JP2003007635A - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置における不純物拡散領の熱拡散な
どを迅速的確に行うために、ランプアニール装置の高速
昇降温を実現する半導体製造装置及びこの半導体製造装
置を用いた半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 高速昇降温を実現するため処理室１に導
入する雰囲気ガス７の温度調節を行って、とくに降温過
程において冷却したガス７をチャンバーに導入できるよ
うにする。また、降温ステップに入った時点でランプか
らの輻射光を完全に遮断するため遮蔽物をウェーハ２と
ランプ３の間に挿入できるようにすることもできる。ガ
ス温度の切り替えや遮蔽物の挿入のタイミングは、ウェ
ーハ温度を計測して温度データをフィードバックするこ
とにより最適な時期を設定できるようにする。これによ
り高速でウェーハを昇降温させることが可能となり、不
純物の拡散を小さく抑制した熱処理を行うことが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
枚葉式熱処理装置などの半導体製造装置に関し、とくに
コールドウオール式のランプアニール装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板にＭＯＳトランジスタ
などの半導体素子を作り込む場合、ソース／ドレイン領
域を形成するには不純物をイオン注入し、これを熱処理
して熱拡散する方法が多く採用されてきた。この時に使
用される熱処理装置は、通常ランプアニール装置が一般
的である。

【０００３】図１１は、従来のランプアニール装置の概
略断面図である。処理室１０１にシリコンなどの半導体
ウェーハ（以下、ウェーハという）１０２を搬送した状
態で加熱源１０３によりウェーハ１０２を加熱する。加
熱源１０３は、タングステンフィラメントからなるハロ
ゲンランプ等を複数個配置し、ランプを挟んで処理室と
反対側に光を反射する反射板を配置したものなどが用い
られる。処理室１０１の壁にはガス配管１０８が取り付
けられ、このガス配管１０８により矢印１０４で示した
方向から窒素ガスが室温で通常５ｌ（リットル）／ｍｉ
ｎ〜１０ｌ／ｍｉｎ程度の流量で供給される。また、処
理室１０１の壁にはガス配管１０５が取り付けられ、こ
のガス配管１０５により矢印１０９で示した方向（室
外）へ室内のガスが排出される。処理室１０１にはウェ
ーハ支持体１０７が設置されており、その表面には支持
ピン１０６が植設されている。支持ピン１０６の上には
ウェーハ１０２が載置されている。このような状態で処
理室１０１内は、加熱源１０３により加熱される。そし
て、ウェーハ１０２にイオン注入された不純物が熱拡散
されてウェーハ１０２に不純物拡散領域が形成される。

【０００４】このように、加熱源１０３に用いられるラ
ンプアニ−ル装置は、シリコンウエーハ（以下ウエー
ハ）中に導入された不純物を拡散させる工程などに用い
られてきた。この場合の処理は、例えば、処理室にウエ
ーハを搬送した後、室温のＮ₂ガスなどを導入しながら
ランプを発光させウエーハ温度を４００℃〜１１００℃
程度に加熱し一定時間（１０秒〜６０秒間程度）保持し
た後、ランプを消灯し、ウエーハが低温に放冷されるま
で待機し、ウエーハを処理室から取り出という条件で行
われる。処理室内に供給されるガスは、すべて室温で処
理室に導入され処理室に入る前に温度調節が行われるこ
とはない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでウエーハ中の
不純物を拡散させる工程では、拡散長を任意に調整でき
ることが重要である。とくにデバイスの微細化に伴い拡
散長を小さく制御することが必要とされている。拡散長
は、熱処理温度及び熱処理時間に対応しており、拡散長
を短くするためには熱処理温度を下げるか時間を短くす
ることが必要である。但し熱処理温度はある程度の温度
まで上げないと不純物が活性化せず基板の抵抗が大きく
なってしまうため、温度を下げるには限界がある。不純
物がホウ素（Ｂ）や砒素（Ａｓ）の場合、約１０００℃
程度までは上げる必要がある。処理時間は設定した温度
で保持している時間を短くできるが０秒近くまで短縮す
るとそれ以上短縮できない。そこで、さらに拡散長を抑
制する方法として、ウェーハを加熱する速度（昇温速
度）及びウェーハを冷却する速度（降温速度）を速くし
てウェーハが高温となっている時間を極力短くする方法
が検討されている。昇温速度はランプに大電力を投入す
ることにより２５０℃／ｓｅｃ程度まで高速化すること
が可能となっている。

【０００６】しかし、降温速度は、一般的な常温のＮ₂
ガスによる空冷では７０〜８０℃／ｓｅｃ程度、熱交換
効率のよいヘリウムガスを処理室に導入しても９０℃／
ｓｅｃ程度までしか高速化が進んでいない。これは昇温
速度の半分以下である。昇温速度だけを速くしても降温
速度が遅いと、結局不純物は降温の過程で拡散してしま
い、昇温速度を高速化した効果は発揮できない。その結
果、拡散長を小さく制御することは実現できないという
問題があった。本発明は、このような事情によりなされ
たものであり、半導体装置における不純物拡散領の熱拡
散などを迅速的確に行うために、ランプアニール装置の
高速昇降温を実現する半導体製造装置及びこの半導体製
造装置を用いた半導体装置の製造方法を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ランプアニー
ル装置において、高速昇降温を実現するため処理室に導
入する雰囲気ガスの温度調節を行い、且つ降温過程にお
いて冷却したガスをチャンバーに導入できるようにする
ことを特徴としている。また、本発明は、降温ステップ
に入った時点でランプからの輻射光を完全に遮断するた
め、遮蔽物をウェーハとランプの間に挿入できるように
することを特徴としている。ガス温度の切り替えや遮蔽
物の挿入のタイミングは、ウェーハ温度を計測して温度
データをフィードバックすることにより最適な時期を設
定できるようにする。これにより高速でウェーハを昇降
温させることが可能となり、不純物の拡散を小さく抑制
した熱処理を行うことが可能となる。すなわち、本発明
の半導体製造装置は、被処理基板を収納する処理室と、
前記処理室に取り付けられ、この処理室内部に気体を導
入する配管と、前記処理室に対向配置された加熱源と、
前記処理室に導入する前記気体の温度を所定の値に調節
する手段とを具備し、前記配管から前記処理室内部に気
体を導入すると同時に前記加熱源から放射される光によ
り前記処理室内の前記被処理基板を加熱することを特徴
としている。

【０００８】前記加熱源から放射される光を遮断する遮
光部材をさらに具備するようにしても良い。前記加熱源
から放射される光を遮断する遮光部材は、前記加熱源と
前記処理室に収納された被処理基板との間を移動するこ
とにより前記加熱源から放射される光を透過あるいは遮
断させるようにしても良い。前記加熱源から放射される
光を遮断する遮光部材は、前記加熱源から放射される光
を遮断する位置にない場合には冷却されているようにし
ても良い。前記加熱源から放射される光を遮断する遮光
部材は、前記加熱源と前記処理室に収納された被処理基
板の基板温度に応じて移動させるようにしても良い。前
記処理室には計測器が設置されており、この計測器は、
前記被処理基板の基板温度を計測するようにしても良
い。前記処理室に取り付けられた前記配管には、複数の
分岐配管が取り付けられ、これらの分岐配管は、前記配
管を介して、すべて同じ気体を前記処理室に供給し、且
つこの気体の温度は、分岐配管ごとに異なるようにして
も良い。前記複数の分岐配管は、０℃以下もしくは２０
℃以下の気体温度を有する分岐配管を有しているように
しても良い。前記処理室に導入されるガスは、前記複数
の分岐配管のいずれかから供給され、このガスを供給す
る分岐配管は、前記被処理基板の基板温度に応じて選択
されるようにしても良い。前記配管には、前記処理室の
外側に前記気体が接触するように、少なくとも１つの第
２の分岐配管が分岐されているようにしても良い。

【０００９】本発明の半導体装置の製造方法は、第１導
電型の半導体基板主面の素子領域にゲート絶縁膜及びゲ
ート電極を順次形成する工程と、前記ゲート電極をマス
クにして、前記半導体基板主面に第２導電型不純物をイ
オン注入する工程と、前記半導体基板を熱処理して、前
記イオン注入された不純物を拡散させてソース／ドレイ
ン領域を形成する工程とを具備し、前記熱処理工程は、
上記の半導体製造装置のいずれかの内で行われることを
特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図１乃至図３を参照して第１
の実施例を説明する。図１は、ランプアニール装置の概
略断面図、図２は、本発明及び従来の半導体製造装置を
用いた場合のウェーハ温度の経時変化を示す特性図、図
３は、本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合の
ウェーハ中における不純物の深さ分布を示す特性図であ
る。処理室１の内部にシリコンなどのウェーハ２を搬送
した状態で、加熱源３によりウェーハ２を加熱する。加
熱源３は、タングステンフィラメントからなるハロゲン
ランプ等を複数個配置し、ランプを挟んで処理室１と反
対側に光を反射する反射板を配置したものなどが用いら
れる。ガスを処理室１に供給する処理室１の壁に取り付
けられた配管４は、複数の分岐配管１３、１４に接続さ
れている。この分岐配管１３、１４からガス配管４を通
して矢印７で示した方向より窒素ガスが室温で通常５ｌ
（リットル）／ｍｉｎ〜１０ｌ／ｍｉｎ程度の流量で処
理室１の内部に供給される。そして、処理室１の壁に取
り付けられたガス配管８により矢印９で示した方向（室
外）へ室内のガスが排出される。処理室１にはウェーハ
支持体１０が設置されており、その表面には支持ピン１
２が植設されている。

【００１１】支持ピン１２の上にはウェーハ２が載置さ
れている。このような状態で処理室１内は、加熱源３に
より加熱される。そして、ウェーハ２にイオン注入され
た不純物が熱拡散されて、ウェーハ２にソース／ドレイ
ン領域などの不純物拡散領域が形成される。分岐配管１
３、１４は、それぞれ熱交換器５の中を通っており、こ
こでガスの温度調節が行われる。すなわち、同一のガス
が２個以上の経路で処理室１の内部に供給されるように
なっており、各経路に熱交換器５が付いているのでそれ
ぞれの経路毎に温度調整を行うことが可能となってい
る。処理室１に導入する経路の選択は、ガス配管４と分
岐配管１３、１４との分岐点に取り付けられた切り換え
バルブ６により行われる。切り換えバルブ６の操作は、
予め設定した制御プログラムにしたがって自動的に行わ
れる。窒素ガスの温度設定は、例えば、２個の経路１
３、１４の内１個が２５℃、他の１個が１０℃に設定さ
れている。ウェーハ温度は、処理室１の下部のウェーハ
支持体１０に配置された光学式温度計測器１１により計
測される。温度計測方法は、接触式の温度測定器でも良
い。

【００１２】１０００℃で保持時間０秒でのアニール処
理は、以下の順で行われる。ここで０秒のアニールとは
ウェーハ温度が１０００℃に達すると同時に降温過程に
入る事を意味している。加熱源３に電力を投入してウェ
ーハ温度を昇温し、ウェーハ温度６００℃から１０００
℃まで昇温速度２００℃／ｓｅｃで昇温する。昇温を開
始した時、窒素ガス温度は、例えば、１０℃の経路（例
えば、分岐配線１４）を選択する。この状態でウェーハ
温度計測器１１による計測温度が１０００℃に到達する
直前のやや低い温度で切り換えバルブ６が動作を開始す
るように設定しておくことにより、実際に１０℃設定の
窒素ガスが処理室１に入りウェーハ２に到達する時、保
持時間が終了し、降温過程に達しているようにすること
が可能となる。切り換えバルブ６の動作開始の時間指定
は、導入するガス流量や昇温速度により変更すること
で、ウェーハ処理が降温過程に入った時間と、低温の窒
素ガスがウェーハ２に達する時間をほぼ合わせることが
可能となる。降温過程では２０ｌ／ｍｉｎ以上の大流量
のガスを導入しウェーハ１の冷却効果を高めることが望
ましい。

【００１３】図２は、ウェーハ温度の経時変化を説明す
る特性図であり、縦軸がウェーハ温度（℃）を表し、横
軸が熱処理時間（秒）を表している。図は、本発明の半
導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を
表す特性線Ａと、従来の半導体製造装置を用いた場合の
ウェーハ温度の経時変化を表す特性線Ｂを示したもので
ある。点線で示される特性線Ｃは、熱処理に必要な所望
のウェーハ温度を示している。従来例では１０００℃に
達した後もウェーハ温度は上昇し降温過程に入るのが遅
れている（特性線Ｂ）が、これはランプには熱容量があ
るため加熱源からの輻射熱が停止するには時間がかか
り、その間ウェーハ温度が上昇するためである。これに
対して、本発明の半導体製造装置である図１に示すラン
プアニール装置を用いた場合、降温過程に入る時間に処
理室内に冷却したガスが導入されるようになっているの
で、ランプからの輻射熱が残留していてもガスによる空
冷効果が加わっているのでウェーハ温度の上昇が抑制さ
れる。その結果、ウェーハ温度の設定温度に対する超過
上昇（以下オーバーシュート）が従来例よりも抑制され
ている（特性線Ａ）。また降温過程では温度低下が急峻
であり従来例よりも降温速度が速くなっていることが分
かる。この場合降温速度は、最大で１００℃／秒以上と
なっている。

【００１４】図３は、ウェーハ中の不純物の深さ分布を
示す特性図であり、縦軸がウェーハ中の拡散領域の不純
物濃度（／ｃｍ³ ）を表し、横軸がウェーハ表面からの
基板深さを表している。図は、本発明の半導体製造装置
を用いた場合におけるウェーハのアニール後の不純物濃
度の深さプロファイルを示す特性線Ｄと、従来の半導体
製造装置を用いた場合におけるウェーハのアニール後の
不純物濃度の深さプロファイルを示す特性線Ｅ及びアニ
ール前のウェーハの不純物濃度の深さプロファイルを示
す特性線Ｆを表している。シリコン単結晶からなるウェ
ーハの（１００）面に不純物として２弗化ホウ素イオン
（ＢＦ₂ ^＋）をイオン注入装置を用いて加速エネルギー
１ｋｅＶ、ドーズ量１Ｅ１５ｃｍ^-2、注入角度０℃で注
入した後、１０００℃、０秒の条件でアニールを行い、
その後ウェーハ中のホウ素の濃度を２次イオン質量分析
器により分析した結果である。この実施例ではウェーハ
中の不純物の拡散が従来例に比べて抑制されていること
が分かる。これはオーバーシュート抑制と降温速度高速
化の効果によるものである。この実施例によれば、ラン
プアニール装置の高速昇降温が実現した結果、半導体基
板に形成される不純物拡散領域の熱拡散などを迅速的確
に行うことが可能になる。

【００１５】次に、図４乃至図８を参照して第２の実施
例を説明する。図４は、ランプアニール装置の概略断面
図、図５は、本発明及び従来の半導体製造装置を用いた
場合のウェーハ温度の経時変化を示す特性図、図６は、
本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合のウェー
ハ中における不純物の深さ分布を示す特性図、図７は、
シャッター部分を説明する断面図、図８は、シャッター
部分を説明する平面図である。処理室２１の内部にシリ
コンなどのウェーハ２２を搬送した状態で、加熱源２３
によりウェーハ２２を加熱する。加熱源２３は、タング
ステンフィラメントからなるハロゲンランプ等を複数個
配置し、ランプを挟んで処理室２１と反対側に光を反射
する反射板を配置したものなどが用いられる。ガスを処
理室２１に供給するこの処理室の壁に取り付けられた配
管２４は、複数の分岐配管３３、３４に接続されてい
る。この分岐配管３３、３４からガス配管２４を通して
矢印２７で示した方向より窒素ガスが室温で通常５ｌ
（リットル）／ｍｉｎ〜１０ｌ／ｍｉｎ程度の流量で処
理室２１の内部に供給される。そして、処理室２１の壁
に取り付けられたガス配管２８により矢印２９で示した
方向（室外）へ室内のガスが排出される。処理室２１に
はウェーハ支持体２０が設置されており、その表面には
支持ピン３２が植設されている。支持ピン３２の上には
ウェーハ２２が載置されている。

【００１６】また、ガス配管２４には複数の第２の分岐
配管３６が分岐しており、これらの先端からガスが処理
室２１の上面及び下面に沿って流れるように構成されて
いる。さらに、加熱源２３と処理室２１との間には加熱
源からの光を遮断する遮光部材（以下、シャッターとい
う）３５が挿入されている。シャッター３５は、通常は
処理室外に設置されており、可働式であって加熱源の光
を遮らないようにその外側に配置したガイドレール（図
示しない）上にシャッター３５を載せ、高圧空気で高速
に駆動するアーム（図示しない）により降温時に外から
前記加熱源と処理室との間に挿入されるように構成され
ている。このような状態で処理室２１内は、加熱源２３
により加熱される。そして、ウェーハ２２にイオン注入
された不純物が熱拡散されて、ウェーハ２２にソース／
ドレイン領域などの不純物拡散領域が形成される。

【００１７】分岐配管３３、３４は、それぞれ熱交換器
２５の中を通っており、ここでガスの温度調節が行われ
る。すなわち、同一のガスが２個以上の経路で処理室２
１の内部に供給されるようになっており、各経路に熱交
換器２５が付いているのでそれぞれの経路毎に温度調整
を行うことが可能となっている。処理室２１に導入する
経路の選択は、ガス配管２４と分岐配管３３、３４との
分岐点に取り付けられた切り換えバルブ２６により行わ
れる。切り換えバルブ２６の操作は、予め設定した制御
プログラムにしたがって自動的に行われる。窒素ガスの
温度設定は、例えば、２個の経路（分岐配管）３３、３
４の内１個が２５℃、他の１個が１０℃に設定されてい
る。ウェーハ温度は、処理室２１の下部のウェーハ支持
体２０に配置された光学式温度計測器３１により計測さ
れる。温度計測方法は、接触式の温度測定器でも良い。

【００１８】図４のランプアニール装置による１０００
℃、保持時間０秒の条件でのアニール処理は、以下の順
で行われる。同時にランプ出力もカットされる。加熱源
２３に電力を投入してウェーハ温度を昇温し、ウェーハ
温度６００℃から１０００℃まで昇温速度２００℃／ｓ
ｅｃで昇温する。昇温を開始した時窒素ガス温度は、例
えば、１０℃の経路（例えば、分岐配線３４）を選択す
る。この状態でウェーハ温度計測器３１による計測温度
が１０００℃に到達する直前のやや低い温度で切り換え
バルブ２６が動作を開始するように設定しておくことに
より、実際に１０℃設定の窒素ガスが処理室２１に入り
ウェーハ２２に到達する時、保持時間が終了し、降温過
程に達しているようにすることが可能となる。切り換え
バルブ２６の動作開始の時間指定は、導入するガス流量
や昇温速度により変更することでウェーハ処理が降温過
程に入った時間と、低温の窒素ガスがウェーハ２２に達
する時間をほぼ合わせることが可能となる。

【００１９】降温時には、ウェーハ温度が１０００℃に
達すると同時にシャッター３５が挿入され加熱源２３か
らの輻射熱を遮断する。同時に加熱源２３のランプ出力
もカットされる。シャッター材にはメタル、セラミック
などの熱容量が大きく、熱ストレスに強い材質を用いる
ことが望ましい。シャッターは、例えば、熱伝導性が良
い基材としてステンレスを用い、ウェーハ側にカーボン
を塗布し、加熱源側に金箔などを張り付けるように構成
することができる。このように、基材表面に表面層を形
成することは基材の変質を防ぐ目的もあるが、加熱源側
を反射率の大きい表面にし、ウェーハ側を反射率の小さ
い表面にしてシャッター効果を向上させるという目的も
ある。したがって、加熱源側には、Ａｕ、ＡｌやＰｔな
どの貴金属をコートし、ウェーハ側には、炭素（Ｃ）や
黒色ＳｉＣなどの層を形成することができる。

【００２０】次に、図７及び図８を参照して、前述した
シャッターとは異なる構造を説明する。図７のシャッタ
ーは、加熱源と処理室との間に加熱源からの光を遮断す
る２枚の可働式シャッター３７、３８が挿入されている
ように構成されている。シャッター３７、３８は、２枚
で加熱源を完全に覆うようになっている。シャッター３
７、３８は、通常処理室外に設置されており、加熱源の
光を遮らないようにその外側に配置したガイドレール上
にこれらシャッターを載せ、高圧空気で高速に駆動する
アームにより降温時に外から前記加熱源と処理室との間
に挿入されるように構成されている。図８のシャッター
は、加熱源と処理室との間に加熱源からの光を遮断す
る、例えば、４枚の可働式シャッター３９〜４２が挿入
されているように構成されている。シャッター３９〜４
２は、４枚で加熱源を完全に覆うようになっている。シ
ャッター３９〜４２は、通常処理室外に設置されてお
り、加熱源の光を遮らないようにその外側に配置した支
点４３上にこれらシャッターの各一点を固定し、これら
を支点４３で高速に駆動させることにより、降温時に外
から前記加熱源と処理室との間に挿入されるように構成
されている。図７及び図８のシャッターは、走行距離が
短いので遮断速度が第２の実施例より格段に速くなる。

【００２１】図５は、ウェーハ温度の経時変化を説明す
る特性図であり、縦軸がウェーハ温度（℃）を表し、横
軸が熱処理時間（秒）を表している。図は、本発明の半
導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を
表す特性線Ａと、従来の半導体製造装置を用いた場合の
ウェーハ温度の経時変化を表す特性線Ｂを示したもので
ある。点線で示される特性線Ｃは、熱処理に必要な所望
のウェーハ温度を示している。従来例では１０００℃に
達した後もウェーハ温度は上昇し降温過程に入るのが遅
れている（特性線Ｂ）が、これはランプには熱容量があ
るため加熱源からの輻射熱が停止するには時間がかか
り、その間ウェーハ温度が上昇するためである。これに
対して、本発明の半導体製造装置である図４に示すラン
プアニール装置を用いた場合、降温過程に入る時間に処
理室内に冷却したガスが導入されるようになっており、
且つシャッターによりランプからの輻射熱を有効に遮断
するので、ランプからの輻射熱が残留していてもガスに
よる空冷効果が加わっているのでウェーハ温度の上昇が
抑制される。その結果、ウェーハ温度の設定温度に対す
る超過上昇（以下オーバーシュート）が従来例よりも抑
制されている（特性線Ａ）。また降温過程では温度低下
が急峻であり従来例よりも降温速度が速くなっているこ
とが分かる。ウェーハ温度のオーバーシュートは、第１
の実施例よりもさらに抑制され、降温速度が最大で１５
０℃／秒以上となっている。

【００２２】図６は、ウェーハ中の不純物の深さ分布を
示す特性図であり、縦軸がウェーハ中の拡散領域の不純
物濃度（／ｃｍ³ ）を表し、横軸がウェーハ表面からの
基板深さを表している。図は、本発明の半導体製造装置
を用いた場合におけるウェーハのアニール後の不純物濃
度の深さプロファイルを示す特性線Ｄと、従来の半導体
製造装置を用いた場合におけるウェーハのアニール後の
不純物濃度の深さプロファイルを示す特性線Ｅ及びアニ
ール前のウェーハの不純物濃度の深さプロファイルを示
す特性線Ｆとを表している。シリコン単結晶からなるウ
ェーハの（１００）面に不純物として２弗化ホウ素イオ
ン（ＢＦ₂ ^＋）をイオン注入装置を用いて加速エネルギ
ー１ｋｅＶ、ドーズ量１Ｅ１５ｃｍ^-2、注入角度０℃で
注入した後、１０００℃、０秒の条件でアニールを行
い、その後ウェーハ中のホウ素の濃度を２次イオン質量
分析器により分析した結果である。この実施例ではウェ
ーハ中の不純物の拡散が従来例に比べて抑制され、アニ
ール前のプロファイル（特性線Ｅ参照）に近いものとな
っていることが分かる。これはオーバーシュート抑制と
降温速度高速化の効果によるものである。

【００２３】この実施例によれば、ランプアニール装置
の高速昇降温が実現した結果、半導体基板に形成される
不純物拡散領域の熱拡散などを迅速的確に行うことが可
能になる。この実施例によれば、遮蔽物の挿入のタイミ
ングは、ウェーハ温度を計測して温度データをフィード
バックすることにより最適な時期を設定できる。これに
より高速でウェーハを昇降温させることが可能となり、
不純物の拡散を小さく抑制した熱処理を行うことが可能
となる。また、本発明の半導体製造装置に用いられるガ
スは、実施例では窒素ガスであったが、このガスに限定
されない。例えば、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどがあ
り、さらに、この半導体製造装置がＯ₂ ガス、Ｎ₂ ／Ｈ
₂ ガスなどのプロセスガスを用いる場合には、これらの
プロセスガスを適用することができる。なお、第１及び
第２の実施例に示す加熱源には、例えば、図９に示すよ
うなランプが用いられる。図９（ｂ）に示す豆球を円盤
状に配列した構造（図９（ａ））あるいは棒状ランプを
配列した構造（図９（ｃ））のものがある。

【００２４】次に、図１０を参照して、これらの実施例
に示されたランプアニール装置を用いた半導体装置の製
造方法を説明する。図１０は、半導体装置の製造方法を
説明する工程断面図である。シリコンなどの半導体基板
４０の主面にシリコン酸化膜などから構成された絶縁膜
４１を形成して、その上にパターニングされたフォトレ
ジスト４２を形成する（図１０（ａ））。パターニング
されたフォトレジスト４２をマスクにして不純物、例え
ば、ホウ素（Ｂ）４３を半導体基板４０中にイオン注入
する（図１０（ｂ））。フォトレジスト４２を取り除い
た後、半導体基板４０を第１及び第２の実施例において
説明されたランプアニール装置により熱処理し、イオン
注入されたホウ素４３を熱拡散（約１２００℃）させて
Ｐウエル４４を形成する。その後、素子分離領域４５を
形成し、素子分離領域４５に区画された素子領域にポリ
シリコンなどのゲート電極を形成する。すなわち、Ｐウ
エル４４が形成された素子領域及びＰウエル以外の素子
領域にシリコン酸化膜などのゲート絶縁膜４６を介して
ゲート電極４７が形成される。

【００２５】ゲート絶縁膜４６は、絶縁膜４１を除去し
た後に新たに形成される。そして、Ｐウエル４４にはひ
素（Ａｓ）を、Ｐウエル以外の領域にはホウ素（Ｂ）を
半導体基板４０にイオン注入し、その後、第１及び第２
の実施例において説明したランプアニール装置による熱
処理によって不純物を熱拡散して、Ｐウエル４４にはＮ
型ソース／ドレイン領域４８を形成し、Ｐウエル以外の
領域にはＰ型ソース／ドレイン領域４９を形成する。こ
のようにして、ＣＭＯＳ構造の半導体素子が半導体基板
４０に形成される。本発明の半導体製造装置を用いるの
でウエル領域やソース／ドレイン領域などの不純物拡散
領域は、ランプアニール装置の高速昇降温が実現した結
果、迅速かつ的確に形成される。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、処理室に導入するガスの経路
を複数個設け、各経路毎のガス温度を制御し、ウェーハ
温度計測器などからの温度データのフィードバックによ
り熱処理過程の昇温過程、降温過程などの過程に応じて
ガス経路を切り換え、処理室の内部あるいは外部に導入
するガス温度を変化させることにより、ウェーハを高速
で昇降温させることが可能となる。また、ウェーハ温度
計測器からの温度データのフィードバックなどにより加
熱源とウェーハの間に不透明な部材である遮光部材（シ
ャッター）を移動させることによって、加熱源からの輻
射熱を遮断し、ウェーハを高速で降温させることを可能
にする。以上により、ウェーハ中の不純物の拡散を抑制
した熱処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造装置であるランプアニール
装置の概略断面図。

【図２】本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合
のウェーハ温度の経時変化を示す特性図。

【図３】本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合
のウェーハ中における不純物の深さ分布を示す特性図。

【図４】本発明の半導体製造装置であるランプアニール
装置の概略断面図。

【図５】本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合
のウェーハ温度の経時変化を示す特性図。

【図６】本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合
のウェーハ中における不純物の深さ分布を示す特性図。

【図７】本発明の半導体製造装置に用いるシャッター部
分を説明する断面図。

【図８】本発明の半導体製造装置に用いるシャッター部
分を説明する平面図。

【図９】本発明の半導体製造装置に用いるランプの断面
図及び平面図。

【図１０】本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置
の製造方法を説明する断面図。

【図１１】従来のランプアニール装置の概略断面図。

【符号の説明】

１、２１、１０１・・・処理室、２、２２、１０２・・
・被処理基板（ウェーハ）、３、２３、１０３・・・加
熱源、４、８、２４、２８、１０５、１０８・・・配
管、５、２５・・・熱交換器、 ６、２６・・・切り
換えバルブ、７、９、２７、２９、１０４、１０９・・
・ガスの流れを示す矢印、１０、２０、１０７・・・ウ
ェーハ支持体、１１、３１・・・温度計測器、 １
２、３２、１０６・・・支持ピン、１３、１４、３３、
３４・・・分岐配管、３５、３７、３８、３９、４０、
４１、４２・・・遮蔽部材（シャッター） ３６・・・第２の分岐配管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯沼 俊彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板を収納する処理室と、 前記処理室に取り付けられ、この処理室内部に気体を導
   入する配管と、 前記処理室に対向配置された加熱源と、 前記処理室に導入する前記気体の温度を所定の値に調節
   する手段とを具備し、 前記配管から前記処理室内部に気体を導入すると同時に
   前記加熱源から放射される光により前記処理室内の前記
   被処理基板を加熱することを特徴とする半導体製造装
   置。
2. 【請求項２】 前記加熱源から放射される光を遮断する
   遮光部材をさらに具備することを特徴とする請求項１に
   記載の半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記加熱源から放射される光を遮断する
   遮光部材は、前記加熱源と前記処理室に収納された被処
   理基板との間を移動することにより前記加熱源から放射
   される光を透過あるいは遮断させることを特徴とする請
   求項２に記載の半導体製造装置。
4. 【請求項４】 前記加熱源から放射される光を遮断する
   遮光部材は、前記加熱源から放射される光を遮断する位
   置にない場合には冷却されていることを特徴とする請求
   項３に記載の半導体製造装置。
5. 【請求項５】 前記加熱源から放射される光を遮断する
   遮光部材は、前記加熱源と前記処理室に収納された被処
   理基板の基板温度に応じて移動させることを特徴とする
   請求項４に記載の半導体製造装置。
6. 【請求項６】 前記処理室には計測器が設置されてお
   り、この計測器は、前記被処理基板の基板温度を計測す
   ることを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
7. 【請求項７】 前記処理室に取り付けられた前記配管に
   は、複数の分岐配管が取り付けられ、これらの分岐配管
   は、前記配管を介して、すべて同じ気体を前記処理室に
   供給し、且つこの気体の温度は分岐配管ごとに異なるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
8. 【請求項８】 前記複数の分岐配管は、０℃以下もしく
   は２０℃以下の気体温度を有する分岐配管を有している
   ことを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
9. 【請求項９】 前記処理室に導入されるガスは、前記複
   数の分岐配管のいずれかから供給され、このガスを供給
   する分岐配管は、前記被処理基板の基板温度に応じて選
   択されることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造
   装置。
10. 【請求項１０】 前記配管には、前記処理室の外側に前
    記気体が接触するように、少なくとも１つの第２の分岐
    配管が分岐されていることを特徴とする請求項１乃至請
    求項９のいずれかに記載の半導体製造装置。
11. 【請求項１１】 第１導電型の半導体基板主面の素子領
    域にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次形成する工程
    と、 前記ゲート電極をマスクにして、前記半導体基板主面に
    第２導電型不純物をイオン注入する工程と、 前記半導体基板を熱処理して、前記イオン注入された不
    純物を拡散させてソース／ドレイン領域を形成する工程
    とを具備し、 前記熱処理工程は、請求項１乃至請求項１０のいずれか
    に記載の半導体製造装置内で行われることを特徴とする
    半導体装置の製造方法。