JP2875768B2 - 半導体基板の熱処理方法 - Google Patents
半導体基板の熱処理方法Info
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
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- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板及びエピタ
キシャル薄膜等の熱処理方法、特に赤外線ランプを使用
するランプアニール法に関する。
キシャル薄膜等の熱処理方法、特に赤外線ランプを使用
するランプアニール法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン半導体基板等にイオン注入によ
って不純物を添加し、伝導キャリアとして利用する場
合、注入時に発生する結晶欠陥の復元や、添加した不純
物原子を所望の格子位置に移動させるために、活性化と
呼ばれる熱処理が必要となる。この熱処理は、赤外線ラ
ンプから赤外線をシリコン半導体基板等に照射し、短時
間で基板温度を上昇させる、ランプアニール法と呼ばれ
る方法によって行われる。
って不純物を添加し、伝導キャリアとして利用する場
合、注入時に発生する結晶欠陥の復元や、添加した不純
物原子を所望の格子位置に移動させるために、活性化と
呼ばれる熱処理が必要となる。この熱処理は、赤外線ラ
ンプから赤外線をシリコン半導体基板等に照射し、短時
間で基板温度を上昇させる、ランプアニール法と呼ばれ
る方法によって行われる。
【０００３】従来、ランプアニール法によりシリコン半
導体基板を熱処理する場合、特別な保持台を使用してい
なかった。保持台を使用しない場合、シリコン半導体基
板は、ランプアニール法のような急熱急冷を行うと、反
りなどの熱変形が発生するとともに、半導体基板はマイ
クロスリップ等の表面欠陥が発生するという問題があっ
た。また、一般にランプアニール装置は、パイロメータ
等で半導体基板の温度をモニターしながら、出力をコン
トロールする構成となっているが、そのためには、基板
表面の放射率を正確に把握する必要がある。しかし、シ
リコン半導体装置の製造工程においては、酸化膜、窒化
膜、ポリシリコン膜等の各種材料が半導体基板表面に形
成され、厚さも異なることから、正確に温度を測定する
ことが困難であった。さらに、シリコン半導体基板は、
赤外線の吸収率が低いという欠点があった。
導体基板を熱処理する場合、特別な保持台を使用してい
なかった。保持台を使用しない場合、シリコン半導体基
板は、ランプアニール法のような急熱急冷を行うと、反
りなどの熱変形が発生するとともに、半導体基板はマイ
クロスリップ等の表面欠陥が発生するという問題があっ
た。また、一般にランプアニール装置は、パイロメータ
等で半導体基板の温度をモニターしながら、出力をコン
トロールする構成となっているが、そのためには、基板
表面の放射率を正確に把握する必要がある。しかし、シ
リコン半導体装置の製造工程においては、酸化膜、窒化
膜、ポリシリコン膜等の各種材料が半導体基板表面に形
成され、厚さも異なることから、正確に温度を測定する
ことが困難であった。さらに、シリコン半導体基板は、
赤外線の吸収率が低いという欠点があった。
【０００４】一方、ランプアニール法による化合物半導
体基板の熱処理では、保持台を使用することが必要であ
る。化合物半導体基板の熱処理に使用される装置は、石
英のチューブ中に保持台を置き、その上に化合物半導体
基板を重ね、基板面に垂直に赤外線を照射する構造とな
っており、照射された赤外線は主に保持台に吸収され、
熱伝導によって化合物半導体基板が加熱される。
体基板の熱処理では、保持台を使用することが必要であ
る。化合物半導体基板の熱処理に使用される装置は、石
英のチューブ中に保持台を置き、その上に化合物半導体
基板を重ね、基板面に垂直に赤外線を照射する構造とな
っており、照射された赤外線は主に保持台に吸収され、
熱伝導によって化合物半導体基板が加熱される。
【０００５】従来この保持台の材料として、シリコン単
結晶基板、あるいは多孔質カーボン等が用いられてい
た。このうちシリコン単結晶基板は、１０００℃以上の
高温で化学的に安定であり、高い平坦性を有する加工が
可能である点で優れているが、前述のように急熱急冷を
行うと、反り等の熱変形が発生し、化合物半導体基板に
マイクロスリップ等表面欠陥が発生するいう欠点があっ
た。さらに、シリコンは加熱源である赤外線ランプの波
長領域にほとんど吸収帯を持たないため、加熱効率が低
いという欠点があった。一方多孔質カーボンは、赤外線
ランプの波長領域の赤外線を吸収する点で優れている
が、熱容量が大きく、急熱急冷には適さないという欠点
があった。
結晶基板、あるいは多孔質カーボン等が用いられてい
た。このうちシリコン単結晶基板は、１０００℃以上の
高温で化学的に安定であり、高い平坦性を有する加工が
可能である点で優れているが、前述のように急熱急冷を
行うと、反り等の熱変形が発生し、化合物半導体基板に
マイクロスリップ等表面欠陥が発生するいう欠点があっ
た。さらに、シリコンは加熱源である赤外線ランプの波
長領域にほとんど吸収帯を持たないため、加熱効率が低
いという欠点があった。一方多孔質カーボンは、赤外線
ランプの波長領域の赤外線を吸収する点で優れている
が、熱容量が大きく、急熱急冷には適さないという欠点
があった。
【０００６】また、熱処理時に化合物半導体基板表面か
ら気化温度の低い構成元素、具体的にはガリウム砒素半
導体の場合、砒素が蒸発し、この蒸発した砒素分子を上
記シリコン単結晶基板等の保持台が吸収してしまうた
め、化合物半導体基板の結晶性が劣化するという問題が
あった。さらにガリウム砒素半導体基板表面の平坦性が
劣化するという欠点があった。また、砒素が蒸発した
後、ガリウム砒素半導体基板表面に残留するガリウムが
原因となって、電子デバイスの特性が変動するという問
題が生じ、保持台として使用することができなかった。
ら気化温度の低い構成元素、具体的にはガリウム砒素半
導体の場合、砒素が蒸発し、この蒸発した砒素分子を上
記シリコン単結晶基板等の保持台が吸収してしまうた
め、化合物半導体基板の結晶性が劣化するという問題が
あった。さらにガリウム砒素半導体基板表面の平坦性が
劣化するという欠点があった。また、砒素が蒸発した
後、ガリウム砒素半導体基板表面に残留するガリウムが
原因となって、電子デバイスの特性が変動するという問
題が生じ、保持台として使用することができなかった。
【０００７】これらの欠点を解消するため、本願発明者
は、保持台の材料として優れた特性を有する窒化ガリウ
ム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいずれか１つある
いは２つ以上を含む平板部材を、被処理半導体基板表面
に対置させて熱処理する方法を提案した（特願平５−２
１４９０号）。
は、保持台の材料として優れた特性を有する窒化ガリウ
ム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいずれか１つある
いは２つ以上を含む平板部材を、被処理半導体基板表面
に対置させて熱処理する方法を提案した（特願平５−２
１４９０号）。
【０００８】しかし、比較的赤外線の吸収効率の大きい
焼結体であっても、焼結体の形成条件によっては、赤外
線の吸収率が低下する場合があることがわかった。また
焼結体でない場合には、赤外線の吸収効率が低いことも
わかった。以下、２種類の窒化アルミニウム焼結体を例
に取り、説明する。この２種類の焼結体は、形成時のバ
インダー材等が異なる。図８に示すように、焼結体Ａと
焼結体Ｂとでは、赤外吸収係数が大きく異なることがわ
かる。この赤外吸収係数は、ＦＴ−ＩＲ法により波長６
ミクロンの赤外線の直線透過率を測定し、その結果から
算出したものである。このように赤外吸収係数が異なる
保持台を使用して熱処理を行うと、従来のシリコン単結
晶基板等を保持台として使用した場合と比較すれば、十
分良好な熱処理特性が得られるものの、同一強度の赤外
線ランプの照射により、保持台毎に昇温プロファイルが
異なることになり、被処理半導体基板の特性がばらつく
という問題があった。また、赤外吸収係数の異なる保持
台の昇温プロファイルを一致させることは、非常に困難
であるという問題があった。
焼結体であっても、焼結体の形成条件によっては、赤外
線の吸収率が低下する場合があることがわかった。また
焼結体でない場合には、赤外線の吸収効率が低いことも
わかった。以下、２種類の窒化アルミニウム焼結体を例
に取り、説明する。この２種類の焼結体は、形成時のバ
インダー材等が異なる。図８に示すように、焼結体Ａと
焼結体Ｂとでは、赤外吸収係数が大きく異なることがわ
かる。この赤外吸収係数は、ＦＴ−ＩＲ法により波長６
ミクロンの赤外線の直線透過率を測定し、その結果から
算出したものである。このように赤外吸収係数が異なる
保持台を使用して熱処理を行うと、従来のシリコン単結
晶基板等を保持台として使用した場合と比較すれば、十
分良好な熱処理特性が得られるものの、同一強度の赤外
線ランプの照射により、保持台毎に昇温プロファイルが
異なることになり、被処理半導体基板の特性がばらつく
という問題があった。また、赤外吸収係数の異なる保持
台の昇温プロファイルを一致させることは、非常に困難
であるという問題があった。
【０００９】一方熱伝導率は、焼結体Ａ及びＢはいずれ
も、急熱急冷を行うランプアニール法に使用する保持台
として十分大きな値を有している。このような傾向は、
窒化アルミニウム焼結体に限らず、窒化ガリウム、窒化
ホウ素の焼結体においても同様である。つまり、焼結体
及び化合物である窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒
化ホウ素のいずれか１つあるいは２つ以上を含む平板部
材であって、赤外吸収係数が大きく、かつ一定の値を有
する平板部材を再現性良く得ることができれば、ランプ
アニール法の保持台として、最適であるといえる。
も、急熱急冷を行うランプアニール法に使用する保持台
として十分大きな値を有している。このような傾向は、
窒化アルミニウム焼結体に限らず、窒化ガリウム、窒化
ホウ素の焼結体においても同様である。つまり、焼結体
及び化合物である窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒
化ホウ素のいずれか１つあるいは２つ以上を含む平板部
材であって、赤外吸収係数が大きく、かつ一定の値を有
する平板部材を再現性良く得ることができれば、ランプ
アニール法の保持台として、最適であるといえる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ランプアニ
ール法による半導体基板の熱処理に使用する保持台とし
て従来提供されていた材料の赤外吸収係数が低いという
問題点を解決し、最適な保持台材料を提供することを目
的とする。
ール法による半導体基板の熱処理に使用する保持台とし
て従来提供されていた材料の赤外吸収係数が低いという
問題点を解決し、最適な保持台材料を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、被処理半導体基板の主表面に密着させる窒化
ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいずれか１
つあるいは２以上を含む焼結体からなる部材が、あるい
は被処理半導体基板の一主面、別の一主面及び側面に対
置させる窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素
のいずれか１つあるいは２以上の混合物からなる部材
が、赤外線の吸収体を具備すること、該吸収体は、部材
表面にコーティングされた、カーボン、シリコンカーバ
イド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、
モリブデンカーバイド、タンタルボライド、タングステ
ンボライド、モリブデンボライドのいずれかであるこ
と、または部材に内在していることを特徴とするもので
ある。
するため、被処理半導体基板の主表面に密着させる窒化
ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいずれか１
つあるいは２以上を含む焼結体からなる部材が、あるい
は被処理半導体基板の一主面、別の一主面及び側面に対
置させる窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素
のいずれか１つあるいは２以上の混合物からなる部材
が、赤外線の吸収体を具備すること、該吸収体は、部材
表面にコーティングされた、カーボン、シリコンカーバ
イド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、
モリブデンカーバイド、タンタルボライド、タングステ
ンボライド、モリブデンボライドのいずれかであるこ
と、または部材に内在していることを特徴とするもので
ある。
【００１２】
【実施例】図１に本発明の第１の実施例による半導体基
板表面を保持台に密着させた状態を示す。図１におい
て、１はガリウム砒素等の化合物半導体あるいはシリコ
ン半導体等の半導体基板、２は半導体基板１表面にイオ
ン注入法によって不純物を注入した不純物注入領域、３
は窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいず
れか１つあるいは２以上の焼結体からなる保持台、４は
窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいずれ
か１つあるいは２以上の混合物からなる保護板、５は保
持台３あるいは保護板４表面にコーティングされたカー
ボン膜あるいはカーボン含有膜からなる赤外線の吸収膜
である。半導体基板１表面の不純物領域２を保持台３上
に密着あるいは微少な空隙をもって平行に接触させ、赤
外線ランプ（図示せず）を加熱源として、ランプアニー
ル装置で熱処理を行なう。保持台３表面は、半導体基板
１表面と密着あるいは微少な空隙をもって平行に接触で
きるように、その表面は平坦に加工されている。なお、
図１における半導体基板１と保護板４との間の寸法を、
構成を明確にするため、広く記載しているが、実際のラ
ンプアニール時には、密着あるいは微少な空隙をもって
接触するのが好ましい。
板表面を保持台に密着させた状態を示す。図１におい
て、１はガリウム砒素等の化合物半導体あるいはシリコ
ン半導体等の半導体基板、２は半導体基板１表面にイオ
ン注入法によって不純物を注入した不純物注入領域、３
は窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいず
れか１つあるいは２以上の焼結体からなる保持台、４は
窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいずれ
か１つあるいは２以上の混合物からなる保護板、５は保
持台３あるいは保護板４表面にコーティングされたカー
ボン膜あるいはカーボン含有膜からなる赤外線の吸収膜
である。半導体基板１表面の不純物領域２を保持台３上
に密着あるいは微少な空隙をもって平行に接触させ、赤
外線ランプ（図示せず）を加熱源として、ランプアニー
ル装置で熱処理を行なう。保持台３表面は、半導体基板
１表面と密着あるいは微少な空隙をもって平行に接触で
きるように、その表面は平坦に加工されている。なお、
図１における半導体基板１と保護板４との間の寸法を、
構成を明確にするため、広く記載しているが、実際のラ
ンプアニール時には、密着あるいは微少な空隙をもって
接触するのが好ましい。
【００１３】図２には本発明の第２の実施例を示す。図
２に示すように、半導体基板１の側面部を覆うように、
半導体基板１側面部に対向する位置に凸形状を形成して
いる。またこの場合、保持台３と保護板４の形状を逆に
して、保持台３を平板状とし、保護板４に凸形状を形成
することも可能である。このとき、凸形状の高さは、半
導体基板１の厚さと同じか、わずかに高くすることで、
保持台３の凸形状は、保護板４に密着し、半導体基板１
の表面全体を覆う構成にすることができる。また、半導
体基板１の厚さよりわずかに低くすることで、半導体基
板１を保護板４に密着させる構成とすることもできる。
さらに、図３には本発明の第３の実施例を示す。図３に
示すように、保持板３及び保護板４両方に凸形状を形成
し、保持台３及び保護板４の凸形状同志を密着させ、半
導体基板１側面部を覆うように形成することも可能であ
る。
２に示すように、半導体基板１の側面部を覆うように、
半導体基板１側面部に対向する位置に凸形状を形成して
いる。またこの場合、保持台３と保護板４の形状を逆に
して、保持台３を平板状とし、保護板４に凸形状を形成
することも可能である。このとき、凸形状の高さは、半
導体基板１の厚さと同じか、わずかに高くすることで、
保持台３の凸形状は、保護板４に密着し、半導体基板１
の表面全体を覆う構成にすることができる。また、半導
体基板１の厚さよりわずかに低くすることで、半導体基
板１を保護板４に密着させる構成とすることもできる。
さらに、図３には本発明の第３の実施例を示す。図３に
示すように、保持板３及び保護板４両方に凸形状を形成
し、保持台３及び保護板４の凸形状同志を密着させ、半
導体基板１側面部を覆うように形成することも可能であ
る。
【００１４】図４には本発明の第４の実施例を示す。図
４に示すように、保持台３、保護板４のいずれにも凸形
状を形成している。保持台３の凸形状の高さを半導体基
板１の厚さと同じか、あるいはわずかに高くすること
で、保持台３は保護板４に密着させ、半導体基板１表面
全体を覆うことができる。また、前述同様、高さを低く
することで、半導体基板１を保護板４に密着させること
ができる。図５には本発明の第５の実施例を示す。これ
は、図１の第１の実施例に示した平板状の保持台３及び
保護板４に、半導体基板１の側面部に対置するように、
半導体基板の形状にあわせたリング等からなる側面部材
を組み合わせたものである。この場合図５に示すよう
に、径の異なる２つのリング等を組み合わせることで、
側面部材６間に空隙を設けると、半導体基板１の側面部
側からの熱放射が少なくなり、より均一な加熱を実現す
ることができる。側壁部材６の高さも、半導体基板１の
厚さとの関係において、適宜選択することができる。な
お、側面部材は２つのリングに限るものではなく、単一
のリングや分割された部材であっても良い。また、円形
状に限らず、多角形であっても良い。また、リング等の
位置を固定するため、保持台３に溝を設けた形状として
いるが、必ずしも必要とするものではない。
４に示すように、保持台３、保護板４のいずれにも凸形
状を形成している。保持台３の凸形状の高さを半導体基
板１の厚さと同じか、あるいはわずかに高くすること
で、保持台３は保護板４に密着させ、半導体基板１表面
全体を覆うことができる。また、前述同様、高さを低く
することで、半導体基板１を保護板４に密着させること
ができる。図５には本発明の第５の実施例を示す。これ
は、図１の第１の実施例に示した平板状の保持台３及び
保護板４に、半導体基板１の側面部に対置するように、
半導体基板の形状にあわせたリング等からなる側面部材
を組み合わせたものである。この場合図５に示すよう
に、径の異なる２つのリング等を組み合わせることで、
側面部材６間に空隙を設けると、半導体基板１の側面部
側からの熱放射が少なくなり、より均一な加熱を実現す
ることができる。側壁部材６の高さも、半導体基板１の
厚さとの関係において、適宜選択することができる。な
お、側面部材は２つのリングに限るものではなく、単一
のリングや分割された部材であっても良い。また、円形
状に限らず、多角形であっても良い。また、リング等の
位置を固定するため、保持台３に溝を設けた形状として
いるが、必ずしも必要とするものではない。
【００１５】なお、実施例２乃至５に記載した半導体基
板１側面と凸形状あるいは側面部材との間の寸法は、半
導体基板の大きさ、加熱時の半導体基板あるいは保持台
等の熱膨張率等を考慮して、適宜設定される。好ましく
は、加熱時に接触あるいは微少な空隙をもって対置する
寸法であれば良い。
板１側面と凸形状あるいは側面部材との間の寸法は、半
導体基板の大きさ、加熱時の半導体基板あるいは保持台
等の熱膨張率等を考慮して、適宜設定される。好ましく
は、加熱時に接触あるいは微少な空隙をもって対置する
寸法であれば良い。
【００１６】ランプアニール装置は通常複数の赤外線ラ
ンプを備えているため、各ランプの強度の差や、被加熱
物表面に到達する直接光の重なり具合によって、被加熱
物表面に温度差が生じる。しかし、本発明の熱処理方法
によれば、保持台３及び保護板４は、赤外線ランプから
照射された赤外線を一旦吸収し、輻射熱によって半導体
基板１を加熱することで、この温度差を緩和することが
できる。また、熱伝導率の大きい材料で構成されている
ため、保持板３、保護板４あるいは側壁部材６全体が均
一に昇温され、これらは近似的に黒体炉とみなすことが
でき、被加熱物は、この近似的黒体炉により表面全体が
覆われ加熱させる構造となり、さらに均一加熱の効果を
上げることができる。
ンプを備えているため、各ランプの強度の差や、被加熱
物表面に到達する直接光の重なり具合によって、被加熱
物表面に温度差が生じる。しかし、本発明の熱処理方法
によれば、保持台３及び保護板４は、赤外線ランプから
照射された赤外線を一旦吸収し、輻射熱によって半導体
基板１を加熱することで、この温度差を緩和することが
できる。また、熱伝導率の大きい材料で構成されている
ため、保持板３、保護板４あるいは側壁部材６全体が均
一に昇温され、これらは近似的に黒体炉とみなすことが
でき、被加熱物は、この近似的黒体炉により表面全体が
覆われ加熱させる構造となり、さらに均一加熱の効果を
上げることができる。
【００１７】保持台３、保護板４表面には、赤外線ラン
プの波長帯域の光を有効に吸収するため、メタン等のハ
イドロカーボンを原料としたＣＶＤ法等により、カーボ
ン膜あるいはカーボン含有膜からなる赤外線の吸収膜５
が全面にコーティングされている。吸収膜５としては、
カーボン膜等のほか、高温で安定なシリコンカーバイド
や、熱処理温度において溶解等の変形がない金属、例え
ばタンタル、タングステン、モリブデン等の高融点金属
の炭化物であるタンタルカーバイド、タングステンカー
バイド、モリブデンカーバイド、ホウ化物であるタンタ
ルボライド、タングステンボライド、モリブデンボライ
ドを表面がポーラスで、照射された赤外線の反射が起こ
らない状態でコーティングすることも可能である。ここ
で、金属を吸収膜として使用する場合、被処理半導体基
板１表面が、これらの金属によって汚染される可能性が
ある場合には、吸収膜５上に、別の被覆膜、例えば窒化
膜、酸化膜、多結晶シリコン膜等を形成することも可能
である。窒化膜、酸化膜、多結晶シリコン膜は、赤外線
を透過し、カーボン膜等の吸収膜に、赤外線を効率よく
吸収させることができる。このカーボン膜に吸収された
赤外線は、保持台３及び保護板４を加熱し、その輻射熱
によって半導体基板１を加熱することになる。ここで、
吸収膜５のコーティング厚さは、照射される赤外線を吸
収するのに十分な厚さであれば良く、例えばＣＶＤ法で
コーティングされたカーボン膜の場合、５０００オング
ストロームあれば十分である。
プの波長帯域の光を有効に吸収するため、メタン等のハ
イドロカーボンを原料としたＣＶＤ法等により、カーボ
ン膜あるいはカーボン含有膜からなる赤外線の吸収膜５
が全面にコーティングされている。吸収膜５としては、
カーボン膜等のほか、高温で安定なシリコンカーバイド
や、熱処理温度において溶解等の変形がない金属、例え
ばタンタル、タングステン、モリブデン等の高融点金属
の炭化物であるタンタルカーバイド、タングステンカー
バイド、モリブデンカーバイド、ホウ化物であるタンタ
ルボライド、タングステンボライド、モリブデンボライ
ドを表面がポーラスで、照射された赤外線の反射が起こ
らない状態でコーティングすることも可能である。ここ
で、金属を吸収膜として使用する場合、被処理半導体基
板１表面が、これらの金属によって汚染される可能性が
ある場合には、吸収膜５上に、別の被覆膜、例えば窒化
膜、酸化膜、多結晶シリコン膜等を形成することも可能
である。窒化膜、酸化膜、多結晶シリコン膜は、赤外線
を透過し、カーボン膜等の吸収膜に、赤外線を効率よく
吸収させることができる。このカーボン膜に吸収された
赤外線は、保持台３及び保護板４を加熱し、その輻射熱
によって半導体基板１を加熱することになる。ここで、
吸収膜５のコーティング厚さは、照射される赤外線を吸
収するのに十分な厚さであれば良く、例えばＣＶＤ法で
コーティングされたカーボン膜の場合、５０００オング
ストロームあれば十分である。
【００１８】以上の説明は、保持台３及び保護板４の表
面全面に、吸収膜５をコーティングする構造を示した
が、赤外線が照射される面あるいは赤外線が照射される
面と反対側の面の、一方あるいは両方にコーティングを
施したり、半導体基板１表面の不純物注入領域２に接す
る面あるいは半導体基板１の裏面に接する面の、一方あ
るいは両方にコーティングを施すことができる。また、
これらを組み合わせても良い。加熱効率を高めることを
考慮すれば、少なくとも半導体基板１表面の不純物注入
領域２が密着あるいは微少な空隙をもって対置する保持
台３あるいは保護板４の赤外線光が照射される側の面
に、吸収膜５がコーティングされていることが好まし
い。保持台３及び保護板４は熱膨張等を考慮すると、同
一の材料からなることが好ましいが、必ずしも同一であ
る必要はない。
面全面に、吸収膜５をコーティングする構造を示した
が、赤外線が照射される面あるいは赤外線が照射される
面と反対側の面の、一方あるいは両方にコーティングを
施したり、半導体基板１表面の不純物注入領域２に接す
る面あるいは半導体基板１の裏面に接する面の、一方あ
るいは両方にコーティングを施すことができる。また、
これらを組み合わせても良い。加熱効率を高めることを
考慮すれば、少なくとも半導体基板１表面の不純物注入
領域２が密着あるいは微少な空隙をもって対置する保持
台３あるいは保護板４の赤外線光が照射される側の面
に、吸収膜５がコーティングされていることが好まし
い。保持台３及び保護板４は熱膨張等を考慮すると、同
一の材料からなることが好ましいが、必ずしも同一であ
る必要はない。
【００１９】低熱容量、高熱伝導率、高赤外吸収係数を
有する本発明の保持台は、被処理半導体基板として、化
合物半導体基板に限らずシリコン半導体基板の熱処理に
使用する場合でも、従来の保持台を使用しない場合と比
較して、急熱急冷が可能となる。しかも、パイロメータ
等で測定する温度は、常に一定の放射率を有する保持台
の温度を測定するため、精度の高い温度制御が可能とな
る。特に、図２乃至図５に示す構造の保持台を使用した
場合、シリコン半導体基板全体を均一加熱することがで
き、マイクロスリップ等の表面欠陥を完全に防止するこ
とができた。
有する本発明の保持台は、被処理半導体基板として、化
合物半導体基板に限らずシリコン半導体基板の熱処理に
使用する場合でも、従来の保持台を使用しない場合と比
較して、急熱急冷が可能となる。しかも、パイロメータ
等で測定する温度は、常に一定の放射率を有する保持台
の温度を測定するため、精度の高い温度制御が可能とな
る。特に、図２乃至図５に示す構造の保持台を使用した
場合、シリコン半導体基板全体を均一加熱することがで
き、マイクロスリップ等の表面欠陥を完全に防止するこ
とができた。
【００２０】次に、本発明の第６の実施例を図６に示
す。保持台及び保護板の形状は、図１乃至図５に示した
形状と同じで、吸収膜５を表面にコーティングする代わ
りに、吸収体を保持台及び保護板に内在させる構造とす
る。図６に、図１（Ａ）の構造の保持台３の場合を例に
取り、吸収体を内在する構造を示す。図６において、７
は窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素で構成
する焼結体の原料粒子、８はバインダー、９は吸収体で
ある。図６（Ａ）は、板状の吸収体９を取り囲むように
窒化ガリウム等の焼結体を形成した構造を示す。板状の
吸収体９は、カーボン板等を使用したり、別の焼結体を
使用することができる。吸収体９の構造は、吸収体９上
に窒化ガリウム等の焼結体を形成した二重構造や多層構
造とすることも可能である。図６（Ｂ）は、焼結体形成
時に、カーボン等の粉状の吸収体９を酸化イットリウム
等のバインダー７と同時に添加し、形成したものであ
る。このような保持台３は、窒化ガリウム等自体は赤外
線を吸収しなくても、吸収体が赤外線を吸収し、保持台
が昇温する。保護板の形成も同様である。このような方
法で形成すると、前述の吸収膜のコーティング工程を省
略することができ、より簡便に、保持台及び保護板を形
成することができる。ここで、図６（Ａ）に示す吸収体
９の厚さ及び図６（Ｂ）に示す吸収体９の含有比率は、
焼結体の原料粒子の大きさ、バインダーの種類、含有量
等によって、焼結体の赤外吸収係数が十分大きくなり、
また保持台としての強度が保たれるように適宜決められ
る。一例として図６（Ｂ）では、吸収体の含有比率は、
焼結体の全原料の重量に対して、１％程度含んでいる。
なお、バインダーが吸収体を兼ねる場合もある。
す。保持台及び保護板の形状は、図１乃至図５に示した
形状と同じで、吸収膜５を表面にコーティングする代わ
りに、吸収体を保持台及び保護板に内在させる構造とす
る。図６に、図１（Ａ）の構造の保持台３の場合を例に
取り、吸収体を内在する構造を示す。図６において、７
は窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素で構成
する焼結体の原料粒子、８はバインダー、９は吸収体で
ある。図６（Ａ）は、板状の吸収体９を取り囲むように
窒化ガリウム等の焼結体を形成した構造を示す。板状の
吸収体９は、カーボン板等を使用したり、別の焼結体を
使用することができる。吸収体９の構造は、吸収体９上
に窒化ガリウム等の焼結体を形成した二重構造や多層構
造とすることも可能である。図６（Ｂ）は、焼結体形成
時に、カーボン等の粉状の吸収体９を酸化イットリウム
等のバインダー７と同時に添加し、形成したものであ
る。このような保持台３は、窒化ガリウム等自体は赤外
線を吸収しなくても、吸収体が赤外線を吸収し、保持台
が昇温する。保護板の形成も同様である。このような方
法で形成すると、前述の吸収膜のコーティング工程を省
略することができ、より簡便に、保持台及び保護板を形
成することができる。ここで、図６（Ａ）に示す吸収体
９の厚さ及び図６（Ｂ）に示す吸収体９の含有比率は、
焼結体の原料粒子の大きさ、バインダーの種類、含有量
等によって、焼結体の赤外吸収係数が十分大きくなり、
また保持台としての強度が保たれるように適宜決められ
る。一例として図６（Ｂ）では、吸収体の含有比率は、
焼結体の全原料の重量に対して、１％程度含んでいる。
なお、バインダーが吸収体を兼ねる場合もある。
【００２１】上記第６の実施例においても、保持台及び
保護板は熱膨張等を考慮すると、同一の材料からなるこ
とが好ましいが、必ずしも同一である必要はない。この
ように形成した保持台及び保護板は、窒化ガリウム、窒
化アルミニウム、窒化ホウ素の特性である、低熱容量、
高熱伝導率を保持しつつ、赤外線の吸収率を高くするこ
とができ、半導体基板の熱処理を行った結果、従来の保
持台に比べて、熱変形が少なく、マイクロスリップ等の
欠陥を防ぐことができ、良好な結果を得ることができ
た。また、これらの材料は、砒素の吸収体とはならない
ので、被処理半導体基板が、砒素を構成元素とする化合
物半導体である場合でも、砒素の蒸発による半導体基板
表面の平坦性の劣化を引き起こすことはない。
保護板は熱膨張等を考慮すると、同一の材料からなるこ
とが好ましいが、必ずしも同一である必要はない。この
ように形成した保持台及び保護板は、窒化ガリウム、窒
化アルミニウム、窒化ホウ素の特性である、低熱容量、
高熱伝導率を保持しつつ、赤外線の吸収率を高くするこ
とができ、半導体基板の熱処理を行った結果、従来の保
持台に比べて、熱変形が少なく、マイクロスリップ等の
欠陥を防ぐことができ、良好な結果を得ることができ
た。また、これらの材料は、砒素の吸収体とはならない
ので、被処理半導体基板が、砒素を構成元素とする化合
物半導体である場合でも、砒素の蒸発による半導体基板
表面の平坦性の劣化を引き起こすことはない。
【００２２】以上のように形成した保持台及び保護板を
使用して熱処理を行った結果を、図７に示す。比較のた
め、赤外線の吸収係数の異なる２種類の窒化アルミニウ
ム焼結体を使用した。保持台及び保護板は、図６（Ｂ）
に示す構造の吸収体を内在する窒化アルミニウム焼結体
を使用した。被処理半導体基板としては、ガリウム砒素
半導体基板を使用し、その表面にシリコンイオンを、注
入エネルギー８２ＫｅＶ、注入量５．２×１０12／cm2
の条件で注入した後、マグネシウムイオンを、注入エネ
ルギー１７０ＫｅＶ、注入量３．７５×１０11／cm2の
条件でイオン注入し、９５０℃で熱処理した後、渦電流
法によりシート抵抗を測定した結果である。図７におい
て直線Ａは赤外線の吸収体を内在した窒化アルミニウム
焼結体を使用した場合を、直線Ｂは赤外線の吸収体を内
在していない窒化アルミニウムを使用した場合を示す。
使用して熱処理を行った結果を、図７に示す。比較のた
め、赤外線の吸収係数の異なる２種類の窒化アルミニウ
ム焼結体を使用した。保持台及び保護板は、図６（Ｂ）
に示す構造の吸収体を内在する窒化アルミニウム焼結体
を使用した。被処理半導体基板としては、ガリウム砒素
半導体基板を使用し、その表面にシリコンイオンを、注
入エネルギー８２ＫｅＶ、注入量５．２×１０12／cm2
の条件で注入した後、マグネシウムイオンを、注入エネ
ルギー１７０ＫｅＶ、注入量３．７５×１０11／cm2の
条件でイオン注入し、９５０℃で熱処理した後、渦電流
法によりシート抵抗を測定した結果である。図７におい
て直線Ａは赤外線の吸収体を内在した窒化アルミニウム
焼結体を使用した場合を、直線Ｂは赤外線の吸収体を内
在していない窒化アルミニウムを使用した場合を示す。
【００２３】図７に示すように、赤外線の吸収体を内在
した保持台等を使用した場合の方が、シート抵抗が低く
なることがわかる。しかも、吸収体を内在しないものに
較べて、短時間でシート抵抗が下がっている。これは、
赤外線の吸収体を内在した窒化アルミニウム焼結体の方
が、より急熱急冷が可能であるため、短時間で効率のよ
い熱処理が実現でき、活性化率が高くなるためと考えら
れる。また、熱処理されたガリウム砒素半導体基板表面
を観察すると、砒素の蒸発による表面の平坦性の劣化
や、マイクロスリップ等直線状の欠陥の形成もなかっ
た。このような傾向は、窒化アルミニウム焼結体に限ら
ず、窒化ガリウム、窒化ホウ素焼結体でも同様であっ
た。また、カーボン膜等の吸収膜５をコーティングした
第１乃至第５の実施例においても、同様な結果が得られ
た。また、ガリウム砒素半導体基板の代わりに、シリコ
ン半導体基板を熱処理し、同様にシート抵抗の測定、表
面観察を行った結果、シート抵抗では大きな差異が見ら
れなかったが、マイクロスリップ等の表面欠陥の減少が
観察された。
した保持台等を使用した場合の方が、シート抵抗が低く
なることがわかる。しかも、吸収体を内在しないものに
較べて、短時間でシート抵抗が下がっている。これは、
赤外線の吸収体を内在した窒化アルミニウム焼結体の方
が、より急熱急冷が可能であるため、短時間で効率のよ
い熱処理が実現でき、活性化率が高くなるためと考えら
れる。また、熱処理されたガリウム砒素半導体基板表面
を観察すると、砒素の蒸発による表面の平坦性の劣化
や、マイクロスリップ等直線状の欠陥の形成もなかっ
た。このような傾向は、窒化アルミニウム焼結体に限ら
ず、窒化ガリウム、窒化ホウ素焼結体でも同様であっ
た。また、カーボン膜等の吸収膜５をコーティングした
第１乃至第５の実施例においても、同様な結果が得られ
た。また、ガリウム砒素半導体基板の代わりに、シリコ
ン半導体基板を熱処理し、同様にシート抵抗の測定、表
面観察を行った結果、シート抵抗では大きな差異が見ら
れなかったが、マイクロスリップ等の表面欠陥の減少が
観察された。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
に急熱急冷が要求されるランプアニール法に用いる保持
台として、低熱容量、高熱伝導率、高赤外吸収率を有す
る材料を提供することができた。このような保持台を用
いて熱処理を行うことで、マイクロスリップ等直線状の
欠陥の形成を防ぐことができ、さらに特に被処理半導体
基板が化合物半導体基板の場合、保持台等の材料が半導
体基板表面から蒸発する元素を吸収することがないの
で、イオン注入法により注入された不純物の活性化アニ
ールにおいて、高活性化率と、安定な再現性を実現する
ことができた。このような熱処理を施した半導体基板を
用いて、ＦＥＴ、ＩＣ等の電子デバイスを製造する場
合、性能及び歩留まり等の向上に大いに効果がある。
に急熱急冷が要求されるランプアニール法に用いる保持
台として、低熱容量、高熱伝導率、高赤外吸収率を有す
る材料を提供することができた。このような保持台を用
いて熱処理を行うことで、マイクロスリップ等直線状の
欠陥の形成を防ぐことができ、さらに特に被処理半導体
基板が化合物半導体基板の場合、保持台等の材料が半導
体基板表面から蒸発する元素を吸収することがないの
で、イオン注入法により注入された不純物の活性化アニ
ールにおいて、高活性化率と、安定な再現性を実現する
ことができた。このような熱処理を施した半導体基板を
用いて、ＦＥＴ、ＩＣ等の電子デバイスを製造する場
合、性能及び歩留まり等の向上に大いに効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例の保持台の説明図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２の実施例の保持台の断面図であ
る。
る。
【図３】本発明の第３の実施例の保持台の断面図であ
る。
る。
【図４】本発明の第４の実施例の保持台の断面図であ
る。
る。
【図５】本発明の第５の実施例の保持台の断面図であ
る。
る。
【図６】本発明の第６の実施例の保持台の断面図であ
る。
る。
【図７】本発明の一実施例の保持台を使用した熱処理特
性を示す説明図である。
性を示す説明図である。
【図８】従来の保持台の材料を説明する説明図である。
１ 半導体基板 ２ 不純物領域 ３ 保持台 ４ 保護板 ５ 吸収膜 ６ 側面部材 ７ 焼結体の原料粒子 ８ バインダー ９ 吸収体
Claims (4)
- 【請求項１】 被処理半導体基板の主表面に、窒化ガリ
ウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいずれか１つあ
るいは２以上を含む焼結体からなる部材を密着させて熱
処理する半導体基板の熱処理方法において、 前記部材が赤外線の吸収体を具備することを特徴とする
半導体基板の熱処理方法。 - 【請求項２】 被処理半導体基板の一主面、別の一主面
及び側面に、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素のいずれか１つあるいは２以上の混合物からなる部
材を対置させて熱処理する半導体基板の熱処理方法にお
いて、 前記部材が赤外線の吸収体を具備することを特徴とする
半導体基板の熱処理方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２いずれか記載の半導体基
板の熱処理方法において、前記吸収体は、前記部材表面
にコーティングされた、カーボン、シリコンカーバイ
ド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、モ
リブデンカーバイド、タンタルボライド、タングステン
ボライド、モリブデンボライドのいずれかであることを
特徴とする半導体基板の熱処理方法。 - 【請求項４】 請求項１又は２いずれか記載の半導体基
板の熱処理方法において、前記吸収体は、前記部材に内
在していることを特徴とする半導体基板の熱処理方法。
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