JPS6143417A

JPS6143417A - 加熱処理方法とそれを用いた加熱装置

Info

Publication number: JPS6143417A
Application number: JP16498584A
Authority: JP
Inventors: Haruo Amada; 春男天田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-08-08
Filing date: 1984-08-08
Publication date: 1986-03-03

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〕本発明は加熱処理技術に関するもので、たとえば半導体
装置の製造における半導体ウェハ表面の結晶化および再
結晶化処理に利用して有効な技術に関する。

〔背景技術〕

周知のよ５Ｋ、半導体素子を製造する場合にはイオン打
込みによる不純物ドーピング時に発生したウェハ表面の
ダメージ層（結晶欠陥層）の再結晶化を目的とするアニ
ール処理方法をはじめ、ＣＶＤ処理あるいは蒸着処理に
より形成された薄膜の再結晶化処理々の形でアニール処
理が行なわれている。

従来、これらのアニール処理装置はたとえば１９８３年
１１月１５日付工業調査会発行電子材料別冊超ＬＳＩ製
造・試験装置ガイドブックの８７頁〜９１頁に記載され
ているように電気炉アニール装置、ランプアニール装置
、熱輻射アニール装置、レーザアニール装置および電子
ビームアニール装置がある。しかし、上述したいずれの
装置も種々の欠点があり量産実用化に達していない。

例えば電気炉アニール装置ではアニール処理時間が長く
、かつ超ＬＳＩ素子製造に必要なウェハ表面から浅いｐ
ｎ接合のアニール処理に必要な半導体ウニへの表面のみ
を選択加熱できないことがわかった。レーザアニール装
置および電子ビームアニール装置では選択加熱が可能で
あるが、−回の照射面積（アニール面積）を大きくでき
ないことから半導体ウェハ上を走査しなければならなく
、トータル的な処理時間が長くなる。それに加えて装置
コストが極めて高くなることがわかった。

さらに、ランプアニール装置および熱輻射装置は選択加
熱、処理時間の問題は解決しているが、加熱消費電力が
大きくかつアニーリングプロセス自体も確立されていな
い。以上述べたように従来アニール処理装置は種々の欠
点があり半導体素子生産ラインに適用されるに至ってい
ないことがわかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は被処理物の一部を精度良く選択加熱し、
局所アニール処理が可能であると同時に、効率的に短時
間アニール処理する方法とその装置を提供することにあ
る。

本発明の前記目的と新規な特徴は本明細書の記述および
添付図面から明らかになるであろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、被処理物の表面のみを効率良く局所アニール
処理する手段として数ＧＨ，〜数十ＧＨ２の高い周波数
帯の電磁波であるマイクロ波を間欠的に照射し、被処理
物の表面のみを選択加熱し、局所アニール処理する。こ
の時のアニール深さはマイクロ波周波数とマイクロ波出
力により制御する。

同時に精度良く、アニール処理する手段として、アニー
ル処理領域の温度を計測し、その温度計測結果に基いて
前記マイクロ波強度を制御し、精度良くアニール処理す
る。

〔実施例〕

第１図、第２図は本発明の詳細な説明するための図であ
る。すなわち、本発明では照射された電磁波となるマイ
クロ波１０周波数とアニール処理する被処理物となる半
導体ウェハ２の表面に処理されるアニール層３のアニー
ル深さｄ４の関係は第２図グラフで示す関係にある。一
方、マイクロ波出力Ｐ６の関係も同じく第２図グラフＩ
（マイクロ波出力Ｐ、）７．グラフ■（マイクロ波出力
Ｐ、）８の関係にある。但しマイクロ波出力ｔＰはＰ。

＜　Ｐ　２の関係にあり、マイクロ波照射時間ｔは一定
とする。

上述した関係を数式で整理すると次の関係圧あることが
わかった。すなわち、ｄ＝αＦ／７ｄ；アニール深さ　Ｐ：マイクロ波出力　ｆ：マイクロ
波周波数　ｔ：マイクロ波照射時間　α：定数　β：補
正係数　となる。

このことは照射するマイクロ波周波数ｆとマイクロ波出
力Ｐおよびマイクロ波照射時間ｔを制御することにより
アニール深さｄを制御することが可能であることを意味
する。すなわち、上記条件の制御で浅いｐｎ接°合を有
する微細化された半導体装置のアニール処理を簡単に行
なえるということである。

第３図は上述した原理を利用した本発明の一実施例によ
るアニール処理装置の要部断面図である。

この実施例では半導体素子製造における半導体ウェハ不
純物イオン打込み時に発生するダメージ層をアニ−１１
−処理するものである。

最初に装置構成について説明すると、方形導波管形状を
した金属壁で囲われた処理室１０内にはマイクロ波を透
過し、耐熱性のある材質で構成されたステージ１１があ
り、イオン打込み時に発生したダメージ層１２が表面に
形成されている半導体ウェハ１３がセットされている。

このステージ１１はモータＭｏｔ１４により回転する。

この回転により半導体ウェハ１３が均一に精度良く加熱
される。

一方、マイクロ波を反射する金属等で構成された反射体
１５がステージ１１の囲りに設置されており、半導体ウ
ェハ１３の裏面方向に照射されるマイクロ波量を抑える
。

処理室１０の右側には導波管１６を介して、マイクロ波
発生部１７が接続されており、左側にはサーキュレータ
Ｃ１Ｒ１８と水負荷１９が接続さされている。

また処理室１０．導波管１６は冷却する目的から水冷パ
イプ２０が巻かれている。

一方、処理室１０の上方には温度計測部となる温度モニ
タＴＭＩ　２１があり、半導体ウェハ１３のダメージ層
１２側の温度を計測し、下方には温度計測部となる温度
モニタＴＭ［２２があり、ダメージ層１２の裏側のウェ
ハ温度を計測する。これら計測されたダメージ面温度情
報２３と裏面温度情報２４は制御部ＣＰＵ２５へ伝送さ
れる。制御部２５では上述計測温度情報２３．２４と外
部入力された処理情報２６に基づいて、マイクロ波発生
部ＭＷＧ１７から照射されるマイクロ波２７０周波数、
出力、照射時間を制御すると同時にモータＭｏｔ１４の
回転数を制御する。

次にこの装置により、不純物イオン打込み時に発生した
半導体ウェハ１３のダメージ層１２をアニール処理する
方法について説明する。

イオン打込み後のダメージ層１２を有する半導体ウェハ
１３をステージ１１上にセットし、制御部２５にアニー
ル処理温度、アニール処理深さ。

アニール処理時間等の処理情報を外部入力し、始動させ
ると、均一加熱するためにモータ１４が回転する。

同時にマイクロ波発生部ＭＷＧ１７から処理情報２６に
適したマイクロ波２７が照射され、半導体ウェハ１３が
加熱される。この際、反射体１５によりマイクロ波２７
は半導体ウェハ１３０表面に沿って作用する。このため
、加熱温度分布は特にダメージ層１２の温度が高く、Ｓ
ＯＯ〜１０００℃に加熱され裏面は比較的低温３００〜
４００℃に保たれる。

なお、上記温度状態が正しく維持できるように温度モニ
タＴＭＩ２１と温度モニタＴＭＩＩ２２により、ダメー
ジ面と裏面の温度が計測されており、その計測結果に応
じ、制御部ＣＰＵ２５によりマイクロ波発生部ＭＷＧ１
７から発生するマイクロ波２７０周波数、出力等を制御
している。

一方、マイクロ波発生部ＭＷＧ１７から発生したマイク
ロ波２８は処理室１０内を伝搬し、サーキュレータＣ１
Ｒ１８，水負荷１９へ伝搬し、過剰マイクロ波の反射波
が生じることなく、処理室１０内のマイクロ波２８を常
に定常状態に保ち上述制御性の向上を図っている。

〔効果〕

（１）マイクロ波（電磁波）の周波数と加熱深さとの関
係が反比例であることより、高い周波数のマイクロ波を
使用したことより被処理物表面層のみの極く限られた領
域を局所加熱できることから、極めて浅い接合層を持つ
サブミクロンクラスの半導体素子製造におけるアニール
処理が実現し、サブミクロンクラスの微細素子を有する
半導体装置の製品化が可能となる。

（２）本発明は被処理物のみをマイクロ波によって直接
加熱する。この加熱はマイクロ波照射により被処理物内
部に生じるうず電流抵抗損、誘電損等の電磁気損失によ
り、内部発熱するため、加熱効率が極めて良い。さら忙
必要部分のみを集中加熱出来ることから加熱効率向上も
可能となる。

（３）上記（２）項加熱メカニズムから必要部分のみを
８００〜１０００ｆｔ：に、１秒以下で昇温できること
から短時間アニール処理が可能となる。

（４）被処理物の温度を計測しながらマイクロ波出力制
御によるフィードバック制御を行なっているため、高精
度な加熱処理（アニール処理）が可能となる。

（５）上記（２）項より、被処理物のみを加熱し、処理
室内壁や、被処理物保持具等が加熱されないため、処理
室内壁や被処理物保持具等に不要生成物が生成されるこ
となく、汚染の少ない処理が可能となる。

（６）前記実施例では被処理物を一枚ずつ処理すること
から装置構造の簡素化、小型化が可能となり、自動連続
処理が可能となる。

（力　前記（４）（５）項により、均一高精度な加熱処
理あるいは汚染のない加熱処理が行なえることから、品
質の安定した信頼度の高い加熱処理が可能となる相乗効
果を奏する。

以上本発明を実施例に基いて具体的に説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々に変形可能であることはいうまで
もない。

また、本発明は高圧雰囲気中、常圧雰囲気中。

低圧雰囲気中、真空中およびマイクロ波を透過する物質
中等で前記処理が可能となり、いずれの場合でも前記実
施例と同様な効果を得ることができる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として、本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である半導体素子製造に
おけるアニール処理装置に適用した場合につい【説明し
たが、これに限定されるものではなく、たとえば、磁性
材料や非金属材料、その他覚磁的損失効果のある全ての
物質について、アニール処理方法や表面加熱処理方法と
して応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図であり、第２図は同じく本発明の詳細な説明するための図であり
、第３図は本発明の実施例１であるアニール処理装置の要
部断面図である。１・・・マイクロ波（電磁波）、２・・・半導体ウェハ
（被加熱物）、３・・・アニール層、４・・・アニール
深さｄ、５・・・マイクロ波（電磁波）周波数ｆ、６・
・・マイクロ波出力Ｐ、７・・・グラフＩ、８・・・グ
ラフ■、１０・・・処理室（加熱処理部ン、１１・・・
ステージ、１２・・・ダメージ層、１３・・・半導体ウ
ェハ（被加熱物）、１４・・・モータＭｏｔ、１５・・
・反射体、１６・・・導波管、１７・・・マイクロ波（
電磁波）発生部ＭＷＧ、１８・・・サーキエレータＣｉ
Ｒ，１９・・・水負荷、２０・・・水冷パイプ、２１・
・・温度モニタ（温度計測部）■、２２・・・温度モニ
タ（温度計測部）ＴＭＩＩ、２３・・・ダメージ面温度
情報、２４・・・裏面温度情報、２５・・・制御部ＣＰ
Ｕ、２６・・・処理情報、２７・・・マイクロ波。

Claims

【特許請求の範囲】１、高い周波数帯の電磁波を間欠的に照射し、被処理物
の表面のみを加熱し、加熱処理することを特徴とする加
熱処理方法。２、高い周波数の電磁波を発生する電磁波発生部と、そ
の発生した電磁波により被加熱物を、加熱処理する加熱
処理部と、前記被処理物の温度計測部とを具備し、前記
温度計測部の温度計測結果に基いて、前記電磁波強度を
制御することを特徴とする加熱装置。