JP6163442B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6163442B2
JP6163442B2 JP2014043220A JP2014043220A JP6163442B2 JP 6163442 B2 JP6163442 B2 JP 6163442B2 JP 2014043220 A JP2014043220 A JP 2014043220A JP 2014043220 A JP2014043220 A JP 2014043220A JP 6163442 B2 JP6163442 B2 JP 6163442B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wafer
microwave
chamber
heating means
electromagnetic wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014043220A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015170662A (ja
Inventor
須黒　恭一
恭一 須黒
宮下　直人
直人 宮下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2014043220A priority Critical patent/JP6163442B2/ja
Priority to US14/465,247 priority patent/US20150255317A1/en
Publication of JP2015170662A publication Critical patent/JP2015170662A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6163442B2 publication Critical patent/JP6163442B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02447—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/6447—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors
    • H05B6/645—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors using temperature sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/707—Feed lines using waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の微細化に伴い、種々の半導体製造プロセスにおけるプロセス温度の低温化が求められている。そこで、不純物の活性化、アモルファスの結晶化、シリサイド（ケイ素と金属の化合物）の形成などにマイクロ波を使用することが提案されている。しかしながら、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、マイクロ波の一部が金属層により吸収または反射されるなどの理由で、マイクロ波で加熱したい領域が十分に加熱されない可能性がある。そのため、加熱対象領域を十分に加熱するための消費電力が増大してしまうという問題があった。
特開２０１２−２３４８６４号公報
マイクロ波によるウエハの加熱を低消費電力化できる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
本実施形態に係る半導体製造装置は、支持部と、チャンバと、マイクロ波発生器と、導波管と、補助加熱手段とを備える。支持部は、ウエハを支持する。チャンバは、支持部を収容する。マイクロ波発生器は、マイクロ波を発生させる。導波管は、ウエハの表面にマイクロ波が照射されるようにチャンバに取り付けられる。補助加熱手段は、マイクロ波より短い波長の電磁波によりウエハを加熱する。導波管は、ウエハの表面または裏面で反射されたマイクロ波をチャンバの側面部に到達させ、該チャンバの側面部で反射したマイクロ波を再びウエハに照射するように、ウエハの表面又は裏面に対して非垂直な方向に前記マイクロ波を照射する。
第１実施形態に係る半導体製造装置を示す概略構成図。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 第２実施形態に係る半導体装置の第１のチャンバを示す概略構成図。 第２実施形態に係る半導体装置の第２のチャンバを示す概略構成図。 第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置を示す概略構成図である。図１の半導体製造装置は、支持部１１と、チャンバ１２と、マイクロ波発生器１３と、導波管１４と、温度計１５と、冷却器１６と、補助加熱手段１７と、を備えている。
支持部１１は、ウエハ１を支持するための機構であり、石英サセプタ１１ａと、複数本の支持ピン１１ｂと、回転シャフト１１ｃとを備えている。石英サセプタ１１ａは、透明部材である石英で形成されている。支持ピン１１ｂは、石英サセプタ１１ａの表面から突出しており、矢印Ａのように、ウエハ１を上下方向に昇降させることができる。回転シャフト１１ｃは、石英サセプタ１１ａの裏面に取り付けられており、矢印Ｂのように、ウエハ１を水平面内で回転させることができる。
図１のウエハ１は、基板１ａと、基板１ａ上に形成された１層以上の被加工層１ｂと、被加工層１ｂに含まれる１層以上の金属層１ｃとを備えている。基板１ａは、例えば、シリコン基板、ＧａＮ基板またはＧａＮをＳｉ基板上に形成したＳｉ基板、ＳｉＣ基板またはＳｉＣをＳｉ基板上に形成した基板などの半導体基板である。被加工層１ｂは、例えば、層間絶縁膜、素子分離絶縁膜、電極層、配線層などである。金属層１ｃは、例えば、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１の表面、すなわち、ウエハ１の被加工層１ｂ側の面を示す。符号Ｓ２は、ウエハ１の裏面、すなわち、ウエハ１の基板１ａ側の面を示す。本実施形態のウエハ１は、表面Ｓ１を上向き、裏面Ｓ２を下向きにして、支持部１１上に設置されている。本実施形態の支持部１１は、ウエハ１の裏面Ｓ２を支持している。
図１は、ウエハ１の表面Ｓ１及び裏面Ｓ２に平行で、互いに垂直なＸ方向及びＹ方向と、ウエハ１の表面Ｓ１及び裏面Ｓ２に垂直なＺ方向とを示している。本明細書において、＋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１ａと被加工層１ｂとの位置関係は、基板１ａが被加工層１ｂの下方に位置していると表現される。
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１が支持部１１上に設置されている。チャンバ１２は、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、及びＳＵＳ（ステンレス鋼）などにより構成される。
チャンバ１２は、支持部１１上のウエハ１の温度を測定するための窓部１２ａを有している。窓部１２ａは、石英またはサファイアなどの透明部材で形成されている。
チャンバ１２の内壁面１２ｂは、約１〜１０μｍの厚さの非金属材料により被覆されている。非金属材料として、絶縁性の材料又は低い導電性を有する材料が用いられ、例えば、シリカ（酸化ケイ素）やポリイミドなどが挙げられる。この非金属材料による被覆によりウエハ１への金属汚染を防止することができることが確認された。
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、次に示す周波数範囲の内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、２．４５〜３０ＧＨｚの周波数帯、好ましくは５．８０ＧＨｚ以上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、５．８０ＧＨｚ〜１４ＧＨｚの範囲に設定され得る。
導波管１４は、マイクロ波発生器１３から発生したマイクロ波をＫ方向に射出するようにチャンバ１２に取り付けられており、Ｋ方向に射出されたマイクロ波をウエハ１の表面Ｓ１に照射する。図１において、Ｋ方向は、ウエハ１の表面Ｓ１及び裏面Ｓ２に対して非垂直な方向である。そのため、Ｋ方向は、Ｚ方向に非平行である。Ｋ方向は、ウエハ１の表面Ｓ１及び裏面Ｓ２に対して垂直な方向であってもよい。
導波管１４の数、取り付ける位置、取り付け方法は任意に設計することができる。例えば、導波管１４は、ウエハ１の表面Ｓ１にマイクロ波を均一に照射できるように、複数設けられるのが好ましい。また、導波管１４は、図１に示すように、チャンバ１２の側面に取り付けられてもよいし、チャンバ１２の上面に取り付けられてもよい。さらに、導波管１４は、チャンバ１２に直接的に取り付けられていてもよいし、チャンバ１２に他の部材などを介して間接的に取り付けられていてもよい。
符号Ｌは、導波管１４の中心軸を示す。本実施形態の中心軸Ｌは、Ｋ方向に対して平行に設定されている。その結果、本実施形態の導波管１４は、マイクロ波をＫ方向に出射する。符号θは、ウエハ１の表面Ｓ１及び裏面Ｓ２に対するＫ方向の角度を示す。本実施形態の角度θは、０度≦θ≦９０度、好ましくは９０度未満である。
温度計１５は、ウエハ１の裏面Ｓ２に赤外線を照射しし、反射された光の強度を測定することにより温度を測定できる放射温度計（パイロメータ）である。本実施形態の温度計１５ａは、ウエハ１から放射された電磁波（光）を、窓部１２ａを介して測定することで、ウエハ１の温度を測定する。温度計１５ａとウエハ１との間にある構造物によりウエハ１の裏面Ｓ２に赤外線を照射できない場合には、光ファイバにより接続された温度計１５ａの先端部が、図１の矢印Ｍの方向に移動して、赤外線を照射可能なように位置決めする。温度計１５ｂは、ウエハ１の中心から径方向に距離が異なる複数箇所で、ウエハ１の温度を測定可能なように配置されている。温度計１５による温度の測定結果は、例えば、支持ピン１１ｂの位置、回転シャフト１１ｃの回転、マイクロ波発生器１５の動作、冷却器１６の動作などの制御用に利用される。
冷却器１６は、ウエハ１を冷却したり、プロセスを実行したりするための、ガス供給器である。冷却器１６は、シャワーのように複数の開口部を有するノズル１６ａを介して、ガス供給器１６ｂ，１６ｄからAr、Ne、He、Xe、N2などの不活性ガスを、ウエハ１の表面Ｓ１に均一に供給する。ノズル１６ａとガス供給器１６ｂ，１６ｄとの間はバルブ１６ｃ，１６ｅにより開閉される。図１において、半導体製造装置は冷却器１６を１つ備えるが、複数備える構成も可能である。
補助加熱手段１７は、マイクロ波発生器１３が発生させるマイクロ波よりも波長が短い電磁波を発生させ、当該電磁波をウエハ１に照射することによりウエハ１を加熱する。ここでいうマイクロ波とは、波長が１００μｍ〜１ｍ（周波数が３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚ）の電磁波である。したがって、マイクロ波よりも波長が短い電磁波には、例えば、赤外線、可視光、紫外線などの光が含まれる。図１の補助加熱手段１７は石英サセプタ１１ａの裏面に配置されたホットプレートであり、遠赤外線によりウエハ１を加熱する。なお、補助加熱手段１７として、ホットプレートの代わりに、ハロゲンランプ、アークランプ、及びレーザ装置などを用いることも可能である。補助加熱手段１７は、使用される手段に応じた適切な位置に配置される。
以上説明したとおり、本実施形態に係る半導体製造装置によれば、ウエハ１を導波管１４から照射されるマイクロ波及び補助加熱手段１７から照射されるマイクロ波より波長の短い光などの電磁波により加熱することができる。したがって、ウエハ１を所望の温度まで加熱する際、補助加熱手段１７によるウエハ１の加熱を併用することにより、ウエハ１を加熱するためのマイクロ波の出力を低下させ、消費電力を削減することができる。
また、従来の一般的な半導体製造装置は、マイクロ波を−Ｚ方向に出射し、−Ｚ方向に出射されたマイクロ波をウエハ１の表面Ｓ１に照射する。すなわち、マイクロ波はウエハ１の表面Ｓ１に対して垂直な方向に照射される。よって、ウエハ１の表面Ｓ１でマイクロ波が反射される際、マイクロ波は主に＋Ｚ方向に反射される。＋Ｚ方向に反射されたマイクロ波は、チャンバ１２の上部に到達する。一般に、チャンバ１２の上部には多くの機器が配置されているため、チャンバ１２の上部に到達するマイクロ波は、様々な方向に反射されてしまう。したがって、チャンバ１２の上部に到達したマイクロ波の多くは、再びウエハ１に照射されることはない。
一方、本実施形態の半導体製造装置は、マイクロ波をＫ方向に出射し、Ｋ方向に出射されたマイクロ波をウエハ１の表面Ｓ１に照射する。Ｋ方向をウエハ１の表面Ｓ１に対して非垂直な方向に設定することにより、マイクロ波はウエハ１の表面Ｓ１に対して非垂直な方向に照射される。この場合、ウエハ１の表面Ｓ１で反射されたマイクロ波は、主にチャンバ１２の側面部に到達する。一般に、チャンバ１２の側面部には機器がほとんど配置されていないため、チャンバ１２の側面部に到達したマイクロ波の多くは、チャンバ１２の内壁面１２ｂで繰り返し反射する。したがって、チャンバ１２の側面部に到達するマイクロ波の多くを、再びウエハ１に照射することができる。
これにより、本実施形態によれば、ウエハ１が金属層１ｃを含む場合であっても、同じマイクロ波をウエハ１に繰り返し照射することにより、ウエハ１を少ない消費電力で加熱することができるとともに、ウエハ１の様々な領域に様々な方向からマイクロ波が照射されるため、ウエハ１を均一に加熱することができる。
なお、本実施形態の導波管１４の位置、角度、形状は、各導波管１４から出射されたマイクロ波が、再び同じ導波管１４や別の導波管１４に戻ってこないように設計することが望ましい。
さらに、従来の一般的な半導体製造装置は、チャンバ１２の内壁面１２ｂが非金属材料により被覆されていなかったため、ウエハ１を加熱した際、チャンバ１２を構成するＡｌなどの金属原子が内壁面１２ｂから脱離してチャンバ１２内を浮遊し、ウエハ１に付着するおそれがあった。例えば、従来の半導体製造装置によりウエハ１に６００℃〜８００℃のマイクロ波アニール処理を施した場合、ウエハ１の表面Ｓ１に１Ｅ１０ｃｍ−２オーダーの金属汚染が検出されることがあった。このような金属汚染は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサの白傷という欠陥の原因となる。
一方、本実施形態に係る半導体製造装置は、チャンバ１２の内壁面が非金属材料により被覆されているため、ウエハ１を加熱した際、チャンバ１２を構成するＡｌなどの金属原子が内壁面１２ｂから脱離することが抑制される。したがって、ウエハ１の金属汚染を抑制することができる。例えば、本実施形態に係る半導体製造装置により、ウエハ１に６００℃〜８００℃のマイクロ波アニール処理を施した場合、ウエハ１の表面Ｓ１の金属汚染は１Ｅ８ｃｍ−２以下（ＩＣＰ−ＭＡＳＳにより検出不能）のレベルに低減することができる。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサの白傷を大幅に抑制することができる。
なお、本実施形態に係る半導体製造装置は、半導体装置の任意の加熱処理に用いることが可能であり、例えば、アモルファス材料の結晶化及び結晶粒成長、半導体パターンの結晶欠陥回復、シリサイド（金属とケイ素との化合物），Ｗプラグ，Ｃｕ配線などの低抵抗化、コンタクト抵抗の低抵抗化、絶縁膜の膜質改善、トランジスタの界面準位及び固定電荷の低減のための加熱処理に用いることができる。
次に、図１の半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法について図２を参照して説明する。ここで、図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。以下では、ウエハ１の被加工層１ｂとして成膜されたアモルファスＳｉから、加熱処理により多結晶Ｓｉを形成する方法について説明する。なお、アモルファスＳｉとは、非結晶性のケイ素化合物であり、多結晶Ｓｉとは、結晶性のケイ素化合物である。
まず、チャンバ１２内に、被加工層１ｂとしてアモルファスＳｉ膜が成膜されたウエハ１を搬入し、支持台１１上にウエハ１を設置する（ステップＳ１）。このとき、ウエハ１は、表面Ｓ１を上向き、裏面Ｓ２を下向きにして、支持部１１上に設置される。ただし、ウェハ１を、表面Ｓ１を下向き、裏面Ｓ２を上向きにして、支持部１１上に設置してもよい。
次に、補助加熱手段１７によりウエハ１の表面Ｓ１に遠赤外線などのマイクロ波より波長が短い光などの電磁波を照射し、ウエハ１を２００℃〜４００℃で加熱する。また、補助加熱手段１７による加熱と同時に、マイクロ波発生器１３からマイクロ波を発生させ、導波管１４からマイクロ波をＫ方向に出射する。これにより、マイクロ波がウエハ１の表面Ｓ１に照射され、ウエハ１がマイクロ波の熱によりアニールされる（ステップＳ２）。マイクロ波の出力は、マイクロ波と光などの電磁波との重畳加熱により、ウエハ１の温度が７００℃以上となるように設定される。なお、ウェハ１の裏面Ｓ２を上向きにして設置する場合は、マイクロ波は裏面Ｓ２に照射される。
これにより、ウエハ１の被加工層１ｂとして形成されたアモルファスＳｉ中に結晶核が形成される。ウエハ１の加熱時間は、被加工層１ｂの厚さに応じて設定され、例えば、被加工層１ｂの厚さが１０ｎｍ以下の場合、１０秒〜６０秒とされる。
アモルファスＳｉ中に結晶核が形成された後、補助加熱手段１７による電磁波の出力を低下させ、マイクロ波の照射を継続する（ステップＳ３）。ここでいう電磁波の出力の低下には、補助加熱手段１７による加熱の終了、すなわち、電磁波の出力を０にすることが含まれる。
結晶核の形成後にウエハ１にマイクロ波を照射することにより、アモルファスＳｉ中に存在する不規則原子配列による電子分極にねじれ振動が発生し、Ｓｉの共有結合の組み替えや微少な位置移動が生じる。これにより、結晶核を起点にしてＳｉ結晶が高速で成長し、結晶粒が拡大する。したがって、短時間で多結晶Ｓｉを形成することができる。非加工層１ｂの厚さが１０ｎｍ以下の場合、マイクロ波の照射により、例えば、ウエハ１の表面Ｓ１と平行な方向の粒径が３００ｎｍ以上のＳｉ結晶に成長させることができる。
この際、補助加熱手段１７による電磁波の出力を低下させることにより、結晶核密度を制御することができる。ステップＳ２における補助加熱手段１７による加熱を継続すると、結晶核密度が高まり、個々の結晶の成長が阻害されるおそれがある。しかし、上述のように、ステップＳ３の結晶成長工程において、補助加熱手段１７による電磁波の出力を低下させることにより、結晶核密度を制御し、所望の結晶核密度を実現することができる。
なお、ステップＳ２，Ｓ３の処理の間、回転シャフト１１ｃを回転させることで、ウエハ１を回転させてもよい。これにより、ウエハ１をより均一に加熱することができる。また、ステップＳ２，Ｓ３の処理の間、温度計１５によりウエハ１の温度を測定してもよいし、冷却器１６によりウエハ１を冷却してもよい。
従来の半導体製造装置は、補助加熱手段を備えなかったため、アモルファスＳｉ中に結晶核を形成するための加熱工程において、マイクロ波のみによりウエハ１を７００℃以上に加熱しなければならず、加熱に必要なマイクロ波の出力が増大し、消費電力が大きくなった。しかしながら、本実施形態によれば、マイクロ波による加熱と、マイクロ波より波長が短い光などの電磁波による加熱とが併用されるため、マイクロ波による加熱を低消費電力化することができる。
また、ウエハ１の表面Ｓ１に対して非垂直な方向でマイクロ波を照射することにより、ウエハ１を均一に加熱することができる。さらに、チャンバ１２の内壁面１２ｂが非金属材料により被覆された半導体製造装置を用いることにより、ステップＳ２，Ｓ３の加熱工程におけるウエハ１の金属汚染を抑制することができる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る半導体製造装置について図３，図４を参照して説明する。本実施形態に係る半導体製造装置は、第１のチャンバ１１２と第２のチャンバ２１２とを備える。ここで、図３は第１のチャンバ１１２を示す概略構成図であり、図４は第２のチャンバ２１２を示す概略構成図である。
第１のチャンバ１１２は、図３に示すように、支持部１１と、温度計１５と、冷却器１６と、加熱手段１８と、を備える。支持部１１、温度計１５、及び冷却器１６の構成は、第１実施形態に係る半導体製造装置と同様である。
第１のチャンバ１１２は、支持部１１を収容している。図３においては、第１のチャンバ１１２内に搬入されたウエハ１が支持部１１上に設置されている。第１のチャンバ１１２は、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、及びＳＵＳ（ステンレス鋼）などにより構成される。
第１のチャンバ１２は、支持部１１上のウエハ１の温度を測定するための窓部１２ａを有している。窓部１２ａは、石英またはサファイアなどの透明部材で形成されている。
第１のチャンバ１２の内壁面１１２ｂは、約１〜１０μｍの厚さの非金属材料により被覆されている。非金属材料として、絶縁性の材料又は低い導電性を有する材料が用いられ、例えば、シリカ（酸化ケイ素）やポリイミドなどが挙げられる。
加熱手段１８（第１の加熱手段）は、マイクロ波よりも波長が短い光などの電磁波を発生させ、当該電磁波をウエハ１に照射することによりウエハ１を例えば７００℃まで加熱する。加熱手段１８として、ハロゲンランプ、アークランプ、及びレーザ装置などを用いることが可能である。レーザ装置を用いる場合、加熱対象であるウエハ１の被加工層１ｂの厚さによりレーザの波長を選択する。例えば、被加工層１ｂの厚さが１００ｎｍ以下の場合、ＸｅＣｌやＫｒＦを用いたエキシマレーザ、１００ｎｍ〜１μｍの場合、ＹＡＧなどを用いた固体レーザ、１μｍ以上の場合、ＣＯ２レーザが用いられる。加熱手段１８は、使用される手段に応じた適切な位置に配置される。
第２のチャンバ２１２は、図４に示すように、支持部１１と、マイクロ波発生器１３及び導波管１４（第２の加熱手段）と、温度計１５と、冷却器１６と、を備えている。支持部１１、マイクロ波発生器１３、導波管１４、温度計１５、及び冷却器１６の構成は、第１実施形態に係る半導体製造装置と同様である。
第２のチャンバ２１２は、支持部１１を収容している。図４においては、第２のチャンバ２１２内に搬入されたウエハ１が支持部１１上に設置されている。第２のチャンバ２１２は、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、及びＳＵＳ（ステンレス鋼）などにより構成される。
第２のチャンバ２１２は、支持部１１上のウエハ１の温度を測定するための窓部１２ａを有している。窓部１２ａは、石英またはサファイアなどの透明部材で形成されている。
第２のチャンバ２２の内壁面２１２ｂは、約１〜１０μｍの厚さの非金属材料により被覆されている。非金属材料として、絶縁性の材料又は低い導電性を有する材料が用いられ、例えば、シリカ（酸化ケイ素）やポリイミドなどが挙げられる。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１のチャンバ１１２及び第２のチャンバ２１２の内壁面は非金属材料により被覆されているため、ウエハ１の加熱時における金属汚染を抑制することができる。
なお、第１のチャンバ１１２及び第２のチャンバ２１２は、単一の装置に組み込まれてもよいし、それぞれ別個の半導体製造装置として構成されてもよい。
次に、本実施形態に係る半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法について図５を参照して説明する。ここで、図５は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。以下では、ウエハ１の被加工層１ｂとして成膜されたアモルファスＳｉから多結晶Ｓｉを形成する方法について説明する。
まず、第１のチャンバ１１２内に、被加工層１ｂとしてアモルファスＳｉ膜が成膜されたウエハ１を搬入し、支持台１１上にウエハ１を設置する（ステップＳ４）。このとき、ウエハ１は、表面Ｓ１を上向き、裏面Ｓ２を下向きにして、支持部１１上に設置される。
次に、加熱手段１８によりウエハ１に光などの電磁波を照射し、ウエハ１を７００℃まで加熱する（ステップＳ５）。これにより、ウエハ１の被加工層１ｂとして形成されたアモルファスＳｉ中に結晶核が形成される。ウエハ１の加熱時間は、被加工層１ｂの厚さに応じて設定される。
アモルファスＳｉ中に結晶核が形成された後、ウエハ１を第２のチャンバ１１２内に搬入し、支持台１１上に設置する（ステップＳ６）。このとき、ウエハ１は、表面Ｓ１を上向き、裏面Ｓ２を下向きにして、支持部１１上に設置される。
次に、マイクロ波発生器１３からマイクロ波を発生させ、導波管１４からマイクロ波をＫ方向に出射する。これにより、マイクロ波がウエハ１の表面Ｓ１に照射され、ウエハ１がマイクロ波の熱によりアニールされる（ステップＳ７）。
結晶核の形成後にウエハ１にマイクロ波を照射することにより、アモルファスＳｉ中に存在する不規則原子配列による電子分極にねじれ振動が発生し、Ｓｉの共有結合の組み替えや微少な位置移動が生じる。これにより、結晶核を起点にしてＳｉ結晶が高速で成長し、結晶粒が拡大する。したがって、短時間で多結晶Ｓｉを形成することができる。非加工層１ｂの厚さが１０ｎｍ以下の場合、マイクロ波の照射により、例えば、ウエハ１の表面Ｓ１と平行な方向の粒径が３００ｎｍ以上のＳｉ結晶に成長させることができる。
以上説明したとおり、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、マイクロ波の照射は、アモルファスＳｉの結晶核の形成工程には用いられず、結晶核の成長工程にのみ用いられる。これにより、必要とされるマイクロ波の出力を低下させ、マイクロ波を発生させるための消費電力を削減することができる。
また、ウエハ１の表面Ｓ１に対して非垂直な方向でマイクロ波を照射することにより、ウエハ１を均一に加熱することができる。さらに、第１のチャンバ１１２及び第２のチャンバ２１２の内壁面が非金属材料により被覆されているため、ステップＳ５，Ｓ７の加熱工程におけるウエハ１の金属汚染を抑制することができる。
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１：：ウエハ、１ａ：基板、１ｂ：被加工層、１ｃ：金属層、１１：支持部、１１ａ：石英サセプタ、１１ｂ：支持ピン、１１ｃ：回転シャフト、１２：チャンバ、１２ａ：窓部、１２ｂ：内壁面、１３：マイクロ波発生器、１４：導波管、１５：温度計、１６：冷却器、１６ａ：ノズル、１６ｂ，ｄ：ガス供給器、１６ｃ，ｅ：バルブ、１７：補助加熱手段、１１２：第１のチャンバ、２１２：第２のチャンバ

Claims (9)

  1. ウエハを支持する支持部と、
    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、
    前記ウエハの表面又は裏面に前記マイクロ波が照射されるように前記チャンバに取り付けられた導波管と、
    前記マイクロ波より短い波長の電磁波により前記ウエハを加熱する補助加熱手段と、
    を備え、
    前記導波管は、前記ウエハの表面または裏面で反射されたマイクロ波を前記チャンバの側面部に到達させ、該チャンバの側面部で反射したマイクロ波を再びウエハに照射するように、前記ウエハの表面又は裏面に対して非垂直な方向に前記マイクロ波を照射する、半導体製造装置。
  2. 前記補助加熱手段は、ホットプレート、ハロゲンランプ、アークランプ、及びレーザ装置のいずれか１つである
    請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 前記チャンバの内壁は、非金属材料により被覆された
    請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
  4. チャンバ内の支持部上にウエハを設置し、
    マイクロ波発生器からマイクロ波を発生させ、前記チャンバに取り付けられた導波管から、前記ウエハの表面または裏面で反射されたマイクロ波を前記チャンバの側面部に到達させかつ該チャンバの側面部で反射したマイクロ波を再びウエハに照射するように前記ウエハの表面又は裏面に対して非垂直な方向に前記マイクロ波を照射するとともに、補助加熱手段から前記マイクロ波より波長が短い電磁波を前記ウエハに照射することにより、前記ウエハを加熱する
    ことを含む半導体装置の製造方法。
  5. 前記マイクロ波及び前記マイクロ波より波長が短い電磁波により、前記ウエハを７００℃以上の温度まで加熱する
    請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記マイクロ波及び前記マイクロ波より波長が短い電磁波により前記ウエハを加熱した後、前記マイクロ波より波長が短い電磁波の出力を低下させ、前記マイクロ波の照射を継続する
    請求項４又は請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記補助加熱手段は、ホットプレート、ハロゲンランプ、アークランプ、及びレーザ装置のいずれか１つである
    請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. チャンバ内にウエハを設置し、
    前記チャンバ内に設けられた第１の加熱手段からマイクロ波より波長が短い電磁波を発生させ、当該電磁波を前記ウエハに照射した後、第２の加熱手段からからマイクロ波を発生させ、前記ウエハの表面または裏面で反射されたマイクロ波を前記チャンバの側面部に到達させかつ該チャンバの側面部で反射したマイクロ波を再びウエハに照射するように当該マイクロ波を前記ウエハの表面又は裏面に対して非垂直な方向に照射する
    半導体装置の製造方法。
  9. 前記導波管から前記ウエハの表面にマイクロ波が照射され、前記補助加熱手段は前記ウエハの裏面側に配置されることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
JP2014043220A 2014-03-05 2014-03-05 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 Active JP6163442B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014043220A JP6163442B2 (ja) 2014-03-05 2014-03-05 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
US14/465,247 US20150255317A1 (en) 2014-03-05 2014-08-21 Semiconductor manufacturing equipment and manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014043220A JP6163442B2 (ja) 2014-03-05 2014-03-05 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015170662A JP2015170662A (ja) 2015-09-28
JP6163442B2 true JP6163442B2 (ja) 2017-07-12

Family

ID=54018077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014043220A Active JP6163442B2 (ja) 2014-03-05 2014-03-05 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150255317A1 (ja)
JP (1) JP6163442B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9129918B2 (en) * 2013-10-30 2015-09-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Systems and methods for annealing semiconductor structures
JP6596285B2 (ja) 2015-09-24 2019-10-23 東芝メモリ株式会社 マイクロ波照射装置および基板処理方法
US20180142355A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 Adnanotek Corp. System integrating atomic layer deposition and reactive ion etching
WO2018163386A1 (ja) 2017-03-09 2018-09-13 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
CN107706127A (zh) * 2017-07-18 2018-02-16 中国科学院微电子研究所 一种混合退火装置及退火方法
IT201700106479A1 (it) * 2017-09-22 2019-03-22 Univ Degli Studi Roma La Sapienza Gruppo per la deposizione di nanostrutture di silicio
CN115346891A (zh) 2021-05-14 2022-11-15 日扬科技股份有限公司 整合雷射与微波的退火系统及退火方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2510157B2 (ja) * 1986-03-31 1996-06-26 キヤノン株式会社 半導体の改質処理方法
US5103182A (en) * 1990-04-02 1992-04-07 Texas Instruments Incorporated Electromagnetic wave measurement of conductive layers of a semiconductor wafer during processing in a fabrication chamber
US6172322B1 (en) * 1997-11-07 2001-01-09 Applied Technology, Inc. Annealing an amorphous film using microwave energy
KR100382725B1 (ko) * 2000-11-24 2003-05-09 삼성전자주식회사 클러스터화된 플라즈마 장치에서의 반도체소자의 제조방법
JP2005044822A (ja) * 2003-07-22 2005-02-17 Shibaura Mechatronics Corp プラズマ処理装置
JP4965849B2 (ja) * 2004-11-04 2012-07-04 東京エレクトロン株式会社 絶縁膜形成方法およびコンピュータ記録媒体
JP2006339253A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Toshiba Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
CN101213643A (zh) * 2006-01-31 2008-07-02 东京毅力科创株式会社 微波等离子体处理装置
JP2008243965A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Toshiyuki Takamatsu 半導体処理装置および半導体処理方法
WO2009081796A1 (ja) * 2007-12-20 2009-07-02 Konica Minolta Holdings, Inc. 電子デバイスおよび電子デバイスの製造方法
US20110254078A1 (en) * 2008-09-30 2011-10-20 Tokyo Electron Limited Method for depositing silicon nitride film, computer-readable storage medium, and plasma cvd device
JP2011066254A (ja) * 2009-09-18 2011-03-31 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP5433462B2 (ja) * 2010-03-03 2014-03-05 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
JP2013251361A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 Tokyo Electron Ltd 半導体装置の製造方法およびアニール方法
JP2014032766A (ja) * 2012-08-01 2014-02-20 Tokyo Electron Ltd マイクロ波照射装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20150255317A1 (en) 2015-09-10
JP2015170662A (ja) 2015-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6163442B2 (ja) 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
JP6622844B2 (ja) 遠隔プラズマ源を使用する低温での選択的な酸化のための装置及び方法
TWI401731B (zh) 使用脈衝序列退火方法將薄膜固相再結晶的方法
JP6239559B2 (ja) 放射加熱された基板のクールダウンを向上させるための装置および方法
JP5738814B2 (ja) マイクロ波アニール装置及び半導体装置の製造方法
JP2017212450A (ja) パルス列アニーリング方法および装置
US10381241B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
US20060228818A1 (en) Edge temperature compensation in thermal processing particularly useful for SOI wafers
TWI489554B (zh) 在ｄｓａ類型系統中用於矽雷射退火的適合短波長光
JP6134274B2 (ja) 半導体製造装置および半導体装置の製造方法
JP2011040544A (ja) 熱処理装置及び半導体装置の製造方法
JP4270457B2 (ja) 有機物除去装置および膜厚測定装置
TW201421545A (zh) 被處理體的處理方法
TWI793283B (zh) 熱處理系統中用於局部加熱的支承板
JPH09237764A (ja) 輻射加熱装置および加熱方法
JPWO2020188675A1 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP5021347B2 (ja) 熱処理装置
KR100856432B1 (ko) 웨이퍼 온도 제어 방법, 장치, 시스템 및 제품
TWI535901B (zh) 矽晶圓及其製造方法
JP2000173946A (ja) 基板熱処理方法および基板熱処理装置
JP2015122399A (ja) 半導体製造装置および半導体装置の製造方法
WO2019150549A1 (ja) レーザ処理装置、レーザ処理方法及び半導体装置の製造方法
CN109473340A (zh) 一种低温多晶硅的制备方法及微波加热设备
JP2003100651A (ja) 基板熱処理装置
JP2022182381A (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板処理方法およびプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170106

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170213

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170523

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170619

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6163442

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350