JPS5965426A - 半導体ウエハ用熱処理装置 - Google Patents

半導体ウエハ用熱処理装置

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JPS5965426A
JPS5965426A JP58163382A JP16338283A JPS5965426A JP S5965426 A JPS5965426 A JP S5965426A JP 58163382 A JP58163382 A JP 58163382A JP 16338283 A JP16338283 A JP 16338283A JP S5965426 A JPS5965426 A JP S5965426A
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heat treatment
semiconductor wafer
treatment apparatus
lamp
wafer
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ビ・デユイ−フアハ
オンド・ミツシエル
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    • 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
    • C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/16—Heating of the molten zone
    • C30B13/22—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge
    • C30B13/24—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge using electromagnetic waves
    • 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
    • C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
    • C30B1/02—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B1/02—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
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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】 （技術分野） 本発明は半導体の熱処理装置に関する。この熱処理装置
は半導体ウェハのアニール及び絶縁体の上に非晶質もし
くは多結晶シリコンを再結晶化するのに使用される。
（背景技術） 集積回路の製造における必須の操作の１つにアクセプタ
またはドナーを半導体ヘドープすることがある。この操
作は、特に薄膜回路の場合、イオン注入により行なわれ
る。しかしながら、イオン注入は半導体の構造を数千オ
ングストロームの厚さに亘って破壊してしまうので、注
入された不純物原子を電気的に活性化させるために結晶
格子を再構成することが必要となる。この再構成は、半
導体を高温に、通常５００℃〜１１００℃の間の温度に
加熱するアニールにより行なわれる。
アニール手段には種々のものが知られており、例えば熱
拡散炉、干渉光源（レーザー）、電子ビーム、あるいは
ジュール効果によって加熱されるグラファイトシート等
がある。
炉によるアニールは半導体工業において長年使用されて
きているが、非常に高い集積爪を達成すること及び部品
の大きさを小さくすることを目的とする新しい概念の集
積回路に対しては本島に適当であるとは言°えない。
拡散機構を利用した炉によるアニールは５００　’Ｃ〜
１１００’Ｏの温度と１５分〜３０分の時間を必要とし
、半導体の３次元方向に不純物の分散を導く。
イオン注入された領域においてそのプロフィールを保持
するためには、より甲、い速度のアニール方法を用いる
ことが必要となる。レーザーや電子ビームを用いたアニ
ール方法はこの観点からより好適であることが明らかで
ある。しかＬ７これらに対応する設備は複雑、高価とな
り、多４シのエネルギーを消費する。
（発明の課題） 本発明の目的は、従来の装置に比べより廉価でシンプル
な半導体熱処理装置を提供することである。本発明によ
れば、少ないエネルギー消費で処理すべき半導体温度を
急速に増加させることが可能となる。
本発明によれば、上記目的は処理すべき半導体ウェハの
両側に配置された２つのランプを使用することにより達
成される。２つのランプのうち少なくとも一力は処理す
べき面に集束するごとき放射線を放出し、高密度のエネ
ルギーを与える。もう一方のランプはより大なる大きさ
と小さいエネルキー傾胴分布を有する放射線を放出する
。このランプは半導体ウェハの反対側の面にて処理すべ
き面の集束スポットと同心的な集束スポットを導く。
第２のランプの機能は、アニールを促進するため、半導
体ウェハ中の処理すべき領域を予熱すると共に、半導体
ウェハ内の熱勾配を減少させることである。この熱勾配
は半導体内にすべり及び格子欠陥を発生せしめる。第１
のランプの機能は、所望の熱処理を局所的に実行するた
めのエネルギーを供給することである。
本発明による熱処理装置はアニール（−使用することが
可能であると共に、半導体の内払晶化にも使用すること
ができる。後者の場合、第２のランプはわずかに集束す
るかもしくは非集料・型の放射線を放出するように制御
され、は（ブし・−ト全体を予熱する。
（発明の構成及び作用） 本発明による半導体ウェハ用熱処理装置は、半導体ウェ
ハのある領域を局所的に加熱する第１の手段と、前記領
域を移動させ全つェハ苓走査する第２の手段とを有して
いる。本発明は第１の手段の構造により特徴づけられる
と共に副次的には第２の手段の構造により特徴づけられ
る。
以下１本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照して
説明する。
半導体ウェハ２は、リング状支持体４に設けられている
（例えばセラミック物質から成する）絶縁性ピン３上に
載置される。加熱手段は第１のランプｌＯと第２のラン
プ２ｏにより構成される。第１のランプＩＯはウェハ２
の上方に配置され、集束用リフレクタ　１２を備えてい
る。第１のランプ１０は第１の放射線１４を処理がなさ
れるウェハ２の上面に向けて発する。第１の放射線１４
はリフレクタ　１２により所定の径を有する＄１の集束
スポット１６に集束される。一方、第２のランプ２゜は
ウェハ２の下方に配置され、ウェハ２の下面に向けて第
２の放射線２４を発する。ウェハ２の下面では第１の集
束スポラＨｅより大きな径を有する第２の集束スポット
２６が形成される。
本然処理装置をアニールに適用する場合は、第２のラン
プ２０はリフレクタ２２を備えているのが好ましい。こ
のリフレクタ２２はリフレクタ１２と同じものであるが
、第２の放射線２４を図示の如くウェハ２の下面よりわ
ずかに離れた面１９に集束させる。このようにして第２
のランプ２ｏは前述した機能を満たす。
第２図から分かるように、全ウェハな走査させるために
加熱領域を移動させる手段は２つのランプ１，０　、、
、２０を移動させる手段より成り、ウェハ２は同定され
たままとなる。この場合、２つのランプ１０　、２０は
ＸＹ型移動テープ／ｌ／　３０２一体となっている。こ
の移動テーブル３０は、適当な制御回路からの信号によ
り作動す；％２ｑのスデ・ンブモータ（図示せず）によ
り制御される。つ、ハ２は固定脚３２と組合わされてい
る支、特休４番、°より保持される。
走査手段はオリジナル型のものが右利である。
走査手段はアルキメデスらせん状の走貞をすφことがで
きる。この走査では、、第１５の床中スポット１６の中
心の極座標ｒ、φはウェハ２の中心に対してｒ＝ａ・φ
（ａ；定数）の関係となる。更に。
φの時間変化はｂ４Ｔの形となる。ここでｂは定数、ｔ
は時間である。ここで関心、あるＡ°査は線速となるご
ときものである。第３図で定義された表示によれば、 ｒ＝ａ・φ、　φ＝ｂＪＴ すなわち、　　ｒ＝ａ＊ｂＪＴ となる。
速度の動径成分（ｖｒ　）と接線成分（ｖｔ）は次のよ
うに書くことができる。
＝　２ この結果Ｖｉの時間依存性はなくなる。
アニールに使用される従来の線速度（数ｍｍ／５ｅｃ）
では、成分ｖ（は成分ｖｔに比べて急速に無視でこのよ
うな一定速度でのアルキメデスらせん運動は、コンピュ
ータにより制御されＸＹ移動テーブルに作用する２つの
ステップモータにより得られる。これには２重の関心が
ある。その一つは、全ウェハを一様に走査するために必
要な等長アートの導入である。も、う一つは、ウェハの
周縁部に達した際に速度を増加しなくてもすむことであ
る。
上述したオリシナ１しな構造とは別に、ウェハの局所的
領域□の温度を一定に保つことを保証するだめの手段を
設けることができる。この手段は、ランプ用電源に作用
する帰還ループ内に設けられる光学的高温計（パイロメ
ータ）により構成される。
集束スポットが装置の端部に近づいた場合熱反射効果の
あるときは、温度制御が有用２なる。
ヒ述のごとき熱処理装置は以下に定められる条件の下で
実現された。リフレクタと組合わされた１５０　Ｗ（７
）ハロゲンランプ（Ｏ５ＲＡＭにより市販（ｒｅｆ＊８
４６３５　）　）を使用した。層流をともなシ雰囲気中
で、パラメータａ及びｂとして次の値でもってアニール
が行なわれた。
ａ　＝　　１．２７　ｍｍ＋　／ラジアンｂ＝２．．１
７ラジアン／５ｅｃ−”Ａこれらの値に対して、２つの
隣り合ったアニールラインの間の距離は８■であり、Ｗ
速度は３ｍｍ／ｓｅｃである。温度は１０００℃に保た
れる。直径１０　ｃｍのウェハのアニールが５分間絞け
られた。
直径１０　ｃｍのシリコンウェハは次の条件の下でイオ
ン注入される。
４−２ ヒ素：５　ｘ　　１０　　ｃｍ　　（５０ｋｅＶ）５　
ｘ　　１０”　ｃｍ−２（１００ｋｅＶ　）リン：３回
の住人 ｓ　　ｘ　　１０　　ｃｍ　　（１００ｋｅＶ）と、Ｅ
ｉ　　ｘ　　１０Ｉ１０Ｉ４”　　（８０ｋｅＶ　）と
、４−２ ４　ｘ　１０　　ｃｍ　　（５０ｋｅＶ）このようにし
て得られたウェハの特徴は次のごとき種々の方法により
知ることができた。
・層の抵抗の測定：この測定により、不純物原子の完全
な活性化及び直径に沿った優れた均一性（標準偏差３．
５％）を示すことができた。
・表面からの距離の関数としての不純物のプロフィール
の測定：この測定により、行なわれたアニールがイオン
注入により生じたドープ物質のプロフィールを変化させ
ないことが確認できた。
・フィーゾ（Ｆｉｚｅａｕ　）干渉計を用いた平面度測
定：目に見えるほどの曇は現われなかった。
上記の結果は本発明による熱処理装置の重要な利点を示
している。全体の活性化を得るために、ウェハは炉中で
１０００℃で少なくとも３０分間ア。この時間経過後、
不純物 のプロフィールが変化し、ドープ物質のかなり顕、　１
００　ｋｅＶ　ｃ７）　ヒ素注入層に対して数百オング
ストローム）があること力１明した。この寄生的拡散現
像に関してυ、Ａ、ｇａｔ氏の文献、雑誌”　ＩＥＥＥ
　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　（ｌｅｖｉ＋：ｅＬｅｔｔｅｒｓ
ｖｏｌ、　ＥＤＬ−２，Ｎｏ、４．１９８０年４月、第
８５頁〜第８７頁を参照されたい。
以上の述べた熱処理装置の原理を一群のウニ／＼を処理
できる装置に拡張することが可能である。
この目的のため、対をな讐ランプの数σ、）増加及び数
個のキャビティを有し各キャビティか１個のつ゛エバを
収容するごときウェハ支持体の取伺力く必要となる。こ
の支持体は一様な速度でら七ん硬動を行なうことができ
る。直・径１０　ｃ■のウユノ＼のアニールを５分間行
なうと、・１０個のキャビティを有するもので１時間あ
たり１２０個のつｚ’＼が処理可能となる。これは１時
間あたり１００個のウニｌ＼しｔ）処理できない拡散炉
よ□り優れ、てｔ／する。
本発明による熱処理装置は、制御された雰囲気中で処理
を行なうことができるウェハ支持体を具備しており、こ
のウェハ支持体は第４図に詳細に示されている。この支
持体は、ウェ〆ハ２を支持する（例えばセラミック物質
から成る）絶縁性ビン３が取付けられた絶縁性リング４
を有している。
支持体は更に気体供給ダクト４０と気体排出ダクト４２
を有しており、°この２つのダクトは動径的に反対の位
置でリングを横切っている。２つの透明なボートホール
４４及び４６がウェハ２の両側においてリングにあてが
われ、連結部材４８及び４９により密封が確実となって
いる。
上記のごとき構成により、真空下または制御された雰囲
気下での作業が可能となる。この構成はケイ化物の製造
を可能にすると共に酸化操作（厚いまたは薄い酸化物に
対してドライまたはウェットな酸素を用いる）を可能に
する。
更に、本発明による熱処理装置は、半導体、特に絶縁性
基体に付着形成された非晶質または多結晶シリコンの再
結晶化を可能とし、絶縁体上にシリコンを形成する技術
にも適用可能である。単結高層と絶縁層とが交互になっ
たスタックを提供するために、ここ数年に亘って、この
技術に関する多くの研究がなされている。このような構
造は集積回路の集積度の向上を可能とする。
この方法の主な困難性は、絶縁体（典型的には単結晶シ
リコンウェハにより支持される酸化物または窒化物）上
に付着形成された非晶質または多結晶の層から単結晶基
体を製造することである。なお、シリコン技術の現在の
１−ＩＴ能＋！１を考慮すると、得られる結晶は（１０
０＞配向とｂ′る。
再結晶化の試みは連続放出型レーザーによりなされてき
たが、レーザー光源によりｆ！Ｊ　Ｅ、れるスポットの
大きさ及び溶融ラインの重なりＪ、いの問題を考慮する
と、この解決法はサイズの大きなウーハ（直径１０　ｃ
ｍ　）に対しては適当ではぬい。
別の解決法はジュール効果により加熱されたグラファイ
ト板またはグラファイト棒の使用である。
グラファイト板または棒は半導体の表ｍｉ上を移動し、
幅狭のシリコンラインを溶融する。このような方法はＪ
、Ｃ，Ｃ，ＦＡＮ氏の文献、“Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙ
−ｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”　、　Ｖｏｌ、４０．　
Ｎｏ、２．１９８２年　１月１５日。
第１８５頁に記載されている。
また、本発明による熱処理装置は当該分野において関心
ある可能性を提示する。この場合、アニールへの適用と
対比させて応用が行なわれる必要がある。非集束型ラン
プ２０は基体を約１１００℃に加熱し、集束型ランプ１
０　、１２はシリコン層を局所的に溶融可能であること
が必要である。これらのランプの電力規格は前述の適用
よりかなり大きくなる。
処理すべきウェハの下方に配置された第２のランプを使
用し、ウェハのほり全表面あるいは完全に全表面を照射
させることもＵ（能である。これはその集魚がランプに
より占められているパラボラ状リフレクタを用いて可能
となる。この構成では、第１のランプのみがウェハ上の
走査をするために移動する。
更に、結晶学的には、結晶を引出している間、結晶の周
縁部の核生成にュークリエーション）を防止するために
、溶融領域は再結晶化される領域に対して凹面となる必
要がある。再凝固は主として溶融領域の中心であ起０す
、そあ結果長　。
い単結晶粒界（グレイン）を引出すことがｉｉＪ能と　
・□ なる。
。２、−７゜□、い１よ□５よ７、オよう９．：円形の
集束スポットを変形させること較より容易に行なうこと
ができる。白金製ピン５２で終結す　□るロッド５０が
、ウェハ２と非常に近１？シているｉｌのランプ１２に
より発せられるビーム１４＾　■に設けられる。ビン５
２はウェハ２上に影を投げ　□かけ、所望のインゲン豆
形状のスポットを得ることのできるマスクを構成する。
マスク、リフレクタ等の他の手段も当然使用可能である
が、図示し再結晶化テストを第５図に従って設けられた
熱　。
処理装置により実施した。溶融ゾーンｔ」ラインバイラ
イン走査で０．５〜１　ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させ
た。裸眼で見ることのできる粒界が得られた。こ　□れ
らの単結晶粒界はウェハの面に対する法線を基準にして
（１００＞配向をすると共に走ｎ方向に対して（１００
＞となっている。これらの微結晶は典型的には３ＸＩ１
１〜数Ｃａｌの大きさを有する。その幅は得られるスポ
ットのサイズにより制限される。
これらの微結晶はウェハ面の＜１００）に対してわずか
に配向の異なった隣接ゾーンを有する。層界面により分
離されるゾーンの角度分布は０．７　’以下（典型的に
は０．３°）である。
得られた粒界の輻（３■Ｗ）は最後に言及した文献に報
告されている値２　＋ｕ＋　　より大きい。更に、該文
献においては再結晶化ゾーン内の（１０’０）テクスチ
ャーに疑問があったが、本発明の装置によれば＜ｉｏｏ
　＞配向の単結晶が得られる。
−Ｌ述の結果得られたものは幅１　ｃｍ、長さ数Ｃ１１
のストリップである。
しかしながら直径１０　ｃｍの工業的円形ウェハの使用
を妨げるものはない。ラインバイライン走査は前のライ
ンにより得られた粒界を再溶融しないで約ｌｏｚのライ
ンの重なりで行なわなければならない。
上述した全ての操作を別の位置に垂直に置かれたウェハ
で実行することは当然可能である。この場合本明細書中
の「上方」または「トカ」という述語は限定的に使用さ
れる語句でなくウェハを水平に載置した例を説明するた
めに使用された語句であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
ｆｆ５１図は本発明による熱処理装置に使用される加熱
手段を示す図、第２図はウェハ支持体が固定されている
本発明の変形例の装置を示す図、第３図は一様な速度に
おけるらせん走査を定義するための図、第４図は制御さ
れた雰囲気中でのアニールのためのサンプルホルダの断
面図、第５図は絶縁体上に半導体を再結晶化させるのに
使用される本発明の変形例を示す図である。 ２−−−ウェハ、　　　　３−ｍ−絶縁ビン、４−ｍ−
支持体、　　　　１０−一一第１のランプ、１２−ｍ−
リフレクタ、　　１４−一一第１の放射線、１６一−−
集束スポット、２０−−一第２のランプ、２４−一一第
２の放射線。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体ウェハの一方の面のある領域を局所的に加
    熱する手段と、前記半導体ウニへ全体に亘って前記領域
    を走査させる手段とを有する半導体ウェハ用熱処理装置
    において、前記局所的加熱手段が第１のランプ及び第２
    のランプから成り、前記第１のランプは第１の集束用リ
    フレクタを備え、所定の直径を有する第１の集束フボシ
    トにより処理される前記半導体ウェハの前記一方の面に
    集束する第１の放射線を発し、前記第２のランプは前記
    半導体ウェハの他方の面に向けて第２の放射線を発し、
    該他方の面上に前記ｆｆ′５１の集束スポットの直径よ
    りも大きい径を有するｉ２の集束スポットを形成するこ
    とを特徴とするＹ導体ウェハ用熱処理装置。。
  2. （２）前記第２のランプが、前記第２の放射線を前記半
    導体ウェハの前記他方の面に対してわずかにずれた位置
    に・ある面内に集束させる第２の集束用リフレクタを具
    備する特許請求の範囲第１項記載の熱処理装置。
  3. （３）前記第２のランプが、前記半導体ウェハの前記他
    方の面のはＣまたは完全に全体に向けて前記第２の放射
    線を発する・特許請求の範囲第１項記載の熱処理装置。
  4. （４）前記局所□的に加熱された領域を走査させる前記
    手段が、前記第１のランプ及び前記第２のランプのアセ
    ンブリを移動させる手段より成り、前記半導体ウェハは
    固定されたままである特許請求の範囲第１項Ａ−第３項
    のうちのいずれか一項に記載の熱処理装置。
  5. （５）　ｒ：ｒｊ記定走査手段、前記半導体ウェハの中
    心に対する前記第１の集束スポットの中心の極座櫟ｒ、
    φがｒ＝ａ・φ（ａは定数）なる関係を有し、φの時間
    変化がｂず「（ｂは定数、ｔは時間）となるごとき・ア
    ルキメデスらせん状走査を行なうことができ、前記領域
    の線移動速度がはｉ一定である特許請求の範囲第１項〜
    第４項のうちのいずれか−・項に記載の熱処理装置。
  6. （６）制御された雰囲気中での処理を可能とする半導体
    ウェハ支持体を有し、該支持体ｔ］その内部に向う絶縁
    性ピンが取付けらえた絶縁ｔｌリングと組合わされると
    ともに前記半導体ウェハの周辺部、気体供給ダクト及び
    気体排出ダクトを支持し、該２つのダクトは前記絶縁性
    リングの動径的に対向する位置を横切り、２つの透明な
    ポートホールが前記半導体ウェハの両側にて前記リング
    にあてがわれる特許請求の範囲第１項〜第５項のうちの
    いずれか一項に記載の熱処理装置。
  7. （７）前記第１の集束スポットに凹状領域を有する形状
    を付与するための手段を有する菊訂請求の範囲第１項〜
    第６項のうちのいずれか一項に記載の熱処理装置。
  8. （８）前記形状伺与手段がピンにより終結するロッドよ
    り成り、該ロッドは前記第１のランプにより発せられる
    前記第１の放射線内に設りられるとともに前記ｉｆの集
    束スポットに影を投げかけ。 該影が前記凹状領域を形成する４、′ｆ許請才の範囲第
    ７項記載の熱処理装置。
  9. （９）前記ピンが白金より成る特許請求の範囲第８項記
    戦の熱処理装置。
JP58163382A 1982-09-07 1983-09-07 半導体ウエハ用熱処理装置 Pending JPS5965426A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8215182 1982-09-07
FR8215182A FR2532783A1 (fr) 1982-09-07 1982-09-07 Machine de traitement thermique pour semiconducteurs

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JP58163382A Pending JPS5965426A (ja) 1982-09-07 1983-09-07 半導体ウエハ用熱処理装置

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EP (1) EP0106722B1 (ja)
JP (1) JPS5965426A (ja)
DE (1) DE3368293D1 (ja)
FR (1) FR2532783A1 (ja)

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