JPS59178718A - 半導体基体の処理装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、半導体基体の処理装置、例えば各種半導体装
置の製造工程におけるイオン注入がなされた半導体基体
に対するその活性化の加熱処理等に適用する半導体基体
の処理装置に係わる。

背景技術とその問題点 半導体基体に対し、不純物等の各種原子をイオン注入し
て後、これを熱処理してイオン注入領域の結晶欠陥を回
復させ、注入原子を電気的に活性化させることが行われ
る。この熱処理の通常一般の熱処理装置としては電気炉
が用いられる。この電気炉による処理方法はイオン注入
さハた半導体基体を多数枚石英ボード等にセットし、電
気炉内に例えば８００〜１２００℃の高温で１０分間以
上の加熱処理を施こすものである。この方法による場合
、その熱処理を大数の半導体基体に同時に行うことがで
きるという点において生産性に優れているものであるが
、反面被加熱体の熱容量が大きいために短時間の加熱で
は、形成さねる電気的活性層にばらつきが生じてしまう
。また、イオン注入領域のプロファイルの制御性を半導
体素子作成に利用しようとしても従来法による長時間加
熱ではイオン注入プロファイルの再分布現象が生じイオ
ン注入の利点が損われる。更に例えばＧａＡｓ化合物半
導体のように熱的に不安定な半導体装置の作成において
は、高温長時間の加熱によって半導体基体の構成元素で
ある例えばＧａ、へＳ等が蒸発し、表面に変成層を形成
することになってイオン注入領域の電気的活性化が損わ
れるという問題がある。

本出願人はこのような問題を解決するものとして、この
ような半導体基体に対する熱処理をこの半導体基体の両
生面方向からのランプ光線の照射による加熱如よって行
う方法を提供した。このランプ照射によって半導体基体
に対する熱処理を行う処理装置は、第１図に示すように
、石英炉心管（１）の例えば上下に夫々炉心管（１）の
軸心方向に対して直交する方向に複数の柱状ランプ、例
えばノ・ロゲンランプ＋２１が平行配列されて形成され
ろ。各ランプ＋２１の背部には、夫々例えば断面が放物
線状或いは円弧状をなす面を有する反射鏡（３）が設け
られ、この各ランプ（２１より発射するランプ光線が、
石英炉心管ｆｉｌ内て挿脱するように配置された支持ボ
ー゛ド（４）上に載置された被処理体の半導体基体（５
）、すなわち半導体ウェファに対して牛の両面から照射
してこ加を加熱するよってなされろ。

ところがこのような処理装置による場合、半導体基体（
５）自体にランプ（２）からのランプ光線が叩射されて
その加熱が行わハるものであって、前述した電気炉等に
よる加熱の場合のように半導体基体配置部周囲の雰囲気
の加熱はほとんどないために、半導体基体（５）の熱が
その周辺部から放散し、これによって基体（５）の周辺
部と中央部とでは加熱温度差が生じる。従ってこの方法
によって上述したイオン注入後のアニールを施こす場合
、その活性化にばらつきが生じる。

第２図は不純物のイオン注入後にこのようなランプ光線
例えばハロゲンランプによる光線照射によってアニール
処理を施こした半導体基体（５）におけるシート抵抗値
分布を示したもので、同図中実線ａは、基体（５）上で
分散する３７箇所の測冗点におけるシート抵抗の平均値
を示す位背を示した等抵抗値線で、同図中実線す及びＣ
は夫々このシート抵抗の平均値より夫々−２％及び＋２
％ずれたシート抵抗を示す等抵抗値線を示す。この分布
図から明らかなようにこの抵抗、すなわちアニール処理
による活性化効果は同心円的に中心部と周辺部とで大き
く相違している。すなわちランプ光線照射による場合、
その加熱処理が基体（５）の各部で均一に行われていな
いで同心円的に加熱処理が異っていて中心部が高く周辺
部で低い。この温度の不均一性はこれが極端な場合その
熱ストレスによってスリップライン等の結晶欠陥を発生
させろ原因ともなる。

発明の目的 本発明は、半導体基体に対する熱処理をランプ光線の照
射によって行うようにした半導体基体の処理装置におい
て、その半導体基体の加熱を各部において均一に行うこ
とができるようにして基体の各部におけろ緒特性の均一
化ケ図ると共に、この熱の不均一性から生じる熱ストレ
スの問題を解消してこれてよる欠陥の発生を回避するも
のである。このように半導体基体ておける各部の特性の
均一化、欠陥の発生の回避によってこの半導体基体から
多数の半導体素子を同時に得る通常の半導体装置の製造
において、均一の特性を有する半導体装置を歩留りよく
得ろことができるようにするものである。

発明の概要 本発明は、半導体基体に対し、この半導体基体の両生面
方向からランプ光線例えば７１０ゲンランプ光線を照射
して加熱する半導体基体の処理装置において、特にその
半導体基体の周辺部の加熱温度が中心部の加熱温度より
低くなることを防止する手段を具備させる。

実施例 第３図ないし第６図を参照して本発明の詳細な説明する
。第３図はその縦断面図で、第４図はその半導体基体を
炉心管より取り出した状態の斜視図、第５図は要部の縦
断面図、第６図は要部の斜視図でこの例においては例え
ば断面直方体状の石英炉心管＋１１を設け、この管（１
）の上下面に夫々例えば第３図に示すように炉心管（１
）の管軸方向と直交し、管（１）の扁平面に沿って、す
なわち第３図において主面と直交する方向に夫々延長す
る複数の柱状ランプ、例えばハロゲンランプ（２）を並
置配列する。こハらランプ（２）の背面には、夫々第１
図で説明したと同様に反射板（３）が設けられてラング
（２）よりのランプ光線が効率よく、例えば平行光線と
して炉心管（１）を透過して炉心管ｉＩＩ内に配室さ扛
る被処理体としての半導体基体（５）にその表裏雨中面
側から照射するようになされる。この場合、炉心管（１
）を挾んで対向する炉心管（１）の例えば上下面に配置
される各ランプ（２１は、夫々同一ピッチＰに配置する
も、互いに上下に関してＬＰずハるように配置する。１
だ、炉心管Ｆｉｌ内に配置される半導体基体（５）は、
この炉心管（１）の管軸に沿って出入される支持ボード
（４）上に、半導体基体（５）を載裔保持する例えば石
英ガラスより成る載置手段（６）を介して載置さ４る。

この手段（６）は、例えば第５図及び第６図に示すよう
に支持ボード（４）の先端部に形成した円形凹部（７）
内に配置されるリング状基台（８）を有し、これの上に
複数本、図示の例では３本の支持柱（９）ｈ−植立さｒ
ｌ　こハら支持柱（９）より内方知突設した支持ビン（
１０１上に基体（５）が載置されろよってなされる。捷
だ支持ボード（４）の凹部（７）の中心部には透孔０１
１が穿設されて炉心管（１）の下方のランプ＋２１から
のランプ光線が半導体基体（５）の下側主面にも照射す
るようになされる。

そして本発明においては、前述したようにこの基体（５
）の周辺部におけろ加熱温度の低下を防止する手段を設
けるもので、この例においては基体（５）の載置手段（
６）の周辺にランプ（２）よりの光線を効率よく吸収す
る光吸収手段（１２１を配置徐した場合である。

この手段（ｔ２）は、例えば半導体基体（５）の載置手
段（６）のリング状基台（８）上に例えば３本の例えば
同様に石英ガラスより成る柱状脚部（１３１をもって支
持させた例えば板状リングてよって構成し得ろ。この板
状リング、すなわち光吸収手段（（２１は、石英ガラス
の表面に半導体基体（５）とその比熱が同等で且つラン
プ＋２１からの光を効率よく吸収し得る材料のＳｉＣ或
いは多結晶シリコン等の被覆を施すことによって構成し
得る。尚、この場合半導体基体（５）を載置支持する支
持柱及び支持ビン（９１ｆｌＯ）にも同様の表面処理を
施こしてランプ（２）よりの光線の吸収効果を上げるよ
うにすることが望せしい。

このような本発明装置において石英炉心管は）内圧支持
ボート責４）の先端部を挿入してこれの上に載置した半
導体基体（５）を炉心管（１１の上下に配置されたラン
プ（２）による加熱手段の例えば加熱部中央に配置して
ランプ（２１よりのランプ光を半導体基体（５）の上下
両主面に照射する。この場合、石英炉心管（１）内には
、不活性ガス例えばＮ２を毎分２Ｑの流量をもって送り
込みつつ、その光線照射を行って半導体基体（５）に対
する熱処理を施こす。このような装置によれば、半導体
基体（５）の周辺部にはランフ。

（２）よりの光線を効率よく吸収する手段（１２１が配
置されていることによってここにおけろ加熱温度カ；高
められ、こねよりの熱輻射によって基体（５）カーその
周辺部より加熱されるか、或いは基体（５）がその周辺
部より外部圧熱放散することがよく防止されて、こね、
によって基体（５）はその周辺部においても中、１、部
と同様に所要の加熱がなされ、各部均一の加熱がなされ
る。

上述した例においては、半導体基体（５）を載置する基
台（８）とは別体に、その周囲にラング光線の吸収手段
（１２１を配置した場合であるが、この吸収体に代えて
、半導体基体（５）に対してその周辺部よりラング（２
）からの光線を反射照射する反射子役を設けて半導体基
体（５）の周辺部による加熱温度の低下を防止するよう
になすこともできる。第７図（まこの場合の一例を示す
。第７図において、第６図と共通する部分ては同一符号
を付して重複説明を省略するが、この例においては、リ
ング状基台（８）にその脚部（１３）を介してリング（
８）の中心軸に対して例えば４５°の傾きを有する円錐
体のリング壁面を反射体０４）を例えば上方て向って解
放するように配置し、この反射体（１４１の内壁面によ
って例えば炉心管（１）の上方に配置されたランプ＋２
１からの平行光線を反射させて、この反射体０４１の内
部上に配置さねた半導体基体（５）テ対してその周辺か
ら反射光を照射するようになす。この場合においても反
射体０４）は石英ガラス等の耐熱性材によって形成さね
、その表面に例えば多結晶シリコンを被覆することによ
って形成し得る。

捷だ、このようにランプ（２）からの光線を半導体基体
（５）に対してその外周から照射させろための反射体或
いは光吸収体は石英炉心管（１）内に配置する場合に限
らず、例えば第８図に示すように炉心管（１）の左右側
壁面を例えば前述した４５°に傾けてその外面にランプ
（２）からの光を反射或いは吸収する反射若しくは吸収
板（１３１を配電するようになすこともでき、この場合
においても反射体０４）若しくは光吸収体［＋２１によ
って、例えば炉心管（１）の上方に配置したランプ１２
）からの光を半導体基体（５）に対してその外周に照射
するように反射させるか或いは一旦この吸収体（１２１
において光線の吸収をなしこ４による熱輻射によって半
導体基体（５）をその外周から加熱するようになして、
上述した半導体基体（５）における周辺の加熱低下を防
止する手段とすることができろ。

また、ある場合は第９図に示すように炉心管（１）の左
右側壁に対向してその管軸方向１ｃ？Ｅ）って同様のハ
ロゲンランプ等よりなる補助ラング＋２１を配置して、
これｔ半導体基体［５１Ｋおける周辺部の温度低下を防
止する手段となし得る。この場合その外を設けることに
よって効率よく補助ランプ（２）からの光を炉心管（１
）内の半導体基体（５１Ｋその外周から向かわしめて実
質的に半導体基体（５）の−辺の加熱温度を高めて周辺
放熱による加熱温度の低下の防止をなすこともできる。

更に１だ他の例としては、例えば第１０図に示すように
第３図に示した炉心管＋Ｉ＋の上下に配置したランフ（
２）の例えばコイル状フィラメント（２ａ）の密度を、
半導体基体（５）の中心部に対応する位置より周辺部に
対応する位置において密となして、実質的に半導体基体
（５）圧対する照射光量をその周辺部において増大させ
て半導体基体（５）の周辺部における加熱温度の低下を
防止する手段となすこともできろ。

１だ、更に他の例としては、例えば石英炉心管＋１１の
半導体基体（５）が配置される部分に対向する、特に半
導体基体（５）の中心部に対向才ろ部分においてランプ
（２）からの照射光が一部散乱する加工、例えば曇りガ
ラス化、或いは微細グリス・ム加工を施して半導体基体
（５）の周辺部に対する照射光量を周辺部のそれより小
とするようになして、半導体基体（５）の周辺部におけ
る加熱温度の低下防止手段とすることもできる。

更に１だ、他の例としては、例えば第１１図に示すよう
に炉心管（１）の外側に配置さね、るランプ（２）を、
リング状ランプを同心円状に配置した構成となして外側
におけるランプにおいて漸次そのパワーを大となして発
光密度を上げるよう如して半導体基体（５）において外
周に向うほどその光線の密度を高めて実質的加熱量を増
化させるようにすることもできる。

更に或いは、例えば第１２図に示すように石英炉心管（
１）を挾んで上下に配置される加熱用ランプの配置を互
いに直交する方向となし、しかも更にその両端における
フィラメントの密度に大とするようにして実質的に周辺
部における半導体基体（５）の周辺部に対する光線の密
度を上げて加熱量を増大するようになすこともできる。

尚、半導体基体（５）の炉心管（１）内における加熱は
、これを停止した状態で行う場合に限らず例えば第１３
図に示すように支持ボード（４）を炉心管（１）の軸心
方向に沿ってその加熱状態で往復移行するようになし、
これによってランプ＋２１の配置間とランプ（２）の直
下における光線の照射密度むら、言い換えれば加熱温度
の不均一性を回避するようになすこともできる。この場
合、半導体基体（５）の移動ピッチは、ランプ＋２１の
配置ピッチＰの　／２に選定することによってその均一
化を行うことができる。尚、この半導体基体（５）の往
復移行、すなわち支持ボード（４）の偏位は、例えば第
１４図に示すようにランプ＋２１の配列ピッチＰの　／
２の据幅をもって往復移行するように選定することもで
きるし、或いは第１５図に示すように階段的移行によっ
てランプ＋２１に対する半導体基体（５）の相対的位置
を変化させることができ、このようにして実質的に、ラ
ンプ（２）の配置ピッチに依存する熱の不均一性を排除
し得る。

発明の効果 上述したように本発明装置ｆよれば、被加熱体としての
半導体基体（５）に対する実質的加熱温度を周辺部にお
いて高めるようにしたので冒頭に述べたような半導体基
体（５）の周辺部よりの熱放散に基づく加熱の不均一性
を回避することができ、こねに伴って半導体基体（５）
における各部の例えばイオン注入後のアニール処理を均
一に行うことができ、こわによって各部における特性の
均一化が図られ、またこの半導体基体（５）より製造さ
れる各種半導体装置の製造の信頼性と歩留りの向−ヒを
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明に供する処理装置の路線的縦断面
図、第２図はこれによって処理された半導体基体の抵抗
分布を示す図、第３図は本発明装置の一例の路線的縦断
面図、第４図はその一部の斜視図、第５図は同様にその
一部の断面図、第６図は同様にその一部の斜視図、第７
図は本発明装置の他の例の要部の斜視図、第８図は本発
明装置の更に仙の例の要部の路線的断面図、第９図は本
発明装置の他の例の要部の路線的斜視図、第１０図ない
し第１３図は夫々更に本発明装置の他の例の説明図、第
１４図及び第】５図は夫々第１３図の動作の説明に供す
る図である。 （１）は炉心管、＋２１はランプ、（３）は反射板、（
４）は支持ボード、（５）は半導体基体である。 第４図 第５図 １１　　　　　　　　５　　　　仝 第６図 、９ 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基体に対し、該半導体基体の両生面方向からラン
   プ光線を照射して加熱する半導体基体の処理装置におい
   て、上記半導体基体の周辺部の加熱温度が中心部の加熱
   温度より低くなることを防止する手段を具備させた半導
   体基体の処理装置。