JPH07114188B2 - 半導体基板の熱処理方法及びそれに用いる熱処理装置 - Google Patents

半導体基板の熱処理方法及びそれに用いる熱処理装置

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JPH07114188B2
JPH07114188B2 JP63040641A JP4064188A JPH07114188B2 JP H07114188 B2 JPH07114188 B2 JP H07114188B2 JP 63040641 A JP63040641 A JP 63040641A JP 4064188 A JP4064188 A JP 4064188A JP H07114188 B2 JPH07114188 B2 JP H07114188B2
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heating
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恒男 村中
武 松尾
功 松井
康伸 河内
洋一 後藤
邦明 武
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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は半導体基板の熱処理方法及びそれに用いる熱
処理装置に関する。
(従来の技術) 半導体素子の例えば気相成長にはエピタキシャルCVD(C
hemical Vapor Deposition)装置が使用される。すなわ
ち、例えばシリコン(Si)ウェハなどの半導体基板を反
応ガスが導入される反応管内に置き、ウェハ自身を約50
0〜1300℃の範囲の温度に加熱して気相成長膜を得る。
通常、この加熱手段として、誘導加熱,ランプ加熱,抵
抗加熱などが従来一般に利用されている。
誘導加熱による気相成長装置は、周知のように反応管内
または外に配置した高周波誘導コイルに数10KHz程度の
高周波電流を流し、管内のグラファイト製サセプタを加
熱し、その上に置いたウェハを加熱する構造である。ラ
ンプ加熱による装置は、ハロゲン・ランプなどを反射鏡
のついたランプボックスに並べて反応管の外に配置し半
導体基板、あるいはサセプタを加熱する構造である。ま
た、抵抗加熱による装置は、金属ブロックに抵抗加熱用
ヒータを埋めたホット・プレートあるいは電熱炉により
加熱する構造である。
(発明が解決しようとする課題) 上述のような従来の加熱方式による熱処理方法および熱
処理装置には、なお次のような改良すべき点がある。
(a) ウェハを加熱する前に熱容量の大きいサセプタ
を加熱する必要があるため、大容量の加熱源を必要と
し、またこのサセプタの予熱および冷却に長時間を要す
る点。
(b) 発熱するサセプタの面にウェハを接するよう配
置すると、サセプタ面に接しているウェハ面と、接しな
い反対側の面とで温度差が生じ、ウェハがおわん状に反
ったり、スリップの発生がある点。
(c) 高周波誘導加熱では、誘導コイルの冷却に大量
の冷却水を要し、また装置全体の電力利用効率が低い
点。
などの欠点がある。
この発明は、半導体基板の反り、変形を抑制しつつ効率
良く加熱処理して例えば気相成長層を得る半導体基板の
熱処理方法、及びそれに使用する加熱処理装置を提供す
ることを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明は、所定間隔を以て垂直方向に配置された複数
の半導体基板をマイクロ波電磁界中に置いて直接誘電加
熱するとともに、該半導体基板間に対向配置されマイク
ロ波を吸収して発熱する炭化硅素(SiC)、窒化硅素(S
iN)、炭素(C)フエライト系材料、その他の耐熱性マ
イクロ波吸収材料からなるマイクロ波吸収発熱体から発
生する熱により前記半導体基板を加熱し所要の表面処理
をすることを特徴とする半導体基板の熱処理方法であ
る。
また、この発明は、マイクロ波発生源から導かれるマイ
クロ波が導入されるマイクロ波オーブンと、このマイク
ロ波オーブン内のマイクロ波電磁界が及ぶように複数の
被処理半導体基板を垂直方向かつ所定間隔を以て配設す
る被処理半導体基板保持用のサセプタと、前記被処理半
導体基板間に対向配設され炭化硅素(SiC)、窒化硅素
(SiN)、炭素(C)、フエライト系材料、その他の耐
熱性マイクロ波吸収材料からなるマイクロ波吸収発熱体
とを具備してなる半導体基板の熱処理装置である。
なお、使用するマイクロ波は、300MHzから300GHzの範囲
の周波数である。
(作用) この発明によれば、Siウェハのような半導体基板自身が
マイクロ波を一部吸収して内部発熱するとともに、その
近傍のマイクロ波吸収発熱体から輻射、伝導される熱に
より所定の処理温度に保持されるので、半導体基板の反
り,スリップ現象の発生が抑制され、また熱処理装置へ
の供給エネルギーの利用効率が向上する。
(実施例) 以下図面を参照してその実施例を説明する。なお同一部
分は同一符号であらわす。
まず、第1図及び第2図により装置の構成を説明する。
マイクロ波オーブン11は、内部に導入されるマイクロ波
が外部に漏洩しないように金属板で箱型に形成され、一
部にドア12が設けられている。オーブンの天井の一部に
は、導波管13を介してマグネトロン、クライストロン、
ジャイロトロンのようなマイクロ波発生源14が接続され
ている。なお、導波管の途中には、反応ガスが発生源の
方に流入するのを阻止する誘導体製の仕切り板13aが設
けられている。またこの天井の一部には、反応ガス供給
管15が接続されている。オーブン11およびドア12の内壁
には、保温用の断熱体16が装着されている。オーブンの
底壁の一部には、ガス排気管17、および中央部に外部モ
ータ18の回転軸が貫通して設けられている。オーブン内
において、回転軸に回転台19が固定され、これに石英製
のサセプタ20が載置される。サセプタ20には、炭化硅素
(SiC)のようなマイクロ波を吸収して発熱する概して
円板状の発熱体21が、複数枚、所定間隔で着脱可能に保
持されている。これら複数枚の発熱体21の間に被熱処理
半導体基板すなわちSiウェハ22が、複数枚、等間隔で載
置されるように構成されている。なお、発熱体21は被処
理ウェハ22とほぼ同様の形状にしている。
気相成長のような熱処理にあたっては、第1図に示すよ
うに配置し、オーブン内を所定のガス雰囲気に保ち、マ
イクロ波発生源を動作させてオーブン内にマイクロ波を
導入する。ウェハ22は、マイクロ波電磁界中に置かれて
いるので、直接マイクロ波の一部を吸収して温度上昇す
る。同時に、マイクロ波吸収発熱体21が発熱し高温にな
るので、その輻射熱、オーブン内雰囲気ガス等による伝
導熱によりウェハの温度が上昇する。
本発明者らが、2450±50MHzの周波数のマイクロ波を使
用して種々確認した結果によれば、Siウェハは、それ自
身のマイクロ波吸収によりおよそ450℃〜500℃程度まで
温度上昇した。しかもマイクロ波による内部発熱である
ため、全体がほぼ均等に温度上昇し、反り、変形が生じ
ない。そして、このウェハの近傍に配置された発熱体か
らの熱により、容易に1000℃〜1400℃まで加熱すること
ができた。なお、オーブンの内壁に沿って設けた断熱体
でウェハ、発熱体が包囲されていると、温度の均等化、
保温作用が得られ、また電力の利用効率が向上し、一層
好ましい結果が得られた。
こうして、所要の気相成長層等を得ることができ、これ
による半導体素子の特性も十分満足できるものであっ
た。
マイクロ波吸収発熱体は、SiCのほか、例えば窒化硅素
(SiN),炭素(C)、あるいはフェライト系材料、そ
の他の耐熱性のマイクロ波吸収材料を使用し得る。勿
論、反応ガスとの関係で不都合を生じない材料を選択す
る必要があることは当然である。
またサセプタは、石英のほか、アルミナセラミックス、
その他の耐熱性誘電材料を使用し得る。なおまた、この
サセプタをマイクロ波吸収材料で構成することもでき
る。すなわち、このサセプタ自身をSiC、炭素、あるい
は耐熱性誘電材料の表面にこのようなマイクロ波吸収発
熱材料を被覆して構成してもよい。また、上記実施例の
ように、サセプタを回転させることにより、ウェハをよ
り一層均一に加熱することができ、表面層を均質に成長
させることができる。
第3図に示す実施例のマイクロ波吸収発熱体21は、被処
理半導体基板と同様の半導体Siウェハ21aを使用し、そ
の両面に、SiCからなるマイクロ波吸収被膜21bを付着し
たものである。これを第1図に示したようにサセプタに
ほぼ等間隔で置き、それらの間に被処理半導体ウェハを
置いてマイクロ波エネルギーを供給し、所定の加熱処理
をする。SiC被膜21bは、2450MHz帯のマイクロ波の場合
でも約0.5〜1mm程度の厚さで十分である。
第4図に示す実施例は、マイクロ波オーブン11の内側
に、マイクロ波透過性の断熱材からなる断熱底壁16a
と、その上に箱状のマイクロ波透過性断熱体16を着脱自
在に被せたものである。この上蓋となる断熱体16の内面
壁に、マイクロ波吸収発熱体23を張付けてある。この発
熱体23は、SiC板、あるいは断熱体の内面にSiC粉末を適
当なバインダーとともに塗布し、焼結して被覆したもの
などを使用し得る。オーブンの底壁の一部から、マイク
ロ波を導入するように、また反応ガスを供給、排出する
ように構成している。そして被処理ウェハ22を、箱状断
熱体16の内部のサセプタ20に保持して加熱処理する。な
お、オーブンの天井部および底部には、電磁波撹拌用の
スタラファン24が設けられ、均一加熱性を高めるように
している。
この装置を使用して半導体ウェハを加熱処理すれば、オ
ーブン内のマイクロ波の一部は発熱体23に吸収されて箱
状断熱体内を高温に加熱し、また一部は主として断熱底
壁16a側からウェハ22に直接到達してこれを加熱する。
こうして、ウェハは、マイクロ波により直接および間接
加熱され、所要の表面処理がされる。
第5図に示す実施例は、マイクロ波オーブン11内に、石
英製の有蓋円筒状の反応管25が配置され、その内部にサ
セプタ20に保持された被処理ウェハ22が入れられてい
る。そこで、反応管25の内周壁に、円筒状のマイクロ波
吸収発熱体23が張付けられている。また反応管25の外周
壁は、マイクロ波透過性の断熱体16により覆われてい
る。なお、反応管の両側からマイクロ波が直接内部に到
達できるようになっている。
このような装置により、前述の実施例と同様に、被処理
半導体ウェハは、マイクロ波により直接加熱され、また
吸収発熱体の発熱による間接加熱を受け、所要の加熱処
理がなされる。
第6図に示す実施例は、第5図に示した装置と基本的に
同様の構成であるが、マイクロ波吸収発熱体23を反応管
25の外周に配置し、さらにその外周に断熱体16を被せた
構成のものである。
この装置を使用すれば、発熱体で発生した熱は反応管壁
を通して内部に輻射、伝導されるので若干熱効率が低下
するが、発熱体の配置による反応管内部の清浄度の低下
等をまったく考慮する必要がない点で、ふさわしい加熱
処理用途に適する。
なお、以上述べた実施例は、被処理半導体ウェハをマイ
クロ波吸収発熱体で完全には包囲しない構成として、マ
イクロ波の一部が発熱体がない領域からウェハに直接到
達できるように構成したものについて述べたが、それに
限定する必要はない。すなわち、本発明者らの確認によ
れば、マイクロ波吸収発熱体をマイクロ波波長に比べて
数10分の1以下というように十分薄く構成すれば、マイ
クロ波エネルギーはこの吸収発熱体に一部が吸収される
とともに一部は内部に透過し、ウェハにも直接吸収され
る。したがって、比較的薄いマイクロ波吸収発熱体で被
処理ウェハを完全に包囲する装置構成とし、加熱処理し
てもよい。
なおまた、マイクロ波オーブンは、コンベア式の連続処
理可能な構成としてもよく、また他の熱源とマイクロ波
加熱とを組合わせた構成としてもよい。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、次のような効果
が得られる。
すなわちこの発明の半導体基板の加熱処理方法によれ
ば、半導体基板自身がマイクロ波を一部吸収して内部発
熱するとともに、その近傍のマイクロ波吸収発熱体から
輻射、伝導される熱により所定の処理温度に保持される
ので、半導体基板の反りやスリップ現象の発生が抑制さ
れる。
またこの発明の加熱処理装置によれば、供給マイクロ波
エネルギーが、半導体基板および吸収発熱体に直接吸収
されるので、この熱処理装置への供給エネルギーの利用
効率が高い。また、マイクロ波吸収発熱体として比較的
熱容量の小さいものを使用することが可能であり、した
がって被処理半導体基板の載置領域の温度上昇、下降を
比較的短時間で行なうことができる。それにより、処理
能率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の装置を示す要部概略縦断
面図、第2図はその一部を拡大して示す斜視図、第3図
は発熱体の他の実施例を示す斜視図、第4図乃至第6図
は各々この発明の他の実施例を示す概略縦断面図であ
る。 11……マイクロ波オーブン、 14……マイクロ波発生源、 20……サセプタ、 21、23……マイクロ波吸収発熱体、 22……被処理半導体基板、 16、16a……断熱体。
フロントページの続き (72)発明者 村中 恒男 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 松尾 武 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝総合研究所内 (72)発明者 松井 功 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝総合研究所内 (72)発明者 河内 康伸 静岡県沼津市大岡2068―3 東芝機械株式 会社沼津事業所内 (72)発明者 後藤 洋一 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 東芝電 子デバイスエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 武 邦明 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 東芝電 子デバイスエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−91429(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定間隔を以て垂直方向に配置された複数
    の半導体基板をマイクロ波電磁界中に置いて直接誘電加
    熱するとともに、該半導体基板間に対向配置されマイク
    ロ波を吸収して発熱する炭化硅素、窒化硅素、炭素フエ
    ライト系材料、その他の耐熱性マイクロ波吸収材料から
    なるマイクロ波吸収発熱体から発生する熱により前記半
    導体基板を加熱し所要の表面処理をすることを特徴とす
    る半導体基板の熱処理方法。
  2. 【請求項2】マイクロ波発生源から導かれるマイクロ波
    が導入されるマイクロ波オーブンと、このマイクロ波オ
    ーブン内のマイクロ波電磁界が及ぶように複数の被処理
    半導体基板を垂直方向かつ所定間隔を以て配設する被処
    理半導体基板保持用のサセプタと、前記被処理半導体基
    板間に対向配設され炭化硅素、窒化硅素、炭素、フエラ
    イト系材料、その他の耐熱性マイクロ波吸収材料からな
    るマイクロ波吸収発熱体とを具備してなる半導体基板の
    熱処理装置。
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