JPH08250508A - 半導体ウエハーの熱処理方法 - Google Patents

半導体ウエハーの熱処理方法

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JPH08250508A
JPH08250508A JP4990195A JP4990195A JPH08250508A JP H08250508 A JPH08250508 A JP H08250508A JP 4990195 A JP4990195 A JP 4990195A JP 4990195 A JP4990195 A JP 4990195A JP H08250508 A JPH08250508 A JP H08250508A
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JP
Japan
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heat treatment
temperature
boat
furnace
wafer
Prior art date
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Pending
Application number
JP4990195A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Niizeki
弘晃 新関
Hideyuki Takamura
英行 高村
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Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一バッチ内の特性のばらつきが少なく、し
かも短時間に行える半導体ウエハーの熱処理方法を提供
することを目的とする。 【構成】 半導体ウエハーを搭載したボートを熱処理温
度よりも低い挿入温度の炉内へ所定時間かけて挿入し、
挿入開始から終了までの間に炉内の温度を熱処理温度ま
で昇温し、次いで所定時間熱処理し、その後、炉内から
ボートを所定時間かけて引出し、引出し開始から終了ま
での間に炉内の温度を引出し温度まで降温する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、同一バッチ内の特性の
ばらつきが少なく、しかも短時間に行える半導体ウエハ
ーの熱処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、イオン注入されたウエハーやオ
ーミック電極用の金属薄膜を設けたウエハーなどには、
例えば注入イオンがドナーやアクセプタになる割合(活
性化率)を増加させる熱処理としてアニール処理、ある
いはオーミック抵抗を下げるために、高温での熱処理と
してのアロイ処理、さらには半導体ウエハーの酸化や不
純物の拡散が施されている。
【0003】従来、バッチ式の酸化・拡散炉を用いて上
記のような熱処理を行う場合には、例えば図3に示す方
法(1)が採られている。ここで、図3中の縦軸の熱処
理温度は、ウエハーが熱処理炉内で熱的影響を受ける温
度を意味する。
【0004】この方法(1)では、まず、半導体ウエハ
ーを搭載したボートを、所望の熱処理温度よりも低い低
温の炉内に挿入する(A工程)。挿入終了後、所望の熱
処理温度まで炉内温度を昇温し(B工程)、続けて熱処
理を行い(C工程)、熱処理終了後、炉温を降温し(D
工程)、その後、ボートの引出し(E工程)を行う。
【0005】しかしながら、上記の熱処理方法(1)で
は、炉の昇温・降温に時間を要するため、全体の熱処理
時間が長くなってしまう。
【0006】このため、ボートの挿入や引出しを短時間
で行って熱処理時間全体の短縮化を図ることも考えられ
る。
【0007】ところが、ボートの挿入、引出しを行う際
に、ボートに搭載された半導体ウエハーに対し該ウエハ
ー内の温度分布に起因する熱応力がかかり、これにより
ウエハーの変形またはウエハー内部で転位が発生する可
能性があるため、挿入、引出しの速度には上限(約10
分間以上)があり、上記の熱処理方法における時間の短
縮には限界があった。
【0008】そこで、熱処理時間を短縮するために、近
年、図4に示す方法(2)が主に採られている。ここ
で、図4中の縦軸の熱処理温度は、ウエハーが熱処理炉
内で熱的影響を受ける温度を意味する。
【0009】この方法(2)では、半導体ウエハーを搭
載したボートを、所望の熱処理温度の炉内に挿入し(A
工程)、熱処理を行う(C工程)。その後、ボートの引
出し(E工程)を、その熱処理温度のまま降温せずに行
う。すなわち、ボートの挿入、ウエハーの熱処理、ボー
トの引出しを一定温度で行う。この方法(2)によれ
ば、昇温・降温の各工程が省かれるため、熱処理時間の
短縮化を図ることはできる。
【0010】しかしながら、上記の従来の短時間熱処理
方法(2)では、ボートを高温の炉内に挿入しているた
め、挿入されるボート上での半導体ウエハーの搭載位置
によっては挿入にかかる時間に差を生じ、高温に晒され
ている時間が異なって、半導体ウエハーが受ける熱処理
量が異なってしまう。この点は、ボートの引出しに際し
ても同様である。このため、ボートの先端部に搭載され
たウエハーと後端部に搭載されたウエハーとでは熱履歴
の差が大きく、そのようなウエハーから製造される半導
体素子には特性上のばらつきが生じてしまう。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、同一
バッチ内の特性のばらつきが少なく、しかも短時間に行
える半導体ウエハーの熱処理方法を提供することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、半導体ウエハーを熱処理す
る方法において、前記半導体ウエハーを搭載したボート
を熱処理温度よりも低い挿入温度の熱処理炉内へ所定時
間かけて挿入し、挿入開始から終了までの間に前記熱処
理炉内の温度を前記熱処理温度まで昇温し、次いで所定
時間熱処理し、その後、前記熱処理炉内から前記ボート
を所定時間かけて引出し、引出し開始から終了までの間
に前記熱処理炉内の温度を引出し温度まで降温すること
を特徴とする。
【0013】ここで、ボートの挿入とは、半導体ウエハ
ーを搭載したボートを熱処理炉の室温のスタンバイ位置
から所望の熱処理温度で熱処理する熱処理炉の均熱ゾー
ンに入れることをいい、ボートの引出しとは、均熱ゾー
ンからスタンバイ位置に出すことをいう。
【0014】
【作用】本発明においては、ボートの挿入温度および引
出し温度を、所望の熱処理温度に比べて十分に低い温度
としたので、従来の方法(1)とほぼ同様にウエハーの
変形等の影響を少なくすることができる。つまり、本発
明においては、熱履歴にばらつきを生じさせるボートの
挿入または引出しの工程中にウエハーが受ける熱処理量
(以下、熱処理量Aという)を、従来の方法(2)に比
べて大幅に小さくすることができる。
【0015】一般に、イオン注入法により高濃度に注入
された不純物の熱処理による活性化(アニール処理)に
おいては、熱処理時間がごく短い場合を除けば、活性化
率は熱処理時間による影響よりも、熱処理温度による影
響の方がより大きい。従って、ボートの挿入、引出しと
同時に昇温、降温を行ったとしても、所望の熱処理温度
よりもある程度の低温の状態にウエハーがおかれるた
め、挿入時、引出し時にそれぞれウエハーが受ける熱処
理量Aは従来の方法(2)に比べて大幅に小さくなる。
【0016】また、本発明においては、従来の方法
(1)のように挿入・引出し時間と昇温・降温時間とが
別々ではなく、同時に挿入・昇温または引出し・降温を
行うため、熱処理全体の時間を短縮できる。
【0017】さらに、本発明においては、ボートの挿入
後で引出し開始まで、すなわち熱処理中にウエハーが受
ける熱処理量(以下、熱処理量Bという)を、炉内に温
度分布を生じさせないようにヒータ出力を制御すること
により、ボート上のウエハーの搭載位置に依存せずにウ
エハー間でばらつきをなくし均一とすることができる。
この場合、炉内温度を均一に保つことは、ヒータを多数
に分割する等の特別な装置的手段を用いなくても、通常
の3〜4分割程度のヒータを用いても十分に可能であ
る。
【0018】本発明の熱処理方法では、ボートの挿入か
ら引出しまでにウエハーが受けるトータルの熱処理量の
うち、不均一な部分つまり熱処理量Aを、熱処理温度よ
りも低くすることで、大幅に少なくすることによって均
一な部分、つまり熱処理量Bの相対的な比率を大幅に上
げることにより、トータルの熱処理量のバッチ内の均一
性を大幅に向上させることができる。
【0019】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
【0020】図1は、本発明の半導体ウエハーの熱処理
方法の一実施例における各工程と炉内処理温度との関係
を示すグラフである。ここで、図1中の縦軸の熱処理温
度は、ウエハーが熱処理炉内で熱的影響を受ける温度を
意味する。
【0021】本発明においては、まず、ボート上に所定
の間隔をおいて複数の半導体ウエハーを搭載した後、こ
のボートを酸化・拡散炉等の熱処理炉内に挿入する。こ
のボートの挿入時の炉内処理温度は、所望の熱処理温度
(例えば950℃)よりも低い温度(例えば850℃)
に設定されている。このように熱処理温度よりも低い温
度を挿入時の温度とすることにより、ウエハーの変形等
を防止することができる。
【0022】本発明では、上記ボートの挿入と同時に、
上記熱処理温度になるように昇温を開始する(I工
程)。昇温速度はウエハーに与える急激な熱的影響と熱
処理時間とを勘案して決められる。上記I工程において
ボートの挿入と同時に昇温を行うことにより、次の熱処
理工程への移行時間を短縮できる。
【0023】次に、熱処理炉内の処理温度が所望の熱処
理温度に到達した時点で、上記I工程を終了し、熱処理
工程(II工程)に移行する。このII工程により、上記ボ
ート上のウエハー中の注入イオンを活性化させたり、オ
ーミック抵抗値を低下させる等の所望の熱処理が実施さ
れる。
【0024】次に、上記II工程を所定時間実施した後、
上記ボートの引出しと同時に所定の引出し温度(例えば
850℃)になるように降温する(III 工程)。降温速
度はウエハーに与える急激な熱的影響と熱処理時間とを
勘案して決められる。上記III 工程においてボートの引
出しと同時に降温を行うことにより、熱処理時間の短縮
を図ることができる。
【0025】(実施例1)縦型熱拡散炉のボート上に、
テスト用5枚と、ダミー用58枚の総計63枚のウエハ
ーを12mmピッチで搭載し、次の表1に示す条件で不
純物活性化のためのアニール処理を行った。
【0026】
【表1】
【0027】なお、テストウエハーは、P型のSiウエ
ハーにイオン注入法により、80keVの砒素(As)
イオンを5.0×1015ケ/cm2 導入した。テストウ
エハーのボート上の搭載位置は、それぞれ上から6枚目
(以下、この位置をUとする)、19枚目(CU)、3
2枚目(C)、45枚目(CL)、58枚目(L)であ
る。アニール処理後に、テストウエハーのシート抵抗値
を測定し、その結果を図2に示す。シート抵抗の測定は
四探針法により行った。
【0028】本実施例では、ボートの挿入、引出し中に
おいてウエハーが受けるばらつきの大きい熱処理量(熱
処理量A)が、熱処理中にウエハーが受ける均一な熱処
理量(熱処理量B)よりも大幅に小さくなるので、ボー
トの先端部に搭載されたウエハーとボートの後端部に搭
載されたウエハーの熱履歴がほぼ等価とすることがで
き、ボート上の搭載位置によるシート抵抗値の変化が小
さく、ウエハー間の特性のばらつきのないアニール処理
を短時間で行うことができた。
【0029】上記実施例では、熱処理としてのアニール
処理について説明したが、アニール処理以外の熱処理、
例えば酸化、拡散、不純物のデポジションでも同様に均
一で短時間での処理が可能である。
【0030】なお、熱処理炉の昇温、降温については、
炉ヒータのシーケンス制御でプログラム可能である。
【0031】また、ボートの挿入、引出し時の昇温、降
温の時間経過の温度プロフィルは、本実施例を示す図1
に示された態様に限定されず、挿入時ではウエハーの挿
入終了までに熱処理温度に昇温する温度プロフィルも含
まれる。
【0032】(比較例1)実施例1と同一の炉を用い、
次の表2に示す条件でウエハーに対し熱処理を行い、シ
ート抵抗値を測定して、その結果を図2に示した。
【0033】
【表2】
【0034】図2の結果を基にして実施例1と同様にボ
ートの搭載位置によるシート抵抗値の変化により熱処理
方法の良否を評価した。
【0035】図2から明らかなように、実施例1に比べ
て、ボート上の搭載位置によりシート抵抗値が大幅に異
なっていることがわかる。
【0036】(比較例2)実施例1と同一の炉を用い、
次の表3に示す条件でウエハーに対し熱処理を行い、シ
ート抵抗値を測定して、その結果を図2に示した。
【0037】
【表3】
【0038】図2の結果を基にして実施例1と同様にボ
ートの搭載位置によるシート抵抗値の変化により熱処理
方法の良否を評価した。
【0039】図2から明らかなように、実施例1とほぼ
同様にボート上の搭載位置によりシート抵抗値の変化が
小さいことがわかる。しかし、この比較例2では、実施
例1に比べて処理に要する時間が長かった。
【0040】なお、上記実施例および各比較例において
用いられた拡散炉内は、全熱処理工程を通じて窒素ガス
雰囲気とし、その供給量は毎分15リットル(l)とし
た。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ボートの挿入・引出しの開始と同時に昇温・降温を開始
し、挿入・引出し終了と同時に昇温・降温を終了する熱
処理を行うことにより、ボートの挿入時、引出し時の温
度を低くできるため、挿入時、引出し時の時間差による
熱処理量のばらつきを減少させることができ、ボートの
先端部に搭載された半導体ウエハーとボートの後端部に
搭載された半導体ウエハーとの熱履歴がほぼ等価とする
ことができることから、ボート上の搭載位置による半導
体ウエハーの特性のばらつきを改善することができる。
【0042】また、本発明においては、熱処理炉の温度
を領域を分けて制御する必要はなく、炉全体の温度を昇
温・降温するため炉全体を活用できるので、大きなボー
トを使用して同時に大量処理も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体ウエハーの熱処理方法の一実施
例における各工程と炉内処理温度との関係を示すグラフ
である。
【図2】熱処理中のボート上のウエハーの搭載位置と熱
処理後の各ウエハーのシート抵抗値との関係を示すグラ
フである。
【図3】従来の熱処理方法(1)における各工程と炉内
処理温度との関係を示すグラフである。
【図4】従来の熱処理方法(2)における各工程と炉内
処理温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
I ボートの挿入・昇温工程 II 熱処理工程 III ボートの引出し・降温工程

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハーを熱処理する方法におい
    て、 前記半導体ウエハーを搭載したボートを熱処理温度より
    も低い挿入温度の熱処理炉内へ所定時間かけて挿入し、
    挿入開始から終了までの間に前記熱処理炉内の温度を前
    記熱処理温度まで昇温し、次いで所定時間熱処理し、そ
    の後、前記熱処理炉内から前記ボートを所定時間かけて
    引出し、引出し開始から終了までの間に前記熱処理炉内
    の温度を引出し温度まで降温することを特徴とする半導
    体ウエハーの熱処理方法。
JP4990195A 1995-03-09 1995-03-09 半導体ウエハーの熱処理方法 Pending JPH08250508A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010032366A1 (ja) * 2008-09-19 2010-03-25 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010032366A1 (ja) * 2008-09-19 2010-03-25 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
JP2010073988A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Shin Etsu Handotai Co Ltd 貼り合わせウェーハの製造方法

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