JPH01216522A - 半導体基板の熱処理方法及びそれに用いる熱処理装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は半導体基板の熱処理方法及びそれに用いる熱
処理装置に関する。

（従来の技術） 半導体素子の例えば気相成長にはエピタキシャルＣＶＤ
　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　　［）ｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ　）装置が使用される。すなわち、例えばシリ
コン（Ｓｉ　）ウェハなどの半導体基板を反応ガスが導
入される反応管内に置き、ウェハ自身を約５００〜１３
００℃の範囲の温度に加熱して気相成長膜を得る。

通常、この加熱手段として、誘導加熱、ランプ加熱、抵
抗加熱などが従来一般に利用されている。

誘導加熱による気相成長装置は、周知のように反応管内
または外に配置した＾周波誘導コイルに数１０ＫＨ２程
度の高周波電流を流し、管内のグラファイト製サセプタ
を加熱し、その上に置いたつＩハを加熱する構造である
。ランプ加熱による装置は、ハロゲン・ランプなどを反
射鏡のついたランプボックスに並べて反応管の外に配置
し半導体基板、あるいは妊セプタを加熱する構造である
。また、抵抗加熱による装置は、金属ブロックに抵抗加
熱用ヒータを埋めたホット・プレートあるいは電熱炉に
より加熱する構造である。

（発明が解決しようとする課題） 上述のような従来の加熱方式による処理方法および熱処
理装置には、なお次のような改良すべき点がある。

（ａ）　　ウェハを加熱する前に熱容量の大きいサセプ
タを加熱する必要があるため、大容量の加熱源を必要と
し、またこのサセプタの予熱および冷却に長時間を要す
る点。

（１））　　発熱するサセプタの面にウェハを接するよ
う配置すると、サセプタ面に接しているウェハ而と、接
しない反対側の面とで温度差が生じ、ウェハがおわん状
に反ったり、スリップの発生がある点。

（Ｃ）　　高周波誘導加熱では、誘導コイルの冷却に大
量の冷却水を要し、また装置全体の電力利用効率が低い
点。

−などの欠点がある。

この発明は、半導体基板の反り、変形を抑制しつつ効率
良く加熱処理して例えば気相成長層を得る半導体基板の
熱処理方法、及びそれに使用する加熱処理装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、半導体基板をマイクロ波電磁界中に置いて
直接誘電加熱するとともに、この半導体基板の近傍にマ
イクロ波を吸収して発熱する発熱体を置きそれから発生
する熱により半導体基板を加熱し所要の表面処理をする
半導体基板の熱処理方法である。

またこの発明は、マイクロ波発生源から導かれるマイク
ロ波が導入されるマイクロ波オープンと、このマイクロ
波オープン内のマイクロ波電磁界が及ぶ所定位置に配設
された被処理半導体基板保持用のサセプタと、この被処
理半導体基板が冒かれる位置の近傍に配設されたマイク
ロ波吸収発熱体とを具備してなる半導体基板の熱処理＠
＠である。

なお、使用するマイクロ波は、３００８８２から３００
ＧＨｚの範囲の周波数である。

（作用） この発明によれば、Ｓ：ウェハのような半導体基板自身
がマイクロ波を一部吸収して内部発熱するとともに、そ
の近傍のマイクロ波吸収発熱体から輻射、伝導される熱
により所定の処理温度に保持されるので、半導体基板の
反り、スリップ現象の発生が抑制され、また熱処理Ｈ置
への供給エネルギーの利用効率が向上する。

（実施例） 以下図面を参照してその実施例を説明する。

なお同一部分は同一符号であられす。

まず、第１図および第２図により装置の構成を説明する
。マイクロ波オープン１１は、内部に導入されるマイク
ロ波が外部に漏洩しないように金属板で箱型に形成され
、一部にドア１２が設けられている。オープンの天井の
一部には、導波管１３を介してマグネトロン、クライス
トロン、ジャイロトロンのようなマイクロ波発生源１４
が接続されている。なお、導波管の途中には、反応ガス
が発生源の方に流入するのを阻止する誘電体製の仕切り
板１３ａが設けられている。またこの天井の一部には、
反応ガス供給管１５が接続されている。オープン１１お
よびドア１２の内壁には、保温用の断熱体１６が装着さ
れている。オープンの底壁の一部には、ガス排気管１７
、および中央部に外部モータ１８の回転軸が貫通して設
けられている。オープン内において、回転軸に回転台１
９が固定され、これに石英製のサセプタ２０が載置され
る。サセプタ２０には、炭化硅素（Ｓｉ　Ｃ）のような
マイクロ波吸収して発熱する概して円板状の発熱体２１
が、複数枚、所定間隔で着脱可能に保持されている。こ
れら複数枚の発熱体２１の間に被熱処理半導体基板すな
わちＳｉウェハ２２が、複数枚、等間隔で載＠されるよ
うに構成されている。なお、発熱体２１は被処理ウェハ
２２とほぼ同様の形状にしている。

気相成長のような熱処理にあたっては、第１図に示すよ
うに配置し、オープン内を所定のガス雰囲気に保ち、マ
イクロ波発生源を動作させてオープン内にマイクロ波を
導入する。ウェハ２２は、マイクロ波電磁界中に置かれ
ているので、直接マイクロ波の一部を吸収して温度上昇
する一同時に、マイクロ波吸収発熱体２１が発熱し高温
になるので、その輻射熱、オープン内雰囲気ガス等によ
る伝導熱によりウェハの温度が上昇する。

本発明者らが、２４５０±５０）ＩＨ２の周波数のマイ
クロ波を使用して種々確認した結果によれば、３ｉウエ
ハは、それ自身のマイクロ波吸収によりおよそ４５０℃
〜５００℃程度まで温度上昇した。しかもマイクロ波に
よる内部発熱であるため、全体がほぼ均等に温度上昇し
、反り、変形が生じない。そして、このウェハの近傍に
配置された発熱体からの熱により、容易に１０００℃〜
１４００℃まで加熱することができた。なお、オープン
の内壁に沿って設けた断熱体でウェハ、発熱体が包囲さ
れていると、温度の均等化、保温作用が得られ、また電
力の利用効率が向上し、−層好ましい結果が得られた。

こうして、所要の気相成長層等を得ることができ、これ
による半導体素子の特性も十分満足できるものであった
。

マイクロ波吸収発熱体は、ＳｉＣのほか、例えば窒化硅
素（ＳｉＮ）、炭素（Ｃ）、あるいはフェライト系材料
、その他の耐熱性のマイクロ波吸収材料を使用し得る。

勿論、反応ガスとの関係で不都合を生じない材料を選択
する必要があることは当然である。

またサセプタは、石英のほか、アルミナセラミックス、
その他の耐熱性誘電材料を使用し得る。

なおまた、このサセプタをマイクロ波吸収材料で構成す
ることもできる。すなわち、このサセプタ自身をＳｉ　
Ｃ１炭素、あるいは耐熱性誘電材料の表面にこのような
マイクロ波吸収発熱材料を被覆して構成してもよい。ま
た、上記実施例のように、サセプタを回転させることに
より、ウェハをより一層均−に加熱することができ、表
面層を均質に成長させることができる。

第３図に示す実施例のマイクロ波吸収発熱体２１は、被
処理半導体基板と同様の半導体Ｓｉウェハ２１ａを使用
し、その両面に、ＳｉＣかうなるマイクロ波吸収被膜２
１ｂを付着したものである。これを第１図に示したよう
にサセプタにほぼ等間隔で置き、それらの間に被処理半
導体ウェハを置いてマイクロ波エネルギーを供給し、所
定の加熱処理をする。Ｓｉ　Ｃ被膜２１ｂは、２４５０
８Ｈ２帯のマイクロ波の場合でも約０．５〜１１１１ｍ
程度の厚さで十分である。

第４図に示す実施例は、マイクロ波オープン１１の内側
に、マイクロ波透過性の断熱材からなる断熱底壁１６ａ
と、その上に箱状のマイクロ波透過性断熱体１６を１ｆ
ｌＲ自在に被せたものである。この上蓋となる断熱体１
６の内面壁に、マイクロ波吸収発熱体２３を張付けであ
る。この発熱体２３は、Ｓｉ　Ｃ板、あるいは断熱体の
内面にＳＩＣ粉末を適当なバインダーとともに塗布し、
焼結して被覆したものなどを使用し得る。オープンの底
壁の一部から、マイクロ波を導入するように、また反応
ガスを供給、排出するように構成している。そして被処
理ウェハ２２を、箱状断熱体１６の内部のサセプタ２０
に保持して加熱処理する。なお、オープンの天井部およ
び底部には、電磁波攪拌用のスタラファン２４が設けら
れ、均一加熱性を高めるようにしている。

この装置を使用して半導体ウェハを加熱処理すれば、オ
ープン内のマイクロ波の一部は発熱体２３に吸収されて
箱状断熱体内を高温に加熱し、また一部は主として断熱
底壁１６ａ側からウェハ２２に直接到達してこれを加熱
する。こうして、ウェハは、マイクロ波により直接およ
び間接加熱され、所要の表面処理がされる。

第５図に示す実施例は、マイクロ波オープン１１内に、
石英製の有蓋円筒状の反応管２５が配置され、その内部
にサセプタ２０に保持された被処理ウェハ２２が入れら
れている。そこで、反応管２５の内周壁に、円筒状のマ
イクロ波吸収発熱体２３が張付けられている。また反応
管２５の外周壁は、マイクロ波透過性の断熱体１６によ
り覆われている。なお、反応管の両側からマイクロ波が
直接内部に到達できるようになっている。

このような装置により、前述の実施例と同様に、被処理
半導体ウェハは、マイクロ波により直接加熱され、・ま
た吸収発熱体の発熱による間接加熱を受け、所要の加熱
処理がなされる。

第６図に示す実施例は、第５図に示した装置と基本的に
同様の構成であるが、マイクロ波吸収発熱体２３を反応
管２５の外周に配置し、さらにその外周に断熱体１６を
被せた構成のものである。

この装置を使用すれば、発熱体で発生した熱は反応管壁
を通して内部に輻射、伝導されるので若干熱効率が低下
するが、発熱体の配置による反応管内部の清浄度の低下
等をまったく考慮する必要がない点で、ふされしい加熱
処理用途に適する。

なお、以上述べた実施例は、被処理半導体ウェハをマイ
クロ波吸収発熱体で完全には包囲しない構成として、マ
イクロ波の一部が発熱体がない領域からウェハに直接到
達できるように構成したものについて述べたが、それに
限定する必要はない。

すなわち、本発明者らの確認によれば、マイクロ波吸収
発熱体をマイクロ波波長に比べて数１０分の１以下とい
うように十分薄く構成すれば、マイクロ波エネルギーは
この吸収発熱体に一部が吸収されるとともに一部は内部
に透過し、ウェハにも直接吸収される。したがって、比
較的薄いマイクロ波吸収発熱体で被処理ウェハを完全に
包囲する装置構成とし、加熱処理してもよい。

なおまた、マイクロ波オープンは、コンベア式の連続処
理可能な構成としてもよく、また他の熱源とマイクロ波
加熱とを組合わせた構成としてもよい。

、［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、次のような効果
が得られる。

すなわちこの発明の半導体基板の加熱処理方法によれば
、半導体基板自身がマイクロ波を一部吸収して内部発熱
するとともに、その近傍のマイクロ波吸収発熱体から輻
射、伝導される熱により所定の処理温度に保持されるの
で、半導体基板の反りやスリップ現象の発生が抑制され
る。

またこの発明の加熱処理装置によれば、供給マイクロ波
エネルギーが、半導体基板および吸収発熱体に直接吸収
されるので、この熱処理装置への供給エネルギーの利用
効率が高い。また、マイクロ波吸収発熱体として比較的
熱容量の小さいものを使用することが可能であり、した
がって被処理半導体基板の載置領域の温度上昇、下降を
比較的短時間で行なうことができる。それにより、処理
能率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のＶｉ置を示す要部概略縦
断面図、第２図はその一部を拡大して示す斜視図、第３
図は発熱体の他の実施例を示す斜視図、第４図唯乃至第
６図は各々この発明の他の実施例を示す概略縦断面図で
ある。 １１・・・マイクロ波オープン、 １４・・・マイクロ波発生源、 ２０・・・サセプタ、 ２１．２３・・・マイクロ波吸収発熱体、２２・・・被
処理半導体基板、 １６．１６ａ・・・断熱体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板をマイクロ波電磁界中に置いて直接誘
   電加熱するとともに、該半導体基板の近傍にマイクロ波
   を吸収して発熱するマイクロ波吸収発熱体を置きそれか
   ら発生する熱により前記半導体基板を加熱し所要の表面
   処理をすることを特徴とする半導体基板の熱処理方法。
2. （２）マイクロ波発生源から導かれるマイクロ波が導入
   されるマイクロ波オープンと、このマイクロ波オープン
   内のマイクロ波電磁界が及ぶ所定位置に配設された被処
   理半導体基板保持用のサセプタと、前記被処理半導体基
   板が置かれる位置の近傍に配設されたマイクロ波吸収発
   熱体とを具備してなる半導体基板の熱処理装置。