JPS59172730A - アニ−ル装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体ウェハのアニール装置に関する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

従来、半導体基板には、均一性の高い不純物分布を有す
る不純物領域を形成するために、不純物のイオン注入が
施される。このイオン注入によって形成された半導体基
板を構成するシリコンのアモルファス備や結晶欠陥の回
復は、高温アニールによって行われている。しかしなが
ら、高温アニールの際に不純物の再分布が起きる。不純
物の再分布を回避してアモルファス層や結晶欠陥の回復
を削るためには、均一性の高い高温アニールを短時間施
す必要がある。この要求を満すために、電気炉アニール
、フラジ−ラングアニール、ラピッドアニールが行われ
ている。

電気炉アニール装置は、第１図に示す如く、雰囲気ガス
の供給管１及び排気管２を設けた石英管３の外側に電気
ヒータ４を取付けたものである。アニール処理の施され
Σウェハ６は、石英ボート５に多数枚設置されて、石英
管３内に収容される。このようなアニール装置１ｏは、
構造が簡単で保守が容易である。しかし、つ工・・６或
はウェハ６間の温度分布を均一にするためには、少なぐ
とも５〜１０分程度のアニール時間を必要とする。この
ため、依然不純物の再分布を十分に抑えることができな
い。

フラッジ−ランシアニール装置は、第２図に示す如く、
雰囲気ガスを挿通するようにした石英管１ノの外側に高
出力ランプ１２を設け、高量ランプ１２からの輻射熱を
石英管１１に供給するように、高出力ラン７′。１２の
更に外側に放物面鏡１３を鏡面側を石英管１ノの外面に
対向して設置した構造を有している。アニール処理され
るウェハ６は、石英管１１の長手方向に沿って所定間隔
で水平状態にして設置される。このようなアニール装置
２０は、輻射熱によりアニール処理を行う。このため、
ウェハ６内の温度分布の均一性は極めて良好であり、不
純物の再分布をほぼ完全に防止できる。しかしながら、
高出力ランプの安定性が悪いため、良好な再現性の下に
輻射熱を供給できない。その結果、ウェハ６間の温度分
布の均一性が悪くなる。

ラピッドアニール装置は、第３図に示す如く、雰囲気ガ
スを供給するようにした真空チャンバー２１の壁部にロ
ード側シャッター２２とアンロード側シャッター２３を
設けている。真空チャンバー２１内には、ウェハ６の保
持台２４が設けられている。保持台２４の前方には、こ
れに対向してカーがンヒーター２５が設けられている。

カーボンヒーター２５と保持台２４間には、熱遮蔽シャ
ッター２６が設けられて゛いる。

このようなラピッドアニール装置３０は、真空中でウェ
ハ６と対向するカーボンヒータ２５からの熱輻射によシ
、アニール処理を行う。ウェ・・６内およびウェハ６間
の温度分布の均一性は、良好であシネ細物の再分布もほ
とんど起きない。

しかしながら、熱源にカーぎンヒーター１２を使用して
いるため、真空中でしか使用できない。

また、ヒーターからの炭素による汚染が起き易い０更に
、１０秒以下のアニール時間では、ウェハ６を支えるダ
ン・母−から熱が逃げる。このため、ダンパー近付のウ
ェハ６の温度分布が不均一となシ、スリップが入シ易い
。

〔発明の目的〕

−本発明は、不純物の拡散を防止して且つアニール時間
の制御性を向上させることができるアニール装置を提供
することをその目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、高温の気体をウェノ・に吹き付けて優れた昇
温特性を発揮すると共に、アニール後に低温の気体をウ
ェハに吹き付けて優れた降温特性を発揮するようにして
、不純物拡散を防止して且つアニール時間の制御性の向
上を達成したアニール装置である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第４図は、本発明の一実施例の概略構成を示す説明図で
ある。図中５０は、アニール処理炉である。アニール処
理炉５０は、気体カーテン室５ノを介して順次連通した
予備加熱室５０ｈ、加熱室５０ｂ１冷却室５０ｅとで構
成されている。予備加熱室５０ｍの入口部には、シャッ
ター５２を介してウェハ５３のセンダ一部５４ａが設け
られている。冷却室５０ｃの出口部には、処理後のシャ
ッター５２を介してウニ”　５３のレシーバ一部５４ｂ
が設けられている。

ここで、センダ一部５４１Ｌは、アニール処理を行う被
処理体（以下、ウェ・・５３と記す。）を送シ出すもの
である。センダ一部５４ｈからのウニ・・５３の送シ出
しに対応してシャッター５２が開くようになっている。

同様にレシーバ一部５５は、アニール処理後のウェー・
５３を収納するものである。レシーバ一部５４ｂの前房
に設けられたシャッター５２は、アニール処理後のウェ
ー・５３の搬出に同期して開くようになっている。

加熱室ｓｏｂには、加熱気体供給機構５５が取付けられ
ている。加熱気体供給機構５５は、加熱室５０ｂの天井
部及び床部でその内部と連通した加熱用高温気体輸送管
５５ａを有している。加熱用高温気体輸送管５５ｍの端
部は、加熱用高温気体製造器５６及び熱交換器５７を順
次貫挿してロータリーコンプレッサ５８に接続されてい
る。ロータリーコンプレッサ５８には、熱媒体となる気
体を封入したポンベ５９が接続されている。

冷却室５０ｃには、冷却気体供給機構６０が取付けられ
ている。冷却気体供給機構６０は、冷却室５０ｃの内部
とその天井部及び床部で連通した冷却′用低温気体輸送
管６０ｍを有している。冷却用低温気体輸送管６０ｍの
端部は、熱媒体となる気体を封入したポンベ６１に接続
されている。このポンベ６１から導出された気体カーテ
ン用配管６２は、各々の気体カーテン室５ノの床部を貫
挿して気体カーテン室５１と連通している。各々の気体
カーテン室５１から導出された吸引管６３は、一本に集
められた状態で熱交換器５８、冷却器６６を順次貫挿し
てロータリーコンプレッサー５８に接続されている。

センダ一部５４ａ１予備加熱室５０ａ１加熱室５０ｂ１
冷却室５０ｃには、ウェハ搬送用気体輸送管６４が連通
している。ウニ”−搬送用気体輸送管６４の端部は、搬
送用気体を封入したがンペ６５に接続されている。予備
加熱室５０ｈ、加熱室５０ｂ１冷却室５０ｃの床部には
、ウニ・・５３の搬送を停止するためのウニ・・ストツ
ノや−６６が設けられている。ウェノ・ストッパー６６
は、ウニ”５３が当接することによシ搬送用気体の吹き
出しを停止して、ウェー＼５３を設置するようになって
いる。ウェー・５３に予備加熱等が施された後、ウニ・
〜ストッパー６６は、床部に収納されるようになってい
る。予備加熱室５０ａ及び加熱室ｓｏｂの外周部には、
ヒータ６７が取付けられている。

なお、？ンペ５９，６１．６５内の気体としては、窒素
、ヘリウム、アルゴン等が使用されている。予備加熱室
５０ｈの設定温度は、室温〜６００℃であり、加熱方式
としては例えば熱板ベーク式が採用されている。加熱室
ｓｏｂでは、ロータリーコンプレッサ５８で約４ｋｇ／
ｃｒｆＬ２に加圧され、加熱用高温気体製造器５６で４
００〜１２００℃に加熱した高温気体をウェハ５３の両
面または片面に２〜３に９／ｃｎＬ２の圧力で吹き付け
るよう罠なっている。冷却室５θＣ内では、２−！　３
４／ｃａ２に加圧され、室温以下の冷却用低温気体をウ
ェノ・５３に吹き付けるようになって′いる。

このように構成されたアニール装置７０によれば、加熱
用高温気体輸送管５５ａから加熱室５０ｂ内に供給され
た高温気体をウェノ１５３に吹き付けることによシ、ア
ニール処理を施すので第５図に示すウェノ・温度と加熱
時間曲線■から明らかなように、極めて急峻な昇温特性
を有することが判る。因に、室温から４００〜１０００
℃に達する、時間は１〜２秒以内である。同図に併記し
た従来のラビッドアニール装置の場合は、特性線■から
明らかなように、実施例のものに比べて５倍以下の昇温
速度であることが判る。

同様に降温特性を同図から調べると、実施例のものでは
４００〜１０００℃から室温まで降下するのに要する時
間は３秒以内である。しかし、ラビッドアニール装置の
場合には、１ＯＯＯ℃から２００℃に達するのにも１０
秒を要することが判る。更に１実施例のアニール装置７
０では、４００〜６００℃の比較的低い温度範囲におい
ても第６図から明らかな如く、優れた昇温・降温特性を
有していることが判る。

第６図中特性線■は、予備加熱５００℃、２秒間、加熱
気体温度１０００℃の特性を示し、特性線■は、予備加
熱５００℃、２秒間、加熱気体温度８００℃の特性を示
し、特性線Ｖは、予備加熱なし、加熱気体温度６００℃
の特性を示し、特性線■は、予備加熱なし、加熱気体温
度５００℃の特性を示し、特性線■は、予備加熱なし、
加熱気体温度４００℃の特性を示している。

以上のことから実施例のアニール装置７０は、次の効果
を有する。

■　急峻な昇温・降温特性を有するので、アニール処理
時間を精度良く、かつ容易に制御することができる。

■　４００〜６００℃の比較的低い温度での短時間アニ
ールが可能なので、ＧａＡｇウエノウェ低温アニールや
メタルのシンターにも適用できる。

■　加熱気体をウニ・・５３の下方から吹きつけている
場合はウェ・１５３が浮上しているので、熱の逃げを防
止できる。下方からの吹きつけが無い場合は、ウェー・
５３は床部に密着するが、下面全体が床部に接触するの
で、熱の逃げ量は一定である。その結果、ウニ・・５３
内の温度分布を均一にできる。１０秒以下の短時間のア
ニール処理を行っても、スリップの発生を防止できる。

■　８００°Ｃ以上のアニール処理の場・合には、４０
０〜５００℃の予備加熱を施すことによシ、昇温時のウ
ニ・・５３内の温度分布の均一性を向上できる。

■　加熱気体は、アニール処理炉５０の外部からヒータ
６７で加熱されるので、ウェノ〜５３の汚染を防止でき
る。

■　ウェ・・５３内の温度分布を常に均一に保持できる
ので、第７図中特性線■から明らかな如く、ウェー・５
３に注入した不純物の拡散深さを、アニール処理前の状
態の特性線■とはは同様に保ち、不純物の再拡散を防止
することができる。第７図中特性線Ｘは、う、ピッドア
ニール装置のアニール処理後に不純物が再分布したもの
を示し、特性線Ｘは、電気炉アニール装置のアニール処
理後に不純物が再分布したものを示している。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明に係るアニール装置によれは
、不純物の拡散を防止して且つアニール時間の制御性を
向上させることができる等顕著な効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電気炉型アニール装置の概略構成を示す説明
図、第２図は、フラッシュラングアニール装置の概略構
成を示す説明図、第３図は、ラピッドアニール装置の概
略構成を示す説明図、第４図は、本発明の一実施例の概
略構成を示す説明図、第５図は、同実施例のアニール装
置の昇温特性及び降温特性を示す特性図、第６図は、加
熱気体温度とウェー・温度昇温特性及び降温特性の関係
を示す特性図、第７図は、アニール処理後の不純物濃度
と拡散深さとの関係を示す特性図である。 ５０・・・アニール処理炉、５０ａ・・・予備加熱室、
５０ｂ・・・加熱室、５０ｃｍ・・冷却室、５１・・気
体カーテン室、５２・・・シャッター、５３・・・ウェ
ノ１．５４ａ・・・センダ一部、５４ｂ・・・レジ−ツ
ク一部、５５・・加熱気体供給機構、５５ｍ・・・加熱
用高温気体輸送管、５６・・・加熱用高温気体製造器、
５７・・・熱交換器、５８・・・ロータリーコンゾレツ
ザ、５９・・・ボンベ、６０・・・冷却気体供給機構、
６０ａ・・冷却用低温気体輸送管、６１・・・ボンベ、
６２−・気体カーテン用配管、６３・・・吸引管、６４
・・ウェー・搬送用気体輸送管、６５・・ボンベ、６６
・・・つ、、ハス）ツノ？−１６７・・・ヒータ、７’
０・・・アニール装置。 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　加熱室と冷却室とを連接してなるアニール処
   理炉と、該アニール処理炉の入口部の近傍に設けられた
   被処理体供給用のセンダ一部と、該アニール処理炉の出
   口部の近傍に設けられた被処理体収納用のレシーバ一部
   と、前記加熱室に加熱気体を供給する加熱気体供給機構
   と、前記冷却室に冷却気体を供給する冷却気体供給機構
   とを具備することを特徴とするアニール装置。
2. （２）加熱室には、予備加熱室が設けられている特許請
   求の範囲第１項記載のアニール装置。