JPH11340157A

JPH11340157A - 光照射熱処理装置および光照射熱処理方法

Info

Publication number: JPH11340157A
Application number: JP14908498A
Authority: JP
Inventors: Shusaku Yanagawa; 周作柳川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】光照射熱処理温度のウェーハ面内均一性の向上
とパターンレイアウト依存性を小さくすることが可能な
光照射熱処理装置および処理方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造工程において一方の面上
に半導体素子が形成された被加熱処理基板に光を照射し
て熱処理を行う光照射熱処理装置であって、光源１２
と、内部に光源が設けられた第１処理室１１ａと、第１
処理室１１ａに隣接して設けられた第２処理室１１ｂ
と、被加熱処理基板２０の半導体素子形成面の裏面側を
第１処理室１１ａ側に、被加熱処理基板２０の半導体素
子形成面を第２処理室１１ｂ側に向けて被加熱処理基板
２０を戴置するように、第１処理室１１ａと第２処理室
１１ｂの境界に設けられた支持部とを有する構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光照射熱処理装置お
よび光照射熱処理方法に関し、特にバイポーラトランジ
スタなどを有する半導体装置の製造方法において用いる
光照射熱処理装置および光照射熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置に用いられるトランジスタと
しては、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）
と、バイポーラトランジスタに大別される。ＭＯＳＦＥ
Ｔとしては、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ、ｐチャネルＭＯ
ＳＦＥＴ、およびその両方を用いるＣＭＯＳＦＥＴとが
用いられている。上記のＭＯＳＦＥＴにおいては、ソー
ス・ドレイン領域となる不純物拡散層における接合は基
本的な技術である。接合に要求される要素としては、良
好な接合特性、低い拡散層抵抗、浅い接合深さの３つが
あるが、半導体装置の微細化、高集積化に伴い、ＭＯＳ
ＦＥＴの短チャネル効果を抑制するために、ソース・ド
レイン領域の接合深さを浅くすることが重要となってき
ている。

【０００３】一方、バイポーラトランジスタとしては、
ｎｐｎ接合型およびｐｎｐ接合型が用いられている。バ
イポーラトランジスタは、バイポーラトランジスタ自体
が高速で動作し、さらにバイポーラトランジスタの伝達
コンダクタンスが大きく、容量性負荷に対する駆動能力
が大きいために、ＭＯＳＦＥＴと比較して高速動作が可
能となっている。バイポーラトランジスタにおいて、さ
らなる高速化を実現するためにはエミッタおよび真性ベ
ースにおける接合を高精度により浅く形成することが必
要となっている。

【０００４】上記のようにＭＯＳＦＥＴおよびバイポー
ラトランジスタにおいて接合を浅く形成するため、高温
短時間処理が可能な光照射による熱処理方法である、ラ
ンプアニール処理などのＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal
ing ）処理が脚光を浴びている。ＲＴＡ処理によると、
導電性不純物を拡散させるための熱処理量を低減して上
記のように接合を浅くすることができる。半導体装置の
製造工程における総熱処理量はますます抑制されてきて
いることから、ランプアニール処理などのＲＴＡ処理の
重要性がますます増加しつつある。ＲＴＡ処理は、接合
の形成工程の他、イオン注入法により生じた結晶欠陥の
回復やシンタリングなどの各種アニール処理、さらに酸
化膜や窒化膜など形成工程にも供されており、様々な膜
構造や膜質、不純物濃度などを有する被加熱処理基板の
温度を正確に制御するすることが重要となっている。

【０００５】上記の従来の光照射熱処理装置について説
明する。図１１は、従来の光照射熱処理装置の構成例を
示す模式図である。この光照射熱処理装置は、Ａｕなど
の金属反射膜１０でコーティングされたリアクター１１
内部には、赤外線に対し高い透過性を有する石英ガラス
によりなる石英チューブ１３が設置され、被加熱処理基
板（以下ウェーハともいう）２０の挿入、取り出しの際
に、開閉し、さらに加熱炉の密閉時には加熱炉内を気密
に保持できるように、樹脂製のパッキン１４ａが装着さ
れたドア１４を備えている。石英チューブ１３の中に
は、ウェーハ２０を支持するための石英製のトレー１５
が置かれ、トレー１５のウェーハ支持部１５ａにウェー
ハ２０が水平に載置される。また、石英チューブ１３に
はガス導入口１３ａおよびガス排出口１３ｂが備えら
れ、必要に応じて石英チューブ１３内にガスが導入され
る。リアクター１１の壁面に対向して、ハロゲンランプ
などの光照射用の光源が備えられており、例えばウェー
ハ２０の半導体素子形成面から光を照射する第１ランプ
１２ａと、半導体素子形成面の裏面側から照射する第２
ランプ１２ｂとが備えられ、第１ランプ１２ａおよび第
２ランプ１２ｂともに複数個のランプから構成されてい
る。

【０００６】上記の光照射熱処理装置において光照射に
よりウェーハ２０を加熱する方法においては、膜構造や
膜質、不純物濃度などによりウェーハ２０の輻射率が変
化してしまうため、光照射強度が一定（開回路制御；Op
en Loop Control ）のもとでは、ウェーハ２０の光吸収
量（処理温度）が変化することになる。このため、製造
工程の複雑化に伴い、各種のばらつき（膜厚、膜質、不
純物量あるいは構造などによるばらつき）を含んでいる
ウェーハ２０の処理温度を精度良く制御することは極め
て困難となっている。さらに上記の光照射熱処理装置を
構成する石英チューブ１３の光透過率やリアクター１１
内壁に形成された金属反射膜１０の反射率、光源となる
ランプ１２ａ，１２ｂの出力の経時的な変化などによっ
てもウェーハ２０の処理温度が変化してしまう。

【０００７】上記の問題に対処する１つの方法として、
ウェーハ２０の温度を計測してランプ１２ａ，１２ｂの
出力にフィードバックする閉回路制御（Closed Loop Co
ntrol ）が検討されている。ウェーハ２０の温度を測定
する方法としては、図１１に示すように、例えば熱電対
１６を被覆部材に内挿して被覆し、その被覆部材をウェ
ーハ２０に接触させて、ウェーハ２０の温度を間接的に
測定する方法が開発されている（特願平９−４３１６６
号）。あるいは、図１１に示すように、パイロメータ
（放射型温度計）１９を用いてウェーハ２０の裏面側か
らの放射光を測定し、温度を測定する方法が知られてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
閉回路制御を用いても、熱電対１６やパイロメータ１９
はウェーハの一部の温度を測定しているにすぎず、ウェ
ーハ２０上に様々な光吸収量の異なる構造が混在する場
合には、半導体素子などのパターンレイアウトやパター
ン構造に依存して、ウェーハ２０の面内における処理温
度の不均一性が生じてしまい、デバイス特性のパターン
レイアウト依存性が発生することになり、近年問題にな
りつつある。特に、バイポーラ系デバイスはチップ内に
おいてレイアウトに偏りがあることが多く、チップ内で
パターンレイアウト依存性が顕在化してしまうこともあ
る。

【０００９】上記のデバイス特性のパターンレイアウト
依存性を改善する方法として、上記の光照射熱処理装置
のようにウェーハ２０の両面から光を照射するのではな
く、半導体素子などのパターン形成面の裏面側から光を
照射する方法が提案されている（1997 International C
onference on Rapid Thermal Process for Future ULSI
の発表論文(Temperature and Interface Engineering i
n RTP, Z.NENYEI et al.) ）。しかしながら、光照射熱
処理装置のリアクター内壁面はＡｕなどの赤外線に対し
て高い反射率（Ａｕの場合は９７％程度）を有する金属
反射膜でコーティングされているために、上記の方法に
従って半導体素子などのパターン形成面の裏面側から光
を照射しても赤外線はリアクター内部を反射し、パター
ンが形成されたウェーハの表面側からも光が照射されて
しまい、実際には効果はほとんどみられないことが確認
された。

【００１０】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的は、光照射熱処理における被加
熱処理基板の処理温度の面内均一性を向上し、パターン
レイアウト依存性を小さくすることが可能な光照射熱処
理装置および光照射熱処理方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の光照射熱処理装置は、半導体装置の製造工
程において一方の面上に半導体素子が形成された被加熱
処理基板に光を照射して熱処理を行う光照射熱処理装置
であって、光源と、内部に前記光源が設けられた第１処
理室と、前記第１処理室に隣接して設けられた第２処理
室と、前記被加熱処理基板の半導体素子形成面の裏面側
を前記第１処理室側に、前記被加熱処理基板の半導体素
子形成面を前記第２処理室側に向けて前記被加熱処理基
板を戴置するように、前記第１処理室と前記第２処理室
の境界に設けられた支持部とを有する。

【００１２】上記の本発明の光照射熱処理装置は、第１
処理室と第２処理室とを有し、第１処理室と第２処理室
の境界に被加熱処理基板の半導体素子形成面の裏面側を
第１処理室側に、被加熱処理基板の半導体素子形成面を
第２処理室側に向けて支持部に戴置することで、被加熱
処理基板の半導体素子形成面の裏面側に光を照射して熱
処理を行うことができる。被加熱処理基板の半導体素子
形成面への光の照射が防止されており、従って、被加熱
処理基板上の半導体素子形成面に様々な光吸収量の異な
る構造が混在していても、被加熱処理基板の処理温度の
面内均一性を向上し、パターンレイアウト依存性を小さ
くすることが可能となっている。

【００１３】上記の本発明の光照射熱処理装置は、好適
には、前記第１処理室と前記第２処理室とを仕切り、前
記光源の発する光の透過を防止する仕切り板と、前記仕
切り板に形成された開口部とをさらに有し、前記開口部
を遮蔽して前記被加熱処理基板を戴置するように前記仕
切り板に前記支持部が形成されている。開口部を遮蔽し
て被加熱処理基板を戴置することで、第１処理室内に設
けられた光源の発する光の第２処理室への漏洩が防止さ
れ、被加熱処理基板の半導体素子形成面への光の照射が
防止される構造とすることができる。

【００１４】上記の本発明の光照射熱処理装置は、好適
には、前記仕切り板が、前記光源の発する光を反射す
る、あるいは、吸収する。光源の発する光を反射する、
あるいは、吸収することで、第１処理室内に設けられた
光源に発する光の透過を防止することが可能となる。こ
の仕切り板は、光源の発する光の透過を防止するのに十
分な膜厚のＳｉＣにより構成することが可能である。

【００１５】上記の本発明の光照射熱処理装置は、好適
には、前記第２処理室の内壁面が光の反射面となってい
る。被加熱処理基板の処理温度が上昇してくると、被加
熱処理基板上の各領域の輻射率に応じて被加熱処理基板
から赤外線領域の光が放射され、被加熱処理基板上の各
領域毎に輻射率が異なっている場合には、光として放出
するエネルギーの大きい領域の温度が小さい領域よりも
下がってしまうことになるが、第２処理室の内壁面が光
の反射面となっていることにより、放射された光が第２
処理室内を多重反射するようになり、この結果、被加熱
処理基板上の全ての領域の実効的な輻射率が１（黒体）
へと近づくので、被加熱処理基板の処理温度の面内均一
性を維持して熱処理を行うことが可能となる。第２処理
室の内壁面が金属膜により被覆されていることで第２処
理室の内壁面を光の反射面とすることが可能である。Ａ
ｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａまたはこれらの
混合物を含有するように上記の金属膜を形成することが
可能であるが、Ａｕは赤外線に対する反射率が高く、特
に好ましい。また、この金属膜の冷却手段をさらに有す
ることで、温度が高くなりすぎて金属膜から赤外線が放
射されるのを防止することが可能となり、光の反射膜と
しての機能を向上させることができる。

【００１６】上記の本発明の光照射熱処理装置は、好適
には、前記開口部が、前記被加熱処理基板の形状に適合
するように前記仕切り板に形成されており、前記開口部
の縁部が前記支持部となっている。これにより、被加熱
処理基板と開口部の縁部との接触が良好で、間隙からの
光の漏洩を防止する構造とすることができる。

【００１７】上記の本発明の光照射熱処理装置は、好適
には、前記第１処理室の内壁面の少なくとも一部が金属
膜により被覆されて、前記光源の発する光の反射面とな
っている。これにより、第１処理室の内壁面の光の反射
率を高めることが可能となり、効率的に被加熱処理基板
に対して光を照射することが可能となる。Ａｕ、Ａｌ、
Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａまたはこれらの混合物を含
有するように上記の金属膜を形成することが可能であ
る。また、この金属膜の冷却手段をさらに有すること
で、温度が高くなりすぎて金属膜から赤外線が放射され
るのを防止することが可能となり、光の反射膜としての
機能を向上させることができる。

【００１８】上記の本発明の光照射熱処理装置は、好適
には、前記光源が赤外線ランプである。赤外線ランプに
より被加熱処理基板を熱処理するランプアニール処理を
行うことが可能となる。

【００１９】上記の本発明の光照射熱処理装置は、好適
には、前記被加熱処理基板の処理温度を前記半導体素子
形成面側から測定する温度測定手段と、前記温度測定手
段の出力に応じて前記光源の発する光の光量を制御する
制御手段とをさらに有する。これにより、被加熱処理基
板の処理温度を測定しながら光源の出力を調節して制御
する閉回路制御が可能となる。

【００２０】また、上記の本発明の光照射熱処理装置を
用いて、第１処理室と第２処理室との境界に被加熱処理
基板の半導体素子形成面の裏面側を第１処理室側に、被
加熱処理基板の半導体素子形成面を第２処理室側に向け
て被加熱処理基板を戴置し、被加熱処理基板の半導体素
子形成面の裏面側に光源の発する光を照射する方法によ
り、本発明の効果を享受することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に
かかる光照射熱処理装置の構成を示す模式図である。本
実施形態にかかる光照射熱処理装置は、半導体装置の製
造工程において被加熱処理基板（以下、ウェーハともい
う）に赤外線などの光を照射して熱処理を行う光照射熱
処理装置である。内壁をＡｕなどの金属反射膜１０ａで
コーティングされた第１リアクター（処理室）１１ａ内
部には、第１リアクター１１ａの壁面に対向して、例え
ばハロゲンランプなどの複数個のランプから構成される
光照射用の光源１２が配置されている。第１リアクター
１１ａに隣接して、第２リアクター１１ｂが設けられて
いる。第１リアクター１１ａと第２リアクター１１ｂと
は、光源１２の発する光を反射する、あるいは、吸収す
る仕切り板１７により仕切られている。仕切り板１７と
しては、例えば光源１２からの光の透過を防止するのに
十分な膜厚を有するＳｉＣなどを用いることができる。
仕切り板１７で構成される部分を含めて、第２リアクタ
ー１１ｂ内壁は全面に赤外線に対して高い反射率を有す
るＡｕなどの金属反射膜１０ｂでコーティングされてい
る。仕切り板１７には縁部がウェーハ２０を支持するよ
うに、ウェーハ２０の形状に適合した形状の開口部が形
成されている。

【００２２】上記の光照射熱処理装置は、ウェーハ２０
の半導体素子形成面の裏面側を第１リアクター１１ａ側
に、ウェーハ２０の半導体素子形成面を第２リアクター
１１ｂ側に向けて、上記の開口部を遮蔽するように仕切
り板１７上にウェーハ２０を戴置して、光源１２の発す
る光をウェーハ２０の半導体素子形成面の裏面側に照射
する。ウェーハ２０と開口部の縁部との接触は良好であ
り、この間隙を介して光源１２の発する光が第２リアク
ター１１ｂへ漏洩するのを極力防止した構造となってい
る。従って、ウェーハ２０の半導体素子形成面に光源１
２からの光が直接的あるいは間接的に照射されることが
なく、ウェーハ２０の半導体素子形成面の裏面側のみに
光源１２の発する光を照射することができる。これによ
り、ウェーハ２０上の半導体素子形成面に様々な光吸収
量の異なる構造が混在していても、ウェーハ２０の処理
温度の面内均一性を向上し、パターンレイアウト依存性
を小さくすることが可能である。

【００２３】第２リアクター１１ｂの内壁面にはＡｕな
どの金属反射膜１０ｂが形成されており、このため、例
えば１０３０℃の高温の加熱されたウェーハ２０から放
射された赤外線領域の光は、図１中点線Ｌで示すよう
に、第２リアクター１１ｂ内において、金属反射膜１０
ｂ表面で反射し、この反射した光が再度ウェーハ２０表
面において吸収される多重反射が繰り返され、この結
果、ウェーハ２０上の全ての領域の実効的な輻射率が１
（黒体）へと近づくので、ウェーハ２０の処理温度の面
内均一性を維持して熱処理を行うことが可能となる。金
属反射膜１０ｂとしては、Ａｕの他、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐ
ｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａあるいはこれらの混合物を含有して
形成することが可能であるが、Ａｕは赤外線に対する反
射率が９７％程度と高く、特に好ましい。また、水冷な
どによる金属反射膜１０ｂの冷却部をさらに有してお
り、金属反射膜１０ｂの温度が高くなりすぎて赤外線が
放射されるのを防止することが可能となり、光の反射膜
としての機能を向上させることができる。

【００２４】また、第１リアクター１１ａの内壁面には
Ａｕなどの金属反射膜１０ａが形成されており、これに
より、第１リアクター１１ａの内壁面の光の反射率を高
めることが可能となり、効率的にウェーハ２０に対して
光を照射することが可能となる。金属反射膜１０ａとし
ては、Ａｕの他、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａあ
るいはこれらの混合物により形成することが可能であ
る。また、水冷などによる金属反射膜１０ａの冷却部を
さらに有することもできる。

【００２５】また、上記の光照射熱処理装置は、パイロ
メータ（放射型温度計）１９を備えており、ウェーハ２
０の裏面側からの放射光を測定し、ウェーハ２０の処理
温度を測定しながら光源１２の出力を調節して光量を制
御する閉回路制御が可能となっている。光源１２の照射
光は、上記構成により第２リアクター１１ｂ内に入射し
ないので、パイロメータ１９への入射もなく、さらにウ
ェーハ２０の実効輻射率が１に近づいているので、パイ
ロメータ１９による安定した温度測定が可能となってい
る。

【００２６】また、ガス導入口１３ａおよびガス排出口
１３ｂを備えており、必要に応じてリアクター内にガス
が導入される。この場合、石英シャワーヘッドプレート
１８を介してリアクター内にガスが導入される構造とす
ることもできる。図面上は第１リアクター１１ａにガス
を導入する構造としているが、必要に応じて第２リアク
ター１１ｂ内にガスを導入する構造とすることも可能で
ある。

【００２７】実施例１図２（ａ）に示す被加熱処理基板（ウェーハ）を想定
し、以下のシミュレーションを行った。ウェーハとして
は、５インチウェーハ上に、２０ｍｍ×２０ｍｍの領域
１（図中白抜き部分）と領域２（図中網かけ部分）が交
互に繰り返されるパターンを有する。領域１において
は、図２（ｂ）に示すように、シリコン半導体基板３０
の上層に熱酸化法により形成された２００ｎｍの膜厚の
第１酸化膜３１ａを有しており、その上層にBF₂ ⁺を加
速エネルギー４０ｋｅＶ、４．３×１０¹⁴atoms/cm²の
条件でイオン注入された膜厚１５０ｎｍの第１ポリシリ
コン層３２がパターン形成されている。ポリシリコン層
３２を被覆して、全面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Dep
osition ）法により形成された膜厚９０ｎｍの第２酸化
膜３３を有する。シリコン半導体基板３０の裏面側に
は、熱酸化法により形成された２００ｎｍの膜厚の第３
酸化膜３４と、１５０ｎｍの膜厚の第２ポリシリコン層
３５が積層して形成されている。一方、領域２において
は、図２（ｃ）に示すように、第１酸化膜３１ｂの膜厚
が８００ｎｍと厚く形成されていることのみ異なり、そ
れ以外は領域１と同一の構造が形成されている。

【００２８】上記のウェーハに対して、本実施形態にか
かる光照射熱処理装置と、図１１に示す従来の光照射熱
処理装置とでそれぞれ光照射による熱処理を行った場合
の、図２（ｂ）および（ｃ）に示す位置Ａ，Ｂ，Ｃおよ
びＤにおける輻射率の波長依存性をシミュレーションし
た結果を図３に示す。ここで、シミュレーションは本実
施形態にかかる光照射熱処理装置の第２リアクターにお
いて光の多重反射が起きていることを想定して行った。
図３（ａ）は従来の光照射熱処理装置の場合の位置Ａ，
Ｂにおける輻射率の波長依存性であり、図３（ｂ）は位
置Ｃ，Ｄにおける輻射率の波長依存性である。一方、図
３（ｃ）は本実施形態にかかる光照射熱処理装置の場合
の位置Ａ，Ｂにおける輻射率の波長依存性であり、図３
（ｄ）は位置Ｃ，Ｄにおける輻射率の波長依存性であ
る。図３（ａ）および（ｂ）からわかるように、従来の
光照射熱処理装置の場合は位置Ａ，Ｂ間、あるいは位置
Ｃ，Ｄ間での輻射率の波長依存性が大きく異なってお
り、これにより照射する光の吸収が位置Ａ，Ｂ間、ある
いは位置Ｃ，Ｄ間で変わってくるので、処理温度に位置
Ａ，Ｂ間、あるいは位置Ｃ，Ｄ間で大きくずれが生じる
ことになる。一方、本実施形態にかかる光照射熱処理装
置の場合は、図３（ｃ）および（ｄ）からわかるよう
に、ウェーハ上の各位置Ａ〜Ｄにおける実効的な輻射率
が１（黒体）に近づいており、従来の光照射熱処理装置
と比較して位置Ａ，Ｂ間、および、位置Ｃ，Ｄ間で、パ
ターン構造によらず、ともに輻射率の波長依存性の差が
小さくなっており、これにより処理温度の位置Ａ，Ｂ
間、あるいは位置Ｃ，Ｄ間での差を抑制することができ
る。

【００２９】また、上記のウェーハに対して、本実施形
態にかかる光照射熱処理装置と、図１１に示す従来の光
照射熱処理装置とでそれぞれ光照射による熱処理を行っ
た場合の、単位面積あたりの光吸収量の第１酸化膜厚依
存性をシミュレーションした結果を図４に示す。図４
（ａ）は従来の光照射熱処理装置の場合の第１ポリシリ
コン層３２が形成されてない領域の光吸収量の第１酸化
膜厚依存性であり、位置Ａ，Ｂに相当する膜厚をそれぞ
れ矢印で示している。図４（ｂ）は従来の光照射熱処理
装置の場合の第１ポリシリコン層３２が形成されている
領域の光吸収量の第１酸化膜厚依存性であり、位置Ｃ，
Ｄに相当する膜厚をそれぞれ矢印で示している。従来の
光照射熱処理装置の場合には、第１酸化膜厚が変化する
ことで、光の吸収率が大きく変化することがわかる。一
方、図４（ｃ）は本実施形態にかかる光照射熱処理装置
の場合の第１ポリシリコン層３２が形成されてない領域
の光吸収量の第１酸化膜厚依存性であり、位置Ａ，Ｂに
相当する膜厚をそれぞれ矢印で示している。図４（ｄ）
は本実施形態にかかる光照射熱処理装置の場合の第１ポ
リシリコン層３２が形成されている領域の光吸収量の第
１酸化膜厚依存性であり、位置Ｃ，Ｄに相当する膜厚を
それぞれ矢印で示している。本実施形態にかかる光照射
熱処理装置によれば、従来の光照射熱処理装置と比較し
て第１ポリシリコン層３２が形成されてない領域（位置
Ａ，Ｂ）、および、第１ポリシリコン層３２が形成され
ている領域（位置Ｃ，Ｄ）、ともに光吸収率の第１酸化
膜厚依存性が小さくなっており、これにより処理温度の
位置Ａ，Ｂ間、あるいは位置Ｃ，Ｄ間での差を抑制する
ことができる。上記のウェーハにおいては、位置Ａ，Ｂ
に相当する第１ポリシリコン層を形成していない領域と
位置Ｃ，Ｄに相当する第１ポリシリコン層を形成してい
る領域の面積比は９．５：１．０程度であり、実際には
第１ポリシリコン層を形成していない領域における輻射
率の波長依存性、あるいは、光吸収量の第１酸化膜厚依
存性が、処理温度のばらつきに大きく影響を与えるもの
と考えられる。

【００３０】実施例２図２（ａ）に示す被加熱処理基板（ウェーハ）を公知の
通常の方法により作成し、以下の各種の熱処理工程によ
りアニール処理を施して、第１ポリシリコン層３２中の
不純物イオンを活性化した後、第２酸化膜３３を除去し
て、４端子法にて第１ポリシリコン層３２の抵抗値を測
定した。ここで、アニール処理としては、図５（ａ）に
示すように、窒素雰囲気化で行い、２００℃でウェーハ
をリアクター内に導入し、５０℃／秒の昇温速度で昇温
し、１０３０℃で１０秒間維持した後、５０℃／秒の降
温速度で降温し、４００℃でウェーハをリアクターから
取り出すシークエンスに従って行った。

【００３１】試料１（比較例）として、図５（ｂ）の光
照射熱処理装置の主要部の模式図に示すように、図２
（ａ）に示すウェーハを図１１に示す従来の光照射熱処
理装置にて、ウェーハ２０を第１ポリシリコン層形成面
が第１ランプ１２ａ側を向くように戴置し、第１ランプ
１２ａと第２ランプ１２ｂとの光の照射強度比が５．０
５８：４．９４２となるように設定し、上記のシークエ
ンスのアニール処理を施した。

【００３２】上記の試料１について、図６（ａ）に示す
ようにＸ方向の１〜５、および、Ｙ方向の１〜５に相当
する各位置に形成した第１ポリシリコン層の抵抗値を測
定した結果を図６（ｂ）に示す。このように、第１酸化
膜の薄い領域１に相当する位置１，３，５で抵抗値が低
く、第１酸化膜の厚い領域２に相当する位置２，４で抵
抗値が高くなる傾向が見られ、図１１に示す従来の光照
射熱処理装置によればウェーハの処理温度の面内不均一
性、パターンレイアウト依存性が存在していることが確
認された。

【００３３】次に、試料２（比較例）として、図７
（ａ）の光照射熱処理装置の主要部の模式図に示すよう
に、図２（ａ）に示すウェーハを図１１に示す従来の光
照射熱処理装置にて、ウェーハ２０を第１ポリシリコン
層形成面が第１ランプ１２ａ側を向くように戴置し、第
１ランプ１２ａと第２ランプ１２ｂとの光の照射強度比
が０．２３７：９．７６３となるように設定し、上記の
シークエンスのアニール処理を施した。

【００３４】上記の試料２について、試料１と同様に第
１ポリシリコン層の抵抗値を測定した結果を図７（ｂ）
に示す。このように、試料１と同様に、第１酸化膜の薄
い領域１に相当する位置１，３，５で抵抗値が低く、第
１酸化膜の厚い領域２に相当する位置２，４で抵抗値が
高くなる傾向が見られた。実質的にウェーハの裏面側か
らの照射のみを行ったにもかかわらず、上記のようにウ
ェーハの処理温度の面内における不均一性、パターンレ
イアウト依存性が存在しているのは、従来の光照射熱処
理装置のリアクター内壁面が赤外線に対して高い反射率
（９７％程度）を有するＡｕからなる金属反射膜でコー
ティングされているために、照射光がリアクター内部を
反射し、パターンが形成されたウェーハの表面側からも
光が照射されてしまうためと考えられる。

【００３５】次に、試料３（比較例）として、図８
（ａ）の光照射熱処理装置の主要部の模式図に示すよう
に、図２（ａ）に示すウェーハを図１１に示す従来の光
照射熱処理装置にて、ウェーハ２０を第１ポリシリコン
層形成面が第１ランプ１２ａ側を向くように戴置し、第
１ランプ１２ａと第２ランプ１２ｂとの光の照射強度比
が９．７６３：０．２３７となるように設定し、上記の
シークエンスのアニール処理を施した。

【００３６】上記の試料３について、試料１と同様に第
１ポリシリコン層の抵抗値を測定した結果を図８（ｂ）
に示す。このように、試料１と同様に、第１酸化膜の薄
い領域１に相当する位置１，３，５で抵抗値が低く、第
１酸化膜の厚い領域２に相当する位置２，４で抵抗値が
高くなる傾向が見られた。

【００３７】次に、試料４（比較例）として、図９
（ａ）の光照射熱処理装置の主要部の模式図に示すよう
に、図２（ａ）に示すウェーハを図１１に示す従来の光
照射熱処理装置にて、ウェーハ２０を第１ポリシリコン
層形成面が第１ランプ１２ａ側を向くように戴置し、第
１ランプ１２ａと第２ランプ１２ｂとの光の照射強度比
が４．９６０：５．０４０となるように設定し、上記の
シークエンスのアニール処理を施した。但し、ＣＶＤ法
により作成した８インチサイズのＳｉＣ基板からなる遮
蔽板２１を、ウェーハ２０の第１ポリシリコン層形成面
から５ｍｍの間隔をあけて、ウェーハ２０の第１ポリシ
リコン層形成面を覆うように設置した。

【００３８】上記の試料４について、試料１と同様に第
１ポリシリコン層の抵抗値を測定した結果を図９（ｂ）
に示す。このように、試料１と同様に、第１酸化膜の薄
い領域１に相当する位置１，３，５で抵抗値が低く、第
１酸化膜の厚い領域２に相当する位置２，４で抵抗値が
高くなる傾向が見られた。これは、リアクター内部を反
射した照射光が遮蔽板２１とウェーハ２０との間隙から
進入してしまう、あるいは、ＳｉＣ基板からなる遮蔽板
を照射光が透過してしまうためと考えられる。このた
め、Ｓｉウェーハのように７００℃以下の温度領域では
赤外線を透過してしまう材料によっても、同様に照射光
を遮蔽する効果は期待できない。

【００３９】次に、試料５（本発明）として、図１０
（ａ）の本実施形態にかかる光照射熱処理装置の模式図
に示すように、図２（ａ）に示すウェーハ２０を第１ポ
リシリコン層形成面が第２リアクター１１ｂ側を向くよ
うに戴置し、パイロメータ１９でウェーハ２０の第１ポ
リシリコン層形成面の温度を測定して計測温度をランプ
１２の出力にフィードバックする閉回路制御を行いなが
ら、上記のシークエンスのアニール処理を施した。

【００４０】上記の試料５について、試料１と同様に第
１ポリシリコン層の抵抗値を測定した結果を図１０
（ｂ）に示す。このように、試料１〜４と異なり、第１
酸化膜の薄い領域１に相当する位置１，３，５と第１酸
化膜の厚い領域２に相当する位置２，４で抵抗値はほぼ
均一化され、被加熱処理基板の処理温度の面内均一性を
向上し、パターンレイアウト依存性を小さくすることが
可能であることが確認された。

【００４１】本発明は、上記の実施形態に限定されな
い。例えば、光源からの光の透過を防止する仕切り板と
しては、光の透過を防止すればよく、光を吸収する材
料、反射する材料のどちらでもかまわない。第２リアク
ターの内壁面に全面に金属反射膜を設けることで、上記
の仕切り板部分での光の透過性はさらに抑制することが
可能となる。第２リアクター内壁面に形成する金属反射
膜としては、Ａｕのほか、光に対して高い反射率を有す
る材料ならばいずれも同様の効果を得ることができる。
その他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更を
行うことが可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明の光照射熱処理装置によれば、光
照射熱処理における被加熱処理基板の処理温度の面内均
一性を向上し、パターンレイアウト依存性を小さくする
ことが可能である。

【００４３】また、本発明の光照射熱処理方法によれ
ば、本発明の光照射熱処理装置を用いて、被加熱処理基
板の処理温度の面内均一性を向上し、パターンレイアウ
ト依存性を小さくして光照射熱処理を行うことが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の光照射熱処理装置の構成例を示
す模式図である。

【図２】図２（ａ）は本発明の実施例において用いるウ
ェーハの面内のパターンレイアウトを示す平面図であ
り、図２（ｂ）および図２（ｃ）はそれぞれ図２（ａ）
中の領域１および領域２に相当する位置の断面図であ
る。

【図３】図３は実施例１において従来の光照射熱処理装
置と本発明の光照射熱処理装置とを用いて図２に示すウ
ェーハに光照射したときの輻射率の波長依存性をシミュ
レーションした結果を示す図である。

【図４】図４は実施例１において従来の光照射熱処理装
置と本発明の光照射熱処理装置とを用いて図２に示すウ
ェーハに光照射したときの光吸収率の第１酸化膜厚依存
性をシミュレーションした結果を示す図である。

【図５】図５（ａ）は実施例２におけるアニール処理の
シークエンスを示す模式図であり、図５（ｂ）は試料１
を作成した従来の光照射熱処理装置の主要部を示す模式
図である。

【図６】図６（ａ）は実施例２において作成した試料の
ナンバリング位置を示す平面図であり、図６（ｂ）は試
料１の抵抗値のパターン依存性を示す図である。

【図７】図７（ａ）は試料２を作成した従来の光照射熱
処理装置の主要部を示す模式図であり、図７（ｂ）は試
料２の抵抗値のパターン依存性を示す図である。

【図８】図８（ａ）は試料３を作成した従来の光照射熱
処理装置の主要部を示す模式図であり、図８（ｂ）は試
料３の抵抗値のパターン依存性を示す図である。

【図９】図９（ａ）は試料４を作成した従来の光照射熱
処理装置の主要部を示す模式図であり、図９（ｂ）は試
料４の抵抗値のパターン依存性を示す図である。

【図１０】図１０（ａ）は試料５を作成した本発明の光
照射熱処理装置を示す模式図であり、図１０（ｂ）は試
料５の抵抗値のパターン依存性を示す図である。

【図１１】図１１は従来の光照射熱処理装置の構成例を
示す模式図である。

【符号の説明】

１０，１０ａ，１０ｂ…金属反射膜、１１…リアクタ
ー、１１ａ…第１リアクター、１１ｂ…第２リアクタ
ー、１２，１２ａ，１２ｂ…光源、１３…石英チュー
ブ、１３ａ…ガス導入口、１３ｂ…ガス排出口、１４…
ドア、１４ａ…パッキン、１５…トレー、１５ａ…ウェ
ハ支持部、１６…熱電対、１７…仕切り板、１８…石英
シャワーヘッドプレート、１９…パイロメータ、２０…
ウェーハ、２１…遮蔽板、３０…シリコン基板、３１
ａ，３１ｂ…第１酸化膜、３２…第１ポリシリコン膜、
３３…第２酸化膜、３４…第３酸化膜、３５…第２ポリ
シリコン膜。

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図５】

【図６】

【図１０】

【図４】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置の製造工程において一方の面上
に半導体素子が形成された被加熱処理基板に光を照射し
て熱処理を行う光照射熱処理装置であって、光源と、内部に前記光源が設けられた第１処理室と、前記第１処理室に隣接して設けられた第２処理室と、前記被加熱処理基板の半導体素子形成面の裏面側を前記
第１処理室側に、前記被加熱処理基板の半導体素子形成
面を前記第２処理室側に向けて前記被加熱処理基板を戴
置するように、前記第１処理室と前記第２処理室の境界
に設けられた支持部とを有する光照射熱処理装置。
【請求項２】前記第１処理室と前記第２処理室とを仕切
り、前記光源の発する光の透過を防止する仕切り板と、前記仕切り板に形成された開口部とをさらに有し、前記開口部を遮蔽して前記被加熱処理基板を戴置するよ
うに前記仕切り板に前記支持部が形成されている請求項
１記載の光照射熱処理装置。
【請求項３】前記仕切り板が、前記光源の発する光を反
射する請求項２記載の光照射熱処理装置。
【請求項４】前記仕切り板が、前記光源の発する光を吸
収する請求項２記載の光照射熱処理装置。
【請求項５】前記仕切り板が、前記光源の発する光の透
過を防止するのに十分な膜厚のＳｉＣにより形成されて
いる請求項２記載の光照射熱処理装置。
【請求項６】前記第２処理室の内壁面が光の反射面とな
っている請求項１記載の光照射熱処理装置。
【請求項７】前記第２処理室の内壁面が金属膜により被
覆されて前記反射面となっている請求項６記載の光照射
熱処理装置。
【請求項８】前記第２処理室の内壁面に形成された金属
膜が、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａまたは
これらの混合物を含有する請求項７記載の光照射熱処理
装置。
【請求項９】前記第２処理室の内壁面に形成された金属
膜の冷却手段をさらに有する請求項７記載の光照射熱処
理装置。
【請求項１０】前記開口部が、前記被加熱処理基板の形
状に適合するように前記仕切り板に形成されており、前
記開口部の縁部が前記支持部となっている請求項２記載
の光照射熱処理装置。
【請求項１１】前記第１処理室の内壁面の少なくとも一
部が金属膜により被覆されて、前記光源の発する光の反
射面となっている請求項１記載の光照射熱処理装置。
【請求項１２】前記第１処理室の内壁面に形成された金
属膜が、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａまた
はこれらの混合物を含有する請求項１１記載の光照射熱
処理装置。
【請求項１３】前記第１処理室の内壁面に形成された金
属膜の冷却手段をさらに有する請求項１１記載の光照射
熱処理装置。
【請求項１４】前記光源が赤外線ランプである請求項１
記載の光照射熱処理装置。
【請求項１５】前記被加熱処理基板の処理温度を前記半
導体素子形成面側から測定する温度測定手段と、前記温度測定手段の出力に応じて前記光源の発する光の
光量を制御する制御手段とをさらに有する請求項１記載
の光照射熱処理装置。
【請求項１６】半導体装置の製造工程において一方の面
上に半導体素子が形成された被加熱処理基板に光を照射
して熱処理を行う光照射熱処理方法であって、内部に光源が設けられた第１処理室と、前記第１処理室
に隣接する第２処理室との境界に前記被加熱処理基板の
半導体素子形成面の裏面側を前記第１処理室側に、前記
被加熱処理基板の半導体素子形成面を前記第２処理室側
に向けて前記被加熱処理基板を戴置し、前記被加熱処理基板の半導体素子形成面の裏面側に前記
光源の発する光を照射する光照射熱処理方法。
【請求項１７】前記光源の発する光の透過を防止する前
記第１処理室と前記第２処理室との仕切り板に形成され
た開口部を遮蔽するように、前記仕切り板上に前記被加
熱処理基板を戴置する請求項１６記載の光照射熱処理方
法。
【請求項１８】前記仕切り板として前記光源の発する光
を反射する材料を用いる請求項１７記載の光照射熱処理
方法。
【請求項１９】前記仕切り板として前記光源の発する光
を吸収する材料を用いる請求項１７記載の光照射熱処理
方法。
【請求項２０】前記仕切り板として前記光源の発する光
の透過を防止するのに十分な膜厚のＳｉＣを用いる請求
項１７記載の光照射熱処理方法。
【請求項２１】前記第２処理室の内壁面が光の反射面と
なっている請求項１６記載の光照射熱処理方法。
【請求項２２】前記第２処理室の内壁面が金属膜により
被覆されて前記反射面となっている請求項２１記載の光
照射熱処理方法。
【請求項２３】前記第２処理室の内壁面に形成された金
属膜が、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａまた
はこれらの混合物を含有する請求項２２記載の光照射熱
処理方法。
【請求項２４】前記第２処理室の内壁面に形成された金
属膜の冷却を行いながら熱処理を行う請求項２２記載の
光照射熱処理方法。
【請求項２５】縁部が前記被加熱処理基板を支持するよ
うに、前記被加熱処理基板の形状に適合するように前記
仕切り板に形成されている開口部を遮蔽するように前記
被加熱処理基板を戴置する請求項１７記載の光照射熱処
理方法。
【請求項２６】前記第１処理室の内壁面の少なくとも一
部が金属膜により被覆されて、前記光源の発する光の反
射面となっている請求項１６記載の光照射熱処理方法。
【請求項２７】前記第１処理室の内壁面に形成された金
属膜が、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａまた
はこれらの混合物を含有する請求項２６記載の光照射熱
処理方法。
【請求項２８】前記第１処理室の内壁面に形成された金
属膜の冷却を行いながら熱処理を行う請求項２６記載の
光照射熱処理方法。
【請求項２９】前記光源として赤外線ランプにより光を
照射する請求項１６記載の光照射熱処理方法。
【請求項３０】前記被加熱処理基板の処理温度を前記半
導体素子形成面側から測定し、前記処理温度に応じて前
記光源の発する光の光量を制御する請求項１６記載の光
照射熱処理方法。