JP2979550B2 - ランプアニール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.従来技術［第４図］ D.発明が解決しようとする問題点［第５図］ E.問題点を解決するための手段 F.作用［第３図］ G.実施例［第１図、第２図］ H.発明の効果 （A.産業上の利用分野） 本発明はランプアニール装置、特に半導体の真性遷移
よも長波長の光成分をも含んだランプ光により半導体基
板をランプアニールするランプアニール装置に関する。

（B.発明の概要） 本発明は、上記のランプアニール装置において、 半導体基板に対する加熱特性のキャリア濃度依存性を
小さくするため、 交互に配置された加熱部及びバッファ部に半導体基板
を、各加熱部を通過する時間が加熱開始後フリーキャリ
ア吸収による加熱が始まるまでの時間以下の時間になる
よう通すようにしてなり、 それによって、半導体基板が搬送される過程でランプ
光により間欠的に照射されるようにしたのである。

（C.従来技術）［第４図］ 半導体素子の微細化、高密度化が進んだ結果、半導体
基板、あるいは半導体基板上の半導体層、半導体薄膜等
への不純物導入はイオン注入法で行うのが普通となって
いる。ところで、イオン注入法は拡散法とは異なり非熱
平衡状態での不純物導入法であるため、熱処理（アニー
ル）を施して不純物を電気的に活性な状態にする必要が
ある。そして、その熱処理は、前は電気炉によりアニー
ルする電気炉アニール法で行われていたが、最近は特開
昭62−250633号公報等において紹介されているようにハ
ロゲンランプを用いたランプアニール法により行われる
場合が多くなっている。というのは、ランプアニール法
はランプ光を第４図に示すようにある時間照射して半導
体基板に吸収させることにより直接半導体基板を加熱す
るものであり、高温短時間の熱処理が可能なので、熱拡
散により再分布をある程度阻むことができるからであ
る。そして、特に最近このランプアニール法は固相拡
散、固相エピタキシャル、シリサイド化、薄い酸化膜の
形成、コンタクトのオーミック化等に応用されている。

（D.発明が解決しようとする問題点）［第５図］ ところで、ランプアニール法によれば、加熱特性がキ
ャリア濃度に対して依存性を持つという問題があった。
この問題について詳しく説明すると次のとおりである。

ランプアニール用光源として最も多く使用されるのは
タングステンハロゲンランプであるが、タングステンハ
ロゲンランプは真性なシリコン半導体のバンドキャップ
よりも大きなエネルギーを持つ短い波長（以後便宜上単
に「短波長」という。）の光だけでなく、真性半導体の
バンドキャップよりも小さなエネルギーの長い波長（以
後便宜上単に「長波長」という）。の光も発生する。従
って、半導体基板の加熱は主として短波長の光によって
行われるけれども、長波長の光も半導体基板を加熱する
働きをしてしまう。というのは基板に不純物がドープさ
れているとその不純物によって半導体のバンドキャップ
が縮退し、真性半導体に対しては長波長であっても不純
物によってバンドギャップが縮退したところの不純物ド
ープ半導体基板に対しては短波長といえる光は半導体基
板に吸収されてしまうためである。

そして、バンドギャップの縮退の度合いは不純物濃度
によって変化する。従って、ランプ光による加熱特性が
フリーキャリア濃度に強く依存してしまうのである。第
５図は加熱特性のキャリア濃度依存性を裏付ける波長・
吸収特性図であり、同図において、比較的垂直に近い実
線の曲線は真性半導体の吸収特性を示し、台形に近い実
線の曲線はタングステンハロゲンランプの発光特性を示
し、一点鎖線及び２本の破線は不純物濃度の異なる不純
物ドープ半導体の吸収特性を示す。

従って、イオン打込みした不純物の濃度が異なると加
熱特性が異なるので、加熱し過ぎて不純物の再分布が起
きるということは完全には避け得なかった。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもの
であり、半導体基板に対する加熱特性のキャリア濃度依
存性を小さくすることのできるランプアニール装置を提
供することを目的とする。

（E.問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点を解決するため、交互に配置した
加熱部及びバッファ部に、半導体基板を、各加熱部を通
過する時間が加熱開始後フリーキャリア吸収による加熱
が始まるまでの時間以下の時間になるよう通すようにし
てなる。

（F.作用）［第３図］ 本発明によれば、交互に配置された加熱部及びバッフ
ァ部を搬送される半導体基板は、各加熱部を通過する時
間が加熱開始後フリーキャリア吸収による加熱が始まる
までの時間以下の時間になるようにされているので、加
熱開始後フリーキャリア吸収が始まるまでに加熱を停止
するというランプアニールを繰返受けることができ、延
いては半導体の真性遷移のみによる加熱が為される。従
って、キャリア濃度依存性を小さくできる。

というのは、不純物を含んだ半導体基板を加熱したと
きの加熱時間と基板温度の関係は第３図に示すようにな
り、加熱開始後ある時間までは半導体基板温度が時間に
対してリニアに上昇するが、それ以後は、非リニアな非
常に複雑な温度変化をする。そして、半導体基板温度が
時間の経過に比例して上昇する間は真性遷移による加熱
のみが進行するが、その後非リニアに温度上昇するよう
になるのはフリーキャリア吸収による加熱が始まるため
である。従って、加熱を開始後フリーキャリア吸収によ
る加熱が始まるまでの間に加熱を停止すれば真性遷移の
みによって加熱することができる。但し、１回の加熱で
は充分な加熱ができない。そこで、加熱、中断、加熱、
中断を繰返することにより、即ち間欠的に加熱すること
によりフリーキャリア吸収によらないで半導体基板を加
熱することができることになり、延いては加熱特性のキ
ャリア濃度依存性をなくすことができるのである。

しかも、間欠的加熱をランプの点滅によってではな
く、ランプが点灯状態のままにした加熱部と、バッファ
部とを交互に配置したところに半導体基板を通すことに
より加熱部を通るときランプにより照射され、バッファ
部を通るとき非照射状態になり、照射状態になったり、
非照射状態になったりするようにすることにより為すの
で、ランプの点滅によりランプ寿命が短くなると言うお
それはない。

（G.実施例）［第１図、第２図］ 以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。

第１図は本発明ランプアニール装置を用いたランプア
ニール方法の一例を説明するためのタイムチャート、第
２図はそのランプアニール方法の実施に用いる、本発明
ランプアニール装置の一実施例を示す断面図である。

本ランプアニール方法は例えばタングステンハロゲン
ランプ等のランプを光源とし、半導体ウエハが第１図に
示すように間欠的に照射されるように行うものであり、
これを第２図に示すランプアニール装置を用いることに
よって行う。

本ランプアニール装置は、チャンバー3aを横方向に長
くし、その内部に図示しない搬送手段によって半導体ウ
エハ６を通すようにすると共に、半導体ウエハ６をラン
プ２、２、…によって加熱する加熱部７と、ランプ２、
２、…が設けられておらず従ってランプによる加熱をし
ないバッファ部８とを半導体ウエハ６の進行方向に沿っ
て交互に配置してなるものである。ランプ２、２、・・
・としては例えばタングステンハロゲンランプが用いら
れる。

本ランプアニール装置においては、各ランプ２、２、
…は装置を使用中常に点灯させておき点滅させない。そ
して、半導体ウエハ６は搬送されて加熱部７内に位置す
る状態になったり、バッファ部８内に位置する状態にな
ったりすることにより実質的にランプ光を間欠的に照射
されるのである。具体的には、半導体ウエハ６は加熱部
７内ではランプ光を照射され、バッファ部８内ではラン
プ光を照射されない。本ランプアニール装置によるラン
プ光の間欠的照射の周期、各周期における照射時間は半
導体ウエハ６の搬送速度と、加熱部７、バッファ部８の
搬送方向における（第２図における左右方向）長さとに
よって決まる。そして、その時間は、加熱開始後フリー
キャリア吸収による加熱が始まるまでの時間かあるいは
それより稍短い時間に設定する。というのは、このよう
にすると、キャリア濃度依存性の全くない真性遷移のみ
が行われるからである。

また、上記各周期における加熱しない時間（加熱中断
時間）は、加熱により蓄えた熱が逃げないように、即ち
蓄熱が損なわれないような適宜な長さに設定する。する
と、徒らにランプアニール時間を長くすることなくキャ
リア濃度依存性をなくすことができる。

尚、９、９、…は各バッファ部８、８、…に設けられ
たヒーターで、加熱部７での加熱により折角蓄えられた
熱が放熱するのを少なくするためのものである。勿論、
このヒーター９は不純物の再分布をもたらさない限度で
保温するようにパワーが設定されている。

このようなランプアニール装置によれば、真性遷移に
よる加熱のみが行われフリーキャリア吸収による加熱が
行われないようにできるので、キャリア濃度依存性をな
くすことができる。

また、本ランプアニール装置によれば、チャンバー3a
内に半導体ウエハ６、６、…を順次連続的に流し、各ラ
ンプ２、２、…をすべて常に点灯した状態に保ちながら
アニールを行うのでランプアニールが熱的に平衡な状態
で行われる。従って、装置内部の温度制御が容易で、温
度の時間による変化を少なくすることができ、一般のラ
ンプアニール装置において生じる石英チャンバの蓄熱効
果による弊害を防止することができる。

即ち、電気炉によるアニールの場合は熱平衡状態でア
ニールすることができるが、一般のランプアニール装置
によるアニールの場合はランプ光を短時間照射するので
アニールが熱不平衡状態で行われることになる。そのた
め、アニールされた半導体ウエハの熱により石英チャン
バーの蓄熱が起こり、石英チャンバーが二次光源とな
る。その結果、チャンバー内の温度が時間的に変動し、
温度コントロールが困難になるという問題があった。し
かるに、第２図に示すランプアニール装置は熱平衡状態
をつくりそのもとでランプアニールを行うことができる
ので一般のランプアニール装置とは異なり非常に温度コ
ントロールが容易となるのであり、これはより良好なラ
ンプアニールを可能にするのである。

尚、加熱雰囲気の安定化を図るためにチャンバー内を
減圧する必要がある場合は、チャンバー3aの各加熱部・
バッファ部間にゲートバルブを設けるようにすると良
い。

また、間欠的加熱をランプの点滅によって行うことが
ないので、ランプの点滅によりランプ寿命が短くなると
言うおそれはない。

（H.発明の効果） 以上に述べたところから明らかなように本発明ランプ
アニール装置は、ランプアニール用光源となるランプを
有する加熱部と、ランプアニール用光源となるランプを
有しないバッファ部とを交互に配置し、この交互に配置
された加熱部及びバッファ部に半導体基板を、各加熱部
を通過する時間が加熱開始後フリーキャリア吸収による
加熱が始まるまでの時間以下の時間になるよう通すよう
にしてなることを特徴とする。

従って、本ランプアニール装置によれば、各加熱部下
を通過する時間が加熱開始後フリーキャリア吸収による
加熱が始まるまでの時間以下の時間なので、真性遷移の
みによって加熱することができる。その加熱、中断、加
熱、中断を繰返することにより、即ち間欠的に加熱する
ことによりフリーキャリア吸収によらないで半導体基板
を加熱することができることになり、延いては加熱特性
のキャリア濃度依存性をなくすことができるのである。

しかも、間欠的加熱をランプの点滅によってではな
く、ランプが点灯状態のままにした加熱部と、バッファ
部とを交互に配置したところに半導体基板を通すことに
より加熱部を通るときランプにより照射され、バッファ
部を通るとき非照射状態になり、照射状態になったり、
非照射状態になったりするようにすることにより為すの
で、ランプの点滅によりランプ寿命が短くなると言うお
それはない。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明ランプアニール装置を用いたランプアニ
ール方法の一例を示すタイムチャート、第２図は本発明
ランプアニール装置の一つの実施例を示す断面図、第３
図は不純物を含んだ半導体ウエハを加熱したときの加熱
時間と基板温度との関係を示す加熱時間・温度関係図、
第４図はランプアニール方法の従来例を示すタイムチャ
ート、第５図は半導体の光吸収特性図である。 符号の説明 ２……ランプ、６……半導体基板、７……加熱部、８…
…バッファ部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ランプアニール用光源となるランプを有す
   る加熱部と、ランプアニール用光源となるランプを有し
   ないバッファ部とを交互に配置し、 上記交互に配置された加熱部及びバッファ部に半導体基
   板を、各加熱部を通過する時間が加熱開始後フリーキャ
   リア吸収による加熱が始まるまでの時間以下の時間にな
   るよう通すようにしてなる ことを特徴とするランプアニール装置