TWI646574B - 熱處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種可抑制熱施體之產生的以鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法。 注入有硼等摻雜劑之鍺之半導體層成為p型半導體。對該半導體層以200℃以上且300℃以下之預加熱溫度T1進行預加熱後，藉由照射時間極短之閃光照射而將該半導體層加熱至500℃以上且900℃以下之處理溫度T2。不可避免地混入於鍺中之氧於300℃～500℃下成為熱施體，但因閃光之照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下之極短時間，故半導體層之溫度停留於300℃～500℃之溫度區域之時間短至可忽略之程度。因此，可抑制鍺之半導體層中之熱施體之產生。

Description

熱處理方法
本發明係關於一種以鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法。
作為半導體裝置之素材，主要使用矽(Si)，但一部分半導體裝置亦使用鍺(Ge)。鍺因與矽相比遷移率較高，故被研究用作場效電晶體(FET)之通道材料(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] 用作半導體用途之鍺之單晶典型而言藉由柴可斯基法(Cz法)而製造。於柴可斯基法中，氧(O)自將高純度之鍺熔融之石英坩堝混入。混入單晶之鍺中之氧係以與2個鍺原子鍵結之狀態存在於結晶之晶格間位置。再者，即便藉由其他製造方法亦於鍺中不可避免地混入氧。 若將此種單晶鍺加熱至300℃～500℃，則混入之氧進而釋放1個電子而與3個鍺原子鍵結。即，氧發揮如施體般之作用。此種因加熱處理而釋放自由電子之氧被稱為熱施體。熱施體於n型半導體中不會成為大問題，但於p型半導體中產生作為載子之電洞與熱施體所釋放之自由電子再鍵結而導致電洞消失的不良情況。 本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種可抑制熱施體之產生的以鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法。 [解決問題之技術手段] 為解決上述問題，技術方案1之發明係一種以鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法，其特徵在於包含：預加熱步驟，其將注入有摻雜劑之鍺之半導體層以200℃以上且300℃以下之預加熱溫度進行預加熱；及閃光加熱步驟，其對於上述半導體層自閃光燈照射閃光而加熱至500℃以上且900℃以下之處理溫度。 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，其特徵在於：上述閃光加熱步驟中之閃光照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下。 [發明之效果] 根據技術方案1及技術方案2之發明，於對注入有摻雜劑之鍺之半導體層以200℃以上且300℃以下之預加熱溫度進行預加熱後，對於該半導體層自閃光燈照射閃光而加熱至500℃以上且900℃以下之處理溫度，因此半導體層之溫度停留於300℃～500℃之溫度區域之時間短至可忽略之程度，從而可抑制鍺之半導體層中之熱施體之產生。
以下，一邊參照圖式，一邊對本發明之實施形態詳細地進行說明。 首先，對於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中使用之熱處理裝置1之構成之縱剖視圖。圖1之熱處理裝置1係藉由對於圓板形狀之基板W進行閃光照射而加熱該基板W之閃光燈退火裝置。成為處理對象之基板W之尺寸並無特別限定，但例如為f300 mm或f450 mm。再者，於圖1及以下之各圖中，為便於理解，而視需要誇張或簡化地描繪各部之尺寸或數量。 熱處理裝置1包含收容基板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之上側設置有閃光加熱部5，並且於下側設置有鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1包含於腔室6之內部以水平姿勢保持基板W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包含控制設置於鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之各動作機構執行基板W之熱處理的控制部3。 腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，且於上側開口安裝上側腔室窗63而封閉，於下側開口安裝下側腔室窗64而封閉。構成腔室6之頂壁部之上側腔室窗63係藉由石英而形成之圓板形狀構件，且作為使自閃光加熱部5出射之閃光透過腔室6內之石英窗而發揮功能。又，構成腔室6之地板部之下側腔室窗64亦為藉由石英而形成之圓板形狀構件，且作為使來自鹵素加熱部4之光透過腔室6內之石英窗而發揮功能。 又，於腔室側部61之內側之壁面之上部安裝有反射環68，且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係藉由自腔室側部61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔室側部61之下側嵌入且以省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69均為裝卸自如地安裝於腔室側部61者。腔室6之內側空間、即藉由上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61及反射環68、69而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，形成藉由腔室側部61之內壁面中未安裝反射環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係沿水平方向圓環狀地形成於腔室6之內壁面，且圍繞保持基板W之保持部7。腔室側部61及反射環68、69係由強度與耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。 又，於腔室側部61，形狀設置有用以對於腔室6進行基板W之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66可藉由閘閥185而開閉。搬送開口部66係連通連接於凹部62之外周面。因此，當閘閥185將搬送開口部66打開時，可自搬送開口部66通過凹部62進行基板W對熱處理空間65之搬入及基板W自熱處理空間65之搬出。又，當閘閥185將搬送開口部66關閉時，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，形狀設置有對熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81係形狀設置於較凹部62更靠上側位置，且亦可設置於反射環68。氣體供給孔81係經由圓環狀地形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間82，連通連接於氣體供給管83。氣體供給管83係連接於處理氣體供給源85。又，於氣體供給管83之路徑中途插入有閥84。當閥84打開時，自處理氣體供給源85對緩衝空間82饋送處理氣體。流入至緩衝空間82之處理氣體係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向熱處理空間65內供給。作為處理氣體，可使用氮氣(N2 )等惰性氣體、或氫氣(H2 )、氨氣(NH3 )等反應性氣體(本實施形態中為氮氣)。 另一方面，於腔室6之內壁下部形狀設置有排放熱處理空間65內之氣體之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86係形狀設置於較凹部62更靠下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排氣孔86係經由圓環狀地形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87而連通連接於氣體排氣管88。氣體排氣管88係連接於排氣部190。又，於氣體排氣管88之路徑中途插入有閥89。當閥89打開時，熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經由緩衝空間87排出至氣體排氣管88。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86既可沿腔室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既可為設置於熱處理裝置1之機構，亦可為設置熱處理裝置1之工廠之設施。 又，亦於搬送開口部66之前端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係經由閥192連接於排氣部190。藉由將閥192打開，而經由搬送開口部66排放腔室6內之氣體。 圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7係包含基台環71、連結部72及基座74而構成。基台環71、連結部72及基座74均由石英形成。即，保持部7之整體係由石英形成。 基台環71係自圓環形狀缺損一部分而成之圓弧形狀之石英構件。該缺損部分係為防止下述移載機構10之移載臂11與基台環71之干涉而設置。基台環71係藉由載置於凹部62之底面而支持於腔室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(本實施形態為4個)。連結部72亦為石英之構件，且藉由焊接而固著於基台環71。 基座74係藉由設置於基台環71之4個連結部72而支持。圖3係基座74之俯視圖。又，圖4係基座74之剖視圖。基座74包含保持板75、導環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環76。導環76係具有較基板W之直徑更大之內徑之圓環形狀之構件。例如，於基板W之直徑為f300 mm之情形時，導環76之內徑為f320 mm。導環76之內周係設為如同自保持板75朝向上方展開般之錐面。導環76係由與保持板75相同之石英形成。導環76既可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另行加工而成之銷等而固定於保持板75。或著，亦可將保持板75與導環76加工為一體之構件。 保持板75之上表面中較導環76更靠內側之區域係設為保持基板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(導環76之內周圓)為同心圓之圓周上每隔30°豎立設置合計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，且若基板W之直徑為f300 mm則為f270 mm～f280 mm(本實施形態中為f280 mm)。各個基板支持銷77係由石英形成。複數個基板支持銷77既可藉由焊接而設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75加工為一體。 返回圖2，豎立設置於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部係藉由焊接而固著。即，基座74與基台環71係藉由連結部72而固定地連結。藉由將此種保持部7之基台環71支持於腔室6之壁面，而將保持部7安裝於腔室6。於將保持部7安裝於腔室6之狀態下，基座74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛垂方向一致之姿勢)。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係以水平姿勢載置於安裝於腔室6之保持部7之基座74之上進行保持。此時，基板W係藉由豎立設置於保持板75上之12個基板支持銷77所支持，從而保持於基座74。更嚴謹而言，12個基板支持銷77之上端部係與基板W之下表面接觸，支持該基板W。因12個基板支持銷77之高度(自基板支持銷77之上端至保持板75之保持面75a為止之距離)均勻，因此可藉由12個基板支持銷77而以水平姿勢支持基板W。 又，基板W係藉由複數個基板支持銷77而自保持板75之保持面75a隔開特定之間隔得到支持。導環76之厚度大於基板支持銷77之高度。因此，藉由導環76而防止由複數個基板支持銷77支持之基板W之水平方向上之位置偏移。 又，如圖2及圖3所示，於基座74之保持板75，上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為使放射溫度計120(參照圖1)接收自保持於基座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接收自保持於基座74之基板W之下表面放射之光，且藉由另外設置之檢測器而測定該基板W之溫度。進而，於基座74之保持板75，穿孔設置有為使下述移載機構10之頂起銷12交接基板W而貫通之4個貫通孔79。 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包含2根移載臂11。移載臂11係設為如沿著大致圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各個移載臂11豎立設置有2根頂起銷12。各移載臂11可藉由水平移動機構13而旋動。水平移動機構13使一對移載臂11於對於保持部7進行基板W之移載的移載動作位置(圖5之實線位置)與俯視時與由保持部7保持之基板W不重疊之退避位置(圖5之二點鏈線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，既可為藉由單獨之馬達而使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連結機構藉由1個馬達使一對移載臂11連動地旋動者。 又，一對移載臂11係藉由升降機構14而與水平移動機構13共同地升降移動。當升降機構14使一對移載臂11上升至移載動作位置時，合計4根頂起銷12通過穿孔設置於基座74之貫通孔79(參照圖2、3)，且頂起銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，當升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降而將頂起銷12自貫通孔79抽出，且水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動時，各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置為保持部7之基台環71之正上方。因基台環71載置於凹部62之底面，故移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。再者，亦於設置有移載機構10之驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位附近，設置有省略圖示之排氣機構，且以將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出至腔室6之外部之方式構成。 返回圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5係於殼體51之內側包含光源及反射器52而構成，該光源包含複數根(本實施形態中為30根)氙氣閃光燈FL，該反射器52係以覆蓋該光源之上方之方式設置。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之地板部之燈光放射窗53係藉由石英形成之板狀之石英窗。藉由閃光加熱部5設置於腔室6之上方，而燈光放射窗53與上側腔室窗63成為相對向。閃光燈FL係自腔室6之上方經由燈光放射窗53及上側腔室窗63對熱處理空間65照射閃光。 複數個閃光燈FL為分別具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，且以各自之長度方向沿著由保持部7保持之基板W之主面(即沿水平方向)成為相互平行之方式排列為平面狀。因此，藉由閃光燈FL之排列而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，串聯連接有電容器93、線圈94、閃光燈FL、及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣閘雙極電晶體)96。又，如圖8所示，控制部3包含脈衝產生器31及波形設定部32，並且連接於輸入部33。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機器。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根據該波形，產生脈衝信號。 閃光燈FL包含：棒狀之玻璃管(放電管)92，其係於其內部封入有氙氣，且於其兩端部配設有陽極及陰極；及觸發電極91，其係附設於該玻璃管92之外周面上。對於電容器93，藉由電源單元95而施加特定之電壓，從而被充電與該施加電壓(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施加電壓之時序係藉由控制部3而控制。 IGBT96係於閘極部組裝有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，且係適合處理大功率之開關元件。對於IGBT96之閘極自控制部3之脈衝產生器31施加脈衝信號。若對IGBT96之閘極施加特定值以上之電壓(High電壓)，則IGBT96成為接通狀態，若施加未達特定值之電壓(Low電壓)則IGBT96成為斷開狀態。以此方式，包含閃光燈FL之驅動電路藉由IGBT96而接通斷開。藉由IGBT96接通斷開而與對應於閃光燈FL之電容器93之連接間歇地進行，從而對流入至閃光燈FL之電流進行接通斷開控制。 即便於電容器93已被充電之狀態下，IGBT96成為接通狀態，對玻璃管92之兩端電極施加高電壓，亦因氙氣為電性絕緣體，而於通常之狀態下，電不流入至玻璃管92內。然而，於觸發電路97對觸發電極91施加高電壓，使絕緣崩潰之情形時，因兩端電極間之放電，電流瞬時地流入至玻璃管92內，且藉由此時之氙之原子或分子之激發而發射光。 圖8所示之驅動電路係對於設置於閃光加熱部5之複數個閃光燈FL之各者個別地設置。於本實施形態中，因平面狀地排列有30根閃光燈FL，故而，與其等對應地如圖8所示設置有30個驅動電路。因此，流入至30根閃光燈FL之各者之電流藉由對應之IGBT96而個別地進行接通斷開控制。 又，反射器52係以覆蓋複數個閃光燈FL整體之方式設置於該等複數個閃光燈FL之上方。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，且其表面(面向閃光燈FL之側之面)藉由噴擊處理而實施表面粗化加工。 設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置有複數根(本實施形態中為40根)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進行對熱處理空間65之光照射，從而將基板W加熱之光照射部。 圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40根鹵素燈HL係分為上下2段地配置。於靠近保持部7之上段配設有20根鹵素燈HL，並且亦於較上段相距保持部7更遠之下段配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段均為20根之鹵素燈HL係以各自之長度方向沿著由保持部7保持之基板W之主面(即沿著水平方向)成為相互平行之方式排列。因此，上段、下段均由鹵素燈HL之排列而形成之平面為水平面。 又，如圖7所示，上段、下段均為較由保持部7保持之基板W之與中央部對向之區域，與周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度變得更高。即，上下段均為較燈排列之中央部，周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，於來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時，可對容易產生溫度降低之基板W之周緣部進行更多光量之照射。 又，包含上段之鹵素燈HL之燈群與包含下段之鹵素燈HL之燈群係以格子狀交叉之方式排列。即，以配置於上段之20根鹵素燈HL之長度方向與配置於下段之20根鹵素燈HL之長度方向相互正交之方式，配設合計40根鹵素燈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熾化進行發光的燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入有對氮或氬等惰性氣體微量導入鹵素元素(碘、溴等)而成之氣體。可藉由導入鹵素元素，而一邊抑制燈絲之損耗一邊將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL具有與通常之白熾燈泡相比壽命更長且可連續照射強光之特性。即，鹵素燈HL係連續發光至少1秒以上之連續點亮燈。又，因鹵素燈HL為棒狀燈，故壽命長，且藉由將鹵素燈HL沿水平方向配置而使朝向上方之基板W之放射效率優異。 又，亦於鹵素加熱部4之殼體41內，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係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之作為硬體之構成係與通常之電腦相同。即，控制部3包含作為進行各種運算處理之電路之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、作為記憶基本程式之讀出專用記憶體之ROM(Read Only Memor，唯讀記憶體)、作為記憶各種資訊之讀寫自如之記憶體的RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、及記憶有控制用軟體或資料等之磁碟。藉由使控制部3之CPU執行特定之處理程式而進行熱處理裝置1中之處理。 除包含上述構成以外，熱處理裝置1為防止於基板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過度之溫度上升，亦包含各種冷卻用結構。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係設為於內部形成氣流進行散熱之空冷結構。又，亦對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，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而進行注入硼所得之鍺之p型半導體之活化退火處理。 圖9係模式性表示藉由熱處理裝置1進行處理之基板W之結構之圖。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係單晶鍺。半導體層102之膜厚極薄為數10 nm。 於本發明之熱處理前，對鍺之半導體層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及摻雜量可設為適當者。半導體層102藉由微量注入硼而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因與鍺之晶體尚未匹配而為惰性，又，亦於鍺之晶體中因離子注入而產生晶格缺陷，故必須將其恢復。因此，對微量注入硼所得的鍺之半導體層102，藉由熱處理裝置1進行閃光燈退火。熱處理裝置1係對於矽基材101上形成有半導體層102之基板W進行熱處理。以下，對熱處理裝置1所進行之基板W之熱處理進行說明。以下說明之熱處理裝置1之處理步驟係藉由控制部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，將搬送開口部66開啟，藉由裝置外部之搬送機器人而經由搬送開口部66將基板W搬入至腔室6內之熱處理空間65。即，將半導體層102搬入至腔室6內。藉由搬送機器人而搬入之基板W進入至保持部7之正上方位置而停止。繼而，藉由移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動地上升至移載動作位置，頂起銷12通過貫通孔79自基座74之保持板75之上表面突出，接收基板W。此時，頂起銷12上升至較基板支持銷77之上端更上方。 於將基板W載置於頂起銷12後，搬送機器人自熱處理空間65退出，且藉由閘閥185而關閉搬送開口部66。繼而，藉由一對移載臂11下降，而將基板W自移載機構10於保持部7之基座74進行交接，且以水平姿勢自下方被保持。基板W係藉由豎立設置於保持板75上之複數個基板支持銷77支持，保持於基座74。又，基板W係以形成有半導體層102之表面為上表面，由保持部7所保持。於藉由複數個基板支持銷77支持之基板W之背面(與表面為相反側之主面)與保持板75之保持面75a之間形成特定之間隔。下降至基座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而將搬送開口部66關閉，將熱處理空間65設為密閉空間後，進行腔室6內之氣體調整。具體而言，打開閥84，自氣體供給孔81對熱處理空間65供給處理氣體。於本實施形態中，將氮氣作為處理氣體供給至腔室6內之熱處理空間65。又，打開閥89，自氣體排氣孔86排放腔室6內之氣體。藉此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之處理氣體朝向下方流動而自熱處理空間65之下部排出，將熱處理空間65置換為氮氣環境。又，藉由打開閥192，而亦自搬送開口部66將腔室6內之氣體排出。進而，藉由省略圖示之排氣機構而亦將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出。 圖10係表示形成於基板W之表面之半導體層102之溫度變化之圖。將腔室6內置換為氮氣環境，藉由保持部7之基座74而以水平姿勢自下方保持基板W後，於時刻t1將鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL同時地點亮，開始進行預加熱(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及基座74自基板W之背面照射。因接收來自鹵素燈HL之光照射，基板W受到預加熱而溫度上升。再者，因移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故不會阻礙鹵素燈HL進行之預加熱。 於藉由鹵素燈HL進行預加熱時，藉由放射溫度計120而測定基板W之溫度。即，放射溫度計120接收自被基座74保持之基板W之背面經由開口部78放射之紅外光，測定升溫中之基板溫度。將測定所得之基板W之溫度傳送至控制部3。控制部3一邊監視因來自鹵素燈HL之光照射而升溫之基板W之溫度是否到達特定之預加熱溫度T1，一邊控制鹵素燈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300℃以下(本實施形態中為200℃)。 於基板W之溫度到達預加熱溫度T1後，控制部3將基板W暫時維持為該預加熱溫度T1。具體而言，於藉由放射溫度計120而測定之基板W之溫度到達預加熱溫度T1之時點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將基板W之溫度維持為大致預加熱溫度T1。 藉由進行此種鹵素燈HL之預加熱，而使基板W之整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。因此，半導體層102亦被預加熱至預加熱溫度T1。於鹵素燈HL所進行之預加熱之階段，存在更容易產生散熱之基板W之周緣部之溫度較中央部降低之傾向，但鹵素加熱部4中之鹵素燈HL之配設密度係基板W之與周緣部對向之區域高於與中央部對向之區域。因此，照射至容易產生散熱之基板W之周緣部之光量變多，從而可使預加熱階段之基板W之面內溫度分佈變得均勻。 於基板W之溫度到達預加熱溫度T1後經由特定時間之時刻t2，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於電容器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對IGBT96輸出脈衝信號，將IGBT96進行接通斷開驅動。 脈衝信號之波形可藉由自輸入部33輸入依序設定脈衝寬度之時間(接通時間)及脈衝間隔之時間(斷開時間)作為參數之製程配方而規定。當操作員自輸入部33對控制部3輸入此種製程配方時，控制部3之波形設定部32依照該製程配方設定反覆進行接通斷開之脈衝波形。繼而，脈衝產生器31依照藉由波形設定部32設定之脈衝波形，輸出脈衝信號。其結果，對於IGBT96之閘極施加所設定之波形之脈衝信號，從而控制IGBT96之接通斷開驅動。具體而言，於輸入至IGBT96之閘極之脈衝信號為接通時，IGBT96成為接通狀態，於脈衝信號為斷開時，IGBT96成為斷開狀態。 又，控制部3與自脈衝產生器31輸出之脈衝信號成為接通之時序同步地，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對IGBT96之閘極輸入脈衝信號，且與該脈衝信號成為接通之時序同步地對觸發電極91施加高電壓，藉此於脈衝信號為接通時，玻璃管92內之兩端電極間必定流入電流，且藉由此時之氙之原子或分子之激發而發射光。 如此一來，閃光加熱部5之30根閃光燈FL發光，對被保持部7保持之基板W之表面照射閃光。此處，於不使用IGBT96而使閃光燈FL發光之情形時，電容器93中儲存之電荷於1次發光中被消耗，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，藉由於電路中連接作為開關元件之IGBT96，且對其閘極輸出脈衝信號，而利用IGBT96使自電容器93向閃光燈FL之電荷之供給成為斷續，從而將流入至閃光燈FL之電流進行接通斷開控制。其結果，可謂閃光燈FL之發光受到斬波控制，將電容器93中儲存之電荷分割地消耗，於極短之時間內，閃光燈FL反覆進行閃爍。再者，電路中流動之電流值完全成為「0」之前，下一脈衝被施加至IGBT96之閘極，電流值再次增加，因此，即便於閃光燈FL反覆進行閃爍之期間，發光輸出亦不會完全成為「0」。 藉由利用IGBT96將流入至閃光燈FL之電流進行接通斷開控制，而可自由地規定閃光燈FL之發光模式(發光輸出之時間波形)，從而可自由地調整發光時間及發光強度。IGBT96之接通斷開驅動之模式係藉由自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間而規定。即，藉由於閃光燈FL之驅動電路中組裝IGBT96而適當設定自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間，僅此便可自由地規定閃光燈FL之發光模式。 具體而言，例如若使自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間相對於脈衝間隔之時間之比率變大，則流入至閃光燈FL之電流增大，發光強度變強。相反地，若使自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間相對於脈衝間隔之時間之比率變小，則流入至閃光燈FL之電流減少，發光強度變弱。又，若適當調整自輸入部33輸入之脈衝間隔之時間與脈衝寬度之時間之比率，則可將閃光燈FL之發光強度維持固定。進而，藉由將自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間之組合的總時間變長，電流遍佈相對較長時間持續流入至閃光燈FL中，從而閃光燈FL之發光時間變長。於本實施形態中，閃光燈FL之發光時間設定為0.1毫秒～100毫秒之間。 以此方式，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。藉由照射照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下之極短且強之閃光，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。基板W之表面藉由閃光照射而到達之最高溫度(峰值溫度)即處理溫度T2為500℃以上且900℃以下，於本實施形態中為700℃。於閃光加熱中，因閃光之照射時間為100毫秒以下之極短時間，故基板W之表面溫度瞬間升溫至處理溫度T2後，立即降溫至預加熱溫度T1附近。 於對基板W之表面照射閃光時，鍺之半導體層102亦被加熱至處理溫度T2。藉由將於表面注入有作為摻雜劑之硼而成之半導體層102瞬間加熱至處理溫度T2，而使摻雜劑活化。又，因離子注入而產生於鍺之晶體中之晶格缺陷亦被恢復。 閃光加熱處理結束後，經由特定時間後鹵素燈HL熄滅。藉此，基板W自預加熱溫度T1急速降溫。降溫中之基板W之溫度藉由放射溫度計120而測定，且將該測定結果傳送至控制部3。控制部3根據放射溫度計120之測定結果監視基板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後，藉由移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動地上升至移載動作位置，頂起銷12自基座74之上表面突出，自基座74接收熱處理後之基板W。繼而，將藉由閘閥185而關閉之搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送機器人而將載置於頂起銷12上之基板W搬出，從而熱處理裝置1中之基板W之加熱處理結束。 於本實施形態中，將注入有硼等摻雜劑之鍺之半導體層102以200℃以上且300℃以下之預加熱溫度T1進行預加熱後，自閃光燈FL照射閃光，於極短時間內將半導體層102加熱至500℃以上且900℃以下之處理溫度T2。 如上所述，於鍺中不可避免地混入氧，當將該鍺加熱至300℃～500℃時，混入之氧釋放自由電子而成為熱施體。於p型半導體中，存在熱施體釋放之自由電子與作為載子之電洞鍵結導致電洞消失之類的問題。 於本實施形態中，將作為鍺之p型半導體的半導體層102以200℃以上且300℃以下之預加熱溫度T1進行預加熱後，藉由照射時間極短之閃光照射而將半導體層102加熱至500℃以上且900℃以下之處理溫度T2。於閃光照射時，即便半導體層102瞬間通過300℃～500℃之溫度區域，但因閃光之照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下之極短時間，因此半導體層102之溫度停留於300℃～500℃之溫度區域之時間短至可忽略之程度。因此，鍺之半導體層102中存在之氧成為熱施體而釋放自由電子之情形得以抑制。其結果，可防止半導體層102中之電洞因再鍵結消失導致作為p型半導體之功能受損。 以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明於不脫離其主旨之範圍內，除上述以外仍可進行各種變更。例如，於上述實施形態中，對鍺之半導體層102注入硼作為摻雜劑，但並不限定於此，例如亦可為銦(In)等3價摻雜劑。即，只要為藉由添加於鍺中而形成p型半導體之摻雜劑即可。 又，於上述實施形態中，將腔室6內設為常壓進行基板W之加熱處理，但亦可將腔室6內減壓後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，於矽基材101之上表面之一部分區域形成鍺之半導體層102，但亦可將鍺單晶之半導體晶圓設為基板。 又，於上述實施形態中，使閃光加熱部5包含30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數可設為任意數。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自包含之鹵素燈HL之根數亦不限定於40根，可設為任意數。 又，於上述實施形態中，藉由來自鹵素燈HL之鹵素光照射而將基板W進行預加熱，但預加熱之方法並不限定於此，亦可藉由載置於加熱板而將基板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‧‧‧基座
75‧‧‧保持板
75a‧‧‧保持面
76‧‧‧導環
77‧‧‧基板支持銷
78‧‧‧開口部
79‧‧‧貫通孔
81‧‧‧氣體供給孔
82‧‧‧緩衝空間
83‧‧‧氣體供給管
84‧‧‧閥
85‧‧‧處理氣體供給源
86‧‧‧氣體排氣孔
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排氣管
89‧‧‧閥
91‧‧‧觸發電極
92‧‧‧玻璃管(放電管)
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
T1‧‧‧預加熱溫度
T2‧‧‧處理溫度
W‧‧‧基板
t1‧‧‧時刻
t2‧‧‧時刻
圖1係表示本發明之熱處理方法中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係基座之俯視圖。 圖4係基座之剖視圖。 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係模式性地表示藉由熱處理裝置進行處理之基板之結構之圖。 圖10係表示形成於基板之表面之半導體層之溫度變化之圖。

Claims (1)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係以鍺為主成分之p型半導體之熱處理方法，且包含：預加熱步驟，其係將注入有摻雜劑之鍺之半導體層以200℃以上且300℃以下之預加熱溫度進行預加熱；及閃光加熱步驟，其係對於上述半導體層自閃光燈照射閃光而加熱至500℃以上且900℃以下之處理溫度；且上述閃光加熱步驟中之閃光照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下。
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