TWI642107B - 熱處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可適當控制摻雜劑之擴散之以鍺或矽鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法。 將形成有鍺之半導體層之基板搬入腔室6內，該鍺之半導體層中注入有硼等摻雜劑。對腔室6內供給包含氫之處理氣體，於在半導體層之周圍形成包含氫之環境氣體之狀態下，藉由來自鹵素燈HL之光照射對半導體層進行預加熱。藉此，半導體層之表面附近所存在之空孔藉由氫而消滅。其後，自閃光燈FL對半導體層照射閃光，將半導體層加熱至處理溫度。由於使半導體層之空孔消滅，故而於閃光加熱時，摻雜劑可相對容易地擴散，藉由調整閃光照射之條件，能適當控制摻雜劑之擴散。

Description

熱處理方法
本發明係關於一種以鍺或矽鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法。
作為半導體元件之材料，主要使用矽(Si)，但一部分亦使用鍺(Ge)。由於鍺與矽相比，移動度較高，故而對將鍺用作場效電晶體(FET，field-effect transistor)之通道材料之技術進行研究(例如，專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2015-115415號公報
[發明所欲解決之問題] 於高純度之鍺中添加微量之硼(B)等3價之摻雜劑而成之p型半導體(p-Ge)，相較於添加磷(P)或砷(As)等5價之摻雜劑而成之n型半導體(n-Ge)，活化退火時之摻雜劑之活化率較高。另一方面，鍺之p型半導體相較於n型半導體，摻雜劑之擴散非常慢，存在活化退火時之擴散控制較困難之問題。其原因在於：磷或砷經由鍺之結晶中之空孔而擴散，相對於此，硼等經由結晶中之晶格間之空隙而擴散。於鍺之結晶中存在大量空孔，因此，經由空孔擴散之磷或砷容易擴散，另一方面，對於硼等而言，大量之空孔反而成為障礙，使硼不易擴散。 本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種可適當控制摻雜劑之擴散之以鍺或矽鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述問題，技術方案1之發明係一種以鍺或矽鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法，其特徵在於具備：搬入步驟，其係將注入有摻雜劑之鍺或矽鍺之半導體層搬入至腔室內；環境氣體形成步驟，其係將包含氫或氨之處理氣體導入至上述腔室中；預加熱步驟，其係於預加熱溫度下對上述半導體層進行預加熱；及閃光加熱步驟，其係自閃光燈對上述半導體層照射閃光而加熱至處理溫度。 又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其中上述預加熱溫度為200℃以上且500℃以下。 又，技術方案3之發明係如技術方案1或技術方案2之發明之熱處理方法，其中上述處理溫度為600℃以上且900℃以下。 [發明之效果] 根據技術方案1至技術方案3之發明，於在包含氫或氨之環境氣體中對注入有摻雜劑之鍺或矽鍺之半導體層進行預加熱之後，藉由閃光照射加熱至處理溫度，因此，於半導體層之表面附近所存在之空孔消滅而摻雜劑可相對容易地擴散之狀態下進行閃光加熱，藉由調整閃光照射之條件，能適當控制摻雜劑之擴散。
以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態進行詳細說明。 首先，對用以實施本發明之熱處理方法之熱處理裝置進行說明。圖1係表示本發明之熱處理方法所使用之熱處理裝置1之構成之縱剖視圖。圖1之熱處理裝置1係藉由對圓板形狀之基板W進行閃光照射而將該基板W加熱之閃光燈退火裝置。成為處理對象之基板W之尺寸並無特別限制，例如，為300 mm或450 mm。再者，於圖1及以後之各圖中，為了理解容易，而視需要對各部分之尺寸或數量進行誇大或簡化表示。 熱處理裝置1具備收容基板W之腔室6、內置複數個閃光燈FL之閃光加熱部5、及內置複數個鹵素燈HL之鹵素加熱部4。於腔室6之上側設置閃光加熱部5，並且於下側設置鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1之腔室6之內部具備使基板W保持水平姿勢之保持部7、及於保持部7與裝置外部之間進行基板W之交接之移載機構10。進而，熱處理裝置1具備控制部3，其控制設置於鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之各動作機構，使其等執行基板W之熱處理。 腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下形成開口之大致筒形狀，於上側開口安裝上側腔室窗63而將其封閉，於下側開口安裝下側腔室窗64而將其封閉。構成腔室6之頂壁之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，作為使自閃光加熱部5出射之閃光透過至腔室6內之石英窗而發揮作用。又，構成腔室6之底部之下側腔室窗64亦係由石英形成之圓板形狀構件，作為使來自鹵素加熱部4之光透過至腔室6內之石英窗而發揮作用。 又，於腔室側部61之內側之壁面之上部安裝有反射環68，於下部安裝有反射環69。反射環68、69均形成為圓環狀。上側之反射環68藉由自腔室側部61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69藉由自腔室側部61之下側嵌入並利用省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69均裝卸自如地安裝於腔室側部61。腔室6之內側空間、即由上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61及反射環68、69包圍之空間係規定為熱處理空間65。 藉由於腔室側部61安裝反射環68、69，而於腔室6之內壁面形成凹部62。即，形成由腔室側部61之內壁面之中未安裝反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面、及反射環69之上端面所包圍之凹部62。凹部62於腔室6之內壁面沿水平方向形成為圓環狀，圍繞保持基板W之保持部7。腔室側部61及反射環68、69由強度及耐熱性優異之金屬材料(例如，不鏽鋼)形成。 又，於腔室側部61形成設置有搬送開口部(爐口)66，該搬送開口部(爐口)66用以將基板W搬入及搬出腔室6。搬送開口部66能夠藉由閘閥185而打開及關閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，於閘閥185將搬送開口部66打開時，可自搬送開口部66通過凹部62將基板W搬入熱處理空間65及將基板W搬出熱處理空間65。又，若閘閥185將搬送開口部66封閉，則腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。 又，於腔室6之內壁上部形成設置有氣體供給孔81，該氣體供給孔81對熱處理空間65供給處理氣體。氣體供給孔81形成設置於較凹部62更靠上側位置，亦可設置於反射環68上。氣體供給孔81經由以圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間82而與氣體供給管83連通連接。氣體供給管83與處理氣體供給源85連接。又，於氣體供給管83之路徑途中插入有閥84。若打開閥84，則處理氣體自處理氣體供給源85輸送至緩衝空間82。流入至緩衝空間82之處理氣體以於流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴散之方式流動，自氣體供給孔81供給至熱處理空間65內。作為處理氣體，使用氫(H2 )、氨(NH3 )、將氫與氮(N2 )混合而成之混合氣體等。 另一方面，於腔室6之內壁下部形成設置有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排出孔86。氣體排出孔86形成設置於較凹部62更靠下側位置，亦可設置於反射環69上。氣體排出孔86經由以圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87而與氣體排氣管88連通連接。氣體排氣管88與排氣部190連接。又，於氣體排氣管88之路徑途中插入有閥89。若打開閥89，則熱處理空間65之氣體自氣體排出孔86經由緩衝空間87而向氣體排氣管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排出孔86亦可沿腔室6之周向設置複數個，亦可為狹縫狀者。又，處理氣體供給源85及排氣部190亦可為設置於熱處理裝置1上之機構，亦可為設置熱處理裝置1之工廠之實體。 又，於搬送開口部66之前端亦連接有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣管191。氣體排氣管191經由閥192而與排氣部190連接。藉由打開閥192，而使腔室6內之氣體經由搬送開口部66而排出。 圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7係具備基台環71、連結部72及承受器74而構成。基台環71、連結部72及承受器74均由石英形成。即，保持部7之整體由石英形成。 基台環71係自圓環形狀缺失一部分而成之圓弧形狀之石英構件。該缺失部分係為了防止下述移載機構10之移載臂11與基台環71之干涉而設置。基台環71載置於凹部62之底面，藉此，被支持於腔室6之壁面(參照圖1)。於基台環71之上表面，沿其圓環形狀之周向豎立設置有複數個連結部72(於本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英之構件，藉由熔接而固著於基台環71。 承受器74由設置於基台環71之4個連結部72支持。圖3係承受器74之俯視圖。又，圖4係承受器74之剖視圖。承受器74具備保持板75、導引環76及複數個基板支持銷77。保持板75係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。保持板75之直徑大於基板W之直徑。即，保持板75具有大於基板W之平面尺寸。 於保持板75之上表面周緣部設置有導引環76。導引環76係具有大於基板W之直徑之內徑之圓環形狀之構件。例如，於基板W之直徑為300 mm之情形時，導引環76之內徑為320 mm。導引環76之內周係形成為自保持板75朝向上方變寬般之傾斜面。導引環76由與保持板75相同之石英形成。導引環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另外加工之銷等而固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導引環76加工為一體之構件。 將保持板75之上表面之中較導引環76更靠內側之區域形成為保持基板W之平面狀之保持面75a。於保持板75之保持面75a，豎立設置有複數個基板支持銷77。於本實施形態中，沿與保持面75a之外周圓(導引環76之內周圓)為同心圓之圓周上，以30°為單位，共計豎立設置有12個基板支持銷77。配置有12個基板支持銷77之圓之直徑(對向之基板支持銷77間之距離)小於基板W之直徑，若基板W之直徑為300 mm，則該圓之直徑為270 mm～280 mm(於本實施形態中為280 mm)。各基板支持銷77由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由熔接而設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75加工成一體。 回至圖2，豎立設置於基台環71上之4個連結部72與承受器74之保持板75之周緣部藉由熔接而固著。即，承受器74與基台環71藉由連結部72而固定地連結。此種保持部7之基台環71支持於腔室6之壁面，藉此，保持部7安裝於腔室6。於保持部7安裝於腔室6之狀態下，承受器74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛直方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a成為水平面。 搬入至腔室6之基板W係以水平姿勢載置並保持於安裝於腔室6之保持部7之承受器74之上。此時，基板W由豎立設置於保持板75上之12個基板支持銷77支持而保持於承受器74。更嚴密而言，12個基板支持銷77之上端部接觸於基板W之下表面而支持該基板W。12個基板支持銷77之高度(基板支持銷77之上端至保持板75之保持面75a之距離)均勻，因此，藉由12個基板支持銷77將基板W支持為水平姿勢。 又，基板W藉由複數個基板支持銷77而與保持板75之保持面75a隔著特定之間隔地被支持。導引環76之厚度大於基板支持銷77之高度。因此，藉由導引環76防止由複數個基板支持銷77支持之基板W之水平方向之位置偏移。 又，如圖2及圖3所示，於承受器74之保持板75，上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為了供放射溫度計120(參照圖1)接收自保持於承受器74之基板W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，放射溫度計120經由開口部78而接收自保持於承受器74之基板W之下表面放射之光，藉由另外設置之檢測器測定該基板W之溫度。進而，於承受器74之保持板75，穿設有4個貫通孔79，該等4個貫通孔79係供下述移載機構10之頂起銷12貫通以進行基板W之交接。 圖5係移載機構10之俯視圖。又，圖6係移載機構10之側視圖。移載機構10具備2個移載臂11。移載臂11係設為如沿大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。於各移載臂11上豎立設置有2個頂起銷12。各移載臂11藉由水平移動機構13而可旋動。水平移動機構13使一對移載臂11於相對於保持部7進行基板W之移載之移載動作位置(圖5之實線位置)與在俯視時不與保持於保持部7之基板W重疊之退避位置(圖5之二點鏈線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，可為藉由不同之馬達使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連接機構而藉由1個馬達使一對移載臂11連動地旋動者。 又，一對移載臂11藉由升降機構14而與水平移動機構13一起升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則共計4個頂起銷12通過穿設於承受器74之貫通孔79(參照圖2、3)，頂起銷12之上端自承受器74之上表面突出。另一方面，若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降而使頂起銷12自貫通孔79抽出，且水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動，則各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置係保持部7之基台環71之正下方。基台環71載置於凹部62之底面，因此，移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。再者，於設置有移載機構10之驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位之附近亦設置有省略圖示之排氣機構，以將移載機構10之驅動部周邊之環境氣體向腔室6之外部排出之方式構成。 回至圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5係於殼體51之內側具備包括複數個(於本實施形態中為30個)之氙氣閃光燈FL之光源及以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52而構成。又，於閃光加熱部5之殼體51之底部安裝有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之底部之燈光放射窗53係由石英形成之板狀之石英窗。藉由將閃光加熱部5設置於腔室6之上方，而使燈光放射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL自腔室6之上方經由燈光放射窗53及上側腔室窗63而將閃光照射至熱處理空間65。 複數個閃光燈FL係分別具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，以各長邊方向沿保持於保持部7之基板W之主面(即，沿水平方向)相互平行之方式以平面狀排列。由此，由閃光燈FL之排列形成之平面亦為水平面。 圖8係表示閃光燈FL之驅動電路之圖。如該圖所示，電容器93、線圈94、閃光燈FL、及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣閘極雙極電晶體)96串聯連接。又，如圖8所示，控制部3具備脈衝產生器31及波形設定部32，並且與輸入部33連接。作為輸入部33，可採用鍵盤、滑鼠、觸控面板等各種公知之輸入設備。波形設定部32基於來自輸入部33之輸入內容設定脈衝信號之波形，脈衝產生器31按照其波形產生脈衝信號。 閃光燈FL具備於其內部封入氙氣且於其兩端部配設有陽極及陰極之棒狀之玻璃管(放電管)92及附設於該玻璃管92之外周面上之觸發電極91。藉由電源單元95對電容器93施加特定之電壓，充入與該施加電壓(充電電壓)相應之電荷。又，可自觸發電路97對觸發電極91施加高電壓。觸發電路97對觸發電極91施加電壓之時點係由控制部3控制。 IGBT96係於閘極部組入有MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor，金屬氧化物半導體場效應電晶體)之雙極電晶體，係適於處理大功率之開關元件。自控制部3之脈衝產生器31對IGBT96之閘極施加脈衝信號。若對IGBT96之閘極施加特定值以上之電壓(高電壓)，則IGBT96成為ON狀態，若施加未達特定值之電壓(低電壓)，則IGBT96成為OFF狀態。如此，包含閃光燈FL之驅動電路藉由IGBT96而導通及斷開。藉由使IGBT96導通及斷開，而使閃光燈FL與相對應之電容器93連接及斷開，從而控制流經閃光燈FL之電流流通及斷開。 即便於電容器93已充電之狀態下IGBT96成為ON狀態而對玻璃管92之兩端電極施加高電壓，但由於氙氣為電性絕緣體，故而於通常之狀態下玻璃管92內不會流通有電。然而，於觸發電路97對觸發電極91施加高電壓而破壞絕緣之情形時，由於兩端電極間之放電而於玻璃管92內瞬時流通有電，且藉由此時之氙之原子或者分子之激發而發射光。 如圖8所示之驅動電路係獨立地設置於複數個閃光燈FL之各者上，該複數個閃光燈FL係設置於閃光加熱部5。於本實施形態中，30個閃光燈FL呈平面狀排列，因此，與其等對應地，設置30個如圖8所示之驅動電路。由此，流經30個閃光燈FL之各者之電流藉由所對應之IGBT96而獨立地被控制流通及不流通。 又，反射器52係於複數個閃光燈FL之上方以覆蓋其等整體之方式設置。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光反射至熱處理空間65之側。反射器52係由鋁合金板形成，其表面(面向閃光燈FL之側之面)藉由噴砂處理而被實施粗面化加工。 設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4係於殼體41之內側內置有複數個(於本實施形態中為40個)鹵素燈HL。鹵素加熱部4係藉由複數個鹵素燈HL而自腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65進行光照射從而對基板W加熱的光照射部。 圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40個鹵素燈HL分為上下2段而配置。於靠近保持部7之上段配設20個鹵素燈HL，並且於較上段遠離保持部7之下段亦配設有20個鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段均係20個鹵素燈HL以各長邊方向沿保持於保持部7之基板W之主面(即，沿水平方向)相互平行之方式排列。由此，上段、下段之藉由鹵素燈HL之排列形成之平面均為水平面。 又，如圖7所示，於上段、下段，相較於與保持於保持部7之基板W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域之鹵素燈HL之配設密度均變大。即，於上下段，相較於燈排列之中央部，周緣部之鹵素燈HL之配設間距均更短。因此，於利用來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時，能夠對容易產生溫度下降之基板W之周緣部照射更多之光量。 又，包括上段之鹵素燈HL之燈群與包括下段之鹵素燈HL之燈群係以呈格子狀交差之方式排列。即，以配置於上段之20個鹵素燈HL之長邊方向與配置於下段之20個鹵素燈HL之長邊方向相互直交之方式配設共計40個鹵素燈HL。 鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲通電而使燈絲白熱化從而使其發光的燈絲方式之光源。於玻璃管之內部封入有於氮或氬等惰性氣體中導入有微量鹵素元素(碘、溴等)之氣體。藉由導入鹵素元素，能夠抑制燈絲之折損並將燈絲之溫度設定為高溫。因此，與通常之白熾燈泡相比，鹵素燈HL具有壽命較長且可連續地照射較強之光之特性。即，鹵素燈HL係連續發光至少1秒以上之連續點亮燈。又，鹵素燈HL係棒狀燈，因此，壽命長，藉由使鹵素燈HL沿水平方向配置而使得對上方之基板W之放射效率優異。 又，於鹵素加熱部4之殼體41內，亦於2段之鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖1)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光反射至熱處理空間65之側。 控制部3控制設置於熱處理裝置1之上述各種動作機構。作為控制部3之硬體之構成係與普通之電腦相同。即，控制部3具備進行各種運算處理之電路即CPU、記憶基本程式之讀出專用之記憶體即ROM、記憶各種資訊之自由讀寫之記憶體即RAM及預先記憶控制用軟體或資料等之磁碟。藉由控制部3之CPU執行特定之處理程式而進行熱處理裝置1之處理。 除上述構成以外，熱處理裝置1還具備各種冷卻用之構造，以防止於基板W之熱處理時因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能導致鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過度之溫度上升。例如，於腔室6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5係形成為於內部形成氣體流以進行排熱之空冷構造。又，對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙亦供給空氣，從而將閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。 其次，對本發明之半導體之熱處理方法進行說明。於本實施形態中，藉由上述熱處理裝置1進行注入有硼之鍺之p型半導體之活化退火處理。 圖9係模式性地表示經熱處理裝置1處理之基板W之構造之圖。於本實施形態中，於矽之基材101之上表面之一部分區域形成有鍺之半導體層102。半導體層102係單晶之鍺。半導體層102之膜厚極薄，為數10 nm。作為半導體層102之形成方法，例如，可採用CVD等公知之各種方法。 於進行本發明之熱處理之前，向鍺之半導體層102之表面注入硼作為摻雜劑。摻雜劑之注入係藉由與熱處理裝置1不同之離子注入裝置而進行。離子注入時之加速能量及摻雜量可設為適當者。藉由注入微量硼，而使半導體層102成為以鍺為主成分之p型半導體。 剛藉由離子注入而注入之硼未與鍺之結晶匹配，因此為惰性，又，於鍺之結晶中亦由於離子注入而產生晶格缺陷，故而需要使其恢復。因此，利用熱處理裝置1對注入有微量之硼之鍺之半導體層102進行閃光燈退火。熱處理裝置1對在矽基材101上形成有半導體層102之基板W進行熱處理。以下，對利用熱處理裝置1進行之基板W之熱處理進行說明。以下所說明之熱處理裝置1之處理順序係藉由控制部3控制熱處理裝置1之各動作機構而進行。 首先，打開閘閥185而令搬送開口部66被打開，利用裝置外部之搬送機器人經由搬送開口部66將基板W搬入腔室6內之熱處理空間65。即，將半導體層102搬入腔室6內。由搬送機器人搬入之基板W進入至保持部7之正下方位置而停止。繼而，移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，藉此，頂起銷12通過貫通孔79並自承受器74之保持板75之上表面突出而接收基板W。此時，頂起銷12上升至較基板支持銷77之上端更靠上方。 基板W載置於頂起銷12之後，搬送機器人自熱處理空間65退出，藉由閘閥185將搬送開口部66封閉。繼而，一對移載臂11下降，藉此，基板W自移載機構10被交接至保持部7之承受器74，以水平姿勢自下方被保持。基板W由豎立設置於保持板75上之複數個基板支持銷77支持而保持於承受器74。又，基板W以形成有半導體層102之正面為上表面而保持於保持部7。於由複數個基板支持銷77支持之基板W之背面(與正面為相反側之主面)與保持板75之保持面75a之間形成特定之間隔。下降至承受器74之下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13而退避至退避位置、即凹部62之內側。 又，藉由閘閥185將搬送開口部66封閉而使熱處理空間65成為密閉空間之後，進行腔室6內之環境氣體調整。具體而言，打開閥84，自氣體供給孔81向熱處理空間65供給處理氣體。於本實施形態中，將氫與氮之混合氣體(組成氣體)作為處理氣體供給至腔室6內之熱處理空間65。又，將閥89打開，自氣體排出孔86排出腔室6內之氣體。相對於此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之處理氣體流至下方並自熱處理空間65之下部排出，將熱處理空間65置換為包含氫之環境氣體。又，藉由將閥192打開，亦自搬送開口部66排出腔室6內之氣體。進而，藉由省略圖示之排氣機構，移載機構10之驅動部周邊之環境氣體亦被排出。 腔室6內被置換為包含氫之環境氣體，基板W藉由保持部7之承受器74而以水平姿勢自下方被保持之後，鹵素加熱部4之40個鹵素燈HL一齊點亮而開始預加熱(輔助加熱)。自鹵素燈HL出射之鹵素光透過由石英形成之下側腔室窗64及承受器74而自基板W之背面照射。藉由受到來自鹵素燈HL之光照射，基板W被預加熱而溫度上升。再者，移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，因此，不會成為利用鹵素燈HL進行之預加熱之障礙。 於利用鹵素燈HL進行預加熱時，基板W之溫度係由放射溫度計120測定。即，放射溫度計120接收自保持於承受器74之基板W之背面經由開口部78放射之紅外光，而測定升溫中之基板溫度。所測定之基板W之溫度被傳輸至控制部3。控制部3一面監控藉由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之基板W之溫度是否達到特定之預加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於放射溫度計120之測定值，以基板W之溫度成為預加熱溫度T1之方式反饋控制鹵素燈HL之輸出。預加熱溫度T1係設為200℃以上且500℃以下(於本實施形態中為500℃)。 於基板W之溫度達到預加熱溫度T1之後，控制部3使基板W暫時維持於該預加熱溫度T1。具體而言，於由放射溫度計120測得之基板W之溫度達到預加熱溫度T1之時點，控制部3對鹵素燈HL之輸出進行調整，使基板W之溫度大致維持於預加熱溫度T1。 藉由利用此種鹵素燈HL進行預加熱，使基板W之整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。藉此，半導體層102亦被預加熱至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL進行之預加熱之階段，有更容易產生散熱之基板W之周緣部之溫度較中央部進一步下降之傾向，關於鹵素加熱部4之鹵素燈HL之配設密度，係相較於與基板W之中央部對向之區域而言，與周緣部對向之區域更高。因此，照射至容易產生散熱之基板W之周緣部之光量變多，從而能夠使預加熱階段之基板W之面內溫度分佈均勻。 如上所述，於構成半導體層102之鍺之結晶中存在大量之空孔。藉由於包含氫之處理氣體之環境氣體中將半導體層102預加熱至預加熱溫度T1，而使半導體層102之表面附近所存在之空孔藉由氫終結而消滅。 於基板W之溫度達到預加熱溫度T1且經過特定時間後之時點，自閃光加熱部5之閃光燈FL對基板W之表面進行閃光照射。於閃光燈FL進行閃光照射時，預先藉由電源單元95向電容器93中儲存電荷。繼而，於電容器93中儲存有電荷之狀態下，自控制部3之脈衝產生器31輸出脈衝信號至IGBT96而驅動IGBT96導通及斷開。 脈衝信號之波形可藉由自輸入部33輸入如下製程配方(recipe)而規定，該製程配方係以脈衝寬度之時間(ON時間)及脈衝間隔之時間(OFF時間)為參數依序設定。若操作員將此種製程配方自輸入部33輸入至控制部3，則按照該製程配方，控制部3之波形設定部32設定反覆導通及斷開之脈衝波形。繼而，按照由波形設定部32設定之脈衝波形，脈衝產生器31輸出脈衝信號。其結果，對IGBT96之閘極施加所設定之波形之脈衝信號，而控制IGBT96之導通及斷開驅動。具體而言，於輸入至IGBT96之閘極之脈衝信號導通(ON)之時，IGBT96成為ON狀態，於脈衝信號斷開(OFF)之時，IGBT96成為OFF狀態。 又，與自脈衝產生器31輸出之脈衝信號成為導通之時點同步地，控制部3控制觸發電路97對觸發電極91施加高電壓(觸發電壓)。於電容器93中儲存有電荷之狀態下將脈衝信號輸入至IGBT96之閘極，且與該脈衝信號成為導通之時點同步地，對觸發電極91施加高電壓，藉此，於脈衝信號導通之時，於玻璃管92內之兩端電極間必然流通有電流，且藉由此時之氙之原子或者分子之激發而發射光。 如此，閃光加熱部5之30個閃光燈FL發光，照射閃光至保持於保持部7之基板W之表面。此處，於在不使用IGBT96之情況下使閃光燈FL發光之情形時，儲存於電容器93中之電荷藉由1次發光而消耗掉，來自閃光燈FL之輸出波形成為寬度為0.1毫秒至10毫秒左右之單純之單脈衝。相對於此，於本實施形態中，於電路中連接作為開關元件之IGBT96並將脈衝信號輸出至其閘極，藉此，藉由IGBT96斷續地進行自電容器93向閃光燈FL之電荷供給，而控制流經閃光燈FL之電流流通及斷開。其結果，譬如閃光燈FL之發光被斬波控制，儲存於電容器93中之電荷被分割消耗，於極短之時間之間，閃光燈FL反覆點亮熄滅。再者，於流經電路之電流值完全地成為「0」之前，下一脈衝被施加至IGBT96之閘極，而電流值再度增加，因此，於閃光燈FL反覆點亮熄滅之間，發光輸出亦不會完全地成為「0」。 藉由IGBT96而控制流經閃光燈FL之電流流通及斷開，藉此，可自如地規定閃光燈FL之發光模式(發光輸出之時間波形)，可自由地調整發光時間及發光強度。驅動IGBT96導通及斷開之模式係藉由自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間及脈衝間隔之時間而規定。即，藉由於閃光燈FL之驅動電路中組入IGBT96，從而，僅藉由適當地設定自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間及脈衝間隔之時間，便可自如地規定閃光燈FL之發光模式。 具體而言，例如，若增大自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間相對於脈衝間隔之時間之比率，則流經閃光燈FL之電流增大而令發光強度變強。相反地，若減小自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間相對於脈衝間隔之時間之比率，則流經閃光燈FL之電流減小而令發光強度變弱。又，若適當地調整自輸入部33輸入之脈衝間隔之時間與脈衝寬度之時間之比率，則閃光燈FL之發光強度可維持固定。進而，藉由使自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間之組合之總時間變長，而使閃光燈FL相對長時間地持續流通有電，閃光燈FL之發光時間變長。於本實施形態中，閃光燈FL之發光時間係設定為0.1毫秒～100毫秒之間。 如此，自閃光燈FL對基板W之表面以0.1毫秒以上且100毫秒以下之照射時間照射閃光，進行基板W之閃光加熱。藉由以0.1毫秒以上且100毫秒以下之極短照射時間照射較強之閃光，而使包含鍺之半導體層102之基板W之表面瞬間升溫至處理溫度T2。藉由閃光照射而使基板W之表面達到之最高溫度(峰值溫度)即處理溫度T2為600℃以上且900℃以下，於本實施形態中為800℃。於閃光加熱中，閃光之照射時間為100毫秒以下之極短時間，因此，基板W之表面溫度於瞬間升溫至處理溫度T2之後，立刻降溫至預加熱溫度T1附近。 於對基板W之表面照射閃光之時，鍺之半導體層102亦被加熱至處理溫度T2。於表面注入有硼作為摻雜劑之半導體層102被瞬間加熱至處理溫度T2，藉此，使摻雜劑活化。又，由於離子注入而導致之鍺之結晶中所產生之晶格缺陷亦得以恢復。進而，注入半導體層102之摻雜劑適當地擴散。 於鍺之結晶中存在大量空孔，因此，於p型半導體之情形時，硼等摻雜劑因大量之空孔成為障礙而不易擴散，但於本實施形態中，於包含氫之環境氣體中對半導體層102進行預加熱，藉此，使半導體層102之表面附近所存在之空孔消滅。因此，即便半導體層102為p型半導體，硼等摻雜劑亦可相對容易地擴散。其結果，藉由適當地調整閃光燈FL之發光時間及發光強度，能適當控制摻雜劑之擴散。 閃光加熱處理結束之後，經過特定時間後，鹵素燈HL熄滅。相對於此，基板W自預加熱溫度T1急速地降溫。又，停止向腔室6內供給氫，並且僅供給氮，將腔室6內之熱處理空間65置換為氮環境氣體。降溫中之基板W之溫度係由放射溫度計120測定，其測定結果被傳輸至控制部3。控制部3根據放射溫度計120之測定結果監控基板W之溫度是否降溫至特定溫度。繼而，於基板W之溫度降溫至特定以下之後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，藉此，頂起銷12自承受器74之上表面突出而自承受器74接收熱處理後之基板W。繼而，打開藉由閘閥185而封閉之搬送開口部66，載置於頂起銷12上之基板W由裝置外部之搬送機器人搬出，從而熱處理裝置1中之基板W之加熱處理完成。 於本實施形態中，將注入有硼等摻雜劑之鍺之半導體層102，於包含氫之環境氣體中於預加熱溫度T1下進行預加熱，藉此，使半導體層102之表面附近所存在之空孔藉由氫而消滅。而且，其後，自閃光燈FL對半導體層102照射閃光，將半導體層102加熱至處理溫度T2。於閃光加熱前使半導體層102之表面附近所存在之空孔消滅，因此，於閃光加熱時，摻雜劑可相對容易地擴散，藉由適當地調整閃光燈FL之發光時間及發光強度，能適當控制摻雜劑之擴散。 尤其是，於Fin構造之FET中，於進行離子注入時均勻地將摻雜劑導入至所必需之區域之操作大多數情況下較困難。於此種情形時，藉由適當地控制摻雜劑之擴散，亦可向在進行離子注入時無法注入摻雜劑之區域導入摻雜劑。 以上，對本發明之實施形態進行了說明，但只要不脫離其主旨，則可對該發明進行除上述內容以外的各種變更。例如，於上述實施形態中，係對腔室6內供給氫與氮之混合氣體而形成包含氫之環境氣體，但亦可取而代之而供給氨與氮之混合氣體從而於腔室6內形成包含氨之環境氣體。可藉由將注入有摻雜劑之半導體層102於包含氨之環境氣體中於預加熱溫度T1下預加熱，而與上述實施形態相同地使半導體層102之表面附近所存在之空孔消滅。其結果，於閃光加熱時可適當控制摻雜劑之擴散。 又，於上述實施形態中，於鍺之半導體層102中注入硼作為摻雜劑，但並不限定於此，例如，只要為銦(In)等3價之摻雜劑即可。即，只要為藉由添加至鍺中而形成p型半導體之摻雜劑即可。 又，於上述實施形態中，係使腔室6內為常壓而進行基板W之加熱處理，但亦可對腔室6內減壓而進行預加熱及閃光加熱。具體而言，亦可於腔室6內之壓力為20 Pa～大氣壓(約101325 Pa)之範圍內進行基板W之預加熱及閃光加熱。 又，於上述實施形態中，半導體層102係由鍺形成，但並不限定於此，半導體層102亦可由矽鍺形成。藉由於矽鍺之半導體層102中注入硼等摻雜劑，而使半導體層102成為以矽鍺為主成分之p型半導體。繼而，對矽鍺之半導體層102進行與上述實施形態相同之熱處理，藉此，可適當控制摻雜劑之擴散。 又，於上述實施形態中，於矽之基材101之上表面之一部分區域形成有鍺之半導體層102，但亦可將鍺單晶之半導體晶圓作為基板。 又，於上述實施形態中，於閃光加熱部5具備30個閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之個數可設為任意之數。又，閃光燈FL並不限定於氙氣閃光燈，亦可為氪氣閃光燈。又，鹵素加熱部4所具備之鹵素燈HL之個數亦並不限定於40個，可設為任意之數。 又，於上述實施形態中，藉由來自鹵素燈HL之鹵素光照射對基板W進行預加熱，但預加熱之方法並不限定於此，亦可藉由載置於熱板上而對基板W進行預加熱。
1‧‧‧熱處理裝置
3‧‧‧控制部
4‧‧‧鹵素加熱部
5‧‧‧閃光加熱部
6‧‧‧腔室
7‧‧‧保持部
10‧‧‧移載機構
11‧‧‧移載臂
12‧‧‧頂起銷
13‧‧‧水平移動機構
14‧‧‧升降機構
31‧‧‧脈衝產生器
32‧‧‧波形設定部
33‧‧‧輸入部
41‧‧‧殼體
43‧‧‧反射器
51‧‧‧殼體
52‧‧‧反射器
53‧‧‧燈光放射窗
61‧‧‧腔室側部
62‧‧‧凹部
63‧‧‧上側腔室窗
64‧‧‧下側腔室窗
65‧‧‧熱處理空間
66‧‧‧搬送開口部
68‧‧‧反射環
69‧‧‧反射環
71‧‧‧基台環
72‧‧‧連結部
74‧‧‧承受器
75‧‧‧保持板
75a‧‧‧保持面
76‧‧‧導引環
77‧‧‧基板支持銷
78‧‧‧開口部
79‧‧‧開口部
81‧‧‧氣體供給孔
82‧‧‧緩衝空間
83‧‧‧氣體供給管
84‧‧‧閥
85‧‧‧氣體供給源
86‧‧‧氣體排出孔
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排氣管
89‧‧‧閥
91‧‧‧觸發電極
92‧‧‧玻璃管
93‧‧‧電容器
94‧‧‧線圈
95‧‧‧電源單元
96‧‧‧IGBT
97‧‧‧觸發電路
101‧‧‧基材
102‧‧‧半導體層
120‧‧‧放射溫度計
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
191‧‧‧氣體排氣管
192‧‧‧閥
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
W‧‧‧ 基板
圖1係表示本發明之熱處理方法所使用之熱處理裝置之構成之縱剖視圖。 圖2係表示保持部之整體外觀之立體圖。 圖3係承受器之俯視圖。 圖4係承受器之剖視圖。 圖5係移載機構之俯視圖。 圖6係移載機構之側視圖。 圖7係表示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。 圖8係表示閃光燈之驅動電路之圖。 圖9係模式性地表示利用圖1之熱處理裝置處理之基板之構造之圖。

Claims (3)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係以鍺或矽鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法，且具備：搬入步驟，其係將注入有摻雜劑之鍺或矽鍺之半導體層搬入至腔室內；環境氣體形成步驟，其係將包含氫或氨之處理氣體導入至上述腔室中；預加熱步驟，其係於氫或氨之環境氣體中以預加熱溫度對上述半導體層進行預加熱，藉此消滅上述半導體層之表面附近所存在之空孔；及閃光加熱步驟，其係自閃光燈對上述半導體層照射閃光而將其加熱至處理溫度。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中上述預加熱溫度為200℃以上且500℃以下。
  3. 如請求項1或2之熱處理方法，其中上述處理溫度為600℃以上且900℃以下。
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