述散热表面，当所述衬底台架和所述加热单元的所述散热表面相互接近时，所述环形壁抑制来自所述散热表面的辐射热被释放到外部。14.一种使用衬底热处理设备对衬底进行热处理的方法，所述设备包括包括衬底台架的衬底支架单元，衬底布置在所述衬底台架上，和设置在所述衬底台架上方的加热单元，所述加热单元包括与所述衬底台架相对的散热表面，并用来自所述散热表面的辐射热与布置在所述衬底台架上的所述衬底非接触地加热所述衬底，所述方法包括布置步骤，在所述村底台架上布置其表面中具有注入区域的衬底，使得所述衬底在注入区域侧的表面面对所述加热单元的散热表面侧；热处理步骤，使用根据权利要求1所述的衬底热处理设备对所述衬底进行热处理。15.根据权利要求14所述的对衬底进行热处理的方法，其中所述冷却步骤。全文摘要本发明涉及一种衬底热处理设备，在该设备中，衬底支架单元布置在真空腔中并可竖直地运动，所述衬底支架单元包括由具有高辐射率的碳或覆盖有碳的材料制成的衬底台架。包括与衬底台架相对的散热表面的加热单元在真空腔中设置在衬底台架上方。衬底台架运动接近散热表面以用来自散热表面的辐射热与衬底非接触地加热衬底。衬底支架单元包括辐射板和反射板。文档编号H01L21/324GK101569000SQ20088000114公开日2009年10月28日申请日期2008年8月28日优先权日2007年9月3日发明者柴垣真果申请人:佳能安内华股份有限公司