JPH03175625A - 半導体基板の熱処理方法及びその装置 - Google Patents
半導体基板の熱処理方法及びその装置Info
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- JPH03175625A JPH03175625A JP31584189A JP31584189A JPH03175625A JP H03175625 A JPH03175625 A JP H03175625A JP 31584189 A JP31584189 A JP 31584189A JP 31584189 A JP31584189 A JP 31584189A JP H03175625 A JPH03175625 A JP H03175625A
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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。
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〕
本発明は半導体基板の熱処理方法およびその装置に関す
るものである。
るものである。
半導体基板の熱処理方法の一つとして、従来、赤外線ラ
ンプからの赤外光照射による加熱を利用した短時間熱処
理法が知られている。この方法は半導体基板を所定のガ
ス雰囲気中に載置し、この半導体基板の片面または両面
に、前記赤外線ランプからの赤外光を照射し、半導体基
板の光吸収によって基板を加熱するもので、短時間熱処
理に適した、方法として、イオン注入不純物の活性化の
ための熱処理工程や、電極と半導体基板との界面での合
金層形成のための熱処理工程等で利用されている。短時
間熱処理法は、急速な昇温く約り０℃／秒〜１００℃／
秒）および極めて短い熱処理時開く１〜数１０秒）を特
徴とするプロセスであり、半導体基板の温度制御方式と
しては急速に変化する基板の温度を時々刻々測定し、そ
の値を前記赤外線ランプの光量制御手段にフィードバッ
クさせる方法が用いられている。従って、同方法の熱的
な再現性を十分なものとするためには、熱処理中の半導
体基板の温度を正確に、かつ応答性良く測定することが
必要不可欠である。このことから、例えば、■−Ｖ族化
合物半導体基板を短時間熱処理する場合の基板温度測定
方法としては、熱電体を基板の表面に直接接触させ、熱
処理中の基板温度を直接的に測定する方法が用いられて
いる。
ンプからの赤外光照射による加熱を利用した短時間熱処
理法が知られている。この方法は半導体基板を所定のガ
ス雰囲気中に載置し、この半導体基板の片面または両面
に、前記赤外線ランプからの赤外光を照射し、半導体基
板の光吸収によって基板を加熱するもので、短時間熱処
理に適した、方法として、イオン注入不純物の活性化の
ための熱処理工程や、電極と半導体基板との界面での合
金層形成のための熱処理工程等で利用されている。短時
間熱処理法は、急速な昇温く約り０℃／秒〜１００℃／
秒）および極めて短い熱処理時開く１〜数１０秒）を特
徴とするプロセスであり、半導体基板の温度制御方式と
しては急速に変化する基板の温度を時々刻々測定し、そ
の値を前記赤外線ランプの光量制御手段にフィードバッ
クさせる方法が用いられている。従って、同方法の熱的
な再現性を十分なものとするためには、熱処理中の半導
体基板の温度を正確に、かつ応答性良く測定することが
必要不可欠である。このことから、例えば、■−Ｖ族化
合物半導体基板を短時間熱処理する場合の基板温度測定
方法としては、熱電体を基板の表面に直接接触させ、熱
処理中の基板温度を直接的に測定する方法が用いられて
いる。
上記のように熱電対を基板の表面に直接接触させる方法
用いた場合、基板温度測定の正確さと応答の速さは、こ
の熱電対と基板との熱的接触状態に依存する。すなわち
、熱的接触状態は、主として、熱電対と基板との接触領
域での直接熟伝導および接触領域近傍での雰囲気ガスを
介した熱伝導で決まる。ところが、接触領域の面積は、
熱電対光端部の形状や表面粗さのわずかな違い、あるい
は半導体基板の表面状態によって異なってくる。
用いた場合、基板温度測定の正確さと応答の速さは、こ
の熱電対と基板との熱的接触状態に依存する。すなわち
、熱的接触状態は、主として、熱電対と基板との接触領
域での直接熟伝導および接触領域近傍での雰囲気ガスを
介した熱伝導で決まる。ところが、接触領域の面積は、
熱電対光端部の形状や表面粗さのわずかな違い、あるい
は半導体基板の表面状態によって異なってくる。
従って、熱的接触状筋を向上させ、かつ再現性を確保す
るためには、雰囲気ガスを介した熱伝導を大きくして、
実効的接触面積を確保する必要がある。
るためには、雰囲気ガスを介した熱伝導を大きくして、
実効的接触面積を確保する必要がある。
しかしながら、雰囲気ガスの種類や圧力は、プロセス上
の条件によって決定される。また、熱電対は雰囲気ガス
中で基板に接触しているため、雰囲気ガス圧が低い場合
あるいは雰囲気ガスが熱伝導率の低いガスである場合に
は、雰囲気ガスを介した熱伝導が小さくなるため、温度
測定の応答の速さが悪くなり、かつ再現性も悪くなると
いう問題点があった。
の条件によって決定される。また、熱電対は雰囲気ガス
中で基板に接触しているため、雰囲気ガス圧が低い場合
あるいは雰囲気ガスが熱伝導率の低いガスである場合に
は、雰囲気ガスを介した熱伝導が小さくなるため、温度
測定の応答の速さが悪くなり、かつ再現性も悪くなると
いう問題点があった。
本発明の目的は、以上述べたような従来の問題点を解説
するためになされたもので、半導体基板の温度を測定す
るための熱電対と半導体基板との熱的接触状態及びその
再現性を改善し、熱処理中の半導体基板の温度を精度よ
く測定し、その結果として再現性よく半導体基板の温度
を制御することのできる半導体基板の熱処理方法および
その装置を提供することにある。
するためになされたもので、半導体基板の温度を測定す
るための熱電対と半導体基板との熱的接触状態及びその
再現性を改善し、熱処理中の半導体基板の温度を精度よ
く測定し、その結果として再現性よく半導体基板の温度
を制御することのできる半導体基板の熱処理方法および
その装置を提供することにある。
１、本発明の半導体基板の熱処理方法は、半導体基板を
所定の雰囲気ガス中で赤外光照射によって加熱する半導
体基板の熱処理方法において、前記半導体基板の温度測
定用熱電対と、前記半導体基板との接触部近傍のガス圧
力を前記雰囲気ガスの圧力より高くして加熱する工程、
または、前記半導体基板の温度測定用熱電対と前記半導
体基板との接触部近傍のガスとして、前記雰囲気ガスよ
りも熱伝導率の高いガスを選択して加熱する工程とを含
んで構成されている。
所定の雰囲気ガス中で赤外光照射によって加熱する半導
体基板の熱処理方法において、前記半導体基板の温度測
定用熱電対と、前記半導体基板との接触部近傍のガス圧
力を前記雰囲気ガスの圧力より高くして加熱する工程、
または、前記半導体基板の温度測定用熱電対と前記半導
体基板との接触部近傍のガスとして、前記雰囲気ガスよ
りも熱伝導率の高いガスを選択して加熱する工程とを含
んで構成されている。
２、本発明の半導体基板の熱処理装置は、一方の開口端
が熱処理をおこなう半導体基板の一表面に近傍した位置
にあるとともに他方の開口端がガス供給手段に接続され
た石英管と、前記石英管内に収納され且つ前記半導体基
板に直接接触する位置に置かれた熱電対とを少くとも備
えて構成されている。
が熱処理をおこなう半導体基板の一表面に近傍した位置
にあるとともに他方の開口端がガス供給手段に接続され
た石英管と、前記石英管内に収納され且つ前記半導体基
板に直接接触する位置に置かれた熱電対とを少くとも備
えて構成されている。
次に、本発明について図面を用いて説明する。
第１図は本発明の半導体基板の熱処理方法およびその装
置の一実施例を説明するための半導体基板の熱処理装置
の主要部の断面図である。この半導体基板の熱処理装置
は、第１図に示すように、ハロゲンランプ光源２とその
光源によりの光を反射する反射板３とからなる赤外線照
射機構と、この赤外線照射機構が上下に配置された石英
容器１と、この石英容器１内に支持具５に支えられて熱
処理をおこなう半導体基板４の表面に接触するとともに
石英管７の一端の開口より導出される熱電対６とを有し
ており、また石英管７の他端の開口には、図には記載し
ていないが、ガス供給手段が接続されている。
置の一実施例を説明するための半導体基板の熱処理装置
の主要部の断面図である。この半導体基板の熱処理装置
は、第１図に示すように、ハロゲンランプ光源２とその
光源によりの光を反射する反射板３とからなる赤外線照
射機構と、この赤外線照射機構が上下に配置された石英
容器１と、この石英容器１内に支持具５に支えられて熱
処理をおこなう半導体基板４の表面に接触するとともに
石英管７の一端の開口より導出される熱電対６とを有し
ており、また石英管７の他端の開口には、図には記載し
ていないが、ガス供給手段が接続されている。
ここで、本発明の詳細な説明すると、例えば、石英容器
１の内部を真空排気手段（図示せず〉によって連続的に
排気しながら減圧雰囲気で半導体基板４を熱処理する場
合、石英管７の一方の開口端と半導体基板４の間隔を十
分小さくしておけば、石英管７の内部にガス供給手段を
用いて適当な流量でガスを導入しながら、石英容器１の
内部を連続的に排気することによっていわゆる差動排気
の状態となり、石英容器１の内部を所定の減圧雰囲気に
保つと同時に石英管７の内部のガス圧を石英容器ｌの内
部より高く保つことができる。従って、半導体基板４と
熱電対６との熱的接触は減圧雰囲気の下での熱処理にも
かかわらず低下しないため、良好な精度で半導体基板４
の温度が検出可能となり、その結果として再現性の良い
温度制御が可能となる。また、石英容器１の内部に雰囲
気ガス供給手段（図示せず〉によってガスを導入し、そ
のガス雰囲気で半導体基板４を熱処理する場合、石英容
器ｌの内部のガスより熱伝導率の高い種類のガスをガス
供給手段〈図示せず）から石英管７に導入することによ
って基板４と、熱電対６との熱的接触を高めることがで
きる。従って、雰囲気ガスとして熱伝導率の低いガスを
用いる場合でも良好な精度で半導体基板４の温度が検出
可能となり、その結果として再現性の良い温度制御が可
能となる。
１の内部を真空排気手段（図示せず〉によって連続的に
排気しながら減圧雰囲気で半導体基板４を熱処理する場
合、石英管７の一方の開口端と半導体基板４の間隔を十
分小さくしておけば、石英管７の内部にガス供給手段を
用いて適当な流量でガスを導入しながら、石英容器１の
内部を連続的に排気することによっていわゆる差動排気
の状態となり、石英容器１の内部を所定の減圧雰囲気に
保つと同時に石英管７の内部のガス圧を石英容器ｌの内
部より高く保つことができる。従って、半導体基板４と
熱電対６との熱的接触は減圧雰囲気の下での熱処理にも
かかわらず低下しないため、良好な精度で半導体基板４
の温度が検出可能となり、その結果として再現性の良い
温度制御が可能となる。また、石英容器１の内部に雰囲
気ガス供給手段（図示せず〉によってガスを導入し、そ
のガス雰囲気で半導体基板４を熱処理する場合、石英容
器ｌの内部のガスより熱伝導率の高い種類のガスをガス
供給手段〈図示せず）から石英管７に導入することによ
って基板４と、熱電対６との熱的接触を高めることがで
きる。従って、雰囲気ガスとして熱伝導率の低いガスを
用いる場合でも良好な精度で半導体基板４の温度が検出
可能となり、その結果として再現性の良い温度制御が可
能となる。
次に本発明を砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板のイオン注
入層の活性化のための窒素減圧雰囲気中での熱処理に適
用した第一の実施例について説明する。まず、第１図に
おける半導体基板４として、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ
基板を用いている。また、図には示していないが、この
Ｇ ａ Ａ ｓ基板の片面には１９Ｓｉ＋を３０ｋｅＶ
で５ Ｘ １０１２ｃｍ−’のドーズ量で任意のパター
ンに注入しており、さらに基板両面に保護膜として膜Ｐ
＄５０ ｎ ｍの窒化珪素（Ｓ ｉ Ｎｘ）膜をスパッ
タ法またはＣＶＤ法で形成している。次に、この基板４
を石英製の支持具５の上にａ置し、基板４の上面に石英
管７の一方の開口端を近接して設置する。ここで、この
石英管７の中には熱電対６が入れられ、自重または熱電
対６自体の弾性によって半導体基板４に接触している０
次に、石英管７の内部に、石英管７の他方の開口端から
、例えば減圧弁を介してガスボンベのようなガス供給手
段（図示せず）によって窒素（Ｎ２）ガスを導入し、石
英容器ｌの内部を石英容器１に直結した泊回転ポンプ等
の真空排気手段で連続的に排気する。ここで、石英管７
の一方の開口端と半導体基板４の間隔を十分小さくとり
、排気速度とＮ２ガスの供給流量を適切に選ぶことで、
石英容器１の内部のガス圧力を所望の値に保ちながら、
熱電対６と基板４の接触領域近ｆｎのガス圧を石英容器
１の内部より高く保つことができる。
入層の活性化のための窒素減圧雰囲気中での熱処理に適
用した第一の実施例について説明する。まず、第１図に
おける半導体基板４として、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ
基板を用いている。また、図には示していないが、この
Ｇ ａ Ａ ｓ基板の片面には１９Ｓｉ＋を３０ｋｅＶ
で５ Ｘ １０１２ｃｍ−’のドーズ量で任意のパター
ンに注入しており、さらに基板両面に保護膜として膜Ｐ
＄５０ ｎ ｍの窒化珪素（Ｓ ｉ Ｎｘ）膜をスパッ
タ法またはＣＶＤ法で形成している。次に、この基板４
を石英製の支持具５の上にａ置し、基板４の上面に石英
管７の一方の開口端を近接して設置する。ここで、この
石英管７の中には熱電対６が入れられ、自重または熱電
対６自体の弾性によって半導体基板４に接触している０
次に、石英管７の内部に、石英管７の他方の開口端から
、例えば減圧弁を介してガスボンベのようなガス供給手
段（図示せず）によって窒素（Ｎ２）ガスを導入し、石
英容器ｌの内部を石英容器１に直結した泊回転ポンプ等
の真空排気手段で連続的に排気する。ここで、石英管７
の一方の開口端と半導体基板４の間隔を十分小さくとり
、排気速度とＮ２ガスの供給流量を適切に選ぶことで、
石英容器１の内部のガス圧力を所望の値に保ちながら、
熱電対６と基板４の接触領域近ｆｎのガス圧を石英容器
１の内部より高く保つことができる。
次に、この状態で反射板３を備えたハロゲンランプ光源
２によって赤外光を照射し、基板４を約９００℃で数秒
間熱処理を行う。このことにより、イオン注入層の活性
化が行われる。このとき、熱電対６と半導体基板４の接
触領域近傍のガス圧は石英容器１の内部のガス圧より保
たれているため、減圧雰囲気での熱処理にもかかわらず
熱電対６と基板４の熱的接触は低下せず基板４の温度を
精度良く検出できる。従って、高精度の温度制御が再現
性良く行われるため、イオン注入層の良好な活性化が再
現性良く行われる。なお、本実施例では半導体基板とし
てＧａＡｓを用い、雰囲気ガスとしてＮ２を用いたが、
他の半導体及び他のガスでも同様の効果が得られる。
２によって赤外光を照射し、基板４を約９００℃で数秒
間熱処理を行う。このことにより、イオン注入層の活性
化が行われる。このとき、熱電対６と半導体基板４の接
触領域近傍のガス圧は石英容器１の内部のガス圧より保
たれているため、減圧雰囲気での熱処理にもかかわらず
熱電対６と基板４の熱的接触は低下せず基板４の温度を
精度良く検出できる。従って、高精度の温度制御が再現
性良く行われるため、イオン注入層の良好な活性化が再
現性良く行われる。なお、本実施例では半導体基板とし
てＧａＡｓを用い、雰囲気ガスとしてＮ２を用いたが、
他の半導体及び他のガスでも同様の効果が得られる。
次に本発明の第二の実施例として、本発明をＧａＡｓに
オーム性接触を形成するための熱処理に適用した場合に
ついて説明する。例えば、第１図における半導体基板４
としてＧａＡｓ基板を用いている０図には示していない
が、この半導体基板４の一表面にはあらかじめ任意のパ
ターンをもつ金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）−ニッ
ケル（Ｎｉ）からなる多層電極膜が形成されている。
オーム性接触を形成するための熱処理に適用した場合に
ついて説明する。例えば、第１図における半導体基板４
としてＧａＡｓ基板を用いている０図には示していない
が、この半導体基板４の一表面にはあらかじめ任意のパ
ターンをもつ金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）−ニッ
ケル（Ｎｉ）からなる多層電極膜が形成されている。
この半導体基板４を石英製の支持具５の上に載置し、基
板４の上面に石英管７の一方の開口端を近接して設置す
る。次に、この石英管７の中には熱電対６を入れ、自重
または熱電対６自体の押付によって半導体基板４に接触
させる。次に、石英容器１の内部に大気圧のアルゴン（
Ａｒ）ガスを流し、石英管７の内部にガス供給手段によ
り水素（Ｈ２〉ガスを導入する。ここで、石英管７の一
間目端と半導体基板４との間隔を十分小さくとり、かつ
Ａｒ流量がＨ２流量より十分大きくなるように適切に選
ぶことによって、基板４のＡｒ雰囲気にほとんど影響を
与えずに熱電対６と基板４との接触部をＨ２雰囲気に保
つことができる。この状態で反射板３を備えたハロゲン
ランプ光源２によって赤外光を照射し基板４を４００″
Ｃ〜５００℃の所定の温度で数秒〜数１０秒の熱処理を
行うことでオーミック接触を得る。
板４の上面に石英管７の一方の開口端を近接して設置す
る。次に、この石英管７の中には熱電対６を入れ、自重
または熱電対６自体の押付によって半導体基板４に接触
させる。次に、石英容器１の内部に大気圧のアルゴン（
Ａｒ）ガスを流し、石英管７の内部にガス供給手段によ
り水素（Ｈ２〉ガスを導入する。ここで、石英管７の一
間目端と半導体基板４との間隔を十分小さくとり、かつ
Ａｒ流量がＨ２流量より十分大きくなるように適切に選
ぶことによって、基板４のＡｒ雰囲気にほとんど影響を
与えずに熱電対６と基板４との接触部をＨ２雰囲気に保
つことができる。この状態で反射板３を備えたハロゲン
ランプ光源２によって赤外光を照射し基板４を４００″
Ｃ〜５００℃の所定の温度で数秒〜数１０秒の熱処理を
行うことでオーミック接触を得る。
このとき、Ｈ２の熱伝導率はＡｒの熱伝導率より約１０
倍大きいため、熱電対６と基板４との熱接触は大きく改
善され、基板４の温度を精度良く検出できる。従って、
高精度の温度制御が再現性良く行われるため、低抵抗の
オーム性接触が再現性良く形成できる。
倍大きいため、熱電対６と基板４との熱接触は大きく改
善され、基板４の温度を精度良く検出できる。従って、
高精度の温度制御が再現性良く行われるため、低抵抗の
オーム性接触が再現性良く形成できる。
こお、この実施例では、雰囲気ガスとしてＡｒを用いた
がそれに限るものではなく、熱伝導性の良いガスとして
Ｈ２を用いたがヘリウム（Ｈｅ）等の熱伝導率の比較的
良好な他のガスでも同様の効果が得られる。
がそれに限るものではなく、熱伝導性の良いガスとして
Ｈ２を用いたがヘリウム（Ｈｅ）等の熱伝導率の比較的
良好な他のガスでも同様の効果が得られる。
以上説明したように、本発明の半導体基板の熱処理方法
およびその装置によれば、前処理雰囲気が減圧雰囲気で
あっても、熱電対と基板との接触領域近傍のガス圧を高
く保つことができるために熱的接触が低下せず、基板温
度を精度良く検出できる。また、熱処理雰囲気ガスの熱
伝導率が比較的低い場合でも、熱電対と基板との接触領
域近傍のガスには熱伝導率の高いガスを用いることがで
きるために熱的接触が低下せず、基板温度を精度良く検
出できる。その結果として再現性の良い況度制御が出来
る効果が得られる。
およびその装置によれば、前処理雰囲気が減圧雰囲気で
あっても、熱電対と基板との接触領域近傍のガス圧を高
く保つことができるために熱的接触が低下せず、基板温
度を精度良く検出できる。また、熱処理雰囲気ガスの熱
伝導率が比較的低い場合でも、熱電対と基板との接触領
域近傍のガスには熱伝導率の高いガスを用いることがで
きるために熱的接触が低下せず、基板温度を精度良く検
出できる。その結果として再現性の良い況度制御が出来
る効果が得られる。
第１図は本発明の半導体基板の熱処理方法およびその装
置の一実施例を説明するための半導体基板の熱処理装置
の主要部の断面図である。 １・・・石英容器、２・・・ハロゲンランプ光源、３・
・・反射板、４・・・半導体基板、５・・・支持具、６
・・・熱電対、７・・・石英管。
置の一実施例を説明するための半導体基板の熱処理装置
の主要部の断面図である。 １・・・石英容器、２・・・ハロゲンランプ光源、３・
・・反射板、４・・・半導体基板、５・・・支持具、６
・・・熱電対、７・・・石英管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板を所定の雰囲気ガス中で赤外光照射によ
って加熱する半導体基板の熱処理方法において、前記半
導体基板の温度を熱電対で測定する工程と、前記半導体
基板と、前記熱電対との接触部近傍のガス圧力を前記所
定の雰囲気ガスの圧力より高くして加熱する工程とを含
むこと特徴とする半導体基板の熱処理方法。 ２、半導体基板を所定の雰囲気ガス中で赤外光照射によ
って加熱する半導体基板の熱処理方法において、前記半
導体基板の温度を熱電対で測定する工程と、前記半導体
基板と前記熱電対との接触近傍のガスを前記所定の雰囲
気ガスよりも熱伝導率の高いガスを選択し、加熱する工
程とを含んでいることを特徴とする半導体基板の熱処理
方法。 ３、一方の開口端が熱処理をおこなう半導体基板の一表
面に近傍した位置にあるとともに他方の開口端がガス供
給手段に接続された石英管と、前記石英管内に収納され
、かつ前記半導体基板に直接接触する位置に置かれた熱
電対とを少くとも備えていることを特徴とする半導体基
板の熱処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31584189A JPH03175625A (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | 半導体基板の熱処理方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31584189A JPH03175625A (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | 半導体基板の熱処理方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03175625A true JPH03175625A (ja) | 1991-07-30 |
Family
ID=18070225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31584189A Pending JPH03175625A (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | 半導体基板の熱処理方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03175625A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06259148A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Sakaguchi Dennetsu Kk | 流体加熱ヒーター |
-
1989
- 1989-12-04 JP JP31584189A patent/JPH03175625A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06259148A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Sakaguchi Dennetsu Kk | 流体加熱ヒーター |
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