JP2006351871A - 熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板の破損や半導体基板に発生する結晶欠陥を抑制できる熱処理方法を提供する。
【解決手段】ウェハの加熱前の前反り量を取得し（Ｓ３）、ウェハを第１温度に加熱し（Ｓ４）、加熱中あるいは加熱後のウェハの後反り量を測定し（Ｓ４）、前記後反り量と前記前反り量の差である反り量差を算出し、反り量差と許容上限値を比較し（Ｓ６）、反り量差が許容上限値以下であれば、ウェハを第１温度より第２温度に加熱する（Ｓ１２）。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置の製造に用いる熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体装置の性能向上は、素子の微細化により実現できる。しかしながら、素子が微細化されるに伴い、半導体装置を構成するMOSトランジスタの寄生抵抗及びショートチャネル効果が大きくなる。このため、低抵抗かつ浅い不純物拡散層の形成が重要性を増してきている。拡散層の抵抗を下げるためには、不純物の活性化熱処理を高温で行うことが必要であるが、その活性化熱処理の際に不純物は拡散してしまうため、従来のラピッドサーマルアニール（RTA）では低抵抗化と浅接合化を両立させることは不可能であった。そこで、従来のRTA問題を解決するために、熱エネルギーを瞬時に供給することができる、フラッシュランプやレーザーを用いたアニール方法が検討されるようになった（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、これらのアニール方法では、半導体装置が配置された半導体基板表面に急激な温度上昇が生じるため、半導体基板の表面側と裏面側との間に温度差が発生し、半導体基板内部では多大な熱応力が発生する。この熱応力により半導体基板の破損や結晶欠陥が生じやすく、生産歩留まりの低下を招いている。このように、現状のフラッシュランプやレーザーを用いたアニール方法では、半導体基板の破損や半導体基板に発生する結晶欠陥を抑制して熱処理を行うことは困難であった。
特開２０００−１３８１７７号公報

本発明は、半導体基板の破損や半導体基板に発生する結晶欠陥を抑制できる熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法を提供する。

本願発明の一態様によれば、加熱工程において、ウェハの加熱前の前反り量を取得する前反り量取得制御部と、前記加熱工程において、前記ウェハを第１温度に加熱する第１加熱部と、前記加熱工程において、前記加熱中あるいは前記加熱後の前記ウェハの後反り量を測定する後反り量測定部と、前記加熱工程において、前記後反り量と前記前反り量の差である反り量差を算出する反り量差算出部と、前記加熱工程において、前記反り量差と許容上限値を比較する比較部と、前記加熱工程において、前記反り量差が許容上限値以下であれば、続行指示を出す続行指示部を有することを特徴とする熱処理装置が提供される。

本願発明の一態様によれば、ウェハの加熱前の前反り量を取得し、前記ウェハを第１温度に加熱し、前記加熱中あるいは前記加熱後の前記ウェハの後反り量を測定し、前記後反り量と前記前反り量の差である反り量差を算出し、前記反り量差と許容上限値を比較し、前記反り量差が許容上限値以下であれば、前記ウェハを前記第１温度より高い第２温度に加熱することを特徴とする熱処理方法が提供される。

本願発明の一態様によれば、半導体装置が配置されているウェハの加熱前の前反り量を取得し、前記ウェハを第１温度に加熱し、前記加熱中あるいは前記加熱後の前記ウェハの後反り量を測定し、前記後反り量と前記前反り量の差である反り量差を算出し、前記反り量差と許容上限値を比較し、前記反り量差が許容上限値以下であれば、前記ウェハを前記第１温度より高い第２温度に加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の一態様に係る熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法によれば、半導体基板の破損や半導体基板に発生する結晶欠陥を抑制できる熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、図解のためだけであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。

図１に示すように、実施例１に係る熱処理装置は、制御システム１、光源用電源２、主加熱源となる光源３、測定器移動機構４、反り量測定器５、測定器移動機構６、反り量測定器７、処理室８、透明窓９、基板ステージ１０、補助加熱源１１、ガス供給系１３、ガス排気ポート１４、搬送室１５、基板ステージ１６、透明窓１８とトンネル１９を有している。処理室８の上部には、透明窓９が光源３に対向して配置されている。処理室８内の底部には、半導体基板であるウェハ１２を載置する基板ステージ１０が配置されている。ウェハ６は、光源３から透明窓９を通して照射される光によって加熱される。また、ウェハ６は、基板ステージ１０の内部に設けられた補助加熱源１１が発熱することによって加熱される。反り量測定器５は測定器移動機構４に接続され、測定器移動機構４は制御システム4に接続されている。ウェハ１２の反り量を計測するために反り量測定器５はウェハ１２と透明窓９の上方をスキャンできるようになっている。搬送室１５の上部には、透明窓１８が配置されている。ガス供給系１３は、処理室８にガスを供給し、供給されたガスはガス排気ポートから排気される。

シリコン（Si）等のウェハ１２、１７に注入された不純物を活性化するための熱処理を処理室８で行う場合、処理室８はステンレススチール等の金属製であり、基板ステージ１０にはアルミニウムナイトライド（AlN）、シリコンカーバイド（SiC）や石英等が用いられる。ウェハ１２を補助加熱する加熱源１１としては、ニクロム線等の埋め込み金属ヒータやハロゲンランプの赤外加熱ランプ等が用いられる。加熱源１１による補助加熱は、制御システム4により温度制御される。

フラッシュランプ等の光源3は、合成石英等の透明窓９を介して、ウェハ１２の表面をパルス状に光照射して、ウェハ１２の表面を加熱する。制御システム１に制御されたパルス電源等の電源２は、光源３を約0.1m秒〜100m秒の極短パルス幅で発光させる。電源２は、制御システム１により、光源３の出射光のパルス幅及び照射エネルギーを制御する。光源３の照射エネルギー密度は、例えば、15J/cm²〜40J/cm²の範囲、望ましくは20J/cm²〜34J/cm²の範囲である。なお、透明窓９は、ウェハ１２に照射する光源３の出射光を透過させると共に、ウェハ１２を外界から隔離する隔壁としての機能を処理室８とともにはたしている。ウェハ１２周辺の雰囲気は、処理室８内が気密保持されているので外界からの影響を受けることがない。

図６に示すように、光源３に用いられるキセノン（Xe）フラッシュランプの出射光によるウェハ１２の加熱では、例えば、ウェハ１２の表面温度は、最高到達温度で約1300℃に達し、半値幅で約1m秒の温度プロファイルが得られる。Xeフラッシュランプでは、従来のRTAで使用されるハロゲンランプ等の赤外線ランプに比べて急峻な温度上昇と温度降下が実現できる。例えば、ハロゲンランプ光では、ウェハ１２の表面温度の450℃〜1300℃間の昇温降温時間は10秒以上、例えば約15秒である。その上、ウェハ１２の表面温度の900℃〜1300℃の100℃間の昇温降温時間に2〜3秒必要である。一方、フラッシュランプ光では、ウェハ１２の表面温度の450℃〜1300℃間の昇温降温時間は、0.5m秒〜100m秒、最適化されれば0.1m秒〜50m秒の間である。なお、ウェハ１２の表面温度は、高速パイロメータにより測定している。また、図６において、最低温度が４５０℃で一定なのは、加熱源１１により補助的に加熱をしているからである。

搬送室１５内の底部には、ウェハ１７を載置する基板ステージ１６が配置されている。反り量測定器７は測定器移動機構６に接続され、測定器移動機構６は制御システム4に接続されている。ウェハ１７の反り量を計測するために、反り量測定器７はウェハ１７と透明窓１８の上方をスキャンできるようになっている。

図２に示すように、実施例１に係る熱処理装置の制御システム１は、熱処理管理システム２１と、ウェハ管理システム２７を有している。熱処理管理システム２１は、前反り量取得制御部２２、加熱制御部２３、後反り量測定制御部２４、反り量差算出部２５と比較部２６を有している。ウェハ管理システム２７は、続行指示部２８、抜き取り指示部２９と記憶部３０を有している。

図３に示すように、反り量測定器５、７はそれぞれに、レーザー３１、ミラー３２と検出器３３を有している。ヘリウム−ネオン（He-Ne）レーザー等のレーザー３１から発せられたレーザー光をミラー３２で反射させ、レーザー光を垂線と平行にして、ウェハ１２、１７に照射する。検出器３３は、ウェハ１２、１７で反射されたレーザー光を受光する。レーザー光を受光した位置から、ウェハ１２、１７でのレーザー光の反射角を算出する。反り量測定器５、７をスキャンさせて、この反射角の算出をウェハ１２、１７の直径上の複数のポイントで行う。これらの複数の反射角から、ウェハ１２、１７の反り量を算出することができる。

半導体装置、例えば半導体集積回路（LSI）の性能向上のためには、低抵抗かつ浅いpn接合（15nm以下）を有する半導体領域の形成が必要になってきている。このような半導体領域は、高濃度かつ浅い不純物拡散領域により実現されるが、この高濃度かつ浅い不純物拡散領域を形成する方法は、高濃度かつ低加速エネルギーでのイオン注入と、そのイオン注入後に行なわれるアニール工程とで構成されている。イオン注入後の不純物拡散領域の高い拡散層抵抗を下げるためには、不純物を活性化させるためのウェハ１２のアニールを高温で行なう必要がある。イオン注入される不純物としてはボロン（B）、リン（P）あるいは砒素（As）が用いられている。しかしながら、これら不純物はシリコン（Si）ウェハ中での拡散係数が大きいため、不純物を拡散をさせることなく活性化に必要なエネルギーを瞬時にウェハ１２に供給する手法として、キセノン（Xe）等の希ガスが封入されたフラッシュランプを用いたアニール法を採用している。フラッシュランプは、短いものでサブミリ秒のパルス幅で発光させることができる。したがって、ウェハ表面に注入された不純物イオンの分布をほとんど変化させずに、不純物イオンを活性化させることが可能である。

しかしながら、フラッシュランプアニール法では、十分に不純物を活性化させるために、ウェハ１２の表面では急激に温度が上昇する。これの結果、ウェハ１２の表面側と裏面側との間に温度差が発生し、ウェハ内部では熱応力が生じ増加する。この熱応力の増加によって、ウェハ１２にはスリップ、破損等のダメージが生じる場合があると考えられ、生産歩留まりの低下を招く場合があると考えられた。

すなわち、現状のフラッシュランプアニール法では、半導体基板に発生する熱応力ダメージを抑制して熱処理を行うことは困難であり、プロセスウィンドウが狭く、浅い不純物拡散領域を形成することは困難な状況にある。

イオン注入された不純物の活性化のための熱処理においては、昇温時間が0.1m秒未満であれば、ウェハ１２の最高到達温度が900℃未満となり、ウェハ１２に注入された不純物の活性化が不十分となる。また、昇温時間が1ｍ秒を超えると、最高到達温度が1400℃を超えてしまったり、ウェハ１２が1000℃以上の高温に曝されている時間が長くなってしまったりする。その結果、ウェハ１２に注入された不純物が拡散し、ウェハ１２の表面近傍に浅いpn接合を形成することが困難となる。

また、活性化のための熱処理では、基板ステージ１０に載置されたウェハ１２は、加熱源１１により、例えばウェハ１２の温度が300℃〜700℃、望ましくは400℃〜500℃の範囲で補助加熱されている。補助加熱時間は、例えば10秒〜120秒程度が望ましい。補助加熱の温度と時間は、ウェハ１２にダメージが誘起されない温度と時間に設定されている。補助加熱によるウェハ１２の温度が300℃より低いと、フラッシュランプアニール法によるウェハ１２の最高到達温度が900℃未満となる場合がある。また、補助加熱によるウェハ１２の温度が700℃を超えると、最高到達温度が1400℃より高くなる場合がある。

図６に示したように、450℃〜1300℃〜450℃間の昇温降温時間は、約3m秒である。また、900℃〜1300℃〜900℃間の昇温降温時間は、約1m秒である。このような温度プロファイルによれば、ウェハ１２に注入された不純物の活性化のための熱処理を、具体的には、900℃以上の高温状態が約1m秒以下の極短時間である熱処理を実施することができる。この熱処理によれば、熱処理による不純物の拡散距離を5nm以下に抑制でき、浅いpn接合の形成が可能になる。

しかし、900℃以上の高温状態が約1m秒以下の極短時間である昇温降温プロファイルをともなう熱処理では、ウェハ１２に熱応力によるスリップや転位等の結晶欠陥が発生する場合が見られた。

そこで、ウェハ１２に生じる熱応力について詳細に考察した。光源３のXeフラッシュランプの発光スペクトルは白色光に近く、図７に示すように、主な強度ピーク波長は、400nm〜500nmである。フラッシュランプ光の強度ピークを含む波長の範囲、例えば1μm以下の範囲の光は、Ｓｉウェハ１２の表面から約0.1μmの深さまでの範囲の領域で吸収される。そして、ウェハ１２の表面から数10μmの深さまでの範囲の領域で局所的に急激に温度が上昇する。この温度上昇により、ウェハ１２の表面側と裏面側との間に約300℃から1000℃の温度差が発生する。この温度差により、ウェハ１２の内部では熱応力が増加する。ウェハ１２の裏面側からの300℃〜600℃程度の低温の加熱源１１による補助加熱においても熱応力によると見られるウェハ１２の反りが観察された。

図８は、ウェハ１２を補助加熱の基板温度４５０℃でフラッシュランプアニールの照射エネルギー密度３０Ｊ／ｃｍ２でのアニール条件で、ウェハ１２を熱処理したときの、補助加熱のみの影響によるウェハ１２の反り量差（Δ）と、フラッシュランプ照射後のウェハ１２の割れ発生確率の関係を示したものである。これより、反り量差が分かれば、ウェハ１２の割れ発生確率が推測できる。反り量差は補助加熱のみで測定することができるので、フラッシュランプ照射によるウェハ１２の割れを防止することができる。

図９（ａ）に示すように、ウェハ１２の反り量差（Δ）は、ウェハ１２の補助加熱前の反り量ｘと、補助加熱中の反り量ｙの差の絶対値（Ｉｘ−ｙＩ）である。なお、反りには、図９（ａ）の補助加熱中の反りのようにウェハ１２の上面が凹面の場合と、図９（ｂ）の補助加熱中の反りのようにウェハ１２の上面が凸面の場合がある。この凹凸を反り量差に反映させるために凸面の反り量を正の数とし、凹面の反り値を負の数とした。図８からフラッシュランプ光を照射する前のウェハの反り量差（Δ）が大きいと、フラッシュランプ光の照射後にウェハ割れが発生する確率が高くなることを示している。例えば、反り量差１００μｍでは、ウェハの割れ確率は０．０５％であり、反り量差１５０μｍでは、ウェハの割れ確率は２％に上昇する。補助加熱を行い、反り量差を求め、反り量差に基づいてフラッシュランプ光の照射の適否を判断し、適当なウェハ１２のみについてフラッシュランプ照射を実施することによりウェハ１２の割れを防止することができる。そして、この割れ防止策となる熱処理方法は、フラッシュランプ光の照射の補助加熱とフラッシュランプ光の照射による本加熱に限られないと思われる。すなわち、補助加熱の換わりに化学気相成長（ＣＶＤ）、ＲＴＡや加熱炉によるアニールにおける熱処理であっても良い。また、本加熱としては、補助加熱の基板温度より基板温度が高くなる熱処理であればよい。

図４に示すように、実施例１の熱処理方法では、まず、ステップＳ１で、図２のウェハ管理システム２７が、加熱処理を有する装置、例えば、ＣＶＤ、ＲＴＡや炉にウェハ１２、１７で構成されるロットを投入する。ウェハ１２、１７は、順次、図１の搬送室１５に搬送される。

ステップＳ２で、前反り量取得制御部２２が、加熱処理を行うロットのウェハの識別番号が記憶部３０に記憶されているか照合する。識別番号が記憶されていれば識別番号に関係付けられ記憶部３０に記憶された反り量ｘ１を読み出し、ステップＳ４に進む。識別番号が記憶されていなければ、あるいは、反り量ｘ１が記憶されていなければ、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３で、前反り量取得制御部２２が、測定器移動機構６と反り量測定器７を制御して、搬送室１５内のウェハ１７の反り量ｘ１を測定する。反り量ｘ１が補助加熱前の反り量に相当する。

ステップＳ４で、加熱制御部２３が、トンネル１９を介してウェハ１７をウェハ１２に位置に搬送させ、補助加熱源１１によりウェハ１２を熱処理する。

ステップＳ５で、後反り量測定制御部２４が、補助加熱源１１によるウェハ１２の熱処理の最中に、測定器移動機構４と反り量測定器５を制御して、処理室８内のウェハ１２の反り量ｙ１を測定する。反り量ｙ１が補助加熱中の反り量に相当する。

ステップＳ６で、反り量差算出部２５が、反り量ｘ１と反り量ｙ１の差である反り量差Δ１を算出する。比較部２６が、反り量差Δ１と許容上限値の大小を比較する。反り量差Δ１が許容上限値以下であれば、ステップＳ７に進む。反り量差Δ１が許容上限値を超えていれば、ステップＳ９に進む。

ステップＳ７で、記憶部３０が、反り量ｘ１又は反り量ｙ１を、後の熱処理工程における反り量ｘ１としてウェハ１２の識別番号と関係付けて記憶する。

ステップＳ８で、続行指示部２８が、ウェハ１２に関係付けて続行指示を出す。次工程が別の装置で行われるのであれば搬送指示が出され、ウェハ１２は他の装置に搬出される。続行指示に基づいて、次工程が主加熱のフラッシュランプ光の照射であれば、ウェハ１２に対してフラッシュランプ光の照射が行われる。

ステップＳ９では、抜き取り指示部２９が、ウェハ１２に関係付けてウェハ抜き取り（廃棄）指示を出す。ウェハ１２はウェハ抜き取り指示に基づいて抜き取られ次工程には進まない。場合によっては、ウェハ１２は廃棄される。

以上で、実施例１の熱処理方法は終了する。実施例１の熱処理方法によれば、反り量差Δ１の許容上限値を、図８の反り量差Δとウェハ割れ確率の関係により決定しておけば、ウェハ割れ確率を所望の値まで下げることができる。そして、所望の確率までウェハの割れる頻度を低減することができる。

図５のフローチャートでは主加熱を補助加熱に重ねて行う場合について説明する。ただ、図５のフローチャートのステップＳ１からステップＳ６までは、図４のフローチャートのステップＳ１からステップＳ６までと同じであるので省略する。図５のステップＳ１１のチャンバー８内への搬送は、ステップＳ４に含まれていた事項を分けて記載したにすぎない。なお、反り量差Δ１が許容上限値を超えている場合、ステップＳ９に進むだけでなく、場合によっては、ステップＳ４に戻り、反り量ｙ１を再度測定してもよい。反り量差Δ１が許容上限値以下であれば、ステップＳ１２に進む。また、許容上限値として１５０μｍを設定している。

ステップＳ１２で、加熱制御部２３が、電源２を制御して、光源３のフラッシュランプを発光させることによりウェハ１２を熱処理する。この熱処理の際には、ステップＳ４で行われた補助加熱も合わせて行う。したがって、ウェハ１２の温度は、ステップＳ４のときより高くなる。

ステップＳ１３で、後反り量測定制御部２４が、ステップＳ１２での熱処理の最中あるいは後に、測定器移動機構４と反り量測定器５を制御して、処理室８内のウェハ１２の反り量ｙ２を測定する。ステップＳ１２での熱処理が、さらに後の工程の熱処理に対する補助加熱であると見なすと、反り量ｙ２も反り量ｙ１と同様に補助加熱中の反り量に相当すると考えることができる。

ステップＳ１４で、反り量差算出部２５が、反り量ｘ１と反り量ｙ２の差である反り量差Δ２を算出する。比較部２６が、反り量差Δ２と許容上限値１５０μｍの大小を比較する。反り量差Δ２が許容上限値１５０μｍ以下であれば、ステップＳ７に進む。反り量差Δ２が許容上限値１５０μｍを超えていれば、ステップＳ９に進む。

ステップＳ７で、記憶部３０が、反り量ｙ２を、後の熱処理工程における反り量ｘ１としてウェハ１２の識別番号と関係付けて記憶する。

ステップＳ８で、続行指示部２８が、ウェハ１２に関係付けて続行指示を出す。次工程が別の装置で行われるのであれば搬送指示が出され、ウェハ１２は他の装置に搬出される。

ステップＳ９では、抜き取り指示部２９が、ウェハ１２に関係付けてウェハ抜き取り（廃棄）指示を出す。ウェハ１２はウェハ抜き取り指示に基づいて抜き取られ次工程には進まない。場合によっては、ウェハ１２は廃棄される。

以上で、主加熱を補助加熱に重ねて行う場合の熱処理方法は終了する。この実施例１の熱処理方法によれば、反り量差Δ１とΔ２の許容上限値を、１５０μｍに設定しているので、図８の反り量差Δとウェハ割れ確率の関係により、ウェハ割れ確率を２％まで下げることができる。そして、ウェハの割れる頻度を低減することができる。

例えば、反り量差Δ１とΔ２の許容上限値を、１００μｍに設定すると、ウェハの反り量差Δ１とΔ２が100μm以下であれば、光源3からフラッシュランプ光を出射させ、ウェハの反り量差Δ１とΔ２が100μmを超える場合には、光源3からのフラッシュランプ光の出射を停止させるようになる。その結果、許容上限値が１５０μｍである場合に比べて、ウェハの反り量差Δ１とΔ２の小さいウェハ１２にのみに光加熱が施せるので、ウェハ１２の割れ耐性が一層向上する。さらに、光源3からのフラッシュランプによる光加熱が終了した後に、ウェハ１２がウェハケースに戻される前に、処理室８あるいは搬送室１５でウェハの反り量ｙ２を計測し、記憶部３０に記憶させている。このことにより、フラッシュランプ光の出射によるウェハ１２の破損が避けられた場合にも、フラッシュランプ光の出射等によりウェハ１２がさらに変形している場合があり、次工程でウェハ１２が破損することを回避することが可能になる。次工程への処理を中断するか続行させるかは、反り量ｙ２に基づく反り量差Δ２の許容上限値との大小関係から判断できると考えられる。反り量差Δ２が許容上限値以下であれば、次工程でのウェハ１２の破損は回避でき、半導体装置の製造プロセスの安定稼動を図ることができる。例えば、反り量差Δ２が100μmを超えてウェハ１２が大きく変形した場合には、次工程での処理を中断させる指示を出すことで、半導体装置の製造を高歩留まりで行うことが可能となる。

図１０に示すように、実施例１のフラッシュランプアニールによる熱処理方法では、ダメージの発生を抑制し、不純物の拡散を抑制し、かつ、所望の活性化率を達成するために、ウェハ１２の基板補助加熱温度と、フラッシュランプ光の照射エネルギー密度とが相互に依存するプロセス条件領域３５を策定することができる。プロセス条件領域３５の基板補助加熱温度と照射エネルギー密度を選択すれば、ダメージの発生を抑制し、不純物の拡散を抑制し、かつ、所望の活性化率を達成する不純物拡散層を形成することができる。逆に、フラッシュランプ光の照射エネルギー密度が熱処理条件領域３５の下限以下の領域３４では、不純物の活性化が不十分となり、低抵抗層を形成することができない。照射エネルギー密度が熱処理条件領域３５の上限以上の領域３６では、ウェハ１２にダメージが発生したり破損が生じてしまったりしてしまう。例えば、基板補助加熱温度が４５０℃であり、フラッシュランプアニールの照射エネルギー密度が３０Ｊ／ｃｍ２である場合には、ウェハ１２に一定以上の確率でダメージが発生した。なお、図１０の熱処理条件領域３５と領域３６の境界３７は、ウェハ反り量差Δに許容上限値を設定していない場合である。また、図１１は、ウェハ反り量差Δの許容上限値を１５０μｍに設定した場合である。このことにより、ウェハ割れが発生する確率が２%以下になるウェハにのみフラッシュランプ光が照射されるので、ダメージが発生しにくく、照射エネルギー密度を高く設定することができる。このことにより、図１１では、境界３８を図１０に比べて上方に設定でき、プロセス条件領域３９を拡大することができる。

次に、実施例１に係る半導体装置の製造方法を、pMOSトランジスタの製造工程を例にして説明する。なお、半導体装置としては、pMOSトランジスタに限定されない。例えば、nMOSトランジスタや相補型MOS（CMOS）トランジスタ等であってもよい。

まず、図１２(a)に示すように、p型Si等の半導体基板４１にn型不純物のV族原子、例えば砒素（As）をイオン注入し、nウェル層４３を形成する。ｎウェル層４３の周囲に、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（RIE）法等を用いてトレンチを形成する。形成されたトレンチに、例えば減圧気相成長（LPCVD）法により酸化シリコン（SiO₂）等の絶縁膜を堆積させて埋め込む。その後、化学機械研磨（CMP）法等により半導体基板４１のnウェル層４３の表面に堆積した絶縁膜を除去し、素子分離領域４４を形成する。素子分離領域４４の間に素子領域が形成される。半導体基板４１の素子領域表面に、例えば熱酸化膜等の絶縁膜４５が形成される。絶縁膜４５上に、例えばLPCVD法により多結晶Si（poly-Si）膜が堆積される。フォトリソグラフィ及びRIE法によりpoly-Si膜及び絶縁膜４５の一部を選択的に除去し、図１２(b)に示すように、ゲート電極４６及びゲート絶縁膜４５が形成される。ゲート電極４６をマスクとして、活性層イオン注入工程が実施される。まず、pMOS領域をフォトレジスト膜でマスクして、nMOS領域の半導体基板４１が露出した表面にイオン注入法により、n型不純物となるＶ族原子、例えばAsが注入される。Asのイオン注入の条件は、例えば加速エネルギーが2keVで、ドーズ量が1×10¹⁵cm^-2である。次にpMOS領域のフォトレジスト膜を除去して、ｎMOS領域をフォトレジスト膜でマスクして、pMOS領域の半導体基板４１が露出した表面にイオン注入法により、p型不純物となるIII族原子、例えばボロン（B）が注入される。Bのイオン注入の条件は、例えば加速エネルギーが0.5keVで、ドーズ量が1×10¹⁵cm^-2である。その結果、ゲート絶縁膜４５の両端と素子分離領域４４で囲まれた領域に、図１２(c)に示すように、半導体基板４１の表面から約15nmの深さまでの不純物注入層４７が形成される。

次にnMOS領域のフォトレジスト膜を除去した後、半導体基板４１を、図1の熱処理装置の基板ステージ１６に載置し、反り量ｘ１を測定する。次に、基板ステージ１０に載置し、基板ステージ１０の加熱源１１により半導体基板４１が裏面側から、例えば450℃で補助加熱される。半導体基板４１を450℃の補助加熱温度で維持しながら、反り量ｙ１を測定する。反り量ｘ１と反り量ｙ１から反り量差Δ１を算出し、許容上限値と比較する。反り量差Δ１が許容上限値以下であれば、光源3のフラッシュランプ光が半導体基板４１の表面側から、例えばパルス幅が1ms及び照射エネルギーが30J/cm²の条件で照射される。フラッシュランプ光の照射による活性化熱処理により、不純物注入層４７に注入されたAsとBが格子位置に置換して取り込まれ、活性化する。その結果、図１２(d)に示すように、ゲート絶縁膜４５の両端と素子分離領域４４で囲まれた領域にｎ型及びp型の活性層４８が形成される。一方、反り量差Δ１が許容上限値を超えていれば、光源3のフラッシュランプ光は、半導体基板４１に照射されず、半導体装置の製造方法は中断する。

また、フラッシュランプ光が照射された場合には、照射後の反り量ｙ２を測定する。反り量ｘ１と反り量ｙ２から反り量差Δ２を算出し、許容上限値と比較する。反り量差Δ２が許容上限値以下であれば次工程に進む。反り量ｙ２は、半導体基板４１の識別番号と関係付けて、反り量ｘ１として記憶される。反り量差Δ２が許容上限値を超えていれば、次工程以降の半導体装置の製造方法は中断する。

次に、酸化シリコン（SiO₂）膜４９及び窒化シリコン（Si₃N₄）膜５０を減圧気相成長（LPCVD：Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法により順次堆積する。RIE法により、SiO₂膜４９及びSi₃N₄膜５０をエッチングし、ゲート電極４６とゲート絶縁膜４５の側面に選択的にSiO₂膜４９及びSi₃N₄膜５０を残置させる。このことにより、図１２(e)に示すようなSiO₂膜及びSi₃N₄膜からなる側壁スペーサ４９、５０が形成される。

次に、ゲート電極４６と側壁スペーサ４９、５０をマスクとして、ｐウェル層４２の表面にｎ型不純物となるＶ族原子、例えばPをイオン注入する。Pのイオン注入条件は、例えば加速エネルギーが10keVで、ドーズ量が3×10¹⁵cm^-2である。次にnウェル層４３の表面にp型不純物となるIII族原子、例えばBをイオン注入する。Bのイオン注入の条件は、例えば加速エネルギーが4keVで、ドーズ量が3×10¹⁵cm^-2である。このことにより、図１２(f)に示すようなゲート電極４６の端部から離間し素子分離領域４４に接したソース・ドレイン不純物領域５１が、Si基板１内に形成される。また、これらのイオン注入により、ゲート電極４６中にも対応する不純物イオンが注入される。

半導体基板４１の識別番号に関係付けられた反り量ｘ１を読み出し取得する。次に、半導体基板４１を基板ステージ１０に載置し、基板ステージ１０の加熱源１１により半導体基板４１が裏面側から、例えば450℃で補助加熱される。半導体基板４１を450℃の補助加熱温度で維持しながら、反り量ｙ１を測定する。反り量ｘ１と反り量ｙ１から反り量差Δ１を算出し、許容上限値と比較する。反り量差Δ１が許容上限値以下であれば、光源3のフラッシュランプ光が半導体基板４１の表面側から、例えばパルス幅が1ms及び照射エネルギーが30J/cm²の条件で照射される。フラッシュランプ光の照射による活性化熱処理により、不純物注入層４７に注入されたＰとBが格子位置に置換して取り込まれ、活性化する。その結果、図１２(g)に示すように、ゲート絶縁膜４５の両端と素子分離領域４４で囲まれた領域にｎ型及びp型の活性層５２が形成される。一方、反り量差Δ１が許容上限値を超えていれば、光源3のフラッシュランプ光は、半導体基板４１に照射されず、半導体装置の製造方法は中断する。

また、フラッシュランプ光が照射された場合には、照射後の反り量ｙ２を測定する。反り量ｘ１と反り量ｙ２から反り量差Δ２を算出し、許容上限値と比較する。反り量差Δ２が許容上限値以下であれば次工程に進む。反り量差Δ２が許容上限値を超えていれば、次工程以降の半導体装置の製造方法は中断する。

引き続き、図示しない層間絶縁膜形成工程で、半導体基板４１の表面に、例えばSiO₂等の層間絶縁膜を堆積する。そして、ゲート電極４６、及びソース・ドレイン領域５２に対応するp型の活性層５２の上の層間絶縁膜に、コンタクトホールがそれぞれ開口される。それぞれのコンタクトホールを介して、ゲート電極４６、ｎ型及びｐ型の活性層５２に配線が接続される。このようにして、半導体装置が完成する。

実施例１によれば、半導体基板に発生する結晶欠陥を抑制して熱処理を行うことが可能な熱処理装置、熱処理方法、及び、半導体装置の製造方法を提供することができる。半導体基板の反り量差が、許容上限値を超えていないときのみ本加熱を行い、逆に、許容上限値を超えている場合には本加熱を中止することにより、半導体基板の破損を防止することができるため、熱処理装置及びプロセスの安定稼動を図ることが可能になる。

実施例１は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、実施例１によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。実施例１では、光源３としてフラッシュランプを用いた工程の場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザーやハロゲンランプ、抵抗加熱ヒータ等で熱処理する場合にも適用することが可能である。本発明は、その技術的思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。すなわち、本発明の特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、変更・改良や一部転用などが可能であり、これらすべて本発明の請求範囲内に包含されるものである。

本発明の一実施形態に係る熱処理装置の構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱処理装置が有する制御システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱処理装置が有する反り量計測器の構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱処理方法のフローチャート（その１）である。 本発明の一実施形態に係る熱処理方法のフローチャート（その２）である。 熱処理時のウェハ温度の時間変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る熱処理装置が有する熱源である光源のＸｅフラッシュランプの発光スペクトルである。 ウェハ割れ確率のウェハ反り量差依存性を示すグラフである。 ウェハの反り量の測定方法と、反り量差の算出方法を説明するための図である。 ウェハ反り量差に制限がない場合の、プロセス条件領域を示す図である。 ウェハ反り量差を上限１５０μｍに制限した場合の、プロセス条件領域を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 制御システム
２ 光源用電源
３ 光源（主加熱源）
４ 測定器移動機構
５ 反り量測定器
６ 測定器移動機構
７ 反り量測定器
８ 処理室
９ 透明窓
１０ 基板ステージ
１１ 補助加熱源
１２ ウェハ
１３ ガス供給系
１４ ガス排気ポート
１５ 搬送室
１６ 基板ステージ
１７ ウェハ
１８ 透明窓
１９ トンネル
２１ 熱処理管理システム
２２ 前反り量取得制御部
２３ 加熱制御部
２４ 後反り量測定制御部
２５ 反り量差算出部
２６ 比較部
２７ ウェハ管理システム
２８ 続行指示部
２９ 抜き取り指示部
３０ 記憶部
３１ レーザー
３２ ミラー
３３ 検出器
３４ 活性化不十分領域
３５、３９ プロセス条件領域
３６ 基板ダメージ発生領域
３７、３８ 領域境界

Claims (5)

1. 加熱工程において、ウェハの加熱前の前反り量を取得する前反り量取得制御部と、
   前記加熱工程において、前記ウェハを第１温度に加熱する第１加熱部と、
   前記加熱工程において、前記加熱中あるいは前記加熱後の前記ウェハの後反り量を測定する後反り量測定部と、
   前記加熱工程において、前記後反り量と前記前反り量の差である反り量差を算出する反り量差算出部と、
   前記加熱工程において、前記反り量差と許容上限値を比較する比較部と、
   前記加熱工程において、前記反り量差が許容上限値以下であれば、続行指示を出す続行指示部を有することを特徴とする熱処理装置。
2. 前記続行指示の後に、前記ウェハを前記第１温度より高い第２温度に加熱する第２加熱部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記ウェハが複数回の前記加熱工程を行う場合に、先の前記加熱工程において、前記前反り量または前記後反り量を前記前反り量として記憶する記憶部をさらに有し、
   後の前記加熱工程において、前記前反り量取得制御部が前記記憶部から前記前反り量を取得することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱処理装置。
4. ウェハの加熱前の前反り量を取得し、
   前記ウェハを第１温度に加熱し、
   前記加熱中あるいは前記加熱後の前記ウェハの後反り量を測定し、
   前記後反り量と前記前反り量の差である反り量差を算出し、
   前記反り量差と許容上限値を比較し、
   前記反り量差が許容上限値以下であれば、前記ウェハを前記第１温度より高い第２温度に加熱することを特徴とする熱処理方法。
5. 半導体装置が配置されているウェハの加熱前の前反り量を取得し、
   前記ウェハを第１温度に加熱し、
   前記加熱中あるいは前記加熱後の前記ウェハの後反り量を測定し、
   前記後反り量と前記前反り量の差である反り量差を算出し、
   前記反り量差と許容上限値を比較し、
   前記反り量差が許容上限値以下であれば、前記ウェハを前記第１温度より高い第２温度に加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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