CN107658225B - 热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以锗或硅锗为主要成分的p型半导体的热处理方法，利用该热处理方法，能够适当地控制掺杂剂的扩散。将形成有注入了硼等掺杂剂的锗的半导体层的基板搬入室(6)内。在向室(6)内供给含有氢气的处理气体而在半导体层的周围形成含有氢气的环境气体的状态下，由来自卤素灯(HL)的光照射预热半导体层。由此，利用氢气消除存在于半导体层的表面附近的空穴。然后，向半导体层照射来自闪光灯(FL)的闪光，将半导体层加热到处理温度。由于消除了半导体层的空穴，因此闪光加热时掺杂剂能够比较容易扩散，通过调整闪光照射的条件，能够适当地控制掺杂剂的扩散。

Description

热处理方法
技术领域
本发明涉及以锗或硅锗为主要成分的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)，但在一部分半导体器件上还使用锗(Ge)。锗与硅比较迁移率高，因此研究将其用作场效应晶体管(FET)的沟道材料(例如，专利文献1)。
专利文献1：日本特开2015-115415号公报
向高纯度的锗添加了微量的硼(B)等三价掺杂剂的p型半导体(p-Ge)，与添加了磷(P)或砷(As)等五价掺杂剂的n型半导体(n-Ge)比较，活化退火时的掺杂剂的活化率高。另一方面，锗的p型半导体与n型半导体比较，存在掺杂剂的扩散非常慢并且活化退火时的扩散控制困难的问题。这是因为，磷或砷经由锗的晶体中的空穴扩散，而硼等经由晶体中的晶格间的空隙扩散。锗的晶体中存在很多空穴，因此经由空穴扩散的磷或砷容易扩散，相反，硼等因多个空穴成为障碍而很难扩散。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于，提供以锗或硅锗为主要成分的p型半导体的热处理方法，利用该方法能够适当地控制掺杂剂的扩散。
为了解决上述问题，第一方面发明提供热处理方法，该方法对以锗或硅锗为主要成分的p型半导体进行热处理，其特征在于，包括：搬入工序，将注入有掺杂剂的锗或硅锗的半导体层搬入室内；环境气体形成工序，向上述室导入含有氢气或氨气的处理气体；预热工序，在预热温度对上述半导体层进行预热；以及闪光加热工序，向上述半导体层照射来自闪光灯的闪光来加热到处理温度。
另外，第二方面发明的特征在于，在第一方面发明的热处理方法中，上述预热温度是200℃以上500℃以下。
另外，第三方面发明的特征在于，在第一方面或第二方面发明的热处理方法中，上述处理温度是600℃以上900℃以下。
根据第一方面至第三方面发明，将注入有掺杂剂的锗或硅锗的半导体层在含有氢气或氨气的环境气体中预热后，利用闪光照射加热到处理温度，因此在消除存在于半导体层的表面附近的空穴而能够使掺杂剂比较容易扩散的状态下进行闪光加热，通过调整闪光照射的条件，能够适当地控制掺杂剂的扩散。
附图说明
图1是表示在本发明的热处理方法中使用的热处理装置的结构的纵向剖视图。
图2是表示保持部的整体外观的立体图。
图3是基座的俯视图。
图4是基座的剖视图。
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是示意性表示在图1的热处理装置中处理的基板的结构的图。
其中，附图标记说明如下：
1：热处理装置
3：控制部
4：卤素加热部
5：闪光加热部
6：室
7：保持部
65：热处理空间
74：基座
75：保持板
77：基板支撑销
93：电容器
95：电源单元
96：IGBT
101：基底材料
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
下面，一边参照附图一边详细地说明本发明的实施方式。
首先，说明用于实施本发明的热处理方法的热处理装置。图1是表示在本发明的热处理方法中使用的热处理装置的结构的纵向剖视图。图1的热处理装置1是闪光灯退火装置，上述闪光灯退火装置通过向圆板形状的基板W照射闪光来对该基板W进行加热。成为处理对象的基板W的尺寸例如为φ300mm或φ450mm，对该尺寸不做特别限定。另外，在图1及之后的各图中，为了便于理解，根据需要夸大或简化绘制各部分的尺寸、数量。
热处理装置1具有容纳基板W的室6、内置多个闪光灯FL的闪光加热部5及内置多个卤素灯HL的卤素加热部4。在室6的上侧设置有闪光加热部5，并且在室6的下侧设置有卤素加热部4。另外，热处理装置1在室6的内部具有将基板W保持为水平姿势的保持部7及在保持部7与装置外部之间交接基板W的移载机构10。而且，热处理装置1具有控制部3，上述控制部3控制设置于卤素加热部4、闪光加热部5及室6的各个动作机构对基板W进行热处理。
室6是在筒状的室侧部61的上下侧安装由石英制成的室窗而构成的。室侧部61具有上下开口的大致筒形状，在上侧开口安装上侧室窗63而堵塞该上侧开口，在下侧开口安装下侧室窗64而堵塞该下侧开口。构成室6的顶部的上侧室窗63是由石英形成的圆板形状构件，作为使从闪光加热部5出射的闪光透过到室6内的石英窗发挥作用。另外，构成室6的底部的下侧室窗64也是由石英形成的圆板形状构件，作为使来自卤素加热部4的光透过到室6内的石英窗发挥作用。
另外，在室侧部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通过从室侧部61的上侧嵌入来安装。另一方面，下侧的反射环69通过从室侧部61的下侧嵌入并用省略图示的螺钉固定来安装。即，反射环68、69都能装卸自如地安装于室侧部61。室6的内侧空间，即由上侧室窗63、下侧室窗64、室侧部61及反射环68、69包围的空间被规定为热处理空间65。
通过在室侧部61安装反射环68、69而在室6的内壁面形成凹部62。即，形成有由室侧部61的内壁面中的未安装反射环68、69的中央部分、反射环68的下端面及反射环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室6的内壁面，并围绕保持基板W的保持部7。室侧部61及反射环68、69由强度和耐热性优异的金属材料(例如不锈钢)形成。
另外，在室侧部61设置有用于将基板W搬入室6以及从室6搬出基板W的搬运开口部(炉口)66。搬运开口部66能够由闸阀185来开闭。搬运开口部66与凹部62的外周面连通地连接。因此，在闸阀185打开搬运开口部66时，能够将基板W从搬运开口部66通过凹部62搬入热处理空间65，以及从热处理空间65搬出基板W。另外，若闸阀185关闭搬运开口部66，则室6内的热处理空间65变为密闭空间。
另外，在室6的内壁上部设置有向热处理空间65供给处理气体的气体供给孔81。气体供给孔81设置在比凹部62更靠上侧的位置，也可以设置在反射环68上。气体供给孔81经由在室6的侧壁内部呈圆环状形成的缓冲空间82与气体供给管83连通地连接。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的路径中途安装有阀84。在打开阀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，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氢气(H2)、氨气(NH3)或者混合氢气(H2)和氮气(N2)的混合气体等。
另一方面，在室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设置在比凹部62靠下侧的位置，也可以设置在反射环69上。气体排出孔86经由在室6的侧壁内部呈圆环状形成的缓冲空间87与气体排出管88连通地连接。气体排出管88与排气部190连接。另外，在气体排出管88的路径中途安装有阀89。在打开阀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及气体排出孔86可以沿着室6的周向设置有多个，也可以是狭缝状。另外，处理气体供给源85及排气部190可以是设置于热处理装置1的机构，也可以是设置热处理装置1的工厂的公用(Utility)机构。
另外，在搬运开口部66的前端也连接有排出热处理空间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，经由搬运开口部66排出室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及基座74。底座环71、连接部72及基座74全都由石英形成。即，保持部7的整体由石英形成。
底座环71是圆环形状缺一部分的圆弧形状的石英构件。该缺口部分用于防止下述的移载机构10的移载臂11和底座环71相互干渉。底座环71通过载置在凹部62的底面而被室6的壁面支撑(参照图1)。在底座环71的上表面沿着圆环形状的周向立设有多个连接部72(在本实施方式中，立设有4个)。连接部72也是石英构件，通过熔接固定在底座环71上。
基座74被设置在底座环71上的4个连接部72支撑。图3是基座74的俯视图。图4是基座74的剖视图。基座74具有保持板75、引导环76及多根基板支撑销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的直径大于基板W的直径。即，保持板75具有大于基板W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是具有内径大于基板W的直径的圆环形状的构件。例如，在基板W的直径为φ300mm的情况下，引导环76的内径为φ320mm。引导环76的内周面形成为从保持板75向上方扩展的锥形面。引导环76与保持板75同样由石英形成。引导环76可以熔接在保持板75的上表面，也可以用另行加工而成的销等固定于保持板75。或者，也可以将保持板75和引导环76作为一体构件进行加工。
保持板75的上表面中的比引导环76靠近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立设有多根基板支撑销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)同心的圆周每隔30度立设有共计12根基板支撑销77。配置有12根基板支撑销77的圆的直径(相对的基板支撑销77之间的距离)小于基板W的直径，如果基板W的直径为φ300mm，则基板支撑销77的圆的直径为φ270mm～φ280mm(在本实施方式中的直径为φ280mm)。各个基板支撑销77由石英形成。多根基板支撑销77可以通过熔接设置在保持板75的上表面，也可以与保持板75一体加工。
返回图2，立设在底座环71的4个连接部72与基座74的保持板75的周缘部通过熔接固定。即，基座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被室6的壁面支撑，由此保持部7被安装在室6内。在保持部7安装在室6内的状态下，基座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成为水平面。
搬入到室6的基板W载置于安装在室6内的保持部7的基座74上并保持为水平姿势。此时，基板W由立设在保持板75上的12根基板支撑销77支撑而保持于基座74。更严密地讲，12根基板支撑销77的上端部与基板W的下表面接触而支撑该基板W。12根基板支撑销77的高度(从基板支撑销77的上端到保持板75的保持面75a的距离)均匀，因此能够由12根基板支撑销77将基板W支撑为水平姿势。
另外，基板W由多根基板支撑销77支撑为与保持板75的保持面75a隔开规定的间隔。与基板支撑销77的高度相比，引导环76的厚度更大。因此，用引导环76来防止由多根基板支撑销77支撑的基板W的水平方向的错位。
另外，如图2及图3所示，在基座74的保持板75形成有上下贯通的开口部78。开口部78是为了使从由基座74保持的基板W的下表面辐射的辐射光(红外光)照射辐射温度计120(参照图1)而设置的。即，从由基座74保持的基板W的下表面辐射的光经由开口部78照射辐射温度计120，由另行设置的检测器来测定该基板W的温度。而且，在基座74的保持板75贯穿设置有4个贯通孔79，所述贯通孔79供后述的移载机构10的升降销12贯穿以进行基板W的交接。
图5是移载机构10的俯视图。图6是移载机构10的侧视图。移载机构10具有两条移载臂11。移载臂11大致具有沿着圆环状的凹部62的圆弧形状。在各个移载臂11上立设有两根升降销12。各个移载臂11能够利用水平移动机构13转动。水平移动机构13能够使一对移载臂11在对保持部7移载基板W的移载动作位置(图5的实线位置)和与由保持部7保持的基板W在俯视时不重叠的退避位置(图5的双点划线位置)之间水平移动。作为水平移动机构13，可以利用各个马达分别转动各个移载臂11，也可以使用连杆机构并利用1个马达使一对移载臂11联动地转动。
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。升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置上升时，共计四根升降销12通过在基座74上贯穿设置的贯通孔79(参照图2、图3)，并且升降销12的上端从基座74的上表面凸出。另一方面，升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置下降，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以打开的方式移动时，各个移载臂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载置于凹部62的底面，因此，移载臂11的退避位置在凹部62的内侧。另外，在设置有移载机构10的驱动部(水平移动机构13及升降机构14)的部位的附近，设置有省略图示的排气机构，该排气机构使移载机构10的驱动部周边的环境气体向室6的外部排出。
返回到图1，设置在室6的上方的闪光加热部5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器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设置在室6的上方，使得灯光辐射窗53与上侧室窗63相对。闪光灯FL从室6的上方经由灯光辐射窗53及上侧室窗63向热处理空间65照射闪光。
多个闪光灯FL都是具有长的圆筒形状的棒状灯，以各个长度方向沿着由保持部7保持的基板W的主表面(即沿着水平方向)相互平行的方式呈平面状地排列。由此，闪光灯FL排列所形成的平面也是水平面。
图8是表示闪光灯FL的驱动电路的图。如图8所示，电容器93、线圈94、闪光灯FL和IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)96串联连接。另外，如图8所示，控制部3具备脉冲发生器31及波形设定部32，并与输入部33连接。作为输入部33，可以采用键盘、鼠标、触摸板等各种公知的输入设备。波形设定部32基于从输入部33输入的内容设定脉冲信号的波形，脉冲发生器31基于该波形生成脉冲信号。
闪光灯FL具有在内部封入氙气且在两端部配置有阳极和阴极的棒状的玻璃管(放电管)92以及附加设置在该玻璃管92的外周面上的触发电极91。由电源单元95向电容器93施加规定的电压，从而充入与该施加电压(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施加电压的时机受到控制部3控制。
IGBT96是在栅极部设置了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET：Metal OxideSemiconductor Field effect transistor)的双极型晶体管，是适用于处理大功率的开关元件。在IGBT96的栅极上施加来自控制部3的脉冲发生器31的脉冲信号。在IGBT96的栅极上施加规定值以上的电压(高电压)时IGBT96处于导通状态，在施加小于规定值的电压(低电压)时IGBT96处于关断状态。这样，用IGBT96来对包括闪光灯FL的驱动电路进行接通或者切断。通过IGBT96的导通或关断，使闪光灯FL和对应的电容器93进行间歇性连接，从而对流过闪光灯FL的电流进行通断的控制。
即使在电容器93处于被充电的状态且IGBT96处于导通状态而向玻璃管92的两端电极施加有高电压，但是由于氙气是电绝缘体，因此在通常的状态下玻璃管92内不会流过电流。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，通过两端电极间的放电使玻璃管92内瞬间流过电流，通过此时的氙的原子或分子的激发来放出光。
如图8所示的驱动电路针对设置于闪光加热部5中的多个闪光灯FL中的每一个闪光灯FL个别地设置。在本实施方式中，30个闪光灯FL排列成平面状，因此与其对应的图8所示的驱动电路设置有30个。由此，对流入30个闪光灯FL中的每一个闪光灯FL的电流由与对应的IGBT96个别地进行通断控制。
另外，反射器52以覆盖多个闪光灯FL整体的方式设置在多个闪光灯FL的上方。反射器52的基本功能是，将从多个闪光灯FL出射的闪光向热处理空间65侧反射。反射器52由铝合金板形成，其表面(面向闪光灯FL一侧的面)通过喷砂处理而被实施粗面化加工。
设置在室6的下方的卤素加热部4在框体41的内侧内置有多个(在本实施方式中，内置有40个)卤素灯HL。卤素加热部4是多个卤素灯HL从室6的下方经由下侧室窗64向热处理空间65照射光来对基板W进行加热的光照射部。
图7是表示多个卤素灯HL的配置的俯视图。40个卤素灯HL分上下两层配置。在接近保持部7的上层配置有20个卤素灯HL，并且，在比上层远离保持部7的下层也配置有20个卤素灯HL。各个卤素灯HL都是具有长的圆筒形状的棒状灯。在上层和下层，20个卤素灯HL都以各个长度方向沿着由保持部7保持的基板W的主表面(即沿着水平方向)相互平行的方式排列。由此，在上层和下层，卤素灯HL排列所形成的平面都成为水平面。
另外，如图7所示，在上层和下层，相比与由保持部7保持的基板W的中央部相对的区域，与周缘部相对的区域中的卤素灯HL的配置密度高。即，在上层和下层，相比灯排列的中央部，周缘部的卤素灯HL的配置间距短。因此，在由卤素加热部4照射的光进行加热时，能够向容易产生温度下降的基板W的周缘部照射更多的光量。
另外，上层的卤素灯HL的灯组和下层的卤素灯HL的灯组呈格子状交叉排列。即，以在上层配置的20个卤素灯HL的长度方向和在下层配置的20个卤素灯HL的长度方向相互正交的方式，配置共计40个卤素灯HL。
卤素灯HL是通过对在玻璃管内部配置的灯丝进行通电来使灯丝白炽化并使其发光的灯丝式光源。在玻璃管的内部封入有氮气或氩气等非活性气体中导入了微量的卤素元素(碘、溴等)的气体。通过导入卤素元素，能够抑制灯丝的折损，并且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是至少1秒以上连续发光的连续点亮灯。另外，卤素灯HL因是棒状灯而寿命长，通过使卤素灯HL沿水平方向配置，向上方的基板W辐射的效率优异。
另外，在卤素加热部4的框体41内，两层卤素灯HL的下侧也设置有反射器43(图1)。反射器43将从多个卤素灯HL出射的光向热处理空间65侧反射。
控制部3控制设置在热处理装置1上的上述的各种动作机构。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具有进行各种运算处理的电路即CPU、存储基本程序的读取专用的存储器即ROM、存储各种信息的可自由读写的存储器即RAM以及存储控制用软件和数据等的磁盘。通过控制部3的CPU执行规定的处理程序，来进行热处理装置1中的处理。
除了上述结构以外，热处理装置1还具有各种冷却用结构，以防止在对基板W进行热处理时，因由卤素灯HL及闪光灯FL产生的热能导致卤素加热部4、闪光加热部5及室6的温度过度上升。例如，在室6的壁体设置有水冷管(省略图示)。另外，卤素加热部4及闪光加热部5构成为在内部形成气流来进行排热的空冷结构。另外，还向上侧室窗63和灯光辐射窗53的间隙供给空气，冷却闪光加热部5及上侧室窗63。
接着，说明本发明的半导体的热处理方法。在本实施方式中，利用上述的热处理装置1对注入有硼的锗的p型半导体进行活化退火处理。
图9是示意性表示在热处理装置1处理的基板W的结构的图。本实施方式中，在硅的基底材料101的上表面的一部分区域形成有锗的半导体层102。半导体层102是单晶体的锗。半导体层102的膜厚极薄，为数十nm。作为半导体层102的形成方法，可以采用例如CVD等各种公知的方法。
在本发明的热处理之前，向锗的半导体层102的表面注入硼用作掺杂剂。注入掺杂剂可以利用与热处理装置1不同的离子注入装置进行。注入离子时的加速能量及掺杂量可以适当设定。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。
通过注入离子刚刚注入的硼因未与锗的晶体匹配而不活跃，另外在锗的晶体中因注入离子而产生晶格缺陷，因此有必要对其进行恢复。因此，利用热处理装置1对注入了微量硼的锗的半导体层102进行闪光灯退火。热处理装置1对在硅基底材料101上形成有半导体层102的基板W进行热处理。以下，说明利用热处理装置1对基板W进行的热处理。以下说明的热处理装置1的处理顺序，通过控制部3控制热处理装置1的各个动作机构来进行。
首先，打开闸阀185来打开搬运开口部66，利用装置外部的搬运机械手经由搬运开口部66将基板W搬入室6内的热处理空间65。即，半导体层102被搬入到室6内。利用搬运机械手搬入的基板W进入到保持部7的正上方位置即停止。然后，利用移载机构10的一对移载臂11从退避位置水平移动到移载动作位置并上升，由此升降销12穿过贯通孔79从基座74的保持板75的上表面突出来接受基板W。此时，升降销12上升到比基板支撑销77的上端位于上方的位置。
在基板W载置到升降销12后，搬运机械手从热处理空间65退出，并由闸阀185关闭搬运开口部66。然后，通过使一对移载臂11下降，基板W从移载机构10被交到保持部7的基座74并从下方保持为水平姿势。基板W由立设在保持板75上的多根基板支撑销77支撑并保持于基座74。另外，基板W以其形成有半导体层102的表面作为上表面的状态保持于保持部7。在由多根基板支撑销77支撑的基板W的背面(与表面相反一侧的主面)和保持板75的保持面75a之间形成规定的间隔。下降到基座74的下方的一对移载臂11利用水平移动机构13退避到退避位置，即凹部62的内侧。
另外，由闸阀185封闭搬运开口部66使热处理空间65变为密闭空间后，调整室6内的环境气体。具体地，开放阀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，将氢气和氮气的混合气体(forming gas)作为处理气体供给到室6内的热处理空间65。另外，打开阀89从气体排出孔86排出室6内的气体。由此，从室6内的热处理空间65的上部供给的处理气体流向下方并从热处理空间65的下部排出，从而热处理空间65被置换为含有氢气的环境气体。另外，通过打开阀192，还从搬运开口部66排出室6内的气体。而且，利用省略图示的排气机构还排出移载机构10的驱动部周边的环境气体。
室6内被置换为含有氢气的环境气体，并且基板W由保持部7的基座74从下方保持为水平姿势后，卤素加热部4的40个卤素灯HL一齐点亮开始预热(辅助加热)。从卤素灯HL出射的卤素光透过由石英形成的下侧室窗64及基座74，照射基板W的背面。通过接受来自卤素灯HL的光照射，基板W被预热而温度上升。另外，由于移载机构10的移载臂11退避到凹部62的内侧，因此不会妨碍由卤素灯HL进行的预热。
在由卤素灯HL进行预热时，基板W的温度由辐射温度计120测定。即，辐射温度计120接受从由基座74保持的基板W的背面经由开口部78辐射的红外光来测定升温中的晶片温度。所测定出的基板W的温度被传送到控制部3。控制部3一边监控因来自卤素灯HL的光照射而升温的基板W的温度是否已达到规定的预热温度T1，一边控制卤素灯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的温度变为预热温度T1。预热温度T1为200℃以上500℃以下(在本实施方式中，预热温度为500℃)。
在基板W的温度达到了预热温度T1后，控制部3将基板W暂时维持在该预热温度T1。具体地，在由辐射温度计120测定的基板W的温度达到了预热温度T1的时刻，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热温度T1。
通过利用这样的卤素灯HL进行预热，使基板W的整体均匀地升温到预热温度T1。因此，半导体层102也被预热到预热温度T1。在利用卤素灯HL进行预热的阶段，呈现更容易散热的基板W的周缘部的温度比中央部的温度降低的趋势，但是，就卤素加热部4中的卤素灯HL的配置密度而言，和与基板W的中央部相对的区域相比，与周缘部相对的区域更高。因此，向容易散热的基板W的周缘部照射的光量变多，从而能够使预热阶段的基板W的面内温度分布变得均匀。
如上所述，在构成半导体层102的锗的晶体中存在多个空穴。通过在含有氢气的处理气体的环境中将半导体层102预热到预热温度T1，从而利用氢气使存在于半导体层102的表面附近的空穴终结而消除。
在基板W的温度达到预热温度T1并经过了规定时间的时刻，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在电容器93中蓄积电荷。然后，在电容器93中蓄积有电荷的状态下，从控制部3的脉冲发生器31向IGBT96输出脉冲信号来通断驱动IGBT96。
脉冲信号的波形可以通过从输入部33输入将脉冲宽度的时间(导通时间)和脉冲间隔的时间(关断时间)作为参数依次设定的规程(recipe)来规定。在操作人员从输入部33向控制部3输入这样的规程时，控制部3的波形设定部32根据该规程设定反复导通关断的脉冲波形。然后，脉冲发生器31根据由波形设定部32设定的脉冲波形输出脉冲信号。结果，设定波形的脉冲信号施加于IGBT96的栅极，从而控制IGBT96的通断驱动。具体地，在输入IGBT96的栅极的脉冲信号导通时IGBT96变为导通状态，在脉冲信号关断时IGBT96变为关断状态。
另外，控制部3与从脉冲发生器31输出的脉冲信号导通的时机同步，控制触发电路97向触发电极91施加高电压(触发电压)。在电容器93蓄积有电荷的状态下向IGBT96的栅极输入脉冲信号，并且，与该脉冲信号导通的时机同步向触发电极91施加高电压，由此在脉冲信号导通时，在玻璃管92内的两端电极间必定流过电流，通过此时的氙的原子或分子的激发而放出光。
这样，闪光加热部5的30个闪光灯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使闪光灯FL发光的情况下，蓄积在电容器93内的电荷在一次发光中被消耗，因此来自闪光灯FL的输出波形变成宽度为0.1毫秒至10毫秒左右的简单的单脉冲。与之相对，在本实施方式中，通过将作为开关元件的IGBT96连接到电路中并向其栅极输出脉冲信号，利用IGBT96从电容器93向闪光灯FL间歇性地供给电荷，对流过闪光灯FL的电流进行通断控制。结果，对闪光灯FL的发光进行斩波(chopper)控制，蓄积在电容器93的电荷被分多次消耗，从而闪光灯FL在极短的时间内反复闪烁。另外，在流过电路的电流值完全变成“0”之前，下一个脉冲施加于IGBT96的栅极而电流值重新增加，因此在闪光灯FL反复闪烁的期间，发光输出也不会完全变成“0”。
通过由IGBT96对流向闪光灯FL的电流进行通断控制，可以自由地规定闪光灯FL的发光图案(发光输出的时间波形)，从而能够自由地调整发光时间及发光强度。IGBT96的通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，由于在闪光灯FL的驱动电路中加入IGBT96，因此，仅通过适当地设置从输入部33输入的脉冲宽度的时间和脉冲间隔的时间，就能够自由地规定闪光灯FL的发光模式。
具体地，例如从输入部33输入的脉冲宽度的时间相对脉冲间隔的时间的比率变大时，流入闪光灯FL的电流增大而发光强度变强。相反，从输入部33输入的脉冲宽度的时间相对脉冲间隔的时间的比率减小时，流入闪光灯FL的电流减小而发光强度变弱。如果适当地调整从输入部33输入的脉冲间隔的时间和脉冲宽度的时间的比率，则闪光灯FL的发光强度维持为恒定。而且，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，在比较长时间内电流持续地流过闪光灯FL，从而闪光灯FL的发光时间变长。在本实施方式中，闪光灯FL的发光时间设定为0.1毫秒～100毫秒之间。
这样，从闪光灯FL向基板W的表面以0.1毫秒以上100毫秒以下的照射时间照射闪光来对基板W进行闪光加热。通过在0.1毫秒以上100毫秒以下的极短照射时间照射强闪光，使包括锗的半导体层102的基板W的表面瞬间升温到处理温度T2。基板W的表面通过闪光照射达到的最高温度(峰值温度)即处理温度T2为600℃以上900℃以上，在本实施方式中处理温度为800℃。在闪光加热中，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到处理温度T2后，立即降温到预热温度T1附近。
向基板W的表面照射闪光时，锗的半导体层102也被加热到处理温度T2。通过使表面注入了硼用作掺杂剂的半导体层102瞬间加热到处理温度T2，掺杂剂被活化。另外，通过注入离子产生于锗的晶体中的晶格缺陷也被恢复。而且，注入到半导体层102的掺杂剂适当地扩散。
锗的晶体中存在很多空穴，因此在p型半导体的情况下，硼等掺杂剂因受到多个空穴的阻碍而很难扩散，但在本实施方式中，通过在含有氢气的环境气体中预热半导体层102，消除存在于半导体层102的表面附近的空穴。因此，即使半导体层102是p型半导体，硼等掺杂剂也能够比较容易地扩散。结果，通过适当地调整闪光灯FL的发光时间及发光强度，能够适当地控制掺杂剂的扩散。
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从预热温度T1急速降温。另外，停止向室6内供给氢气，并且仅供给氮气来使室6内的热处理空间65置换成氮气环境。降温中的基板W的温度由辐射温度计120测定，该测定结果传送到控制部3。控制部3根据辐射温度计120的测定结果监控基板W的温度是否已经降温到规定温度。然后，在基板W的温度降温到规定以下的温度后，通过移载机构10的一对移载臂11重新从退避位置向移载动作位置水平移动并上升，使升降销12从基座74的上表面凸出并从基座74接住热处理后的基板W。接着，打开由闸阀185关闭了的搬运开口部66，利用装置外部的搬运机械手搬出载置于升降销12上的基板W，完成热处理装置1对基板W的加热处理。
在本实施方式中，通过将注入有硼等掺杂剂的锗的半导体层102在含有氢气的环境气体中预热到预热温度T1，利用氢气消除存在于半导体层102的表面附近的空穴。然后，向半导体层102照射来自闪光灯FL的闪光，将半导体层102加热到处理温度T2。由于闪光加热前消除了存在于半导体层102的表面附近的空穴，因此闪光加热时掺杂剂能够比较容易地扩散，通过适当地调整闪光灯FL的发光时间及发光强度，从而能够适当地控制掺杂剂的扩散。
特别是，在鳍式(Fin)结构的FET中，很多情况下注入离子时很难向必要的区域均匀地导入掺杂剂。即使在这种情况下，通过适当地控制掺杂剂的扩散，也能够向注入离子时未能注入掺杂剂的区域导入掺杂剂。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明只要不脱离其宗旨就能够进行上述以外的各种变更。例如，在上述实施方式中，向室6内供给氢气和氮气的混合气体来形成含有氢气的环境气体，但是代替这些，也可以供给氨气和氮气的混合气体来在室6内形成含有氨气的环境气体。通过将注入了掺杂剂的半导体层102在含有氨气的环境气体中预热到预热温度T1，与上述实施方式同样地，能够消除存在于半导体层102的表面附近的空穴。结果，闪光加热时能够适当地控制掺杂剂的扩散。
另外，在上述实施方式中，向锗的半导体层102注入了硼用作掺杂剂，但并不局限于此，只要是例如铟(In)等三价掺杂剂即可。即，只要是向锗中添加来形成p型半导体的掺杂剂即可。
另外，在上述实施方式中，将室6内设为常压并对基板W进行加热处理，但是也可以对室6内减压并进行预热及闪光加热。具体地，也可以在室6内的压力为20Pa～大气压(约101325Pa)的范围内对基板W进行预热及闪光加热。
另外，在上述实施方式中，半导体层102由锗形成，但并不局限于此，半导体层102也可以由硅锗形成。通过向硅锗的半导体层102注入硼等掺杂剂，半导体层102成为以硅锗为主要成分的p型半导体。然后，通过对硅锗的半导体层102进行与上述实施方式同样的热处理，从而能够适当地控制掺杂剂的扩散。
另外，在上述实施方式中，在硅的基底材料101的上表面的一部分区域形成了锗的半导体层102，但是也可以将锗单晶体的半导体晶片用作基板。
另外，在上述各实施方式中，在闪光加热部5具有30个闪光灯FL，但并不局限于此，闪光灯FL的个数也可以是任意的数量。另外，闪光灯FL并不限定于氙气闪光灯，也可以是氪气闪光灯。另外，卤素加热部4所具备的卤素灯HL的个数并不限定于40个，也可以是任意数量
另外，在上述实施方式中，通过来自卤素灯HL的卤素光照射，对基板W进行了预热，但预热的方法并不局限于此，也可以通过载置在热板上来对基板W进行预热。

Claims (5)

1.一种热处理方法，该方法对以锗或硅锗为主要成分的p型半导体进行热处理，其特征在于，包括：
搬入工序，将注入有掺杂剂的锗或硅锗的半导体层搬入室内；
环境气体形成工序，向上述室导入含有氢气或氨气的处理气体；
预热工序，在氢气或氨气的环境气体中在预热温度对上述半导体层进行预热，由此，消除存在于上述半导体层的表面附近的空穴，以去除上述掺杂剂的扩散的阻碍；以及
闪光加热工序，向上述半导体层以0.1毫秒以上100毫秒以下的照射时间照射来自闪光灯的闪光来加热到处理温度，使上述半导体层中的锗或硅锗的晶格缺陷恢复，并且，使上述掺杂剂活化。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，
上述预热温度是200℃以上500℃以下。
3.根据权利要求1或2所述的热处理方法，其特征在于，
上述处理温度是600℃以上900℃以下。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，
上述闪光加热工序中，通过调整上述闪光灯的发光时间以及发光强度，来控制上述掺杂剂的扩散。
5.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，
上述预热工序以及上述闪光加热工序在20Pa～大气压之间进行。
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