熱処理（半導体製造）とは

熱処理とは、ウェーハへ熱を加えて、結晶の損傷を回復させ、打ち込んだ不純物を電気的に働く状態へ変え、膜の質を整える工程の総称です。 アニールとも呼ばれます。

定義・解説

熱処理が働くのは、原子が動けるようになるからです。常温では、結晶格子の中の原子はほとんど止まったままです。イオン注入の直後は格子が乱れ、打ち込んだ原子も格子点以外の場所にとどまります。温度を上げると原子が動けるようになり、格子が組み直され、不純物が本来の位置へ入ります。

熱を加えると、原子が動いて格子が組み直されます

常温では、結晶格子の中の原子はほとんど止まったままです。温度を上げると原子が動けるようになり、乱れた格子が組み直され、打ち込んだ不純物が本来の位置へ入ります。

同じ原理が、複数の目的へ使われます。注入で乱れた結晶の回復、不純物を電気的に働かせる活性化、成膜した膜の緻密化と応力の調整、金属とシリコンを反応させるサリサイドのような化合物の形成などです。したがって熱処理は特定の1工程に限らず、前工程のあちこちに入ります。

炉という装置は、成膜と共有されることがあります。KOKUSAI ELECTRICは公式製品ページで、同社グループがLP-CVD技術、酸化技術、アニール（低温、高温）技術、拡散技術、ALD技術に対応する成膜プロセス装置を提供していると述べています。炉という同じ構造の上で、流すガスと温度履歴を変えることで別の工程になります。同ページはラージバッチトリートメント装置としてAdvancedAce-ⅡとQUIXACE-Ⅱを掲げ、対応プロセスに酸化・拡散・アニール（低温、高温）を並べ、1ロットあたりの伸びを同社比でそれぞれ最大1.75倍、最大1.25倍としています。LPCVDと酸化とアニールが同じ号機の上に載るという事実は、レシピの切り替えごとに炉内の履歴が引き継がれることを意味します。

炉方式と RTP ─ 温度履歴の形が別になります

炉方式は多数枚をまとめてゆっくり昇温し、長時間保持します。RTPはランプなどで1枚を短時間で昇温し、すぐ降温します。曲線の下の面積が与えた熱の総量にあたるため、既にある構造をそのまま保ちたい工程順ではRTPが選ばれます。

熱が直すものと、熱が生むもの

回復させる乱れの量は、注入側の資料に数字で載っています。日新イオン機器の一次欠陥の項は、イオン1個の注入で空孔と格子間原子が数100個から数万個発生し、これらが格子原子とペアを組んで非常に速い速さで拡散すると記しています。同社の活性化アニールの項は、高濃度で注入した領域がアモルファス化した場合、活性化アニールでアモルファスと単結晶の界面から固相成長して結晶化すると同時にドーパントを格子位置へ入れるとしています。

同じ熱が欠陥を生む側も、同じ資料にあります。同社の二次欠陥の項は、熱処理で発生する結晶欠陥として過剰な格子間原子による転位ループや酸素誘起積層欠陥を挙げ、アモルファス層があった場合には注入の飛程より少し深い界面にEOR欠陥が発生し、二次欠陥がキャリアの生成再結合中心となって接合のリーク電流を招くとしています。回復と生成が同じ温度履歴の上で進むため、活性化率と接合リークの2つを対にして条件を選びます。

昇温速度の上限は材料が決めます

RTPで熱バジェットを絞るには、昇温速度を上げます。ここで壁になるのが材料です。急に加熱するとウェーハの中心と周辺で温度差が生まれ、その差が熱応力になります。応力が材料の耐えられる範囲を超えると、スリップと呼ばれる線状の結晶欠陥や反りが出ます。熱伝導率と機械強度、そして吸収する波長の分布が材料ごとに別の値になるため、同じランプ装置でも上限が別になります。

ジェイテクトサーモシステムのRLA-4106V 公式製品ページは、この差を数字で示しています。同ページは昇温速度をSiウェーハで最大200℃/sec、SiCウェーハで最大50℃/secと記しています。上限の比は200を50で割って4倍にあたります（同ページの数値からこちらで計算）。同じ目標温度へ持ち上げる場合、昇温にかかる時間はSiCで4倍になり、そのぶん曲線の下の面積が広がります。SiCで熱バジェットを絞りたいなら、昇温速度より保持時間と目標温度の側で稼ぐことになります。

同じ装置でも、材料が昇温速度の天井を決めます

同じ目標温度へ持ち上げても、昇温速度の天井が4分の1になれば立ち上がりに4倍の時間がかかり、曲線の下の面積が広がります。SiCで熱バジェットを絞る場合は、昇温速度より保持時間と目標温度の側で稼ぎます。

現場のつまみと、その代償

目標温度を上げる向きでは、不純物の活性化率が上がってシート抵抗が下がり、格子の回復も進みます。代わりに拡散の裾が伸びて接合が深くなり、既に作り込んだ構造が動きます。装置側の代償もあります。石英で組んだ炉には温度の上限があり、それより上を狙うならヒーターの材質から変えることになります。ジェイテクトサーモシステムのVF-5300 公式製品ページは、二珪化モリブデン（MoSi2）ヒーターを使えばSiCパワーデバイスのゲート酸窒化のような超高温域にも向けられると述べており、同社は製品群で低温域から1850℃までをカバーするとしています。

保持時間を延ばす向きでは回復と活性化が進みますが、熱バジェットの積分値が増え、1枚あたりの所要時間も伸びます。雰囲気も回すつまみです。酸素を締めれば自然酸化膜の成長と汚染を抑えられます。ジェイテクトサーモシステムのRLA-3100 公式製品ページは、真空に耐える石英管の設計により、清浄な真空（LP）環境とN₂ロードロック雰囲気でウェーハを流せると述べ、RLA-4106Vでは真空搬送プラットフォームにより超低酸素雰囲気での搬送と熱処理が可能で、SiCとGaNウェーハのサセプタ自動搬送機能を備えるとしています。代わりに搬送系が複雑になり、装置の外形も大きくなります。RLA-3100の外形はW900×D1850×H2250mm、RLA-4106Vは同ページでW3300×D4850×H2430mmおよびW1800×D2800×H2275mmと記されています。

枚葉とバッチの選択も、そのまま引き換えになります。RLA-3100は4インチから8インチのウェーハを最大50枚まで連続で流せ、上下クロス配置のハロゲンランプと熱均一化ユニットで面内の温度分布を整えると同ページは述べています。一方でVF-5300は8インチウェーハ最大150枚またはカセット20個を1バッチとし、VF-5900は300mmウェーハ最大100枚またはFOUP16個を1バッチとします。バッチは装置あたりの枚数で勝ち、枚葉は温度履歴の短さで勝ちます。

低い温度で膜質を直す ── トリートメント

熱を加えずに膜質を直したい場面もあります。KOKUSAI ELECTRICの公式製品ページは、形成した薄膜へプラズマや熱を加えて膜中の不純物を除き、粒子を安定させて膜質を改善する装置をトリートメント（膜質改善）プロセス装置として掲載し、微細化と複雑化にともなって低温環境での膜質改善への需要が拡大していると述べています。枚葉トリートメント装置MARORAについては、独自のMMT方式で約1eVの低電子温度のプラズマを効率良く作り、プラズマダメージフリーな状態でのプラズマ処理を実現するとしています。同ページはMARORAの生産性を従来モデルの最大2倍とし、プラズマ酸化とプラズマ窒化に加えて、メタルを残したままSiだけを酸化する選択酸化にも対応すると記しています。

約1eVという電子温度は、下地へのイオンの叩きを抑えたい場面で意味を持つ数字です。同ページは枚葉トリートメント装置TANDUOについても、モジュール選択によりキュア、アニール、デガスへ合わせた構成を組めること、独自のサセプタヒータで高均一なウェーハ面内温度制御を実現することを挙げています。窒化処理やISSGのような薄い膜の作り込みでは、炉で温度を上げる道とプラズマで低温のまま進める道の両方が候補になります。

何を測ると追えるか

活性化の進み具合はシート抵抗で追います。四探針法で面内の複数点を取り、ウェーハマップとして持てば、ランプの配置やサセプタの温度分布に由来する偏りが形として出ます。格子の回復はスリップや転位の有無で確かめ、応力は反りの増減として測ります。膜の緻密化はウェットエッチレートの変化で追え、酸化膜の厚みは膜厚測定で持ちます。

装置の履歴も指標に加えます。石英管やボートは使用時間とともに変質するため、石英部材の交換とシート抵抗のドリフトを同じ時間軸へ載せます。複数号機で同じレシピを回す場合は、号機間の差を装置マッチングとして別に持ちます。これらをSPCの管理図に置き換えると、温度履歴の変化がどの指標へ先に出るかが時系列で追えます。

装置の種類

ジェイテクトサーモシステムは公式ページで、縦型および横型の炉ファミリー、ランプアニールおよびRTPシステム、SiCパワー半導体向け熱処理装置を掲載しています。多数枚をまとめて熱処理する炉と、1枚を短時間で熱処理するRTPが、用途と温度域で使い分けられます。同ページはSiCパワー半導体向けの区分に、活性化アニール炉、コンタクトアニール向けのランプアニール装置、ゲート絶縁膜形成用の縦型炉を並べています。

温度域の帯も装置ごとに切られています。NOアニール炉 VF-3000HSは3インチから8インチのウェーハをミニバッチから最大50枚まで、700〜1400℃という帯で受け持ち、炉内をメタルフリー構造にして洗浄頻度を下げるとされています。ランプ系のRLA-3100とRLA-4106Vはいずれも400〜1200℃です。1400℃級の酸窒化と1200℃級のランプアニールは、同じ「熱処理」でも装置が別になります。SiC MOSFETのようにゲート絶縁膜の形成と活性化アニールの両方が要るデバイスでは、複数の装置を工程順に連ねる形になります。

この用語に対応する装置と製造メーカー

装置カタログDBから、この用語に一致する製品familyを持つメーカー 6社／8family を引いています。各行は各社の公式製品ページを出典とします。 DBからの生成日: 2026-09-03

AMAT
- Vantage Vulcan RTPThermal Processing / RTP
Annealsys
- AS-Master / JetFirst RTP systemsThermal / RTP / RTCVD
- Zenith high-temperature RTP furnaceSiC Thermal / High Temperature Anneal
JTEKT Thermo Systems
- Lamp annealing / RTP systemsAnnealing
- SiC power semiconductor heat treatment equipmentSiC Power Semiconductor / Thermal
SCREEN
- LA-3100Annealing
Veeco
- LSA101 / LSA201 laser spike annealing systemsAnnealing / Laser Spike Anneal
Y.A.C. BEAM
- Laser anneal machine for power semiconductorAnnealing

出典は各社の公式製品ページです。装置カタログDB では、同じ製品familyを工程・メーカー横断で検索できます。

よくある質問（FAQ）

半導体製造の熱処理とは何ですか？

ウェーハへ熱を加えて、結晶の損傷を回復させたり、打ち込んだ不純物を電気的に働く状態へ変えたり、膜の質を整えたりする工程の総称です。アニールとも呼ばれます。

なぜ熱を加えるのですか？

原子を動かすためです。イオン注入の直後は結晶格子が乱れ、打ち込んだ原子も格子点以外の場所にとどまります。熱で原子が動けるようになると、格子が組み直され、不純物が正しい位置へ入ります。

炉方式とRTPの違いは何ですか？

加熱と冷却にかける時間が異なります。炉方式は多数枚をまとめてゆっくり昇温し、長時間保持します。RTP（Rapid Thermal Processing、急速熱処理）はランプなどで1枚を短時間で昇温します。熱を与える総量を抑えたい場面ではRTPが選ばれます。

昇温速度はどこまで上げられますか？

材料が上限を決めます。ジェイテクトサーモシステムはランプアニール装置RLA-4106Vの公式製品ページで、昇温速度をSiウェーハで最大200℃/sec、SiCウェーハで最大50℃/secと記しています。同じ装置でも、SiCではSiの4分の1にあたる速度が上限です（両数値からこちらで計算）。

熱処理装置にはどんな種類がありますか？

ジェイテクトサーモシステムは公式ページで、縦型および横型の炉ファミリー、ランプアニール／RTPシステム、SiCパワー半導体向け熱処理装置を掲載しています。用途と温度域で装置が別になります。同社は製品群で低温域から1850℃までをカバーすると述べています。

熱処理は成膜と同じ装置で行いますか？

炉を共有する場合があります。KOKUSAI ELECTRICは公式製品ページで、同社グループがLP-CVD技術、酸化技術、アニール（低温、高温）技術、拡散技術、ALD技術に対応する成膜プロセス装置を提供していると述べています。炉という同じ構造の上で、流すガスと温度履歴を変えて別の工程を行います。

低い温度のまま膜質を直す道はありますか？

トリートメント装置がその役目を持ちます。KOKUSAI ELECTRICは公式製品ページで、形成した薄膜へプラズマや熱を加えて膜中の不純物を除き膜質を改善する装置を掲載し、枚葉トリートメント装置MARORAが独自のMMT方式で約1eVの低電子温度のプラズマを効率良く作り、プラズマダメージフリーな状態でのプラズマ処理を実現すると述べています。同ページはMARORAの生産性を従来モデルの最大2倍としています。

熱処理装置のメーカーはどこですか？

当サイトの装置カタログDBでは、アニールや熱処理に一致する製品familyを持つメーカーを公式製品ページ単位で引けます。Applied Materials、Annealsys、ジェイテクトサーモシステム、SCREEN、Veecoなどが該当します。

比較・違いを学ぶ

アニールと熱予算 ── 工程としての熱処理と熱予算
酸化・成膜工程の全体像 ── 炉を共有する成膜側

出典

この記事の事実は次の一次資料を根拠とし、各URLの到達可否をこちらで実測しています。したがって、リンク先が移動または消滅した場合は、その旨をこのページへ反映します。

KOKUSAI ELECTRIC「製品」公式ページ（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── LP-CVD・酸化・アニール（低温、高温）・拡散・ALDへの対応、AdvancedAce-Ⅱの最大1.75倍とQUIXACE-Ⅱの最大1.25倍、トリートメント装置の位置、MARORAのMMT方式と約1eV、従来モデル最大2倍の生産性、選択酸化、TANDUOのモジュール構成
ジェイテクトサーモシステム「半導体」公式ページ（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── 縦型・横型の炉ファミリー、ランプアニールおよびRTP、SiCパワー半導体向けの活性化アニール炉とコンタクトアニール用ランプ装置とゲート絶縁膜形成用縦型炉、低温域から1850℃までのカバー範囲
ジェイテクトサーモシステム「RLA-3100」公式製品ページ（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── 4インチから8インチ最大50枚の連続運転、最大200℃/secの昇温、400〜1200℃、上下クロスハロゲンランプと熱均一化ユニット、真空（LP）およびN₂ロードロック雰囲気、外形W900×D1850×H2250mm
ジェイテクトサーモシステム「RLA-4106V」公式製品ページ（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── Siウェーハ最大200℃/secとSiCウェーハ最大50℃/secという昇温速度、400〜1200℃、Φ200mmまで、Si・SiC・GaNへの対応、真空搬送による超低酸素雰囲気、SiCとGaNのサセプタ自動搬送、外形W3300×D4850×H2430mmおよびW1800×D2800×H2275mm
ジェイテクトサーモシステム「VF-3000HS」公式製品ページ（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── 3インチから8インチ、ミニバッチから最大50枚、700〜1400℃、炉内メタルフリー構造
ジェイテクトサーモシステム「VF-5300」公式製品ページ（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── 8インチ最大150枚またはカセット20個、MoSi2ヒーターによるSiCゲート酸窒化の超高温域
ジェイテクトサーモシステム「VF-5900」公式製品ページ（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── 300mmウェーハ最大100枚またはFOUP16個
日新イオン機器イオン注入ディクショナリー（2026年9月3日実測、いずれも200）──一次欠陥はイオン1個で空孔と格子間原子が数100から数万個、活性化アニールはアモルファスと単結晶の界面からの固相成長と格子位置への取り込み、二次欠陥は転位ループとEOR欠陥と接合リーク電流
装置と製造メーカーの行は intel.equipment_vendor_families（公式製品ページ由来）から生成