DE19544525C2 - Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterkörpers - Google Patents

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterkörpers

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebe­ handeln eines Halbleiterkörpers gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1, und betrifft insbesondere ein sogenanntes Lichtquellen-Ausheilverfahren zur Wärmebehandlung von Halb­ leitersubstraten und epitaxialen Dünnfilmen, bei dem eine In­ frarotlichtquelle verwendet wird.
Wenn eine gezielte Verunreinigung bzw. ein Dotierstoff durch Ionenimplantation in ein Siliziumsubstrat oder dergleichen eingebracht wird und als ein Leitungs-Ladungsträger verwendet wird, wird eine als "Aktivierung" bezeichnete Wärmebehandlung zum Beseitigen von bei der Ionenimplantation entstehenden Kristalldefekten und zum Bewegen der eingebrachten Dotier­ stoffatome zu gewünschten Kristallgitterpunkten bzw. Gitter­ stellen erforderlich. Diese Wärmebehandlung wird durch ein als ein Lichtquellen-Ausheilverfahren bezeichnetes Verfahren durchgeführt, wobei ein Siliziumsubstrat oder dergleichen mit Infrarotstrahlen von einer Infrarotlichtquelle bestrahlt wird, um die Temperatur des Substrats in kurzer Zeit zu erhö­ hen.
Herkömmlicherweise wurde, wenn ein Siliziumsubstrat durch das Lichtquellen-Ausheilverfahren wärmebehandelt wird, kein spe­ zieller Suszeptor bzw. Wärmeaufnehmer verwendet. Ohne Verwen­ den eines Suszeptors besteht ein Problem, daß bei einem Sili­ ziumsubstrat sowohl eine Wärmeverformung bzw. thermische Ver­ formung wie beispielsweise eine Verwerfung als auch ein Ober­ flächendefekt wie beispielsweise ein Mikrobruch bzw. eine Mi­ kroverwerfung auftritt, wenn es, wie bei dem Lichtquellen- Ausheilverfahren, einem schnellen Aufheizen und schnellen Ab­ kühlen ausgesetzt ist. Ferner steuert im allgemeinen eine Lichtquellen-Ausheileinheit ein Ausgangssignal bzw. eine Aus­ gangsleistung, während die Temperatur des Halbleitersubstrats mit einem Pyrometer bzw. Strahlungsradiationsthermometer oder dergleichen überwacht wird. Es ist notwendig, das Emissions­ vermögen bzw. das spezifische Emissionsvermögen der Ober­ fläche des Substrats genau zu erfassen, um die Temperatur zu überwachen. Bei dem Herstellungsprozeß einer Halbleiter­ einrichtung werden jedoch verschiedene Arten von Material, wie beispielsweise ein Oxidfilm, ein Nitridfilm und ein Poly­ siliziumfilm auf der Vorder- und Rückseite des Silizium­ substrats ausgebildet, wobei jeder dieser Filme eine unter­ schiedliche Dicke hat, so daß es schwierig ist, die Tempe­ ratur genau zu messen. Zudem ist die geringe Absorptionsrate für Infrarotstrahlen ein Nachteil des Siliziumsubstrats.
Andererseits ist es notwendig, bei der Wärmebehandlung eines Verbindungshalbleitersubstrats mit dem Lichtquellen-Ausheil­ verfahren einen Suszeptor zu verwenden. Eine bei der Wärmebe­ handlung eines Verbindungshalbleitersubstrats verwendete Ein­ heit hat einen Aufbau, bei dem ein Suszeptor in einer Quartz­ röhre angeordnet ist, ein Verbindungshalbleitersubstrat auf den Suszeptor aufgebracht ist, und die Infrarotstrahlen ver­ tikal auf die Oberfläche des Substrats abgestrahlt werden, bzw. senkrecht auf diese auftreffen. Die eingestrahlten bzw. auftreffenden Infrarotstrahlen werden im wesentlichen von dem Suszeptor absorbiert und das Verbindungshalbleitersubstrat wird mittels der Wärmeleitung von den auftreffenden Infrarot­ strahlen aufgeheizt bzw. erwärmt.
Herkömmlicherweise wurden ein einkristallines Siliziumsub­ strat oder poröser Kohlenstoff bzw. Graphit oder dergleichen als Suszeptormaterial verwendet. Unter diesen hat das einkri­ stalline Siliziumsubstrat überlegene Eigenschaften in Bezug auf seine chemische Stabilität bei einer hohen Temperatur von zumindest 1000°C und seiner Verarbeitbarkeit, um eine höhere Ebenheit zu schaffen bzw. zu gewährleisten. Wie zuvor er­ wähnt, ist dies jedoch nachteilig in Bezug auf das Erzeugen einer thermischen Verformung wie beispielsweise einer Verwer­ fung, wenn es einem schnellen Aufheizen und schnellen Abküh­ len unterzogen wird, sowie in Bezug auf das Erzeugen eines Oberflächendefektes wie beispielsweise einem Mikrobruch auf dem Verbindungshalbleitersubstrat. Ferner ist Silizium im Hinblick darauf nachteilig, daß es ein Absorptionsband hat, welches den Wellenlängenbereich der Infrarotlichtquelle als einer Wärmequelle kaum überlappt, so daß diese einen niedri­ gen Erwärmungswirkungsgrad hat. Andererseits ist poröser Koh­ lenstoff bzw. Graphit beim Absorbieren der Infrarotstrahlen in dem Wellenlängenbereich der Infrarotlichtquelle überlegen, ist jedoch nachteilig in Bezug darauf, daß er eine hohe Wär­ mekapazität hat, die für ein schnelles Aufheizen und schnel­ les Abkühlen ungeeignet ist.
Ferner entsteht durch die Wärmebehandlung ein Problem der Verdampfung bzw. Ausdiffusion. Das heißt, aufgrund der Wärme­ behandlung verdampft ein Element-Bestandteil bzw. ein Anteil mit einer geringen Verdampfungstemperatur von bzw. an der Oberfläche eines Verbindungshalbleitersubstrats bzw. diffun­ diert an dieser aus. Beispielsweise im Fall eines Galliumar­ senidsubstrats als einem Verbindungshalbleitersubstrat ver­ dampft Arsen bzw. diffundiert Arsen aus, und der Suszeptor aus einem Siliziumeinkristallsubstrat oder dergleichen absor­ biert die verdampften bzw. ausdiffundierten Arsenmoleküle, so daß die Kristallinität des Verbindungshalbleitersubstrats verschlechtert ist. Ferner gibt es einen Nachteil, daß sich die Ebenheit der Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats ver­ schlechtert. Ferner entsteht aufgrund des nach dem Verdampfen bzw. Ausdiffundieren des Arsens auf der Oberfläche des Gal­ liumarsenidsubstrats verbleibenden Galliums ein Problem, daß die Eigenschaften der elektronischen Einrichtungen schwanken wodurch es unmöglich wird, Galliumarsenid als einen Suszeptor zu verwenden.
Zum Beseitigen der zuvor erwähnten Nachteile ist ein Ver­ fahren vorgeschlagen, bei dem ein flaches Plattenteil, das zumindest eine aus der aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid und Bornitrid bestehenden Gruppe ausgewählte Komponente bzw. Ver­ bindung enthält, wobei jede dieser Verbindungen überlegene Eigenschaften als ein Suszeptormaterial hat, wärmebehandelt wird, wobei das flache Plattenteil der Oberfläche des zu be­ handelnden Halbleitersubstrats gegenüberliegend angeordnet ist. Da ein gesin­ terter Körper bzw. Sinterkörper durch Wärmezyklen annähernd nicht deformiert wird, kann durch Verwenden des Sinterkörpers aus den obigen Materialien als einem Suszeptor ein stabiles Ausheilen erreicht werden.
Jedoch stellte sich heraus, daß die Absorptionsrate für In­ frarotstrahlen unter gewissen Bedingungen des Ausbildens ei­ nes Sinterkörpers selbst in dem Fall eines Sinterkörpers mit relativ hohem Absorptionswirkungsgrad für Infrarotstrahlen verringert werden kann. Im folgenden sind als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zwei Arten von Aluminiumnitrid- Sinterkörpern erläutert. Diese zwei Arten von Sinterkörpern haben unterschiedliche Bindematerialien zum Zeitpunkt ihrer Ausbildung bzw. Herstellung. Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde herausgefunden, daß der Sinterkörper A und der Sinterkörper B wesentlich unterschiedliche Absorptionskoeffizienten haben. Dieser Infrarotabsorptionskoeffizient wird aus den Ergebnis­ sen der Messung des linearen Transmissionsfaktors der Infra­ rotstrahlen mit der Wellenlänge von 6 Mikrometern durch ein FT-IR Verfahren berechnet.
Tabelle 1
Wenn die Wärmebehandlung unter Verwendung eines Suszeptors mit zwei unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten als sol­ chen durchgeführt wird, können im Vergleich zu dem Fall des Verwendens eines einkristallinen Siliziumsubstrats oder der­ gleichen als einem Suszeptor ausreichend günstige Wärmebe­ handlungseigenschaften erhalten werden. Jedoch gab es ein Problem, daß das Temperaturanstiegsprofil mit jedem Suszeptor variiert, selbst wenn die Stärke bzw. Intensität des Strahls, der von der Infrarotlichtquelle abgegeben wird, im wesent­ lichen unverändert bzw. konstant ist, so daß sich die Eigen­ schaften des zu behandelnden Halbleitersubstrats verändern werden. Zudem gab es ein Problem, daß es sehr schwierig ist, die Temperaturanstiegsprofile der Suszeptoren, von denen je­ der unterschiedliche Infrarotabsorptionskoeffizienten hat, miteinander in Übereinstimmung zu bringen, bzw. aneinander anzupassen.
Andererseits hat jeder der Sinterkörper A und B eine ausrei­ chend große Wärmeleitfähigkeit für einen Suszeptor, der bei dem Lichtquellen-Ausheilverfahren verwendbar ist, bei dem ein schnelles Aufheizen und schnelles Abkühlen durchgeführt wer­ den. Eine derartige Eigenschaft ist in der Gruppe der Sinter­ körper allgemein verbreitet, d. h., auch bei Galliumnitrid und Bornitrid, und nicht notwendigerweise auf den Sinterkörper aus Aluminiumnitrid beschränkt. Es wird nämlich am geeignet­ sten für den Suszeptor bei dem Lichtquellen-Ausheilverfahren sein, wenn es möglich ist, ein flaches Teil zu erhalten, das zumindest ein aus der aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid bestehenden Gruppe ausgewähltes Element bzw. Be­ standteil enthält, bzw. zumindest eine dieser Verbindungen enthält, wenn jedes dieser Elemente ein Sinterkörper oder ein Verbund bzw. Gemisch derselben ist, und wenn es jedem dieser Teile möglich ist, einen großen und konstanten Infrarotab­ sorptionskoeffizienten mit guter Reproduzierbarkeit zu haben.
Die englischen Zusammenfassungen der Druckschriften JP 61-349 49 A und JP 60-239 030 A offenbaren jeweils ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterkörpers, wobei strahlungs­ absorbierende Beschichtungen zum Einsatz kommen. Ferner of­ fenbart die englische Zusammenfassung der Druckschrift JP 60-145 629 A ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines trans­ parenten Substrates, wobei eine strahlungsabsorbierende Be­ schichtung zum Einsatz kommt.
Weiterhin zeigt die Veröffentlichung von T. E. Kazior et al., "Capless rapid thermal annealing of GaAs using a graphite su­ sceptor" in IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, Band 4, Nr. 1, Februar 1991, Seiten 21-25, ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines Halbleiterkörpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1. Jedoch ist bei diesem bekannten Verfah­ ren noch kein optimaler Ausheil-Zeit-Temperatur-Zyklus ermög­ licht.
Es ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren zum Wärmebehandeln eines Halbleiterkörpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die vorstehend angeführten Nachteile, wie sie im Stand der Technik auftreten, beseitigt sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines Halbleiterkörpers mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Auf diese Weise ist es u. a. vorteilhafterweise möglich, einen Ausheil-Zeit-Temperatur-Zyklus zu verbessern.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.
Bei dem Verfahren sind weiterhin der Suszeptor und die Schutzplatte derart angeordnet, daß die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörpers abgedeckt ist. Insbesondere ist bei dem Verfahren zumindest einer von beiden, der Suszeptor oder die Schutzplatte, mit dem Absorbienten beschichtet. Ferner ist bei dem Verfahren der Absorbient innerhalb von beiden, dem Suszeptor und der Schutzplatte vorgesehen.
Bei der vorliegenden Erfindung umfaßt der Halbleiterkörper ein Halbleitersubstrat, ein Halbleitersubstrat mit epitaxia­ len Filmen oder dergleichen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine darstellende Ansicht des Suszeptors bei dem er­ sten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Suszeptors bei dem zwei­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Suszeptors bei dem drit­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Suszeptors bei dem vier­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Suszeptors bei dem fünf­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Suszeptors bei dem sech­ sten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7 eine darstellende Ansicht zum Wiedergeben der Wärmebe­ handlungseigenschaften im Fall des Verwendens des Suszeptors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Zustand, bei dem eine Oberfläche eines Halb­ leiterkörpers einem Suszeptor gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens zu­ gewandt ist. In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Halb­ leitersubstrat, wie beispielsweise einen Verbindungshalbleiter, beispielsweise aus Galliumarsenid, oder ein Halbleitersub­ strat wie beispielsweise aus Silizium, Bezugszeichen 2 be­ zeichnet ein Dotierstoffimplantationsgebiet bzw. einen Dotierstoffimplantationsbereich, in das bzw. in den Dotier­ stoffe durch ein Ionenimplantationsverfahren an der Oberflä­ che des Halbleitersubstrats implantiert sind, Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Suszeptor, der aus zumindest einem aus der aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid und Bornitrid bestehenden Gruppe ausgewählten Element besteht, Bezugszeichen 4 bezeich­ net eine Schutzplatte, die aus zumindest einem Element be­ steht, das aus der aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Borni­ trid bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und Bezugszeichen 5 bezeichnet einen absorbierenden Film bzw. Absorptionsfilm für Infrarotstrahlen, wobei der Absorptionsfilm entweder einen Kohlenstoffilm oder einen Kohlenstoff enthaltenden Film um­ faßt, wobei der Absorptionsfilm auf der Oberfläche bzw. die Oberflächen des Suszeptors 3 und der Schutzplatte 4 aufge­ bracht ist. Das Dotierstoffimplantationsgebiet 2 an der Ober­ fläche des Halbleitersubstrats 1 ist in engem Kontakt auf dem Suszeptor 3 oder parallel zu dem Suszeptor 3 in einem sehr geringen Abstand diesem gegenüberliegend bzw. zugewandt vor­ gesehen, um die Wärmebehandlung unter Verwendung einer mit einer (in Fig. 1 nicht dargestellten) Infrarotlichtquelle als einer Wärmequelle ausgestatteten Lichtquellen-Ausheileinheit durchzuführen. Die Oberfläche des Suszeptors 3 ist abgeflacht bzw. eben, so daß die Oberfläche des Suszeptors in engen Kon­ takt bzw. in Berührung mit dem Substrat 1 gebracht werden kann oder dem Substrat parallel gegenüberliegend angeordnet sein kann, wobei ein sehr geringer Abstand zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 eingehalten ist. Die Abmessung zwi­ schen dem Halbleitersubstrat 1 und der Schutzplatte 4 ist in Fig. 1 breiter dargestellt als bei dem tatsächlichen Bei­ spiel, um den Aufbau deutlich darzustellen. Die Schutzplatte 4 sollte vorzugsweise in engem Kontakt mit dem Substrat 1 sein oder dem Substrat gegenüberliegend angeordnet sein, wo­ bei ein sehr geringer Abstand eingehalten werden sollte.
Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist in einer dem Sei­ tenabschnitt des Halbleitersubstrats 1 zugewandten Position eine Ausbauchung bzw. Vertiefung ausgebildet, so daß der Sei­ tenabschnitt des Halbleitersubstrats 1 damit bedeckt bzw. da­ von umgeben ist. Zudem ist es in diesem Fall möglich, den Suszeptor 3 in Gestalt einer flachen Platte auszubilden und die Ausbauchung an der Schutzplatte 4 auszubilden, indem die Form des Suszeptors 3 und der Schutzplatte 4 umgekehrt bzw. vertauscht wird. In diesem Fall ist die Höhe der Ausbauchung gleich der Dicke des Halbleitersubstrats 1 oder geringfügig höher als diese, um eine Anordnung zu ermöglichen, bei der die konvexe Form des Suszeptors 3 in engen Kontakt mit der Schutzplatte 4 gelangt und die gesamten Oberflächen des Halb­ leitersubstrats 1 umgibt bzw. bedeckt. Zudem ist die Ausbau­ chung geringfügig niedriger bzw. kleiner als die Dicke des Halbleitersubstrats 1, um es dem Halbleitersubstrat 1 zu er­ möglichen, in engen Kontakt mit der Schutzplatte 4 zu gelan­ gen.
Weiterhin zeigt Fig. 3 das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist es eben­ falls möglich, Ausbauchungen an beiden, dem Suszeptor 3 und der Schutzplatte 4 auszubilden, um die Ausbauchungen an dem Suszeptor 3 und der Schutzplatte 4 in engen Kontakt zu brin­ gen, um den Seitenabschnitt des Halbleitersubstrats 1 zu um­ geben, bzw. abzudecken.
Fig. 4 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist eine Ausbauchung an beiden, dem Suszeptor 3 und der Schutzplatte 4 ausgebildet. Indem die Höhe bzw. das Ausmaß der Ausbauchung an dem Suszep­ tor 3 gleich der Dicke des Halbleitersubstrats 1 oder ge­ ringfügig höher als die Dicke des Halbleitersubstrats gemacht wird, ist es dem Suszeptor 3 möglich, in engen Kontakt mit der Schutzplatte 4 zu gelangen und die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 zu umgeben. Zudem ist es durch Ausbil­ den einer geringeren Höhe wie zuvor beschrieben möglich, das Halbleitersubstrat 1 in engen Kontakt mit der Schutzplatte 4 zu bringen.
Fig. 5 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Seitenwand­ teil 6, das einen Ring oder dergleichen umfaßt (übereinstimmend mit der bzw. angepaßt an die Form des Halbleitersubstrats) mit dem in Form einer flachen Platte ausgebildeten Suszeptor 3 und der Schutzplatte 4 kombiniert, so daß das Seitenwand­ teil dem Seitenabschnitt des Halbleitersubstrats 1 zugewandt ist. In diesem Fall ist es gemäß der Darstellung in Fig. 5 möglich, ein gleichförmigeres Erwärmen bzw. Heizen mit gerin­ gerer Wärmestrahlung von dem Seitenabschnitt des Halbleiter­ substrats 1 zu realisieren, indem ein Zwischenraum bzw. Ab­ stand zwischen den Seitenwandteilen 6 vorgesehen wird, welche zwei Ringe mit voneinander unterschiedlichen Durchmessern um­ fassen. Es ist ebenfalls möglich, die Höhe des Seitenwandtei­ les 6 mit Bezug auf die Dicke des Halbleitersubstrats 1 ge­ eignet auszuwählen. Ebenfalls sind die Seitenwandteile nicht auf zwei Ringe eingeschränkt, ein Ring oder ein unterteiltes bzw. segmentförmig ausgebildetes Teil kann verwendet werden. Die Form des Seitenwandteiles ist nicht nur auf einen Kreis beschränkt, sondern eine polygonale Form kann verwendet sein. Zudem ist eine Nut an dem Suszeptor 3 vorgesehen, um die Po­ sition des Ringes oder dergleichen zu fixieren, jedoch ist die Nut nicht notwendigerweise erforderlich.
Ferner ist die Abmessung zwischen dem Seitenabschnitt des Halbleitersubstrats 1 und dem konvex geformten Suszeptor oder der Schutzplatte, oder dem Seitenwandteil, die in Aus­ führungsbeispiel 2 bis 5 beschrieben ist, geeignet einge­ stellt, indem der thermische Ausdehnungskoeffizient des Halb­ leitersubstrats oder Suszeptors oder dergleichen zum Zeit­ punkt des Erwärmens berücksichtigt wird. Die Abmessung kann vorzugsweise auf eine derartige Weise bestimmt sein, daß das Seitenwandteil 6 oder der Suszeptor 3 mit der Ausbauchung oder die Schutzplatte 4 zum Zeitpunkt des Erwärmens in Kon­ takt gelangen darf oder mit einem sehr geringen, eingehalte­ nen Abstand zugewandt sein darf.
Die Lichtquellen-Ausheileinheit ist im allgemeinen mit einer Vielzahl von Infrarotlichtquellen ausgestattet, so daß eine Temperaturdifferenz an der Oberfläche des zu beheizenden bzw. zu erwärmenden Materials aufgrund der Differenz der Stärke bzw. Intensität bzw. Strahlstärke jeder Lichtquelle oder auf­ grund des Zustands der Überdeckung des das zu erwärmende Ma­ terial erreichenden direkten Lichts auftritt. Gemäß dem er­ findungsgemäßen Verfahren zur Wärmebehandlung absorbieren je­ doch beide, der Suszeptor 3 und die Schutzplatte 4 zum einen die von der Infrarotlichtquelle eingestrahlten Infrarot­ strahlen, und erwärmen daraufhin wiederum das Halbleitersub­ strat 1 durch abgestrahlte Wärme, um es zu ermöglichen, diese Temperaturdifferenz zu mildern bzw. auszugleichen. Zudem wird jedes Teil aus Material mit einer großen Wärmeleitfähigkeit, das heißt, der Suszeptor 3 und die Schutzplatte 4 oder die Seitenwandteile 6 gleichförmig als ein Ganzes erwärmt bzw. beheizt. Dies kann annähernd als eine Heizung eines schwarzen Körpers bzw. Planck'schen Strahlers angesehen werden. Die ge­ samte Oberfläche des zu beheizenden Materials ist mit dieser angenäherten Planck'schen Strahlungsheizung bedeckt, bzw. von dieser umgeben und wird erwärmt, wodurch es möglich wird, Ef­ fekte gleichförmigen Erwärmens zu erhalten.
Die gesamte Oberfläche des Suszeptors 3 und der Schutzplatte 4 ist mit einem Kohlenstoffilm oder dem Infrarotlicht absor­ bierenden Films 5, der einen Kohlenstoff bzw. Graphit enthal­ tenden Film umfaßt, durch ein CVD-Verfahren beschichtet, wel­ ches Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Methan verwendet, um Licht eines Wellenlängenbereichs der Infrarotlichtquelle wirkungsvoll zu absorbieren. Als ein von dem Kohlenstoffilm oder dergleichen unterschiedlicher absorbierender Film ist es möglich, mit Siliziumkarbid zu beschichten, bzw. Siliziumkar­ bid abzuscheiden, das bei hoher Temperatur stabil ist, oder mit Metall bzw. einer metallischen Verbindung zu beschichten bzw. eine metallhaltige Schicht aufzubringen, wobei keine De­ formation wie beispielsweise Schmelzen bei der Temperatur der Wärmebehandlung auftritt, beispielsweise mit Tantalkarbid, Wolframkarbid, Molybdänkarbid, wobei diese Karbide aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt wie beispielsweise Tantal, Wolfram, Molybdän sind, mit Tantalborid, Wolframborid, und Molybdänborid, wobei diese Boride Boride der zuvor erwähnten Metalle sind, in einem derartigen Zustand, daß die Oberfläche porös ist und die Oberfläche keine Reflektion der auftreffen­ den Infrarotstrahlen hervorruft. Dabei ist es möglich, wenn die Möglichkeit besteht, daß die Oberfläche des zu behandeln­ den Halbleitersubstrats 1 mit derartigen Metallen kontami­ niert wird, wenn Metall bzw. eine metallische Verbindung für einen absorbierenden Film verwendet wird, andere Beschich­ tungsfilme, beispielsweise einen Nitridfilm, einen Oxidfilm, einen polykristallinen Siliziumfilm oder dergleichen auf dem absorbierenden Film 5 auszubilden. Der Nitridfilm, der Oxid­ film und das polykristalline Silizium sind für Infrarot­ strahlen durchlässig, um es dem absorbierenden Film, wie dem Kohlenstoffilm zu ermöglichen, die Infrarotstrahlen wirkungs­ voll zu absorbieren. Die in diesem Kohlenstoffilm absorbier­ ten Infrarotstrahlen erwärmen den Suszeptor 3 und die Schutz­ platte 4, was zu der Erwärmung des Halbleitersubstrats 1 mit der Wärmestrahlung führt. Dabei kann die Dicke der Beschich­ tung des absorbierenden Films 5 eine derartige ausreichende Dicke haben, daß der absorbierende Film 5 die eingestrahlten Infrarotstrahlen absorbiert. Im Fall des durch ein CVD-Ver­ fahren aufgebrachten Kohlenstoffilms beispielsweise ist eine Dicke von 500 nm ausreichend.
In der obigen Beschreibung ist eine Struktur bzw. ein Aufbau beschrieben, bei dem die gesamten Oberflächen des Suszeptors 3 und der Schutzplatte 4 mit einem absorbierenden Film 5 be­ schichtet sind. Jedoch ist es möglich, die eine Seite oder beide Seiten der mit den Infrarotstrahlen beleuchteten Ober­ fläche oder die der mit den Infrarotstrahlen beleuchteten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche oder eine oder beide das Dotierstoffimplantationsgebiet 2 an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 berührenden Oberflächen oder die die Rückseite des Halbleitersubstrats 1 berührende Oberfläche zu beschichten. Zudem ist es möglich, diese zu kombinieren. Im Hinblick auf das Verbessern des Erwärmungswirkungsgrades ist es wünschenswert, daß der absorbierende Film 5 zumindest auf der Oberfläche auf der Seite des Suszeptors 3 und der Schutz­ platte 4 aufgebracht ist, mit der das Dotierstoffimplanta­ tionsgebiet 2 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 in engen Kontakt gebracht wird, oder mit sehr geringem Abstand gegenüberliegend angeordnet ist, und wo die Infrarotstrahlen auftreffen. Unter Berücksichtigung des thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten ist es wünschenswert, daß der Suszeptor 3 und die Schutzplatte 4 aus dem selben Material bestehen, es muß jedoch nicht notwendigerweise das selbe sein.
Erfindungsgemäß ermöglicht der aus einem Material mit niedri­ gerer Wärmekapazität, höherer Wärmeleitfähigkeit und höherem Infrarotabsorptionskoeffizienten als das herkömmliche Mate­ rial bestehende Suszeptor das schnelle Erwärmen und schnelle Abkühlen, selbst wenn das Material des Suszeptors für die Wärmebehandlung eines Siliziumsubstrats verwendet wird, wobei dieses nicht auf ein Verbindungshalbleitersubstrat als ein einer Wärmebehandlung zu unterziehendes Halbleitersubstrat beschränkt ist, verglichen mit dem Fall, wo kein herkömmli­ cher Suszeptor verwendet wird. Darüber hinaus mißt ein Pyro­ meter die Temperatur des Suszeptors, der stets ein konstantes Emissionsvermögen hat, wodurch eine hochgenaue Temperatur­ steuerung ermöglicht ist. Insbesondere ist es, wenn der Sus­ zeptor mit dem in Fig. 2 bis Fig. 5 dargestellten Aufbau ver­ wendet wird möglich, das gesamte Siliziumsubstrat gleichför­ mig zu erwärmen, wodurch es ermöglicht ist, die Oberflächen­ defekte wie beispielsweise Mikrobrüche bzw. Mikrorisse voll­ ständig zu verhindern.
Als nächstes zeigt Fig. 6 das sechste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel handelt es sich insbesondere um einen Fall, bei dem ein Sus­ zeptor und eine Schutzplatte als Sinterkörper ausgebildet sind. Die Form des Suszeptors und der Schutzplatte ist die gleiche Form wie die in Fig. 1 bis Fig. 5 gezeigte Form, wo­ bei der Absorbient innerhalb des Suszeptors und der Schutz­ platte vorgesehen ist, anstatt die Oberfläche mit dem absor­ bierenden Film zu beschichten. Fig. 6 zeigt den Aufbau mit enthaltenem Absorbienten, wobei der Fall des Suszeptors 3 mit der in Fig. 6(a) gezeigten Struktur als Beispiel herangezo­ gen ist. In Fig. 6(a) und 6(b) bezeichnet Bezugszeichen 7 ein Rohmaterialteilchen eines Sinterkörpers, der aus Galliumni­ trid, Aluminiumnitrid und Bornitrid besteht, Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Bindemittel, und Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Absorbienten. Fig. 6(a) zeigt einen Aufbau, bei dem ein Sinterkörper aus Galliumnitrid oder dergleichen ausgebildet ist, um den plattenförmig ausgebildeten Absorptionskörper 9 zu umgeben. Eine Kohlenstoffplatte oder ein anderer Sinter­ körper kann ebenfalls als der plattenförmige Absorbient 9 verwendet werden. Der Aufbau des Suszeptors 3 kann eine duale bzw. zweifache Schichtstruktur oder eine Mehrschichtstruktur sein, wobei ein Sinterkörper wie beispielsweise Galliumnitrid auf dem Absorbienten 9 ausgebildet ist. Fig. 6(b) zeigt einen Aufbau, bei dem ein puderförmiger Absorbient 9 wie beispiels­ weise Kohlenstoff gleichzeitig mit dem Bindemittel 8, wie bei­ spielsweise Yttrimoxid zur Zeit des Ausbildens des Sinterkör­ pers hinzugegeben wird. Bei einem derartigen Suszeptor absor­ biert der Absorbient die Infrarotstrahlen, selbst wenn das Galliumnitrid selbst die Infrarotstrahlen nicht absorbiert, und die Temperatur des Suszeptors steigt an. Die Schutzplatte ist auf ähnliche Weise ausgebildet. Das Ausbilden des Absor­ bienten auf eine derartige Weise ermöglicht es, den Beschich­ tungsvorgang bzw. Abscheidungsprozeß zum Ausbilden des absor­ bierenden Films wegzulassen, wodurch es möglich ist, den Sus­ zeptor und die Schutzplatte einfacher auszubilden. Dabei ist die Dicke des in Fig. 6(a) dargestellten Absorbienten 9 und das Inhaltsverhältnis bzw. Zusammensetzungsverhältnis des in Fig. 6(b) dargestellten Absorbienten geeignet bestimmt, so daß der Infrarotabsorptionskoeffizient des Sinterkörpers aus­ reichend groß ist und die Stärke bzw. Festigkeit des Suszep­ tors entsprechend der Teilchengröße des Rohmaterials für den Sinterkörper und Bindemittelarten und Inhaltsmenge oder der­ gleichen beibehalten wird. In Fig. 6(b) ist als ein Beispiel das Inhaltsverhältnis bzw. Zusammensetzungsverhältnis des Ab­ sorbienten annähernd 1%, bezogen auf das Gewicht des ge­ samten Rohmaterials des Sinterkörpers. Zudem gibt es einen Fall, bei dem das Bindemittel als ein Absorbient dient.
Bei dem zuvor beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel ist es wünschenswert, daß der Suszeptor und die Schutzplatte aus dem selben Material bestehen, wobei der Ausdehnungskoeffi­ zient berücksichtigt ist. Jedoch ist es nicht notwendig, daß es identisch ist. Der Suszeptor und die Schutzplatte, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet sind, können die Absorptionsrate der Infrarotstrahlen verbessern, während sie die geringere Wärmekapazität und höhere Wärmeleitfähigkeit beibehalten, die die Eigenschaften von Galliumnitrid, Alumi­ niumnitrid, Bornitrid sind. Als Ergebnisse der Wärmebehand­ lung des Halbleiterkörpers zeigen sie im Vergleich zu dem herkömmlichen Suszeptor eine geringere thermische Verformung und verhindern die Defekte wie beispielsweise einen Mikro­ bruch mit günstigen Ergebnissen. Zudem sieht dieses Material keinen Absorbienten bzw. Aufnehmer für Arsen vor, so daß es keine Verschlechterung der Ebenheit der Oberfläche des Halb­ leiterkörpers aufgrund des Verdampfens bzw. der Ausdiffusion des Arsens bewirkt, selbst wenn der zu behandelnde Halblei­ terkörper aus einem Arsen als einem Bestandteil enthaltenden Verbindungshalbleiter besteht.
Fig. 7 zeigt die Ergebnisse der Wärmebehandlung und Messung des Schichtwiderstandes, wenn der Suszeptor und die Schutz­ platte verwendet werden, die wie vorhergehend beschrieben ausgebildet sind. Zu Vergleichszwecken sind 2 Arten von Sin­ terkörpern aus Aluminiumnitrid mit unterschiedlichen Absorp­ tionskoeffizienten für Infrarotstrahlen verwendet. Sinterkör­ per aus Aluminiumnitrid mit einem im Inneren vorgesehenen Ab­ sorbienten mit dem in Fig. 6(b) gezeigten Aufbau sind als Suszeptor und Schutzplatte verwendet. Ein Galliumarsenidsub­ strat ist als das zu behandelnde Halbleitersubstrat verwen­ det. Nachdem Siliziumionen an der Oberfläche des Substrats mit einer Beschleunigungsenergie von 82 keV, einer Dosismenge von 5,2 × 1012 cm-2 implantiert sind, werden Magnesiumionen mit einer Beschleunigungsenergie von 170 keV, einer Dosis­ menge von 3,75 × 1011 cm-2 implantiert, nach der Wärmebehand­ lung mit 950°C ist das Ergebnis der Messung des Schichtwider­ standes mit dem Wirbelstromverfahren in Fig. 7 dargestellt. In Fig. 7 bezeichnet eine Linie A den Fall, in dem ein Sin­ terkörper aus Aluminiumnitrid, der einen Absorbienten für In­ frarotstrahlen enthält, verwendet ist, und die Linie B be­ zeichnet den Fall, in dem das Aluminiumnitrid ohne eine Ab­ sorbienten für die Infrarotstrahlen verwendet ist.
Gemäß der Darstellung in Fig. 7 ist deutlich, daß der Schichtwiderstand in dem Fall verringert ist, in dem der den Absorbienten für Infrarotstrahlen enthaltende Suszeptor ein­ gesetzt ist. Zudem verringert sich der Schichtwiderstand bin­ nen kurzer Zeit schneller als der ohne den Absorbienten im Inneren. Das Ergebnis, daß der Schichtwiderstand sich verrin­ gert, ist so erklärbar, daß der Sinterkörper aus dem den Ab­ sorbienten für Infrarotstrahlen enthaltenden Aluminiumnitrid schnell aufheizbar und schnell abkühlbar ist, wodurch die wirkungsvolle bzw. effiziente Wärmebehandlung in einer kurzen Zeit mit verbesserter Aktivierungsrate realisiert wird. Zudem gab es beim Betrachten der Oberfläche des wärmebehandelten Galliumarsenidsubstrats keine Verschlechterung der Ebenheit der Oberfläche aufgrund der Verdampfung bzw. Ausdiffusion von Arsen und keine Ausbildung gerader linienförmiger Defekte wie beispielsweise einem Mikrobruch. Ein einen Absorbientenkörper für die Infrarotstrahlen enthaltender Sinterkörper neigt dazu, eine größere Aktivierungsrate zu haben. Eine derartige Tendenz ist auch bei dem Sinterkörper aus Galliumnitrid und Bornitrid beobachtbar und nicht auf den Sinterkörper aus Alu­ miniumnitrid beschränkt. Zudem wird in dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel der gleiche Effekt erhalten, da der ab­ sorbierende Film 5 wie beispielsweise ein Kohlenstoffilm oder dergleichen auf der Schutzplatte 4 aufgebracht ist. Anderer­ seits war das Meßergebnis des Schichtwiderstandes des Silizi­ umsubstrats nicht besser als das des Schichtwiderstands des Galliumarsenidsubstrats, nachdem das Siliziumsubstrat anstatt des Galliumarsenidsubstrats wärmebehandelt wurde. Beim Be­ trachten der Oberfläche des Siliziumsubstrats wurde eine geringere Anzahl von Oberflächendefekten wie beispielsweise Mikrobrüchen beobachtet, verglichen mit dem Beobachten des Galliumarsenidsubstrats.
Wie vorhergehend beschrieben, wurde erfindungsgemäß das Mate­ rial mit geringerer Wärmekapazität, höherer Wärmeleitfähig­ keit und höherem Infrarotabsorptionskoeffizienten vorgesehen und hielt stand bzw. erwies sich als widerstandsfähig, wenn es einem schnellen Aufheizen und schnellen Abkühlen wie bei­ spielsweise bei einem Lichtquellen-Ausheilverfahren ausge­ setzt wurde. Das Verwenden eines derartigen Suszeptors zur Wärmebehandlung ermöglicht es, die Ausbildung gerader li­ nienförmiger Defekte wie beispielsweise Mikrobrüchen zu ver­ hindern. Insbesondere wenn ein Verbindungshalbleitersubstrat als ein Halbleitersubstrat verwendet ist, kann, da die Mate­ rialien des Suszeptors die aus der Oberfläche des Halbleiter­ körpers verdampfenden bzw. ausdiffundierenden Elemente nicht absorbieren, ein hoher Aktivierungswirkungsgrad und stabile Reproduzierbarkeit im Fall des Ausheilens zum Aktivieren von durch das Ionenimplantationsverfahren eingebrachten Dotier­ stoffen erhalten werden. Das Verwenden des wärmebehandelten Halbleiterkörpers zur Herstellung elektronischer Einrichtun­ gen wie beispielsweise Feldeffekttransistoren (FET), inte­ grierter Schaltungen (IC) oder dergleichen ermöglicht eine hohe Leistungsfähigkeit, und eine hohe Produktionsausbeute der Einrichtungen wurde erhalten.

Claims (4)

1. Verfahren zum Wärmebehandeln eines Halbleiterkörpers, mit den Schritten:
  • a) Anordnen eines Suszeptors (3) an einer Oberfläche des Halbleiterkörpers und Anordnen einer Schutzplatte (4) auf eine derartige Weise, daß die andere Oberfläche des Halbleiterkörpers (1) einer Oberfläche der Schutzplatte zugewandt ist, und
  • b) Wärmebehandeln des Halbleiterkörpers, wobei zu­ mindest einer der beiden, der Suszeptor oder die Schutz­ platte, einen Absorbienten für Infrarotstrahlen (5) auf­ weist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Suszeptor und die Schutzplatte zumindest ein aus der aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid und Bornitrid be­ stehenden Gruppe ausgewähltes Element umfassen.
2. Verfahren zum Wärmebehandeln eines Halbleiterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Suszeptor und die Schutzplatte derart angeordnet sind, daß die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörpers abgedeckt ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer von beiden, der Suszeptor oder die Schutz­ platte, mit dem Absorbienten beschichtet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorbient innerhalb von beiden, dem Suszeptor und der Schutzplatte, vorgesehen ist.
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