JPH0360173A - ランプ加熱装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ツェナダイオードの製造方法に間するもので
あり、特に半導体ウェハに形成されたツェナダイオード
のツェナ電圧を簡便に調節する方法を含んだ製造方法及
びそのツェナ電圧の調節に好適に使用されるランプ加熱
装置に間する。

［従来技術］ 例えば、ディスクリートのツェナダイオードは、第７図
に示すように、Ｎ形の半導体基板１の上面に酸化膜２を
介して不純物をドーピンイグしたポリシリコン（Ｐ形）
３をエピタキシャル成長させてｐ−ｎ接合部６を形成し
、このポリシリコン３及び半導体基板１の裏面にそれぞ
れ電極４．５を形成した構造となっている。このような
ツェナダイオードの上記ｐ−ｎ接合部６に生じるツェナ
電圧は、半導体基板１内に押し込まれたポリシリコン３
内の不純物の濃度に反比例して高くな゛す、また、この
不純物の押込みは半導体ウェハの加熱ン。

度とその保持時間によって左右されることがわかってい
る。

上記半導体ウェハを加熱して保持するためには、例えば
、第８図に示すような拡散炉が使用されている。該拡散
炉は、周囲にヒータ１０が取り付けられた炉体１１内に
炉芯管１２を横向きにして収容し、例えば、複数枚の半
導体ウェハＷを搭載した複数台のカートリッジボート１
３を熱処理用ボー）１４に載置し、炉芯管１２の一端か
ら遮蔽板１５を有するボート操作棒１６て上記熱処理用
ボート１４を炉芯管１２内に出し入れ自在として、各半
導体ウェハ〜Ｖを高温状態で保持させるものである。

上記拡散炉を用いたツェナダイオードのツェナ電圧の調
節は、第６図のフローチャートで示すように行われる。

即ち、ツェナダイオード素子が形成された複数枚の半導
体ウェハＷを上記カートリッジボー）１３に収容して熱
処理用ボート１４に載置し、ヒータ１０によって、例え
ば、約１０００℃の高温に保持された炉芯管１２内にボ
ート操作棒１６により上記熱処理用ボー）１４を挿入し
て一定時間保持して取り出し、ｐ−ｎ接合部６のツェナ
電圧が所定値に近い値を示すようにポリシリコン３内の
不純物を半導体基板ｌ内に押込む（ステップ１００）、
　　そして、素子のｐ−ｒｉ接合部６のツェナ電圧を、
例えば、図示していないブローμによって測定しくステ
ップ１ＯＮ）、所定のツェナ電圧となるように上記高温
の拡散炉内での再保持時間を決定し、この保持時間だけ
拡散炉内に戻して押込みを行う（ステップ１０２）。そ
の後、上記ブローμにて再度素子のツェナ電圧を測定し
くステップ１０３）、所定値が得られた半導体ウェハＷ
についてはツェナ電圧の調節を終了する。所定値より低
けらば、半導体ウェハ＼Ｖは抜取られ（ステップ１０４
）、再び拡散炉内での保持時間を決定し、上記拡散炉内
に戻して押込みを行い（ステップ１０５）、素子のツェ
ナ電圧を再測定する（ステップ１０６）、　　このとき
、所定値が得られた半導体ウェハ〜Ｖについては調節を
終了し、まだ所定値より低い半導体ウェハ＼Ｖは再度ス
テップ１０５に戻って上記処理が繰り返され、全ての半
導体ウェハＷのツェナダイオード素子が所定のツェナ電
圧となるように調節される。

［発明が解決しようとする課Ｂ］ しかしながら、半導体ウェハに形成されたツェナダイオ
ード素子のツェナ電圧を上記拡散炉を用いて調節する場
合、特に、上記フローチャートのステップ１０５，１０
６では、少しづつ押込みを行ってツェナ電圧を少しづつ
高くして所定値を越えないように制御されるため、押込
みと測定とが必然的に多数回繰り返されて工数増に繋が
るといった問題があった。

また、不純物の押込みは、半導体ウェハＷが受ける総熱
被爆量、即ち、炉芯管１２内の温度とこの温度下での保
持時間との積で決定されるために、低温の拡散炉内に半
導体ウェハＷをある程度の時間保持させて少しだけ押込
む方法と、高温の拡散炉内に半導体ウェハＷを短時間だ
け保持させて少しだけ押込む方法がある。しかし、−船
釣には、高温の拡散炉内に半導体ウェハ＼Ｖを短時間保
持させる方法を採用して作業工数の低減が図られている
が、この方法では、次のような問題があった。

即ち、押込みに用いられる上記拡散炉には、炉芯管１２
内に半導体ウェハ＼Ｖを出し入れするときに、炉芯管１
２内の温度が一時低下し、元の高温に一定するまでに時
間的ロスを生じるといった特性がある。そのため、ツェ
ナ電圧を少しづつ高めるために、高温の拡散炉内に保持
する半導体ウェハＷの保持時間が短くなると、この半導
体ウェハ〜Ｖの出し入れによって炉芯管１２内が所定塩
度より低くなり易く、短時間で取り出せば半導体ウェハ
＼Ｖが受ける総熱被爆量が設定量より減少して押込み量
が少なく、所望のツェナ電圧より低くなる。そのため、
上記したフローチャートのステップ１０５．１０６が余
分に繰り返され、さらに余分に工数が増加するといった
問題があった。

また、炉心管１２内の半導体ウェハの被爆熱量を調べろ
と、半導体ウェハＷを出し入れするフロント側の半導体
ウェハＷは後から炉芯管１２内に入り、先に炉芯管１２
から出るので低く、奥端のリア側に向かうにつれてだん
だんと高くなっている。そのため、炉芯管１２内での各
半導体ウェハ＼Ｖの保持位置によってそれぞれの半導体
ウェハ〜Ｖに形成されているツェナダイオード素子のツ
ェナ電圧（Ｖｚ）が、半導体ウェハ＼Ｖ同士では、第９
図のグラフで示すように一定でなくばらつく傾向があっ
た。ざらに、炉芯管１２はヒータ１０によって周囲から
加熱されるため、１枚の半導体ウェハＷの表面温度を測
定すると、ｌ！Ｉａ部の方が中心部より高温になってい
た。従って、　１枚の半導体ウェハＷ内に形成された各
素子のツェナ電圧Ｖｚの分布が、第１０図に示すように
、温度の低くなる中心部で低く、温度の高い周辺部で高
くなってばらついていた。

従って、上記した各半導体ウェハＷの炉芯管１２内の温
度分布と、１枚の半導体ウェハＷ表面での温度分布の組
み合せにより、実際にはそれぞれの半導体ウェハ＼Ｖ毎
に拡散炉内の最適温度と最適保持時間を決定しなければ
ならなかった。しかし、各半導体ウェハＷ′ｉｉＪに拡
散炉内の温度を上下させて総熱被爆量を調節する場合、
上記拡散炉では、ヒータ１０を制御して炉芯管１２内の
塩度を上下させても即座に温度が追従しないため、最適
な保持時間との相関が得られ難く、どうしても、拡散炉
内の温度を高温で一定に保った状態での半導体ウェハＷ
の保持時間を補正せざるを得ないといつた問題があった
。

【ｙ、題を解決するための手段］ 上記！！題を解決するために、本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体ウェハに形成された素子のｐ−ｎ接合
部でのツェナ電圧を測定し、このツェナ電圧が予め設定
される所定値となるようにランプ加熱装置によって上記
半導体ウェハにランプ加熱を施すことを特徴とする。

また、本発明の半導体装置の製造方法に好適に利用され
るランプ加熱装置は、半導体ウェハの収容部と該半導体
ウェハ表面を加熱するランプを設けたランプ加熱装置で
あって、上記半導体ウェハ表面中央部分の温度が表面ｆ
ｉ１１部分の温度に比べて高くなるように温度調節する
温度ｙＡｉｔｔ＋手段を有することを特徴とする。

［作用］ 本発明の半導体装置の製造方法によると、半導体ウェハ
に形成された素子のｐ−ｎ接合部でのツェナ電圧をまず
測定し、このツェナ電圧が所望の予め設定されるツェナ
電圧となるようにランプ加熱装置によって上記ｐ形拡散
層内の不純物がｎ形の半導体基板に押し込まれる。この
とき、ランプ加熱装置によるランプ加熱では、短時間で
所望温度ζこまて昇温してその温度を短時間保持してか
ら降温可能となるため、半導体ウェハを高温度雰囲気に
所定時間保持して押込みを行うことでｐ−ｎ接合部のツ
ェナ電圧が所定値となるように調節して半導体装置が製
造できる。

また、本発明のランプ加熱装置では、収容部に収容され
てランプによって加熱される半導体ウェハ表面の温度が
周縁部分に比べて中心部分の方が高くなるように温度調
節手段によって調節して加熱できるようになり、拡散炉
による加熱によって半導体ウェハ周縁が高温となって生
じるツェナ電圧のばらつきを、逆に中央部分を高虐とす
ることで半導体ウェハに形成されろ各素子のツェナ電圧
のばらつきを抑えることができろ。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

本発明は、特に、第７図に示した既述の半導体ウェハ＼
Ｖに形成されたディスクリートのツェナダイオード素子
のｐ−ｎ接合部６に生じるツェナ電圧を予め設定される
所定値となるように調節する方法を含む製造方法であり
、第１図はツェナ電圧の調節を順を追って説明するフロ
ーチャートであり、第２図は本発明のランプ加熱装置の
一実施例に係る概略断面図である０本発明によってツェ
ナ電圧が調節されるツェナダイオード素子は既述の通り
であるので、ここでは説明は省略し、第１図に示したフ
ローチャートに従って半導体ウェハ＼〜ｒに形成された
ツェナダイオード素子のツェナ電圧の調節方法を説明す
る。

まず、半導体ウェハＷに形成されたツェナダイオード素
子のｐ−ｎ接合部６におけるツェナ電圧が、予め設定さ
れる所定値に比較的近づくように、高温の拡散炉内に一
定時間保持する（ステップ１０）。上記拡散炉は、第８
図に既述したものが用いられており、複数枚の半導体ウ
ェハ＼Ｖを上記カートリッジボート１３に収容して熱処
理用ボートｌ４に載置した状態で、例えば、ヒータｌＯ
によって約１０００℃の高温加熱された炉芯管１２内に
挿入して一定時間保持した後に取り出し、それぞれの半
導体ウェハＷ毎にｐ−ｎ接合部６のツェナ電圧を測定す
る（ステップ１１）。

このときのツェナ電圧の測定は、例えば、図示していな
いブローバによって自動的に測定され、各半導体ウェハ
Ｗ毎に所定箇所のツェナ電圧の測定値と予め設定される
ツェナ電圧との誤差が算出される。そして、この誤差を
なくするようにポリシリコン２内の不純物を半導体基板
１内に押し込んでツェナ電圧を高めるための、加熱温度
とその温度での保持時間等の条件や両者の積で求められ
る給熱被爆量が割り出されれる。このときの加熱温度、
時間等の設定値は、後述するランプ加熱装置によって予
備実験を行なって得たものが充てられる。

加熱温度と保持時間等の条件によって半導体ウェハＷの
給熱被爆量が設定されると、この条件に基づいて、例え
ば、第２図に示すランプ加熱装置２０を用いて半導体ウ
ェハＷを加熱する（ステップ１２）。

このとき使用されるランプ加熱Ｖ装置２０は、例えば、
基台２１上にメタルチャンバ２２を介して裏面に反射板
２３を有する蓋体２４を熱拡散用の石英板２９と共に着
脱自在に取り付け、基台２１上に半導体ウェハＷの支持
台２８を設けて半導体ウェハＷの収容部２５が形成され
ている。該収容部２５に収容される半導体ウェハＷの表
面中央部分の上方には、例えば、キセノンアークランプ
２６が上下動自在に取り付けろでいる。該キセノンアー
クランプ２６は、半導体ウェハＷのシリコンに対する吸
収特性の良好な１．　２μｍ以下の波長の光を照射する
もので、反射板２３によって反射された光を半導体ウェ
ハＷが吸収して自己発熱状態となって加熱させるもので
ある。さらに、半導体ウェハＷの裏面側の基台２１には
上記半導体ウェハＷの温度を検出するための少なくとも
１台のパイロメータ２７が設けられている。

このランプ加熱装置２０には、半導体ウェハＷ表面での
温度を調節するための温度調節手段として、例えば、ラ
ンプ２６を取り付けた上下動自在の支持具２８ａが設け
られている。そして、この支持具２６ａを上下させてラ
ンプ２６の高さ位置をかえ、反射板２３による光の反射
状態を変動させ、収容部２５の支持台２８上に載置され
た半導体ウェハＷ表面中心部分が周縁部分より高くなる
温度分布が得られるようになっている。しかも、所定温
度の設定、所定温度までの昇温時間、所定温度での保持
時間、所定温度からの降温時間が精度良く設定でき、し
かも、同一条件での再現性が高いものとなっている０例
えば、第３図に示すように、１０秒程度の短時間で１１
００℃の高温に昇温し、この温度を約１０程度度の短時
間保持した後に短時間で降温するといった時間−温度線
図が得られる。得られる時間−温度線図は再現性をもち
、精度も良いため、半導体ウェハＷ表面の温度分布や加
熱時間と経過時間の積によって得られる総光被爆量、即
ち、第３図の斜線で示した部分の面積が容易に変更でき
ろようになる。従って、半導体ウェハＷに形成されたツ
ェナダイオード素子のｐ−ｎ接合部６でのツェナ電圧の
分布状態を変動させることができるようになる。このと
きのツェナ電圧の分布状態を、ランプ２６の取り付は位
置、加熱温度や時間等の各条件を変更して予備実験を行
って予め求めることで、上記ブローバによって測定され
たツェナ電圧を所定のツェナ電圧にするためのランプ加
熱ｇ装置２０による処理条件が設定される・ ランプ加熱装置２０の処理条件としては、具体的には次
のようにして設定される。即ち、第１図フローチャート
のステップ１０の拡散炉による初期押込みでは、それぞ
れの半導体ウェハＷの炉芯管１２内での位置と各半導体
ウェハＷ表面での温度分布が異なり、測定されるツェナ
電圧（Ｖｚ）が、既述の第９１！Ｉ及び第１Ｏ図に示す
ようになる。

そこで、特に、第１０図に示す１枚の半導体ウェハＷの
下に凸状となるツェナ電圧の分布が、半導体ウェハＷ全
面で一定した所定のツェナ電圧（■ｚｌ）となるように
、半導体ウェハＷ表面での濯度分布を中心部分に比べて
周縁部分が低くなるようなランプ２６の取り付は位置、
加熱温度、時間等の条件を実験によって得る。

このようにして得られた設定条件によって半導体ウェハ
Ｗをランプ加熱装置２０でランプ加熱すると、第４図に
一点鎖線で示すステップ１０の初期押込みＬこよって得
られたツェナ電圧の分布が、半導体ウェハＷの周辺部よ
り中央部でのツェナ電圧が矢印で示すように高められ、
半導体ウェハＷ表面全体で所定の一定したツェナ電圧（
ＶＺＩ）が得られるようになる。

ランプ加熱が終了すると、再び図示していないブローバ
によって半導体ウェハ＼Ｖの素子のツェナ電圧を測定す
る（ステップ１３）。このとき、ステップ１１によって
測定されたツェナ電圧が所定のツェナ電圧（Ｖｚｌ　）
となるように上記ランプ加熱装置２０の加熱条件等が設
定されてランプ加熱処理が施されるため、所定のツェナ
電圧（Ｖｚｌ）が得られ、ツェナ電圧の調節は終了し、
半導体ウェハＷは次の工程に移送される。しかし、何等
かの原因で所定のツェナ電圧より低ければ、その誤差に
対するランプ加熱装置２０による条件設定がなされ再度
ステップ１２に戻ってランプ加熱処理が繰り返される。

この場合、ランプ加熱装置によるランプ加熱は、拡散炉
内での初期押込みによって測定されたツェナ電圧を直接
所定のツェナ電圧にするための条件で行われるため、ス
テップ１２．１３は殆ど繰り返されない。従って、従来
のように何度も押込みとツェナ電圧の測定を繰り返す方
法と比べて遥かに能率が向上し、簡単でしかも半導体ウ
ェハＷ全面にわたって精度良く素子のツェナ電圧が調節
されるため、生産性が高まり、工数も減少する。

さらに、第５図に示すようなランプ加熱装置３０を用い
ることもできる。該ランプ加熱装置３０は、例えば、冷
却水流路３１を内蔵して内面を反射板３２とした外枠３
３に、半導体ウェハ＼Ｖを収容する石英製炉芯管３４が
取付られたもので、上記外枠３３と炉芯管３４間の上下
の空間にそれぞれ複数本のタングステンハロゲンランプ
３５がそれぞれ一定量１１１をもって平行に取り１寸け
られている。該タングステンハロゲンランプ３５は、３
゜０μｍ以下の波長の光をｐｑ射できるもので、上記ラ
ンプ加熱装置２０と同様に、半導体ウェハ＼＼ｌを自己
発熱させて加かするものである。また、炉芯管３４の一
端には開閉自在の側蓋３８が取りはけられており、外枠
３３の下端には半導体ウェハ＼Ｖの温度を測定するため
のパイロメータ３Ｇが設けられ、さらに、上記タングス
テンハロゲンランプ３５から照射される発光量を調節す
る手段として発光量調節器３７が接続されている。

二のランプ加熱装置３０は、上記ランプ加熱装置２０と
同様に半導体ウェハＷを加熱する際の所定虐度の設定、
所定温度までの昇温時間、所定温度での保持時間、所定
温度からの降温時間及び、半導体ウェハＷ表面での温度
分布が同一条件下での再現性をもって精度も良い。半導
体ウェハＷ表面の温度分布の調節は、例えば、発光量調
節器３７によって点灯するタングステンランプ３５と消
灯するタングステンランプ３５０組み合せて調節したり
、発光量そのものを調節する等によってなされ、中央部
分が周縁部分より高温となっている。

このランプ加熱装置３０を用いて第１図に示すフローチ
ャートのステップ１２のランプ加熱を行っても、上記ラ
ンプ加熱装置２０と同様に、各半導体ウェハ＼Ｖに形成
されるツェナダイオード素子のｐ−ｎ接合部６における
ツェナ電圧を簡単でしかも精度良く所定のツェナ電圧と
なるように調節できる。

尚、拡散炉による押込み後の半導体ウェハ＼Ｖに形成さ
れた素子のツェナ電圧の分布から、半導体ウェハＷ全面
でツェナ電圧が一定の所定値となるように１回のランプ
加熱装置２０．３０による処理条件が確立できれば、第
１図のフローチャートで示し・たステップ１３て行われ
るランプ加熱後の半導体ウェハＷに形成された素子のツ
ェナ電圧の測定は省略してもよい。

また、本発明はディスクリートのツェナダイオード素子
のｐ−ｎ接合部のツェナ電圧の調節方法を含む製造方法
を示したが、ＩＣ内の素子のｐ−ｎ接合部のツェナ電圧
を調節する場合にも適応できるものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の半導体装置の
製造方法によると、半導体ウェハに形成された素子のｐ
−ｎ接合部でのツェナ電圧がランプ加熱装置の条件設定
によって簡単に所定値となるように調節できるので、ツ
ェナ電圧の測定を繰り返す従来の方法と比べて通かに能
率が向上し、工数も減少する。また、本発明のランプ加
熱装置を用いてツェナ電圧のｔ！！ＩＷＪを行うと、半
導体ウェハに形成された素子全部のツェナ電圧を所定値
に一定させるといった調節が可能となり、生産性が高ま
るといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法
に含まれるツェナ電圧の調節方法を示すフローチャート
、第２図は本発明のランプ加熱装置の概略断面図、第３
図は同装置における時間−温度線図の一例、第４図は同
装置によるツェナ電圧の調節例を示すグラフの一例、第
５図は他のランプ加熱装置の概略断面図である。 第６図は従来の半導体装置の製造方法におけるツェナ電
圧の調節方法を示すフローチャート、第７図は半導体ウ
ェハに形成されたツェナダイオード素子の断面図、第８
図は不純物の押込みを行う拡散炉の断面図、第９図及び
第１０図は何れも拡散炉による押込み後に測定されたツ
ェナ電圧の分布例を示すグラフである。 ６・・・ｐ−ｎ接合部、 ２０．３０・・・ランプ加熱装置、 ２５．３４・・・収容部、 ２６．３４・・・ランプ、 ２７．３７・・・温度調節手段、 Ｗ・・・半導体ウェハ。 特　　許　　出　　願　　人 関西日本電気株式会社 第 図 Ｍ２図 第３図 Ｍ４図 箒６図 第７図 Ｍ８図 Ｍ９図 ア 央 側 部 Ｍ１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハに形成された素子のｐ−ｎ接合部で
   のツェナ電圧を測定し、このツェナ電圧が予め設定され
   る所定値となるようにランプ加熱装置によって上記半導
   体ウェハにランプ加熱を施すことを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
2. （２）半導体ウェハの収容部と該半導体ウェハ表面を加
   熱するランプを設けたランプ加熱装置であって、上記半
   導体ウェハ表面中央部分の温度が表面周縁部分の温度に
   比べて高くなるように温度調節する温度調節手段を有す
   ることを特徴とするランプ加熱装置。