JPH057860B2 - - Google Patents

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JPH057860B2
JPH057860B2 JP58107843A JP10784383A JPH057860B2 JP H057860 B2 JPH057860 B2 JP H057860B2 JP 58107843 A JP58107843 A JP 58107843A JP 10784383 A JP10784383 A JP 10784383A JP H057860 B2 JPH057860 B2 JP H057860B2
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JP
Japan
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wafer
periphery
semiconductor wafer
temperature
lamp
Prior art date
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JP58107843A
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English (en)
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JPS60732A (ja
Inventor
Tatsumi Hiramoto
Tetsuharu Arai
Yoshiki Mimura
Hiroshi Shimizu
Satoru Fukuda
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Ushio Denki KK
Original Assignee
Ushio Denki KK
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Publication date
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Publication of JPS60732A publication Critical patent/JPS60732A/ja
Publication of JPH057860B2 publication Critical patent/JPH057860B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P34/00Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P34/40Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation
    • H10P34/42Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation with electromagnetic radiation, e.g. laser annealing
    • H10P34/422Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation with electromagnetic radiation, e.g. laser annealing using incoherent radiation

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ウエハーのアニール方法に関す
るものである。
最近、半導体ウエハー(以下ウエハー)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から、不純物をイオン状
にして加速してウエハーを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エハーを
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エハー
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、ウエハーを光照射で加
熱する方法が開発され、これによれば、数秒間で
1000℃〜1400℃まで短時間昇温が可能である。し
かしながら、ウエハー、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、ウエハー
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「スリツプライン」といわれる損傷が
生ずることが分つた。すなわち、ウエハーの厚さ
は普通0.5mm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10-3秒の桁の程度で緩和
されるので、実用的にはウエハー面上の温度分布
さえ均一にしてやればスリツプラインのような損
傷は防止できるわけであるが、ウエハーの表面を
均一な照射エネルギー密度で光照射すると、どう
しても、ウエ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、スリツプラインが発生す
る。
従来、上記スリツプライン発生防止技術として (イ) 主にウエハーの周辺部を加熱するように、ウ
エ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、
補助加熱器をウエ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) ウエハーの表面に適当な膜を設けたり、表面
状態を変えたりして、中央部と周辺部で、ウエ
ハーの表面の反射率もしくは光放射率を変える
ように、ウエハーの表面を加工することによつ
て、中央部と周辺部の昇温の均一化を計る、 (ハ) 主にウエ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
イルターをランプとウエハーとの間に配置し
て、ウエ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、
ウエハーの表面温度を均一化しても、長時間光照
射加熱していると、やはり、周辺部にスリツプラ
インが発生することが分つた。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、ウエハー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
時間加熱をしていた。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
が分つた。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであつ
て、その目的とするところは、ウエハー表面の温
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、スリツプラインが発生
しないアニール方法を提供することにあり、ま
た、打ち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でア
ニールを実行できるような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つた結果、本
発明を完成したものである。そして本発明の構成
は、硼素、燐、砒素のいずれかのイオンを打込ん
だ半導体ウエハーを電気的活性や結晶損傷回復等
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、半導体ウエハーの中央部と周辺部で該ウエハ
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、または主に該ウエハーの周辺部を加
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エハーとの間にフイル
ター等を配置するかして、半導体ウエハーの中央
部と周辺部とで該ウエハーが受ける放熱熱伝達量
を変えることによつて該ウエハーの表面の温度を
均一化し、そのうえで、半導体ウエハーが800℃
以上に保持される時間t(秒)と温度T(℃)との
関係を打込イオンが硼素の場合は、0.1×104
∫Tdt≦1.1×104に規定し、更に最適には0.65×
104〜0.30×104に規定し、打込イオンが燐の場合
は、0.1×104≦∫Tdt≦0.9×104に規定し、更に最
適には0.50×104〜0.30×104に規定し、打込イオ
ンが砒素の場合は、0<∫Tdt≦0.5×104に規定
し、更に最適には0.35×104〜0.10×104に夫々規
定するところに特徴がある。
以下図面を参照しながら本発明の実施例を説明
する。
第1図は、本発明を実施するための光照射炉の
概略の説明図であつて、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つて
十分に冷却される。3はシリコンウエハー、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
コンウエハー3は主に、ハロゲン白熱電球1によ
つ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を非常に良好に設計して
も、中央部3a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3bを加熱するようにその近傍に配置す
る。
第2図はウエハーの加熱昇温曲線の一例であつ
て、直径4インチ、厚さ約0.5mmのシリコンウエ
ハーに、注入エネルギー40KeVで4×1015個/cm2
の硼素イオンを打込んだものを、3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−温度の経過を示し、イオン
打込後のシート抵抗値は1000Ω/□であつたもの
が約23Ω/□まで下がり、電気的活性化が良好で
あつて、スリツプラインも発生しない。なおこの
ときは∫Tdt=0.79×104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、スリツ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4×1015個/cm2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25Ω/□まで下がり、やはり、良好に活性
化でき、かつ、スリツ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、スリツプライン
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
ツ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、ウエハーが800℃以上に露呈さ
れている時間内の0℃から計つた温度の積分値
(第2図で斜線で示す面積)、つまり、∫Tdt=
(こゝにおいて、Tはウエハーの温度℃、tは800
℃以上に露らされている時間秒)が影響している
ことが分つた。尚このときの温度は0.3mmφのク
ロメル/アルメル熱電対を酸化し黒化したものを
シリコンウエハーに接触させ測定してえられた温
度とする。そのため、を変化させて、シート抵
抗値とスリツプライン発生個数への影響とを調べ
たところ、第3図に示すデータを得るにいたつ
た。
第3図は、横軸をlog、たて軸は、左側にシー
ト抵抗値Ω/□、右側に、スリツプライン発生本
数本/ウエハー1枚を目盛つたもので、サンプル
は、40KeVで硼素イオンを4×1015個/cm2注入し
たシリコンウエハーである。そして曲線Aがスリ
ツ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、急激にスリツプラインが発生し
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である
が、サンプルは、4KeVで燐イオンを4×1015
個/cm2注入したシリコンウエハーであり、硼素イ
オンにおける第3図のデータと同様、スリツプラ
インの発生はlogが4.04を越えたところから急に
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が4.04つまり、=1.1×104を越えたと
ころから急にスリツプラインの発生が見られるの
で、まず、重要なことは、≦1.1×104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、が1.1×
104以下であえ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、スリツ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を1.1×104以下に制御
すれば良いと言う主たる発明目的は達成される
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3
図、第4図に示すように、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、≧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エハーで
≦1.1×104、燐イオン注入シリコンウエハーで
≦0.9×104、砒素イオン注入シリコンウエハー
で≦0.5×104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、硼素、燐、砒素の
いずれかのイオンを打込んだ半導体ウエハーの電
気的活性化や結晶損傷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、半導体ウエハーの中央部と周辺部
で該ウエ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、もしくは該ウエハーの周
辺部を主に加熱するように補助加熱器を該ウエハ
ーの周辺近傍に配置するか、もしくはランプとウ
エハーとの間にフイルター等を配置するかして、
半導体ウエハーの中央部と周辺部とで該ウエハー
が受ける放射熱伝達量を変えることによつて該ウ
エハーの表面の温度を均一化しても、半導体ウエ
ハーを高温で長時間さらすと、スリツプラインが
発生することを見いだし、このスリツプライン発
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
くシリコンウエハーが800℃以上にさらされてい
る時間の積分値、すなわち、∫Tdtの値を1.1×104
以下に制御することが良いことを先ずつきとめ
た。そして、更に、この1.1×104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、
∫Tdtの値を特許請求の範囲に記載した範囲とす
ることにより、スリツプラインの発生も防止する
ことができ、最適なアニール条件であることをつ
きとめ、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図はウエハーの加熱時間と温度の説明
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…
…半導体ウエハー、4……補助加熱器、A……ス
リツプライン発生本数曲線、B……シート抵抗値
曲線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 硼素イオンを打込んだ半導体ウエハーを電気
    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、半導体ウエハーの中
    央部と周辺部で該ウエ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、または主に
    該ウエ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
    ウエハーとの間にフイルター等を配置するかし
    て、半導体ウエハーの中央部と周辺部とで該ウエ
    ハーが受ける放射熱伝達量を変えることによつて
    該ウエハーの表面の温度を均一化し、そのうえ
    で、半導体ウエハーが800℃以上に保持される時
    間t(秒)と温度T(℃)との関係を 0.1×104≦∫Tdt≦1.1×104 に規定して該ウエハーをアニールするアニール方
    法。 2 燐イオンを打込んだ半導体ウエハーを電気的
    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、半導体ウエハーの中央
    部と周辺部で該ウエ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、または主に該
    ウエ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
    エハーとの間にフイルター等を配置するかして、
    半導体ウエハーの中央部と周辺部とで該ウエハー
    が受ける放射熱伝達量を変えることによつて該ウ
    エハーの表面の温度を均一化し、そのうえで、半
    導体ウエハーが800℃以上に保持される時間t
    (秒)と温度T(℃)との関係を 0.1×104≦∫Tdt≦0.9×104 に規定して該ウエハーをアニールするアニール方
    法。 3 砒素イオンを打込んだ半導体ウエハーを電気
    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、半導体ウエハーの中
    央部と周辺部で該ウエ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、または主に
    該ウエ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
    ウエハーとの間にフイルター等を配置するかし
    て、半導体ウエハーの中央部と周辺部とで該ウエ
    ハーが受ける放射熱伝達量を変えることによつて
    該ウエハーの表面の温度を均一化し、そのうえ
    で、半導体ウエハーが800℃以上に保持される時
    間t(秒)と温度T(℃)との関係を 0<∫Tdt≦0.5×104 に規定して該ウエハーをアニールするアニール方
    法。
JP58107843A 1983-06-17 1983-06-17 アニ−ル方法 Granted JPS60732A (ja)

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JPS60732A JPS60732A (ja) 1985-01-05
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JP2002141298A (ja) * 2000-11-02 2002-05-17 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JP4712371B2 (ja) 2004-12-24 2011-06-29 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置の製造方法
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