JP6383281B2

JP6383281B2 - 熱処理方法

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Publication number: JP6383281B2
Application number: JP2014253779A
Authority: JP
Inventors: 隆泰山田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2018-08-29
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Description

本発明は、多結晶シリコンのダミーゲートが形成された半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）にフラッシュ光を照射して当該ダミーゲートを加熱する熱処理方法に関する。

近年、リーク電流の大幅な低減を目的として高誘電率ゲート絶縁膜(High-kゲート絶縁膜)とメタルゲートとを組み合わせたゲートスタック構造を有するトランジスタの開発が進められている。このようなトランジスタの製造方法としては、ゲートファーストプロセスとゲートラストプロセスとが知られている。ゲートファーストプロセスは、最初にゲート絶縁膜とゲート電極とを形成し、その後にソースおよびドレインを形成するプロセスである。このゲートファーストプロセスは、従来より最も一般的なトランジスタ製造方法として採用されているものである。

ところが、高誘電率ゲート絶縁膜のトランジスタにゲートファーストプロセスを適用すると、高誘電率ゲート絶縁膜とメタルゲートとを形成してからソース・ドレイン形成のための比較的高温の熱処理を行うこととなるため、高誘電率ゲート絶縁膜に欠陥が生じやすくなるという問題があった。このため、ソースおよびドレインを形成した後に、最後にゲート絶縁膜とゲート電極とを形成するゲートラストプロセスの採用が検討されている。

ゲートラストプロセスでは、まずポリシリコン（多結晶シリコン）等のダミーゲートを形成してソースおよびドレインを形成した後にダミーゲートを除去する（例えば、特許文献１参照）。そして、ダミーゲートを除去することによって生じた溝部分にメタル材料を埋め込むことにより、メタルゲートを形成する。

ゲートラストプロセスは、ゲートファーストプロセスに比較して工程数が増えるものの、高誘電率ゲート絶縁膜およびメタルゲート形成後に高温の熱処理がないため、高誘電率ゲート絶縁膜に欠陥が生じるのを抑制することができるというメリットを有する。

特開２０１４−２２０４９６号公報

しかしながら、従来のゲートラストプロセスにおいては、ソースおよびドレインの形成後に、シリコンのダミーゲートを除去することが容易ではなく、十分にダミーゲートを除去しきれないという問題が生じていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ダミーゲートを高い精度にて除去することができる熱処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、多結晶シリコンのダミーゲートが形成された基板にフラッシュ光を照射して当該ダミーゲートを加熱する熱処理方法において、前記基板の表面に、分光分布にて波長２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にピークを有するフラッシュ光を照射して前記ダミーゲートのシリコンの結晶粒を粒成長させるフラッシュ照射工程と、前記基板の表面に薬液を供給して前記ダミーゲートを剥離する剥離工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、多結晶シリコンのダミーゲートが形成された基板にフラッシュ光を照射して当該ダミーゲートを加熱する熱処理方法において、前記基板の表面に、分光分布にて波長５００ｎｍに対する波長３００ｎｍの相対強度が２０％以上であるフラッシュ光を照射して前記ダミーゲートのシリコンの結晶粒を粒成長させるフラッシュ照射工程と、前記基板の表面に薬液を供給して前記ダミーゲートを剥離する剥離工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、紫外域の波長成分が多く含まれるフラッシュ光を照射することにより、短波長の光に対して高い吸収率を有する多結晶シリコンのダミーゲートが効率良くフラッシュ光を吸収して昇温し、シリコンの結晶粒が粒成長して剥離工程での剥離性が向上し、その結果ダミーゲートを高い精度にて除去することができる。

本発明に係る熱処理装置の要部構成を示す図である。フラッシュランプの駆動回路を示す図である。フラッシュランプから放射されるフラッシュ光の分光分布を示す図である。ゲートラストプロセスによる基板の概略処理手順を示すフローチャートである。本発明に係るダミーゲートの剥離処理の手順を示すフローチャートである。ダミーゲート周辺の構造を示す図である。フラッシュアニール前のダミーゲートの結晶粒を示す図である。フラッシュアニール後のダミーゲートの結晶粒を示す図である。ポリシリコンのダミーゲートが剥離された状態を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る熱処理装置１の要部構成を示す図である。熱処理装置１は、ゲートラストプロセスにおいてダミーゲートが形成された基板Ｗに対してフラッシュ光を照射して当該ダミーゲートの加熱処理を行うフラッシュランプアニール（ＦＬＡ）装置である。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

熱処理装置１は、基板Ｗを収容するチャンバー１０と、チャンバー１０内にて基板Ｗを載置して保持する保持プレート２１と、チャンバー１０から排気を行う排気部７７と、チャンバー１０内に不活性ガスを供給するガス供給部７４と、基板Ｗにフラッシュ光を照射するフラッシュ照射部６０と、を備えている。また、熱処理装置１は、これらの各部を制御してフラッシュ加熱処理を実行させる制御部９０を備える。

チャンバー１０は、フラッシュ照射部６０の下方に設けられており、基板Ｗを収容可能な筐体である。チャンバー１０の上部開口にはチャンバー窓６９が装着されて閉塞されている。チャンバー１０の側壁および底壁とチャンバー窓６９とによって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。チャンバー１０の天井部を構成するチャンバー窓６９は、合成石英により形成された板状部材であり、フラッシュ照射部６０から出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。合成石英は、波長３００ｎｍ以下の紫外域においても高い透過率を有する。

チャンバー１０の側壁には、基板Ｗの搬入および搬出を行うための搬送開口部６８が設けられている。搬送開口部６８は、図示を省略するシャッターによって開閉可能とされている。搬送開口部６８が開放されると、図外の搬送ロボットによってチャンバー１０に対する基板Ｗの搬入および搬出が可能となる。また、搬送開口部６８が閉鎖されると、熱処理空間６５が外部との通気が遮断された密閉空間となる。

保持プレート２１は、予備加熱機構２２を内蔵した金属製（例えば、アルミニウム）の略円板形状の部材であり、チャンバー１０内にて基板Ｗを載置して水平姿勢（主面の法線方向が鉛直方向に沿う姿勢）に保持する。予備加熱機構２２としては、例えばニクロム線等の抵抗発熱体を用いることができる。予備加熱機構２２は、少なくとも保持プレート２１のうちの載置する基板Ｗに対向する領域には均一な配設密度にて設けられている。このため予備加熱機構２２は、当該領域を均一に加熱することができる。

また、保持プレート２１の内部には熱電対を用いて構成された温度センサ２３が配設されている。温度センサ２３は保持プレート２１の上面近傍の温度を測定する。温度センサ２３による測定結果は制御部９０に伝達される。温度センサ２３によって測定される保持プレート２１の温度が予め設定された予備加熱温度となるように、制御部９０が予備加熱機構２２を制御する。すなわち、制御部９０は、温度センサ２３の測定結果に基づいて、保持プレート２１の温度をフィードバック制御する。なお、温度センサ２３は、保持プレート２１が載置する基板Ｗが対向する領域に複数設けるようにしても良い。

保持プレート２１の上面には、図示を省略する複数個（３個以上）のプロキシミティボールが配設されている。プロキシミティボールは、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の部材によって構成され、その上端が保持プレート２１の上面から微少量だけ突出する状態で配設される。このため、複数個のプロキシミティボールによって基板Ｗを支持したときには、基板Ｗの裏面と保持プレート２１の上面との間にいわゆるプロキシミティギャップと称される微小間隔が形成される。なお、保持プレート２１の上面に石英製のサセプタを設置し、そのサセプタを介して基板Ｗを支持するようにしても良い。

保持プレート２１には、その上面に出没する複数本（本実施の形態では３本）のリフトピン２４が設けられている。３本のリフトピン２４の上端高さ位置は同一水平面内に含まれる。３本のリフトピン２４はエアシリンダ２５によって一括して鉛直方向に沿って昇降される。各リフトピン２４は、保持プレート２１に上下に貫通して設けられた挿通孔の内側に沿って昇降する。エアシリンダ２５が３本のリフトピン２４を上昇させると、各リフトピン２４の先端が保持プレート２１の上面から突出する。また、エアシリンダ２５が３本のリフトピン２４を下降させると、各リフトピン２４の先端が保持プレート２１の挿通孔の内部に埋入する。

ガス供給部７４は、チャンバー１０内に不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ_２）を供給する。ガス供給部７４は、窒素供給源７５とバルブ７６とを備えており、バルブ７６を開放することによってチャンバー１０内の熱処理空間６５に窒素ガスを供給する。なお、窒素供給源７５としては、熱処理装置１に設けられたタンクと送給ポンプなどによって構成するようにしても良いし、熱処理装置１が設置される工場の用力を用いるようにしても良い。

排気部７７は、排気装置７８およびバルブ７９を備えており、バルブ７９を開放することによってチャンバー１０内の雰囲気を排気する。排気装置７８としては、真空ポンプや熱処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気装置７８として真空ポンプを採用し、ガス供給部７４から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気すると、チャンバー１０内を真空雰囲気にまで減圧することができる。また、排気装置７８として真空ポンプを用いていない場合であっても、ガス供給部７４からガス供給を行うことなく排気を行うことにより、チャンバー１０内を大気圧よりも低い気圧に減圧することができる。

フラッシュ照射部６０は、チャンバー１０の上方に設けられている。フラッシュ照射部６０は、複数本のフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ６２と、を備えて構成される。フラッシュ照射部６０は、チャンバー１０内にて保持プレート２１に保持される基板Ｗに石英のチャンバー窓６９を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する。

複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持プレート２１に保持される基板Ｗの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。

図２は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図２に示すように、制御部９０は、パルス発生器９８および波形設定部９９を備えるとともに、入力部６７に接続されている。入力部６７としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部６７からの入力内容に基づいて波形設定部９９がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器９８がパルス信号を発生する。

フラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部に陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧（充電電圧）に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から高電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部９０によって制御される。

ＩＧＢＴ９６は、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。ＩＧＢＴ９６のゲートには制御部９０のパルス発生器９８からパルス信号が印加される。ＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Highの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む駆動回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。ＩＧＢＴ９６がオンオフすることによってフラッシュランプＦＬと対応するコンデンサ９３との接続が断続される。

コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。

本実施形態のフラッシュランプＦＬは、紫外域の波長成分を比較的多く含んだフラッシュ光を放射する。図３は、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の分光分布を示す図である。同図に示すように、本実施形態のフラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光は、分光分布にて波長２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にピークを有する。また、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光は、分光分布にて波長５００ｎｍに対する波長３００ｎｍの相対強度が２０％以上である。図３に示すような分光分布は、ガラス管９２内に封入するキセノンガスの成分やガス圧の調整によって得ることができる。なお、ガラス管９２も波長３００ｎｍ以下の紫外域において高い透過率を有する合成石英にて形成するのが好ましい。

図１に戻り、リフレクタ６２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ６２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５の側に反射するというものである。リフレクタ６２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されている。

制御部９０は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用アプリケーションやデータなどを記憶しておく磁気ディスク等を備えて構成される。制御部９０のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。

次に、上記の構成を有する熱処理装置１における基板処理の手順について説明する。ここでは、ゲートラストプロセスによる基板Ｗの処理手順を簡単に説明しつつ、特に熱処理装置１での加熱処理について詳細に説明する。図４は、ゲートラストプロセスによる基板Ｗの概略処理手順を示すフローチャートである。図６の模式図を参照しつつ、ゲートラストプロセスによる処理手順を簡単に説明する。

まず、基板Ｗにポリシリコン（多結晶シリコン）のダミーゲート１１５を形成する（ステップＳ１）。基板Ｗはシリコンの半導体ウェハーである。基板Ｗを構成する単結晶シリコンの基材１１１の上にシリコン酸化膜１１４（二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の膜）を形成し、その上にポリシリコンのダミーゲート１１５を形成する。続いて、ダミーゲート１１５の両側方にＳｉＮのサイドウォール１１６を形成する（ステップＳ２）。

次に、基板Ｗの基材１１１にボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）などのイオン注入を行う（ステップＳ３）。イオン注入は、基材１１１のソース・ドレイン領域１１２およびエクステンション領域１１３に対して行う。エクステンション領域１１３は、ソース・ドレイン領域１１２とチャネルとの電気的接続部である。

その後、注入したイオンを活性化するためのアニール処理を実行する（ステップＳ４）。イオン活性化のためのアニール処理はイオンの拡散を抑制するために極力短時間で行うことが好ましく、フラッシュアニール装置を用いるのが最適であるが、ハロゲンランプを用いた急速加熱によって行うようにしても良い。ゲートラストプロセスでは、このイオン活性化のためのアニール処理を行うときに高誘電率ゲート絶縁膜を形成せずにダミーゲートとしているため、高誘電率ゲート絶縁膜に加熱に起因した欠陥が生じるのを防ぐことができる。

アニール処理が終了した後、必要に応じてコンタクト等の形成処理を行う（ステップＳ５）。なお、図６ではコンタクト等の要素については図示を省略している。その後、ダミーゲート１１５の剥離処理を行う（ステップＳ６）。図５は、本発明に係るダミーゲート１１５の剥離処理の手順を示すフローチャートである。

剥離処理に際しては、まず、フラッシュアニール（フラッシュ加熱）によってダミーゲート１１５のポリシリコンの結晶粒を粒成長させる（ステップＳ６１）。このフラッシュアニールが熱処理装置１によって行われる。熱処理装置１では、図示省略のシャッターが開いて搬送開口部６８が開放され、上述したイオン活性化処理後の基板Ｗが装置外部の搬送ロボットによってチャンバー１０内に搬入される。搬入される基板Ｗの表面には、ダミーゲート１１５が形成されている。

図７は、フラッシュアニール前のダミーゲート１１５の結晶粒を示す図である。同図に示すように、熱処理装置１によるフラッシュアニール前では、ダミーゲート１１５を構成するポリシリコンのシリコン結晶粒が比較的小さい。このような組織を有するポリシリコンのダミーゲート１１５が形成された基板Ｗを保持した搬送ロボットが搬送開口部６８からチャンバー１０内に進入し、保持プレート２１の直上にて停止する。続いて、３本のリフトピン２４が上昇して搬送ロボットから基板Ｗを受け取る。その後、搬送ロボットがチャンバー１０から退出するとともに、搬送開口部６８が閉鎖されることによってチャンバー１０内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。

また、搬送ロボットが退出した後、基板Ｗを支持する３本のリフトピン２４が下降して保持プレート２１の挿通孔の内部に埋入する。リフトピン２４が下降する過程において、基板Ｗはリフトピン２４から保持プレート２１の上面に渡され、その上面に水平姿勢にて載置・保持される。

保持プレート２１は、予め予備加熱機構２２によって所定の予備加熱温度に維持されている。その保持プレート２１に基板Ｗが載置されることによって、基板Ｗの全体が予備加熱されて所定の予備加熱温度まで昇温される。そして、基板Ｗが保持プレート２１に保持されてから所定時間が経過した時点で制御部９０の制御によりフラッシュ照射部６０のフラッシュランプＦＬから保持プレート２１に保持された基板Ｗの表面に向けてフラッシュ光が照射される。このときには、ガス供給部７４および排気部７７によってチャンバー７０内の雰囲気が窒素雰囲気に置換されていても良い。

フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部９０のパルス発生器９８からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。

パルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とをパラメータとして順次設定したレシピを入力部６７から入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部６７から制御部９０に入力すると、それに従って制御部９０の波形設定部９９はオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。そして、波形設定部９９によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器９８がパルス信号を出力する。その結果、ＩＧＢＴ９６のゲートにはオンオフを繰り返すパルス信号が印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。

また、パルス発生器９８から出力するパルス信号がオンになるタイミングと同期して制御部９０がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号が入力され、かつ、そのパルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されることにより、パルス信号がオンのときにはガラス管９２内の両端電極間で必ず電流が流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。

このように、回路中にスイッチング素子たるＩＧＢＴ９６を接続してそのゲートにオンオフを繰り返すパルス信号を出力することにより、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬへの電荷の供給をＩＧＢＴ９６によって断続してフラッシュランプＦＬに流れる電流を制御している。その結果、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。但し、フラッシュランプＦＬに流れる電流値が完全に”０”になる前に次のパルスがＩＧＢＴ９６のゲートに印加されて電流値が再度増加するため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光出力が完全に”０”になるものではない。従って、比較的間隔の短いパルス信号がＩＧＢＴ９６に出力されているときには、その間フラッシュランプＦＬが連続して発光していることとなる。

パルス信号の波形は、パルス幅の時間およびパルス間隔の時間を規定することによって任意に設定することができる。このため、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動も任意に制御することができ、パルス信号の波形を適宜に設定することにより、フラッシュランプＦＬの発光時間を０．１ミリ秒〜１０００ミリ秒の範囲で調整することができる。フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー１０内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ６２により反射されてからチャンバー１０内へと向かう。このようなフラッシュ光の照射によって、基板Ｗの表面がフラッシュ加熱される。

ここで、図３に示したように、本実施形態のフラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光は、分光分布にて波長２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にピークを有するとともに、波長５００ｎｍに対する波長３００ｎｍの相対強度が２０％以上である。すなわち、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光には、紫外域の波長成分が比較的多く含まれている。

また、フラッシュ光を透過する石英窓として機能するチャンバー窓６９は、波長３００ｎｍ以下の紫外域においても高い透過率を有する合成石英にて形成されている。従って、フラッシュランプＦＬから放射されたフラッシュ光に含まれる紫外域の成分はほとんどチャンバー窓６９を透過し、チャンバー１０内にて保持プレート２１に保持された基板Ｗの表面には、分光分布にて波長２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にピークを有するとともに、分光分布にて波長５００ｎｍに対する波長３００ｎｍの相対強度が２０％以上であるフラッシュ光が照射される。

ダミーゲート１１５を構成するポリシリコンは、波長の短い光ほど高い吸収率を示す。すなわち、ポリシリコンの光吸収率は赤外光や可視光よりも紫外光の方が高い。従来より使用されている典型的なフラッシュランプでは、放射するフラッシュ光に主として可視光域の成分を含んでいるのであるが、本実施形態では紫外域の波長成分が多く含まれているフラッシュ光が基板Ｗの表面に照射されることとなる。このため、従来よりも高い効率にてポリシリコンのダミーゲート１１５にフラッシュ光が吸収されることとなり、ダミーゲート１１５が効率良く加熱される。

ポリシリコンのダミーゲート１１５が加熱されて昇温することによって、シリコンの結晶粒が粒成長する。図８は、フラッシュアニール後のダミーゲート１１５の結晶粒を示す図である。図７と図８とを比較すると明らかなように、紫外域の波長成分を多く含むフラッシュ光が基板Ｗに照射されてダミーゲート１１５がフラッシュ加熱されることによって、ポリシリコンのシリコン結晶粒が粒成長する。

その一方、フラッシュ光の照射時間は０．１ミリ秒〜１秒であるため、ダミーゲート１１５以外のソース・ドレイン領域１１２およびエクステンション領域１１３までをも数秒程度以上に加熱することはない。このため、ソース・ドレイン領域１１２等に注入されたイオンの拡散を防止することができる。

さらに、本実施形態では紫外域の波長成分が多く含まれているフラッシュ光が照射されるため、フラッシュ光の到達深さが比較的浅い。このため、ソース・ドレイン領域１１２等の深い部位にはほとんど熱影響をおよぼすことがない。

フラッシュ光照射が終了すると、基板Ｗの表面温度が急速に降温する。そして、３本のリフトピン２４が上昇し、保持プレート２１に載置されていた基板Ｗを突き上げて保持プレート２１から離間させる。基板Ｗが保持プレート２１から離間することによって、基板Ｗは予備加熱温度からもさらに降温する。その後、搬送開口部６８が再び開放され、搬送ロボットが搬送開口部６８からチャンバー１０内に進入して基板Ｗの直下で停止する。続いて、リフトピン２４が下降することによって、基板Ｗがリフトピン２４から搬送ロボットに渡される。そして、基板Ｗを受け取った搬送ロボットがチャンバー１０から退出することにより、基板Ｗがチャンバー１０から搬出され、熱処理装置１におけるフラッシュアニール処理が完了する。

フラッシュ加熱処理が終了した後、薬液を用いたウェットプロセスによるダミーゲート１１５の剥離処理が行われる（ステップＳ６２）。ウェットプロセスによる剥離処理は、熱処理装置１とは異なる別の装置によって実行されるものであるが、複数の基板Ｗを一括して処理するバッチ式の装置であっても、基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉式の装置であっても良い。いずれの方式であっても、フラッシュ加熱によってダミーゲート１１５のシリコン結晶粒が粒成長した基板Ｗの表面に薬液が供給されてダミーゲート１１５が剥離される。剥離処理に使用される薬液はアンモニア水またはフッ酸である。

基板Ｗの表面に薬液が供給されることによって、ダミーゲート１１５を構成するポリシリコンの腐食（エッチング）が進行する。このとき、ステップＳ６１のフラッシュアニールを行うことなく図７に示したようなシリコン結晶粒が比較的小さなダミーゲート１１５に薬液を供給した場合には、ダミーゲート１１５が十分にエッチングされずにポリシリコンの一部が基板Ｗに残留することがある。特に、ダミーゲート１１５の下隅部が残留しやすく、このような残留が欠陥となる。

本実施形態のように、フラッシュ加熱処理によってポリシリコンの結晶粒を粒成長させて粗大化したダミーゲート１１５（図８）に対して薬液を供給すると、シリコン結晶粒の粒界が優先的に腐食され、特にＳｉＮのサイドウォール１１６とダミーゲート１１５との界面が顕著に腐食される。その結果、ダミーゲート１１５がポリシリコンの一部を残留させることなく高い精度にてきれいに基板Ｗから剥離される。

図９は、ポリシリコンのダミーゲート１１５が剥離された状態を示す図である。サイドウォール１１６の内壁面等にポリシリコンが残留することなく、高い精度にてダミーゲート１１５が除去されている。

図４に戻り、ダミーゲート１１５の剥離処理が終了した後、シリコン酸化膜１１４の上に高誘電率のゲート絶縁膜（High-kゲート絶縁膜）を成膜する（ステップＳ７）。高誘電率ゲート絶縁膜としては、例えばハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）などの酸化物を採用することができる。高誘電率ゲート絶縁膜は極めて薄く、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によって成膜される。そして、最後に、その高誘電率ゲート絶縁膜の上にメタルゲート電極を形成する。メタルゲート電極に用いられる材料には、例えばチタン或いはチタンの窒化物を用いることができる。

本実施形態においては、ゲートラストプロセスにて形成されたポリシリコンのダミーゲート１１５に対して、紫外域の波長成分を比較的多く含むフラッシュ光を照射している。具体的には、ポリシリコンのダミーゲート１１５に対して、分光分布にて波長２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にピークを有するとともに、分光分布にて波長５００ｎｍに対する波長３００ｎｍの相対強度が２０％以上であるフラッシュ光を照射している。

このような紫外域の波長成分が多く含まれるフラッシュ光を照射することにより、短波長の光に対して高い吸収率を有するポリシリコンのダミーゲート１１５が効率良くフラッシュ光を吸収して昇温し、シリコンの結晶粒が粒成長する。シリコンの結晶粒が粒成長して粗大化することにより、その後の薬液を用いた剥離工程にてサイドウォール１１６とダミーゲート１１５との界面が優先的に腐食されることとなり、その結果ダミーゲート１１５を高い精度にて除去することができる。

また、照射時間が１秒以下と短く、かつ、紫外域の波長成分を多く含むフラッシュ光であれば、ソース・ドレイン領域１１２等を数秒程度以上にわたって加熱することはないため、注入されたイオンの不要な拡散を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、ポリシリコンのダミーゲート１１５であったが、これに限定されるものではなく、アモルファスシリコン（非晶質シリコン）のダミーゲート１１５であっても良い。アモルファスシリコンのダミーゲート１１５に紫外域の波長成分を比較的多く含むフラッシュ光を照射することにより、アモルファスシリコンが結晶化してさらに粒成長し、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬの発光を制御するようにしていたが、ＩＧＢＴ９６は必ずしも必須の要素ではない。ＩＧＢＴ９６を用いなくても、コンデンサ９３への印加電圧やコイル９４のインダクタンスによってフラッシュランプＦＬの照射条件を調整することができる。

１熱処理装置
１０チャンバー
２１保持プレート
６０フラッシュ照射部
６５熱処理空間
６９チャンバー窓
９０制御部
９６ＩＧＢＴ
１１２ソース・ドレイン領域
１１３エクステンション領域
１１４シリコン酸化膜
１１５ダミーゲート
１１６サイドウォール
ＦＬフラッシュランプ
Ｗ基板

Claims

多結晶シリコンのダミーゲートが形成された基板にフラッシュ光を照射して当該ダミーゲートを加熱する熱処理方法であって、
前記基板の表面に、分光分布にて波長２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にピークを有するフラッシュ光を照射して前記ダミーゲートのシリコンの結晶粒を粒成長させるフラッシュ照射工程と、
前記基板の表面に薬液を供給して前記ダミーゲートを剥離する剥離工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
多結晶シリコンのダミーゲートが形成された基板にフラッシュ光を照射して当該ダミーゲートを加熱する熱処理方法であって、
前記基板の表面に、分光分布にて波長５００ｎｍに対する波長３００ｎｍの相対強度が２０％以上であるフラッシュ光を照射して前記ダミーゲートのシリコンの結晶粒を粒成長させるフラッシュ照射工程と、
前記基板の表面に薬液を供給して前記ダミーゲートを剥離する剥離工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。