JPH0834191B2 - 半導体ウエフア中へド−パントを高温ドライブイン拡散する方法 - Google Patents
半導体ウエフア中へド−パントを高温ドライブイン拡散する方法Info
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- JPH0834191B2 JPH0834191B2 JP59176868A JP17686884A JPH0834191B2 JP H0834191 B2 JPH0834191 B2 JP H0834191B2 JP 59176868 A JP59176868 A JP 59176868A JP 17686884 A JP17686884 A JP 17686884A JP H0834191 B2 JPH0834191 B2 JP H0834191B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
- C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
- C30B31/12—Heating of the reaction chamber
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は，半導体ウェファの処理方法に関する。さら
に詳細には，半導体ウェファ内へのドーパント不純物の
高温ドライブイン拡散を正確に制御して行なうための方
法に関する。
に詳細には，半導体ウェファ内へのドーパント不純物の
高温ドライブイン拡散を正確に制御して行なうための方
法に関する。
拡散技術は，半導体ウェファ内に不純物ドープ領域を
形成するための周知技術である。従来技術においては，
ウェファのバッチが拡散炉内に位置されて，ガス状の不
純物種に晒されていた。そしてその不純物は，ウェファ
表面上又はその付近に堆積する。次にウェファは，通常
は他の拡散炉内で，ドライブイン拡散が行なわれる。炉
内には900℃〜1050℃の温度の不活性ガスが流れ，それ
により不純物原子は酸化層で保護されていないウェファ
の選択的領域にのみ拡散される。拡散深度は，不純物密
度，炉内の温度・時間に依存する。上記温度範囲の場合
には，拡散時間は代表的には30分程度である。
形成するための周知技術である。従来技術においては，
ウェファのバッチが拡散炉内に位置されて，ガス状の不
純物種に晒されていた。そしてその不純物は，ウェファ
表面上又はその付近に堆積する。次にウェファは，通常
は他の拡散炉内で，ドライブイン拡散が行なわれる。炉
内には900℃〜1050℃の温度の不活性ガスが流れ，それ
により不純物原子は酸化層で保護されていないウェファ
の選択的領域にのみ拡散される。拡散深度は，不純物密
度，炉内の温度・時間に依存する。上記温度範囲の場合
には，拡散時間は代表的には30分程度である。
拡散炉に伴う長年の問題は，ウェファ表面上における
不純物の一様性が悪いこと，及び不純物ドーズ量の制御
がまずいことであった。集積回路デバイスがより小型化
・密集化するにつれて，これらの問題によって拡散炉の
有用性に限界が生じてきた。
不純物の一様性が悪いこと，及び不純物ドーズ量の制御
がまずいことであった。集積回路デバイスがより小型化
・密集化するにつれて，これらの問題によって拡散炉の
有用性に限界が生じてきた。
半導体ウェファ中にイオンを注入する技術は，上記問
題を軽減する１つのドーピング技術である。そしてドー
ピングの一様性及びドーズ量をともに正確に測定して制
御することができる。しかしながら，イオン注入はエネ
ルギーの点からして，不純物ドーパントが堆積できる深
度に限界がある。この問題に取組むために，予備堆積イ
オン注入をしてそれに続いてドライブイン拡散を行なう
技術が開発された。先ず適当なエネルギーでイオンをウ
ェファ表面付近の領域へと注入し，その後ウェファを拡
散炉内で処理して，不純物をより深いところへドライブ
し，かつ注入による照射損傷をアニールするという技術
である。この技術によれば，ドーズ量及び一様性のすぐ
れた制御が可能となる。
題を軽減する１つのドーピング技術である。そしてドー
ピングの一様性及びドーズ量をともに正確に測定して制
御することができる。しかしながら，イオン注入はエネ
ルギーの点からして，不純物ドーパントが堆積できる深
度に限界がある。この問題に取組むために，予備堆積イ
オン注入をしてそれに続いてドライブイン拡散を行なう
技術が開発された。先ず適当なエネルギーでイオンをウ
ェファ表面付近の領域へと注入し，その後ウェファを拡
散炉内で処理して，不純物をより深いところへドライブ
し，かつ注入による照射損傷をアニールするという技術
である。この技術によれば，ドーズ量及び一様性のすぐ
れた制御が可能となる。
イオン注入にしろ蒸着にしろこれらの処理の後に行な
われるドライブイン拡散の１つの欠点は，多くの処理時
間を要することである。代表的には拡散処理に30分以上
の時間を要し，さらにウェファを炉の内外へ移送するた
めの追加的時間を要する。商業的半導体処理工程におい
て，処理時間のどんな減少でもきわめて利益あることで
ある。半導体材料中への不純物の拡散速度は温度ととも
に増大すること，さらに詳細には拡散定数は温度の指数
関数であることが知られている。しかしながら，処理時
間を減少させるために動作温度を上げることは，拡散炉
の性質からして不可能であった。拡散炉は，大きな熱容
量を有し，動作温度に維持されている。熱応力によるウ
ェファの割れ及び損傷を避けるために，ウェファの炉内
外への移動はゆるやかになされる。そのため，ウェファ
が高温に晒される時間に変動が生ずる。高温における処
理時間の差は，不純物の拡散の差又は誤差をもたらす。
処理時間は減少されても時間誤差の原因はそのままなの
で，拡散炉の動作温度の増大によって，不純物拡散の誤
差が許容できないレベルにまで達する。
われるドライブイン拡散の１つの欠点は，多くの処理時
間を要することである。代表的には拡散処理に30分以上
の時間を要し，さらにウェファを炉の内外へ移送するた
めの追加的時間を要する。商業的半導体処理工程におい
て，処理時間のどんな減少でもきわめて利益あることで
ある。半導体材料中への不純物の拡散速度は温度ととも
に増大すること，さらに詳細には拡散定数は温度の指数
関数であることが知られている。しかしながら，処理時
間を減少させるために動作温度を上げることは，拡散炉
の性質からして不可能であった。拡散炉は，大きな熱容
量を有し，動作温度に維持されている。熱応力によるウ
ェファの割れ及び損傷を避けるために，ウェファの炉内
外への移動はゆるやかになされる。そのため，ウェファ
が高温に晒される時間に変動が生ずる。高温における処
理時間の差は，不純物の拡散の差又は誤差をもたらす。
処理時間は減少されても時間誤差の原因はそのままなの
で，拡散炉の動作温度の増大によって，不純物拡散の誤
差が許容できないレベルにまで達する。
本発明の一目的は，高温ドライブイン拡散方法を提供
することである。
することである。
他の目的は，ドライブイン拡散の速度が増大する処理
方法を提供することである。
方法を提供することである。
他の目的は，高温ドライブイン拡散を正確に制御して
行なうための処理方法を提供することである。
行なうための処理方法を提供することである。
他の目的は，半導体ウェファが平坦輻射源に晒される
ところのドライブイン拡散方法を提供することである。
ところのドライブイン拡散方法を提供することである。
本発明に従って，上記及びそれ以外の目的及び利点が
達成される。それは，半導体ウェファの表面上又はその
付近に堆積されたドーパントを高温ドライブイン拡散す
ることによって，達成される。
達成される。それは，半導体ウェファの表面上又はその
付近に堆積されたドーパントを高温ドライブイン拡散す
ることによって，達成される。
本発明の方法は，比較的一様な平坦エネルギー束特性
を有する輻射源を設ける工程；並びに 前記輻射源からウェファ及びドーパントへと強力輻射
ビームを方向づける工程；から成る。ウェファへと方向
づけられた該ビームは，選択した時間内にウェファ及び
ドーパントの温度を1000℃〜1350℃の間へと上昇させ
て，所定量のドーパント拡散をもたらすのに十分な電力
レベルにされている。
を有する輻射源を設ける工程；並びに 前記輻射源からウェファ及びドーパントへと強力輻射
ビームを方向づける工程；から成る。ウェファへと方向
づけられた該ビームは，選択した時間内にウェファ及び
ドーパントの温度を1000℃〜1350℃の間へと上昇させ
て，所定量のドーパント拡散をもたらすのに十分な電力
レベルにされている。
本発明の方法が利用する輻射源は，半導体ウェファを
1000℃〜1350℃の範囲の温度，特に好適には制御された
時間の間1100℃〜1350℃の範囲の温度にほぼ一様に加熱
することができる。この範囲の温度を利用することによ
って，拡散のパラメターに依存して数秒〜数分程度の時
間の間，ドライブイン拡散を実施することができる。好
適な温度範囲は適度に急速な処理をもたらし，かつシリ
コンウェファを融点以下に保つ。従来の拡散炉では，等
価なドライブイン拡散を達成するためには30分以上の時
間を必要とする。本発明の方法は，処理時間の大幅な軽
減をもたらす。輻射源は代表的には平坦黒体源であり，
ウェファは輻射源に平行に位置される。本発明の重要な
特徴は，予測可能な制御された拡散をもたらすために処
理の時間・温度制御することである。
1000℃〜1350℃の範囲の温度，特に好適には制御された
時間の間1100℃〜1350℃の範囲の温度にほぼ一様に加熱
することができる。この範囲の温度を利用することによ
って，拡散のパラメターに依存して数秒〜数分程度の時
間の間，ドライブイン拡散を実施することができる。好
適な温度範囲は適度に急速な処理をもたらし，かつシリ
コンウェファを融点以下に保つ。従来の拡散炉では，等
価なドライブイン拡散を達成するためには30分以上の時
間を必要とする。本発明の方法は，処理時間の大幅な軽
減をもたらす。輻射源は代表的には平坦黒体源であり，
ウェファは輻射源に平行に位置される。本発明の重要な
特徴は，予測可能な制御された拡散をもたらすために処
理の時間・温度制御することである。
本発明の方法を実施するために適した熱処理装置を第
１図及び第２図に示す。処理装置は，半導体ウェファを
受取り，熱処理し，かつ除去するように構成されてい
る。処理装置10を第１図に簡略した形式で示す。この装
置は，バリアン・アソシエイツ・インコーポレイテッド
社のExtrion Divisionから製造販売しているIA−200Rap
id Thermal Processorを表わしたものである。本装置
は，米国特許第3,901,183号に開示された重力によるウ
ェファ・ハンドラー「WayFlow」を利用する。ウェファ
・ハンドラー「WayFlow」によれば，ウェファはカセッ
トホルダー18内に位置されたカセットから入口ロック16
を通って真空チェンバ24,20へと挿入される（米国特許
第3,954,191号参照）。プラテン21が軸線34のまわりに
回転してロック16に整合する。ウェファが重力によって
プラテン21へと滑って送り込まれる。その後にプラテン
21が軸線34のまわりに回転して，黒体源35に対面する処
理位置に移る。
１図及び第２図に示す。処理装置は，半導体ウェファを
受取り，熱処理し，かつ除去するように構成されてい
る。処理装置10を第１図に簡略した形式で示す。この装
置は，バリアン・アソシエイツ・インコーポレイテッド
社のExtrion Divisionから製造販売しているIA−200Rap
id Thermal Processorを表わしたものである。本装置
は，米国特許第3,901,183号に開示された重力によるウ
ェファ・ハンドラー「WayFlow」を利用する。ウェファ
・ハンドラー「WayFlow」によれば，ウェファはカセッ
トホルダー18内に位置されたカセットから入口ロック16
を通って真空チェンバ24,20へと挿入される（米国特許
第3,954,191号参照）。プラテン21が軸線34のまわりに
回転してロック16に整合する。ウェファが重力によって
プラテン21へと滑って送り込まれる。その後にプラテン
21が軸線34のまわりに回転して，黒体源35に対面する処
理位置に移る。
好適な黒体源35は，グラファイトなどの抵抗性材料で
あり，ストリップの蛇行パターンを有する平坦形状に切
断され，制御可能な電力源（図示せず）によって付勢さ
れる。黒体源35は，幅広い帯域の輻射を生じ，赤外領域
にピークを有し，可視スペクトル領域内に実質的成分を
有する。変形的には，一様な平坦エネルギー束特性を有
するランプ源も利用できる。プラテン21がウェファを定
位置に設定するまで，黒体源35をシャッタープレート23
によって遮断することができる。変形的には，ウェファ
が適所に位置するまで，黒体源35を低電力レベルでアイ
ドル運転することもできる。ウェファ37と黒体源35（第
２図）との距離は，約1/4インチから実施可能距離まで
変化させることができる。実際の距離は，一様性の要求
及びシャッター23の分のスペースによって決定される。
一様性のためには，黒体源35とウェファ37とはほぼ平行
に整列して位置される。さらに黒体源35の実効面積は少
なくともウェファ37と同程度の大きさであることが好ま
しい。黒体源からウェファへの視界ファクター（Viewin
g factor）は，できるだけ高く一様であることが必要で
ある。黒体源35の温度は，本発明に従ってドライブイン
拡散を達成するために，代表的には1100℃〜1450℃の間
である。処理時間は，代表的には８〜60秒の間で変化す
る。ウェファの加熱は輻射加熱であり，ウェファ37は黒
体源35の温度付近に平衡するまで温度上昇する。
あり，ストリップの蛇行パターンを有する平坦形状に切
断され，制御可能な電力源（図示せず）によって付勢さ
れる。黒体源35は，幅広い帯域の輻射を生じ，赤外領域
にピークを有し，可視スペクトル領域内に実質的成分を
有する。変形的には，一様な平坦エネルギー束特性を有
するランプ源も利用できる。プラテン21がウェファを定
位置に設定するまで，黒体源35をシャッタープレート23
によって遮断することができる。変形的には，ウェファ
が適所に位置するまで，黒体源35を低電力レベルでアイ
ドル運転することもできる。ウェファ37と黒体源35（第
２図）との距離は，約1/4インチから実施可能距離まで
変化させることができる。実際の距離は，一様性の要求
及びシャッター23の分のスペースによって決定される。
一様性のためには，黒体源35とウェファ37とはほぼ平行
に整列して位置される。さらに黒体源35の実効面積は少
なくともウェファ37と同程度の大きさであることが好ま
しい。黒体源からウェファへの視界ファクター（Viewin
g factor）は，できるだけ高く一様であることが必要で
ある。黒体源35の温度は，本発明に従ってドライブイン
拡散を達成するために，代表的には1100℃〜1450℃の間
である。処理時間は，代表的には８〜60秒の間で変化す
る。ウェファの加熱は輻射加熱であり，ウェファ37は黒
体源35の温度付近に平衡するまで温度上昇する。
一様加熱を促進するためには，対流よりも輻射による
加熱の方が好ましい。従来の炉の処理の場合には，加熱
は主としてガス環境の対流によるものであった。そうい
う加熱は，熱により誘起されたガス流によって一様とな
らない。本発明の方法においては，少なくとも黒体源と
ウェファとの間の圧力に関して制御が維持される。この
領域の圧力は,10-7Torr〜大気圧の範囲に制御される。
好適には，処理中の圧力は10-6Torr〜５×10-5Torrの範
囲内にある。処理中に上記圧力範囲の不活性ガスを利用
することは可能である。第１図に示すように，拡散ポン
プ32に直列して機械的荒引きポンプ33を使用して，管30
及びバッフル31を通してチェンバ24を排気してそこの圧
力を制御する。
加熱の方が好ましい。従来の炉の処理の場合には，加熱
は主としてガス環境の対流によるものであった。そうい
う加熱は，熱により誘起されたガス流によって一様とな
らない。本発明の方法においては，少なくとも黒体源と
ウェファとの間の圧力に関して制御が維持される。この
領域の圧力は,10-7Torr〜大気圧の範囲に制御される。
好適には，処理中の圧力は10-6Torr〜５×10-5Torrの範
囲内にある。処理中に上記圧力範囲の不活性ガスを利用
することは可能である。第１図に示すように，拡散ポン
プ32に直列して機械的荒引きポンプ33を使用して，管30
及びバッフル31を通してチェンバ24を排気してそこの圧
力を制御する。
ドライブイン拡散が終了した後に，黒体源35はシャッ
タープレート23により遮断され，或いはアイドル運転又
は停止される。プラテン21は下方へ回転して出口ロック
17に整合し，ウェファが出口ロック17を通って取出さ
れ，カセットホルダー19内のカセットに収納される。ウ
ェファがシリコンの場合には，チェンバ24から取出す前
に700℃以下に冷却することが望ましい。この冷却は，
プラテン21を実際に冷却すること，又はプラテン21を回
転してウェファ37が黒体シンクとしてのチェンバ24の壁
を輻射することによって達成できる。
タープレート23により遮断され，或いはアイドル運転又
は停止される。プラテン21は下方へ回転して出口ロック
17に整合し，ウェファが出口ロック17を通って取出さ
れ，カセットホルダー19内のカセットに収納される。ウ
ェファがシリコンの場合には，チェンバ24から取出す前
に700℃以下に冷却することが望ましい。この冷却は，
プラテン21を実際に冷却すること，又はプラテン21を回
転してウェファ37が黒体シンクとしてのチェンバ24の壁
を輻射することによって達成できる。
第２図に示すように，プラテン21は金属ブロック39を
有し，ブロック39の背面には巻かれた冷却チューブ40が
固着されている。冷却チューブ40はチルドウォーター，
又は他の冷却剤を含有し，フィードスロー（feedthroug
h）（図示せず）によってチェンバ外部の冷却源に連通
している。プラテン21の前面側には，一様加熱を促進す
るために，耐熱金属でできた周回ストリップ42が設けら
れている。ウェファの中心部と端部との間の温度分布を
一様にするために，このストリップ42を加熱することが
できる。平坦シールド44,45が，熱源35と真空チェンバ2
4の壁面との間に位置される。これらのシールドは，公
式1/（ｎ＋１）に従って熱損失を減少させる。ここに,n
は連続的シールドの枚数であり，各シールド間は真空分
離されている。
有し，ブロック39の背面には巻かれた冷却チューブ40が
固着されている。冷却チューブ40はチルドウォーター，
又は他の冷却剤を含有し，フィードスロー（feedthroug
h）（図示せず）によってチェンバ外部の冷却源に連通
している。プラテン21の前面側には，一様加熱を促進す
るために，耐熱金属でできた周回ストリップ42が設けら
れている。ウェファの中心部と端部との間の温度分布を
一様にするために，このストリップ42を加熱することが
できる。平坦シールド44,45が，熱源35と真空チェンバ2
4の壁面との間に位置される。これらのシールドは，公
式1/（ｎ＋１）に従って熱損失を減少させる。ここに,n
は連続的シールドの枚数であり，各シールド間は真空分
離されている。
一般的に，基板内で或る方向に拡散するドーパントの
距離Δｘは，近似的に次式で与えられる。
距離Δｘは，近似的に次式で与えられる。
Δｘ〔2Dt〕1/2 ここに,t＝処理時間 Ｄ＝D0exp〔−EA/kT〕 D0＝無限温度での拡散係数 EA＝活性化エネルギー ｋ＝ボルツマン定数 Ｔ＝処理温度，である。
拡散距離Δｘは，ドーパント濃度によっても変化す
る。拡散係数Ｄの温度依存は，指数関数であるので，温
度のわずかな変化によって，同じ拡散距離を得るために
は処理時間の大幅な減少が要求される。例えば,1000℃
から1200℃への処理温度Ｔの増加によって，拡散係数Ｄ
は100から200へと増大し，処理時間ｔもこれに対応して
減少を要求される。かくして，炉内で30分間を要する拡
散も，本発明によれば１分間以内に達成することが可能
となる。
る。拡散係数Ｄの温度依存は，指数関数であるので，温
度のわずかな変化によって，同じ拡散距離を得るために
は処理時間の大幅な減少が要求される。例えば,1000℃
から1200℃への処理温度Ｔの増加によって，拡散係数Ｄ
は100から200へと増大し，処理時間ｔもこれに対応して
減少を要求される。かくして，炉内で30分間を要する拡
散も，本発明によれば１分間以内に達成することが可能
となる。
上述のような上昇温度・減少時間の下でドライブイン
拡散を実行するために，いくつかの必要条件がある。第
１に，処理装置はウェファの温度を急速に上昇させなけ
ればならない。第２に，拡散処理終了後にウェファを急
速に冷却しなければならない。第３に，一様拡散を保証
し，かつウェファ上の熱応力を避けるために，ウェファ
の表面を一様に加熱しなければならない。第４に，従来
技術の場合よりも拡散が高速で生じるので，処理時間及
び処理温度を正確に制御しなければならない。第５に，
処理時間が非常に短いので，過渡温度効果を考慮しなけ
ればならない。
拡散を実行するために，いくつかの必要条件がある。第
１に，処理装置はウェファの温度を急速に上昇させなけ
ればならない。第２に，拡散処理終了後にウェファを急
速に冷却しなければならない。第３に，一様拡散を保証
し，かつウェファ上の熱応力を避けるために，ウェファ
の表面を一様に加熱しなければならない。第４に，従来
技術の場合よりも拡散が高速で生じるので，処理時間及
び処理温度を正確に制御しなければならない。第５に，
処理時間が非常に短いので，過渡温度効果を考慮しなけ
ればならない。
第１図及び第２図に示す上記の熱処理装置は，シャッ
タープレート23がもち上げられてから数秒後にウェファ
の温度を輻射源35とほぼ同温になるまで加熱する。同様
に，シャッタープレート23が降下されプラテン21及びウ
ェファが回転して輻射源35から離れた後の数秒後にウェ
ファを700℃範囲へと冷却する。700℃においては，拡散
速度は無視できる程十分に小さい。輻射源35が平坦形状
であり大面積であること，及びウェファが輻射源35に近
接して位置していることによって，ウェファが一様に加
熱される。加熱は主として一様黒体による輻射加熱に依
存していることによって，より一様のウェファ加熱が保
証される。輻射源35へ印加される電力レベルの手段，及
びその電力制御のために利用する源温度測定によって，
ウェファ温度が制御される。処理時間は，シャッタープ
レート23の位置で制御できる。
タープレート23がもち上げられてから数秒後にウェファ
の温度を輻射源35とほぼ同温になるまで加熱する。同様
に，シャッタープレート23が降下されプラテン21及びウ
ェファが回転して輻射源35から離れた後の数秒後にウェ
ファを700℃範囲へと冷却する。700℃においては，拡散
速度は無視できる程十分に小さい。輻射源35が平坦形状
であり大面積であること，及びウェファが輻射源35に近
接して位置していることによって，ウェファが一様に加
熱される。加熱は主として一様黒体による輻射加熱に依
存していることによって，より一様のウェファ加熱が保
証される。輻射源35へ印加される電力レベルの手段，及
びその電力制御のために利用する源温度測定によって，
ウェファ温度が制御される。処理時間は，シャッタープ
レート23の位置で制御できる。
シャッタープレート23が源35とウェファとの間の位置
から持ち上げられると，ウェファ温度は，第３図に示す
ように源温度まで急速に上昇する。シャッターが降下さ
れた後に，ウェファは急速に冷却される。ウェファ過渡
温度の時間が全処理時間のうち有意義な程度である場合
には，その効果を考慮に入れるべきである。第３図を参
照すれば，シャッターは15秒間だけ開いている。この間
にウェファ温度が上昇する。処理装置の形状から，特定
のウェファ及びドーパントの型の場合の効果時間teffを
計算することができ，或いは実験的に決定することもで
きる。teffの値は，最高速の加熱及び冷却サイクルの場
合にウェファがピーク温度TWに達する最小に対応する。
他の時間−温度サイクルの場合には，もっと長い時間と
なる。輻射源の熱電対温度TTを種々の温度に設定したと
きのteffの計算値を，ピークウェファ温度TWの関数とし
て，第４図にプロットした。実際には輻射源温度の真の
値は，熱電対の読みTTよりも大体100℃だけ高い。第４
図には，輻射源に無限時間晒したとした場合のウェファ
の到達最終温度Ｔ∞をも示してある。効果時間teffは，
非理想処理装置と同一の拡散効果をもたらすような理想
化したステップ関数加熱サイクルを表わしている。ピー
クウェファ温度TWは，赤外検出器で測定する。
から持ち上げられると，ウェファ温度は，第３図に示す
ように源温度まで急速に上昇する。シャッターが降下さ
れた後に，ウェファは急速に冷却される。ウェファ過渡
温度の時間が全処理時間のうち有意義な程度である場合
には，その効果を考慮に入れるべきである。第３図を参
照すれば，シャッターは15秒間だけ開いている。この間
にウェファ温度が上昇する。処理装置の形状から，特定
のウェファ及びドーパントの型の場合の効果時間teffを
計算することができ，或いは実験的に決定することもで
きる。teffの値は，最高速の加熱及び冷却サイクルの場
合にウェファがピーク温度TWに達する最小に対応する。
他の時間−温度サイクルの場合には，もっと長い時間と
なる。輻射源の熱電対温度TTを種々の温度に設定したと
きのteffの計算値を，ピークウェファ温度TWの関数とし
て，第４図にプロットした。実際には輻射源温度の真の
値は，熱電対の読みTTよりも大体100℃だけ高い。第４
図には，輻射源に無限時間晒したとした場合のウェファ
の到達最終温度Ｔ∞をも示してある。効果時間teffは，
非理想処理装置と同一の拡散効果をもたらすような理想
化したステップ関数加熱サイクルを表わしている。ピー
クウェファ温度TWは，赤外検出器で測定する。
動作にあたり，特定の輻射源熱電対温度TTを設定し
て，ピークウェファ温度TWを観測する。次にteffの値を
第４図のグラフから読取って得ることができる。そして
拡散を次のように計算する。
て，ピークウェファ温度TWを観測する。次にteffの値を
第４図のグラフから読取って得ることができる。そして
拡散を次のように計算する。
Dt＝D0exp〔−EA/kTW〕×teff Δｘ＝〔2Dt〕1/2 濃度に依存する効果によって，Δｘの値は，上記の純
粋な計算値より大きくなる。特に急速処理の場合にそう
である。
粋な計算値より大きくなる。特に急速処理の場合にそう
である。
＜111＞シリコンウェファのバッチが,100keV,1×1016/c
m2において75AS +で注入された。バッチからのウェファ
が第１図及び第２図に示した装置において本発明に従っ
て処理された。その時のTTは約1350℃,TWは約1300℃，
かつ処理時間は約10秒間であった。これらのパラメター
の場合には，不純物再分布はΔｘ0.13マイクロメート
ルであった。比較のため，バッチからのウェファが炉内
で900℃,60分間処理された。不純物再分布はΔｘ0.03
マイクロメートルであった。
m2において75AS +で注入された。バッチからのウェファ
が第１図及び第２図に示した装置において本発明に従っ
て処理された。その時のTTは約1350℃,TWは約1300℃，
かつ処理時間は約10秒間であった。これらのパラメター
の場合には，不純物再分布はΔｘ0.13マイクロメート
ルであった。比較のため，バッチからのウェファが炉内
で900℃,60分間処理された。不純物再分布はΔｘ0.03
マイクロメートルであった。
これまで特定の実施例によってのみ本発明を説明して
きたけれども，本開示に鑑みて本発明に基づく無数の変
化がなされ得ることは，当業者にとって明白であろう。
そういう変化は，本発明の範囲内に包含される。故に本
発明は広く解釈されるべきであり，その権利範囲及び真
意は特許請求の範囲によって限定する。
きたけれども，本開示に鑑みて本発明に基づく無数の変
化がなされ得ることは，当業者にとって明白であろう。
そういう変化は，本発明の範囲内に包含される。故に本
発明は広く解釈されるべきであり，その権利範囲及び真
意は特許請求の範囲によって限定する。
第１図は，本発明の方法を実施するために利用する或る
型の熱処理装置の側面図である。 第２図は，第１図の処理装置内の半導体ウェファ保持用
プラテンの一部切欠断面図である。 第３図は，第１図の処理装置における，時間の関数とし
てのウェファ温度を表わしたグラフである。 第４図は，第１図の処理装置のための，ピークウェファ
温度の関数としてのteffを表わしたグラフである。 〔主要符号の説明〕 10……処理装置、16……入口ロック 17……出口ロック、18,19……カセットホルダー 21……プラテン、23……シャッタープレート 24……チェンバ、30……管 31……バッフル、32……拡散ポンプ 33……荒引きポンプ、34……軸線 35……黒体源、37……ウェファ 39……金属ブロック、42……周回ストリップ 44,45……平坦シールド
型の熱処理装置の側面図である。 第２図は，第１図の処理装置内の半導体ウェファ保持用
プラテンの一部切欠断面図である。 第３図は，第１図の処理装置における，時間の関数とし
てのウェファ温度を表わしたグラフである。 第４図は，第１図の処理装置のための，ピークウェファ
温度の関数としてのteffを表わしたグラフである。 〔主要符号の説明〕 10……処理装置、16……入口ロック 17……出口ロック、18,19……カセットホルダー 21……プラテン、23……シャッタープレート 24……チェンバ、30……管 31……バッフル、32……拡散ポンプ 33……荒引きポンプ、34……軸線 35……黒体源、37……ウェファ 39……金属ブロック、42……周回ストリップ 44,45……平坦シールド
Claims (9)
- 【請求項１】半導体ウェファの表面及びその付近に堆積
されたドーパントを高温ドライブイン拡散するための方
法であって： 一様な平坦エネルギー束特性を有する輻射源をもたらす
段階と， 所定量のドーパント拡散を与えるべく，計算されまたは
実験的に決定された１分以下の効果時間の間，前記ウェ
ファの厚みを介して該ウェファ及び前記ドーパントを10
00℃〜1350℃の温度に一様に加熱するのに十分な電力レ
ベルの輻射の強力ビームを，前記輻射源から前記ウェフ
ァ及び前記ドーパントに方向づける段階と， 前記ウェファ上に前記強力ビームが輻射される間，実質
的に前記加熱は前記輻射ビームにより与えられるよう
に，ウェファを真空に保つ段階と， から成る方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載した方法であ
って： 前記輻射源が平坦黒体源であるところの方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載した方法であ
って： 前記輻射源が平坦グラファイト加熱器であるところの方
法。 - 【請求項４】特許請求の範囲第２項に記載した方法であ
って：さらに 前記平坦黒体源から離れて整列し，それに平行に前記ウ
ェファを位置付ける段階と， を含むところの方法。 - 【請求項５】特許請求の範囲第４項に記載した方法であ
って：さらに 前記ウェファの主として輻射による加熱をもたらすため
に，前記輻射源と前記ウェファとの間の領域の圧力を制
御する段階と， を含むところの方法。 - 【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載した方法であ
って：さらに 処理中に前記輻射源を所定温度で動作させることによ
り，かつ処理中の前記ウェファのピーク温度をモニター
することによって，前記ドーパント拡散を制御する段階
と， を含み， 以て，前記ウェファの過度温度応答及び対応するドーパ
ント拡散が決定されうる， ところの方法。 - 【請求項７】特許請求の範囲第６項に記載した方法であ
って： 前記強力ビームが８〜60秒間の範囲で前記ウェファに方
向づけられる， ところの方法。 - 【請求項８】特許請求の範囲第１項に記載した方法であ
って： 前記輻射源がランプ源であるところの方法。 - 【請求項９】特許請求の範囲第１項に記載した方法であ
って： 前記ウェファ及び前記ドーパントの温度が1100℃〜1300
℃の範囲に制御されるところの方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/527,140 US4503087A (en) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | Process for high temperature drive-in diffusion of dopants into semiconductor wafers |
| US527140 | 1983-08-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6072227A JPS6072227A (ja) | 1985-04-24 |
| JPH0834191B2 true JPH0834191B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=24100259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59176868A Expired - Lifetime JPH0834191B2 (ja) | 1983-08-29 | 1984-08-27 | 半導体ウエフア中へド−パントを高温ドライブイン拡散する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4503087A (ja) |
| EP (1) | EP0134716B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0834191B2 (ja) |
| DE (1) | DE3484255D1 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4791273A (en) * | 1987-05-15 | 1988-12-13 | Varian Associates, Inc. | Vaporizer system for ion source |
| JPH05275433A (ja) * | 1992-03-27 | 1993-10-22 | Rohm Co Ltd | 半導体装置の製法 |
| JPH0684925A (ja) * | 1992-07-17 | 1994-03-25 | Toshiba Corp | 半導体基板およびその処理方法 |
| US6002109A (en) * | 1995-07-10 | 1999-12-14 | Mattson Technology, Inc. | System and method for thermal processing of a semiconductor substrate |
| US6133550A (en) | 1996-03-22 | 2000-10-17 | Sandia Corporation | Method and apparatus for thermal processing of semiconductor substrates |
| US6046439A (en) | 1996-06-17 | 2000-04-04 | Mattson Technology, Inc. | System and method for thermal processing of a semiconductor substrate |
| US6198074B1 (en) | 1996-09-06 | 2001-03-06 | Mattson Technology, Inc. | System and method for rapid thermal processing with transitional heater |
| US5954982A (en) * | 1997-02-12 | 1999-09-21 | Nikon Corporation | Method and apparatus for efficiently heating semiconductor wafers or reticles |
| FR2974238A1 (fr) * | 2011-04-12 | 2012-10-19 | St Microelectronics Crolles 2 | Procede de realisation d'un capteur d'images a eclairement par la face arriere |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3901183A (en) * | 1973-06-12 | 1975-08-26 | Extrion Corp | Wafer treatment apparatus |
| US3842794A (en) * | 1973-06-29 | 1974-10-22 | Ibm | Apparatus for high temperature semiconductor processing |
| US3954191A (en) * | 1974-11-18 | 1976-05-04 | Extrion Corporation | Isolation lock for workpieces |
| US4017967A (en) * | 1975-03-31 | 1977-04-19 | Black Body Corporation | Method of making infrared emitter |
| US4041278A (en) * | 1975-05-19 | 1977-08-09 | General Electric Company | Heating apparatus for temperature gradient zone melting |
| JPS5750428A (en) * | 1980-09-12 | 1982-03-24 | Nec Corp | Method and apparatus for manufacturing semiconductor device |
| JPS5769733A (en) * | 1980-10-16 | 1982-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heat treatment of semiconductor substrate |
| JPS57147237A (en) * | 1981-03-06 | 1982-09-11 | Sony Corp | Heat treatment device |
| US4421477A (en) * | 1981-04-13 | 1983-12-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Combustion wick |
| US4417347A (en) * | 1981-05-12 | 1983-11-22 | Varian Associates, Inc. | Semiconductor processor incorporating blackbody radiation source with constant planar energy flux |
| JPS58223320A (ja) * | 1982-06-22 | 1983-12-24 | Ushio Inc | 不純物拡散方法 |
-
1983
- 1983-08-29 US US06/527,140 patent/US4503087A/en not_active Expired - Lifetime
-
1984
- 1984-08-23 DE DE8484305792T patent/DE3484255D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1984-08-23 EP EP84305792A patent/EP0134716B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-08-27 JP JP59176868A patent/JPH0834191B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4503087A (en) | 1985-03-05 |
| EP0134716B1 (en) | 1991-03-13 |
| JPS6072227A (ja) | 1985-04-24 |
| DE3484255D1 (de) | 1991-04-18 |
| EP0134716A1 (en) | 1985-03-20 |
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