專利名稱：埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法和制作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法和制作裝置。
不過，現(xiàn)在還沒有形成帶有單晶碳化硅和SOI襯底特性的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法。
關(guān)于在硅襯底上形成單晶碳化硅薄膜的方法，例如，可以在硅襯底上進行等離子體型氣相之類的反應(yīng)，可以把這樣的技術(shù)用于SOI襯底，這樣在SOI襯底上形成單晶碳化硅薄膜。另外，現(xiàn)在SOI襯底中的表面硅層薄膜厚度超過50nm。
根據(jù)在SOI襯底上形成單晶碳化硅薄膜的方法(其中，在單晶碳化硅薄膜和埋置絕緣體之間設(shè)置有硅層)來制作半導(dǎo)體襯底存在一個問題。這個問題是，當(dāng)進行熱處理時，在單晶碳化硅薄膜和埋置絕緣體之間設(shè)置的硅層擴散到襯底表面上的單晶碳化硅薄膜中，從而使其物理特性惡化。另外，沒有得到在埋置絕緣體上形成碳化硅的所需結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)由等離子體型氣相反應(yīng)在SOI襯底上形成單晶碳化硅薄膜的方法進行的薄膜形成工藝必需在高真空中完成，因此需要有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制作裝置。其中的問題是，由于這制作裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使形成單晶碳化硅薄膜的費用增加。
另外，當(dāng)SOI襯底的表面硅層薄膜厚度超過10nm時，變形的單晶碳化硅薄膜局部使得導(dǎo)致晶粒形成的核增長，從而使襯底表面變得粗糙并且?guī)聿焕臓顩r。
根據(jù)本發(fā)明的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法是第一步，把表面硅層薄膜厚度不大于10nm并且?guī)в新裰媒^緣體的SOI襯底放置到加熱爐中，通過將氫氣和碳氫氣體的混合氣體輸送到上述加熱爐中并且提高加熱爐中的氣體溫度，這樣上述SOI襯底的表面硅層變形為單晶碳化硅薄膜；第二步是，通過過分地執(zhí)行上述第一個步驟在上述單晶碳化硅薄膜上沉積碳薄膜；第三個步驟是，用以預(yù)定比率混合氧氣的惰性氣體代替上述混合氣體，并且將上述SOI襯底加熱到550℃或更高，這樣通過蝕刻除去上述碳薄膜；第四個步驟是用不混合氧氣的純惰性氣體取代上述混合氧氣的惰性氣體的步驟，并且將上述加熱爐中的大氣溫度升高到預(yù)定的溫度；第五個步驟是在保持上述大氣預(yù)定溫度的條件下，將氫氣和硅烷氣加入加熱爐中，這樣制成了新的單晶碳化硅薄膜生長在上述SOI襯底的表面上的單晶碳化硅薄膜上。
另外，提供了帶有加熱爐的根據(jù)本發(fā)明的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作裝置，置入爐中的SOI襯底的表面硅層薄膜厚度不大于10nm并且設(shè)置有埋置絕緣體，它有加熱SOI襯底的加熱裝置并有將各種氣體輸送到這個加熱爐的供氣裝置，并且上述供氣裝置能夠至少供應(yīng)氫氣，碳氫氣，氧氣和惰性氣體以及硅烷氣到加熱爐中。
〔標(biāo)注的說明〕100 SOI襯底110 硅層120 埋置絕緣體130 表面硅層140 單晶碳化硅薄膜150 碳薄膜
160 單晶碳化硅薄膜根據(jù)本發(fā)明實施例的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法有第一步是，把表面硅層薄膜130厚度不大于10nm并且?guī)в新裰媒^緣體120的SOI襯底100放置到加熱爐200中，通過將氫氣G1和碳氫氣體G2的混合氣體(G1+G2)輸送到上述加熱爐200中并且提高加熱爐200中的氣體溫度，這樣上述SOI襯底100的表面硅層130變形為單晶碳化硅薄膜140；第二步是，通過過分地執(zhí)行上述第一個步驟在上述單晶碳化硅薄膜140上沉積碳薄膜150；第三個步驟是，用以預(yù)定比率混合氧氣G3的惰性氣體G4代替上述混合氣體(G1+G2)，然后將上述SOI襯底100加熱到550℃或更高，這樣通過蝕刻除去上述碳薄膜150；第四個步驟是用不混合氧氣G3的純惰性氣體G4取代上述混合氧氣G3的惰性氣體G4的步驟，并且將上述加熱爐200中的大氣溫度升高到預(yù)定的溫度；第五個步驟是在保持上述大氣預(yù)定溫度的條件下，將氫氣G1和硅烷氣G5加入加熱爐200中，這樣制成了新的單晶碳化硅薄膜160生長在上述SOI襯底100的表面上的單晶碳化硅薄膜140上。
如

圖1(A)所示，通過在硅層110中形成作為埋置絕緣體的埋置絕緣體120并且通過在該埋置絕緣體120上形成薄膜厚度不大于10nm的表面硅層130獲得上述SOI襯底100。這里，這個SOI襯底100表面硅層130的晶向例如是平面方向(111)。
這里，SOI襯底100的表面硅層130的薄膜厚度通過公知的方法控制，諸如用氫氟酸之類氧化和蝕刻表面硅層130從而保持表面硅層的所需厚度。
另外，電爐能夠用作上述加熱爐200。如圖2所示，該加熱爐200的一端有一個可以置入和取出SOI襯底的開口，而另一端連接到排氣裝置210，在爐壁220周圍設(shè)置有諸如電加熱器之類的加熱裝置230。另外，在這個加熱爐200上連接有供應(yīng)各種氣體到爐子的供氣裝置300。那么，在這個加熱爐200中的壓強等于大氣壓強。
上述供氣裝置300有供應(yīng)氫氣G1的氫氣供應(yīng)部件310，供應(yīng)碳氫氣G2的碳氫氣供應(yīng)部件320，供應(yīng)氧氣G3的氧氣供應(yīng)部件330，供應(yīng)惰性氣體G4的惰性氣體供應(yīng)部件340(包括純惰性氣體)，供應(yīng)硅烷氣體G5的硅烷氣體供應(yīng)部件350，和連接這些氣體供應(yīng)部件310到350的開關(guān)閥360。這個供氣裝置300通過供應(yīng)管370連接到上述加熱爐200。
<第一步>(見圖1(B))在這個第一步驟中，在加熱爐200中放置上述SOI襯底100，碳氫氣G2與氫氣G1混合(碳氫氣的比率為1個體積％)的混合氣體(G1+G2)供應(yīng)到加熱爐200中。另外，在供應(yīng)混合氣體(G1+G2)的同時，在加熱爐200中的大氣溫度加熱到1200℃到1405℃。加熱的結(jié)果是，SOI襯底100的表面硅層130變形為單晶碳化硅薄膜140。那就是說，在第一個步驟中，SOI襯底100的表面硅層130變形為單晶碳化硅薄膜140。
通過表面硅層130的變形得到上述單晶碳化硅薄膜140，因此單晶碳化硅薄膜140的厚度等于表面硅層130的薄膜厚度。那就是說，根據(jù)SOI襯底100的表面硅層130的薄膜厚度能夠任意控制單晶碳化硅薄膜140的薄膜厚度。
這里，上述氫氣G1是承載氣，而丙烷用作碳氫氣G2。例如，當(dāng)氫氣供應(yīng)部件310的氫氣G1供應(yīng)量是1000cc/分鐘時，碳氫氣供應(yīng)部件320中的碳氫氣G2供應(yīng)量為10cc/分鐘。
<第二步>(見圖1(C))過分執(zhí)行上述第一步驟，這樣在這個第二步驟中在上述單晶碳化硅薄膜140上沉積碳薄膜150。通過連續(xù)進行上述第一步驟一段時間，例如從幾分鐘到幾個小時，沉積上述碳薄膜150。
<第三步>(見圖1(D))在第三步中，用惰性氣體G4取代由上述碳氫氣供應(yīng)部件320供應(yīng)的碳氫氣G2和由上述氫氣供應(yīng)部件310供應(yīng)的氫氣G1，其中以預(yù)定比率混合氧氣G3，然后將上述SOI襯底100加熱到不低于550℃，(例如大約650℃)，這樣蝕刻并且除去上述碳薄膜150。例如，氬氣可以用作上述惰性氣體G4。另外，至于與這個惰性氣體G4混合的氧氣G3，例如在從惰性氣體供應(yīng)部件340中的惰性氣體G4的供應(yīng)量為1000cc/分鐘時，從氧氣供應(yīng)部件330的氧氣供應(yīng)量調(diào)整為100cc/分鐘。
同時，當(dāng)惰性氣體G4與所提供的氧氣G3混合時，通過加熱裝置230將SIO襯底100加熱到大約650℃。將這個條件保持一段時間，從幾分鐘到幾個小時。
作為化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，在SOI襯底100表面上形成的碳薄膜150改變?yōu)槎趸細怏w。這樣，就蝕刻并除去了碳薄膜150。這里，通過排氣裝置210將該二氧化碳氣體釋放到加熱爐200外側(cè)。
<第四步>(見圖1(E))在第四步中，用不混合氧氣的純惰性氣體G4取代上述混合有氧氣的惰性氣體G4，并且在上述加熱爐200中的氣體溫度上升到預(yù)定溫度。這里，純氬氣用作上述純惰性氣體G4。在第四步中用純惰性氣體G4取代加熱爐200中氣體的目的是避免當(dāng)在下面的第五步驟中使用硅烷氣G5時，甲基硅烷與氧氣的爆炸反應(yīng)。
至于上述加熱爐200中的氣體溫度，適宜為500℃到1405℃。
這里，通過停止供應(yīng)在上述第三步驟中向加熱爐200供應(yīng)的氧氣G3并且連續(xù)供應(yīng)惰性氣體G4，將上述純惰性氣體G4供應(yīng)到加熱爐200。
<第五步>(見圖1(F))在第五步中，氫氣G1從氫氣供應(yīng)部件310供應(yīng)到加熱爐200，硅烷氣體G5從硅烷氣體供應(yīng)部件350供應(yīng)到加熱爐200，并且保持上述預(yù)定的氣體溫度(500℃～1405℃)，這樣制成了新的單晶碳化硅薄膜160，生長在上述SOI襯底100的表面上的單晶碳化硅薄膜140上。
例如，對于上述硅烷氣體G5，使用了甲基硅烷氣體。該甲基硅烷氣體分解產(chǎn)生硅，并且硅與單晶碳化硅薄膜140中的碳反應(yīng)，從而在單晶碳化硅薄膜140上形成了新增的單晶碳化硅薄膜160。
這里，對于上述硅烷氣體G5，除了甲基硅烷氣體外，能夠使用甲硅烷，乙硅烷，二甲基硅烷，二氯硅烷，等等氣體。
在上述方法中能夠制作有單晶碳化硅薄膜140和160的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底。
這里，雖然分別從氫氣供應(yīng)部件3 10供應(yīng)氫氣G1，從碳氫氣體供應(yīng)部件320供應(yīng)碳氫氣體G2，從氧氣供應(yīng)部件330供應(yīng)氧氣G3，從惰性氣體供應(yīng)部件340供應(yīng)惰性氣體G4(包括純惰性氣體)，以及從硅烷氣體供應(yīng)部件350供應(yīng)硅烷氣體G5，在上述實施例中，可以預(yù)先以預(yù)定比率混合氫氣G1和碳氫氣G2制備在第一步驟中需要的混合氣體(G1+G2)，和預(yù)先以預(yù)定比率混合惰性氣體G4和氧氣G3制備在第三步驟中需要的混合氣體，并且預(yù)先以預(yù)定比率混合在第五個步驟中所需的氫氣和硅烷氣體。
這里，從改變各種氣體的混合比率以適合各種化學(xué)反應(yīng)的便利角度來看，分別提供各種氣體的系統(tǒng)比以預(yù)定比率預(yù)先提供混合各種氣體來制備混合氣體的系統(tǒng)更靈活。
根據(jù)本發(fā)明的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法有放置SOI襯底的步驟，所述SOI襯底的表面硅層薄膜厚度不大于10nm并且有埋置絕緣體，并且它在加熱爐中，在加熱爐中氣體溫度增加并且將氫氣和碳氫氣的混合氣體輸送到上述加熱爐中，這樣上述SOI襯底的表面硅層變形到單晶碳薄膜。
因此，根據(jù)這個制作方法而不插入硅層將在埋置氧層上直接形成單晶碳化硅薄膜，這將在常規(guī)等離子體型氣相反應(yīng)方法中在單晶碳化硅薄膜和埋置氧層之間產(chǎn)生問題。因此，根據(jù)這個制作方法制作的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底解決了常規(guī)的問題，諸如各種缺陷的出現(xiàn)，在單晶碳化硅薄膜和位于單晶碳化硅薄膜下面分界面的粗糙分界面。另外，這個制作方法只需要簡單的加熱爐，諸如電爐，并且它也不象現(xiàn)有技術(shù)那樣需要保持高真空，因此，這個制作方法能夠用于簡化制作裝置和制作工藝，并從而減少制作費用。
另外，當(dāng)表面硅層的薄膜厚度不大于10nm時，不象薄膜厚度不小于10nm的情況，可以消除由單晶碳化硅生長的局部晶核導(dǎo)致的晶粒存在，這樣能夠得到極好的表面條件。
權(quán)利要求
1.一種埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法，其特征在于，包括下面步驟把帶有預(yù)定厚度表面硅層和埋置絕緣體的SOI襯底放置到加熱爐中，通過將氫氣和碳氫氣體的混合氣體輸送到所述加熱爐中并且提高加熱爐中的氣體溫度，從而將所述SOI襯底的表面硅層變形為單晶碳化硅薄膜。
2.一種制作埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法，其特征在于，包括第一步，把帶有預(yù)定薄膜厚度表面硅層和埋置絕緣體的SOI襯底放置到加熱爐中，將氫氣和碳氫氣體的混合氣體輸送到所述加熱爐中并且提高加熱爐中的氣體溫度，這樣所述SOI襯底的表面硅層變形為單晶碳化硅薄膜；第二步是，通過過分地執(zhí)行所述第一個步驟在所述單晶碳化硅薄膜上沉積碳薄膜；第三個步驟是，用以預(yù)定比率混合有氧氣的惰性氣體代替所述混合氣體，并且將所述SOI襯底加熱到550℃或更高，這樣通過蝕刻除去所述碳薄膜；第四個步驟是用不混合氧氣的純惰性氣體取代所述混合有氧氣的惰性氣體，并且將所述加熱爐中的大氣溫度升高到預(yù)定的溫度；第五個步驟是在保持所述大氣預(yù)定溫度的條件下，將氫氣和硅烷氣加入加熱爐中，這樣使新的單晶碳化硅薄膜生長在所述S0I襯底的表面上的單晶碳化硅薄膜上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法，其特征在于，所述預(yù)定厚度的表面硅層的薄膜厚度為10nm或更小。
4.如權(quán)利要求2所述的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法，其特征在于，所述預(yù)定溫度的范圍為500℃到1405℃。
5.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作方法，其特征在于，所述連續(xù)反應(yīng)在大氣壓強下完成。
6.一種埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作裝置，其特征在于，包括加熱爐，其中SOI襯底有預(yù)定厚度的表面硅層和埋置絕緣體，并且它有加熱SOI襯底的加熱裝置；供氣裝置，將各種氣體供應(yīng)到這個加熱爐，其特征是所述供氣裝置能夠至少提供氫氣，碳氫氣，氧氣，惰性氣體和硅烷氣到加熱爐。
7.一種埋置絕緣體型半導(dǎo)體碳化硅襯底的制作裝置，其特征在于，所述加熱爐的內(nèi)部為大氣壓強。
全文摘要
本發(fā)明的目的是在SOI襯底上廉價且方便地形成單晶碳化硅薄膜。第一步是，把表面硅層薄膜130厚度不大于10nm并且?guī)в新裰媒^緣體120的SOI襯底100放置到加熱爐200中，通過將氫氣G1和碳氫氣體G2的混合氣體(G1+G2)輸送到上述加熱爐200中增加加熱爐200中的氣體溫度，這樣上述SOI襯底100的表面硅層130變形為單晶碳化硅薄膜140；第二步是，通過過分地執(zhí)行上述第一個步驟在上述單晶碳化硅薄膜140上沉積碳薄膜150；第三個步驟是，用以預(yù)定比率混合氧氣G3的惰性氣體G4代替上述混合氣體(G1+G2)，然后將上述SOI襯底100加熱到550℃或更高，這樣通過蝕刻除去上述碳薄膜150；第四個步驟是用不混合氧氣G3的純惰性氣體G4取代上述其中混合氧氣G3的惰性氣體G4的步驟，并且將上述加熱爐200中的大氣溫度升高到預(yù)定的溫度；第五個步驟是在保持上述大氣預(yù)定溫度的條件下，將氫氣G1和硅烷氣G5加入加熱爐200中，這樣使新的單晶碳化硅薄膜160生長在上述SOI襯底100的表面上的單晶碳化硅薄膜140上。
文檔編號H01L21/04GK1435866SQ03103470
公開日2003年8月13日 申請日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者泉勝俊, 中尾基, 大林義昭, 峯啓治, 平井誠作, 條邊文彥, 田中智之 申請人:大阪府, 星電器制造株式會社