JP2876994B2 - 短時間アニール装置 - Google Patents

短時間アニール装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SiやGaAs等の半
導体基板の特性向上のための短時間アニール装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】短時間アニール法は、SiやGaAsの
半導体基板(以下ウエハと言う)のキャリアの高濃度活
性化や急峻な濃度プロファイルを得ることが可能であ
り、ウエハへの熱的影響が少ないことから開発段階では
盛んに用いられるようになっている。
【0003】しかし、短時間アニール法では、基本的
に、ウエハ保持体(以下サセプタと言う)、加熱炉本体
及び雰囲気ガスが熱的平衡になっていないことから、ウ
エハの温度の均一性を得ることが難しく、また正確な温
度制御も困難である。このために再現性に乏しく更に大
口径ウエハのアニールにおいては、ウエハ内の温度不均
一からスリップラインなる結晶欠陥が生じ易いという実
用上の大きな問題がある。
【0004】S.J.Pearton等は、GaAsウ
エハの短時間アニールにおいて、カーボン・グラファイ
ト製サセプタからの間接的熱伝導を利用し、更に蓋で追
って温度均一性をよくすることによって、スリップライ
ンの発生を防止できたと報告(J.Appl.Phy
s.Vol 66(1989)pp663)している。
また、同報告によれば、アニール中のウエハの中央部
と、外周辺部で6℃〜7℃以上の温度差があるとスリッ
プラインが発生する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法によっても充分な温度均一性を得ることが難しい。
また蒸気圧の高い構成元素を含む化合物、例えばGaA
sのウエハのアニールを行なう場合には蒸発し易いAs
の解離を抑えるために雰囲気中のAs分圧の制御が不可
欠である。
【0006】例えば、n型ドーパントであるSiを5×
1013cm-2注入されたGaAsウエハを900℃12
0秒の短時間アニールした場合のシートキャリア濃度と
アニール時の雰囲気としてのAsH3 分圧の関係は図3
のように得られる。この結果から、AsH3 分圧が3T
orr以下では、ウエハ中のAsの解離によりキャリア
濃度が減少してしまうことが示される。従って、この場
合、蓋でウエハを完全に覆うようなサセプタは好ましく
ない。
【0007】本発明の課題は、ウエハを必要なガス圧雰
囲気に保ちつつ、ウエハ温度の均一性、制御性が得られ
る短時間アニール装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明短時間アニール装
置は例えば図1,図2に示す如く、略円板状のウエハ1
をサセプタ2上に載せてサセプタ2を加熱手段6で短時
間加熱し、主としてサセプタ2からの熱伝達によってウ
エハ1の短時間アニールを行なう短時間アニール装置に
おいて、ウエハ1の外周部を覆う、中央部にウエハ1の
直径の55%〜80%の直径の穴を有するリング状の覆
い3をサセプタ2上に載せた短時間アニール装置であ
る。
【0009】
【作用】サセプタ2上のウエハ1は、先に昇温するサセ
プタ2からの熱伝達によって加熱されるので、ウエハ1
の厚み方向に、温度分布(下面側ほど温度が高い)が生
じ、熱膨張のためにウエハ1は上に反ってしまう。その
結果、ウエハ1の周辺部はサセプタ2から離れるために
熱伝達が減少して、ウエハ2の外周部の温度は中央部に
比べて低くなってしまう。このようにして生ずる温度分
布を防止するために、特にウエハ1の外周部のみを覆う
リング状の覆い3を用いることが効果的である。ウエハ
1の中央部まで覆う覆いの使用は、中央部の温度も高め
てしまいかえって温度均一化の効果を損なうことにな
る。本発明者の実験によればウエハ径の55%から80
%の範囲の直径の穴を中央部にもうけたリング状の覆い
3でウエハ1の外周部のみを覆うのが温度均一化に有効
である。
【0010】またこのような大きな開口の穴をもつリン
グ状の覆い3の使用は、必要な雰囲気ガス圧を保つ上で
殆ど障害とならない。更に、覆いの穴を通し放射温度計
によりアニール中のウエハ中央部の表面温度をモニター
できるので、アニールにおける温度制御性が向上する。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して本発明短時間アニール
装置の実施例につき説明する。図1は本発明の実施例の
短時間アニール装置の構成を示す概念図である。また図
2はその要部の拡大図である。
【0012】図1の中で、1はアニールすべきウエハ、
2はウエハ1を載せるための円形状のサセプタであっ
て、ウエハ1が乗る部分は厚さdでその外周部には、ウ
エハ1を安定に置くための段部2a及びリング状の覆い
3をウエハ1の上面から離して安定して置くための段部
2bをもつ堰堤が設けられている。
【0013】ここで段部2aの高さはアニール中の反っ
たウエハが接触しない程度であればよい。このサセプタ
2は透明な溶融石英管4の中に透明な溶融石英板5を介
して水平に支持される。
【0014】この溶融石英管4の内部は雰囲気としてN
2 とH2 とAsH3 の混合ガスが流される。溶融石英管
4の外部下方に複数本の加熱用電球6、例えばハロゲン
電球(参照、物理学辞典、培風館昭和59年発行)が設
けられている。7,8,9,10は金メッキした金属板
から成る熱遮蔽板である。
【0015】以上のように構成される短時間アニール装
置において、ハロゲン電球6を点燈することによって、
ハロゲン電球6からの輻射光が溶融石英管4及び溶融石
英板5を通してサセプタ2に吸収され、サセプタ2は急
速に昇温する。そしてウエハ1はサセプタ2からの熱伝
達により加熱される。ここで、サセプタ2の温度は熱電
対12によって測定され、また、ウエハ1の中央部の上
表面温度は熱遮蔽板7,8に連通して開けられた穴7
a,8a及び溶融石英管4を通して放射温度計13によ
ってモニタされる。
【0016】後述する実施例及び比較例に於けるウエハ
の短時間アニールは覆いの内径の大きさ以外は全て下記
の条件で行われた。
【0017】ウエハ‥‥Siを5×1013/cm-2イオ
ン注入されたGaAs基板で径76mm、厚さ0.6m
mのもの。
【0018】サセプタ‥‥材質はカーボン・グラファイ
トで外形100mm、ウエハの載る部分の厚さ(d)2
mmのもの。
【0019】覆い‥‥材質はカーボン・グラファイトで
外形86mm、厚さ0.5mmの円板の中央部に実施
例、比較例における所定の径の穴を開けたもの。
【0020】雰囲気‥‥N2 とH2 とAsH3 の混合ガ
スでAsH3 の分圧は5Torrとした。
【0021】加熱‥‥ハロゲン電球により加熱、昇温速
度を50℃/secとしサセプタの設定温度900℃で
120sec保持し、その後自然冷却した。
【0022】アニール結果に対する評価手段としては、
次の方法を用いた。 イ)X線トポグラフによるスリップライン等の欠陥の観
察 ロ)エッチピットによる欠陥密度の観察(エッチング液
としてKOH溶液を使用) ハ)ホール測定によるシートキャリア濃度測定(Van
der Pauw法);アニールしたウエハの中央部
及び周辺部から5mm×5mmを切り出して測定した。
【0023】実施例1 覆いとして、カーボン・グラファイト製の円板の中心に
ウエハ直径の80%の穴を開けたリング状の覆いを用い
て上記の条件で短時間アニールを行った。その結果、ス
リップラインの発生は、X線トポグラフで認められなか
った。またアニール前のウエハと比較してエッチピット
の増加は認められなかった。ホール測定によるキャリア
濃度は、ウエハ中央部で3.06×1013cm-2、ウエ
ハの外周部で2.95×1013cm-2でウエハの中央部
と外周部との差は殆どなかった。
【0024】実施例2 覆いとして、カーボン・グラファイト製の円板の中心に
ウエハ直径の55%の穴を開けたリング状の覆いを用い
て実施例1と同様に短時間アニールを行った。その結果
は実施例1と同様の結果で、スリップラインの発生は認
められなかった。
【0025】比較例1 覆いとしても何も用いないこと以外は実施例1と同様に
短時間アニールを行った。その結果アニールされたウエ
ハは著しい密度のスリップラインの発生がX線トポグラ
フにより認められた。また、エッチピット密度もアニー
ル前のウエハに比べて増大が認められた。
【0026】ホール測定によるキャリア濃度は、ウエハ
中央部で3.05×1013cm-2、ウエハの外周部で
2.6×1013cm-2でウエハ外周部のキャリア濃度は
中央部に比べてかなり小さい。これらの結果から、覆い
のない場合、短時間アニールに於いて、ウエハ外周部は
ウエハ中央部に比べて加熱温度がかなり低くなっている
ことが示される。
【0027】比較例2 覆いとして、カーボン・グラファイト製の円板の中央に
ウエハ直径の85%の穴を開けたリング状の覆いを用い
て実施例1と同様の短時間アニールを行った。
【0028】比較例3 覆いとして、カーボン・グラファイト製の円板の中央に
ウエハ直径の50%の穴を開けたリング状の覆いを用い
て実施例1と同様の短時間アニールを行った。
【0029】比較例4 覆いとして、カーボン・グラファイト製の円板の中心に
ウエハ直径の30%の穴を開けたリング状の覆いを用い
て実施例1と同様の短時間アニールを行った。
【0030】比較例5 覆いとして、穴のないカーボン・グラファイト製の円板
を用いて実施例1と同様の短時間アニールを行った。
【0031】比較例1〜比較例5ではいずれもスリップ
ラインの発生やエッチピットの増大が認められた。スリ
ップラインの発生密度はX線トポグラフの写真から判断
して、比較例1〜比較例5について、次の順であった。 比較例5>比較例1>比較例4>比較例3≒比較例2 エッチピットの密度も上記の順であった。
【0032】また比較例5ではアニールしたウエハ表面
は白濁して荒れており、Asの解離が生じたものと思わ
れる。なお、穴のない覆いを用いた比較例5においてス
リップラインの発生が最も著しかったことは、前述の
S.J.Pearon等の報告と合わないが、その理由
は不明である。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、ウエハを必要なガス圧
雰囲気に保ちつつ、ウエハ温度を均一にでき、その結果
スリップライン等の欠陥の発生を防止した短時間アニー
ルが可能となる。またウエハ中央部の表面の温度を放射
温度計でモニターできるのでアニールにおける温度制御
性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の短時間アニール装置の構成を
示す概念図である。
【図2】本発明の要部拡大図である。
【図3】Siをイオン注入したGaAsウエハの短時間
アニールの雰囲気(AsH3 分圧)とシートキャリア濃
度の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
1 ウエハ 2 サセプタ 3 リング状覆い 4 溶融石英管 6 ハロゲン電球 12 熱電対 13 放射温度計

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 略円板状の半導体基板を保持体上に載せ
    て保持体を加熱手段で短時間加熱し、主として前記保持
    体からの熱伝達によって前記半導体基板の短時間アニー
    ルを行なう装置において、前記半導体基板の外周部を覆
    う、中央部に前記半導体基板の直径の55%〜80%の
    直径の穴を有するリング状の覆いを保持体上に載せるこ
    とを特徴とする短時間アニール装置。
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