JP4868880B2 - シリコンウェーハの処理方法及びウェーハ処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、酸素を含むシリコンウェーハ内部の欠陥密度の制御を可能にしたシリコンウェーハの処理方法と、処理装置に関し、特に、シリコンウェーハ中の酸素析出物の抑制および促進を制御することのできるシリコンウェーハの処理方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
現在、シリコンデバイス用のウェーハとして、チョクラルスキー（Czochralski：ＣＺ）法で作製されたウェーハ（以下、ＣＺウェーハと呼ぶ）が用いられている。
一般に、ＣＺ法で作製されるシリコンウェーハには、シリコン結晶成長時に石英坩堝から融液に溶け込んでシリコン結晶内に混入された酸素が含まれている。そのようなシリコンウェーハには、結晶成長の冷却過程と、デバイスを作製するときの加熱・冷却工程において、酸素析出物（単結晶シリコン中の酸化シリコン析出物）が生成される。酸素析出物の周りには、シリコンマトリックスとの体積差によって、歪場（応力場）が発生する。この歪場は、重金属原子を引きつけて捕獲するという作用があり、これをイントリンシック・ゲッタリングと呼んでいる（以下、単にゲッタリングと呼ぶ）。
重金属原子がデバイスの活性層に存在すると、リーク電流の原因となり、デバイスの動作不良を引き起こす。そこで、重金属原子を低減するために、製造プロセスのクリーン化が行われているが、重金属原子は酸化・拡散炉の炉芯管等から不可避的に混入するため、シリコンウェーハによるゲッタリングは不可欠である（たとえば、非特許文献１参照）。
半導体集積回路は、ＣＺウェーハ上に絶縁膜、電極、配線、層間膜などの様々な薄膜を成膜することによって作製される。この成膜工程において、シリコンウェーハは高温に加熱された状態で成膜されるので、成膜終了後の冷却過程で、薄膜とシリコンの熱膨張係数の差に起因して熱応力が発生する。また、成膜工程のみならず、不純物拡散などの工程でもシリコンウェーハは加熱される。加熱されたウェーハには、温度分布（特に径方向）が生じるため、熱応力が発生する。
このような熱応力は、ほとんどの場合がせん断成分を持ち、スリップの発生や伝播の原因となることが知られている。多くの場合、スリップはシリコンウェーハを加熱する際のウェーハの支持位置から発生する。ウェーハ中のスリップは、リークなどデバイスの動作不良の原因となるため、スリップの発生や伝播を抑制するための方策が考えられてきた。その一つが、ＣＺウェーハ中の酸素析出物によるスリップ伝播の抑制である。つまり、酸素析出物は、ゲッタリングサイトとして機能するだけでなく、スリップの伝播を抑制する機能も有する（たとえば、非特許文献２参照）。
K. Sueoka, Journal of Electrochemical Society, 152, G731 (2005) K. Yasutake, M.Umeno and H.Kawabe, Applied Physics Letters, 37, 789 (1980)
K. Sueoka, Journal of Electrochemical Society, 152, G731 (2005) K. Yasutake, M.Umeno and H.Kawabe, Applied Physics Letters, 37, 789 (1980)
シリコンデバイスにおける信頼性、歩留まり確保のためには、酸素析出物の存在は不可欠である。ところが、近年のデバイスの微細化に伴い、プロセス温度が低温化し、プロセス中の酸素析出が起こりにくくなっている。そのため、ウェーハ中の汚染物質や、スリップに起因した特性劣化や歩留まり低下が深刻な問題となっており、低温化するプロセスにおいて、ウェーハ中にいかに酸素析出物を作り込むかが課題となっている。
そこで、本発明は、低温プロセスにおいても、酸素析出物密度の増大／減少を制御し、デバイスにとって最適の酸素析出密度を持つシリコンウェーハを実現することを課題とする。
上記課題を解決するために、ウェーハの加熱処理中にレーザを照射し、照射強度（単位時間に照射される単位面積あたりの熱量）および／または加熱温度を変えることにより、酸素析出物の密度の増大／減少を制御する。
具体的には、シリコンウェーハの処理方法は、酸素を含むシリコンウェーハを加熱しつつ、波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線レーザを照射し、加熱温度とレーザ出力（照射強度）を選択的に組み合わせることによって、前記シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を制御（促進または抑制）することを特徴とする。
より具体的な例として、
（ａ）赤外線の照射強度を一定に設定し、
（ｂ）前記シリコンウェーハを第１の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
（ｃ）前記シリコンウェーハを、第１の温度よりも高い第２の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する。
（ａ）赤外線の照射強度を一定に設定し、
（ｂ）前記シリコンウェーハを第１の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
（ｃ）前記シリコンウェーハを、第１の温度よりも高い第２の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する。
別の例として、
（ａ）前記シリコンウェーハの加熱温度を一定に設定し、
（ｂ）前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記赤外線を第１の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
（ｃ）前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記第１の強度よりも強い２の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する。
（ａ）前記シリコンウェーハの加熱温度を一定に設定し、
（ｂ）前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記赤外線を第１の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
（ｃ）前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記第１の強度よりも強い２の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する。
前記加熱／照射処理に先立ち、前記シリコンウェーハ中に、大きさが１０ｎｍ程度、密度が１×１０7個／ｃｍ3以上の初期酸素析出物を形成する工程
をさらに含むことが望ましい。
をさらに含むことが望ましい。
また、前記赤外線の照射は、前記赤外線ビームを前記シリコンウェーハ上の任意の点に走査する工程を含んでもよい。
簡便な手法で、デバイスに適した酸素析出密度をもつシリコンウェーハが実現される。その結果、デバイスの信頼性が向上する。また、高歩留まり、高性能のデバイスを安価に製造することができる。
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の原理を説明する。
本件の発明者は、シリコンウェーハ表層のデバイス活性領域における酸素析出物を抑制するには、シリコンウェーハの加熱中に、波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線を照射することが有効であることを見出した（特願２００５−７２７７０）。
その後、波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線レーザの照射強度と、加熱温度を選択することによって、酸素析出の抑制のみならず、酸素析出を促進することができることを、さらに見出した。つまり、赤外線の照射という同様の手法にもかかわらず、酸素析出物の形成の成長／抑制という、相反する効果が得られることになる。
その機構としては、照射される赤外線の強度または加熱温度により、酸素析出物とシリコンマトリックスの界面における酸素濃度が変化し、酸素析出物の周りの酸素のフラックスが、酸素析出物が成長する方向、もしくは解離する方向に変化することが考えられる。
図１は、酸素析出物と単結晶シリコンの界面での酸素濃度変化を説明するための模式図である。図１（ａ）に示すように、単結晶シリコンマトリックス（母層）１０の中に、酸化シリコン析出物（「酸素析出物」と称する）１１が存在する。単結晶シリコン１０中には、一定量、たとえばシリコンの融点での飽和濃度に相当する酸素原子（Ｏ）が存在する。しかし、図１（ｂ）の実線で示すように、酸素析出物１１との界面近傍では、格子間酸素濃度（Ｏｉ）が、母体シリコン層１０と比較して低くなっている。酸素析出物が形成される際に、周辺の固溶酸素が消費されるためである。
この状態で赤外線を照射しつつ加熱処理を施すと、矢印Ａで示すように、酸素のフラックスは濃度の高い方から低い方、つまり酸素析出物１１の方向に向かうため、酸素析出物の成長は進む。
一方、赤外線レーザの照射により、シリコンマトリックス中に固溶している酸素原子の拡散が増速し、図１（ｂ）の点線で示すように、界面酸素濃度が増大する。レーザ照射による界面酸素濃度の増大については、データとともに後述する。レーザ照射の強度があるレベルを超えると、界面１２における酸素濃度が、シリコンマトリックス１０中の固溶酸素濃度よりも高くなる。この場合、矢印Ｂで示すように、酸素析出物１１側からシリコンマトリックス１０へ向かうフラックスが発生し、酸素析出物１１は再溶解する。これは、酸素析出物１１の抑制を意味する。
このように、酸素析出物１１の成長、抑制は、酸素のフラックスに依存する。一般にフラックスは、拡散係数と濃度勾配の積で表される。赤外線レーザの照射により、シリコン中に固溶している酸素原子の拡散が増速、すなわち、拡散係数が増大する。そして、図１（ｂ）の点線で示すように、濃度勾配が左下がり（酸素濃度がシリコンマトリックス中よりも界面１２側で低い）となる範囲では、酸素析出物１１の形成が促進される方向のフラックスが発生し、濃度勾配が右下がり（酸素濃度がシリコンマトリックス中よりも界面１２側で高い）となる範囲では、酸素析出物１１の形成が抑制される方向のフラックスが発生する。
レーザ照射による界面酸素濃度の増大は、強度のほか、照射時間によっても制御できるが、この場合は、制御に時間がかかるので、照射強度を変えるほうが、酸素析出物形成の促進、抑制を、より効率的に制御できる。
また、レーザの照射強度を一定にして、加熱温度を変えることによっても、酸素析出物１１の形成を促進または抑制することができる。温度上昇に伴い、酸化膜／シリコン界面での酸素濃度が増加することが知られており（T. Abe and H. Yamada-Kaneta, J. Appl. Phys. 96(2004)4143.）、一定強度のレーザ照射下で加熱温度を変えることによって、酸素フラックスの方向を変えることができるからである。
また、レーザの照射強度を一定にして、加熱温度を変えることによっても、酸素析出物１１の形成を促進または抑制することができる。温度上昇に伴い、酸化膜／シリコン界面での酸素濃度が増加することが知られており（T. Abe and H. Yamada-Kaneta, J. Appl. Phys. 96(2004)4143.）、一定強度のレーザ照射下で加熱温度を変えることによって、酸素フラックスの方向を変えることができるからである。
たとえば、後述するように、レーザの強度が１００ｍＷ／ｃｍ2のとき、１２００℃よりも低い温度範囲で加熱すると酸素析出物の成長が促進され、１２００℃以上で加熱すると、酸素析出物が抑制される。この酸素析出物の形成状態が促進から抑制に変化する境界温度は、レーザの照射強度、時間によっても変わる。したがって、これらのパラメータを適切に選択することによって、ウェーハの所望の箇所に酸素析出物を効率的に作りこみ、または、酸素析出物を排斥することができる。
図２は、赤外線の照射による酸素析出物の形成促進の効果を示すグラフである。条件として、シリコンウェーハのサンプルを１０００℃で１６時間加熱するとともに、サンプル上にレーザ射を行う照射部と、レーザ照射を行わない非照射部とを設定し、加熱中にレーザ照射部のみを、波長９μｍ、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ2の赤外線レーザで照射した。図２のデータは、加熱／照射処理後に、フーリエ変換型赤外分光光度計を用いたＦＴ−ＩＲ法で、酸素析出量（atom/cm3）を定量して得られたものである。酸素析出量は、酸化シリコンを構成する酸素原子（Ｏ）の量で表わされ、酸素析出量が高いほど、サンプル内部に酸素析出物が多く作り込まれていることを意味する。
１０００℃という加熱条件では、赤外線照射部における酸素析出量が、非照射部での酸素析出量の１０倍近くにも達し、酸化シリコンの析出が促進されていることがわかる。なお、図２では、赤外線を照射する前に、いったん８００℃、４時間の加熱処理を施し、酸素析出物の核（大きさが約１０ｎｍ程度の初期酸素析出物）を作り込んでいる。このときの初期酸素析出物の密度は、１×107／ｃｍ3個以上である。
もっとも、酸素析出量が多すぎると、ウェーハ内で酸素析出物から転移が始まるので、適切な量の酸素析出物を形成することが必要である。これは、レーザ照射時間、照射強度、または加熱温度を調節することで実現される。
図３は、図２の酸素析出量の測定に先立って加熱／照射処理行う処理装置２０の概略構成図である。処理装置２０は、レーザ照射源としての炭酸ガスレーザ２１と、シリコンウェーハを加熱するアニール炉２６と、アニール炉の内部でウェーハ（サンプル）を保持するサンプルホルダ３０を有する。炭酸ガスレーザ２１から照射されるレーザ光は、ミラー２２、２３によって、アニール炉２６へ導かれ、炉のフロントキャップ２７に形成されたＺｎＳｅ窓２５から、炉内で保持されるサンプル３１上に入射する。アニール炉２６の周囲には加熱源としてフラッシュランプ２８が配置されている。フラッシュランプの強度を調整することにより、炉内の加熱温度を調整できる。実際のシリコンウェーハを処理する場合は、温度調整可能な任意の加熱手段を用いてもよい。アニール炉２６へはアルゴン（Ａｒ）ガスが供給され、Ａｒ／Ｏ2雰囲気中でレーザ照射が行われる。
図４（ａ）は、図３の処理装置２０において、サンプル３１を保持するサンプルホルダ３０の概略図、図４（ｂ）は、サンプル３１上に設定されたレーザ照射部Ａと非照射部Ｂを示す図である。実施形態では、１７ｍｍ×１７ｍｍのサンプル３１に対し、波長９μｍ、ビーム径３．８ｍｍのレーザ光をレーザ強度１００ｍＷ／ｃｍ2で照射し、この部分をレーザ照射部Ａとしている。また、レーザ照射部Ａから間隔を置いた地点を非照射部Ｂとする。このように設定されたレーザ照射部Ａと非照射部Ｂで測定された酸素析出量のデータが、図２のグラフである。
なお、赤外線レーザの照射により、シリコンウェーハ自身も加熱される。そこで、図２のような酸素析出の促進効果が、単なる温度上昇による効果ではなく、赤外線照射による効果であることを示すため、レーザ照射加熱時の温度分布を測定した。
図５は、図４と同様のサンプル３１（１７ｍｍ×１７ｍｍ）のレーザ照射部にレーザを照射しつつ加熱処理を施し、サンプル３１の温度分布を、輻射温度計を用いて測定した結果である。この測定結果から、１０００℃以上の加熱において、特定の箇所にのみレーザ照射したとしても、サンプル全体での温度分布の差はたかだか２０〜３０℃程度であり、測定対象となるレーザ照射部Ａと、非照射部Ｂとの温度差は２０℃以下である。すなわち、図２のような酸素析出物の促進効果は、単なる温度の上昇による効果ではなく、赤外線を照射した効果であることが確認される。
上述のように、加熱温度１０００℃で赤外線を照射することにより、シリコンマトリックス中の固溶酸素の拡散が励起され、析出物１０とシリコンマトリックスとの界面１２へと向かう酸素フラックスの流れ生じるためと思われる。
図６は、ＦＺ結晶にサンプル表面から一定量の酸素を拡散導入した後、Ａｒ／Ｏ2雰囲気中で酸化熱処理を行いつつ、波長９μｍのレーザ光を照射したときの、酸素濃度の深さ方向のプロファイルを示すグラフである。サンプルの加熱条件は、１１５０℃で２時間である。
サンプル中の酸素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて測定している。Ａｒ／Ｏ2雰囲気中で加熱しているため、サンプル表面にはシリコン酸化膜が形成されている。このシリコン酸化膜は、実質的に酸素析出物と同視される。すなわち、酸化膜／シリコン界面は、図１に示すバルク中の酸素析出物／シリコンマトリックス界面と等価であると評価できる。
加熱温度１１５０℃でレーザ照射した場合、酸化膜／シリコン界面の酸素濃度が、非照射部での界面酸素濃度に比べて３倍近く高くなっており、赤外線の照射により、酸化膜／シリコン界面の酸素濃度が上昇することが確認される。これは、図１における酸素析出物側へ向かう酸素フラックスの流れが生じた結果と考えられる。
このように、１２００℃よりも低い加熱温度でシリコンウェーハを処理する場合、レーザ照射を併せて行うことにより、ウェーハ内部に適切な量の酸素析出物を形成することができる。
一方、１２００℃以上で加熱処理を行いつつ、１００ｍＷ／ｃｍ2で赤外線を照射すると、ウェーハ内部に存在する酸素析出物が低減される。図３および図４に示す装置で、加熱条件を１２００℃、１時間の加熱、照射条件を、波長９μｍ、強度２５Ｗ、ビーム径６ｍｍに設定し、レーザ照射部Ａと非照射部Ｂにおける酸素の深さ方向プロファイルをＳＩＭＳで測定した。測定結果のグラフを図７に示す。
図７（ａ）は、赤外線照射部Ａにおけるプロファイル、図７（ｂ）は、非照射部Ｂにおけるプロファイルである。酸素析出物はシリコンマトリックス中よりも酸素濃度が高いため、ＳＩＭＳ測定の深さプロファイルにおいて、図７（ｂ）の矢印で示すようなスパイクとなって現れる。スパイクは深さ８μｍ〜４５μｍにわたって存在する。これに比べ、図７（ａ）のＳＩＭＳプロファイルでは、酸素のスパイクがまったく観察されない。
酸素析出物が観察されない領域をデヌーデッドゾーン（ＤＺ：Denuded Zone）と呼んでいる。ＤＺの深さ（幅）は、レーザを照射しない場合はシリコン中の酸素濃度、加熱温度、加熱時間によって制御できるが、本実施形態によれば、それらに加えて赤外線の照射強度と照射時間により制御できる。
図８は、本実施形態の加熱／照射処理を施したシリコンウェーハに作製した半導体装置４０の模式図である。シリコンウェーハ１０の表層近傍の活性層はＤＺとなっており、それよりも深い層に、ゲッタリングサイトとしての酸素析出物が存在する。活性層には、チャネル領域と、このチャネル領域を挟んで対向するソース・ドレイン不純物拡散領域３２Ｓ，４２Ｄが形成されている。チャネル上にはゲート絶縁膜４１を介してゲート電極４５が形成される。
歴史的には、０．３５μｍルールの世代に、ＣＺ法で作成されるシリコン結晶には、結晶成長過程でボイド欠陥が形成され、ボイド欠陥がウェーハ表層に存在すると酸化膜耐圧不良の原因となることが判明した。そのため、As-grownのＣＺウェーハは０．３５μｍ以降の先端デバイスに使用することができず、現在に至るまで、ウェーハ表層のボイド欠陥を消滅させるためにあらかじめ加熱処理が施されたウェーハが用いられている。このようなウェーハはアニールドウェーハと呼ばれる。
加熱の際の典型的な熱処理は、加熱温度が１１００℃、加熱時間が１〜４時間である。このようなボイド消去のための熱処理の際に、ウェーハ内部に酸素析出物が形成される。したがって、ボイド消去のための熱処理の際に、ウェーハに赤外線を照射すると、酸素析出物の形成により効果的である。
あるいは、半導体装置の作製工程で赤外線レーザを照射することも可能である。この場合、配線などの金属膜が成膜されると、赤外線がシリコンウェーハ内部まで到達しないため、ゲート絶縁膜の作製以前に赤外線を照射する。
さらに、このように１２００℃よりも低い加熱温度で酸素析出物の形成を促進した後に、ウェーハ表層のＤＺでのみ酸素析出物を低減するように、１２００℃以上の加熱温度でレーザ照射強度および／または照射時間を変えて、所定の領域に赤外線を照射し、デバイス活性層での酸素析出物を低減することも可能である。特に、半導体装置作製のプロセスによっては、低温熱処理後、高温熱処理が入ることもあり得るので、レーザ照射強度を変えることによって、酸素析出物の形成を制御することは有益である。
次に、赤外線の照射方法について述べる。本実施形態で用いる赤外線用のレーザとしては、図３に示したように炭酸ガスレーザがある。炭酸ガスレーザは、工業用途で汎用的に用いられており、３００ｍｍウェーハ前面に赤外線を照射することが可能である。ウェーハ炉内に赤外線ビームを照射するには、赤外線透過窓（たとえばＺｎＳｅ窓２５）を設置する必要があり、実際の照射面積は、この窓に律速されることが多い。この場合は、ウェーハ面上で赤外線を走査させることによって、ウェーハ面上の任意の点に赤外線を照射することができる
なお、ＦＴ−ＩＲ法で酸素析出量を測定した後、スリップ発生状態を観察したところ、酸素析出物の密度が１０9／ｃｍ３以上であれば、ウェーハ支持位置から発生したスリップが、ウェーハ表面まで貫通することを防止できる。
なお、ＦＴ−ＩＲ法で酸素析出量を測定した後、スリップ発生状態を観察したところ、酸素析出物の密度が１０9／ｃｍ３以上であれば、ウェーハ支持位置から発生したスリップが、ウェーハ表面まで貫通することを防止できる。
実施形態では、１０００℃、あるいは１２００℃で熱処理を行っているが、加熱処理はシリコン結晶中の酸素原子が拡散運動をできる温度であればよいので、２００℃以上の温度範囲で、適宜設定することができる。また、酸素析出物の抑制／促進効果が効率的に引き出されるためには、１０秒以上の加熱時間が必要である。もっとも、理論的解析によれば、レーザ強度を実用的な範囲で高めることによって、加熱温度を室温付近にまで下げることが可能である。
以上本発明を良好な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されず、当業者にとって、クレームの範囲内で多様な変形、変更が可能である。たとえば、実施形態で用いた赤外線レーザの波長は９μｍであるが、シリコンを透過する７μｍ〜２５μｍの任意の波長を用いることができる。また、加熱温度を一定にし、レーザ照射強度を変えることによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物形成の促進と抑制を、選択的に制御することができる。この場合、シリコンウェーハを加熱しつつ、第１の照射強度で照射して酸素析出物の形成を促進し、同じ温度で加熱しつつ、第１の照射強度よりも強い第２の照射強度で照射することによって、酸素析出物の形成を抑制できる。
以上の説明に対し、以下の付記を添付する。
（付記１） 酸素を含むシリコンウェーハを加熱しつつ波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線を照射し、
前記加熱温度と、前記赤外線の照射強度を選択的に組み合わせることによって、前記シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を制御する
ことを特徴とするウェーハ処理方法。
（付記２） 前記赤外線の照射強度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを第１の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを、第１の温度よりも高い第２の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とする付記１に記載のウェーハ処理方法。
（付記３） 前記シリコンウェーハの加熱温度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記赤外線を第１の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記第１の強度よりも強い第２の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とする付記１に記載のウェーハ処理方法。
（付記４） 前記加熱／照射処理に先立ち、前記シリコンウェーハ中に、大きさが１０ｎｍ程度、密度が１×１０7個／ｃｍ3以上の初期酸素析出物を形成する工程
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ処理方法。
（付記５） 前記赤外線の照射は、前記赤外線ビームを前記シリコンウェーハ上の任意の点に走査する工程を含むことを特徴とする付記１に記載のウェーハ処理方法。
（付記６） 酸素を含むシリコンウェーハを加熱しながら、波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線を照射し、前記加熱温度と、前記赤外線の照射強度を選択的に組み合わせることによって、前記シリコンウェーハの所定の箇所で、酸素析出物の量を制御し、
前記加熱／照射処理したシリコンウェーハに、半導体素子を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記７） 前記加熱／照射処理は、前記半導体素子の形成に先立って行われる
ことを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記８） 前記加熱／照射処理は、前記半導体素子の形成過程で行われる
ことを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記加熱／照射処理は、前記半導体素子のゲート絶縁膜形成工程より以前に行われることを特徴とする付記６または８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０） 前記加熱／処理工程において、
前記赤外線の照射強度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを第１の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを、第１の温度よりも高い第２の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記加熱／照射工程において、
前記シリコンウェーハの加熱温度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記赤外線を第１の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記第１の強度よりも強い第２の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２） 赤外線ビームを照射する赤外線照射源と、
加熱処理チャンバと、
前記加熱処理チャンバ内でシリコンウェーハを保持する保持部と、
前記加熱処理チャンバに設けられ、前記赤外線ビームを透過させる材料で形成される入射窓と、
を備え、
前記処理チャンバの加熱温度と、前記赤外線の照射強度の少なくとも一方を変更可能に構成して、前記シリコンウェーハ内の酸素析出物の形成を制御する
ことを特徴とするウェーハ処理装置。
（付記１） 酸素を含むシリコンウェーハを加熱しつつ波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線を照射し、
前記加熱温度と、前記赤外線の照射強度を選択的に組み合わせることによって、前記シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を制御する
ことを特徴とするウェーハ処理方法。
（付記２） 前記赤外線の照射強度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを第１の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを、第１の温度よりも高い第２の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とする付記１に記載のウェーハ処理方法。
（付記３） 前記シリコンウェーハの加熱温度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記赤外線を第１の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記第１の強度よりも強い第２の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とする付記１に記載のウェーハ処理方法。
（付記４） 前記加熱／照射処理に先立ち、前記シリコンウェーハ中に、大きさが１０ｎｍ程度、密度が１×１０7個／ｃｍ3以上の初期酸素析出物を形成する工程
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ処理方法。
（付記５） 前記赤外線の照射は、前記赤外線ビームを前記シリコンウェーハ上の任意の点に走査する工程を含むことを特徴とする付記１に記載のウェーハ処理方法。
（付記６） 酸素を含むシリコンウェーハを加熱しながら、波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線を照射し、前記加熱温度と、前記赤外線の照射強度を選択的に組み合わせることによって、前記シリコンウェーハの所定の箇所で、酸素析出物の量を制御し、
前記加熱／照射処理したシリコンウェーハに、半導体素子を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記７） 前記加熱／照射処理は、前記半導体素子の形成に先立って行われる
ことを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記８） 前記加熱／照射処理は、前記半導体素子の形成過程で行われる
ことを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記加熱／照射処理は、前記半導体素子のゲート絶縁膜形成工程より以前に行われることを特徴とする付記６または８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０） 前記加熱／処理工程において、
前記赤外線の照射強度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを第１の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを、第１の温度よりも高い第２の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記加熱／照射工程において、
前記シリコンウェーハの加熱温度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記赤外線を第１の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記第１の強度よりも強い第２の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２） 赤外線ビームを照射する赤外線照射源と、
加熱処理チャンバと、
前記加熱処理チャンバ内でシリコンウェーハを保持する保持部と、
前記加熱処理チャンバに設けられ、前記赤外線ビームを透過させる材料で形成される入射窓と、
を備え、
前記処理チャンバの加熱温度と、前記赤外線の照射強度の少なくとも一方を変更可能に構成して、前記シリコンウェーハ内の酸素析出物の形成を制御する
ことを特徴とするウェーハ処理装置。
１０ シリコンウェーハ
１１ 酸素析出物
１２ 界面
２１ レーザ照射源（炭酸ガスレーザ）
２５ 赤外線ビーム透過窓（ＺｎＳｅ窓）
２６ アニール炉
２８ フラッシュランプ
１１ 酸素析出物
１２ 界面
２１ レーザ照射源（炭酸ガスレーザ）
２５ 赤外線ビーム透過窓（ＺｎＳｅ窓）
２６ アニール炉
２８ フラッシュランプ
Claims (4)
- 酸素を含むシリコンウェーハを加熱しつつ波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線を照射し、
前記赤外線の照射強度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを第１の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを、第１の温度よりも高い第２の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とするウェーハ処理方法。 - 酸素を含むシリコンウェーハを加熱しつつ波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線を照射し、
前記シリコンウェーハの加熱温度を一定に設定し、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記赤外線を第１の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、
前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記第１の強度よりも強い第２の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とするウェーハ処理方法。 - 波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線ビームを照射する赤外線照射源と、
加熱処理チャンバと、
前記加熱処理チャンバ内でシリコンウェーハを保持する保持部と、
前記加熱処理チャンバに設けられ、前記赤外線ビームを透過させる材料で形成される入射窓と、を備え、
前記赤外線の照射強度を一定に設定し、前記シリコンウェーハを第１の温度で加熱しつつ赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、前記シリコンウェーハを、第１の温度よりも高い第２の温度で加熱しつつ前記赤外線を照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とするウェーハ処理装置。 - 波長が７μｍ〜２５μｍの赤外線ビームを照射する赤外線照射源と、
加熱処理チャンバと、
前記加熱処理チャンバ内でシリコンウェーハを保持する保持部と、
前記加熱処理チャンバに設けられ、前記赤外線ビームを透過させる材料で形成される入射窓と、を備え、
前記シリコンウェーハの加熱温度を一定に設定し、前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記赤外線を第１の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物を増大させ、前記シリコンウェーハを前記設定温度で加熱しつつ、前記第１の強度よりも強い第２の強度で照射することによって、シリコンウェーハ中の酸素析出物の形成を抑制する
ことを特徴とするウェーハ処理装置。
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