JPH04337628A - 半導体熱処理装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体デバイスの製造
の際に使用され、イオン注入後のアニール処理に用いら
れる熱処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体に不純物をドーピングする方法と
して、現在イオン注入による方法が広く実施されている
。このイオン注入では半導体の結晶中に数多くの格子欠
陥が発生する。このため、熱処理によって結晶性の回復
を図ると同時に、注入された不純物原子を格子点に置換
するアニールが必要不可欠である。

【０００３】近年、半導体デバイスの回路の高密度化に
伴い、浅い接合の形成が必要になってきている。しかし
、不純物原子の格子点の置換のためには通常９００℃以
上の熱処理が必要とされるため、従来の熱処理装置を用
いたアニールでは拡散の度合いの効果が大きく、浅い接
合の形成は困難であった。このような問題を避けるには
、短時間アニールが行える熱処理装置が必要である。

【０００４】従来の半導体デバイスの熱処理装置を用い
たアニール処理について説明する。図３は従来の半導体
デバイスの熱処理装置の構成図である。まず、熱処理の
対象である複数の半導体ウェハ１を密閉チューブ２の中
に装填し、次に密閉チューブ２を取り巻くように設置さ
れている電熱線からなる加熱部３に電流を流す。これに
よって密閉チューブ２内の大部分が高温熱処理領域４（
例えば、１２００℃）となる。アニール処理に必要な所
定の時間の後、加熱部３に供給される電流を止め、冷却
後に半導体ウェハ１を外部に取り出す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように半導体
デバイスの回路の高密度化を図るためには、アニールの
時間を短くしなければならない。従来の熱処理装置は以
上のようにアニール処理をおこなうため、図４のように
本来の処理時間の前後に昇温（例えば３０分）・降温（
例えば６０分）時間が必要になる。この昇温時間の終り
のほうや、降温時間の初期では熱処理温度に近い温度と
なっているため、一部拡散が生じ、拡散層の厚さの不均
一の原因となる可能性がある。熱処理時間を短縮してい
くにつれて、この昇温・降温時間の影響が顕著になり、
拡散層の厚みを制御することが困難になる。

【０００６】この発明は浅い接合を安定に形成するため
に、昇温・降温時間の影響が少ないアニール処理ができ
る熱処理装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決しようとする手段】この発明は上述の課題
を解決するために、密閉チューブ内の一部のみに熱処理
用の高温熱処理領域を形成・維持する加熱部と、半導体
ウェハを載置し、密閉チューブ内を往復動自在に移送さ
せる搬送機構と、この搬送機構を制御し、半導体ウェハ
を高温熱処理領域とそれ以外の非熱処理領域の間を往復
移動させる制御手段を持つことを特徴とする。

【０００８】

【作用】上述の往復移動の制御手段は、半導体ウェハを
非熱処理領域から、あらかじめ熱処理温度に維持された
高温熱処理領域に挿入し、また非熱処理領域に戻す。し
たがって、従来、半導体ウェハの昇温・降温時間は加熱
部の昇温・降温時間と等しかったが、熱処理温度に保た
れた高温熱処理領域に直接半導体ウェハを出し入れする
ことによって、半導体ウェハの昇温・降温時間を、極め
て短いものとすることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１０】図１は本発明に係る半導体熱処理装置の一
実施例を示す構成図である。密閉チューブ１０は石英ガ
ラス製で、直径約２０ｃｍ，胴体部分の長さ約１５０ｃ
ｍである。密閉チューブ１０の上部にはガス取り入れ口
１０ａがあり、下部側面にはガス取り出し口１０ｂがあ
る。窒素ガスＮ２　がガス取り入れ口１０ａから流入し
、取り出し口１０ｂから流出する。したがって、密閉チ
ューブ１０の内部は窒素ガスＮ２　が充満している。密
閉チューブ１０の下部には、下部ふた１１が取り付けら
れ、その下部ふた１１の中央には支持棒１２を通すため
の穴１１ａが設けられている。図には示してはいないが
前記穴１１ａにはパッキングが取り付けられており、支
持棒１２との隙間が塞がり、これによって密閉チューブ
１０の気密性が保たれている。

【００１１】支持棒１２の一端は前記穴１１ａを貫通し
、密閉チューブ１０の内部に伸びている。支持棒１２の
密閉チューブ１０内部の一端にはボート１３が固定され
、外部の他方端は昇降装置１４に連結している。これら
ボート１３と、支持棒１２と、昇降装置１４との３部分
で、半導体ウェハ１５の搬送機構は構成されている。 半導体ウェハはボート１３に載置され前記搬送機構によ
り密閉チューブ内部を往復動自在に移動することができ
る。昇降装置１４は電動機とローラー等からなり、支持
棒１２を上下に移動させる。ボート１３は円形の上板と
、円形の下板と、上板と下板をつなぐ数本の支柱からな
るかご型をしている。前記上板と下板は半導体ウェハよ
り直径が約２０〜３０％大きい。前記支柱には半導体ウ
ェハ１５を上板と下板に平行に、上下方向に積み重ねて
複数枚載置するための複数の溝が設けられている。溝は
熱気が半導体ウェハ間に十分に行き渡るように１〜２ｃ
ｍの間隔を以て設けられている。これによって半導体ウ
ェハ１５が、熱気が十分に行き渡る間隔を以て、複数枚
上下方向にボート１３に載置される。

【００１２】密閉チューブ１０のほぼ中央位置外周に密
閉チューブ１０を取り巻くように加熱部１６が設置され
ており、加熱部１６の上下には上部冷却部１７ａと、下
部冷却部１７ｂが設置されている。加熱部１６は、密閉
チューブ１０の内部中央の一部分のみに高温熱処理領域
１８を形成し、上部・下部冷却部１７ａ、１７ｂは密閉
チューブ１０の内部で、高温熱処理領域１８の上部と下
部にそれぞれ上部非熱処理領域１９ａ、下部非熱処理領
域１９ｂを形成する。

【００１３】このように加熱部１６の上下に冷却部１７
ａ、１７ｂを設けたことにより、高温熱処理領域１８は
密閉チューブ１０のほぼ中央のみに限定して形成される
。

【００１４】加熱部１６は電熱線を螺旋状に巻いたもの
であり、これに電流を流すことにより、加熱部１６は発
熱し、密閉チューブ１０の中央の一部分のみにアニール
処理に必要な温度（例えば１２００℃）の高温熱処理領
域１８が形成される。上部・下部冷却部１７ａ、１７ｂ
は冷却液（例えば水）の通るパイプを螺旋状に巻いたも
のであり、冷却液は上部・下部冷却部１７ａ、１７ｂの
周囲から熱を奪い、密閉チューブ１０内部の高温熱処理
領域１８の上下に、アニール処理が行われない十分低温
の（例えば１００℃）の非熱処理領域１９ａ、１９ｂを
形成する。周囲から熱を奪った冷却液は上部・下部冷却
部１７ａ、１７ｂから流れ出し、循環パイプ２０を通り
、冷却ポンプ２１によって、放熱器２２に送り込まれる
。冷却液は放熱器２２で熱を放出し、再び、上部・下部
冷却部１７ａ、１７ｂに流れ込む。このように冷却液は
循環パイプ２０を通り、放熱器２２と上部・下部冷却部
１７ａ、１７ｂとの間を循環している。

【００１５】コントローラ２３は昇降装置１４の動作と
、加熱部１６の電流と、冷却ポンプ２１の動作とをコン
トロールしている。

【００１６】図２は本発明に係る半導体熱処理装置の実
施例の動作を示す動作説明図である。図２においては、
コントローラ２３が加熱部１６と冷却ポンプ２０をコン
トロールしそれぞれ所定の温度を維持させた高温熱処理
領域１８と上部・下部非熱処理領域１９ａ、１９ｂをあ
らかじめ形成させているものとする。その後、コントロ
ーラ２３はボート１３に載置された半導体ウェハ１５を
密閉チューブ１０内の下部非熱処理領域１９ｂに挿入す
る。図２（ａ）の配置がその状態である。図２（ａ）の
配置から、コントローラ２３は、昇降装置１４を正転駆
動し、ボート１３に載置された半導体ウェハ１５を、高
温熱処理領域１８に移動させる。その結果、図２（ｂ）
に示す配置となる。高温熱処理領域１８は、アニール処
理に必要な温度を維持した領域なので、半導体ウェハ１
５は速やかに処理温度まで達することができる。実際に
アニール処理が必要な部分は半導体ウェハ１５の表面数
ミクロン程度であるため、半導体ウェハ１５の昇温時間
としては表面だけを考慮すれば良い。その値はわずか数
百ｍ秒程度である。

【００１７】図２（ｂ）に示した配置で、昇降装置１４
を停止させ、半導体ウェハ１５のアニール処理を開始す
る。アニール処理に必要な時間の半分が経過したならば
、昇降装置１４を再び正転駆動し、上部非熱処理領域１
９ａに半導体ウェハ１５を移動させる。その結果図２（
ｃ）に示す配置となる。非熱処理領域１９ａは、アニー
ル処理が行われない十分低温を維持しているので、半導
体ウェハ１５は速やかに冷却される。この場合も昇温の
場合と同様の理由により、半導体ウェハ１５の降温時間
はわずか数百ｍ秒程度である。

【００１８】この位置から、エレベータを逆転駆動させ
、再び、半導体ウェハ１５を高温熱処理領域１８に移動
する。再度アニール処理に必要な時間の半分が経過した
ならば、昇降装置１４を再び逆転駆動し、半導体ウェハ
１５を、下部非熱処理領域１９ｂに移動する。このプロ
セスによれば半導体ウェハ１５の昇温・降温時間は多く
とも合計１秒程度に抑えることができるので、アニール
処理の時間が数十秒程度に短縮されても、昇温・降温に
よる一部拡散の影響が極めて少ない。すなわち浅い接合
を安定に形成できることになる。

【００１９】以上、図２（ａ）から、（ｂ），（ｃ）と
移動し、そしてまた（ｂ）を経て、（ａ）に至るプロセ
スにおいて、半導体ウェハ１５が高温熱処理領域１８で
停止する時間を調節することにより、アニールの時間を
調節することができる。また、前記プロセスにおいて、
半導体ウェハ１５を高温熱処理領域１８で止めずに、一
定速度で、高温熱処理領域１８を通過させるものとする
と、前記プロセスを実行する回数を調節することにより
、アニールの時間を調節することができる。

【００２０】本実施例では、高温熱処理領域１８の上下
に非熱処理領域１９ａ、１９ｂを設けたので、上述のよ
うなプロセスを実行する際、ボート１３が載置する複数
の半導体ウェハ１５の中で高温熱処理領域１８に入って
いく順番と、出ていく順番とが同じなので、移動の速度
が常に一定であるならばすべての半導体ウェハ１５の熱
処理時間が等しくなるという特徴がある。したがって、
大量のウェハの一括処理に適している。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体ウェハの昇温・降温時間を極めて短くすることが
できるので、短時間アニールが安定に、かつ容易に実現
できる。したがって、浅い接合の形成が可能となり、半
導体デバイスの回路の高密度化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体熱処理装置を示す構成図で
ある。

【図２】本発明に係る半導体熱処理装置の動作を示す動
作説明図である。

【図３】従来の半導体熱処理装置を示す構成図である。

【図４】従来の半導体熱処理装置を用いた場合における
半導体ウェハの温度の時間変化を表すグラフである。

【符号の説明】

１０　　密閉チューブ １０ａ、１０ｂ　　ガス取り入れ口、ガス取り出し口１
１、１１ａ　　下部ふた、下部ふたの穴１２　　支持棒 １３　　ボート １４　　昇降装置 １５　　半導体ウェハ １６　　加熱部 １７ａ、１７ｂ　　上部・下部冷却部 １８　　高温熱処理領域 １９ａ、１９ｂ　　上部・下部非熱処理領域２０　　循
環パイプ ２１　　冷却ポンプ ２２　　放熱器 ２３　　コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体デバイスの製造過程の拡散・アニー
   ル等を行う半導体熱処理装置において、半導体デバイス
   を収納する密閉チューブと、この半導体デバイスを載置
   し、前記密閉チューブ内を往復動自在に移送させる搬送
   機構と、前記密閉チューブ内の一部のみに、熱処理用の
   高温熱処理領域を形成・維持する加熱部と、前記搬送機
   構を制御し、前記半導体を前記高温熱処理領域と、前記
   チューブ内の前記高温熱処理領域以外の非熱処理領域と
   の間を、往復移動させる搬送制御手段と、を備え、昇温
   ・降温を迅速に行うことを特徴とする半導体熱処理装置
   。