制造埋入的绝缘层型的单晶碳化晶基体用的方法和设备 【技术领域】
本发明涉及制造一种埋入绝缘型的半导体碳化硅基体用的方法和一种制造该基体用的设备。具体地说，本发明涉及一种高性能碳化硅基底，它可以用作为下一代半导体基体，并具有一种使实现一低成本、高速设备地SOI结构。
背景技术
制造这类的一埋入绝缘层半导体碳化硅基体用的方法包括对一SPI结构的表面加热的步骤，使将这SOI基体的表面硅层变化为一单晶碳化硅薄膜。在这步骤中，升高用于支承一SOI基体的整个基体台的温度(见专利文献1)或者升高在薄膜形成室内的整个环境温度。其中，用于升高该温度的这些加热系统包括一电阻加热系统和一感应加热系统。
[专利文献1]
日本待审查专利公开号06-191997(1994)(见该说明书的第0008段和图1)。
但是，当在上述步骤中使用以上所述的一加热系统时，整个SOI基体被加热。也就是说，不希望被加热的SOI基体的一部分也与要求被加热的表面硅层部分一起被加热，因此直接在这表面硅层之下的埋入的绝缘层被软化或熔化，引起没有变化为一单晶碳化硅薄膜的一块表面硅层被埋入至被埋入的绝缘层内。其结果，包括上述步骤的一制造方法具有一问题，即在上述单晶碳化硅薄膜与上述埋入的绝缘层之间的界面的平正度下降。
此外，在上述步骤中企图从外部利用一电阻加热系统加热薄膜成形室的场合产生了另一问题，即增加了设备的尺寸。在企图使用一电阻加热系统升高该基体台的温度的情况下，在保持空气气密性时它必需提供对加热器供应能量的导线设备，以便提高该基体台的温度，其结果，产生了另一个问题，即该设备的结构变得较复杂。
另一方面，在使用一感应加热系统升高整个薄膜成形室或基体台的温度的场合，虽然在薄膜形成室内不需要导线设备，但其中产生了另一个问题，即因为整个薄膜成形室或基体台从外部加热，所以设备的尺寸以与电阻加热系统相同的方式增加。而且，由于感应在一周围设备中产生易于引起电磁干涉时发生的其它问题。
以上述情况研制了本发明，本发明的一目的是提供不产生上述问题的、制造一埋入绝缘型半导体碳化硅基体用的方法和用于该方法的一制造设备。
【发明内容】
为了解决上述问题，按照本发明的一种制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体用的方法是在一薄膜形成室内放置一具有位于一硅基体上的一埋入绝缘层和在这埋入的绝缘层上形成的一表面硅层的SOI基体之后，制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体用的方法，其特点在于包括：第一步骤，即，用红外线辐射SOI基体的表面硅层，同时将氢气、碳氢化合物气体的一混合气体供应至薄膜形成室，从而将表面硅层的温度提高到将表面硅层转变成一单晶碳化硅薄膜所要求的温度，并保持这状态一预定的时期，使将表面硅层转变为单晶碳化硅薄膜；第二步骤，即，保持与上述第一步骤的相同状态，从而在上述单晶碳化硅薄膜上积聚一碳薄膜；第三步骤，即，用以一预定比例混合有氧气的一惰性气体代替上述混合气体和同时通过控制红外线的辐射将上述碳薄膜的温度调节至用于蚀刻刻和去除碳薄膜所要求的温度，从而蚀刻和去除碳薄膜；以及，第四步骤，即，用其中没有混合氧气的一纯惰性气体代替上述惰性气体，此外通过控制红外线的辐射将上述单晶碳化硅薄膜的温度提高到在上述单晶碳化硅薄膜上生长一新的单晶碳化硅薄膜所要求的温度，同时将氢气和一硅烷基气体的一混合气体供入纯惰性气体的环境气体中，并保持将这状态保持一预定的时期，从而在单晶碳化硅薄膜上生长一新的单晶碳化硅薄膜。
按照本发明的一种用于一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的制造设备是一种用于在一薄膜形成室内放置一具有位于一硅基体上的一埋入绝缘层和在这埋入的绝缘层上形成的一表面硅层的SOI基体之后，制造一埋入的绝缘层型单晶碳化硅基体的设备，其特点在于它包括：其中放置SOI基体的一薄膜形成室；用于将制造埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体所要求的多种气体供应到薄膜形成室内用的气体供应装置；关于用红外线辐射SOI基体的表面硅层的红外线辐射装置；以及，用于控制气体供应装置和红外线辐射装置的控制装置，其中上述控制部分用红外线对SOI基体的表面硅层辐射，同时将氢气和碳氢化合物气体的一混合气体供应至薄膜形成室内，从而使表面硅层的温度升高至将表面硅层转变为一单晶碳化硅薄膜所要求的温度，并将这状态保持一预定时期和进行这过程，使这表面硅层转变为单晶碳化硅薄膜；这过程之后，将这过程继续一预定的时期，从而在上述单晶碳化硅薄膜上积聚一碳薄膜；其后，用以一预定比例混合有氧气的一惰性气体代替上述混合气体并同时控制红外线辐射，从而达到用于蚀刻和去除上述碳薄层所要求的温度，并将这状态保持一预定时期和进行关于蚀刻和去除这碳薄层的一过程；在这过程之后，用不混合氧气的一纯惰性气体代替上述惰性气体；其后，将氢气和硅烷基气体的一混合气体供入纯惰性气体的环境气体中并同时控制红外线辐射，使达到在上述单晶碳化硅薄膜上生长一新的单晶碳化硅薄膜所要求的温度，并将这状态保持一预定时期和执行这过程，从而在单晶碳化硅薄膜上生长一新的单晶碳化硅薄膜。
【附图说明】
图1是示出按照本发明的一实施例关于实现用于一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一制造方法的一制造设备的一示意图。
图2是示出上述制造设备的一控制部分的一方块图。
图3(a)至3(e)示出了按照本发明的一实施例的关于制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一方法中的相应步骤的示意图。
图4是示出按照本发明的一实施例的、用于一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的制造设备的一修改设计的一例子的一示意图。
【具体实施方式】
将参照附图叙述按照本发明的实施例的用于制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一方法和用于该方法的一制造设备。图1是表示一发明的一实施例的、用于一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一制造装置的一示意图；图2是示出上述制造装置的一控制部分的一方块图；图3(a)至3(e)是示出按照本发明的一实施例的、用于制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一方法的步骤的示意图；以及，图4是示出按照本发明的一实施例的、用于一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一修改设计的一例子的示意图。其中，图1在用于制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的方法的相应诸步骤中净化了周围气体。此外，为了图示方便起见，图3中诸相应层的厚度的尺寸不与诸层的实际厚度成比例。
在这里所述的一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一制造设备A是用于在一薄膜成形室200内制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一设备，在上述薄膜形成室200内放置有一SOI基体100，该基体100具有位于一硅基体110上的一埋入的绝缘层120和形成在这埋入的绝缘层120上的一表面硅层130。该设备设置有：其中放置有SOI基体100的薄膜形成室200；将用于为制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体所要求的各种气体供应至薄膜形成室200的一气体供应装置300；用红外射线I辐射SOI基体100的表面硅层130的一红外线辐射装置400；以及，用于控制气体供应装置300和红外线辐射装置400的一控制部分400。以下将详细叙述各部分。
SOI基体100是SIMOX(由注入的氧分开)基体(见图3(a))。这SOI基体的表面硅层130的薄膜厚度是10纳米或以下和具体地在2纳米与4纳米之间。其中，也可以使用不是SIMOX基底的SOI基体。
如图1所示由晶体或类似物形成薄膜形成室200，其中放置SOI基体100的一基体台210位于薄膜形成室200内。由晶体或陶瓷形成该基体台210。关于晶体的类型，有透明晶体、不透明晶体、黑晶体的类型，有透明晶体、不透明晶体、黑晶体和具有对红外线的不同吸收能力的类似物。也就是说，由红外线I将不同类型的晶体加热至不同的程度。其结果，当在基体台210内使用晶体时考虑该材料对SOI基体100的安装表面的温度影响的情况下适当选择晶体的质量。其中，通过没有示出的一入口将SOI基体100放入和取出该室。
在相对于位于基体台200上的SOI基体100的一位置将红外线辐射装置400连接至薄膜成形室200。此外，将用于测量薄膜成形室200的内部温度的高温计700(见图2)放置在薄膜成形室200的外侧，使面对薄膜成形室200的内部。
用于将多种气体供应至薄膜成形室200的内部的气体供应装置300和用于排出上述多种气体的一排气装置600连接于薄膜成形室200。其中，将薄膜成形室200的内部压力设定为等于大气压力。
气体供应装置300具有用于供应氢气G1的氢气供应部分310、用于供应碳氢化合物气体G2的一碳氢化合物气体供应部分320、用于供应氧气G3的一氧气供应部分330、用于供应作为惰性气体G4的氩气(包括一纯惰性气体)的一惰性气体供应部分340和用于供应硅烷基气体G5的一硅烷基气体供应部分350。将这些气体供应部分310至350分别连接于开关阀361至365和通过一供应管道370连接至薄膜成形室200。其中，依据用途选择用于供应一混合气体的一适当方法。
氢气G1是一承载气体。利用丙烷作为碳氢化合物气体G2，使用氩气作为惰性气体G4和利用包括硅原子和碳原子的一甲基硅烷作为硅烷基气体G5。其中，除了一甲基硅烷气体之外，包括硅原子和碳原子的三甲基硅烷气体或类似气体也能够用作为硅烷基气体G5。
红外线辐射装置400是用于输出具有约80纳米波长的红外线I的一普通红外线辐射装置，它的灯部分放置在薄膜成形室200内。另一方面，红外线辐射装置400的导线设备位于薄膜成形室200的外部。红外线辐射装置400以它的位置可调节的方式形成。具体地说，红外线辐射装置400具有带一X轴线、一Y轴线和一旋转轴线的一机构，从而由控制部分500控制该机构。其结果，如果需要能够适当调节红外线I的辐射区域和辐射角度。其中，以这一方式设定红外线辐射装置400的位置，即用红外线I辐射SOI基体100的表面硅层130的整个表面。其中，能够调节红外线辐射装置400的位置，使表面硅层130局部变成单晶碳化硅薄膜140。红外线辐射装置400可以能够输出近红外和远红外线(其波长范围从约700纳米至2500纳米)。
其中，利用一程序装置作为控制部分500和将高温计700电连接于控制部分500的输入口，同时将开关阀361至365、排气装置600的转换阀和红外辐射装置400电连接于控制部分500的输出口。以一方式形成控制部分500，即在一预定顺序规律的基础上控制各部分的开/关，同时输入高温计700的测量结果。
以下将叙述控制装置A的控制部分500的控制方法和利用控制装置A制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体用的方法。首先，将SOI基体100放置在薄膜形成室200的基体台210上。
然后，转换转换阀361和362和分别迫使氢气从氢气供应部分310、以1000厘米3/分钟的速率放出和迫使碳氢化合物气体G2从碳氢化合物气体供应部分320、以10厘米3/分钟的速率放出。其结果，将一混合气体(G1+G2)供应到薄膜成形室200内。另一方面，对红外线辐射装置400供能，从而由红外线I辐射SOI基体100的表面硅层130。其结果，将表面硅层130的温度升高到用于将这表面硅层130转变成一单昌碳化硅薄膜140所要求的温度(约1200℃)，并且将这状态保持30分钟，从而，这表面硅层130转变成单晶碳化硅薄膜140(见图3(b)，第一步骤)。
如上所述，仅由红外线I的装置和从而表面硅层130吸收红外线I获得用于将SOI基体100的表面硅层130转变为单晶碳化硅薄膜140所要求的温度(约1200℃)，从而该温度变成约1200℃。另一方面，埋入的绝缘层120几乎不吸收红外线I和由于表面硅层130的热传导等原因它的温度变成为如约250℃那样低的一数值。也就是说，与现有技术不同，埋入的绝缘层120的温度不像表面硅层那样升高，这温度保持在如约250℃低的一温度，从而不引起不必要的变化，例如熔化或软化。其中，用于将SOI基体100的表面硅层130转变为单晶碳化硅薄膜140所要求的温度可以在500℃至1450℃的一范围内。
在以上所述的第一步骤之后，进一步将上述这第一步骤的相同状态保持30分钟，一碳薄层150积聚在单晶碳化硅薄膜140上(见图3(c)，第二步骤)。
在这第二步骤之后，转换转换阀363和364，分别迫使惰性气体G4从惰性气体供应部分340、以1000厘米3/分钟的一速率放出和迫使氧气G3从氧气供应部分330、以100厘米3/分钟的一速率放出。其结果，将一混合气体(G3+G4)供应至薄膜形成室200内。同时，将排气装置600的转换阀打开一预定时间，因此，将混合气体(G1+G2)排放到薄膜形成室200的外部。以上述方式用混合气体(G3+G4)代替混合气体(G1+G2)。另一方面，控制红外线辐射装置400的供应能量的时间、供应的功率等，使碳薄膜150的温度升高至用于蚀刻和去除这碳薄膜150所要求的温度(550℃或更高)和保持这状态10分钟，从而，蚀刻和去除这碳薄膜150(见图3(d)、第三步骤)。
在以上述针碳薄膜150的温度保持在550℃或以上10分钟时，这碳薄膜150导致一化学变化，例如或者，从而碳变化为一氧化碳气体或二氧化碳气体。其结果蚀刻和去除碳薄层150。
在第三步骤之后，转换转换阀364，从而迫使惰性气体G4从惰性气体供应部分340放出。其结果，将惰性气体G4供应到薄膜形成室200内。同时，排放装置600的转换阀被打开一预定时间，从而将混合气体(G3+G4)排放到薄膜形成室200的外部。以上述方式用上述惰性气体G4代替混合气体(G3+G4)，从而能够避免发生在氧气G3与下述的硅烷基气体之间的一爆炸反应的危险。
此后，转换转换阀361和365和分别迫使氢气G1从氢气供应部分310以1000厘米3/分种的一速率放出和迫使硅烷基气体G4从硅烷基气体供应装置350、以10厘米3/分钟的速率放出。其结果，将一混合气体(G1+G5)供应至薄膜成形室200。另一方面，控制红外线辐射装置400的供能时间、供应的功率等，使达到用于在单晶碳化硅薄膜140上生长一新的单晶碳化硅薄膜160所要求的温度和保持这状态30分钟，从而在这单晶碳化硅薄膜140上生长新的单晶碳化硅薄膜160。(见图3(e)，第四步骤)。
以上述方式在单晶碳化晶薄膜140上积聚硅烷基气体35和产生一反应，从而在单晶碳化硅薄膜140上形成另一单晶碳化硅薄膜160。其中，在单晶碳化硅薄膜140上生长新的单晶碳化硅薄膜160所要求的温度在500℃至1450℃的一范围内。
如上所述，制造了具有单晶碳化硅薄膜140和160的一埋入的绝缘层型单晶碳化硅基体。
在使用这一制造装置A的情况下和利用这装置的一制造方法的情况下，用红外线I辐射SOI基体100的表面硅层130，从而仅由红外线I的装置使表面硅层130的温度升高到用于将表面硅层130转变为单晶碳化硅薄膜140所要求的温度，因此几乎不吸收红外线I的埋入的绝缘层120的温度并不升高到一较大的温度。其结果，能够防止埋入的绝缘层120软化或熔化，以及能够防止没有转变为单晶碳化硅薄膜140的一块表面硅层130被埋入这埋入的绝缘层120，其结果，能够获得具有在单晶碳化硅薄膜140、160与埋入的绝缘层120之间的界面中有较高平正度的一埋入的绝缘层型单晶碳化硅基体。
在此，虽然将红外线辐射装置400的位置叙述为是可调节的，但是它的结构不必要限制为这样，红外线辐射装置400可以固定在薄膜形成室200内，使利用带有一适当输出级别的红外线I来辐射SOI基体的表面硅层130。此外，如图4所示，红外线辐射装置400可以设置在薄膜形成室200的外部，使它的位置可以调节。在这情况下，由一透明晶体形成薄膜形成室200。这透明晶体几乎不吸收红外线，因此，能够通过薄膜形成室200的壁用红外线I辐射SOI基体100的表面硅层130。此外，这薄膜形成室200的壁的温度不升高，从而防止在这些壁附近发生不希望的气体的分解。能够以上述方式改变红外线辐射装置400的位置，从而在第一步骤之前以与上述实施例的相同方式、较大通用性地易于可以调节辐射区域、辐射角度等，同时可以局部地将表面硅层130转变为单晶碳化硅薄膜140。
在表面硅层130局部地转变为单晶碳化硅薄膜140的场合，在为了制造该光学装置将硝酸镓积聚在这单晶碳化硅薄膜140上时可以制造一由一电子装置和一光学装置混合在相同基体上的电子和光学聚焦装置。
虽然将多种气体G1至G5装入相应的气体供应部分310至350，从而能够按照上述内容迫使多种气体G1至G5分别放出，但是可以在各步骤将所要求的一气体(在一混合气体的情况下按照一预定比例混合的诸气体)装入各气体供应部分，从而能够迫使这气体放出。
这里，分别供应多种气体的类型的灵活性比供应按一预定比例事先混合的诸气体的类型的灵活性高，这是考虑到这样的观点：前一种类型可以按照各种化学反应易于改变各种气体的混合比例。
这里，虽然在上述制造方法的上述第四步骤中供应包括硅原子和碳原子的硅烷基气体G5和氢气G1的一混和气体，但是可以使用包括硅原子但不包括碳原子的甲硅烷、乙硅烷、二氯硅烷气体等作为硅烷基气体G5，从而可以供应这样的硅烷基气体G5、氢气G1和碳氢化合物气体G2的一混和气体。其中，按照用途选择用于供应混合气体的一方法。
[发明效果]
如上所述，按照本发明的用于制造一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一方法是一用于在一薄膜形成室内放入具有位于一硅基体上的一埋入的绝缘层和在这埋入的绝缘层上形成的表面硅层的SOI基体之后制造一埋入的绝缘层单晶碳化硅基体的方法，其点在于：包括一第一步骤，即，用红外线辐射SOI基体的表面硅层，同时将氢气和碳氢化合物气体的一混合气体供入薄膜形成室，从而将表面硅层的温度提高至用于将表面硅层转变为一单晶碳化硅薄膜所要求的温度，并将这状态保持一预定时间，从而将表面硅层转变为单晶碳化硅薄膜。
在这一制造方法的情况下，用红外线辐射SOI基体的表面硅层，从而仅由红外线装置使表面硅层的温度升高至用于将表面硅层转变为一单晶碳化硅薄膜所要求的温度，因此，几乎不吸收红外线的埋入的绝缘层的温度没有较大地提高。其结果，能够防止上述埋入的绝缘层软化或熔化和能够防止没有转变为一单晶碳化硅薄膜的一块表面硅层被埋入这被埋入的绝缘层。因此，能够获得在单晶碳化硅薄膜与埋入的绝缘层之间的界面中具有较高平正度的一埋入的绝缘层型单晶碳化硅基体。
按照本发明的用于一埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体的一制造设备是一种在一薄膜形成室内放置具有位于一硅基体上的一埋入的绝缘层和形成在这埋入的绝缘层上形成的一表面硅层的一SOI基体之后制造一埋入的绝缘层型单晶碳化硅基体用的设备，它包括：其中放置一SOI基体的一薄膜形成室，用于供应用于制造埋入的绝缘层型半导体碳化硅基体所要求的多种气体进入薄膜形成室的气体供应装置；用于用红外线辐射SOI基体的表面硅层的红外线辐射装置；以及，用于控制气体供应装置和红外线辐射装置的控制装置，其中上述控制部分用红外线来辐射SOI基体的表面硅层，同时将氢气和碳氢化合物气体的一混和气体供入薄膜形成室内，从而将表面硅层的温度升高到用于将表面硅层转变为一单晶碳化硅薄膜所要求的温度和将这状态保持一预定时间，从而这表面硅层转变为单晶碳化硅薄膜。
在使用这一制造装置的场合，能够获得如上述制造方法的相同效果。此外，在这一制造装置中使用一红外线辐射装置作为一加热装置，从而仅由红外线装置使SOI基体的表面硅层的温度升高，因此，与现有技术不同，包含在一电阻加热系统中或在一感应加热系统中与电阻加热系统的加热器或感应加热系统的线圈一起使用的隔热结构或类似结构变成不是必需的。其结果，能够在较大的程度上使设备比现有技术的小。此外，在薄膜形成室内不需要以一气密方式提供导线设备，因此，能够实现设备的简单化。并且，没有如在一感应加热系统中存在的周围设备受到由于感应所产生的电磁干扰问题。