專利名稱：用于加熱設(shè)備的溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于利用在半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程中在真空中將半導(dǎo)體基板加熱到高溫的電子碰撞(electron impact)加熱方法的加熱設(shè)備的溫度控制方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的制造需要快速加熱半導(dǎo)體基板的工藝。通常，1600°C或更高的溫度 在對(duì)于以碳化硅(SiC)為代表的寬帶隙半導(dǎo)體的激活退火處理中尤其是必要的(見(jiàn)，參考 文獻(xiàn) 1 :T. Kimoto, N. Inoue 禾口 H. Matsunami :Phys. Stat. Sol. (a) Vol. 162 (1997)，p. 263)。在激活退火處理中，為了確保高的半導(dǎo)體器件的可靠性，將所摻雜的雜質(zhì)100%電 激活并恢復(fù)完美的晶體是非常重要的。為了使激活退火處理可用于行業(yè)要求，加熱處理必 須在短的時(shí)間內(nèi)完成，以增加處理設(shè)備的吞吐率。這要求在2000°C或更高的超高溫度的處 理，該溫度超過(guò)了實(shí)踐中通常使用的溫度。作為能夠進(jìn)行這樣的處理的設(shè)備，已知利用電子碰撞加熱系統(tǒng)的基板加熱設(shè)備。 該加熱設(shè)備中的真空腔室包括能夠獨(dú)立抽真空(evacuate)的碳加熱腔室。該腔室結(jié)合有 具有內(nèi)建燈絲的加熱裝置(加熱器)(例如，參見(jiàn)日本專利No. 3866685)。在該基板加熱設(shè) 備中，燈絲被加熱并相對(duì)于加熱腔室?guī)ж?fù)電，使得熱電子向加熱腔室加速。被加速的熱電子 撞擊加熱腔室，從而將加熱板加熱。日本專利No. 3866685還公開(kāi)了一種用于電子碰撞加熱器的溫度控制方法。根據(jù) 該溫度控制方法，當(dāng)加熱板的溫度上升時(shí)，發(fā)射電流(emission current)調(diào)節(jié)器測(cè)量流過(guò) 處于燈絲和加熱板之間的路徑的發(fā)射電流。同時(shí)，功率調(diào)節(jié)器控制該發(fā)射電流以具有預(yù)設(shè) 的值。在加熱板達(dá)到設(shè)定的溫度之后，在溫度調(diào)節(jié)器測(cè)量加熱板溫度的同時(shí)，功率調(diào)節(jié)器將 加熱板控制在預(yù)設(shè)的溫度。下面的表1示出了在采用日本專利No. 3866685中所公開(kāi)的溫度控制方法的情況 下在使用0. 8-πιπιΦ鎢燈絲的情況下其穩(wěn)定在每一加熱器設(shè)定溫度時(shí)加熱器溫度與燈絲電 流值之間的關(guān)系。表1揭示了隨著加熱器溫度上升，燈絲本身被加熱腔室加熱并且發(fā)射電 流值趨向于易于被增加，因此燈絲電流值被減小。[表 1] 參考文獻(xiàn)2 (Irving Langmuir, Phys. Rev.，1916，pp. 302-330)公開(kāi)了表 2 中所示 的對(duì)于0.8-πιπιΦ鎢燈絲的在燈絲電流值與燈絲溫度之間的關(guān)系。由表2可知，使燈絲電流 值降低導(dǎo)致較低的燈絲溫度。[表 2] 基于表1和表2，表3示出了在加熱器溫度穩(wěn)定時(shí)加熱器溫度與燈絲溫度之間的關(guān) 系。表3揭示了，例如，在1700°C的加熱器溫度處燈絲溫度為1830°C，并且燈絲溫度比加熱 器溫度聞。[表 3]
加熱器溫度 燈絲溫度 ~1700 °C1830°C
~1800 "C1746 "C
~1900 "C1642 "C
2000°C1520°C也就是說(shuō)，在加熱器溫度為低(例如，1700°C左右)使得熱電子發(fā)射量降低，也就 是，發(fā)射電流值降低時(shí)，燈絲電流值降低，并且熱量通過(guò)輻射從燈絲向加熱器散逸，從而降 低了燈絲溫度并控制發(fā)射電流值。如上所述，隨著加熱器溫度上升，燈絲也被加熱腔室加熱，并且發(fā)射電流值趨向于 容易被增加，因而燈絲電流值被降低。在1800°C的加熱器溫度處，燈絲溫度下降到加熱器溫 度之下。此外，當(dāng)加熱器溫度上升到2000°C時(shí)，燈絲溫度變得比加熱器溫度低得多。即使試 圖通過(guò)抑制發(fā)射電流值來(lái)控制加熱器溫度，燈絲仍被從加熱腔室輻射的熱量加熱，發(fā)射電 流不再能夠被控制，并且發(fā)射電流在熱學(xué)上失控。如上所述，日本專利No. 3866685中的溫度控制方法遇到由于在2000°C或更高的 加熱器溫度處發(fā)射電流失控而導(dǎo)致的在穩(wěn)定控制加熱器溫度方面的故障。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)提出本發(fā)明以解決上述問(wèn)題，并且本發(fā)明的目的是提供一種加熱設(shè)備的溫度 控制方法，其能夠在電子碰撞加熱方法中進(jìn)行穩(wěn)定的溫度控制。更具體地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種加熱設(shè)備的溫度控制方法，即使在 2000°C或更高的高溫范圍中其也能夠避免加熱器溫度由于發(fā)射電流的失控而變得不可控 的狀態(tài)。 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種加熱設(shè)備的溫度控制方法，該加熱設(shè)備包 括腔室，其能夠被抽真空并且具有導(dǎo)電部分；燈絲，其被定位在所述腔室中；第一電源，其 向燈絲提供電流；第二電源，其向燈絲施加用于向所述腔室加速的電壓；電流計(jì)，其測(cè)量燈 絲的電流；以及電壓計(jì)，其測(cè)量加速電壓，所述方法包括第一步驟，將所述腔室的內(nèi)部抽 真空；第二步驟，在第一步驟之后，從第一電源向燈絲提供燈絲電流；第三步驟，在第二步 驟之后，向所述燈絲施加加速電壓；以及第四步驟，在第三步驟之后，在將來(lái)自第一電源的 燈絲電流保持恒定的同時(shí)，控制所述加速電壓以將腔室的表面溫度保持為低于所述燈絲的 溫度。根據(jù)本發(fā)明，在電子撞擊加熱系統(tǒng)中，燈絲溫度被保持得比加熱腔室的表面溫度 高。即使在2000°C或更高的超高溫，也能夠避免加熱器溫度由于發(fā)射電流的失控而變得不 可控的狀態(tài)。因此，在電子碰撞加熱系統(tǒng)中能夠執(zhí)行穩(wěn)定的溫度控制。根據(jù)下面參考附圖的對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。


圖1是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電子碰撞加熱設(shè)備的總體布置 的截面圖；圖2是示出了根據(jù)該實(shí)施例的電子碰撞加熱設(shè)備的控制系統(tǒng)的示意圖；圖3是示出了在SiC ρ阱中激活比率(activation ratio)的溫度依賴性的圖；圖4是示出了在根據(jù)該實(shí)施例的溫度控制方法中溫度控制序列的步驟1的示意 圖；圖5是示出了在根據(jù)該實(shí)施例的溫度控制方法中溫度控制序列的步驟2的示意 圖；圖6是示出了在根據(jù)該實(shí)施例的溫度控制方法中溫度控制序列的步驟3的示意 圖；圖7是示出了在根據(jù)該實(shí)施例的溫度控制方法中溫度控制序列的步驟4的示意 圖；圖8是示出了當(dāng)加熱器溫度在2050°C保持1分鐘時(shí)的溫度上升曲線的圖；以及圖9是示出了樣品的激活比率和處理溫度之間的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是本發(fā)明并不限于下面的實(shí)施例。現(xiàn)在將參考圖1解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用電子碰撞加熱系統(tǒng)的基板加熱設(shè) 備(稱作“電子碰撞加熱設(shè)備”)。圖1是示意性地示出了根據(jù)該實(shí)施例的電子碰撞加熱設(shè)備的總體布置的截面圖。如圖1中所示，本實(shí)施例的電子碰撞加熱設(shè)備1包括真空容器3，其分隔并形成用 于加熱處理基板21的區(qū)域，并且可以被抽真空。真空容器3結(jié)合有加熱器10，該加熱器10 具有內(nèi)建的燈絲14。加熱器10包括一端閉合的圓柱形加熱腔室11以及放在加熱腔室11中的燈絲基 座(base) 12、柱13以及燈絲14。燈絲14通過(guò)站立在由例如碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料(稱作“CC復(fù)合物”)制成的燈 絲基座12上的2-πιπιΦ鉭柱13拉伸(stretch)，從而燈絲14被布置為幾乎與加熱腔室11 的閉合端表面(加熱板)Ila平行。

燈絲14采用例如直徑為0. 8mm、長(zhǎng)度為900mm的鎢錸線。加熱腔室由導(dǎo)體形成。更具體地，基座由作為抗熱應(yīng)力材料的石墨制成。加熱腔 室11的外表面或內(nèi)表面包覆有例如熱解碳(pyroliticcarbon)，以減少發(fā)射氣體。在使用 反應(yīng)氣體時(shí)，碳化鉭(TaC)也可代替熱解碳用作所述包覆材料。加熱腔室11連接到抽真空 機(jī)構(gòu)(未示出)，并且其內(nèi)部可以獨(dú)立于真空容器3被抽真空。由CC復(fù)合物制成的晶片臺(tái)20被布置為面對(duì)加熱腔室11的閉合端表面上的加熱 板11a。處理基板(晶片)21被設(shè)置在晶片臺(tái)20上，以面對(duì)加熱器10。本實(shí)施例采用了例 如碳化硅(SiC)晶片作為處理基板21。圓柱形柱4支撐晶片臺(tái)20，并且兩色輻射溫度計(jì)7經(jīng)由石英觀察端口(viewing port)6連接到柱4的貫通孔5的端部。觀察端口 6將真空空間閉合以將真空空間與大氣分 隔開(kāi)。來(lái)自晶片臺(tái)20的輻射經(jīng)由觀察端口 6到達(dá)兩色輻射溫度計(jì)7。兩色輻射溫度計(jì)7包括例如匯集器(condenser) 8和檢測(cè)器9。兩色輻射溫度計(jì)7 將通過(guò)由CC復(fù)合物制成的晶片臺(tái)20間接地測(cè)量加熱器10的溫度。注意，可以通過(guò)直接測(cè) 量加熱器10的溫度，或者通過(guò)例如在晶片臺(tái)20中形成孔并間接測(cè)量被布置為面對(duì)加熱器 10的晶片21的溫度，來(lái)測(cè)量加熱設(shè)備1的溫度。支撐板31固著于柱4的下端，并且風(fēng)箱32插入在支撐板31和真空容器3之間。 具有插入孔(未示出)的延伸件33固著于支撐板31，并且弓I導(dǎo)桿34插入在延伸件33的插 入孔中。延伸件33可沿著引導(dǎo)桿34移動(dòng)。下面將參考圖2解釋根據(jù)本實(shí)施例的電子碰撞加熱設(shè)備中的控制系統(tǒng)的布置。圖 2是示出了根據(jù)該實(shí)施例的電子碰撞加熱設(shè)備的控制系統(tǒng)的示意圖。如圖2所示，本實(shí)施例的控制系統(tǒng)40包括燈絲電源41、加速電源42、溫度調(diào)節(jié)器 43、開(kāi)關(guān)44、以及PLC (可編程邏輯控制器)48?？刂葡到y(tǒng)40從兩色輻射溫度計(jì)7接收溫度 測(cè)量值(輸入信號(hào)2)。燈絲電源41是提供用于加熱燈絲14的電力的AC電源，并且能夠可變地施加直至 例如50A的電力。燈絲電流計(jì)45連接到燈絲14的連接電路，以測(cè)量燈絲14的電流值。加速電源42是在接地的加熱腔室11與燈絲14之間施加加速電壓的DC電源。力口 速電源42可以可變地向燈絲14施加例如從OV至-3. OkV的加速電壓。加速電源42的連 接電路連接到測(cè)量加速電壓的加速電壓計(jì)46以及測(cè)量發(fā)射電流值的發(fā)射電流計(jì)47。開(kāi)關(guān)44連接到溫度調(diào)節(jié)器43。溫度調(diào)節(jié)器和開(kāi)關(guān)可以是集成的，例如可從 Yamatake Corporation獲得的SDC-46A。溫度調(diào)節(jié)器43經(jīng)由開(kāi)關(guān)44從發(fā)射電流計(jì)47接收輸入信號(hào)1，經(jīng)由開(kāi)關(guān)44從兩色輻射溫度計(jì)7接收輸入信號(hào)2，并經(jīng)由開(kāi)關(guān)44從加速電 壓計(jì)46接收輸入信號(hào)3。此外，溫度調(diào)節(jié)器43經(jīng)由燈絲電源晶閘管(thyristorMla向燈 絲電源41輸出輸出信號(hào)1，并經(jīng)由加速電源晶閘管42a向加速電源42輸出輸出信號(hào)2。PLC 48輸出輸出信號(hào)3，輸出信號(hào)3要經(jīng)由燈絲電源41的晶閘管41a輸出到燈絲 電源41并且指示了電流值。PLC 48還可以輸出輸出信號(hào)4，輸出信號(hào)4要經(jīng)由加速電源42 的晶閘管42a輸出到加速電源42并且指示了加速電壓值。下面將參考圖3至6以及具有前述布置的電子碰撞加熱設(shè)備1的操作來(lái)解釋根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例的溫度控制方法。為了使電子碰撞加熱設(shè)備1的加熱器10工作，燈絲電源41向燈絲14提供電力。 DC加速電源42將燈絲14負(fù)偏置。相反，加熱腔室11至少部分由例如導(dǎo)體(諸如碳)制 成，并且被接地。加熱腔室的總體結(jié)構(gòu)可以由所述導(dǎo)體制成。

當(dāng)燈絲14相對(duì)加熱腔室11帶負(fù)電并且施加用于使熱電子向加熱腔室加速的電壓 時(shí)，燈絲14所產(chǎn)生的熱電子向加熱腔室11加速。被加速了的熱電子撞擊加熱腔室11，并將 其加熱。通過(guò)從處于被加熱的加熱腔室11的閉合端的加熱板Ila輻射的熱量將被布置為 面對(duì)加熱板Ila的SiC晶片21加熱。在對(duì)半導(dǎo)體基板的激活退火中，為了確保高的半導(dǎo)體器件可靠性，將所注入的雜 質(zhì)100%電激活并恢復(fù)完美的晶體是非常重要的。根據(jù)行業(yè)要求，縮短激活退火的處理時(shí)間 也是重要的。如圖3中所示，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在2000°C的高溫退火10分鐘能夠?qū)⒆?入的雜質(zhì)100%電激活并完全消除晶體缺陷。圖3是示出了在退火10分鐘后SiC P阱中激 活比率的溫度依賴性的圖。在圖3中，在該電子碰撞加熱方法中，使用注入了鋁的樣品來(lái)形 成SiCMOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)ρ阱。對(duì)通過(guò)將氮注入到SiC中形成η+接觸區(qū)的退火的常規(guī)研究已經(jīng)揭示了 通過(guò) 在較高溫度加熱較短的時(shí)間可以在SiC激活退火中獲得較高的激活比率(見(jiàn)參考文獻(xiàn) Μ. Shibagaki, Y. Kurematsu, F. Watanabe, S. Haga, K. Miura, T. Suzuki 以及 Μ· Satoh, Sci ForumVo1. 483-485，p. 609(2005))。據(jù)此，根據(jù)本實(shí)施例的溫度控制方法，半導(dǎo)體基板經(jīng)受在2000°C或更高的超高溫 的激活退火。在此情況下，控制系統(tǒng)40控制DC加速電源42的加速電壓以及燈絲電流值， 以使得燈絲溫度超出加熱腔室11的表面溫度(也被稱作“加熱器溫度”)。更具體地，控制系統(tǒng)40以四個(gè)步驟執(zhí)行溫度控制，在附圖4至7中分別示出了這 四個(gè)步驟。圖4是示出了在根據(jù)該實(shí)施例的溫度控制方法中溫度控制序列的步驟1的示意 圖。圖5是示出了在根據(jù)該實(shí)施例的溫度控制方法中溫度控制序列的步驟2的示意圖。圖 6是示出了在根據(jù)該實(shí)施例的溫度控制方法中溫度控制序列的步驟3的示意圖。圖7是示 出了在根據(jù)該實(shí)施例的溫度控制方法中溫度控制序列的步驟4的示意圖?？刂葡到y(tǒng)40經(jīng)由兩色輻射溫度計(jì)7間接監(jiān)視加熱器溫度。此外，控制系統(tǒng)40還 經(jīng)由燈絲電流計(jì)45監(jiān)視燈絲電流值，經(jīng)由發(fā)射電流計(jì)47監(jiān)視發(fā)射電流值，以及經(jīng)由加速電 壓計(jì)46監(jiān)視加速電壓。下面將參考圖4至7詳細(xì)解釋通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明的溫度控制方法來(lái)將加熱器加熱以 獲得2050°C的加熱器溫度的實(shí)施例。加熱器溫度、切換溫度、發(fā)射電流值、加速電壓等的設(shè)定值是可任意改變的，并且不限于所述實(shí)施例。在圖4的步驟1中，燈絲14被加熱而沒(méi)有施加加速電壓，以便從燈絲14去除吸附氣體并防止異常放電。燈絲電流每5秒增加1安培，并且在上升到25A之后，保持5sec。此 時(shí)，PLC 48直接控制以輸出輸出信號(hào)3，輸出信號(hào)3要經(jīng)由燈絲電源41的晶閘管41a輸出 到燈絲14并且指示了電流值。燈絲電源41經(jīng)由燈絲電源41的晶閘管41a輸出具有該電 流值的電流。這里描述的步驟1與圖8中的步驟1對(duì)應(yīng)。在圖5的步驟2中，與步驟1類似，逐漸施加用于抽取發(fā)射電流的加速電壓，以防 止異常放電。盡管燈絲電流值被保持在25A，但是加速電壓每5秒增加-400V，直至2. 7kV。 此時(shí)，PLC 48控制以直接輸出輸出信號(hào)3到燈絲電源41的晶閘管41a，以使得燈絲電流值 具有25A的預(yù)定值。燈絲電源41的晶閘管41a輸出與輸出信號(hào)3對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)到燈絲 電源，從而輸出并控制燈絲電流值。同時(shí)，PLC 48直接輸出具有所述加速電壓值的輸出信 號(hào)4到加速電源42的晶閘管42a。加速電源42將該加速電壓輸出到燈絲14。這里描述的 步驟2與圖8中的步驟2對(duì)應(yīng)。在圖6的步驟3中，在將發(fā)射電流設(shè)置在8A的預(yù)定值的同時(shí)，使溫度增加速率增 力口。于是加熱器10被快速加熱。在加熱的初始階段，加熱器10是涼的，因此難以抽取發(fā)射 電流。因此，控制系統(tǒng)40執(zhí)行控制以逐漸增加燈絲電流值，直至加熱器溫度達(dá)到1750°C (圖 8中的點(diǎn)A)并且發(fā)射電流值達(dá)到8A。在發(fā)射電流值已經(jīng)達(dá)到8A并且加熱器10變暖時(shí)，可 以容易地抽取發(fā)射電流。因此，控制系統(tǒng)40執(zhí)行控制以在使燈絲電流值逐漸降低并且在加 熱器溫度傾斜上升(ramping up)的同時(shí)，將發(fā)射電流值維持在8A。PLC 48輸出輸出信號(hào)4 到加速電源42的晶閘管42a，以使得加速電壓具有-2. 7kV的預(yù)定值。加速電源42的晶閘 管42a輸出與輸出信號(hào)4對(duì)應(yīng)的電壓到加速電源42，將加速電壓維持在-2. 7kV的預(yù)定值.而且，開(kāi)關(guān)44切換溫度調(diào)節(jié)器43中的控制環(huán)(control loop)，以通過(guò)控制燈絲電 流來(lái)執(zhí)行溫度控制以將發(fā)射電流保持恒定。PLC 48向溫度調(diào)節(jié)器43輸出具有設(shè)定值的輸 出信號(hào)，在該設(shè)定值，發(fā)射電流呈現(xiàn)出8A的預(yù)定值。溫度調(diào)節(jié)器43比較發(fā)射電流計(jì)47所 測(cè)量的發(fā)射電流值。經(jīng)由燈絲電源41的晶閘管41a控制燈絲電流值，以便將發(fā)射電流維持 在期望的值。燈絲電源41的晶閘管41a使燈絲電源輸出與上述的燈絲電流對(duì)應(yīng)的電流，從 而控制發(fā)射電流值。通過(guò)在使發(fā)射電流值保持恒定的同時(shí)使加速電壓保持恒定，來(lái)加熱加 熱器。這里的步驟3與圖8中的步驟3對(duì)應(yīng)。注意，步驟3對(duì)于解決本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題并非是必不可少的。處理過(guò)程可以跳過(guò) 步驟3，在上述步驟2之后移到下面的步驟4。在圖7的步驟4中，當(dāng)加熱器溫度達(dá)到1750°C (圖8中的點(diǎn)A)時(shí)，開(kāi)關(guān)44切換溫 度調(diào)節(jié)器43中的控制環(huán)，以利用加速電壓(發(fā)射電壓)執(zhí)行溫度控制。PLC 48存儲(chǔ)在切換 到溫度控制時(shí)的燈絲電流值。PLC 48利用所存儲(chǔ)的值作為輸出信號(hào)3來(lái)直接控制燈絲電源 41的晶閘管41a，以使得燈絲電流具有28A的預(yù)定值。溫度調(diào)節(jié)器43從已經(jīng)檢測(cè)了加熱器 溫度的檢測(cè)器9接收溫度測(cè)量值(輸入信號(hào)2)。溫度調(diào)節(jié)器43將該溫度測(cè)量值與2050°C 的加熱器溫度設(shè)定值比較。溫度調(diào)節(jié)器43將輸出信號(hào)2輸出到加速電源42的晶閘管42a， 以使得加熱器溫度上升到2050°C的設(shè)定值而沒(méi)有過(guò)沖(overshot)或下沖(undershot)。 加速電源42經(jīng)由加速電源42的晶閘管42a輸出實(shí)現(xiàn)該設(shè)定值的加速電壓?；陬A(yù)設(shè)的PID(P 比例的，I 積分的，D 微分的)值來(lái)控制加速電壓。在該實(shí)施例中，在加速電壓控制 中供應(yīng)到燈絲14的電流的值是28A。根據(jù)文獻(xiàn)2，經(jīng)計(jì)算在溫度最終穩(wěn)定時(shí)的燈絲溫度為 大約2200°C。因此，即使加熱器溫度上升至2050°C，燈絲溫度也仍高于包含加熱器10的環(huán) 境溫度。能夠抑制發(fā)射電流的熱失控以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的溫度控制。最終，在加熱器溫度達(dá)到2050°C之后，加熱器被保持加熱1分鐘，然后通過(guò)停止供 給燈絲電流和加速電壓來(lái)使之冷卻。步驟4與圖8中的步驟4對(duì)應(yīng)。 至于用于保持燈絲電流值恒定的設(shè)定值，通過(guò)流過(guò)燈絲14的電流來(lái)將燈絲本身 加熱到的溫度需要大于或等于加熱器溫度。在該實(shí)施例中，燈絲溫度和加熱器溫度在上述 的表3中所列出的并且在圖8中的點(diǎn)A所示的1750°C處彼此一致。至于該設(shè)定值，期望預(yù) 先獲取與表3對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，獲得燈絲溫度和加熱器溫度彼此一致的溫度，并確定與該溫度 對(duì)應(yīng)的燈絲電流值。該溫度控制方法的溫度控制序列的算法被安裝為例如控制系統(tǒng)40中的存儲(chǔ)裝置 (諸如硬盤(pán)或R0M(未示出))中的溫度控制程序。CPU(未示出)將該算法讀出到RAM中， 并執(zhí)行它。記錄介質(zhì)是計(jì)算機(jī)可讀的便攜類型的，并且記錄在該記錄介質(zhì)上的溫度控制 程序被安裝在存儲(chǔ)裝置中。記錄介質(zhì)是閃存(flashmemory)，包括compact flash 、 smart media 、memory stick 、多媒體卡、以及SD存儲(chǔ)卡。該記錄介質(zhì)的其他實(shí)例是可 移除的硬盤(pán)(諸如microdirver )以及磁記錄介質(zhì)(諸如，floppy 盤(pán))。另外的其他 實(shí)例是磁光記錄介質(zhì)，包括MO以及諸如CD-R、DVD-R、DVD+R、CD-R、DVD-RAM、DVD+ RW 以 及藍(lán)光(Blueray)的光盤(pán)。根據(jù)本發(fā)明，在上述的控制下，可以提升加熱器溫度同時(shí)總是將燈絲溫度保持得 高于加熱器溫度。即使在2000°C或更高的超高溫區(qū)域中，本發(fā)明也可以防止發(fā)射電流的熱 失控并且以良好的可再現(xiàn)性控制加熱器溫度。也即，根據(jù)該實(shí)施例，控制燈絲電流值和加速電壓，使得總是維持燈絲溫度以便高 于加熱腔室11的表面溫度，以及使得熱量總是從燈絲14散逸到加熱腔室11。通過(guò)改變撞 擊加熱腔室11的熱電子的能量來(lái)控制加熱器溫度。在用于離子注入的SiC半導(dǎo)體基板的 激活退火中，即使在2000°C或更高的超高溫區(qū)域中也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的溫度控制。在SiC半 導(dǎo)體基板的制造中，可以在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)100%地電激活離子注入的雜質(zhì)以及完全消除晶體 缺陷。因而，可以以高的產(chǎn)率制造具有高可靠性的半導(dǎo)體器件。[實(shí)例]下面將通過(guò)給出實(shí)例來(lái)更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而本發(fā)明并不限于下面的實(shí) 例。在該實(shí)例中，利用電子碰撞加熱設(shè)備1根據(jù)本發(fā)明的溫度控制方法實(shí)際進(jìn)行加熱 器溫度控制實(shí)驗(yàn)。圖8是示出了當(dāng)加熱器溫度在2050°C (1900°C的晶片臺(tái)溫度)保持1分鐘時(shí)的溫 度分布曲線的圖。將解釋通過(guò)執(zhí)行到SiC中的離子注入而制備的基板的激活退火。通過(guò)將氮作為摻雜劑摻雜到具有4°偏移角的η型4H_SiC(0001)基板中并利用化學(xué)氣相淀積方法(CVD方法)生長(zhǎng)η+型碳化硅(SiC)外延層10 μ m，來(lái)制備處理基板21。處理基板21經(jīng)受RCA清洗、犧牲氧化以及氫氟酸處理，并生長(zhǎng)鈍化氧化物膜至 IOnm以用于離子注入。利用所得到的處理基板21作為樣品。能夠提高基板溫度的離子注 入機(jī)將樣品加熱到500°C，并且以箱式分布在多個(gè)步驟注入能量范圍在40keV至700keV的 鋁，注入濃度為2.0X1018/cm3，深度為0.8μπι。在通過(guò)氫氟酸處理去除鈍化氧化物膜之后，根據(jù)本發(fā)明的電子碰撞加熱設(shè)備1激活該樣品。通過(guò)將在CV測(cè)量中測(cè)量到的載流子濃度除以注入的濃度得到激活比率的溫度 /時(shí)間依賴性。圖9是示出了樣品的激活比率和處理溫度之間的關(guān)系的圖。如圖9中所示，在 2000°C的激活退火溫度處激活比率花了 10分鐘達(dá)到100%。在2050°C的激活退火溫度處， 激活比率能夠在1分鐘內(nèi)達(dá)到100%。根據(jù)本發(fā)明，即使在超出2000°C的超高溫也能夠穩(wěn)定地控制溫度，并且能夠在短 時(shí)間內(nèi)完成退火。更具體地，可以100%地將注入到碳化硅(SiC)中的雜質(zhì)電激活，完全消 除殘留的晶體缺陷。-結(jié)果，能夠高可靠性地制造利用碳化硅(SiC)的半導(dǎo)體基板。如上描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，該實(shí)施例僅是用于解釋本發(fā)明的一個(gè)示 例，而本發(fā)明的范圍并不僅限于該實(shí)施例?？梢砸耘c上述實(shí)施例不同的多種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)本 發(fā)明，而不脫離本發(fā)明的范圍。實(shí)施例已經(jīng)描述了在將諸如Al的雜質(zhì)摻雜到SiC中時(shí)用于半導(dǎo)體基板的退火。然 而，本發(fā)明還可以應(yīng)用于對(duì)包含其他雜質(zhì)的半導(dǎo)體基板的退火。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，并且在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)可以進(jìn)行多種改變和修 改。因此，為了向公眾告知本發(fā)明的范圍，特提出以下權(quán)利要求。
權(quán)利要求
一種加熱設(shè)備的溫度控制方法，該加熱設(shè)備包括腔室，其能夠被抽真空并且具有導(dǎo)電部分；燈絲，其被定位在所述腔室中；第一電源，其向所述燈絲提供電流；第二電源，其向所述燈絲施加用于向所述腔室加速的電壓；電流計(jì)，其測(cè)量燈絲的電流；以及電壓計(jì)，其測(cè)量加速電壓，所述方法包括第一步驟，將所述腔室的內(nèi)部抽真空；第二步驟，在第一步驟之后，從第一電源向所述燈絲提供燈絲電流；第三步驟，在第二步驟之后，向所述燈絲施加加速電壓；以及第四步驟，在第三步驟之后，在將來(lái)自第一電源的所述燈絲電流保持恒定的同時(shí)，控制所述加速電壓以將所述腔室的表面溫度保持為低于所述燈絲的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括第五步驟，在第三步驟之后且在第四步驟之前，在將來(lái)自所述第二電源的所述加速電 壓保持恒定的同時(shí)，控制來(lái)自所述第一電源的所述燈絲電流，以將流過(guò)所述燈絲和所述腔 室之間的路徑的發(fā)射電流保持恒定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述腔室由石墨基座和包覆有熱解碳和碳化鉭之 一的外表面形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括將加熱器布置在所述腔室中，并且通過(guò)下列之一測(cè)量所述腔室的表面溫度直接測(cè)量所述加熱器的溫度；以及間接測(cè)量 被布置為面對(duì)所述加熱器的基板的溫度和支撐所述基板的基板臺(tái)的溫度之一。
全文摘要
一種加熱設(shè)備的溫度控制方法，該加熱設(shè)備包括能夠被抽真空并且具有導(dǎo)電部分的腔室、被定位在所述腔室中的燈絲、向所述燈絲提供電流的第一電源、向所述燈絲施加用于向所述腔室加速的電壓的第二電源、測(cè)量燈絲的電流的電流計(jì)、以及測(cè)量加速電壓的電壓計(jì)，所述方法包括第一步驟，將所述腔室的內(nèi)部抽真空；第二步驟，在第一步驟之后，從第一電源向所述燈絲提供燈絲電流；第三步驟，在第二步驟之后，向所述燈絲施加加速電壓；以及第四步驟，在第三步驟之后，在將來(lái)自第一電源的所述燈絲電流保持恒定的同時(shí)，控制所述加速電壓以將所述腔室的表面溫度保持為低于所述燈絲的溫度。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101847573SQ20101014988
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者土井浩志, 柴垣真果, 真下香 申請(qǐng)人:佳能安內(nèi)華股份有限公司