JP2015122399A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ウエハ内の反応促進対象領域へマイクロ波で効率的にパワーを供給することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】一の実施形態によれば、半導体製造装置は、基板と、前記基板に形成された被加工層とを含み、前記被加工層側の第１の面と、前記基板側の第２の面とを有するウエハ、を支持するための支持部を備える。さらに、前記装置は、前記支持部を収容するチャンバと、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器とを備える。さらに、前記装置は、前記チャンバの上面側または下面側に配置されており、前記マイクロ波を前記ウエハの前記第２の面に照射する導波管を備える。さらに、前記装置は、前記チャンバの上面側および下面側のうち前記導波管と同じ側に配置されており、前記ウエハの前記第２の面側の温度を測定する温度計を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
マイクロ波は、電磁波の一種であり、電場の変動で双極子を回転振動させたり、磁場の変動で導体に電流を流したりすることができる。そのため、マイクロ波アニールは、赤外線アニールや炉アニールに比べ、不純物の活性化やアモルファス層の結晶化などの反応を低温で実現することが可能である。しかし、電極層や配線層などの金属層が形成されたウエハにマイクロ波を照射する場合、マイクロ波で反応を促進したい領域（反応促進対象領域）に十分なパワーが供給されない可能性がある。理由は、マイクロ波の一部が金属層により吸収または反射されてしまうからである。そのため、不純物の活性化やアモルファス層の結晶化が不十分になる可能性がある。金属層が形成されたウエハにマイクロ波を照射する場合には、マイクロ波のパワーや照射時間を増加させることで、反応促進対象領域に十分なパワーを供給することが可能である。しかし、マイクロ波のパワーや照射時間の増加は、マイクロ波アニールのための消費電力を増大させ、半導体装置の製造コストを増加させてしまう。
特開２０１２−１８６１８９号公報
ウエハ内の反応促進対象領域へマイクロ波で効率的にパワーを供給することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
一の実施形態によれば、半導体製造装置は、基板と、前記基板に形成された被加工層とを含み、前記被加工層側の第１の面と、前記基板側の第２の面とを有するウエハ、を支持するための支持部を備える。さらに、前記装置は、前記支持部を収容するチャンバと、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器とを備える。さらに、前記装置は、前記チャンバの上面側または下面側に配置されており、前記マイクロ波を前記ウエハの前記第２の面に照射する導波管を備える。さらに、前記装置は、前記チャンバの上面側および下面側のうち前記導波管と同じ側に配置されており、前記ウエハの前記第２の面側の温度を測定する温度計を備える。
第１実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。 第１実施形態のウエハ搬送装置の構造を概略的に示す上面図である。 一般的な表面照射と第１実施形態の裏面照射とを比較した断面図である。 第２実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。 第３実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(1/2)である。 第３実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(2/2)である。 第４実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(1/3)である。 第４実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(2/3)である。 第４実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(3/3)である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。
図１の半導体製造装置は、支持部１１と、チャンバ１２と、１台以上のマイクロ波発生器１３と、１本以上の導波管１４と、１台以上の温度計１５と、１本以上のガスノズル１６と、ウエハカセット１７と、ウエハ搬送装置１８とを備えている。ウエハカセット１７およびウエハ搬送装置１８はそれぞれ、収容部および搬送部の例である。図１の半導体製造装置は、マイクロ波を用いてウエハ１０をアニールするためのマイクロ波アニール装置である。
［支持部１１］
支持部１１は、ウエハ１０を支持するための機構であり、サセプタ１１ａと、エッジグリップ１１ｂと、回転シャフト１１ｃとを備えている。サセプタ１１ａは、石英などの透明部材で形成されている。エッジグリップ１１ｂは、サセプタ１１ａの端部に取り付けられており、ウエハ１０のエッジを水平方向から把持することでウエハ１０を支持することができる。回転シャフト１１ｃは、サセプタ１１ａの裏面に取り付けられており、ウエハ１０を水平面内で回転させることができる。
図１のウエハ１０は、基板１と、基板１に形成された１層以上の被加工層２とを備えている。基板１の例は、シリコン基板などの半導体基板である。被加工層２の例は、層間絶縁膜、素子分離領域、電極層、配線層などである。本実施形態の被加工層２は、１層以上の金属層を含んでいる。金属層の例は、金属電極を含む電極層や、金属配線を含む配線層などである。
符号Ｓ1は、ウエハ１０の表面、すなわち、ウエハ１０の被加工層２側の面を示す。符号Ｓ2は、ウエハ１０の裏面、すなわち、ウエハ１０の基板１側の面を示す。ウエハ１０の表面Ｓ1と裏面Ｓ2は、第１および第２の面の例である。本実施形態のウエハ１０は、表面Ｓ1が下向き、裏面Ｓ2が上向きの状態で、支持部１１により支持されている。
図１は、ウエハ１０の表面Ｓ1および裏面Ｓ2に平行で、互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、ウエハ１０の表面Ｓ1および裏面Ｓ2に垂直なＺ方向とを示している。本明細書においては、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。例えば、基板１と被加工層２との位置関係は、被加工層２が基板１の下方に位置していると表現される。
［チャンバ１２］
チャンバ１２は、支持部１１を収容している。図１においては、チャンバ１２内に搬入されたウエハ１０が、支持部１１により支持されている。符号σ1、σ2、σ3はそれぞれ、チャンバ１２の上面、下面、側面を示す。チャンバ１２の上面σ1と下面σ2は、互いに平行でも非平行でもよい。また、チャンバ１２の上面σ1と下面σ2の形状は、円形でも楕円形でも多角形でもよい。
［マイクロ波発生器１３］
マイクロ波発生器１３は、マイクロ波を発生させる。マイクロ波の周波数は、どのような値でもよい。本実施形態のマイクロ波発生器１３は、２．４０〜２４．２５ＧＨｚの周波数帯のマイクロ波を発生させる。例えば、マイクロ波発生器１３の製造コストや信頼性の観点から、マイクロ波の周波数は、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）バンド（産業科学医療用バンド）である２．４５ＧＨｚ帯、５．８０ＧＨｚ帯、２４．１２５ＧＨｚ帯とすることが望ましい。マイクロ波発生器１３の例は、マグネトロンである。
［導波管１４］
導波管１４は、チャンバ１２とマイクロ波発生器１３とを接続しており、マイクロ波発生器１３からのマイクロ波をチャンバ１２内に出射する。本実施形態の導波管１４は、チャンバ１２の上面σ1側に配置されている。よって、本実施形態の導波管１４は、裏面Ｓ2が上向きの状態でウエハ１０が支持されている場合に、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射することができる。
なお、本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０に均一なマイクロ波のパワーを供給するため、ウエハ１０を回転シャフト１１ｃにより回転させながら、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射してもよい。
［温度計１５］
温度計１５は、ウエハ１０の温度を測定し、温度の測定結果を出力する。温度計１５の例は、パイロメータである。この場合、温度計１５は、ウエハ１０から放射された電磁波をチャンバ１２の窓部を介して測定することで、ウエハ１０の温度を測定する。温度計１５による温度の測定結果は、例えば、回転シャフト１１ｃ、マイクロ波発生器１３、ガスノズル１６の動作の制御用にも利用することができる。
本実施形態の温度計１５は、チャンバ１２の上面σ1側および下面σ2側のうち、導波管１４と同じ側に配置されている。すなわち、本実施形態の温度計１５は、チャンバ１２の上面σ1側に配置されている。よって、本実施形態の温度計１５は、裏面Ｓ2が上向きの状態でウエハ１０が支持されている場合に、ウエハ１０の裏面Ｓ2側の温度を測定することができる。理由は、ウエハ１０の表面Ｓ1側には種々のパターンが形成されており、ウエハ１０の表面Ｓ1側の温度を正確に測定することが難しいためである。この詳細については、後述する。
［ガスノズル１６］
ガスノズル１６は、ウエハ１０に冷却ガスを吹き付けるために使用される。本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０に冷却ガスを吹き付けることで、ウエハ１０の温度を制御することができる。冷却ガスの例は、不活性ガスである。
本実施形態の半導体製造装置は、チャンバ１２の上面σ1側に配置され、ウエハ１０の裏面Ｓ2に冷却ガスを吹き付ける第１のガスノズル１６と、チャンバ１２の下面σ2側に配置され、ウエハ１０の表面Ｓ1に冷却ガスを吹き付ける第２のガスノズル１６とを備えている。しかし、本実施形態の半導体製造装置は、第１および第２のガスノズル１６のうちのいずれか一方のみを備えていてもよい。この場合、本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射することから、ウエハ１０を裏面Ｓ2側から冷却可能な第１のガスノズル１６を備えていることが望ましい。
［ウエハカセット１７］
ウエハカセット１７は、ウエハ１０を収容するために使用される。本実施形態のウエハカセット１７は、表面Ｓ1が上向き、裏面Ｓ2が下向きの状態で、ウエハ１０を収容可能である。
［ウエハ搬送装置１８］
ウエハ搬送装置１８は、ウエハ１０をウエハカセット１７から搬出し、ウエハ１０をチャンバ１２内に搬入する装置である。チャンバ１２内に搬入されたウエハ１０は、支持部１１により支持される。
本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０の裏面Ｓ2が上向きの状態で、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射する。そのため、本実施形態の支持部１１は、裏面Ｓ2が上向きの状態でウエハ１０を支持する。一方、本実施形態のウエハカセット１７は、表面Ｓ1が上向きの状態でウエハ１０を収容する。
よって、本実施形態のウエハ搬送装置１８は、ウエハカセット１７からチャンバ１２へとウエハ１０を搬送する間に、ウエハ１０の表面Ｓ1と裏面Ｓ2とを反転させる。これにより、ウエハ１０の状態を、表面Ｓ1が上向きの状態から、裏面Ｓ2が上向きの状態に変化させることができる。
図２は、第１実施形態のウエハ搬送装置１８の構造を概略的に示す上面図である。
本実施形態のウエハ搬送装置１８は、図２に示すように、把持部１８ａと、第１回転部１８ｂと、伸縮部１８ｃと、第２回転部１８ｄとを備えている。
把持部１８ａは、ウエハ１０を把持するための機構である。第１回転部１８ｂは、矢印Ａのように回転可能な機構である。伸縮部１８ｃは、矢印Ｂのように伸縮可能な機構である。第２回転部１８ｄは、矢印Ｃのように回転可能な機構である。
ウエハ搬送装置１８は、以下のように動作する。まず、ウエハカセット１７内のウエハ１０を、把持部１８ａにより把持する。次に、伸縮部１８ｃを縮めることで、ウエハカセット１７からウエハ１０を搬出する。次に、第１回転部１８ｂを回転させることで、ウエハ１０の表面Ｓ1と裏面Ｓ2とを反転させる。次に、第２回転部１８ｄを回転させることで、ウエハ１０をチャンバ１２付近に移動させる。次に、伸縮部１８ｃを伸ばすことで、ウエハ１０をチャンバ１２内に搬入する。
なお、第１回転部１８ｂの回転によりウエハ１０の表面Ｓ1と裏面Ｓ2とを反転させる動作と、第２回転部１８ｄの回転によりウエハ１０をチャンバ１２付近に移動させる動作を行う順番は、逆にしてもよい。
また、本実施形態のウエハ搬送装置１８は、ウエハ１０の表面Ｓ1と裏面Ｓ2とを反転させることが可能であれば、図２と異なる構造を有していてもよい。
（１）第１実施形態の半導体製造装置の詳細
次に、再び図１を参照し、第１実施形態の半導体製造装置の詳細を説明する。
本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射することにより、ウエハ１０をアニールする。本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射するために、以下のような構造を採用している。
第１に、本実施形態の支持部１１は、ウエハ１０をエッジグリップ１１ｂにより把持することでウエハ１０を支持する。よって、本実施形態の支持部１１は、ウエハ１０の表面Ｓ1および裏面Ｓ2にほぼ触れずに、ウエハ１０を支持することができる。よって、本実施形態によれば、裏面Ｓ2が上向きの状態のウエハ１０を支持する場合に、支持部１１がウエハ１０の表面Ｓ1に触れて、ウエハ１０の表面Ｓ1のパターンを損傷することを回避することができる。
第２に、本実施形態の導波管１４は、チャンバ１２の上面σ1側に配置されている。よって、本実施形態の導波管１４は、裏面Ｓ2が上向きの状態でウエハ１０が支持されている場合に、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射することができる。
第３に、本実施形態の温度計１５は、チャンバ１２の上面σ1側に配置されている。よって、本実施形態の温度計１５は、裏面Ｓ2が上向きの状態でウエハ１０が支持されている場合に、ウエハ１０の裏面Ｓ2側の温度を測定することができる。
ここで、温度計１５の配置について補足する。マイクロ波アニール時のウエハ１０の温度を測定する際、ウエハ１０の温度は裏面Ｓ2側から測定することが望ましい。理由は、ウエハ１０の表面Ｓ1側には種々のパターンが形成されているため、温度計１５の補正が難しく、ウエハ１０の温度を表面Ｓ1側からの温度測定により正確に測定することが難しいからである。よって、温度計１５は、本実施形態のように、ウエハ１０の裏面Ｓ2側の温度を測定可能な位置に配置することが望ましい。
なお、本実施形態の半導体製造装置は、チャンバ１２の上面σ1側に配置された導波管１４を備えているものの、チャンバ１２の下面σ2側に配置された導波管１４は備えていない。よって、本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射する導波管１４を備えているが、ウエハ１０の表面Ｓ1にマイクロ波を照射する導波管１４は備えていない。
同様に、本実施形態の半導体製造装置は、チャンバ１２の上面σ1側に配置された温度計１５を備えているものの、チャンバ１２の下面σ2側に配置された温度計１５は備えていない。よって、本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０の裏面Ｓ2側の温度を測定する温度計１５を備えているが、ウエハ１０の表面Ｓ1側の温度を測定する温度計１５は備えていない。
（２）表面照射と裏面照射との比較
図３は、一般的な表面照射と第１実施形態の裏面照射とを比較した断面図である。
図３(ａ)と図３(ｂ)において、符号Ｍ1は、被加工層２に入射したマイクロ波を示す。符号Ｍ2は、被加工層２で反射されたマイクロ波を示す。符号Ｍ3は、被加工層２を透過中のマイクロ波を示す。符号Ｍ4は、被加工層２を透過したマイクロ波を示す。符号Ｍ1〜Ｍ4の矢印の太さは、マイクロ波のパワーの大きさを模式的に示している。
図３(ａ)は、ウエハ１０の表面Ｓ1にマイクロ波を照射する一般的な表面照射を示す。この場合、被加工層２に入射したマイクロ波Ｍ1の多くが、被加工層２内の金属層により吸収または反射されてしまう。そのため、基板１に十分なマイクロ波が到達しない。具体的には、基板１にはマイクロ波Ｍ4しか到達しない。
一方、図３(ｂ)は、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射する第１実施形態の裏面照射を示す。この場合、マイクロ波Ｍ1は、被加工層２に入射する前に基板１に到達する。そのため、本実施形態においては、十分なパワーを持つマイクロ波Ｍ1が、基板１内の反応促進対象領域に到達できる。よって、本実施形態によれば、基板１内の反応促進対象領域への低パワーのマイクロ波の短時間の照射で、十分に反応を促進させることができる。また、本実施形態によれば、入射波であるマイクロ波Ｍ1と反射波であるマイクロ波Ｍ2とにより基板１にパワーを供給することができるため、基板１内の反応促進対象領域においてさらに効率的に反応を促進させることができる。
なお、図３(ａ)と図３(ｂ)の被加工層２は、マイクロ波Ｍ3の磁場の変動によりジュール加熱される。マイクロ波Ｍ3のエネルギーとマイクロ波Ｍ4のエネルギーとの差が、被加工層２の加熱に寄与した熱量に相当する。
なお、本実施形態のマイクロ波発生器１３は、マイクロ波やミリ波の波長の電磁波を発生させてもよい。
以上のように、本実施形態の導波管１４と温度計１５は、共にチャンバ１２の上面σ1側に配置されている。よって、本実施形態によれば、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射してウエハ１０に十分なパワーを供給すると共に、この際にウエハ１０の温度を裏面Ｓ2側で正確に測定する半導体製造装置を実現できる。よって、本実施形態によれば、ウエハ１０における反応をマイクロ波で促進させる場合において、このような半導体製造装置によりウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射することで、ウエハ１０内の反応促進対象領域へ効率的にパワーを供給することができる。その結果、本実施形態によれば、マイクロ波アニールのための消費電力を低減し、半導体装置の製造コストを削減することが可能となる。
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。
本実施形態のウエハ１０は、表面Ｓ1が上向き、裏面Ｓ2が下向きの状態で、支持部１１により支持されている。さらに、本実施形態の導波管１４と温度計１５は、共にチャンバ１２の下面σ2側に配置されている。よって、本実施形態の導波管１４は、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射することができ、本実施形態の温度計１５は、ウエハ１０の裏面Ｓ2側の温度を測定することができる。
本実施形態の半導体製造装置は、チャンバ１２の上面σ1側に配置され、ウエハ１０の表面Ｓ1に冷却ガスを吹き付ける第１のガスノズル１６と、チャンバ１２の下面σ2側に配置され、ウエハ１０の裏面Ｓ2に冷却ガスを吹き付ける第２のガスノズル１６とを備えている。しかし、本実施形態の半導体製造装置は、第１および第２のガスノズル１６のうちのいずれか一方のみを備えていてもよい。この場合、本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射することから、ウエハ１０を裏面Ｓ2側から冷却可能な第２のガスノズル１６を備えていることが望ましい。
なお、本実施形態の半導体製造装置は、チャンバ１２の下面σ2側に配置された導波管１４を備えているものの、チャンバ１２の上面σ1側に配置された導波管１４は備えていない。よって、本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０の表面Ｓ1にマイクロ波を照射する導波管１４を備えているが、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射する導波管１４は備えていない。
同様に、本実施形態の半導体製造装置は、チャンバ１２の下面σ2側に配置された温度計１５を備えているものの、チャンバ１２の上面σ1側に配置された温度計１５は備えていない。よって、本実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１０の表面Ｓ1側の温度を測定する温度計１５を備えているが、ウエハ１０の裏面Ｓ2側の温度を測定する温度計１５は備えていない。
以上のように、本実施形態の導波管１４と温度計１５は、共にチャンバ１２の下面σ2側に配置されている。よって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様、ウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射してウエハ１０に十分なパワーを供給すると共に、この際にウエハ１０の温度を裏面Ｓ2側で正確に測定する半導体製造装置を実現できる。よって、本実施形態によれば、ウエハ１０における反応をマイクロ波で促進させる場合において、このような半導体製造装置によりウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射することで、ウエハ１０内の反応促進対象領域へ効率的にパワーを供給することができる。
また、本実施形態の支持部１１は、表面Ｓ1が上向きの状態でウエハ１０を支持し、本実施形態のウエハカセット１７は、表面Ｓ1が上向きの状態でウエハ１０を収容する。よって、本実施形態のウエハ搬送装置１８は、ウエハ１０の表面Ｓ1と裏面Ｓ2とを反転させる機能を有していなくてもよい。また、本実施形態の支持部１１は、ウエハ１０の裏面Ｓ2に触れてウエハ１０を支持してもよい。例えば、本実施形態の支持部１１は、ウエハ１０のエッジに触れるエッジグリップ１１ｂの代わりに、ウエハ１０の裏面Ｓ2に触れるピンや支持面でウエハ１０を支持してもよい。
一方、第１実施形態の半導体製造装置は、配置された機器が少なく、スペースに余裕のあるチャンバ１２の上面σ1側に導波管１４および温度計１５を配置できるという利点を有する。
（第３実施形態）
図５と図６は、第３実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
まず、図５(ａ)に示すように、基板１上に１層以上の被加工層２を形成する。図５(ａ)の被加工層２は、基板１上に形成された１層以上の層間絶縁膜２ａと、基板１上に層間絶縁膜２ａで覆われるように形成された１層以上の金属層２ｂとを含んでいる。符号Ｓ1は、ウエハ１０の表面、すなわち、ウエハ１０の被加工層２側の面を示す。符号Ｓ2は、ウエハ１０の裏面、すなわち、ウエハ１０の基板１側の面を示す。
次に、図５(ｂ)に示すように、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより、層間絶縁膜２ａにコンタクトホール３を形成する。コンタクトホール３は、その底面が基板１に到達するように形成される。
次に、図５(ｃ)に示すように、イオン注入またはプラズマドーピングにより、コンタクトホール３の底面の基板１内にｎ型不純物またはｐ型不純物を導入する。その結果、基板１内にアモルファス層１ａが形成される。不純物のドーズ量は、例えば、１．０×１０１５ｃｍ−２以上に設定される。
次に、図６(ａ)に示すように、第１または第２実施形態の半導体製造装置によりウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射して、アモルファス層１ａを加熱する。これにより、アモルファス層１ａが結晶化されて単結晶になると共に、アモルファス層１ａ内の不純物が活性化される。その結果、アモルファス層１ａから拡散層１ｂが形成される。
次に、図６(ｂ)に示すように、基板１上の全面に金属層２ｃを形成し、コンタクトホール３内に金属層２ｃを埋める。金属層２ｃは例えば、Ｔｉ（チタン）層、ＴｉＮ（チタンナイトライド）層、およびＷ（タングステン）層を含む積層膜である。
次に、図６(ｃ)に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により金属層２ｃの表面を平坦化して、コンタクトホール３外の金属層２ｃを除去する。その結果、コンタクトホール３内に、金属層２ｃを含み、拡散層１ｂに電気的に接続されたコンタクトプラグが形成される。
本実施形態の半導体装置の製造方法において、図６(ａ)の裏面照射を、次の条件で実際に行った。導波管１４からのマイクロ波のパワーの合計を３ｋＷに設定し、導波管１４からのマイクロ波の照射時間を４０秒に設定した。また、温度計１５により測定されるウエハ１０の温度が６００℃に固定されるように、各ガスノズル１６からの冷却ガスの流量を設定した。冷却ガスとしては、Ｎ２（窒素）ガスを使用した。その結果、各ガスノズル１６からの冷却ガスの流量は、４０ｓｌｍに設定された。
一方、比較のために、本実施形態の半導体装置の製造方法において、図６(ａ)の裏面照射を表面照射に置き換えて、表面照射を次の条件で行った。導波管１４からのマイクロ波のパワーの合計を３ｋＷに設定し、導波管１４からのマイクロ波の照射時間を４０秒に設定した。また、温度計１５により測定されるウエハ１０の温度が６００℃に固定されるように、各ガスノズル１６からの冷却ガスの流量を設定した。冷却ガスとしては、Ｎ２ガスを使用した。その結果、各ガスノズル１６からの冷却ガスの流量は、２０ｓｌｍに設定された。
以上のように、ウエハ１０の温度を６００℃に固定する場合において、裏面照射時の冷却ガスの流量は、表面照射時の冷却ガスの流量よりも大きく設定された。これは、裏面照射によるウエハ１０の加熱効率が、表面照射によるウエハ１０の加熱効率よりも高かったことを意味する。すなわち、裏面照射によりウエハ１０がより多くのパワーを吸収したため、ウエハ１０を十分に冷却するために多くの冷却ガスが使用されたものである。
なお、本実施形態で採用したマイクロ波のパワーと冷却ガスの流量は、ウエハサイズやチャンバ構造に依存するものであり、適宜変更することができる。
これらの表面照射および裏面照射の直後のウエハ１０の断面を観察した。表面照射直後のウエハ１０を観察したところ、アモルファス層１ａが一部残存しており、不純物の活性化が不十分であることが分かった。一方、裏面照射直後のウエハ１０を観察したところ、アモルファス層１ａが完全に単結晶に変化していることが分かった。
以上のように、本実施形態によれば、ウエハ１０内の反応促進対象領域へマイクロ波の裏面照射により効率的にパワーを供給することで、反応促進対象領域における反応を促進させることが可能となる。
（第４実施形態）
図７〜図９は、第４実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
まず、図７(ａ)に示すように、基板１上に１層以上の被加工層２を形成する。図７(ａ)の被加工層２は、基板１上に形成された１層以上の層間絶縁膜２ａと、基板１上に層間絶縁膜２ａで覆われるように形成された１層以上の金属層２ｂと、基板１上に層間絶縁膜２ａで覆われるように形成された複数の素子分離領域２ｄとを含んでいる。素子分離領域２ｄは、基板１の表面に複数の素子分離溝を形成し、素子分離溝内に絶縁膜を埋め込むことで形成される。
次に、図７(ｂ)に示すように、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより、層間絶縁膜２ａに溝４を形成する。溝４は、その底面が基板１に到達するように形成される。符号Ｗ1は、互いに隣接する素子分離領域２ｄ間の距離を示し、符号Ｗ2は、溝４の幅を示す。本実施形態の距離Ｗ1は、２０ｎｍ以下に設定され、本実施形態の幅Ｗ2は、距離Ｗ1よりも長く設定される。
次に、図７(ｃ)に示すように、イオン注入またはプラズマドーピングにより、溝４の底面の基板１内にｎ型不純物またはｐ型不純物を導入する。その結果、基板１内の素子分離領域２ｄ間にアモルファス層１ａが形成される。不純物のドーズ量は、例えば、１．０×１０１５ｃｍ−２以上に設定される。
次に、図８(ａ)に示すように、第１または第２実施形態の半導体製造装置によりウエハ１０の裏面Ｓ2にマイクロ波を照射する。これにより、アモルファス層１ａが結晶化されて単結晶になると共に、アモルファス層１ａ内の不純物が活性化される。その結果、アモルファス層１ａから拡散層１ｂが形成される。
次に、図８(ｂ)に示すように、基板１上の全面に層間絶縁膜２ｅを形成し、ＣＭＰにより層間絶縁膜２ｅの表面を平坦化する。その結果、溝４の内部に層間絶縁膜２ｅが埋め込まれる。
次に、図８(ｃ)に示すように、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより、層間絶縁膜２ｅにコンタクトホール５を形成する。コンタクトホール５は、その底面が拡散層１ｂに到達するように形成される。符号Ｗ3は、コンタクトホール５の幅を示す。本実施形態の幅Ｗ3は、距離Ｗ1よりも短くても長くてもよい。
次に、図９(ａ)に示すように、基板１上の全面に金属層２ｆを形成し、コンタクトホール５内に金属層２ｆを埋める。金属層２ｆは例えば、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、およびＷ層を含む積層膜である。
次に、図９(ｂ)に示すように、ＣＭＰにより金属層２ｆの表面を平坦化して、コンタクトホール５外の金属層２ｆを除去する。その結果、コンタクトホール５内に、金属層２ｆを含み、拡散層１ｂに電気的に接続されたコンタクトプラグが形成される。
本実施形態の半導体装置の製造方法において、図８(ａ)の裏面照射を、次の条件で実際に行った。導波管１４からのマイクロ波のパワーの合計を５ｋＷに設定し、導波管１４からのマイクロ波の照射時間を１８０秒に設定した。また、温度計１５により測定されるウエハ１０の温度が７００℃に固定されるように、各ガスノズル１６からの冷却ガスの流量を設定した。冷却ガスとしては、Ｎ２ガスを使用した。その結果、各ガスノズル１６からの冷却ガスの流量は、６０ｓｌｍに設定された。
一方、比較のために、本実施形態の半導体装置の製造方法において、図８(ａ)の裏面照射を表面照射に置き換えて、表面照射を次の条件で行った。導波管１４からのマイクロ波のパワーの合計を５ｋＷに設定し、導波管１４からのマイクロ波の照射時間を１８０秒に設定した。また、温度計１５により測定されるウエハ１０の温度が７００℃に固定されるように、各ガスノズル１６からの冷却ガスの流量を設定した。冷却ガスとしては、Ｎ２ガスを使用した。その結果、各ガスノズル１６からの冷却ガスの流量は、２０ｓｌｍに設定された。
以上のように、ウエハ１０の温度を７００℃に固定する場合において、裏面照射時の冷却ガスの流量は、表面照射時の冷却ガスの流量よりも大きく設定された。これは、裏面照射によるウエハ１０の加熱効率が、表面照射によるウエハ１０の加熱効率よりも高かったことを意味する。すなわち、裏面照射によりウエハ１０がより多くのパワーを吸収したため、ウエハ１０を十分に冷却するために多くの冷却ガスが使用されたものである。
これらの表面照射および裏面照射の直後のウエハ１０の断面を観察した。表面照射直後のウエハ１０を観察したところ、アモルファス層１ａの結晶化はほとんど起こらないことが分かった。理由は、アモルファス層１ａは、距離Ｗ1が２０ｎｍ以下と小さい素子分離領域２ｄ間に形成されているため、距離Ｗ1が大きい場合に比べてアモルファス層１ａが固相成長する速度が極端に遅く、大きなマイクロ波パワーを必要とするにもかかわらず、表面照射ではアモルファス層１ａに十分なマイクロ波パワーが供給されないためと考えられる。一方、裏面照射直後のウエハ１０を観察したところ、アモルファス層１ａが完全に単結晶に変化していることが分かった。理由は、距離Ｗ1が小さくても、裏面照射ではアモルファス層１ａに十分なマイクロ波パワーが供給されるためと考えられる。
以上のように、本実施形態によれば、ウエハ１０内の反応促進対象領域へマイクロ波の裏面照射により効率的にパワーを供給することで、反応促進対象領域における反応を促進させることが可能となる。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
１：基板、１ａ：アモルファス層、１ｂ：拡散層、
２：被加工層、２ａ：層間絶縁膜、２ｂ：金属層、２ｃ：金属層、
２ｄ：素子分離領域、２ｅ：層間絶縁膜、２ｆ：金属層、３：コンタクトホール、
４：溝、５：コンタクトホール、１０：ウエハ、１１：支持部、
１１ａ：サセプタ、１１ｂ：エッジグリップ、１１ｃ：回転シャフト、
１２：チャンバ、１３：マイクロ波発生器、１４：導波管、１５：温度計、
１６：ガスノズル、１７：ウエハカセット、１８：ウエハ搬送装置、
１８ａ：把持部、１８ｂ：第１回転部、１８ｃ：伸縮部、１８ｄ：第２回転部

Claims (9)

  1. 基板と、前記基板に形成された被加工層とを含み、前記被加工層側の第１の面と、前記基板側の第２の面とを有するウエハ、を支持するための支持部と、
    前記支持部を収容するチャンバと、
    マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
    前記チャンバの上面側または下面側に配置されており、前記マイクロ波を前記ウエハの前記第２の面に照射する導波管と、
    前記チャンバの上面側および下面側のうち前記導波管と同じ側に配置されており、前記ウエハの前記第２の面側の温度を測定する温度計と、
    を備える半導体製造装置。
  2. 前記導波管と前記温度計は、前記チャンバの上面側に配置されている、請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 前記支持部は、前記第２の面が上向きの状態で前記ウエハを支持する、請求項２に記載の半導体製造装置。
  4. さらに、
    前記ウエハを収容するための収容部と、
    前記ウエハを前記収容部から搬出し、前記ウエハの前記第１の面と前記第２の面とを反転させ、前記ウエハを前記チャンバ内に搬入する搬送部と、
    を備える請求項２または３に記載の半導体製造装置。
  5. 前記導波管と前記温度計は、前記チャンバの下面側に配置されている、請求項１に記載の半導体製造装置。
  6. 前記支持部は、前記第２の面が下向きの状態で前記ウエハを支持する、請求項５に記載の半導体製造装置。
  7. 前記半導体製造装置は、前記マイクロ波を前記ウエハの前記第１の面に照射する導波管を備えていない、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
  8. 基板と、前記基板に形成された被加工層とを含み、前記被加工層側の第１の面と、前記基板側の第２の面とを有するウエハ、をチャンバ内に搬入し、
    前記チャンバ内の支持部が、前記ウエハを支持し、
    マイクロ波発生器からマイクロ波を発生させ、
    前記チャンバの上面側または下面側に配置された導波管が、前記ウエハの前記第２の面に前記マイクロ波を照射し、
    前記チャンバの上面側および下面側のうち前記導波管と同じ側に配置された温度計が、前記ウエハの前記第２の面側の温度を測定する、
    ことを含む半導体装置の製造方法。
  9. 前記ウエハは、前記基板に形成された複数の素子分離領域と、前記基板内の前記素子分離領域間に形成されたアモルファス層とを含み、
    前記ウエハの前記第２の面に前記マイクロ波を照射して、前記アモルファス層を結晶化することを含む、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
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