TW201941308A - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能使注入至基板之雜質精度良好地擴散至規定深度而活化之熱處理方法及熱處理裝置。
自鹵素燈對注入有雜質之半導體晶圓進行光照射，而將半導體晶圓升溫至目標溫度T1。繼而，繼續進行自鹵素燈之光照射，而將半導體晶圓維持為目標溫度T1長達特定時間，藉此使雜質精度良好地擴散至規定深度。其後，藉由使鹵素燈熄滅或使自鹵素燈照射之光之強度降低，而使半導體晶圓自目標溫度降溫。藉由於半導體晶圓降溫之中途自閃光燈對半導體晶圓之正面照射閃光，完全抑制雜質進一步擴散並且僅進行雜質之活化。

Description

熱處理方法及熱處理裝置

本發明係關於一種藉由對注入有雜質之半導體晶圓等薄板狀精密電子基板(以下，簡稱為「基板」)照射光，將該基板加熱而使雜質活化之熱處理方法及熱處理裝置。

於半導體元件之製程中，雜質導入係於半導體晶圓內形成pn接面之必要步驟。目前，雜質導入一般係藉由離子擊入法及其後之退火法而進行。離子擊入法係使硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質元素離子化，並以高加速電壓使之與半導體晶圓碰撞，而以物理方式進行雜質注入的技術。所注入之雜質藉由退火處理而活化。此時，若退火時間長達數秒以上，則有如下風險，即，所擊入之雜質藉由熱而較深擴散，其結果，接合深度比所要求之深度深得多，從而阻礙良好元件之形成。

因此，作為於極短時間內將半導體晶圓加熱之退火技術，近年來，閃光燈退火(FLA)備受關注。閃光燈退火係藉由使用疝氣閃光燈(以下，簡稱「閃光燈」時即意指疝氣閃光燈)對半導體晶圓之正面照射閃光，而僅使注入有雜質之半導體晶圓之正面於極短時間(數毫秒以下)內升溫的熱處理技術。

疝氣閃光燈之放射分光分佈為紫外線區域至近紅外線區域，波長較先前之鹵素燈短，與矽之半導體晶圓之基本吸收帶大體一致。因此，自疝氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少，從而能使半導體晶圓急速升溫。又，亦已判明：若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則能僅使半導體晶圓之正面附近選擇性地升溫。因此，若為利用疝氣閃光燈之極短時間之升溫，則能不使雜質較深擴散而僅執行雜質活化。

於專利文獻1中，揭示了一種閃光燈退火裝置，其藉由配置於處理腔室之下方之鹵素燈，將半導體晶圓預加熱後，自配置於處理腔室之上方之閃光燈對半導體晶圓之正面照射閃光。專利文獻1所揭示之裝置中，藉由於利用鹵素燈將注入有雜質之半導體晶圓升溫至特定之預加熱溫度之狀態下照射閃光，使晶圓正面瞬間升溫至1000℃以上之處理溫度而將雜質活化。
[先前技術文獻]
[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2014-175630號公報

[發明所欲解決之問題]

且說，近年來，半導體元件之微細化不斷發展，使雜質以任何程度過深擴散均不理想。如專利文獻1所揭示般，若對升溫至預加熱溫度之半導體晶圓照射閃光，則即便為極短時間之閃光照射，雜質亦會略微擴散。另一方面，需使雜質擴散至必要區域。即，要求使所注入之雜質按照半導體元件之設計值準確地擴散。

本發明鑒於上述問題，以提供一種能使注入至基板之雜質精度良好地擴散至規定深度而活化之熱處理方法及熱處理裝置為目的。
[解決問題之技術手段]

為了解決上述問題，技術方案1之發明係一種熱處理方法，其係藉由對注入有雜質之基板照射光，將該基板加熱而使上述雜質活化，其特徵在於具備：升溫步驟，其係藉由出自連續點亮燈之光照射，將上述基板升溫至目標溫度；溫度維持步驟，其係藉由出自上述連續點亮燈之光照射，將上述基板維持為上述目標溫度長達特定時間；及降溫步驟，其係藉由使上述連續點亮燈熄滅或使自上述連續點亮燈照射之光之強度降低，而使上述基板自上述目標溫度降溫；且於上述降溫步驟之中途，自閃光燈對上述基板照射閃光。

又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於：上述目標溫度為750℃以上900℃以下。

又，技術方案3之發明係如技術方案2之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述溫度維持步驟中，將上述基板維持為上述目標溫度長達1秒以上4秒以下。

又，技術方案4之發明係一種熱處理裝置，其藉由對注入有雜質之基板照射光，將該基板加熱而使上述雜質活化，其特徵在於具備：腔室，其收容上述基板；連續點亮燈，其對上述腔室中收容之上述基板照射光，而將其加熱至目標溫度；閃光燈，其對上述腔室中收容之上述基板照射閃光；及控制部，其控制上述連續點亮燈及上述閃光燈之發光；且上述控制部係以如下方式控制上述連續點亮燈及上述閃光燈之發光，即，於藉由出自上述連續點亮燈之光照射將升溫至上述目標溫度之上述基板維持為上述目標溫度長達特定時間後，於藉由使上述連續點亮燈熄滅或使自上述連續點亮燈照射之光之強度降低而使上述基板自上述目標溫度降溫之中途，對上述基板照射閃光。

又，技術方案5之發明係如技術方案4之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述目標溫度為750℃以上900℃以下。

又，技術方案6之發明係如技術方案5之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述控制部將上述基板維持為上述目標溫度長達1秒以上4秒以下。
[發明之效果]

根據技術方案1至技術方案3之發明，藉由出自連續點亮燈之光照射將基板升溫至目標溫度並維持為目標溫度長達特定時間，而使注入至基板之雜質精度良好地擴散至規定深度後，於基板自目標溫度降溫之中途，自閃光燈對基板照射閃光，因此能完全抑制擴散至規定深度後之雜質進一步擴散，且使雜質活化。

根據技術方案4至技術方案6之發明，藉由出自連續點亮燈之光照射將基板升溫至目標溫度並維持為目標溫度長達特定時間，而使注入至基板之雜質精度良好地擴散至規定深度後，於基板自目標溫度降溫之中途，自閃光燈對基板照射閃光，因此能完全抑制擴散至規定深度後之雜質進一步擴散，且使雜質活化。

以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態詳細地進行說明。

圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱剖視圖。圖1之熱處理裝置1係藉由對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W進行閃光照射而將該半導體晶圓W加熱之閃光燈退火裝置。作為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並不特別限定，例如為f300 mm或f450 mm(於本實施形態中，為f300 mm)。向熱處理裝置1搬入前之半導體晶圓W中已注入有雜質，藉由利用熱處理裝置1實施之加熱處理，執行所注入之雜質之擴散及活化處理。再者，於圖1及以後之各圖中，為了易於理解，各部之尺寸或數量視需要被誇大或簡化而繪製。

熱處理裝置1具備收容半導體晶圓W之腔室6、內置複數個閃光燈FL之閃光加熱部5、及內置複數個鹵素燈HL之鹵素加熱部4。於腔室6之上側設置有閃光加熱部5，並且於下側設置有鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1於腔室6之內部，具備將半導體晶圓W以水平姿勢保持之保持部7、及於保持部7與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交接之移載機構10。進而，熱處理裝置1具備控制部3，該控制部3控制鹵素加熱部4、閃光加熱部5及設置於腔室6之各動作機構，使它們執行半導體晶圓W之熱處理。

腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之概略筒形狀，上側開口安裝有上側腔室窗63而被封堵，下側開口安裝有下側腔室窗64而被封堵。構成腔室6之頂壁之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，作為能使自閃光加熱部5出射之閃光透射至腔室6內之石英窗而發揮功能。又，構成腔室6之底板部之下側腔室窗64亦係由石英形成之圓板形狀構件，作為能使來自鹵素加熱部4之光透射至腔室6內之石英窗而發揮功能。

又，於腔室側部61之內側壁面之上部安裝有反射環68，於下部安裝有反射環69。反射環68、69均形成為圓環狀。上側之反射環68係藉由自腔室側部61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔室側部61之下側嵌入並利用圖示省略之螺釘加以固定而安裝。即，反射環68、69均裝卸自由地安裝於腔室側部61。腔室6之內側空間，即由上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61及反射環68、69包圍之空間被規定為熱處理空間65。

藉由在腔室側部61安裝反射環68、69，從而於腔室6之內壁面形成有凹部62。即，形成有由腔室側部61之內壁面中未安裝反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面及反射環69之上端面包圍之凹部62。凹部62沿水平方向呈圓環狀形成於腔室6之內壁面，並圍繞保持半導體晶圓W之保持部7。腔室側部61及反射環68、69由強度與耐熱性優異之金屬材料(例如，不鏽鋼)形成。

又，於腔室側部61，形成設置有用以對腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66可藉由閘閥185而開閉。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，閘閥185將搬送開口部66打開時，能自搬送開口部66通過凹部62向熱處理空間65搬入半導體晶圓W及自熱處理空間65搬出半導體晶圓W。又，若閘閥185將搬送開口部66閉鎖，則腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。

進而，於腔室側部61貫穿設置有貫通孔61a。於腔室側部61之外壁面之設置有貫通孔61a之部位，安裝有放射溫度計20。貫通孔61a係用以將自保持於下述晶座74之半導體晶圓W之下表面放射之紅外光導向放射溫度計20之圓筒狀之孔。貫通孔61a係以其貫通方向之軸與保持於晶座74之半導體晶圓W之主面相交之方式，相對於水平方向傾斜而設置。於貫通孔61a之面向熱處理空間65之側之端部，安裝有能使放射溫度計20所能測定之波長區域之紅外光透過、由氟化鋇材料構成之透明窗21。

又，於腔室6之內壁上部，形成設置有向熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81形成設置於較凹部62更靠上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由呈圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間82，連通連接於氣體供給管83。氣體供給管83連接於處理氣體供給源85。又，於氣體供給管83之路徑中途介插有閥84。若將閥84打開，則處理氣體自處理氣體供給源85向緩衝空間82輸送。流入至緩衝空間82之處理氣體以於流體阻力較氣體供給孔81小之緩衝空間82內擴散之方式流動而自氣體供給孔81向熱處理空間65內供給。作為處理氣體，例如可使用氮(N₂ )等惰性氣體，或氫(H₂ )、氨(NH₃ )等反應性氣體，或由其等混合而成之混合氣體(於本實施形態中，為氮氣)。

另一方面，於腔室6之內壁下部，形成設置有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排出孔86。氣體排出孔86形成設置於較凹部62更靠下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排出孔86經由呈圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87，連通連接於氣體排出管88。氣體排出管88連接於排氣部190。又，於氣體排出管88之路徑中途介插有閥89。若將閥89打開，則熱處理空間65之氣體自氣體排出孔86經緩衝空間87向氣體排出管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排出孔86可沿腔室6之周向設置有複數個，亦可呈狹縫狀。又，處理氣體供給源85及排氣部190可為設置於熱處理裝置1之機構，亦可為設置熱處理裝置1之工廠之輔助設備。

又，於搬送開口部66之前端，亦連接有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排出管191。氣體排出管191經由閥192連接於排氣部190。藉由將閥192打開，從而腔室6內之氣體經由搬送開口部66排出。

圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7係具備基台環71、連結部72及晶座74而構成。基台環71、連結部72及晶座74均由石英形成。即，保持部7整體由石英形成。

基台環71係使圓環形狀缺失一部分而成之圓弧形狀之石英構件。該缺失部分係為了防止下述移載機構10之移載臂11與基台環71之干涉而設置。基台環71載置於凹部62之底面，藉此支持於腔室6之壁面(參照圖1)。於基台環71之上表面，沿其圓環形狀之周向豎立設置有複數個連結部72(於本實施形態中，為4個)。連結部72亦係石英構件，以熔接方式固接於基台環71。

晶座74係藉由設置於基台環71之4個連結部72而支持。圖3係晶座74之俯視圖。又，圖4係晶座74之剖視圖。晶座74具備保持板75、引導環76及複數個基板支持銷77。保持板75係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。保持板75之直徑大於半導體晶圓W之直徑。即，保持板75具有較半導體晶圓W大之平面尺寸。

於保持板75之上表面周緣部設置有引導環76。引導環76係具有較半導體晶圓W之直徑大之內徑的圓環形狀之構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為f300 mm之情形時，引導環76之內徑為f320 mm。引導環76之內周形成為自保持板75向上方擴大之傾斜面。引導環76由與保持板75相同之石英形成。引導環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另行加工所得之銷等固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與引導環76作為一體之構件加工。

保持板75之上表面中較引導環76更靠內側之區域設為保持半導體晶圓W之平面狀之保持面75a。於保持板75之保持面75a，豎立設置有複數個基板支持銷77。於本實施形態中，沿保持面75a之與外周圓(引導環76之內周圓)為同心圓之圓周上，每隔30°豎立設置有共計12個基板支持銷77。配置有12個基板支持銷77之圓之徑(相對向之基板支持銷77間之距離)小於半導體晶圓W之徑，若半導體晶圓W之徑為f300 mm，則該圓之徑為f270 mm~f280 mm(於本實施形態中，為f270 mm)。各個基板支持銷77由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由熔接設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75加工成一體。

返回至圖2，豎立設置於基台環71之4個連結部72與晶座74之保持板75之周緣部藉由熔接而固接。即，晶座74與基台環71藉由連結部72而固定連結。藉由此種保持部7之基台環71支持於腔室6之壁面，從而保持部7安裝於腔室6。在保持部7安裝於腔室6之狀態下，晶座74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛直方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a成為水平面。

搬入至腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置並保持在安裝於腔室6之保持部7之晶座74之上。此時，半導體晶圓W藉由豎立設置於保持板75上之12個基板支持銷77得到支持，並保持於晶座74。更嚴密而言，12個基板支持銷77之上端部與半導體晶圓W之下表面接觸而支持該半導體晶圓W。12個基板支持銷77之高度(基板支持銷77之上端至保持板75之保持面75a之距離)均等，因此能藉由12個基板支持銷77將半導體晶圓W以水平姿勢支持。

又，半導體晶圓W係藉由複數個基板支持銷77以與保持板75之保持面75a隔開特定間隔之方式得到支持。相較於基板支持銷77之高度，引導環76之厚度更大。因此，藉由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之水平方向之位置偏移藉由引導環76得到防止。

又，如圖2及圖3所示，於晶座74之保持板75，上下貫通而形成有開口部78。開口部78係為了供放射溫度計20接收自半導體晶圓W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，放射溫度計20經由開口部78及安裝於腔室側部61之貫通孔61a之透明窗21接收自半導體晶圓W之下表面放射之光，測定該半導體晶圓W之溫度。進而，於晶座74之保持板75，貫穿設置有供下述移載機構10之頂起銷12為了交接半導體晶圓W而貫通之4個貫通孔79。

圖5係移載機構10之俯視圖。又，圖6係移載機構10之側視圖。移載機構10具備2根移載臂11。移載臂11形成為沿大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。於各個移載臂11豎立設置有2根頂起銷12。移載臂11及頂起銷12由石英形成。各移載臂11能藉由水平移動機構13而旋動。水平移動機構13使一對移載臂11相對於保持部7在移載動作位置(圖5之實線位置)與退避位置(圖5之二點鏈線位置)之間水平移動，該移載動作位置係進行半導體晶圓W之移載之位置，該退避位置係俯視下不與保持於保持部7之半導體晶圓W重疊之位置。作為水平移動機構13，可藉由個別馬達使各移載臂11分別旋動，亦可使用連桿機構藉由1個馬達使一對移載臂11連動而旋動。

又，一對移載臂11藉由升降機構14與水平移動機構13一併升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則共計4根頂起銷12通過貫穿設置於晶座74之貫通孔79(參照圖2、3)，從而頂起銷12之上端自晶座74之上表面突出。另一方面，升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降，而將頂起銷12自貫通孔79拔出，若水平移動機構13使一對移載臂11以被打開之方式移動，則各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置位於保持部7之基台環71之正上方。因基台環71載置於凹部62之底面，故移載臂11之退避位置位於凹部62之內側。再者，於移載機構10之設置有驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位附近，亦設置有圖示省略之排氣機構，而構成為將移載機構10之驅動部周邊之環境氣體向腔室6之外部排出。

返回至圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5係於殼體51之內側，具備包含複數根(於本實施形態中，為30根)疝氣閃光燈FL之光源、及以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52而構成。又，於閃光加熱部5之殼體51之底部，安裝有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之底板部之燈光放射窗53係由石英形成之板狀之石英窗。藉由將閃光加熱部5設置於腔室6之上方，從而燈光放射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL自腔室6之上方經由燈光放射窗53及上側腔室窗63對熱處理空間65照射閃光。

複數個閃光燈FL分別為具有長條形圓筒形狀之棒狀燈，且以各自之長度方向沿保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即沿水平方向)相互平行之方式呈平面狀排列。因此，藉由閃光燈FL之排列形成之平面亦為水平面。供排列複數個閃光燈FL之區域較半導體晶圓W之平面尺寸大。

疝氣閃光燈FL具備：圓筒形狀之玻璃管(放電管)，其內部封入有疝氣，且其兩端部配設有連接於電容器之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。疝氣係電氣絕緣體，故而即便電容器中蓄存有電荷，正常狀態下玻璃管內亦不會流通電氣。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞了絕緣之情形時，電容器中儲存之電氣會瞬間流至玻璃管內，藉由此時之疝原子或疝分子之激發，放出光。於此種疝氣閃光燈FL中，預先儲存於電容器中之靜電能被轉換成0.1毫秒至100毫秒之極短光脈衝，故而與鹵素燈HL等連續點亮之光源相比，具有能照射極強光之特徵。即，閃光燈FL係於未達1秒之極短時間內瞬間發光之脈衝發光燈。再者，閃光燈FL之發光時間可藉由對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數而調整。

又，反射器52係以覆蓋複數個閃光燈FL全體之方式設置於該等複數個閃光燈FL之上方。反射器52之基本功能為將自複數個閃光燈FL出射之閃光向熱處理空間65之側反射。反射器52由鋁合金板形成，其正面(面向閃光燈FL之側之面)被採用噴砂處理實施了粗面化加工。

設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置有複數根(於本實施形態中，為40根)鹵素燈HL。鹵素加熱部4係藉由複數個鹵素燈HL自腔室6之下方經由下側腔室窗64對熱處理空間65進行光照射而將半導體晶圓W加熱之光照射部。

圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40根鹵素燈HL分為上下2段而配置。於距保持部7較近之上段配設有20根鹵素燈HL，並且於較上段距保持部7遠之下段亦配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL為具有長條形圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段中，20根鹵素燈HL均以各自之長度方向沿保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即沿水平方向)相互平行之方式排列。藉此，上段、下段中，藉由鹵素燈HL之排列形成之平面均為水平面。

又，如圖7所示，上段、下段均為較與保持於保持部7之半導體晶圓W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域之鹵素燈HL之配設密度更高。即，上下段均為相較於燈排列之中央部，周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，能對藉由自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時溫度容易下降之半導體晶圓W之周緣部，進行更多光量之照射。

又，由上段鹵素燈HL構成之燈群與由下段鹵素燈HL構成之燈群呈格子狀交叉排列。即，以配置於上段之20根鹵素燈HL之長度方向與配置於下段之20根鹵素燈HL之長度方向相互正交之方式，配設有共計40根鹵素燈HL。

鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲通電，使燈絲白熾化而發光之燈絲方式之光源。玻璃管之內部封入有向氮或氬等惰性氣體導入微量鹵族元素(碘、溴等)所得之氣體。藉由導入鹵族元素，能抑制燈絲之折損，且將燈絲之溫度設定成高溫。因此，鹵素燈HL具有如下特性，即，與普通白熾燈泡相比，壽命較長，且能連續照射強光。即，鹵素燈HL係至少1秒以上連續發光之連續點亮燈。又，由於鹵素燈HL為棒狀燈，故而壽命較長，藉由使鹵素燈HL沿水平方向配置，從而對上方之半導體晶圓W之放射效率較為優異。

又，於鹵素加熱部4之殼體41內，亦在2段鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖1)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光向熱處理空間65之側反射。

控制部3控制設置於熱處理裝置1之上述各種動作機構。例如，控制部3控制鹵素燈HL及閃光燈FL之發光。作為控制部3之硬體之構成與普通電腦相同。即，控制部3具備：CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)，其係進行各種運算處理之電路；ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)，其係記憶基本程式之讀出專用記憶體；RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)，其係記憶各種資訊之自由讀寫記憶體；及磁碟，其記憶控制用軟體或資料等。藉由控制部3之CPU執行特定之處理程式，熱處理裝置1中之處理得以進行。

除上述構成以外，熱處理裝置1亦具備各種冷卻用構造，以防於半導體晶圓W之熱處理時自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能導致鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之溫度過度上升。例如，於腔室6之壁體，設置有水冷管(圖示省略)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5形成為於內部形成氣流而進行排熱之空冷構造。又，向上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙亦供給空氣，而將閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。

其次，對熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理步驟進行說明。此處，作為處理對象之半導體晶圓W係藉由離子注入法添加有硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質(離子)之矽之半導體基板。該雜質之擴散及活化係藉由利用熱處理裝置1實施之加熱處理而執行。以下所說明之熱處理裝置1之處理步驟係藉由控制部3控制熱處理裝置1之各動作機構而進行。

首先，將供氣用之閥84打開，並且將排氣用之閥89、192打開，而開始向腔室6內供氣及排氣。將閥84打開後，氮氣自氣體供給孔81向熱處理空間65供給。又，將閥89打開後，腔室6內之氣體自氣體排出孔86排出。藉此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣流向下方，而自熱處理空間65之下部排出。

又，藉由將閥192打開，從而腔室6內之氣體亦自搬送開口部66排出。進而，藉由圖示省略之排氣機構，移載機構10之驅動部周邊之環境氣體亦排出。再者，於熱處理裝置1中對半導體晶圓W實施熱處理時，氮氣持續向熱處理空間65供給，其供給量根據處理步驟而適當變更。

繼而，打開閘閥185而將搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送機器人經由搬送開口部66將注入雜質後之半導體晶圓W搬入至腔室6內之熱處理空間65。此時，有隨著半導體晶圓W之搬入而捲入裝置外部之環境氣體之虞，但因腔室6中不斷有氮氣供給，故氮氣會自搬送開口部66流出，從而能將此種外部環境氣體之捲入控制於最小限度。

藉由搬送機器人搬入之半導體晶圓W進出至保持部7之正上方位置並停止於此。然後，移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，藉此頂起銷12通過貫通孔79自晶座74之保持板75之上表面突出而接收半導體晶圓W。此時，頂起銷12上升至較基板支持銷77之上端更靠上方。

將半導體晶圓W載置於頂起銷12後，搬送機器人自熱處理空間65退出，搬送開口部66藉由閘閥185而閉鎖。然後，一對移載臂11下降，藉此半導體晶圓W被自移載機構10移交至保持部7之晶座74，以水平姿勢被自下方保持。半導體晶圓W藉由豎立設置於保持板75上之複數個基板支持銷77得到支持，並保持於晶座74。又，半導體晶圓W被以形成有圖案且注入有雜質之正面作為上表面而保持於保持部7。於藉由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之背面(與正面為相反側之主面)與保持板75之保持面75a之間，形成有特定間隔。下降至晶座74之下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13退避至退避位置即凹部62之內側。

圖8係表示半導體晶圓W之正面溫度之變化之圖。藉由以石英形成之保持部7之晶座74將半導體晶圓W以水平姿勢自下方保持後，於時刻t1，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL一齊點亮，而開始半導體晶圓W之加熱。自鹵素燈HL出射之鹵素光透過由石英形成之下側腔室窗64及晶座74照射至半導體晶圓W之下表面。藉由接受出自鹵素燈HL之光照射，半導體晶圓W得到急速加熱，晶圓溫度上升。再者，由於移載機構10之移載臂11已退避至凹部62之內側，故而不會妨礙鹵素燈HL進行加熱。

藉由鹵素燈HL進行加熱時，半導體晶圓W之溫度由放射溫度計20測定。即，自保持於晶座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78放射之紅外光通過透明窗21，由放射溫度計20接收而測定升溫中之晶圓溫度。測得之半導體晶圓W之溫度被傳送至控制部3。控制部3一面監視藉由出自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度是否達到特定之目標溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於放射溫度計20測得之測定值，以使半導體晶圓W之溫度成為目標溫度T1之方式反饋控制鹵素燈HL之輸出。目標溫度T1為750℃以上900℃以下。

當於時刻t2半導體晶圓W之溫度達到目標溫度T1後，控制部3以將半導體晶圓W之溫度維持為該目標溫度T1之方式調整鹵素燈HL之輸出。藉由出自鹵素燈HL之光照射，半導體晶圓W之溫度維持為目標溫度T1直至時刻t3為止。半導體晶圓W之溫度維持為目標溫度T1之時刻t2至時刻t3之時間為1秒以上4秒以下。再者，藉由出自鹵素燈HL之光照射將半導體晶圓W升溫至目標溫度T1之時刻t1至時刻t2為升溫步驟，藉由出自鹵素燈HL之光照射將半導體晶圓W維持為目標溫度T1之時刻t2至時刻t3為溫度維持步驟。

自時刻t2至時刻t3，執行將半導體晶圓W維持為目標溫度T1之均溫處理，藉此注入至半導體晶圓W之正面之雜質擴散。於該溫度維持步驟中，力求使雜質準確地擴散至與半導體元件之設計值相符之規定深度。於矽中之擴散係數視雜質之種類而異，因此雜質之種類與雜質擴散所需之深度決定目標溫度T1及時刻t2至時刻t3之溫度維持時間。鹵素燈HL之發光時間及發光輸出之控制相對較為容易，藉由將半導體晶圓W之溫度於時刻t2至時刻t3準確地維持為目標溫度T1，能使所注入之雜質精度良好地擴散至規定深度。

其次，於時刻t3，鹵素燈HL熄滅。藉由鹵素燈HL熄滅，從而半導體晶圓W之溫度自目標溫度T1降溫。即，半導體晶圓W之溫度自目標溫度T1降溫之時刻t3以後為降溫步驟。

本實施形態中，於降溫步驟之中途之時刻t4，自閃光加熱部5之閃光燈FL對半導體晶圓W照射閃光。自閃光燈FL放射之閃光照射至保持於晶座74之半導體晶圓W之正面。照射閃光之時刻t4之半導體晶圓W之溫度T2例如為600℃以下。

自閃光燈FL對半導體晶圓W照射之閃光係由預先儲存於電容器中之靜電能轉換成極短光脈衝且照射時間極短至0.1毫秒以上100毫秒以下程度之強閃光。藉由將此種閃光於時刻t4照射至半導體晶圓W之正面，而執行將該正面瞬間加熱之閃光加熱。被閃光加熱之半導體晶圓W之正面溫度瞬間上升至活化溫度T3後，急速下降。藉由將半導體晶圓W之正面溫度瞬間升溫至活化溫度T3，從而注入至該正面之雜質活化。再者，較典型為活化溫度T3高於目標溫度T1。

此處，重點在於：閃光加熱時僅進行雜質之活化，而不使雜質以任何程度擴散。即，於上述溫度維持步驟中，自時刻t2起將半導體晶圓W之溫度維持為目標溫度T1直至時刻t3為止，藉此使所注入之雜質精度良好地擴散至規定深度，若雜質超過規定深度以任何程度擴散，則接合深度會比所要求之深度深得多，從而元件特性下降。本實施形態中，於半導體晶圓W之溫度自目標溫度T1降溫之降溫步驟之中途，對半導體晶圓W之正面照射閃光，故而能完全抑制雜質之擴散並且僅進行雜質之活化。

閃光加熱結束後，半導體晶圓W之溫度進而降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度由放射溫度計20測定，且其測定結果被傳送至控制部3。控制部3根據放射溫度計20之測定結果，監視半導體晶圓W之溫度是否降溫至特定溫度。然後，半導體晶圓W之溫度降溫至特定溫度以下之後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，藉此頂起銷12自晶座74之上表面突出，而自晶座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，將藉由閘閥185而閉鎖之搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送機器人搬出載置於頂起銷12上之半導體晶圓W，至此熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理完成。

於本實施形態中，自鹵素燈HL對注入有雜質之半導體晶圓W進行光照射，將該半導體晶圓W升溫至目標溫度T1，進而於時刻t2至時刻t3，準確地維持為目標溫度T1，藉此使所注入之雜質精度良好地擴散至規定深度。然後，使鹵素燈HL熄滅，於半導體晶圓W之溫度自目標溫度T1降溫之降溫步驟之中途，自閃光燈FL對半導體晶圓W之正面照射閃光。

此處，若於半導體晶圓W正向目標溫度T1升溫之狀態下進行閃光照射，則藉由該閃光照射所進行之閃光加熱，雜質亦會略微擴散。如此，則精度良好地擴散至規定深度之雜質超過規定深度進而擴散，其結果，無法獲得所期望之接合深度。

因此，本實施形態中，於半導體晶圓W之溫度自目標溫度T1降溫之降溫步驟之中途，對半導體晶圓W之正面照射閃光，藉此完全抑制雜質之擴散並且僅進行雜質之活化。藉此，能使注入至半導體晶圓W之雜質精度良好地擴散至規定深度而活化。

以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明可於不脫離其主旨之範圍內，在上述內容以外進行各種變更。例如，上述實施形態中，於時刻t3以後之降溫步驟中使鹵素燈HL熄滅，但亦可取而代之地，藉由使自鹵素燈HL照射之光之強度降低，而使半導體晶圓W自目標溫度T1降溫。

又，作為處理對象之半導體晶圓W並不限定於矽之半導體基板，亦可為鍺或矽鍺之半導體基板。只要自鹵素燈HL對注入有雜質之鍺等之半導體基板進行光照射，並將其維持為目標溫度T1長達特定時間，其後於半導體基板自目標溫度T1降溫之中途照射閃光，便能獲得與上述實施形態相同之效果。

又，本發明之技術亦可應用於形成有多晶矽之閘極電極之半導體基板。即，作為場效電晶體(FET)之閘極電極，將多晶矽成膜，自鹵素燈HL對在該多晶矽閘極電極中注入有雜質之半導體基板進行光照射，並將其維持為目標溫度T1長達特定時間，使雜質於閘極電極中擴散。其後，於半導體基板自目標溫度T1降溫之中途，自閃光燈FL照射閃光，而使雜質活化。

又，於上述實施形態中，閃光加熱部5具備30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數可為任意數量。又，閃光燈FL並不限定於疝氣閃光燈，亦可為氪氣閃光燈。又，鹵素加熱部4所具備之鹵素燈HL之根數亦並不限定於40根，而可為任意數量。

又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈HL作為1秒以上連續發光之連續點亮燈，進行半導體晶圓W之加熱，但並不限定於此。亦可使用放電型之電弧燈(例如，疝弧燈)代替鹵素燈HL作為連續點亮燈，而藉由自電弧燈之光照射將半導體晶圓W升溫至目標溫度T1並予以維持。

1‧‧‧熱處理裝置

3‧‧‧控制部

4‧‧‧鹵素加熱部

5‧‧‧閃光加熱部

6‧‧‧腔室

7‧‧‧保持部

10‧‧‧移載機構

11‧‧‧移載臂

12‧‧‧頂起銷

13‧‧‧水平移動機構

14‧‧‧升降機構

20‧‧‧放射溫度計

21‧‧‧透明窗

41‧‧‧殼體

43‧‧‧反射器

51‧‧‧殼體

52‧‧‧反射器

53‧‧‧燈光放射窗

61‧‧‧腔室側部

61a‧‧‧貫通孔

62‧‧‧凹部

63‧‧‧上側腔室窗

64‧‧‧下側腔室窗

65‧‧‧熱處理空間

66‧‧‧搬送開口部

68‧‧‧反射環

69‧‧‧反射環

71‧‧‧基台環

72‧‧‧連結部

74‧‧‧晶座

75‧‧‧保持板

75a‧‧‧保持面

76‧‧‧引導環

77‧‧‧基板支持銷

78‧‧‧開口部

79‧‧‧貫通孔

81‧‧‧氣體供給孔

82‧‧‧緩衝空間

83‧‧‧氣體供給管

84‧‧‧閥

85‧‧‧處理氣體供給源

86‧‧‧氣體排出孔

87‧‧‧緩衝空間

88‧‧‧氣體排出管

89‧‧‧閥

185‧‧‧閘閥

190‧‧‧排氣部

191‧‧‧氣體排出管

192‧‧‧閥

FL‧‧‧閃光燈

HL‧‧‧鹵素燈

W‧‧‧半導體晶圓

圖1係表示本發明之熱處理裝置之構成之縱剖視圖。

圖2係表示保持部之整體外觀之立體圖。

圖3係晶座之俯視圖。

圖4係晶座之剖視圖。

圖5係移載機構之俯視圖。

圖6係移載機構之側視圖。

圖7係表示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。

圖8係表示半導體晶圓之正面溫度之變化之圖。

Claims (6)

1. 一種熱處理方法，其特徵在於：藉由對注入有雜質之基板照射光，將該基板加熱而使上述雜質活化，且具備： 升溫步驟，其係藉由出自連續點亮燈之光照射，將上述基板升溫至目標溫度； 溫度維持步驟，其係藉由出自上述連續點亮燈之光照射，將上述基板維持為上述目標溫度長達特定時間；及 降溫步驟，其係藉由使上述連續點亮燈熄滅或使自上述連續點亮燈照射之光之強度降低，而使上述基板自上述目標溫度降溫；且 於上述降溫步驟之中途，自閃光燈對上述基板照射閃光。
2. 如請求項1之熱處理方法，其中 上述目標溫度為750℃以上900℃以下。
3. 如請求項2之熱處理方法，其中 於上述溫度維持步驟中，將上述基板維持為上述目標溫度長達1秒以上4秒以下。
4. 一種熱處理裝置，其特徵在於：藉由對注入有雜質之基板照射光，將該基板加熱而使上述雜質活化，且具備： 腔室，其收容上述基板； 連續點亮燈，其對上述腔室中收容之上述基板照射光，而將其加熱至目標溫度； 閃光燈，其對上述腔室中收容之上述基板照射閃光；及 控制部，其控制上述連續點亮燈及上述閃光燈之發光；且 上述控制部係以如下方式控制上述連續點亮燈及上述閃光燈之發光，即，於藉由出自上述連續點亮燈之光照射將升溫至上述目標溫度之上述基板維持為上述目標溫度長達特定時間後，於藉由使上述連續點亮燈熄滅或使自上述連續點亮燈照射之光之強度降低而使上述基板自上述目標溫度降溫之中途，對上述基板照射閃光。
5. 如請求項4之熱處理裝置，其中 上述目標溫度為750℃以上900℃以下。
6. 如請求項5之熱處理裝置，其中 上述控制部將上述基板維持為上述目標溫度長達1秒以上4秒以下。