JPH05226272A - 半導体装置の製造方法およびそれに適したランプ加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウェーハに形成された素子のＰ−Ｎ接
合でのツェナ電圧の半導体ウェーハ面内のばらつきを補
正して、予め設定した一定値になるように加熱調節す
る。 【構成】 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を熱拡散用石英板２９
とともに着脱自在に設け、基台２１に半導体ウェーハＷ
の裏面からも光（熱線）を照射して温度分布を調節でき
る反射鏡３０を設ける。半導体ウェーハＷの中央部の上
方にキャノン・アークランプ２６を上下動自在に取り付
け、このランプ２６の上下動と反射鏡３０の角度調節に
より、半導体ウェーハ表面温度に任意の分布をもたせ温
度調節をすることにより、予め設定されたツェナ電圧を
得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法お
よびそれに用いるランプ加熱装置に関し、特に半導体基
板への不純物押し込みの手段としてのランプ加熱方法お
よびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディスクリートのツェナダイオー
ドは、一般にＮ型シリコン基板にＰ型不純物を選択ドー
ピングする。図５はＮ型シリコン基板１に多数形成され
たツェナダイオード１個の断面を示す。Ｎ型シリコン基
板１は比抵抗が数百ｍΩ〜数Ωになるようにリンがドー
プされており、通常ＣＺ法により作成される。このＮ型
シリコン基板１の比抵抗の面内ばらつきは結晶面により
各々異なるが、一般に図８（ａ）に示すようにシリコン
基板の外周部が高くなっている。

【０００３】前記Ｎ型シリコン基板１は、図５に示すよ
うにシリコン酸化膜２に形成した窓孔２ａからＰ型不純
物のボロンが選択ドーピングされてＰ型領域３が形成さ
れるとともにＰ−Ｎ接合６が形成される。

【０００４】従来、Ｎ型シリコン基板１へＰ型不純物を
押し込む手段として、半導体ウェーハ（以下ウェーハと
いう）を加熱して保持するために、例えば図６に断面図
として示すような拡散炉が使用されている。この拡散炉
を用いたツェナダイオードのツェナ電圧の調節法は、ツ
ェナダイオード素子が形成された複数枚のウェーハをカ
ートリッジボート１３に収容して熱処理用ボート１４に
載置し、ヒータ１０によって高温に保持された炉芯管１
２内にボート操作棒１６により熱処理用ボート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Ｐ型領域３の不
純物をＮ型シリコン基板１内に押し込んでいる。

【０００５】また、別な手段として、図７に断面図とし
て示すようなランプ加熱装置２０によってウェーハＷを
加熱して保持することにより、Ｐ型領域内の不純物をＮ
型シリコン基板１内に押し込む方法が取られていた。

【０００６】従来のランプ加熱装置２０は基台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
るドーム型の蓋体２４を熱拡散用の石英板２９とともに
着脱自在に取り付け、基台２１には支持台２８を設けて
ウェーハＷを載置する。

【０００７】ウェーハＷの中央部分の上方には略点状の
光源，例えばキャノン・アークランプ２６が取り付けら
れている。このランプ加熱装置を用いたツェナダイオー
ドのツェナ電圧の調節法は、ツェナダイオード素子が形
成されたウェーハＷを基板収容部にある支持棒２８によ
り保持し、加熱ランプ２６により一定時間加熱照射し
て、Ｐ−Ｎ接合部６のツェナ電圧が所定値に近い値に示
すように、Ｐ型領域３の不純物をＮ型シリコン基板１内
に押し込んでいた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェー
ハＷに形成されたツェナダイオードの素子のツェナ電圧
を上記拡散炉を用いて調節する場合、少しずつ押し込み
を行ってツェナ電圧を少しずつ高くして所定値を越えな
いように制御するため、押し込みとツェナ電圧の測定と
が必然的に多数回繰り返されて工数増になるという問題
があった。

【０００９】また、炉芯管１２内のウェーハＷの被爆熱
量を調べると、ワークを出し入れするフロント側のウェ
ーハＷは後から炉芯管１２内に入り、先に炉芯管１２か
ら出るので少なく、奥端のリア側に向かうにつれてだん
だんと多くなっている。そのため炉芯管内でのウェーハ
の保持位置によってそれぞれのウェーハＷ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がウェーハ
Ｗ同士では図９に示すように一定でなくばらつく傾向が
あった。

【００１０】さらに、炉芯管１２はヒータ１０によって
周囲から加熱されるため、ウェーハＷの表面温度を測定
すると、周縁部の方が中心より高温になっていた。従っ
て、１枚のウェーハＷ内に形成された各素子のツェナ電
圧Ｖｚの分布が、図１０（ａ）に示すように、温度の低
くなる中心部で低く、温度の高い周縁部で高くばらつい
ていた。

【００１１】従って、上記したウェーハＷの炉芯管１２
内の温度分布と１枚のウェーハＷ表面での温度分布の組
合せにより、実際にはそれぞれのウェーハＷ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。しかしウェーハ毎の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
を制御に炉芯管１２内の温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
態でのウェーハＷの保持時間を補正せざるを得ないなど
の問題があった。

【００１２】さらに、ツェナ電圧Ｖｚを決定する要因と
して、Ｎ型シリコン基板１が固有に持つ比抵抗の面内分
布のばらつきがある。これは前記したように、図８
（ａ）の分布を一般に持っている。そのため、前記した
高温の拡散炉による加熱では、ウェーハＷ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は、図１０
（ａ）に示すようにウェーハＷの周縁部ではますます高
くなり、また比較的稀ではあるが、図８（ｂ）のように
比抵抗のばらつきの少ないＮ型シリコン基板１を用いた
ものでも図６（ｂ）に示すように周縁部では高くなると
いう問題があった。

【００１３】また、ランプ加熱装置によるＮ型シリコン
基板１へのＰ型領域の不純物の押し込み方法もあるが、
従来のランプ加熱装置ではウェーハＷの表面温度を任意
の温度分布に加熱調節することができなかった。

【００１４】例えば図７に示すようなランプ加熱装置の
場合、ウェーハＷのランプから離れた外周部では加熱が
不足するため、図１０（ｃ）に示すツェナ電圧の分布の
ように外周部が低くなり、ウェーハＷの面内でのツェナ
電圧Ｖｚ値は一定にならなかった。

【００１５】またさらに、ウェーハＷ全域に均一に加熱
する方法として図１１に示すように複数本のランプ４３
を配置して均一化するランプ加熱装置もあるが、図８
（ａ）に示すようなＮ型シリコン基板１でツェナダイオ
ード素子を形成すると、図１０（ａ）や図１０（ｄ）に
示すようなツェナ電圧Ｖｚの分布となってしまい、所定
の一定値を得ることは難しかった。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の製造方法は、半導体ウェーハに多数形成さ
れたＰ−Ｎ接合を有する素子のＰ−Ｎ接合の逆崩壊電圧
の分布に応じて、予め設定された逆崩壊電圧の値にすべ
く、前記ウェーハに温度分布をもたせて加熱することを
特徴とする。

【００１７】また、それに用いて好適する装置としてＮ
型シリコンウェーハの一方の面を加熱するランプと、そ
の熱線を受けて他方の面を加熱する反射鏡とを有するラ
ンプ加熱装置であって、前記ランプおよび反射鏡の双方
または片方はウェーハの温度分布を調節できる調節手段
を有することを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の製造方法によれば、半導体ウェーハ内
でのばらつきを押さえ均一化されるので、収率が増加す
るとともに調節の精度も向上する。

【００１９】また、本発明の装置によれば、Ｎ型シリコ
ン基板１が持つ比抵抗のばらつき，Ｐ−Ｎ接合部形成時
Ｐ−Ｎ接合部のばらつきから決定されるＮ型シリコンウ
ェーハ上に形成されるツェナダイオード素子のツェナ電
圧の面内ばらつきに対応させて、加熱処理後のツェナ電
圧が均一な所定値になるようにウェーハＷの温度分布を
調節して加熱できる。

【００２０】

【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。本発明は特に図５に示した既述のＮ型シリコン
基板１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ためのもので、図１は
本発明のランプ加熱装置の一実施例の概略断面図であ
る。図２に示したフローチャートに従ってＮ型シリコン
基板１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、Ｎ型シリコン基板１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近くかつそれよ
りも低くなるように、高温の拡散炉内に一定時間保持す
る（ステップ１１０）。上記拡散炉は図６に既述したも
のが用いられており、複数枚のウェーハＷ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１４に載置
した状態でヒータ１０によって約１０００℃の高温加熱
された炉芯管内に挿入して一定時間保持した後に取り出
し、それぞれのウェーハにＰ−Ｎ接合部のツェナ電圧を
測定してウェーハ内の分布を得る（ステップ１１１）。
このときのツェナ電圧の測定は、例えば図示していない
プローバによって自動的に測定され、各ウェーハＷ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、この誤差をなくすよ
うにＰ型不純物領域の不純物をＮ型シリコン基板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総熱被
爆量が割り出される。このときの加熱温度ランプの高
さ，時間，反射鏡の設置角度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って得たものが充てら
れる。加熱温度とランプ高さ保持時間，反射鏡の角度設
定等の条件によってウェーハＷの総熱被爆量が設定され
ると、この条件に基づいて例えば図１に断面図として示
すランプ加熱装置２００を用いてウェーハＷを加熱する
（ステップ１１２）。このとき使用されるランプ加熱装
置２００は、図７に示す従来のランプ加熱装置２０に反
射鏡３０を付加しただけでよいので、他の従来と同じ部
分は同一符号を付している。

【００２１】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とともに着脱自在に取り付け、基台２１にＮ型シリ
コンウェーハＷの裏面から光（熱線）を照射して、ウェ
ーハＷの温度分布を調節できる反射鏡３０と支持台２８
を設けて、ウェーハＷの収容部２２が形成されている。
収容部２２に収容されるウェーハＷの表面中央部分の上
方には、略点状の光源，例えばキャノン・アークランプ
２６が温度分布調節手段としての上下動自在な支持具２
６ａにより取り付けられている。キャノン・アークラン
プ２６はウェーハ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ウェーハＷの裏面にも照射
する。基台２１には上記ウェーハ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。

【００２２】そして、前記支持具２６ａを上下させてラ
ンプ２６の高さ位置をかえ、反射板２３による反射状態
を変化させ、反射鏡３０の角度を変えて収容部２２の支
持台２８に載置されたウェーハＷの温度分布を調節でき
るようになっている。しかも所定温度の設定，所定温度
までの昇温時間の設定，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。例えば図３に示すように１０秒程度の短時
間で１１００℃の高温に昇温し、この温度を約１０秒程
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
−温度特性が得られる。得られる時間−温度特性は再現
性を持ち、精度も良いため、ウェーハＷの温度分布や加
熱時間と経過時間の積によつて得られる総光被爆量，す
なわち図３の斜線図で示した部分の面積が容易に変更で
きる。従ってウェーハ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。このときのツェナ電圧の分布状態
をランプ２６の取り付け位置，加熱温度，時間，反射鏡
の角度等の各条件を変更に、Ｎ型シリコン基板１の比抵
抗の分布を考慮した予備実験を行って予め求めること
で、上記プローバによって測定されたツェナ電圧分布を
所定のツェナ電圧で一様にするためのランプ加熱装置２
００による処理条件が設定される。

【００２３】ランプ加熱装置２００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。すなわち、
図２フローチャートのステップ１１０の拡散炉による初
期押し込みでは、それぞれのウェーハＷの炉芯管１２内
での位置と各Ｎ型シリコンウェーハＷ表面での温度分布
が異なり、測定されるツェナ電圧Ｖｚが既述の図９およ
び図１０（ａ）（ｂ）に示すようになる。そこで、特に
図１０（ａ）に示す１枚のウェーハＷの上に凹状となる
ツェナ電圧の分布が、ウェーハＷの全面で一定した所定
のツェナ電圧Ｖｚ1 となるように、ウェーハＷ表面での
温度分布を設定し、ランプ２６の取り付け位置，反射鏡
３０の角度，加熱温度，時間等の条件を実験によって得
る。

【００２４】このようにして得られた設定条件によっ
て、ウェーハＷをランプ加熱装置でランプ加熱すると、
図４に一点鎖線で示すステップ１１０の初期押し込みに
よって得られたツェナ電圧の分布が、ウェーハＷ表面全
域で所定の一定したツェナ電圧Ｖｚ1 が得られるように
なる。

【００２５】ランプ加熱が終了すると、再び図示してい
ないウェーハＷの素子のツェナ電圧を測定する（ステッ
プ１１３）。このとき、ステップ１１５によって測定さ
れたツェナ電圧が所定のツェナ電圧Ｖｚ1 となるよう
に、上記ランプ加熱装置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Ｖｚ1
が得られ、ツェナ電圧の調節は終了しＮ型シリコンウェ
ーハＷは次の工程に送付される。

【００２６】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例
に示したが、ＩＣ内の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。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の製造方法によると、ウェーハに形成された素子のＰ−
Ｎ接合部でのツェナ電圧の分布が、ランプ加熱装置の条
件設定によって簡単に均一な所定値となるように調節で
きるので、ウェー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】

【図１】 本発明の一実施例のランプ加熱装置の断面図

【図２】 本発明の装置を用いてツェナダイオードのツ
ェナ電圧の調節を行う場合のフローチャート

【図３】 本発明における時間と加熱温度との関係を示
す温度−時間特性図

【図４】 本発明による装置によるツェナ電圧の調節例
を示すウェーハ位置とツェナ電圧特性図

【図５】 半導体ウェーハに多数形成されたツェナダイ
オードの１個分の断面図

【図６】 不純物の押し込みを行う拡散炉の断面図

【図７】 不純物の押し込みを行う従来のランプ加熱装
置の断面図

【図８】（ａ） Ｎ型シリコン基板の比抵抗の直径方向
の分布を示す特性図（ばらつきの大きい例） （ｂ） Ｎ型シリコン基板の比抵抗の直径方向の分布を
示す特性図（ばらつきの小さい例）

【図９】 拡散炉による押し込み後の場所によるツェナ
電圧のばらつきを示す特性図

【図１０】（ａ） 図８（ａ）に示すシリコン基板によ
るツェナダイオードの拡散炉による押し込み後のツェナ
電圧の直径方向の分布を示す特性図 （ｂ） 図８（ｂ）に示すシリコン基板によるツェナダ
イオードの拡散炉による押し込み後のツェナ電圧の直径
方向の分布を示す特性図 （ｃ） 図８（ａ）に示すシリコン基板によるツェナダ
イオードの図７に示す従来のランプ加熱装置による加熱
後のツェナ電圧の分布を示す特性図 （ｄ） 図８（ａ）に示すシリコン基板によるツェナダ
イオードの図７に示す従来のランプ加熱装置による加熱
後のツェナ電圧の分布を示す特性図

【図１１】 従来の均一に加熱するランプ加熱装置の断
面図

【符号の説明】

２６ ランプ ２６ａ 支持具 ３０ 反射鏡 ２００ ランプ加熱装置 Ｗ 半導体ウェーハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウェーハに多数形成されたＰＮ接合
   を有する素子のＰ−Ｎ接合の逆崩壊電圧の分布に応じ
   て、予め設定された所定の逆崩壊電圧の値にすべく前記
   ウェーハに温度分布をもたせて加熱することを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】半導体ウェーハの一方の面を加熱するラン
   プと、その熱線を受けて他方の面を加熱する反射鏡とを
   有するランプ加熱装置であって、前記ランプおよび反射
   鏡の双方または片方は半導体ウェーハの温度分布を調節
   できる調節手段を有することを特徴とするランプ加熱装
   置。