JPH0424917A - 半導体ウエハのアニール方法及びそれに用いられるアニール用治具 - 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、Ｇａ　ＡｓやＳｔなどの半導体ウェハのアニ
ール方法と、これに用いられる治具に関するものである
。

〔従来の技術〕

半導体ウェハを用いて集積回路を製造する際に、種々の
目的に応じたアニール方法が実施されている。特に、Ｇ
ａ　Ａｓ半導体を用いて集積回路を製造する場合、選択
的に電気伝導の良い領域をウェハ中に作るため、Ｓｉ　
イオンを注入しアニールすることて活性化させている。

この活性化の方法には２通りあり、電気炉中をＮ２雰囲
気にして間接加熱によりアニールする方法と、タングス
テンランプまたはハロゲンランプ等の輻射熱により直接
ウェハを加熱してアニールする方法（以下、ＲＴＡ法；
　Ｒａｐｉｄ　ＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ法という。

）との２通りの方法か行われている。

前者の間接加熱による方法では、電気炉内の昇温及び降
温に時間がかかるため、アニールに要する時間が１〜２
時間と長い。そのため注入したＳｔイオンが、半導体ウ
エノ＼の面に対し垂直方向及び水平方向に拡散して集積
回路の能動素子特性を悪化させ、同時にＳｔイオンが活
性化しにくい等の問題があった。

また、後者の直接加熱によるＲＴＡ法では、第３図に示
される装置を用いており、炉３内の上部及び下部にはタ
ングステンランプ４が並んで設置され、半導体ウェハ１
はこれらタングステンランプ４の中間で、石英トレイ２
によって支持さている。そして、アニール時にはこれら
タングステンランプ４によって半導体ウェハ１が直接加
熱される。

この装置内で使用されている石英トレイ２には、第４図
に示されるものがある。同図（ａ）の治具では、石英ト
レイ２に形成された貫通孔７の四方から中心点に向かっ
て支持棒５か設けられており、ここに半導体ウェハ１が
支持される。同図＜ｂ）は半導体ウェハ端での放熱を考
慮して、同図（ａ）に示された標準型トレイを改良する
ため貫通孔７を拡大させたもので、半導体ウェハ１の面
内の極端な温度変化を防ぐことを目的としたものである
。

このＲＴＡ法による装置を用いてアニールを行ったとき
の温度変化は第５図の様になっており、図中■は昇温段
階、■は温度制御段階、■は安定状態、■は降温段階を
示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

集積回路の特性を考慮した場合、前述の２種類のアニー
ル方法のうち、ＲＴＡ法がより優れていると言い得るが
、問題点は十分解決されていない。

即ちＲＴＡ法では数秒でアニールできるが、そのために
半導体ウェハ結晶に歪みか生じやすく、スリップライン
が発生することもある。また、Ｓｔイオンは高活性化す
るが、半導体ウェハ面内での均一性が悪い等の問題かあ
る。

本発明の課題は、この様なスリップラインの発生及び半
導体ウェハ面内の注入イオンの活性化の不均一性を防ぐ
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る半導体ウェハのアニール方法では、半導体
ウェハの上下方向のみでなく側方からも輻射線を照射し
て直接半導体ウェハを加熱することを特徴とする。また
前述の方法に用いられるアニール用治具は、半導体ウェ
ハの外径より大きい内径の貫通孔を有するトレイ本体と
、その貫通孔の内面に設けられた半導体ウェハを支持す
るための支持突起と、貫通孔の内面に設けられた発熱体
とを有することを特徴とする。

〔作用〕

本発明の方法によれば、半導体ウェハの上下方向のみで
なく側方からの輻射熱もアニールに利用することができ
、従ってアニール時にウェハ面内の温度分布をほぼ均一
にすることができる。また、本発明のアニール用治具に
よれば、貫通孔内面に設けられた発熱体から、直接輻射
熱を供給することができる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお
、以下の説明では、同一要素に同一符号を付して、重視
する説明を省略する。

第１図に、本発明に係る実施例でのＲＴＡ用治具の構造
を示し、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は上面図、同
図（ｃ）はＡ−Ａ線断面図である。

石英トレイ２は２枚の石英板を端部で一体化して形成さ
れており、この中央部に形成された貫通孔７の内面には
、輻射熱を補償するタングステンヒタ６かリング状に設
置されている。また、石英トレイ２に取り付けられてい
る支持棒５は、この貫通孔７の四方から中心点に向かっ
て延びており、これにっよって半導体ウェハ１は支えら
れている。

タングステンヒータ６への通電は、石英トレイ２の外側
面に導出されたリード線８を介してなされ、これに電力
を供給することによって、半導体ウェハ１は側方からの
輻射熱を受けることか可能になる。

次に、上記の治具を用いたアニール方法を説明する。第
２図（ａ）に、この治具を使用して温度を１１００℃ま
で上げた場合の半導体ウェハ面内の温度分布を示す。な
お、横軸は半導体ウェハ１の中心からの距離を示してい
る。まず、炉３内の昇温段階では、上下のタングステン
ランプ４のみか点灯され、石英トレイ２の貫通孔７の内
面に設置されたタングステンヒータ６はまだ点灯されて
いない。この段階での温度分布を同図（ａ）の下段に示
す。次に、炉内の温度制御段階にはいると、半導体ウェ
ハ１の端部は相対的に低温となり、ここで初めて輻射熱
を補償するタングステンヒータ６が点灯し、炉３内上下
のタングステンランプ４からの輻射線と共に、側方から
の輻射線がアニルに寄与する。ここで、温度制御段階で
初めてタングステンヒータ６か点灯され制御を開始する
理由は、スリップライン発生温度かＧａ　Ａｓの場合に
は約８００〜８５０℃以上、またＳｉの場合には約９５
０〜１０００℃以上だからであり、即ち昇温段階は、ス
リップラインの発生には同等関係かないからである。次
に、この段階を経て安定状態に入ると、半導体ウェハ１
面内の温度分布は同図（ａ）上段に示されているように
、はとんど均一になっている。つまり、タングステンヒ
ータ６からの輻射熱により、半導体ウェハ１端部の温度
か中央部とほぼ同程度に保たれているということができ
る。

ここで、従来技術を用いたＲＴＡ法での半導体ウェハ内
の温度分布を第２図（ｂ）に示す。同図かられかる様に
、半導体ウェハ１の上下のみからの輻射線による直接加
熱では、温度制御段階及び安定状態において、半導体ウ
ェハ１の端部と中央部との間に大きな温度差が生じてい
る。これがスリップラインの発生及びウェハ面内のＳｔ
注入イオンの均一性に影響与えていると考えられる。

方、本発明の実施例では、タングステンヒータ６を石英
トレイ２に埋め込み、半導体ウェハ１の上下方向及び側
方からの輻射熱を利用することにより、半導体ウェハの
端部での放熱を補償することができ、アニール時での半
導体ウェハ面内の温度分布をほぼ均一とすることができ
た。

なお、貫通孔内面に設けられる発熱体は、輻射熱を与え
るものであれば各種のものを用いることがてき、例えば
タングステンランプやノ１０ゲンランプを使用し得る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ウェハ面内の温度差をほぼ完全になく
すことかできるため、ウエノ＼のスリップライン発生お
よび反り等をなくすことができ、またイオンの活性化、
５１ＭＯ３の絶縁薄膜の形成等を面内て均一にすること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のアニール用治具を示す図、第
２図はアニール中各段階ての半導体ウェハ面内の温度分
布を表した図、第３図は従来技術を用いたＲＴＡ用の炉
を示した図、第４図は従来用いられてきたトレイを示し
た図、第５図はＲＴＡ炉内の温度変化を示す図である。 １・・半導体ウェハ、２・・・石英トレイ、３・・・Ｒ
ＴＡ用炉、４・・・タングステンランプ、５・・・支持
棒、６・・・タングステンヒータ、７・・・貫通孔、８
・・・リード線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハに輻射線を照射して直接加熱する半導
   体ウェハのアニール方法において、前記半導体ウェハの
   上下方向のみでなく側方からも輻射線を照射して直接加
   熱することを特徴とする半導体ウェハのアニール方法。 ２、半導体ウェハに輻射線を照射してこれを直接加熱す
   る炉内で、前記半導体ウェハを支持するアニール用治具
   において、 前記半導体ウェハの外径より大きい内径の貫通孔が設け
   られたトレイ本体と、このトレイ本体から前記貫通孔方
   向に延設されて載置された前記半導体ウェハを支持する
   支持突起と、前記貫通孔の内面に設けられた発熱体とを
   備えることを特徴とするアニール用治具。