JPS593921A - 半導体ウエハ−を光照射で加熱する方法 - 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】 本発明は半導体ウェハーを光照射で加熱する方法に関す
る。

最近、半導体ウエノ・−（以下単に「ウエノ１−」とい
う。）への不純物の導入方法として、不純物濃度、接合
の深さを精密に制御し得ることから、不純物をイオン状
態にして加速してウエノ１−に打ち込むイオン注入法が
使用されてきている。このイオン注入法においては、イ
オンが注入された後のウェハーの表面における結晶状態
が変化して荒れたものとなるため、この荒れを消失せし
めヤ良好な表面・状態とするために１イオン注入後約１
０００Ｃまたはそれ以上の温度にウェハーを加熱処理す
□る必要があり、この加熱処理は、注入された不純物の
深さ方向の濃度分布が熱拡散により変化しないように短
時間で行なわなければならない。また、（８） 生産性を向上させるためにもウェハーの急速加熱。

急速冷却が要請されている。

このような要請により、最近、ウェハーを光照射で加熱
する方法が開発され、この方法によれば。

わずか数秒間という短時間で１００ＯＣ〜１４００Ｃま
で昇温が可能である。

しかしながら、ウェハー、例えば単結晶シリコンをこれ
に単に光照射することにより、数秒間以内の短時間にお
いて、温度１０００Ｃ前後の処理温度に昇温せしめ更に
この処理温度に保つという加熱処理を施す場合には、昇
温時及び処理温度時においてウェハーにおける外周近傍
部と中央部との間に比較的大きな温度差が生じ、この温
度差が原因となってウェハーに後の処理工程で支障をき
たすような大きな「反り」が発生し、更には「スリップ
ライン」と呼ばれる損傷が発生することが分った。

これは、ウェハーの厚さは普通０，５ｆｉ前後程度と非
常に薄く、厚さ方向における温度分布は１時間的には１
０−３秒の桁の程度で緩和されるので実質１１開ＢＵ！
’１ａ−３９２１（２） 的には悪影響を及はすことけないが、ウェハーの面に沿
った方向における温度分布け、たとえウェハーの表面を
均一な照射エネルギー密度で光照射しても、ウェハーの
外周近傍部からの熱放散がウェハーの中央部からの熱放
散よりも相当大きいので、昇温時においてはウェハーの
外周近傍部の温度がウェハーの中央部の温度に追従でき
ず、処理温度時においてもウェハーの外周近傍部の温度
がウェハーの中央部の温度にまで達することがなく、結
局ウェハーの外周近傍部の温度はウェハーの中央部の温
度より相当に低く万っでし甘うからである０ このようにウェハーに大きな「反り」が発生すると、後
の処理工程例えばフォトエツチング処理工程においてパ
ターン像が乱れるため支障をきたし、また「スリップラ
イン」が発生すると、ウェハーそのものが半導体材料と
して使用し得ない無価値なものとなり重大な損失を招く
こととなる。

本発明は斯かる観点からなされたものであって、半導体
ウェハーを光照射で加熱する方法において、（５） 漫の処理工程に支障をきたすよう寿大きな「反り」及び
「スリップライン」のよう々損傷が生じないような加熱
方法を提供することを目的とし、その特徴とするところ
は、モリブデンやタングステン、タンタルの如き高融点
金属より成り光照射を受けて昇温する補助加熱源を半導
体ウニ・・−の外周部若しくは外周近傍部の表面に接触
して配置し、前記補助加熱源で半導体ウェハーの主に外
周近傍部を補助的に加熱しながら、半導体ウェハーを光
照射で加熱する方法であって、 前記半４体ウェハーの物性値β−１−２にρ２・　ｄｌ
・　Ｃ茸 比）の値を０７〜１３の範囲内となるよう規定したこと
（こある。

（；ｊｊ　Ｊ、、η１及びηズけそれぞれ補助加熱源及
び半導体ウニ・・−の反射率を表わし、 ρｌ及びρ２はそれぞれ補助加熱源及び半導体ウェハー
の比重を表わし、 ｄｌ及びｄｘｌｄそれぞれ補助−加熱源及び半導体ウェ
ハーの厚さを表わし、 （ｂ］ Ｃ１及びＣｚはそれぞれ補助加熱源及び半導体ウェハー
の比熱を表わす。） 以下図面を参照しながら本発明方法の−実り例を説明す
る。

第１図は、光照射炉内に配置されたウェハー１を上方か
ら見た加熱方法の説明図、第２図は、第１図を側方から
見た説明図であって、凶には示されていないがウェハー
１の上方及び下方には、各々消費電カフ００Ｗの棒状の
・・ロゲン電球１２本を一平面上に近接して並べて成る
面光源が配置さｔｔ、との面光源によりウェハー　１の
表面における照射エネルギー密度が均一となり且つウニ
・・−１の表面温度がウェハー１の中央部１ａで約１１
０　Ｃ１ｒになるようにウェハー１が光照射されるよう
になっている。光照射のだめの前記面光源の全消費電力
は約１７ＫＷＫ及び、ウェハー１は直径４インチ、厚さ
ｄｌが０．０４　ｔｍ、波長１００００χの光に対する
反射率ηノが０．３、比重ρ２が２．３３　（９、’ｃ
１ｎ５比熱Ｃ２が０９５（ジュール／１−Ｃ）　　の円
板状であってホウ案分イオン注入した琳結晶シリコンよ
！７成るも、ってあ（７） す、このウェハー１の物性値β＝　１−リ〜（但ρ２−
　ｄ２・　Ｃ２ し、単位はｔｙｒ？−Ｃ／ジュールである。）の値は約
７．９である。

２は、厚さｄｌが０．０２５ｏｙｒ、内径が９７態、外
径が１２７ＩｕＩ、波長１００００λの光に対する反射
率η１が０．５、比重ＩＩｓが１０．２　（ｇ／ｃｒｎ
”）、比熱ｃ１が０．２８（ジンル／ｇ・Ｃ）の円環状
であり、その表面ＫＳ１０２のコーティングを施したモ
リブデン板より成る補助加熱源であって、この補助加熱
源２はウェハー１の外周部ＩＣ若しくは外周近傍部１ｂ
の表面に接触するよう例えばウェハー１の下面側または
上面側に配置する。ここでウェハー１１′ｉ、例えば補
助加熱源２に固定して設けた石英製の支持爪によシ補助
加熱源２Ｆｃ接触保持せしめるようにすればよい。また
補助加熱源２をウェハー１の下面側に配置する場合には
、補助加熱源２をウェハー１の支持台として兼用せしめ
ることもできる。前記補助加熱源２の物性値α＝　　１
−二勺＝（但し、単ρｌ＋ｄ１−　ＣＩ 位はｏｌ”・Ｃ／ジシルである。）の値は約７．０であ
勺、前記βに対するαの比／βの値は約０．８９である
。

そして前記面光源によりウェハー１及び′補助加熱源、
２に光照射する。

上記方法によれば、ウェハー１の両面が上方及び下方か
ら面光源により光照射を受けて主加熱が行なわれるが、
ウェハー１の外周部ＩＣ若しくは外周近傍部１ｂの表面
に接触して、光照射を受けて昇温する高融点金属よ勺成
る補助加熱源２を配置するようにしているため、前記面
光源よりの光照射を受けて補助加熱源２が昇温され、し
かも、理由は後述するが、補助加熱源・２の物性値αと
ウェハー１の物性値βとの比／βの値が０．７〜１．３
の範囲内にあるため、ウェハー１の昇温速度と補助加熱
源２の昇温速度とがほぼ一致するようになり、従ってこ
の補助加熱源２によりウェハー１の外周近傍部１ｂが接
触部から直接の伝導熱を受けて効率よく補助的に加熱さ
れるようになり、この結果中央部１ａと外周近傍部１ｂ
との温度差が極めて小さくなってウェーぐ一１ｉ全体の
温度が均一化されるようになり、結局後の処理工程で支
障をきたすような大きな「反り」の発生を防止すること
が（９） できると共に「スリップライン」の発生を防止すること
ができる。実際ウェハー１の中央部１ａの温度は約１１
００１：’となるのに対してウエノＳ−１の外周近か部
１ｂの温度は約１０７０Ｃ程度となり、この外周近傍部
１ｂの温度は稍低めにはなるものの、後の処理工程で支
障をきたすような大きな「反夛」が発生せず、しかも「
スリップライン」も発生せず、ウェハー１を良好に加熱
処理することができる。とこ゛ろで補助加熱源２による
補助加熱を行なわない他は上述の実施例と同様の方法に
よりウェハー１の加熱処理を行なったところ、ウエノ・
−１の外周近傍部１ｂの温度は約１０１０ｔ：’とかな
り低い値となシ、後め処理工程に支障をきたすような大
きな「反り」が発生し、しかもウエノＳ−１の周辺に［
スリップライン］の発生が認められた。

ところで、前記の通り、光照射による加熱は、短時間昇
温（特徴があシ、シたがって、前記補助加熱源が光照射
を受けて昇温する場合、ウエノ１−と同じか若しくは＃
丘ぼ同じように短時間昇温するものでなければガらない
。これは、補助加熱源の（１０） 昇温速度がウェハーの昇温速度より相当に小さい場１合
には、補助加熱効果が小さくてウエノ・−の外周近傍部
の温度があまり上昇せず、また上述と逆の場合には、ウ
ェハーの外周近傍部の温度が高くなり過ぎ、何れの場合
にも本発明の目的を達成することが困難となるからであ
る。

ウェハーにしても、補助加熱源にしても、その昇温速、
ｅ　ｂ−Ｔ　＜但し、△Ｔは温度の微小変化を、Δｔ Δｔは微小時間を表わす。）は、光照射面に垂直な面上
での光照射エネルギー密度をｌ！ｔ（Ｗ／ｃＭ？）、そ
の面積を５（ｃｒＩ？）、厚さをｄ−１比重をｐ　（７
７／ｚ”）、比熱をＣ（ジュール／ｉＣ）、反射率をη
とすると、ρ・ｄ−８−Ｃ−望一グ・（１−η）・Ｓ−
χΔ（ で表わされ、χは、放射、伝導、対流等による熱ロスで
、このロスは、第１項の値に比べ小さいので近似的、に
け、 ΔＴ ρ・ｄ−８−Ｃ−汀中ｙ・（１−η）・Ｓと表わすこと
ができる。従って補助加熱源の設計（１１） ファクターとしては土−で表わさｈる物性値ρ・ｄ−Ｃ 工・・−の物性値β＝　１−２−にほぼ等しくなるρ２
　φｄｚ−Ｃ２ ようにすればよいが、実際上けαとβとの比／βの値が
０７〜１．３の範囲内であれば、補助加熱効果が良好に
得られることが実験的に調べた結果判明した。この比“
／βの値が０７未満の場合には、補助加熱効果が小さく
てウェハーの外周近傍部の温度があま′り上昇せず依然
として中央部の温度より相当に低く後の処理工程に支障
をきたすような大きな「反り」が発生すると共に「スリ
ップライン」の発生が認められ、一方比“りの値が１．
３を越える場合には、逆にウェハーの外周近傍部の温度
が中央部の温度よりも相当に高くなり過ぎて前者と同様
に大きな「反り」及び「スリップライン」の発生が認め
られた。

尚、反射率η１及びη２は波長１００００人における反
射率の値を採用している。

前記実施例において、モリブデンの代りにタングステン
やタンタルを使用１７ても前記比りの値特開昭５！Ｊ−
：Ｊ９２１（４） が、０７〜１．３の範囲内に抑制されていると、上記結
果と同様に、昇温速度が類似し、補助加熱源として有効
に作用する。

本発明は、以上の実施例からも理解されるように、外周
近傍部１ｂからの熱放散による温度低下を相殺するよう
に、補助加熱源をウェハーの外周部ＩＣ若しくは外周近
傍部１ｂに接触せしめて主に外周近傍部１ｂを補助的に
７１ａ然してやり、中央部と外周近傍部との温度差を小
さくし、ウニ・・−全面の温度を均一化することによっ
て、後の処理工程に支障をきたす大きな１反り」及び「
スリップライン」の発生を防止しようとするものである
。

以上本発明方法の具体的一実施例を説明したが、本発明
はこれに限定されず種々変更を加えることができる。例
えば補助加熱源２は、第３図に示すように、複数例えば
４つに分割１〜だ補助加熱源２１．２２，２３．２４　
　をそれぞれ対称的にウェハー１の外周部ＩＣ若しくは
外周近傍部１ｂの表面に接触せしめるようにしてもよい
。また面光源がウェハー１の上方或いは下方の一方側の
みに配置さく１３） れている場合には、１クエハー１の面光源に対向する面
とは反対側の而に補助加熱源２が位置されるようにすれ
ば、補助加熱源２が面光源からウェハ〜１に照射される
光を遮ぎることかないので好ましい。またウェハー１の
支持と補助加熱源２の支持は全く別個の支持機構により
支持するようにしてもよい。

以上のように本発明方法は、モリブデンやタングステン
ミタンタルの如き高融点金属より成り光照射を受けて昇
温する補助加熱源を半導体ウェハーの外周部若しくは外
周近傍部の表面に接触して配置し、前記補助加熱源で半
導体ウェハーの主に外周近傍部を補助的に加熱しながら
、半導体ウェハーを光照射で加熱する方法であって、比
０ン）の値を０７〜１３の範囲内となるよう規定するこ
とによって、ウェハー向上の温度分布の均一性を改善し
、後の処理工程に支障をきたす大きな１反り」及び「ス
リップライン」のような損傷ヲ（１４） 抑制することができ、実用上の価値は極めて犬へい０

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明方法の一実施例を示
す説明用平面図及び説明用縦断正面図、第３図は本発明
方法の他の実施例を示す説明用平面図である。 １・・・半導体ウェハー　　２・・・補助加熱源１ａ・
・・中央部　　　　　　１ｂ・・・外周近傍部１ｃ・・
・外周部 ２１．２２，２３．２４・・・補助加熱源代理人　弁理
士　犬　井　正　彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）モリブデンやタングステン、タンタルの如き高融点
   金属よシ成り光照射を受けて昇温する補助加熱源を半導
   体ウェハーの外周部若しくは外周近傍部の表面に接触し
   て配置し、前記補助加熱源で半導体ウェハーの主に外周
   近傍部を補助的に加熱しながら、半導体ウエノ・−を光
   照射で加熱する方法であって、 対する前記補助加熱源の物性値α＝−に艷−のρ１−ｄ
   ｊ・ＣＩ 比Ｖβの値を０．７〜１．３の範囲内となるよう規定し
   たことを特徴とする半導体ウエノ・−を光照射で加熱す
   る方法。 （但し、４１及びη２はそれぞれ補助加熱源及び半導体
   ウェハーの反射率を表わし、 ρｌ及びρ２はそれぞれ補助加熱源及び半導体ウニＩ・
   −の比重を表わし、 （２） ４１及びｄ２はそれぞれ補助加熱源及び半導体ウェハー
   の厚さを表わし、 Ｃ１及びＣ工はそれぞれ補助加熱源及び半導体ウェハー
   の比熱を表わす。）