JPH01100927A - 半導体ウエーハの回復処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェーハの回復処理装置及び半導体ウ
ェーハの回復方法に関する。

〔従来の技術〕

例えば注入処理の際に生ずる結晶欠陥を回復するために
半導体ウェーハを熱処理することは公知である。注入さ
れた層を回復する場合、調整されたドーピングプロフィ
ルが十分に維持されまた層構造がぼやけないことが保証
されなければならない、更に高濃度ドーピングの場合析
出形成は抑制される。これらの条件を満たす方法は公知
である（例えばセジウィンク（Ｄ、　Ｏ，Ｓｅｄｇｗｉ
ｃｋ）著「シッート・タイム・アニーリング（Ｓｈｏｒ
ｔ　Ｔｉｍｅ　Ａｎｎｅａｌｌｎｇ）　Ｊ　ＥＣＳ　−
Ｆａｌｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ、　１９８２年ｌＯ月参照）
、急速熱処理（Ｒａｐｉｄ−Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｐｒｏｃ
ｅｓｓｉｎｇ　　ＲＴ　Ｐ　）法の場合回復すべき半導
体ウェーハ及び場合によっては関連するウェーハのみが
高温に曝される。その際加熱は極めて急速に例えば１０
３℃／秒の温度勾配で行われる。ウェーハは例えば約９
００°Ｃの高温に短時間、例えば約５〜２０秒間曝され
、引続き冷却される。半導体ウェーハへのエネルギー供
給は強い光源、例えばレーザ又はランプの光エネルギー
で包囲することによってか又は熱量の少ない電気抵抗加
熱装置により行う、半導体ウェーハはこの処理中例えば
右奥ガラスからなる反応室中に入れられている０回復工
程は不活性雰囲気又は真空中で行われる。この処置の場
合拡散を前提とする不純物の分配は熱処理時間が短いこ
とにより抑制される。その結果上記の要件は確実に満た
される。このＲＴＰ法では回復処理中、回復温度に加熱
される半導体ウェーハと室温を有する室壁との間に大き
な温度差が生じる。半導体ウェーハから半導体材料が蒸
発すると、これは室壁に付着する。この付着物は光結合
による加熱に際して、光がこの付着物により部分的に吸
収されることから、温度を不均質化する。高温計による
温度検出及び調整は欠陥を存することになる。更に加熱
処理は遅延される。

特に■−Ｖ族化合物の化合物半導体からなる半導体ウェ
ーハを回復する場合は、別の問題が生じる。この化合物
の各元素は蒸気圧が異なることから、まず易揮発性元素
が漏出する。これは半導体ウェーハの表面に好ましくな
い腐食をもたらす。

この欠点は、回復すべき半導体ウェーハが例えば２枚の
半導体ウェーハ又は石英板（これも回復温度に加熱され
る）間に埋込まれている場合に回避することができる（
例えばカンバー（Ｈ，Ｋａｎｂｅｒ）その他著「アプラ
イド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、
　Ｌｅｔｔ、）Ｊ第４７巻（２）、１９８５年７月、第
１２０頁以降参照、）これにより表面腐食は低減される
。この手段により系の熱容量は増大し、半導体ウェーハ
への熱流は困難になる。

表面腐食は半導体ウェーハを回復時に例えば５ｉｓＮａ
からなる被覆層で保護することにより低減される（例え
ば前記「アプライド・フィジクス・レターズ」及びクズ
ハラ（Ｍ、　Ｋｕｚｕｈａｒａ）その他著「マテリアル
・リサーチ・ソサイエティ・シンポジウム・プロシーデ
ィング（Ｍａｔ、　Ｒｅｓ、　Ｓｏｃ、　５ｙｓｐ、　
Ｐｒｏｃ、）　Ｊ第２３巻（１９８４年）、第６５１頁
以降参照）、シかしこの手段は、半導体ウェーハ内に機
械的応力及び不純物分配を生ぜしめるという欠点を有す
る。

表面腐食は被覆層を施すことなく、いわゆるキャップレ
ス・アニーリング（Ｃａｐｌｅｓｓ−Ａｎｎｅａｌｉｎ
ｇ）法（例えばグランジ（Ｊ、　Ｄ、　Ｇｒａｎｇｅ）
その他著「ソリッド・ステート・エレクトロニクスＪ　
（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ　［！Ｉｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）
　Ｊ第２６巻、漱４．１９８３年、第３１３頁以降参照
）によっても低減することができる。この場合回復工程
は、易揮発性元素の過圧を含む大気圧中で行う、易揮発
性成分の蒸発を阻止する過圧は、保護ガス中に含まれる
易揮発性元素のガス状水素化合物が回復温度で分裂する
ことにより生じる。この方法は、その際必要とされる加
熱時間中（回復時間約１０〜６０分、加熱時間約１５分
）に不純物が拡散し、これによりドーピングプロフィル
が部分的に破壊されるという欠点を有する。

ＲＴＰ法をキャップレス・アニーリング法と組合わせる
方法（この場合ＲＴＰ法の反応室を上記の水素化合物で
満たす）は、ＲＴＰ法の加熱時藺及び回復時間が、水素
化合物を分裂させまた易揮発性成分の過圧を生ぜしめる
にはあまりにも短かすぎることから意味がない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、改良された回復法及びこの回復法を実施する
装置を提供することを！！題とする。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は本発明によれば、 ａ）　半導体ウェーハを収納するための反応管を設け、 ｂ）　反応管が少なくとも１個のガス導入口と少なくと
も１個のガス排出口を備えており、Ｃ）　この反応管が
ベース加熱装置でベース温度に加熱可能であり、 ｄ）　これが半導体ウェーハを回復温度に加熱するため
の選択加熱装置を備えている ことを特徴とする半導体ウェーハの回復処理装置によっ
て解決される。更にこの課題は、ａ）　半導体ウェーハ
を反応管内に装入し、ｂ）　この反応管を制御可能のガ
ス供給系に連結し、密閉し、不活性ガスを充填し、 Ｃ）反応管の壁を、蒸発した物質が壁に付着しない程度
の高さでまた回復工程がまだ開始しない程度の低さのベ
ース温度に加熱し、 ｄ）半導体ウェーハを選択加熱装置で数秒間選択的に回
復温度に加熱し、 ｅ）装置を室温に冷却して半導体ウェーハを仕上げる、 ことを特徴とする半導体ウェーハの回復方法によって解
決される。

〔作用効果〕

本発明では反応室をベース温度に加熱することによって
、ＲＴＰ法の利点がキャップレス・アニーリング法の利
点と結合されている。ベース温度は、室壁への付着が阻
止されまた不活性ガスとして水素化合物が存在する場合
にはこの水素化合物が分裂し、易揮発性成分の過圧が生
じるように設定される。半導体ウェーハは選択的に回復
温度に加熱されることから、加熱すべき系は小さく、ま
た掻く短い加熱時間が必要とされるにすぎない。

請求項１２によるガス供給系は制御可能であることから
、不活性ガスの必要な圧力は意図的に調整することがで
きる。特に易揮発性成分の過圧は正確に半導体ウェーハ
に適合させることができる。

請求項２に記載した装置及び請求項１４に記載した方法
は、発生する分解生成物が取り外し及び洗浄の容易な補
助管内に沈殿するという利点を有する。

請求項１１の装置は、補助管の取り付は及び取り外しが
特に簡単であるという利点ををする。

請求項１３の装置は、易揮発性成分の過圧により回復工
程中の表面腐食が回避されるという利点を有する。

本発明の他の実施態様は他の請求項に記載されている。

〔実施例〕

本発明の実施例は第１図ないし第４図に示されており、
次にこれを詳述する。

本発明装置は反応管２を装備し、この中にはその収納部
１２上に回復すべき半導体ウェーハ１が置かれている０
反応管２は半導体ウェーハｌの前方、周囲及び後方で二
重壁に構成されている。内壁６と外壁５との間の空隙に
はベース加熱装置３が装入されている。ベース加熱装置
３は例えば電気抵抗加熱装置からなる０反応管２は２つ
のガス導入ロアを有する。双方のガス導入ロアは、半導
体ウェーハｌがこの２つのガス導入ロア間に存在するよ
うに反応管２に構成されている０反応管２の片側には反
応管フランジ９が装備されている。

反応管２は１石英ガラスからなる。半導体ウェーハｌの
範囲内で反応管２の外側に選択加熱装置４が設けられて
いる０選択加熱装置１ｔ４はランプ１４及びレフレクタ
１３からなる。ランプ１４及びレフレクタ１３は、光が
半導体ウェーハ１に向けられるように配置されている。

本発明装置は補助管８を装備している。補助管８は互い
に対向する側方に２つの開口１５を存する。補助管８は
補助管フランジ１０を有する。補助管フランジｌＯは、
補助管フランジｌＯにより取り囲まれた面が開口１５の
結合線を切断しまた補助管フランジ１０により取り囲ま
れた面の表面法線が開口１５の結合線に対して平行であ
るように配置されている。

補助管８は、反応管２内に反応管フランジ９の側から差
し込むことができるように構成されている。この場合、
反応管フランジ９の封止面は補助管フランジ１０の封止
面に対応する。

反応管フランジ９と補助管フランジｌＯとの間にはパツ
キンリング１１が存在し、−これは反応管フランジ９及
び補助管フランジｌＯを押付けることにより反応管２及
び補助管８からなる結合を密閉する。

更に補助管８は、反応管２に対応する側で反応管２と補
助管８との間に空隙１６が生じるように構成されており
、この空隙には反応管フランジ９に対応する第１のガス
導入ロア１が設けられている。この空隙１６を介して、
反応管フランジ９に対応する第１のガス導入ロア１を介
して導入された不活性ガ不は、反応管２に対応する補助
管８の開口１５に流れる０反応管２とは逆の側の開口１
５を介してガスは排出系に導かれる。

第２図から第４図までにはベース加熱装置３に関する種
々の実施例が示されている。

第２図番ｊ石英ガラスからなる第２反応管２２の、第１
図の平面に対して垂直でかつ第２半導体ウェーハ２１が
存在する範囲で回復すべき第２半導体ウェーハ２１に対
して垂直な断面図である。

第２反応管２２は単一層の壁を存する。第２半導体ウェ
ーハ２１の上方及び下方には第２ベース加熱装ｆｆ２３
が第２反応管２２の外側に配設されている。第２ベース
加熱装置２３は電気抵抗加熱装置からなる。第２ベース
加熱装置２３の背後の第２列には、第２の選択加熱袋ｙ
１２４が配設されている。第２の選択加熱装置２４は第
１の実施例の選択加熱装置４と同様にランプ装置からな
る。

第２ベース加熱装置２３及び第２の選択加熱装置２４は
、電気抵抗加熱装置がランプと互い遅いに配置されるよ
うに構成されている。これにより第２半導体ウェーハ上
に影を落とすことによって生じる温度の不均質性は回避
される。この装置はその他の点では第１の実施例の装置
と同様に構成されている。

第３図にはもう１つの実施例として石英ガラスから成る
第３反応管３２が回復すべき第３の半導体ウェーハ３１
と一緒に、第２図の実施例と同様の製図法で描かれてい
る。第３半導体ウェーハ３１の側方ではその両側で第３
の反応管３２の壁内にそれぞれ１個の黒鉛ブロック３３
２が包入されている。第３半導体ウェーハ３１の上方及
び下方の反応管３２の壁は単一層である。第３半導体ウ
ェーハ３１の上方及び下方には第１の列にベース温度ラ
ン゛ブ３３１が配置されている。ベース温度ランプ３３
１及び黒鉛ブロック３３２は一緒になって第３のベース
加熱装置３３を形成している。

黒鉛ブロック３３２はこのベース温度ランプ３３１で照
射される。黒鉛ブロック３３２は黒体として作用し、光
を熱に変える。第２列目には第３の選択加熱装置３４が
配置されている。この第３の選択加熱袋′ｔ１３４はラ
ンプからなり、これはベース゛温度ランプ３３１が第３
半導体ウェー／Ｘ３１の回復温度への加熱に際して障害
とならないように配置されている。

その他の点では第１の実施例の装置と同様に構成されて
いる。

第４図には別の実施例として石英ガラスからなる第４の
反応管４２が回復すべき第４の半導体ウェーハ４１及び
第４のベース加熱装置４３と一緒に、第２図における実
施例と同じように示されている。第４反応管４２は２重
壁として構成されている。第４反応管４２の壁は２つの
熱導入口４３２を備えている。

反応管４２の壁内には第４半導体ウェーハ４１の側方で
電気抵抗加熱装置４３１が装入されている。第４の選択
加熱装置４４は第４半導体ウェーハ４１の上方及び下方
で第４反応管４２の外側に配設されている。更に第４の
選択加熱装置４４はランプ装置からなる。第４反応管４
２内で均一な温度分配を得るため、第４反応管４２の壁
には加熱媒体例えば不活性ガス流が循環し、これは熱導
入口４３２を介して導入される。加熱媒体としては例え
ば恒温化された液体を使用すれば電気抵抗加熱装置４３
１なしに第４反応管４２のベース温度を調整することが
できる。

この装置の他の構成部は第１の実施例の装置と同様に構
成されている。この実施例の利点は、第４の選択加熱装
置４４が接続されている場合、第４半導体ウェーハ４１
上に影が落ちないことである。

次に第１図に基づき半導体ウェーハの回復方法を記載す
る。この方法は別の実施例に相応する装置においてもま
つたく同様に進行することができる。

反応管２を反応管フランジ９とは逆の側の第２ガス導入
ロア２で制御可能のガス供給系に接続する０反応管フラ
ンジ９に対応する側の第１ガス導入ロア１で反応管２を
別のガス供給系に接続する。

収納部１２に半導体ウェーハｌを載せる。半導体ウェー
ハｌは例えば■−Ｖ族化合物、特にＧａＡＳからなる０
反応管フランジ９の封止部にパツキンリング１１を載せ
る０反応管２に補助管８を、補助管フランジ１０の封止
部が反応管フランジ９の封止部に対応するように差し込
む０反応管２と補助管８との結合はパツキンリング１１
を押し付けることにより密閉される。補助管８は反応管
２と逆の側の開口１５を介してガス排出系に接続する。

第２ガス導入ロア２を介して不活性ガスを反応管２に導
入する。これにより保護ガス雰囲気が得られる。保護ガ
スとしては例えばＮ１を使用することができる。化合物
半導体の場合、保護ガスは易揮発性成分の化合物、特に
易揮発性成分の水素化合物を含むことが有利である。ｍ
−ｖ族生導体例えばＧａＡｓの場合、ガス状のＶ族化合
物、特にＶ族水素化物例えばＡｓＨ，を使用する。

ベース加熱袋Ｍ３を介して反応管２内のベース温度を調
整する。ベース温度は、半導体ウェーハ１の回復工程が
まだ始まらないように選択する。

更にベース温度は、壁に付着物質による膜が生じないよ
うに選択する。化合物半導体の場合ベース温度は、保護
ガスが分解しないように選択する。

例えばＡｓＨ，で操作する場合、水素化物を分解するに
は約３００℃（又はそれ以上）のベース温度で十分であ
る０分解によって易揮発性成分例えばＡｓｔ及びＡｓ、
の過圧が生じる。易揮発性成分の過圧は保護ガスの制御
可能な圧力及び場合によっては混合比を介して、回復工
程中易揮発性成分の蒸発が阻止されるように調整する。

第１ガス導入ロア１を介して別の不活性ガス、例えばＮ
。

を導入する。この別の不活性ガスは、保護ガスの生じる
分解生成物を補助管８に導（流れが生じるような圧力下
に導入する。補助管８内に分解生成物が沈殿する。

半導体ウェーハ１を回復温度にする選択加熱装置４を接
続する０選択加熱装置４としては例えば強力な白色ラン
プ、特にハロゲンランプを使用する。半導体ウェーハｌ
は極めて急速に例えば１０’℃／秒で例えば９００℃の
回復温度に加熱される。

半導体ウェーハｌを約５〜２０秒間回復温度に曝す０次
いで選択加熱袋Ｗ４を遮断する。半導体ウェーハ１が再
びベース温度に達した際に、ベース加熱装置３を遮断す
る。この装置が再び室温に達した後、保護ガス及び別の
不活性ガスを遮断する。

特に保護ガスが毒性成分例えばＡｓＨ，を含む場合には
、反応管２及び補助管８を無毒性不活性ガス例えばＮ８
で満たす。

補助管８を取り外し、分解生成物を洗浄除去する。半導
体ウェーハｌを反応管２から取り出す。

この方法では、収納部１２に複数個の半導体ウェーハ１
を同時に装備させた場合、複数個の半導体ウェーハ１を
同時に回復することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は反応管及び補助管を備えた回復方法を実施する
ための装置を示す略示図、第２図はベース温度を抵抗加
熱装置により生ぜしめる装置の略示図、第３図はベース
温度用加熱装置としてランプにより照射され、加熱され
る黒鉛ブロックを使用する装置の略示図、第４図はベー
ス温度が抵抗加熱装置によって調整され、空調装置内の
ガス流を用いて室内壁への均一な温度分配を行う装置の
略示図である。 ■・・・半導体ウェーハ ２・・・反応管 ３・・・ベース加熱装置　　　゛ ４・・・選択加熱装置 ５・・・外壁 ６・・・内壁 ７・・・ガス導入口 ８・・・補助管 ９・・・反応管フランジ ＩＯ・・・補助管フランジ １１・・・パツキンリング １３・・・レフレクタ １４・・・ランプ １５・・・開口 １６・・・空隙 ２１．３１，４１・・・半導体ウェーハ２２．３２．４
２・・・反応管 ２３．３３．４３・・・ベース加熱装置２４．３４．４
４・・・選択加熱装置 ７１．７２・・・ガス導入口 ３３１・・・ベース温度ランプ ３３２・・・黒鉛ブロック ４３１・・・抵抗加熱装置 ４３２・・・熱導入口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体ウェーハの回復処理装置において以下の特徴
   、すなわち ａ）半導体ウェーハ（１）を収納するための反応管（２
   ）を有し、 ｂ）反応管（２）が少なくとも１個のガス導入口（７）
   と少なくとも１個のガス排出口 （７）を備えており、 ｃ）この反応管（２）がベース加熱装置（３）でベース
   温度に加熱可能であり、 ｄ）これが半導体ウェーハ（１）を回復温度に加熱する
   ための選択加熱装置（４）を備 えている ことを特徴とする半導体ウェーハの回復処理装置。 ２）ａ）反応管（２）に接続可能の補助管（８）を備え
   ており、 ｂ）補助管（８）と反応管（２）との間の結合箇所に少
   なくとも１つのガス導入口（７ １）を備えており、 ｃ）この補助管（８）と反応管（２）との結合箇所が、
   反応管（２）中に生じる分解生 成物を補助管（８）内に導く不活性ガスの 逆流がガス導入口（７１）を介して生じ得 るように構成されている ことを特徴とする請求項１記載の装置。 ３）補助管（８）が反応管（２）に差し込み可能であり
   、補助管（８）及び反応管（２）は、これらが互いに対
   応する側で、それぞれフランジ（９、１０）を有し、ま
   た補助管（８）と反応管（２）とをセットする際に双方
   のフランジ（９、１０）間で押し付けられて結合部分を
   密閉するパッキンリング（１１）を有することを特徴と
   する請求項２記載の装置。 ４）反応管（２）が石英ガラスからなることを特徴とす
   る請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。 ５）反応管（２）の内壁（６）にベース加熱装置（３）
   として抵抗加熱装置が埋込まれていることを特徴とする
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。 ６）反応管（２）の外壁（５）にベース加熱装置（３）
   として抵抗加熱装置が埋込まれていることを特徴とする
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。 ７）ベース加熱装置（３）として反応管（２）内に埋込
   まれた黒体を有し、光を吸収しまた熱に変換するこの黒
   体を照射するためのランプを備えていることを特徴とす
   る請求項４記載の装置。 ８）反応管（２）が回復すべき半導体ウェーハ（１）の
   前方、周囲及び後方部分で二重壁構造に仕上げられてい
   ることを特徴とする請求項４記載の装置。 ９）ベース加熱装置（３）が、反応管（２）の二重壁間
   の空隙にある恒温化された液体からなることを特徴とす
   る請求項８記載の装置。 １０）ベース加熱装置（３）が二重壁間の空隙に装入さ
   れた電気抵抗加熱装置からなり、その表面は回復すべき
   半導体ウェーハ（１）の上方および下方で開放されてお
   り、また反応管（２）の内壁（６）が空調装置内のガス
   流により均一に基本温度に保持されることを特徴とする
   請求項８記載の装置。 １１）半導体ウェーハ（１）を回復するための選択加熱
   装置（４）としてランプ（１４）を備えていることを特
   徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装
   置。 １２）以下の工程、すなわち ａ）半導体ウェーハ（１）を反応管（２）内に装入し、 ｂ）この反応管（２）を制御可能のガス供給系に連結し
   、密閉し、不活性ガスを充填し、ｃ）反応管（２）の壁
   を、蒸発物質が壁に付着しない程度の高さ及び回復工程
   がまだ開 始しない程度の低さのベース温度に加熱し、ｄ）半導体
   ウェーハ（１）を選択加熱装置（４）で数秒間選択的に
   回復温度に加熱し、 ｅ）装置を室温に冷却して半導体ウェーハ（１）を仕上
   げる ことを特徴とする半導体ウェーハの回復方法。 １３）半導体ウェーハ（１）が化合物半導体（特にIII
   −Ｖ族化合物半導体）からなり、不活性ガスが化合物の
   易揮発性成分のガス状化合物（特に易揮発性成分の水素
   化合物）を含み、またベース温度が易揮発性成分のガス
   状化合物をその構成成分に分解しまた易揮発性成分の過
   圧を生ずる程度に設定されることを特徴とする請求項１
   ２記載の方法。 １４）以下の工程、すなわち ａ）反応管（２）中に半導体ウェーハ（１）を装入した
   後、反応管（２）を補助管（８）と気密に連結し、 ｂ）不活性ガスの分解生成物を他の不活性ガスの対流に
   より補助管（８）に導入し、そ こで分解生成物を沈殿させ、 ｃ）装置を室温に冷却した後、補助管（８）を取り外し
   て洗浄する ことを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。 １５）ベース温度を抵抗加熱装置により調節することを
   特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載
   の方法。 １６）ベース温度を黒体により調節することを特徴とす
   る請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の方法。 １７）ベース温度を恒温化された液体により調節するこ
   とを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１項に
   記載の方法。 １８）半導体ウェーハ（１）の回復温度を、ランプ（１
   ４）で半導体ウェーハ（１）を照射することにより調節
   することを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれか
   １項に記載の方法。