JPH04277619A - Method for annealing semiconductor wafer - Google Patents

Method for annealing semiconductor wafer

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JPH04277619A
JPH04277619A JP3984491A JP3984491A JPH04277619A JP H04277619 A JPH04277619 A JP H04277619A JP 3984491 A JP3984491 A JP 3984491A JP 3984491 A JP3984491 A JP 3984491A JP H04277619 A JPH04277619 A JP H04277619A
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JP
Japan
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semiconductor wafer
wafer
annealing
guard ring
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
JP3984491A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Otobe
健二 乙部
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide an annealing method which develops no slip lines or the like by uniforming temperature distribution in a wafer face during annealing. CONSTITUTION:Support bars (5) fitted to a quartz tray (2) extend toward the center point from four ways of its through hole (7), which bars support a wafer susceptor (8). This wafer susceptor (8) is loaded with a guard ring (6) having the same heat conductivity as that of the semiconductor wafer (1), and this wafer (1) is set up inside the through hole (7a). Using this guard ring (6) allows the semiconductor wafer (1) to increase the area effectively and to prevent temperature differences due to heat release from edges.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、SiやGaAs、ある
いはInPなどの半導体ウエハのアニール方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of annealing semiconductor wafers made of Si, GaAs, InP, or the like.

【0002】0002

【従来の技術】半導体ウエハ上に半導体装置を製造する
際に、種々の目的で半導体ウエハをアニールすることが
行われている。特に、GaAs等の化合物半導体基板上
に半導体装置を製造する場合、その基板上に選択的に電
気伝導の良い場所を作るためにSiイオンを注入し、ア
ニールすることで活性化させている。この活性化の方法
として、電気炉中をN2 雰囲気にして間接加熱するこ
とによりアニールする方法と、タングステンランプの輻
射熱により直接加熱してアニールする方法(以下RTA
法;Rapid Thermal Anneal法とい
う。)との2通りの方法が行われている。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
かかり、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Siイオンが半導体ウエハの面に対し垂
直方向、及び水平方向に拡散して半導体装置の特性を悪
化させ、同時にSiイオンが活性化しにくくなる等の問
題があった。
2. Description of the Related Art When manufacturing semiconductor devices on a semiconductor wafer, the semiconductor wafer is annealed for various purposes. In particular, when manufacturing a semiconductor device on a compound semiconductor substrate such as GaAs, Si ions are implanted to selectively create areas with good electrical conductivity on the substrate and activated by annealing. There are two methods for this activation: one is annealing by indirect heating in an N2 atmosphere in an electric furnace, and the other is annealing by direct heating with radiant heat from a tungsten lamp (referred to as RTA).
method; called Rapid Thermal Anneal method. ) are used in two ways. In the former indirect heating method, it takes time to raise and lower the temperature in the electric furnace, and the time required for annealing is as long as 1 to 2 hours. Therefore, the implanted Si ions diffuse perpendicularly and horizontally to the surface of the semiconductor wafer, deteriorating the characteristics of the semiconductor device, and at the same time, there are problems in that the Si ions become difficult to activate.

【0003】これに比べ後者の直接加熱によるRTA法
では、タングステンランプの輻射熱を用いるため数秒で
アニールでき、注入したSiイオンを高活性化すること
ができる。この方法では、図6(a)に示される装置を
用いている。炉3内の上部、及び下部には複数のタング
ステンランプ4が並んで設置され、半導体ウエハ1は石
英トレイ2に設置されている。そして、アニール時には
これらタングステンランプ4によって半導体ウエハ1が
直接加熱される。この装置3内で使用されている石英ト
レイ2には、図6(b)に示されるものがある。図示さ
れているように石英トレイ2の貫通孔7の四方から中心
点に向かって支持バー5が設けられており、ここに半導
体ウエハ1が支持される。このような治具を用い、タン
グステンランプ4によって半導体ウエハ1を直接加熱す
る。
In comparison, the latter RTA method using direct heating uses radiant heat from a tungsten lamp, so it can be annealed in a few seconds and the implanted Si ions can be highly activated. This method uses the apparatus shown in FIG. 6(a). A plurality of tungsten lamps 4 are installed side by side in the upper and lower parts of the furnace 3, and the semiconductor wafer 1 is placed on a quartz tray 2. During annealing, the semiconductor wafer 1 is directly heated by these tungsten lamps 4. The quartz tray 2 used in this apparatus 3 includes the one shown in FIG. 6(b). As shown in the figure, support bars 5 are provided from all sides of the through hole 7 of the quartz tray 2 toward the center, and the semiconductor wafer 1 is supported here. Using such a jig, the semiconductor wafer 1 is directly heated by the tungsten lamp 4.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】上述のRTA法により
アニールを行ったときの半導体ウエハ面内の温度分布状
態を図7に示す。同図では、横軸が半導体ウエハの面の
中心からの距離を示し、炉3内の昇温段階、温度制御段
階、及び安定状態の各段階における温度分布を示してい
る。この図からわかるように、半導体ウエハ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、半導体ウエハの端部と中央部との
間に大きな温度差が生じている。これにより半導体ウエ
ハの結晶自体が歪むスリップラインが発生したり、半導
体ウエハ1の面内に注入されたイオンの活性化が不均一
になる等の問題がある。
FIG. 7 shows the temperature distribution state within the surface of a semiconductor wafer when annealing is performed by the above-mentioned RTA method. In the figure, the horizontal axis indicates the distance from the center of the surface of the semiconductor wafer, and indicates the temperature distribution in each stage of the temperature increase stage, temperature control stage, and stable state inside the furnace 3. As can be seen from this figure, when the semiconductor wafer 1 is directly heated by radiation only from the top and bottom, a large temperature difference occurs between the edges and the center of the semiconductor wafer during the temperature control stage and in the stable state. . This causes problems such as generation of slip lines in which the crystal itself of the semiconductor wafer is distorted, and activation of ions implanted within the plane of the semiconductor wafer 1 becomes uneven.

【0005】そこで本発明では、上記の問題を解決した
半導体ウエハのアニール方法を提供する。
Accordingly, the present invention provides a method for annealing semiconductor wafers that solves the above problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウエハ
と同じ熱伝導率の材質からなるガード部材を用いて半導
体ウエハの側面を近接して囲み、その半導体ウエハ及び
ガード部材に輻射線を照射して直接加熱することにより
アニールすることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The present invention uses a guard member made of a material having the same thermal conductivity as the semiconductor wafer to closely surround the side surface of the semiconductor wafer, and irradiates the semiconductor wafer and the guard member with radiation. It is characterized by annealing by direct heating.

【0007】[0007]

【作用】本発明によれば、アニール時に半導体ウエハの
側面を囲むようにガード部材が配設され、しかもこれら
は互いに近接させられるので、輻射加熱される際にはこ
れらが実効的に一体の被加熱体となる。このため、両者
を組み合わせた被加熱体の全面の温度分布は従来のアニ
ール方法における場合と同様であっても、かかる被加熱
体の周囲部分以外の部分に相当する半導体ウエハ面では
、ほぼ均一な温度分布を得ることができる。
[Operation] According to the present invention, the guard members are disposed so as to surround the side surfaces of the semiconductor wafer during annealing, and since these are placed close to each other, they are effectively covered as one body when radiant heating is performed. It becomes a heating element. For this reason, even if the temperature distribution over the entire surface of the heated object is the same as in the conventional annealing method, the temperature distribution over the entire surface of the heated object is almost uniform on the surface of the semiconductor wafer, which corresponds to the area other than the surrounding area of the heated object. Temperature distribution can be obtained.

【0008】[0008]

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments Next, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

【0009】図1は本発明の実施例に係るアニール方法
に用いる治具上の配置を示す斜視図であり、図2はその
上面図、及びA−A線断面図である。石英トレイ2に取
り付けられている支持バー5は、石英トレイ2の貫通孔
7の四方から中心点に向かって延びており、この支持バ
ー5によってアニールに関与しないSiウエハを用いた
ウエハサセプタ8が支えられている。アニールを行う際
には、このウエハサセプタ8上にアニールを施す半導体
ウエハ1を置き、その周囲に、前述の半導体ウエハ1と
ほぼ同じ熱伝導率の材質で形成され、半導体ウエハ1と
同一形状で僅かに大きな貫通孔7aを有するガードリン
グ6を設置する。なお、このときのガードリング6の内
側の面と半導体ウエハ1の側面との隙間は、一体的に輻
射加熱されるように、例えば1mm程度以下に抑えるこ
とが重要である。
FIG. 1 is a perspective view showing the arrangement on a jig used in an annealing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view and a sectional view taken along the line A--A. A support bar 5 attached to the quartz tray 2 extends from all sides of the through hole 7 of the quartz tray 2 toward the center point, and a wafer susceptor 8 using a Si wafer that is not involved in annealing is supported by the support bar 5. I feel supported. When annealing is performed, the semiconductor wafer 1 to be annealed is placed on the wafer susceptor 8, and the surrounding area is made of a material having approximately the same thermal conductivity as the semiconductor wafer 1 described above, and having the same shape as the semiconductor wafer 1. A guard ring 6 having a slightly larger through hole 7a is installed. Note that it is important to keep the gap between the inner surface of the guard ring 6 and the side surface of the semiconductor wafer 1 at this time to about 1 mm or less, for example, so that the radiant heating can be performed integrally.

【0010】上述のガードリング6を半導体ウエハ1の
周囲に近接させて設置することによって、輻射加熱され
る被加熱体の面積を、本来処理すべき半導体ウエハ1の
面積よりも実効的に大きくすることができる。このため
、不都合な温度差が生じる部分を、ガードリング6に局
限することができる。
By installing the above-mentioned guard ring 6 close to the periphery of the semiconductor wafer 1, the area of the object to be heated by radiation is effectively made larger than the area of the semiconductor wafer 1 to be originally processed. be able to. Therefore, the portion where an undesirable temperature difference occurs can be localized to the guard ring 6.

【0011】図3(a)は、アニール時における炉3内
部の時間的温度変化を示す。同図(b)は、この炉3内
で上述のガードリング6を使用してアニールを行った場
合の半導体ウエハ1の温度分布の概略を示したものであ
る。なお、横軸は、半導体ウエハ1の中心からの距離を
示している。
FIG. 3(a) shows temporal temperature changes inside the furnace 3 during annealing. FIG. 2B schematically shows the temperature distribution of the semiconductor wafer 1 when annealing is performed in the furnace 3 using the above-mentioned guard ring 6. Note that the horizontal axis indicates the distance from the center of the semiconductor wafer 1.

【0012】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が点灯し、昇温が開始されて半導体ウエ
ハ1の温度が上昇する(図3(a)図示)。このとき、
半導体ウエハ1と同じ熱伝導率であるガードリング6の
温度も上昇する。ガードリング6は半導体ウエハ1を含
んだ被加熱体の実効的な端部に相当するため、炉3内が
安定状態に入ると半導体ウエハ1の端部とガードリング
6の間には温度差は生じるが、半導体ウエハ1の中央部
とその端部の間に温度差が生じることはない(同図(b
)図示)。図4は、その半導体ウエハ1の面内の時間的
温度変化を示したものである。図示されているように、
半導体ウエハ1自体は輻射加熱される被加熱体の中央部
に相当しているので、安定状態にはいるとその全面の温
度分布はほぼ均一になる。
First, in the temperature raising stage in the furnace 3, the upper and lower tungsten lamps 4 are turned on, temperature raising is started, and the temperature of the semiconductor wafer 1 rises (as shown in FIG. 3(a)). At this time,
The temperature of the guard ring 6, which has the same thermal conductivity as the semiconductor wafer 1, also increases. Since the guard ring 6 corresponds to the effective end of the object to be heated including the semiconductor wafer 1, there is no temperature difference between the end of the semiconductor wafer 1 and the guard ring 6 when the inside of the furnace 3 enters a stable state. However, there is no temperature difference between the center and the edges of the semiconductor wafer 1 (see figure (b)).
). FIG. 4 shows temporal temperature changes within the surface of the semiconductor wafer 1. As shown in FIG. As shown,
Since the semiconductor wafer 1 itself corresponds to the central part of the object to be heated by radiation, once it is in a stable state, the temperature distribution over the entire surface becomes almost uniform.

【0013】本実施例では、図2に示すような形状のガ
ードリングを用いたが、アニールを施す半導体ウエハの
形状に合わせ、例えば図5に示されるような四半円形状
に成型したものを用いる事によって、本発明の目的を達
成することができる。
In this example, a guard ring having a shape as shown in FIG. 2 was used, but a guard ring molded into a quarter circle shape as shown in FIG. 5, for example, is used in accordance with the shape of the semiconductor wafer to be annealed. Accordingly, the object of the present invention can be achieved.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明によれば、アニール時の半導体ウ
エハ面内の温度差をなくすことができるので、半導体ウ
エハのスリップラインの発生、及び反り等をなくすこと
ができる。また、注入イオンの活性化やSi−MOSの
絶縁膜の形成等を面内で均一に行うことができる。
According to the present invention, it is possible to eliminate temperature differences within the surface of a semiconductor wafer during annealing, thereby eliminating the occurrence of slip lines and warping of the semiconductor wafer. Further, activation of implanted ions, formation of an Si-MOS insulating film, etc. can be performed uniformly within the surface.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の実施例に係る治具上の配置を示す斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the arrangement on a jig according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に係る治具上の配置を示す上面
図、及び断面図である。
FIG. 2 is a top view and a sectional view showing the arrangement on a jig according to an embodiment of the present invention.

【図3】アニール中の炉内の時間的温度変化を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing temporal temperature changes in the furnace during annealing.

【図4】アニール中の半導体ウエハ面内の温度分布を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the temperature distribution within the surface of a semiconductor wafer during annealing.

【図5】本発明に用いるガードリングの一例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a guard ring used in the present invention.

【図6】従来のアニール方法での炉内の状態を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing the state inside a furnace in a conventional annealing method.

【図7】従来のアニール方法による半導体ウエハ面内の
温度分布を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the temperature distribution within the surface of a semiconductor wafer according to a conventional annealing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体ウエハ 2…石英トレイ 5…支持バー 6…ガードリング 7、7a…貫通孔 8…ウエハサセプタ 1...Semiconductor wafer 2...Quartz tray 5...Support bar 6...Guard ring 7, 7a...Through hole 8...Wafer susceptor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体ウエハと略同じ熱伝導率の材質
からなるガード部材を用いて当該半導体ウエハの側面を
近接して囲み、その半導体ウエハ及びガード部材に輻射
線を照射して直接加熱することによりアニールすること
を特徴とする半導体ウエハのアニール方法。
[Claim 1] A guard member made of a material having approximately the same thermal conductivity as the semiconductor wafer is used to closely surround the side surface of the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer and the guard member are directly heated by irradiating the semiconductor wafer with radiation. A method for annealing a semiconductor wafer, the method comprising: annealing a semiconductor wafer.
JP3984491A 1991-03-06 1991-03-06 Method for annealing semiconductor wafer Pending JPH04277619A (en)

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JP3984491A JPH04277619A (en) 1991-03-06 1991-03-06 Method for annealing semiconductor wafer

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