(57)【要約】      （修正有）【課題】  半導体基板の熱割れのおそれを低減するために、装置構成及びプロセスの複雑化を招くことなく、半導体基板上に形成した金属と半導体材料との合金化を良好に行うことを可能とする半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  加熱部２４の温度を金属と半導体材料との合金化を可能とする温度に維持し、加熱炉２０内に基板Ｗを搬入して加熱部２４上方で所定時間だけ保持した後、加熱部２４に基板Ｗを接触させて金属と半導体材料との合金化を行い、加熱部２４から基板Ｗを離間させ、加熱部２４上方で基板Ｗを所定時間だけ保持した後、加熱炉２０から基板Ｗを搬出して冷却する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部を含む加熱炉内に半導体材料からなる基板を搬入し、該基板上に形成した金属と該半導体材料との合金化を行う半導体装置の製造方法であって、
前記加熱部の温度を前記金属と前記半導体材料との合金化を可能とする温度に維持し、前記加熱炉内に前記基板を搬入して該加熱部上で所定時間だけ保持した後、該加熱部に該基板を接触させて該金属と該半導体材料との合金化を行い、
前記加熱部から前記基板を離間させ、該加熱部上で該基板を所定時間だけ保持した後、該加熱炉から該基板を搬出して冷却することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記加熱炉内は、室温より高くて前記金属と前記半導体材料との合金化が進まない温度に維持されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記加熱炉に対する前記基板の搬入及び搬出は搬送アームにより行い、前記加熱部への該基板の接触及び離間は、該加熱部に昇降可能に設けられたリフトピンにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記リフトピンの前記基板と接触する先端部は平坦であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記リフトピンの先端部は、前記基板を支持するときに前記リフトピンの径方向に開くことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記リフトピンの先端部は、該リフトピンの軸方向に沿って延びる複数の支持片を有し、
前記複数の支持片は、前記基板を支持するときに前記リフトピンの径方向に展開することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記搬送アームの少なくとも前記基板と接触する部位は、石英から形成されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記加熱炉から前記基板を搬出するために前記搬送アームを前記基板と接触させる前に、該搬送アームを該加熱炉内に導入し所定時間だけ保持して加熱することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体基板上に形成した金属と半導体材料との合金化を行う半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ系デバイスでは、ｎ型、ｐ型に係わらず最大の不純物濃度として１×１０20台が実現されているため、ノンアロイオーミックコンタクトを容易に得ることができる。これに対し、化合物半導体系デバイス（特に電子デバイス）では、最大不純物濃度が１〜２×１０19程度の低い値であり、この程度の不純物濃度ではノンアロイオーミックコンタクトを実現することは難しい。従って、半導体基板中に金属を拡散して合金化する作業（アロイ）が必要となる。
【０００３】
オーミック金属のアロイ条件は、一般的には４００℃〜５００℃で１分〜２分程度である。この場合、室温からアロイ温度まで急速に加熱し、アロイ終了後に室温に急速に冷却する。これは、ドーピングされた不純物のプロファイルを乱すことなく、アロイを行うためである。なお、ドーピングは通常、ｎ型の不純物（ＧａＡｓの場合にはＳｉ）をイオン注入することで行われる。注入条件によっては、厚さ１００ｎｍ程度に薄層化したｎ+層を実現することが可能であり、この薄層プロファイルを乱すことなくアロイすることが求められる。
【０００４】
このような半導体基板の急速加熱・冷却プロセスでは、熱履歴により歪が基板内に誘起され、極端な場合は基板が自己破壊してしまうことがある。すなわち、単にアロイ炉から基板を取り出したり、室温からアロイ炉の高温部に基板を搭載したりするだけで、基板が割れてしまうことがある。
【０００５】
このような急速加熱・冷却プロセスにおいて基板のわれを防ぐため、種々の手法が提案されている。例えば、特許文献１乃至２ではいずれも、中間温度で一時基板を保持した後に処理温度まで昇温、或いは中間温度で基板を保持した後に室温に降温、というプロセスを経る。
【特許文献１】特開平１１−１７６９０２号公報
【特許文献２】特開平７−１４７３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来技術の手法では、中間温度に昇温したり降温したりする中間温度室が必要となり、装置構成及びプロセスが複雑化してしまう。
【０００７】
また特許文献１には、搬送アームにより基板を予備加熱または予備冷却する手法も開示されているが、搬送アームで加熱・冷却するためには基板の全面をカバーする程度の面積がなければ、基板全体の加熱・冷却はできない。このとき、基板の全面をカバーする程度に搬送アームの面積を拡大すれば、リフトピンで基板を受けることができなくなる。
【０００８】
本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、半導体基板の熱割れのおそれを低減するために装置構成及びプロセスの複雑化を招くことなく、半導体基板上に形成した金属と半導体材料との合金化を良好に行うことを可能とする半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、加熱部を含む加熱炉内に半導体材料からなる基板を搬入し、基板上に形成した金属と半導体材料との合金化を行う方法である。この方法では、加熱部の温度を金属と半導体材料との合金化を可能とする温度に維持し、加熱炉内に基板を搬入して加熱部上で所定時間だけ保持した後、加熱部に基板を接触させて金属と半導体材料との合金化を行い、加熱部から基板を離間させ、加熱部上で基板を所定時間だけ保持した後、加熱炉から基板を搬出して冷却する。
【００１０】
この方法によれば、加熱部上で中間加熱及び中間冷却を行うため、別途中間温度室を設ける必要もなく、また中間温度室へ出し入れするプロセスも省略できる。従って、基板の熱割れのおそれを低減するために装置構成及びプロセスの複雑化を招くことなく、基板上に形成した金属と半導体材料との合金化を良好に行うことが可能となる。
【００１１】
加熱炉内は、室温より高くて金属と半導体材料との合金化が進まない温度に維持されると好ましい。中間加熱及び中間冷却のプロセスと合金化プロセスとを区別することで、良好な合金化が図られる。
【００１２】
加熱炉に対する基板の搬入及び搬出は搬送アームにより行い、加熱部への基板の接触及び離間は、加熱部に昇降可能に設けられたリフトピンにより行うと好ましい。
【００１３】
リフトピンの基板と接触する先端部は平坦であると好ましい。このようにすれば、基板とリフトピンとの接触面積が大きくなるため、熱応力が分散され熱割れのおそれが低減される。
【００１４】
リフトピンの先端部は、基板を支持するときにリフトピンの径方向に開くと好ましい。このようにすれば、基板とリフトピンとの接触面積が一層大きくなる。
【００１５】
リフトピンの先端部は、リフトピンの軸方向に沿って延びる複数の支持片を有し、複数の支持片は、基板を支持するときにリフトピンの径方向に展開すると好ましい。
【００１６】
搬送アームの少なくとも基板と接触する部位は、石英から形成されていると好ましい。熱伝導を悪くすることで基板の温度変化が少なくなり、熱応力が緩和される。
【００１７】
加熱炉から基板を搬出するために搬送アームを基板と接触させる前に、搬送アームを加熱炉内に導入し所定時間だけ保持して加熱すると好ましい。基板と搬送アームとの温度差を低減することで、熱応力が緩和される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体基板の熱割れのおそれを低減するために装置構成及びプロセスの複雑化を招くことなく、半導体基板上に形成した金属と半導体材料との合金化を良好に行うことを可能とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を実施するのに好適なアロイ熱処理装置（以下、「熱処理装置」ともいう。）１０を示す分解斜視図である。また図２は、熱処理装置１０の構成を模式的に示す側面図である。なお、図２においては、説明の便宜上、後述する熱処理炉１２の炉本体部１４と上蓋部１６とは省略して図示している。
【００２１】
図１に示すように、熱処理装置１０は外形が直方体状をなす熱処理炉１２を備えている。熱処理炉１２は、上端が開放された炉本体部１４と炉本体部１４の上端を閉塞する上蓋部１６とを有している。炉本体部１４は、仕切壁１８により加熱室（加熱炉）２０と冷却室２２とに仕切られている。
【００２２】
加熱室２０には、半導体基板Ｗを加熱するためのホットプレート２４が設けられており、冷却室２２には、半導体基板Ｗを冷却するためのクーリングプレート２６が設けられている。ホットプレート２４及びクーリングプレート２６の上面は、半導体基板Ｗと略同一の面積を有する。ホットプレート２４には、上下面を貫通する３つの孔２８が設けられており、これら３つの孔２８にはそれぞれ上下方向に進退するリフトピン３０が設けられている。またクーリングプレート２６には、上下面を貫通する３つの孔３２が設けられており、これら３つの孔３２にはそれぞれ上下方向に進退するリフトピン３４が設けられている。これらリフトピン３０，３４により半導体基板Ｗを支持し、上下方向に進退させることで、半導体基板Ｗがホットプレート２４又はクーリングプレート２６に接触されたり離間されたりする。これらリフトピン３０，３４は、金属（ＳＵＳ）から形成することもできるが、熱伝導の悪いセラミクス、若しくは石英、耐熱テフロン（登録商標）から形成すると好ましい。
【００２３】
これらリフトピン３０，３４の半導体基板Ｗと接触する先端部は、図２に示すように、平坦に設けられている。なお、これらリフトピン３０，３４は、図３に示す突き上げ位置Ｐにおいて半導体基板Ｗを支持するようになっており、搬送アーム３６と干渉しないようになっている。
【００２４】
加熱室２０及び冷却室２２の並び方向（以下、「基板搬送方向」という。）であって冷却室２２の側方には、図１及び図２に示すように、熱処理炉１２内へ半導体基板Ｗを搬入及び搬出するための搬送アーム３６が設けられている。搬送アーム３６のアーム部３８は、金属から形成されている。この搬送アーム３６は、基板搬送方向に進退可能であり、先端には半導体基板Ｗを支持する支持部４０が設けられている。図３に示すように、この支持部４０には真空吸着孔４２が設けられており、半導体基板Ｗは中央部分において真空吸着されて支持される。ここで、支持部４０の少なくとも半導体基板Ｗと接触する部位は、セラミクスから形成されていると好ましく、石英から形成されているとより好ましい。
【００２５】
冷却室２２を画成する炉本体部１４の側壁であって搬送アーム３６と対面する部位には、半導体基板Ｗを支持した搬送アーム３６を冷却室２２内に搬入及び搬出するための開口部４４が設けられている。また仕切壁１８には、冷却室２２に導入された半導体基板Ｗを支持した搬送アーム３６を、更に加熱室２０内に搬入及び搬出するための開口部４６が設けられている。
【００２６】
次に、上記した構成の熱処理装置１０を利用した半導体装置の製造方法を説明する。なお、以下の説明で参照する図４から図９では、説明の便宜上、ホットプレート２４、クーリングプレート２６、及び搬送アーム３６の位置関係のみを図示している。
【００２７】
まず、図１及び図２に示すように、搬送アーム３６により半導体基板Ｗを真空吸着して支持する。半導体基板Ｗは、例えばＧａＡｓなどの化合物半導体からなり、上面にはＡｌ、Ｗ等の金属が形成されている。
【００２８】
そして、ホットプレート２４の温度を半導体基板Ｗと金属との合金化が進む温度Ｔ１、例えば３５０℃＜Ｔ１＜５００℃に加熱する。なお、以下の一連の工程では、ホットプレート２４の温度は常に一定温度Ｔ１に維持する。
【００２９】
次に、半導体基板Ｗを支持した搬送アーム３６を、開口部４４を通して熱処理炉１２内に導入し、冷却室２２をそのまま通過させ、更に開口部４６を通して加熱室２０内に導入することで、加熱室２０内に半導体基板Ｗを搬入する。このとき、クーリングプレート２６に設けられたリフトピン３４及びホットプレート２４に設けられたリフトピン３０は、いずれもプレート内に納まった状態にあり、半導体基板Ｗを搬送する支障にはならない。
【００３０】
加熱室２０内に搬入された半導体基板Ｗは、ホットプレート２４の上方で停止される。半導体基板Ｗの停止後、真空吸着を解除すると同時にリフトピン３０，３４を上昇させ、図４に示すように、半導体基板Ｗを搬送アーム３６から持ち上げる。そして、半導体基板Ｗを持ち上げた状態で、図５に示すように、搬送アーム３６を右方のクーリングプレート２６を越えた位置まで移動させる。
【００３１】
次に、リフトピン３０により半導体基板Ｗを持ち上げた状態で、例えば２０秒〜３０秒程度の所定時間だけ保持し、半導体基板Ｗを中間加熱する。このとき、加熱室２０内は、室温（２７℃）よりも高くて半導体基板Ｗと金属との合金化が進まない温度Ｔ２、例えば２７℃＜Ｔ２＜３００℃、好ましくは２５０℃＜Ｔ２＜３００℃に維持されていると好ましい。このようにすれば、中間加熱のプロセスと合金化プロセスとが区別され、良好な合金化が図られる。
【００３２】
ここで、上記したリフトピン３０によるホットプレート２４の上方での半導体基板Ｗの所定時間に亘る保持は、半導体基板Ｗを中間加熱するための意図的な保持であり、ホットプレート２４上に搭載するという次工程に繋げるため、半導体基板Ｗをホットプレート２４の上方で停止させる単なる保持とは区別される。このような半導体基板Ｗの中間加熱により、ホットプレート２４の温度Ｔ１の４０％〜８０％の温度に半導体基板Ｗの温度を上昇させる。
【００３３】
そして、図６に示すように、リフトピン３０を下降させてホットプレート２４上に半導体基板Ｗを搭載する。この状態で、例えば１分〜２分程度の所定時間だけ半導体基板Ｗを加熱し、半導体基板Ｗと金属との合金化を図る。アロイ条件は、通常ホットプレート２４の温度、及びホットプレート２４上に半導体基板Ｗを載置する時間として規定される。半導体基板Ｗ自身の温度は、ホットプレート２４上に置かれた瞬間にアロイ温度（ホットプレートの温度）に上昇するのではなく、ホットプレート２４と半導体基板Ｗとの間の熱伝導率、及び半導体基板Ｗの熱容量に依存して、漸次上昇する。
【００３４】
次に、リフトピン３０を上昇させることにより半導体基板Ｗを持ち上げ、ホットプレート２４から離間させた状態で、例えば２０秒〜３０秒程度の所定時間だけ保持し、半導体基板Ｗを一次中間冷却する。このときも、加熱室２０内は上記した温度Ｔ２に維持されていると好ましい。
【００３５】
ここで、上記したリフトピン３０によるホットプレート２４の上方での半導体基板Ｗの所定時間に亘る保持は、半導体基板Ｗを一次中間冷却するための意図的な保持であり、搬送アーム３６により半導体基板Ｗを加熱室２０から搬出するという次工程に繋げるため、半導体基板Ｗをホットプレート２４の上方で停止させる単なる保持とは区別される。このような半導体基板Ｗの一次中間冷却により、ホットプレート２４の温度Ｔ１の４０％〜８０％の温度に半導体基板Ｗの温度を降下させる。
【００３６】
次に、右方に待機していた搬送アーム３６を加熱室２０内に侵入させ、半導体基板Ｗの下方まで移動させた後、リフトピン３０を下降させて半導体基板Ｗを搬送アーム３６上に載置させる。ここで、搬送アーム３６を半導体基板Ｗと接触させる前に、搬送アーム３６を加熱室２０内に導入し、１０秒〜６０秒程度の所定時間だけ保持して加熱すると好ましい。このようにすれば、半導体基板Ｗと搬送アーム３６との温度差が低減され、熱応力が緩和される。そして、支持部４０により半導体基板Ｗを真空吸着して、搬送アーム３６を後退させて半導体基板Ｗを冷却室２２内に搬入する。
【００３７】
冷却室２２内に搬入された半導体基板Ｗは、クーリングプレート２６の上方で停止される。半導体基板Ｗの停止後、真空吸着を解除すると同時にリフトピン３４を上昇させ、図７に示すように、半導体基板Ｗを搬送アーム３６から持ち上げる。そして、半導体基板Ｗを持ち上げた状態で、図８に示すように、搬送アーム３６を右方の待機位置まで移動させる。
【００３８】
次に、リフトピン３４により半導体基板Ｗを持ち上げた状態で、例えば１０秒〜３０秒程度の所定時間だけ保持し、半導体基板Ｗを二次中間冷却する。このとき、冷却室２２内の温度Ｔ３は、例えば２７℃＜Ｔ３＜２００℃、好ましくは５０℃＜Ｔ３＜１５０℃に維持されていると好ましい。このようにすれば、半導体基板Ｗとリフトピン３４との温度差が緩和される。
【００３９】
ここで、上記したリフトピン３４によるクーリングプレート２６の上方での半導体基板Ｗの所定時間に亘る保持は、半導体基板Ｗを二次中間冷却するための意図的な保持であり、クーリングプレート２６上に搭載するという次工程に繋げるため、半導体基板Ｗをクーリングプレート２６の上方で停止させる単なる保持とは区別される。
【００４０】
そして、図９に示すように、リフトピン３４を下降させてクーリングプレート２６上に半導体基板Ｗを搭載する。この状態で、例えば１分〜２分程度の十分な時間だけ半導体基板Ｗを冷却する。このとき、窒素ガスを半導体基板Ｗの上方から大量に吹き付け、補強的に冷却してもよい。
【００４１】
次に、リフトピン３４を上昇させることにより半導体基板Ｗを持ち上げ、クーリングプレート２６から離間させ、クーリングプレート２６の上方で半導体基板Ｗを保持する。これと共に、右方に待機していた搬送アーム３６を冷却室２２内に侵入させ、半導体基板Ｗの下方まで移動させた後、リフトピン３４を下降させて半導体基板Ｗを搬送アーム３６上に載置させる。そして、支持部４０により半導体基板Ｗを真空吸着して、図２に示すように、搬送アーム３６を後退させて半導体基板Ｗを熱処理炉１２から搬出し、半導体基板Ｗを回収する。
【００４２】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の作用及び効果について説明する。
【００４３】
ホットプレート２４の上方で中間加熱及び一次中間冷却を行うため、別途中間温度室を設ける必要もなく、また中間温度室へ出し入れするプロセスも省略できる。従って、半導体基板Ｗの熱割れのおそれを低減するために装置構成及びプロセスの複雑化を招くことなく、半導体基板Ｗ上に形成した金属と半導体材料との合金化を良好に行うことが可能である。これにより、化合物半導体のように不純物濃度が低い場合でも、良好なオーミックコンタクトを有する半導体装置を得ることが可能となる。
【００４４】
加熱室２０内は、室温より高くて金属と半導体材料との合金化が進まない温度に維持されるため、中間加熱及び一次中間冷却のプロセスと合金化プロセスとが区別され、良好な合金化が図られる。
【００４５】
リフトピン３０，３４の半導体基板Ｗと接触する先端部は平坦であるため、半導体基板Ｗとリフトピンとの接触面積が大きくなり、熱応力が分散されて熱割れのおそれが低減される。
【００４６】
搬送アーム３６の支持部４０の少なくとも半導体基板Ｗと接触する部位を石英から形成すると、熱伝導が悪くなって半導体基板Ｗの温度変化が少なくなり、熱応力が緩和される。
【００４７】
加熱室２０から半導体基板Ｗを搬出するために搬送アーム３６を半導体基板Ｗと接触させる前に、搬送アーム３６を加熱室２０内に導入し所定時間だけ保持して加熱すると、半導体基板Ｗと搬送アーム３６との温度差が低減され、熱応力が緩和される。
【００４８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、図１０に示すように、リフトピン３０，３４の先端部を上面が平坦な平皿状に拡径させてもよい。或いは、図１１に示すように、リフトピン３０，３４の先端部はリフトピン３０，３４の軸方向に沿って延びる複数の支持片８０を有することとし、複数の支持片８０は、半導体基板Ｗを支持するときにリフトピン３０，３４の径方向に展開するように構成すると好ましい。このようにすれば、半導体基板Ｗとリフトピン３０，３４との接触面積が一層大きくなり、熱応力が分散されて熱割れのおそれが一層低減される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を実施するのに好適なアロイ熱処理装置を示す分解斜視図である。
【図２】アロイ熱処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図３】搬送アーム及びリフトピンによる半導体基板の支持を説明するための図である。
【図４】搬送アームによりホットプレートの上方に搬入された半導体基板をリフトピンで支持する様子を説明するための図である。
【図５】ホットプレートの上方で半導体基板を中間加熱する様子を説明するための図である。
【図６】ホットプレート上で半導体基板を加熱して合金化を図る様子を説明するための図である。
【図７】搬送アームによりクーリングプレートの上方に搬入された半導体基板をリフトピンで支持する様子を説明するための図である。
【図８】クーリングプレートの上方で半導体基板を二次中間冷却する様子を説明するための図である。
【図９】クーリングプレート上で半導体基板を冷却する様子を説明するための図である。
【図１０】リフトピンの先端部の変形例を示す図である。
【図１１】リフトピンの先端部の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…アロイ熱処理装置、１２…熱処理炉、２０…加熱室、２２…冷却室、２４…ホットプレート、２６…クーリングプレート、３０，３４…リフトピン、３６…搬送アーム、４０…支持部、８０…支持片、Ｗ…半導体基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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