CN107658219B - 热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够抑制生成热施主的以锗为主要成分的p型半导体的热处理方法。注入了硼等掺杂剂的锗半导体层为p型半导体。以200℃以上且300℃以下的预备加热温度T1预备加热上述半导体层后，用照射时间极短的闪光照射将该半导体层加热至500℃以上且900℃以下的处理温度T2。在锗中不可避免地混入的氧在300℃～500℃的条件下成为热施主，但由于闪光的照射时间为0.1微秒以上且100微秒以下的极短时间，所以半导体层的温度停留在300℃～500℃的温度范区域的时间短到可以忽略的程度。因此，能够抑制锗半导体层中的热施主的生成。

Description

热处理方法
技术领域
本发明涉及以锗为主要成分的p型半导体的热处理方法。
背景技术
作为半导体器件的材料，主要使用硅(Si)，但一部分也使用锗(Ge)。研究了由于与硅相比，锗的迁移率高，因此锗作为场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)的沟道材料而使用(例如专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-115415号公报。
发明内容
典型地，作为半导体用途而被使用的锗单晶通过切克劳斯基法(CzochralskiMethod，Cz法)制造。在切克劳斯基法中，从熔融有高纯度锗的石英坩埚混入酸氧(O)。在单晶锗中混入的氧以与两个锗原子结合的状态存在于晶格间的位置。另外，采用其他制造方法也不可避免地在锗中混入氧。
将这种单晶锗加热至300℃～500℃时，混入的氧进一步放出一个电子后，与三个原子结合。即，氧发挥施主那样的作用。将通过这种加热处理放出自由电子的氧称为热施主。热施主在n型半导体中不会成为大问题，但在p型半导体中会发生作为载流子的空穴与热施主放出的自由电子复合而导致空穴消失的不良情况。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够抑制热施主的生成的以锗为主要成分的p型半导体的热处理方法。
为了解决上述问题，技术方案1的发明是以锗为主要成分的p型半导体的热处理方法，其特征在于，具备：预备加热工序，以200℃以上且300℃以下的预备加热温度预备加热注入了掺杂剂的锗的半导体层；以及闪光加热工序，从闪光灯向所述半导体层照射闪光，加热所述半导体层至500℃以上且900℃以下的处理温度。
另外，技术方案2的发明在技术方案1的发明的热处理方法的基础上，其特征在于，所述闪光加热工序中的闪光照射时间为0.1毫秒以上且100毫秒以下。
发明效果
根据技术方案1和技术方案2的发明，由于以200℃以上且300℃以下的预备加热温度预备加热注入了掺杂剂的锗半导体层后，从闪光灯向该半导体层照射闪光，加热至500℃以上且900℃以下的处理温度，因此半导体层的温度停留在300℃～500℃的温度区域的时间短到可以忽略的程度，能够抑制锗半导体层中热施主的生成。
附图说明
图1是表示本发明的热处理方法中使用的热处理装置的结构的纵剖视图。
图2是表示保持部的整体外观的立体图。
图3是支撑座的俯视图。
图4是支撑座的截面图。
图5是移载机构的俯视图。
图6是移载机构的侧视图。
图7是表示多个卤素灯的配置的俯视图。
图8是表示闪光灯的驱动电路的图。
图9是示意性地表示用热处理装置处理的基板的结构的图。
图10是表示在基板的表面形成的半导体层的温度变化的图。
附图标记说明
1 热处理装置
3 控制部
4 卤素加热部
5 闪光加热部
6 腔室
7 保持部
65 热处理空间
74 支撑座
75 保持板
77 基板支撑销
93 电容
95 电源单元
96 IGBT
101 基材
102 半导体层
120 辐射温度计
FL 闪光灯
HL 卤素灯
W 基板
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
首先，对用于实施本发明的热处理方法的热处理装置进行说明。图1是表示本发明的热处理方法中使用的热处理装置1的结构的纵剖视图。图1的热处理装置1是通过对圆板状的基板W进行闪光照射来加热该基板W的闪光灯退火装置。成为处理对象的基板W的尺寸并不特别限定，例如为
Figure BDA0001360818260000031
或
Figure BDA0001360818260000032
此外，在图1以及之后的各图中，为了便于理解，根据需要放大或简化各部分的尺寸、数量。
热处理装置1具有容纳基板W的腔室6、内置多个闪光灯FL的闪光加热部5以及内置多个卤素灯HL的卤素加热部4。在腔室6的上方侧设置有闪光加热部5，并且在下方侧设置有卤素加热部4。另外，热处理装置1在腔室6的内部具有用于将基板W保持为水平姿势的保持部7和在保持部7与装置外部之间交接基板W的移载机构10。另外，热处理装置1还具有对卤素加热部4、闪光加热部5以及设置在腔室6的各动作机构进行控制以执行基板W的热处理的控制部3。
腔室6是在筒状的腔室侧部61的上下处安装石英制的腔室窗而构成的。腔室侧部61具有上下开口的大致筒状，在上侧开口安装有上侧腔室窗63而封闭上侧开口，在下侧开口安装有下侧腔室窗64而封闭下侧开口。构成腔室6的顶部的上侧腔室窗63是由石英形成的圆板状构件，作为使从闪光加热部5射出的闪光透过到腔室6内的石英窗而发挥作用。另外，构成腔室6的底部的下侧腔室窗64也是由石英形成的圆板状构件，作为使来自卤素加热部4的光透过到腔室6内的石英窗而发挥作用。
另外，在腔室侧部61的内侧的壁面的上部安装有反射环68，在下部安装有反射环69。反射环68、69都形成为圆环状。上侧的反射环68通过从腔室侧部61的上侧嵌入的方式而被安装。另一方面，下侧的反射环69通过从腔室侧部61的下侧嵌入并用省略图示的螺钉固定的方式而被安装。即，反射环68、69都能自由装卸地安装在腔室侧部61。将腔室6的内侧空间，即由上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61以及反射环68、69包围的空间规定为热处理空间65。
通过在腔室侧部61安装反射环68、69，在腔室6的内壁面形成有凹部62。即，形成有由腔室侧部61的内壁面中的未安装有反射环68、69的中央部分、反射环68的下端面以及反射环69的上端面包围的凹部62。凹部62沿着水平方向呈圆环状形成于腔室6的内壁面，并围绕保持基板W的保持部7。腔室侧部61以及反射环68、69由强度和耐热性优良的金属材料(例如不锈钢)形成。
另外，在腔室侧部61设置有用于对腔室6进行基板W的搬入以及搬出的搬送开口部(炉口)66。搬送开口部66可以利用闸阀185来开闭。搬送开口部66与凹部62的外周面连通性地连接。因此，在闸阀185打开搬送开口部66时，能够从搬送开口部66经凹部62向热处理空间65搬入基板W以及从热处理空间65搬出基板W。另外，当闸阀185关闭搬送开口部66时，腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。
另外，在腔室6的内壁上部形成有用于向热处理空间65供给处理气体的气体供给孔81。气体供给孔81形成于比凹部62更靠上侧位置，也可以设置在反射环68上。气体供给孔81经由在腔室6的侧壁内部形成为圆环状的缓冲空间82而与气体供给管83连通性地连接。气体供给管83与处理气体供给源85连接。另外，在气体供给管83的路径途中安装有阀84。打开阀84时，从处理气体供给源85向缓冲空间82输送处理气体。流入缓冲空间82的处理气体以在流体阻力比气体供给孔81小的缓冲空间82内扩散的方式流动，并从气体供给孔81向热处理空间65内供给。作为处理气体，可以使用氮气(N2)等惰性气体或氢气(H2)、氨(NH3)等反应性气体(在本实施方式中，为氮气)。
另一方面，在腔室6的内壁下部设置有用于排出热处理空间65内的气体的气体排出孔86。气体排出孔86形成于比凹部62更靠下侧位置，也可以设置在反射环69上。气体排出孔86经由在腔室6的侧壁内部形成为圆环状的缓冲空间87而与气体排出管88连通性地连接。气体排出管88与排气部190连接。另外，在气体排出管88的路径途中安装有阀89。打开阀89时，热处理空间65的气体从气体排出孔86经由缓冲空间87向气体排出管88排出。此外，气体供给孔81以及气体排出孔86既可以沿着腔室6的周向设置有多个，也可以为狭缝状。另外，处理气体供给源85以及排气部190既可以是设置在热处理装置1的机构，也可以是设置有热处理装置1的车间的设备。
另外，在搬送开口部66的顶端也连接有用于排出热处理空间65内的气体的气体排出管191。气体排出管191经由阀192与排气部190连接。通过打开阀192，经由搬送开口部66排出腔室6内的气体。
图2是表示保持部7的整体外观的立体图。保持部7具有底座环71、连接部72以及支撑座74。底座环71、连接部72以及支撑座74均由石英形成。即，保持部7整体由石英形成。
基台环71是从圆环形状切去一部分后的圆弧形状的石英构件。设置该切去部分是为了防止后述的移载机构10的移载臂11与底座环71的干扰。底座环71通过载置在凹部62的底面而被腔室6的壁面支撑(参照图1)。在底座环71的上表面沿着上述圆环形状的周向立设有多个连接部72(在本实施方式中为四个)。连接部72也是石英的构件，通过焊接固定在底座环71上。
支撑座74由在底座环71上设置的四个连接部72支撑。图3是支撑座74的俯视图。另外，图4是支撑座74的截面图。支撑座74具有保持板75、引导环76和多个基板支撑销77。保持板75是由石英形成的大致圆形的平板状构件。保持板75的直径比基板W的直径大。即，保持板75具有比基板W大的平面尺寸。
在保持板75的上表面周缘部设置有引导环76。引导环76是具有比基板W的直径更大的内径的圆环形状的构件。例如，当基板W的直径为
Figure BDA0001360818260000065
时，引导环76的内径为
Figure BDA0001360818260000066
引导环76的内周形成为从保持板75向上方变宽的锥面。引导环76由与保持板76同样的石英形成。引导环76既可以焊接在保持板75的上表面，也可以通过另外加工成的销等固定在保持板75上。或者，也可以将保持板75和引导环76作为一体构件加工。
在保持板75的上表面中比引导环76更靠内侧的区域为保持基板W的平面状的保持面75a。在保持板75的保持面75a上立设有多个基板支撑销77。在本实施方式中，沿着与保持面75a的外周圆(引导环76的内周圆)同心的圆周，以30°间隔立设有共计12个基板支撑销77。配置有12个基板支撑销77的圆的直径(对置的基板支撑销77间的距离)比基板W的直径小。若基板W的直径为
Figure BDA0001360818260000061
则所述基板支撑销77的圆的直径为
Figure BDA0001360818260000062
Figure BDA0001360818260000063
(在本实施方式中，为
Figure BDA0001360818260000064
)。各基板支撑销77由石英形成。多个基板支撑销77既可以焊接在保持板75的上表面，也可以与保持板75一体加工。
返回到图2，在底座环71上立设的四个连接部72与支撑座74的保持板75的周缘部通过焊接固定。即，支撑座74和底座环71通过连接部72固定连接。这样的保持部7的底座环71由腔室6的壁面支撑，由此保持部7安装在腔室6内。在保持部7安装在腔室6内的状态下，支撑座74的保持板75处于水平姿势(法线与铅垂方向一致的姿势)。即，保持板75的保持面75a为水平面。
搬入腔室6内的基板W以水平姿势载置于在腔室6内安装的保持部7的支撑座74上并保持被。此时，基板W由立设在保持板75上的12个基板支撑销77支撑，并保持在支撑座74上。更严格地，12个基板支撑销77的上端部与基板W的下表面接触，从而支撑该基板W。由于12个基板支撑销77的高度(从基板支撑销77的上端至保持板75的保持面75a为止的距离)均匀，因此能够由12个基板支撑销77以水平姿势支撑基板W。
另外，基板W通过多个基板支撑销77距保持板75的保持面75a隔开规定的间隔而被支撑。引导环76的厚度比基板支撑销77的高度大。因此，引导环76防止由多个基板支撑销77支撑的基板W的水平方向的位置偏移。
另外，如图2以及图3所示，在支撑座74的保持板75上，上下贯通地形成有开口部78。开口部78被设置为用于使辐射温度计120(参照图1)接收从由支撑座74保持的基板W的下表面辐射的辐射光(红外光)。即，辐射温度计120经由开口部78接收从由支撑座74保持的基板W的下表面辐射的光，由另置的检测器测定上述基板W的温度。另外，在支撑座74的保持板75上贯穿设置有四个贯通孔79，贯通孔79用于后述的移载机构10的升降销12贯通以进行基板W的交接。
图5是移载机构10的俯视图。另外，图6是移载机构10的侧视图。移载机构10具有两个移载臂11。移载臂11为大致沿着圆环状的凹部62那样的圆弧形状。在各移载臂11上立设有两根升降销12。利用水平移动机构13使各移载臂11可转动。水平移动机构13使一对移载臂11相对于保持部7在移载动作位置(图5的实线位置)与退避位置(图5的双点划线位置)之间水平移动，移载动作位置为进行基板W的移载的位置，退避位置为在俯视图下与由保持部7保持的基板W不重叠的位置。作为水平移动机构13，既可以利用单独的马达使各移载臂11分别转动，也可以使用连杆机构并利用一个马达使一对移载臂11连动而转动。
另外，一对移载臂11利用升降机构14与水平移动机构13一起升降移动。当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置上升时，四根升降销12穿过在支撑座74上贯穿设置的贯通孔79(参照图2、3)，升降销12的上端从支撑座74的上表面突出。另一方面，当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置下降后，使升降销12从贯通孔79抽出，并且水平移动机构13使一对移载臂11移动以打开时，各移载臂11移动到退避位置。一对移载臂11的退避位置在保持部7的底座环71的正上方。由于底座环71载置在凹部62的底面，所以移载臂11的退避位置处于凹部62的内侧。此外，在设置有移载机构10的驱动部(水平移动机构13以及升降机构14)的部位的附近也设置有省略图示的排气机构，将移载机构10的驱动部周边的环境气体排出到腔室6的外部。
返回到图1，在腔室6的上方设置的闪光加热部5构成为，在框体51的内侧具有由多根(在本实施方式为30根)氙气闪光灯FL构成的光源和以覆盖该光源的上方的方式设置的反射体52。另外，在闪光加热部5的框体51的底部安装有灯光辐射窗53。构成闪光加热部5的底部的灯光辐射窗53是由石英形成的板状的石英窗。通过将闪光加热部5设置在腔室6的上方，灯光辐射窗53与上侧腔室窗63相对。闪光灯FL从腔室6的上方经由灯光辐射窗53以及上侧腔室窗63向热处理空间65照射闪光。
多个闪光灯FL分别是具有细长圆筒形状的棒状灯，以各自的长度方向沿着由保持部7保持的基板W的主面(即沿着水平方向)相互平行的方式排列为平面状。因此，闪光灯FL排列而形成的平面也为水平面。
图8是表示闪光灯FL的驱动电路的图。如该图所示，电容93、线圈94、闪光灯FL、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)96串联连接。另外，如图8所示，控制部3具有脉冲发生器31以及波形设定部32，并与输入部33连接。作为输入部33，能够采用键盘、鼠标、触摸面板等各种公知的输入设备。波形设定部32基于来自输入部33的输入内容，设定脉冲信号的波形，脉冲发生器31根据该波形产生脉冲信号。
闪光灯FL具有在内部封入氙气气体并且在两端部配置有阳极以及阴极的棒状的玻璃管(放电管)92和在该玻璃管92的外周面上附设的触发电极91。由电源单元95对电容93施加规定的电压，向电容93充有与该施加电压(充电电压)相应的电荷。另外，能够从触发电路97向触发电极91施加高电压。触发电路97向触发电极91施加电压的时机由控制部3控制。
IGBT96是在栅极部组入MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)而成的双极型晶体管，并是适于处理大功率的开关元件。从控制部3的脉冲发生器31向IGBT96的栅极施加脉冲信号。当向IGBT96的栅极施加规定值以上的电压(高电压)时，IGBT96处于导通状态，当向IGBT96的栅极施加小于规定值的电压(低电压)时，IGBT96处于关断状态。如此地，包含闪光灯FL的驱动电路由IGBT96连接/断开。根据IGBT96导通/关断，闪光灯FL和对应的电容93连接/断开，流经闪光灯FL的电流被通断控制。
即使在电容器93充电的状态下IGBT96成为导通状态而向玻璃管92的两端电极施加高电压，也由于氙气为电绝缘体，因此在通常的状态下玻璃管92内并不通电。但是，在触发电路97向触发电极91施加高电压而破坏绝缘的情况下，因两端电极间的放电而在玻璃管92内瞬时流经电流，利用此时的氙气的原子或分子的激发而放出光。
图8所示的驱动电路针对在闪光加热部5设置的多个闪光灯FL分别单独设置。在本实施方式中，由于30根闪光灯FL呈平面状排列，所以，与它们对应地设置30个如图8所示的驱动电路。因此，分别流经30根闪光灯FL的电流由对应的IGBT96单独进行通断控制。
另外，反射体52在多个闪光灯FL的上方整体覆盖这些闪光灯。反射体52的基本的功能是，将从多个闪光灯FL射出的闪光向热处理空间65侧反射。反射体52由铝合金板形成，用喷砂处理对其表面(面向闪光灯FL一侧的面)实施粗面化加工。
在腔室6的下方设置的卤素加热部4在框体41的内侧内置有多根(在本实施方式中为40根)卤素灯HL。卤素加热部4是如下的光照射部，即，用多根卤素灯HL从腔室6的下方经由下侧腔室窗64向热处理空间65照射光，从而对基板W进行加热。
图7是表示多个卤素灯HL的配置的俯视图。40根卤素灯HL被配置为分成上下两层。在接近保持部7的上层配置有20根卤素灯HL，并且，在与上层相比距保持部7较远的下层也配置有20根卤素灯HL。各卤素灯HL是具有细长圆筒形状的棒状灯。在上层、下层，20根卤素灯HL都以各自的长度方向沿着由保持部7保持的基板W的主面(即沿着水平方向)相互平行的方式排列。因此，在上层、下层，根据卤素灯HL的排列而形成的平面都为水平面。
另外，如图7所示，在上层、下层均为，相对于与由保持部7保持的基板W的中央部相向的区域，与基板W的周缘部相向的区域中的卤素灯HL的配设密度高。即，在上层、下层均为，相对于灯排列的中央部，周缘部的卤素灯HL的配设间距短。因此，在由卤素加热部4照射光进行加热时，能够向容易发生温度下降的基板W的周缘部照射更多的光量。
另外，由上层的卤素灯HL构成的灯组和由下层的卤素灯HL构成的灯组呈格子状交叉排列。即，以在上层配置的20根卤素灯HL的长度方向和在下层配置的20根卤素灯HL的长度方向相互垂直的方式，配设共计40根卤素灯HL。
卤素灯HL是通过对在玻璃管内部配设的灯丝进行通电来使灯丝白热化从而使其发光的灯丝方式的光源。在玻璃管的内部封入有在氮气或氩气等惰性气体中导入微量的卤素元素(碘、溴等)而成的气体。通过导入卤素元素，能够抑制灯丝的损坏并能够将灯丝的温度设定为高温。因此，卤素灯HL与通常的白炽灯相比具有寿命长且能够连续照射强光的特性。即，卤素灯HL是连续发光至少1秒以上的连续点亮灯。另外，卤素灯HL由于是棒状灯，所以寿命长，且通过使卤素灯HL沿水平方向配置，向上方的基板W辐射的效率优良。
另外，在卤素加热部4的框体41内，在两层卤素灯HL的下侧也设置有反射体43(图1)。反射体43将从多个卤素灯HL射出的光向热处理空间65侧反射。
控制部3对设置在热处理装置1的上述各种动作机构进行控制。作为控制部3的硬件结构，与一般的计算机相同。即，控制部3具有用于进行各种运算处理的电路即CPU、用于存储基本程序的读取专用存储器即ROM、用于存储各种信息的可读写存储器即RAM以及用于存储有控制用软件或数据等的磁盘。控制部3的CPU执行规定的处理程序来执行热处理装置1中的处理。
除了上述结构以外，热处理装置1还具有各种冷却用的结构，以防止在对基板W进行热处理时，因由卤素灯HL以及闪光灯FL产生的热能而导致卤素加热部4、闪光加热部5以及腔室6的温度过度上升。例如在腔室6的壁体设置有水冷管(省略图示)。另外，卤素加热部4以及闪光加热部5是在内部形成气体流来进行排热的空冷结构。另外，还向上侧腔室窗63和灯光辐射窗53的间隙供给空气，对闪光加热部5以及上侧腔室窗63进行冷却。
接着，对本发明的半导体的热处理方法进行说明。在本实施方式中，通过上述热处理装置1对注入了硼的锗p型半导体进行活化退火处理。
图9是示意性地表示用热处理装置1处理的基板W的结构的图。在本实施方式中，硅的基材101的上表面的一部分区域形成有锗半导体层102。半导体层102是单晶锗。半导体层102的膜厚度极薄，为几十nm。
在本发明的热处理前，将硼作为掺杂剂注入锗半导体层102的表面。掺杂剂的注入由与热处理装置1不同的离子注入装置进行。离子注入时的加速能量和剂量能够适当设定。通过注入微量硼，半导体层102成为以锗为主要成分的p型半导体。
通过离子注入而刚注入的硼因未与锗晶体整合而无活性，另外，因在锗晶体中进行离子注入而产生晶格缺陷，因此需要修复所述晶格缺陷。因此，对注入了微量硼的锗半导体层102进行由热处理装置1进行的闪光灯退火。热处理装置1对硅基材101上形成有半导体层102的基板W进行热处理。下面，对由热处理装置1进行的基板W的热处理进行说明。通过使控制部3控制热处理装置1的各动作机构，执行以下说明的热处理装置1的处理步骤。
首先，打开闸阀185以开放搬送开口部66，用装置外部的搬送机械手经由搬送开口部66向腔室6内的热处理空间65搬入基板W。即，将半导体层102搬入腔室6内。由搬送机械手搬入的基板W进入到保持部7的正上方位置并停止。然后，移载机构10的一对移载臂11从退避位置水平移动到移载动作位置后上升，由此升降销12穿过贯通孔79从支撑座74的保持板75的上表面突出，接受基板W。此时，升降销12上升至比基板支撑销77的上端更靠上方的位置。
在基板W载置在升降销12上后，搬送机械手从热处理空间65退出，由闸阀185关闭搬送开口部66。然后，通过使一对移载臂11下降，基板W从移载机构10交到保持部7的支撑座74上，从而被从下方保持为水平姿势。基板W由立设在保持板75上的多个基板支撑销77支撑，并保持在支撑座74上。另外，基板W将形成有半导体层102的表面作为上表面而被保持部7保持。在由多个基板支撑销77支撑的基板W的背面(与表面相反一侧的主面)与保持板75的保持面75a之间形成有规定的间隔。下降至支座74的下方的一对移载臂11由水平移动机构13驱动以退避至退避位置即凹部62的内侧。
另外，由闸阀185关闭搬送开口部66而使热处理空间65成为密闭空间后，对腔室6内的环境气体进行调整。具体而言，打开阀84，从气体供给孔81向热处理空间65供给处理气体。在本实施方式中，将氮气作为处理气体，供给至腔室6内的热处理空间65。另外，打开阀89，从气体排出孔86排出腔室6内的气体。由此，从腔室6内的热处理空间65的上部供给的处理气体向下方流动，并从热处理空间65的下部排出，热处理空间65被置换为氮气环境气体。另外，通过打开阀192，也从搬送开口部66排出腔室6内的气体。进一步地，还利用省略图示的排气机构排出移载机构10的驱动部周边的环境气体。
图10是表示在基板W的表面形成的半导体层102的温度变化的图。腔室6内被置换为氮气环境气体，基板W被保持部7的支撑座74从下方保持为水平姿势后，在时刻t1卤素加热部4的40根卤素灯HL一齐点亮来开始预备加热(辅助加热)。从卤素灯HL射出的卤素光透过由石英形成的下侧腔室窗64以及支撑座74，从基板W的背面照射。通过接受来自卤素灯HL的光照射，基板W进行预备加热，温度上升。此外，由于移载机构10的移载臂11退避到凹部62的内侧，因此，不会妨碍卤素灯HL的预备加热。
在利用卤素灯HL进行预备加热时，基板W的温度由辐射温度计120测定。即，辐射温度计120接收从由支撑座74保持的基板W的背面经由开口部78放射的红外光来测定升温中的基板温度。将所测定的基板W的温度传递至控制部3。控制部3监视因来自卤素灯HL的光照射而升温的基板W的温度是否到达规定的预备加热温度T1，并且控制卤素灯HL的输出。即，控制部3基于辐射温度计120的测定值，对卤素灯HL的输出进行反馈控制以使基板W的温度为预备加热温度T1。预备加热温度T1为200℃以上且300℃以下(在本实施方式中为200℃)。
在基板W的温度到达预备加热温度T1后，控制部3将基板W暂时维持在该预备加热温度T1。具体而言，在由辐射温度计120测定的基板W的温度到达预备加热温度T1的时间点，控制部3调整卤素灯HL的输出，将基板W的温度大致维持在预备加热温度T1。
通过由这样的卤素灯HL进行预备加热，使整个基板W均匀地升温至预备加热温度T1。因此，也在预备加热温度T1下将半导体层102进行预备加热。在由卤素灯HL进行预备加热的阶段，虽然存在更易于放热的基板W的周缘部的温度比中央部的温度低的趋势，但是就卤素加热部4中的卤素灯HL的配设密度而言，与周缘部相向的区域比与基板W的中央部相向的区域高。因此，向易于放热的基板W的周缘部照射的光量增多，从而能够使预备加热阶段中的基板W的面内温度分布均匀。
在基板W的温度达到预备加热温度T1并再经过了规定时间的时刻t2，从闪光加热部5的闪光灯FL向基板W的表面照射闪光。在闪光灯FL照射闪光时，预先由电源单元95向电容93蓄积电荷。然后，在电容93蓄积有电荷的状态下，从控制部3的脉冲发生器31向IGBT96输出脉冲信号，进行IGBT96导通/关断驱动。
脉冲信号的波形能够通过从输入部33输入将脉冲宽度的时间(有效时间)和脉冲间隔的时间(无效时间)作为参数依次设定的处理方案来规定。操作者从输入部33向控制部3输入这样的处理方案时，控制部3的波形设定部32据此设定反复有无的脉冲波形。然后，根据由波形设定部32设定的脉冲波形，脉冲发生器31输出脉冲信号。其结果，向IGBT96的栅极施加所设定的波形的脉冲信号，对驱动IGBT96的导通/关断进行控制。具体而言，向IGBT96的栅极输入的脉冲信号为有效时，IGBT96处于导通状态，在脉冲信号为无效时，IGBT96处于关断状态。
另外，与从脉冲发生器31输出的脉冲信号有效的时机同步地，控制部3控制触发电路97向触发电极91施加高电压(触发电压)。在电容93蓄积有电荷的状态下，向IGBT96的栅极输入脉冲信号，且与该脉冲信号有效的时机同步地，向触发电极91施加高电压，由此，在脉冲信号有效时，在玻璃管92内的两端电极间必定流经电流，利用此时的氙气的原子或分子的激发放出光。
如此地，闪光加热部5的30根闪光灯FL发光，向由保持部7保持的基板W的表面照射闪光。在此，在不使用IGBT96而使闪光灯FL发光的情况下，在电容93蓄积的电荷在一次发光中就被消耗，来自闪光灯FL的输出波形变成宽度为0.1毫秒至10毫秒左右的单脉冲。相对于此，在本实施方式中，在电路中连接作为开关元件的IGBT96，并向其栅极输出脉冲信号，由此，利用IGBT96断续地从电容93向闪光灯FL供给电荷，对流经闪光灯FL的电流进行通断控制。其结果，闪光灯FL的发光被斩波(chopper)控制，在电容93蓄积的电荷被分开消耗，在极短的时间内，闪光灯FL反复进行点亮熄灭。此外，在电路流经的电流值完全变为“0”之前，下一个脉冲施加到IGBT96的栅极，电流值再次增加，因此，闪光灯FL反复点亮熄灭期间，发光输出也并不完全变为“0”。
IGBT96对流经闪光灯FL的电流进行通断控制，由此，能够自由规定闪光灯FL的发光模式(发光输出的时间波形)，还能够自由调整发光时间以及发光强度。IGBT96的导通/关断驱动的模式由从输入部33输入的脉冲宽度的时间和脉冲间隔的时间来规定。即，通过将IGBT96组入闪光灯FL的驱动电路，仅通过对由输入部33输入的脉冲宽度的时间和脉冲间隔的时间进行适当的设置，就能够自由规定闪光灯FL的发光模式。
具体地说，例如，从输入部33输入的脉冲宽度的时间与脉冲间隔的时间的比率变大时，流经闪光灯FL的电流增大，发光强度变强。反之，从输入部33输入的脉冲宽度的时间与脉冲间隔的时间的比率变小时，流经闪光灯FL的电流减少，发光强度变弱。另外，当适当调整从输入部33输入的脉冲间隔的时间与脉冲宽度的时间的比率时，能将闪光灯FL的发光强度维持恒定。进一步地，通过使从输入部33输入的脉冲宽度的时间和脉冲间隔的时间的组合的总时间变长，在比较长的时间内电流持续流经闪光灯FL，闪光灯FL的发光时间变长。在本实施方式中，将闪光灯FL的发光时间设定在0.1毫秒～100毫秒之间。
如此地，以0.1毫秒以上且100毫秒以下的照射时间从闪光灯FL向基板W的表面照射光，进行基板W的闪光加热。通过照射时间为0.1毫秒以上且100毫秒以下左右的极短的强闪光，包括锗半导体层102的基板W的表面瞬间升温至处理温度T2。因闪光照射而使基板W的表面到达的最高温度(峰值温度)即处理温度T2为500℃以上且900℃以下，在本实施方式中为700℃。在闪光加热中，由于闪光的照射时间为100毫秒以下的极短时间，因此，基板W的表面温度瞬间升温至处理温度T2后，立即降温至预备加热温度T1附近。
向基板W的表面照射闪光时，锗半导体层102也被加热至处理温度T2。在表面注入有作为掺杂剂的硼的半导体层102瞬间被加热至处理温度T2，从而掺杂剂被活化。另外，也修复了由离子注入而在锗晶体中产生的晶格缺陷。
在闪光加热处理结束后，经过规定时间后熄灭卤素灯HL。由此，基板W从预备加热温度T1急剧降温。降温中的基板W的温度由计辐射温度计120测定，将其测定结果传送至控制部3。控制部3根据放射温度計120的测定结果监视基板W的温度是否下降至规定温度。然后，在基板W的温度下降至规定以下后，移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置水平移动至移载动作位置侯上升，由此，升降销12从支撑座74的上表面突出而从支撑座74接受热处理后的基板W。接着，打开由闸阀185关闭的搬送开口部66，载置在升降销12上的基板W由装置外部的搬送机械手搬出，完成在热处理装置1中的基板W的加热处理。
在本实施方式中，将注入了硼等掺杂剂的锗半导体层102预备加热至200℃以上且300℃以下的预备加热温度T1后，从闪光灯FL照射闪光，在极短时间内将半导体层102加热至500℃以上且900℃以下的处理温度T2。
如上所述，氧不可避免地混入锗中，将上述锗加热至300℃～500℃后，混入的氧放出自由电子，成为热施主。在p型半导体中存在热施主放出的自由电子与作为载流子的空穴结合而消除空穴的问题。
在本实施方式中，将作为锗p型半导体的半导体层102预备加热至200℃以上且300℃以下的预备加热温度T1后，照射时间极短的闪光照射将半导体层102加热至500℃以上且900℃以下的处理温度T2。虽然在闪光照射时半导体层102瞬间通过300℃～500℃的温度区域，但是由于闪光的照射时间为0.1毫秒以上且100毫秒以下的极短时间，因此半导体层102的温度停留在300℃～500℃的温度区域的时间短到可以忽略的程度。因此，抑制了锗半导体层102中存在的氧成为热施主而放出自由电子。其结果是，能够防止半导体层102中的空穴因复合而消除，防止损害作为p型半导体的功能。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明只要不脱离其宗旨，除了上述以外，能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，在锗半导体层102中注入硼作为掺杂剂，但并不限于此，只要是例如铟(In)等三价掺杂剂即可。即，只要是在锗中添加而形成p型半导体的掺杂剂即可。
另外，在上述实施方式中，使腔室6内为常压，进行基板W的加热处理，但也可以对腔室6内进行减压后进行预备加热和闪光加热。具体而言，可以在腔室6内的压力为20Pa～大气压(约101325Pa)的范围内进行基板W的预备加热和闪光加热。
另外，在上述实施方式中，在硅的基材101的上表面的一部分区域形成有锗半导体层102，但也可以将锗单晶的半导体晶片作为基板。
另外，在上述实施方式中，闪光加热部5具有30根闪光灯FL，但不限于此，闪光灯FL的数量能够是任意数量。另外，闪光灯FL并不限于氙气闪光灯，也可以是氪气闪光灯。另外，在卤素加热部4配置的卤素灯HL的根数也并不限于40根，可以为任意数量。
另外，在上述实施方式中，利用来自卤素灯HL的卤素光照射来对基板W进行预备加热，但是预备加热的方法并不限于此，也可以通过载置在加热板上来对基板W进行预备加热。

Claims (1)

1.一种热处理方法，其是以锗为主要成分的p型半导体的热处理方法，其特征在于，具备：
预备加热工序，以200℃以上且300℃以下的预备加热温度预备加热注入了掺杂剂的锗的半导体层；以及
闪光加热工序，从闪光灯向所述半导体层以0.1毫秒以上且100毫秒以下的闪光照射时间照射闪光，加热所述半导体层至500℃以上且900℃以下的处理温度，使掺杂剂活化而不产生热施主。
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