JPS60732A - アニ−ル方法 - 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のアニール方法に関するもので
ある。

未近、半導体ウェハー（以下ウェハー）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
うることがら、不純物をイオン状にして加速してウェハ
ーに打ち込むイオン注入法が使用されて来ている。しか
しこのイオン注入法においては、注入後普通アルゴンの
ような不活性ガス中で、約１０００℃またはそれ以上に
ウェハーを加熱処理する必要がある。その場合、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加熱処理しなければならない。また
、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。

上記要請により、最近、ウェハーを光照射で加熱する方
法が開発され、これによれば、数秒間で１０００℃〜１
４００℃まで短時間昇温か可能である。

しかしながら、ウェハー、例えば、単結晶シリコンを数
秒以内で１０００℃以上に加熱すると、ウェハーの外周
近傍と中央部との昇温差、つまり不均一昇温のために「
スリップライン」といわれる損傷が生ずることが分った
。すなわち、ウェハーの厚さは普通α５Ｈ前後程度と非
常に薄く、厚さ方向の温度分布は、時間的には１０−ｓ
秒の桁の程度で緩和されるので、実用的にはウェハー面
上の温度分布さえ均一にしてやれはスリップラインのよ
うな損傷は防止できるわけであるが、ウェハーの表面を
均一な照射エネルギー密度で光照射すると、どうしても
、ウェハー外周近傍からの熱放散が、中央部の熱放散よ
り大きいので、外周近傍温度は中央部温度より低くなり
、スリップラインが発生する。

従来、上記スリップライン発生防止技術として（イ）主
にウェハーの周辺部を加熱するように、ウェハーの周辺
近傍にリング状のヒーターを設けるとか、或は、それ自
身光照射を受けて昇温するようなリング状昇温部材を配
置するとか等、補助加熱器をウェハー周辺近傍に配置し
て、中央部と周辺部の昇温の均一化を計る、 （ロ）　ウェハーの表面に適当な膜を設けた９、表面状
態を変えたりして、中央部と周辺部で、ウェハーの表面
の反射率もしくは光放射率を変えるように、ウェハーの
表面を加工することによって、中央部と周辺部の昇温の
均一化を計る、ｒ−ｔ　主にウェハーの中央部を照射す
る光を弱めるために、その中央部分の光透過性を悪くし
たフィルターをランプとウェハーとの間に配置して、ウ
ェハーの中央部の放射熱伝達量を周辺部に比べて抑制す
る、 ことなどが研究され、特に（イ）については実用化段階
まで来ている。

しかしながら、その後の詳細な研究によれば、９エバー
の表面温度を均一化しても、長時間光照射加熱をしてい
ると、やはり、周辺部にスリップラインが発生すること
が分った。つまり、アニールの目的を達成する範囲内で
、できるだけ短い時間で光照射加熱をすれば良いが、実
際の生産作業ではアニールの完全性を期して、どうして
も長めに加熱をする。特に、ウエノ・−の表面温度の均
一性が高ければ高い程アニールを完全にするために長時
間加熱金していた。ところが前記の通り、均一性を向上
しても、長時間加熱は好ましくないことが分った。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは、ウヱノ・−表面の温度を均一化す
るようその表面を加工したり、補助加熱器を配置したう
えで、スリップラインか発生しないアニール方法を提供
することにあり、鋭意詳細な研究を行った結果、本発明
を完成したものである。そして本発明の構成は、イオン
を打込んだ半導体ウエノ・−を電気的活性化や結晶損傷
回復等のために白熱電球や放電灯のようなラング類の光
を照射してアニールを行うアニール方法において、半導
体ウェハーの中央部と周辺部で該ウェハーの表面の反射
率もしくは光放射率を変えるよう加工するか、または王
に該ウェハーの周辺部を加熱するように補助加熱器を該
周辺部近傍に配置するか、もしくはランプとウェハーと
の間にフィルター等を配置するかして、半導体ウェハー
の中央部と周辺部とで該ウェハーが受ける放射熱伝達量
を変えることによって該ウェハーの表面の温度を均一化
し、そのうえで、半導体ウェハーが８００℃以上に保持
される時間ｔ（秒）と温度Ｔ（℃）との関係を　ｆＴｄ
ｔ≦１．ｌＸ１０’　に規定して該ウェハーをアニール
することを特徴とする。

更に第２の目的は、上記アニール方法において、打込ま
れたイオンが、電気的に十分に活性化され、また必要以
上に大きく拡散しない範囲内でアニールが実行できるよ
うなアニール方法を提供することにあり、打込イオンが
硼素の場合、０．１Ｘ１０’≦ｆＴｄｔ≦１．ｌＸ１０
’に規定し、更に最適には０．６５Ｘ１０’〜α３０Ｘ
１０’に規定し、打込イオｙが燐ｏｓ合、０．ｌＸ１０
’≦Ｊ’Ｔｄｔ≦０．９Ｘｆ（］’　＃ＣＭ定し、最適
にはＱ、５０Ｘ１０’〜０．？＋０Ｘ１０’に規定し、
打込イオン打込後の場合、０＜Ｊ’Ｔｄｔ≦［Ｌ’５Ｘ
１０’に規定シ、最適には、０．！１５Ｘ１０’　〜０
．１０Ｘ１０’に、夫々規定するところに第２の特徴が
ある。

以下図面全参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明を実胞するだめの光照射炉の概略の説
明図であって、１は棒状に長いハロゲン白熱電球、２は
ミラーであり、電球１及びミラー２はいづれも、水冷や
空冷等の冷却機構によって十分に冷却される。３はシリ
コンウェハー、４はリング状のハロゲン白熱電球からな
る補助加熱器であり、石英容器もしくは通路部材５内に
おいて、五徳状の石英支持台で支持されている。シリコ
ン９エバー５は主に、ハロゲン白熱電球１によって加熱
昇温せしめられるが、やはり、ハロゲン白熱電球１やミ
ラー２を非常に良好に設訂しても、中央部６ａと周辺部
３ｂとには多少温度差が生じ、そのため、図示の如く、
補助加熱器４で主に周辺部６ｂを加熱するようにその近
傍に配置する。

第２図はウェハーの加熱昇温曲線の一例であって、直径
４インチ、厚さ約０．５　ｖａｎのシリコンウェハーに
、注入エネルギー４０１（ｅＶで４×１０１５個／−の
硼素イオン金打込んだものに１３秒かけて１１００℃ま
で昇温させ、その温度で５秒保持し、以後加熱を止めた
時の時間一温度の経過を示し、イオン打込後のシート抵
抗値は１０００Ω／口以上であったものが約２３０／口
まで下がり、電気的活性化が良好であって、スリップラ
インも発生しない。なおこのときはｆＴｄｔ＝０．７９
ｘ１０’となる。しかし、この場合も、１１００℃にお
ける保持時間を１５秒のように長くすると、スリップラ
インの発生が見られる。

更に他の例を挙げるならば、前記イオン注入において、
硼素を燐に代えて、注入エネルギー４０ＫｅＶで４×１
０１５個／ｃｒｌの燐イオンを打込んだものを、前記同
様の加熱処理を行うと、シート抵抗値は約２５　”１０
まで下がり、やはり、良好に活性化でき、かつ、スリッ
プラインも発生しないが、１５秒以上保持時間を長くす
ると、スリップラインが著しく発生する。

前記した如く、この加熱時間を長くするとスリップライ
ンが発生することについて、詳細な研究を重ねたところ
、ウェハーが８００℃以上に露呈されている時間内の０
℃から計った温度の積分値（第２図で斜線で示す面積）
、つまり１．ｆＴｄｔ＝／に＼において、Ｔはウェハー
の温度℃、ｔは８００℃以上に露らされている時間秒）
が影響していることが分った。向このときの温度は０．
５闘φ 十のクロメル／アルメル熱電対を酸化し黒化したものを
シリコンウェハーに接触させ測定してえられた温度とす
る。そのため、ｆを変化させて、シート抵抗値とスリッ
プライン発生個数への影響とを調べたところ、第５図に
示すデータを得るにいたった。

第３図は、横軸をｌｏｇ　＄、たて軸は、左側にシート
抵抗値Ｑ７ｏ、右側に、スリップライン発生本数本／ウ
ェハー１枚を目盛ったもので、サンプルは、４０ＫｅＶ
で硼素イオンを４　Ｘ　１　ｏ１５個／−注入したシリ
コンウェハーである。そして曲線Ａがスリップライン発
生本数曲線、曲線Ｂがシート抵抗値曲線である。このデ
ータによれば、ｌｏｇ／が４．０４を越えたところで、
急激にスリップラインが発生しはじめることが分る。

第４図は、第３図と同様のデータの説明図であるが、サ
ンプルは、４０ＫｅＶで燐イオンを４Ｘ１０”個／−注
入したシリコンウェハーであシ、僧１素イオンにおける
第５図のデータと同様、スリップラインの発生はｌｏｇ
　！Ｉが４．０４を越えたところがら急に激しくなる。

本発明は、上記データからも理解されるように、ｌｏｇ
　ｆが４．０４つまり、／＝１．ｌＸ１０’を越えたと
ころから急にスリップラインの発生が見られるので、ま
ず、重要なことは、ｆ≦１．１Ｘ１０’に制御　゛して
加熱処理すべきことを提案するものである。

同様に、砒素について実験しても、ｆが１．１×１０４
以下であれば良いことも確認できた。

ところで前述のように、燐、砒素、硼素については、ス
リップライン発生防止の観点からするとそのイオン種に
無関係に！ｌＫ１−１．１Ｘ１０’以下に制御すれば良
いと言う主たる発明目的社達成されるが、アニールが良
く出来たかどうか判断する基準の一つであるシート抵抗
値から判断すると、第６図、第４図に示すように、ｆは
、燐イオンもしくは硼素イオン注入サンプルについては
、ｆ≧０．１×１０４が良く、砒素イオン注入サンプル
についてはすぐシート抵抗値が下がり、事実上、／＞０
であれば良い。

更に、アニール後のｐｎ接合の深さと言う点から調べる
と、硼素イオン注入シリコンウェハーでｆ≦１．１　Ｘ
　１０’　、燐イオン注入シリコンウェハーでｆ≦０．
９　Ｘ　１０’　、砒素イオン注入シリコンウェハーで
ｆ≦α５Ｘ１０’が良いことが各種の実験と観察の結果
判明したものである。

本発明は以上詳記した通り、イオンを打込んだ半導体ウ
ェハーの電気的活性化や結晶ＦＡ膓回復等のための白熱
電球や放電灯のようなランプ類の光を照射するアニール
方法において、半導体ウェハーの中央部と周辺部で該ウ
ェハーの表面の反射率もしくは光放射率を変えるよう加
工するか、もしくは該ウェハーの周辺部を主に加熱する
ように補助加熱器を該ウェハーの周辺近傍に配置するが
、もしくはランプとウェハーとの間にフィルター等を配
置するかして、半導体ウェハーの中央部と周辺部とで該
ウェハーが受ける放゛射熱伝達ｉｔ変えることによって
該ウェハーの表面の温度を均一化しても、半導体ウェハ
ーを高温で長時間さらすと、スリップラインが発生する
ことを見いだし、このスリップライン発生防止の研究を
したところ、最高温度がシリコンの融点温度附近以下で
あれば、その温度に関係なくシリコンウェハーが８００
’Ｃ以上にさらされている時間の積分値、すなわち、Ｊ
”ｒｄｔの値を１．ｌＸ１０’以下に制御することが良
いことをつきとめたものである。そして、更に、この１
．１Ｘ１０’以下の範囲内で、シート抵抗値やｐｎ接合
の深さを詳しく調べることにより、スリップライン発生
防止とともに、最適アニール条件金つきとめることによ
り本発明を完成したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための光照射炉の概略図、第
２図はウェハーの加熱時間と温度の説り１図、第３図、
第４図はデータの説明図である。 １・・・ハロゲン白熱電球　２・・・ミラー３・・・半
、導体ウェハー　４・・・補助加熱器Ａ・・・スリップ
ライン発生本数曲線 Ｂ・・・シート抵抗値曲線 出願人　ウシオ電機株式会社 代理人　弁理士　田原寅之助 第　２．Ｌ４ 時間　（柚 第３図 ｆｏｃｉφ １０９の

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　イオンを打込んだ半導体ウェハーを電気的活性化
   や結晶損傷回復等のために白熱電球や放電灯のようなラ
   ンプ類の光を照射してアニールを行うアニール方法にお
   いて、半導体ウェハーの中央部と周辺部で該ウェハーの
   表ＩＮの反射率もしくは光放射率を変えるよう加工する
   か、または主に該ウェハーの周辺部を加熱するように補
   助加熱器を該周辺部近傍に配置するか、もしくはランプ
   とウェハーとの間にフィルター等を配置するかして、半
   導体ウェハーの中央部と周辺部とで該ウェハーが受け仝
   成、射熱伝達量を変えることによって該ウェハーの表面
   の温度を均一化し、そのうえで、半導体ウェハーが８０
   ０℃以上に保持される時間ｔ（秒）と温度Ｔ（１？：）
   ；！：の関係を ｆＴｄｔ≦１．１　Ｘ　１０’ に規定して該ウエノ・−をアニールするアニール方法。 ２　打込イオンが硼素であって、 Ｑ、ｌＸ１０’≦ｆＴｄｔ≦１．ｌＸ１０’に規定して
   なる特許請求の範囲第１項記載のアニール方法。 五　打込イオンが燐であって、 Ｑ、ｌＸ１０’≦ｆＴａｔ≦α９Ｘ１０’に規定してな
   る特許請求の範囲第１項記載のアニール方法。 ４、−　打込イオンが砒素であって、 ０＜ｆＴｄｔ≦０．５Ｘ１０’ に規定してなる特許請求の範囲第１項記載のアニール方
   法。