TWI614810B - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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古川雅志
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Abstract

本發明提供一種能夠抑制矽化物之高電阻化之熱處理方法及熱處理裝置。
本發明於矽之半導體晶圓之表面成膜有金屬膜。於將該半導體晶圓收容於腔室內之後，將腔室內減壓至較大氣壓低之氣壓P1。其後，對腔室內供給氮氣而使之恢復壓力至常壓Ps，對半導體晶圓之表面照射閃光而形成金屬膜與矽之化合物即矽化物。由於將腔室內暫時減壓至較大氣壓低之氣壓P1之後再恢復壓力，故而可顯著地降低執行矽化物形成處理時之腔室內之氧濃度，從而可抑制因腔室內氛圍氣體中之氧進入至金屬膜與基材之界面附近之缺陷所導致的矽化物之高電阻化。

Description

熱處理方法及熱處理裝置
本發明係關於一種對半導體晶圓等矽或矽鍺之薄板狀精密電子基板(以下簡稱為「基板」)照射閃光而形成矽化物或鍺化物之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體器件之製造製程中，以極短時間加熱半導體晶圓之閃光燈退火(FLA)引人注目。閃光燈退火係藉由使用氙氣閃光燈(以下於簡稱為「閃光燈」時意指氙氣閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光而僅使半導體晶圓之表面於極短時間(數毫秒以下)升溫之熱處理技術。
氙氣閃光燈之輻射分光分佈係自紫外區域至近紅外區域，且波長較先前之鹵素燈短，與矽半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。由此，於自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少而能夠使半導體晶圓急速地升溫。又，亦判明若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則可僅將半導體晶圓之表面附近選擇性地升溫。
此種閃光燈退火用於必需極短時間之加熱之處理，例如典型而言用於注入至半導體晶圓之雜質之活化。若自閃光燈對利用離子注入法注入有雜質之半導體晶圓之表面照射閃光，則可使該半導體晶圓之表面僅升溫至活化溫度極短時間，從而可不使雜質較深地擴散而僅執 行雜質活化。
又，亦在研究於場效電晶體(FET)之矽化物形成中應用閃光燈退火。矽化物形成係用於場效電晶體之高性能化而形成金屬與矽之化合物(矽化物)之技術。藉由形成矽化物，而降低閘極及源極/汲極區域之電阻從而實現場效電晶體之高速動作。作為用於形成矽化物之金屬，研究鎳(Ni)、鈷(Co)、鈦(Ti)等，但鎳作為最適於微細化之材料而較有前途。
矽化物形成係藉由於半導體晶圓之源極/汲極區域成膜鎳等之金屬膜，且對該半導體晶圓實施加熱處理而實現。此時，若進行長時間之加熱處理則產生如下問題，即，矽化物於橫向(自源極/汲極區域朝向閘極之方向)異常成長而穿破源極/汲極之接面，漏電流急速地增大。因此，例如於專利文獻1中揭示對成膜有金屬膜之半導體晶圓之表面照射閃光而進行短時間之加熱處理。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-84901號公報
然而，如專利文獻1所揭示般，判明了若僅係對成膜有金屬膜之半導體晶圓簡單地照射閃光而進行極短時間之閃光加熱處理，則矽化物與基層之矽之界面特性劣化而導致高電阻化。於今後之微細化更進展之器件中，矽化物之膜厚變薄而更易受到氧之影響。又，矽化物本身亦容易被氧化，亦必須抑制矽化物形成後之矽化物之氧化。
矽化物之界面特性之劣化及矽化物本身之氧化係起因於在氧存在之狀態下進行加熱處理。成為該等諸問題之原因之氧主要有腔室內之殘留氧、及吸附於半導體晶圓之表面之氧(典型而言以水分之方式 吸附)。尤其是，於閃光加熱處理時殘留於腔室內之氧成為矽氧化膜之膜厚增大之較大之主因。一般而言，於閃光燈退火裝置中，由於在常壓下將半導體晶圓搬入搬出腔室內，故而此時流入之大氣中之氧殘留於腔室內而使氧濃度變高。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種能夠抑制矽化物等之高電阻化之熱處理方法及熱處理裝置。
為了解決上述課題，技術方案1之發明係對基板照射閃光而形成矽化物或鍺化物之熱處理方法，其特徵在於包括：搬入步驟，其將成膜有金屬膜之基板搬入至腔室內；減壓步驟，其將上述腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力；恢復壓力步驟，其將上述腔室內自第1壓力恢復壓力至較第1壓力高之第2壓力；及照射步驟，其一面將上述腔室內維持為第2壓力，一面自閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
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，其中第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓。
又，技術方案3之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其中第2壓力為大氣壓。
又，技術方案4之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其中第2壓力高於大氣壓。
又，技術方案5之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其中於上述減壓步驟中，使自上述腔室之排氣流量隨時間增加。
又，技術方案6之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其中於上述恢復壓力步驟中，使向上述腔室之供氣流量隨時間增加。
又，技術方案7之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其中於上述照射步驟之後，使上述腔室內為大氣壓並以50升/分鐘以上100升/分鐘以下之流量將惰性氣體流入至上述腔室內。
又，技術方案8之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其中於上述搬入步驟中，一面將上述腔室之搬送開口部開放，一面對上述腔室內供給惰性氣體。
又，技術方案9之發明係對基板照射閃光而形成矽化物或鍺化物之熱處理方法，其特徵在於包括：搬入步驟，其將成膜有金屬膜之基板搬入至腔室內；減壓步驟，其將上述腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力；及照射步驟，其一面將上述腔室內維持為第1壓力，一面自閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
又，技術方案10之發明係對基板照射閃光而形成矽化物或鍺化物之熱處理裝置，其特徵在於具備：腔室，其收容成膜有金屬膜之基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板照射閃光；排氣部，其將上述腔室內之氛圍氣體排氣；氣體供給部，其對上述腔室供給特定之處理氣體；及控制部，其以如下方式控制上述排氣部及上述氣體供給部，即，於使上述腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力之後，於恢復壓力至較第1壓力高之第2壓力之狀態下自上述閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
又，技術方案11之發明係如技術方案10之發明之熱處理裝置，其中第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓。
又，技術方案12之發明係如技術方案10之發明之熱處理裝置，其中第2壓力為大氣壓。
又，技術方案13之發明係如技術方案10之發明之熱處理裝置，其中第2壓力高於大氣壓。
又，技術方案14之發明係如技術方案10之發明之熱處理裝置，其中上述控制部以於將上述腔室內減壓至第1壓力時自上述腔室之排氣流量隨時間增加之方式控制上述排氣部。
又，技術方案15之發明係如技術方案10之發明之熱處理裝置， 其中上述控制部以於使上述腔室內自第1壓力恢復壓力至第2壓力時向上述腔室之供氣流量隨時間增加之方式控制上述氣體供給部。
又，技術方案16之發明係如技術方案10之發明之熱處理裝置，其中上述控制部以如下方式控制上述排氣部及上述氣體供給部，即，於上述閃光之照射後，使上述腔室內為大氣壓並以50升/分鐘以上100升/分鐘以下之流量將惰性氣體流入至上述腔室內。
又，技術方案17之發明係對基板照射閃光而形成矽化物或鍺化物之熱處理裝置，其特徵在於具備：腔室，其收容成膜有金屬膜之基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板照射閃光；排氣部，其將上述腔室內之氛圍氣體排出；氣體供給部，其對上述腔室供給特定之處理氣體；及控制部，其以如下方式控制上述排氣部及上述氣體供給部，即，於將上述腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力之後，一面維持為第1壓力一面自上述閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
根據技術方案1至技術方案8之發明，由於將腔室內於減壓至較大氣壓低之第1壓力之後恢復壓力至較其高之第2壓力，故而可降低照射閃光時之腔室內之氧濃度，從而可抑制因腔室內之氧進入至金屬膜與基材之界面附近之缺陷所導致的矽化物或鍺化物之高電阻化。
尤其是，根據技術方案2之發明，由於第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓，故而恢復壓力所需之時間變短，從而可提高產量。
尤其是，根據技術方案4之發明，由於第2壓力高於大氣壓，故而可抑制自腔室放出之氧之擴散速度變慢而到達基板。
尤其是，根據技術方案5之發明，由於使自腔室之排氣流量隨時間增加，故而可防止伴隨著自腔室之排氣之微粒之捲起。
尤其是，根據技術方案6之發明，由於使向腔室之供氣流量隨時間增加，故而可防止伴隨著向腔室之供氣之微粒之捲起。
尤其是，根據技術方案7之發明，由於使腔室內為大氣壓並以50升/分鐘以上100升/分鐘以下之流量使惰性氣體流入至腔室內，故而可將閃光照射時產生之微粒衝出至腔室外。
尤其是，根據技術方案8之發明，由於在搬入步驟中一面將腔室之搬送開口部開放一面對腔室內供給惰性氣體，故而可防止基板搬入時向腔室流入空氣。
根據技術方案9之發明，由於使腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力，且一面維持為該第1壓力一面對基板之表面照射閃光，故而可降低照射閃光時之腔室內之氧濃度，從而可抑制因腔室內之氧進入至金屬膜與基材之界面附近之缺陷所導致的矽化物或鍺化物之高電阻化。
根據技術方案10至技術方案16之發明，由於將腔室內在減壓至較大氣壓低之第1壓力之後，恢復壓力至較第1壓力高之第2壓力，故而可降低照射閃光時之腔室內之氧濃度，從而可抑制因腔室內之氧進入至金屬膜與基材之界面附近之缺陷所導致的矽化物之高電阻化。
尤其是，根據技術方案11之發明，由於第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓，故而恢復壓力所需之時間變短，從而可提高產量。
尤其是，根據技術方案13之發明，由於第2壓力高於大氣壓，故而可抑制自腔室放出之氧之擴散速度變慢而到達基板。
尤其是，根據技術方案14之發明，由於以自腔室之排氣流量隨時間增加之方式控制排氣部，故而可防止伴隨著來自腔室之排氣之微粒之捲起。
尤其是，根據技術方案15之發明，由於以向腔室之供氣流量隨時間增加之方式控制氣體供給部，故而可防止伴隨著向腔室之供氣之微粒之捲起。
尤其是，根據技術方案16之發明，由於使腔室內為大氣壓並以 50升/分鐘以上100升/分鐘以下之流量使惰性氣體流入至腔室內，故而可將閃光照射時產生之微粒衝出至腔室外。
根據技術方案17之發明，由於使腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力，且一面維持為該第1壓力一面對基板之表面照射閃光，故而可降低照射閃光時之腔室內之氧濃度，從而可抑制因腔室內之氧進入至金屬膜與基材之界面附近之缺陷所導致的矽化物或鍺化物之高電阻化。
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
41‧‧‧殼體
43‧‧‧反射器
51‧‧‧殼體
52‧‧‧反射器
53‧‧‧燈光輻射窗
61‧‧‧腔室側部
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‧‧‧基座
76‧‧‧導銷
77‧‧‧缺口部
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‧‧‧氣體供給源
86‧‧‧氣體排氣孔
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排氣管
89‧‧‧閥
90、196‧‧‧流量調整閥
101‧‧‧基材
102‧‧‧矽氧化膜
103‧‧‧高介電率膜
104‧‧‧側牆
105‧‧‧閘極電極
108‧‧‧金屬膜
120‧‧‧輻射溫度計
130‧‧‧接觸式溫度計
180‧‧‧壓力計
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
191‧‧‧排氣泵
192、193、194‧‧‧排氣閥
197、198、199‧‧‧旁通路線
D
FL‧‧‧閃光燈
G
HL‧‧‧鹵素燈
P1‧‧‧氣壓
P2‧‧‧氣壓
P3‧‧‧氣壓
Ps‧‧‧常壓
S
t1‧‧‧時刻
t2‧‧‧時刻
t3‧‧‧時刻
t4‧‧‧時刻
t5‧‧‧時刻
t6‧‧‧時刻
t7‧‧‧時刻
t8‧‧‧時刻
t9‧‧‧時刻
t10‧‧‧時刻
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係自上表面觀察保持部之俯視圖。
圖4係自側方觀察保持部之側視圖。
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係表示排氣部之構成之圖。
圖9係表示於半導體晶圓成膜有金屬膜之構造之圖。
圖10係表示第1實施形態中之腔室內之壓力變化之圖。
圖11係表示第2實施形態中之腔室內之壓力變化之圖。
圖12係表示第3實施形態中之腔室內之壓力變化之圖。
圖13係表示第4實施形態中之腔室內之壓力變化之圖。
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。
<第1實施形態>
圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱剖視圖。本實施形 態之熱處理裝置1係藉由對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W進行閃光照射而加熱該半導體晶圓W之閃光燈退火裝置。成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並無特別限定，例如為
Figure TWI614810BD00001
300mm或
Figure TWI614810BD00002
450mm。於搬入至熱處理裝置1之前之半導體晶圓W成膜有鎳等之金屬膜，藉由利用熱處理裝置1之加熱處理而形成並成長該金屬與矽之化合物即矽化物。再者，於圖1及以後之各圖中，為了容易理解，視需要對各部分之尺寸或數量進行誇張或者簡化而描繪。
熱處理裝置1具備：腔室6，其收容半導體晶圓W；閃光加熱部5，其內置複數個閃光燈FL；及鹵素加熱部4，其內置複數個鹵素燈HL。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保持為水平姿勢之保持部7、及於保持部7與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交付之移載機構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之各動作機構而使其等執行半導體晶圓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，於上側開口安裝上側腔室窗63而將其封閉，於下側開口安裝下側腔室窗64而將其封閉。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，且作為使自閃光加熱部5出射之閃光透過至腔室6內之石英窗發揮功能。又，構成腔室6之地板部之下側腔室窗64亦係由石英形成之圓板形狀構件，且作為使來自鹵素加熱部4之光透過至腔室6內之石英窗發揮功能。上側腔室窗63及下側腔室窗64之厚度例如為約28mm。
又，於腔室側部61之內側之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藉 由自腔室側部61之下側嵌入且利用省略圖示之螺絲固定而安裝。即，反射環68、69均裝卸自如地安裝於腔室側部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包圍之空間被界定為熱處理空間65。
藉由於腔室側部61安裝反射環68、69，而於腔室6之內壁面形成凹部62。即，形成由腔室側部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於腔室6之內壁面沿著水平方向形成為圓環狀而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係利用強度及耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。又，反射環68、69之內周面係藉由電解鍍鎳而成為鏡面。
又，於腔室側部61設置有用以相對於腔室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設為能夠藉由閘閥185進行開閉。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，於閘閥185將搬送開口部66開放時，可進行自搬送開口部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設為密閉空間。
又，於腔室6之內壁上部設置有氣體供給孔81，該氣體供給孔81對熱處理空間65供給處理氣體(本實施形態中為氮氣(N2))。氣體供給孔81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而連通連接於氣體供給管83。氣體供給管83連接於氣體供給源85。氣體供給源85於控制部3之控制下將氮氣作為處理氣體送給至氣體供給管83。又，於氣體供給管83之路徑中途介插有閥84及流量調整閥90。若將閥84開 放，則自氣體供給源85將處理氣體送給至緩衝空間82。流經氣體供給管83而送給至緩衝空間82之處理氣體之流量由流量調整閥90調整。流量調整閥90規定之處理氣體之流量藉由控制部3之控制而可變。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供給至熱處理空間65內。再者，處理氣體並不限定於氮氣，亦可為氬(Ar)、氦(He)等惰性氣體、或氫(H2)、氨(NH3)、氯(Cl2)、氯化氫(HCl)等反應性氣體。
另一方面，於腔室6之內壁下部設置有將熱處理空間65內之氣體排氣之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86設置於較凹部62更靠下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排氣孔86經由呈圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87而連通連接於氣體排氣管88。氣體排氣管88連接於排氣部190。又，於氣體排氣管88之路徑中途介插有閥89。若將閥89開放，則熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經由緩衝空間87而排出至氣體排氣管88。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86可沿著腔室6之圓周方向設置複數個，亦可為狹縫狀者。
圖8係表示排氣部190之構成之圖。排氣部190具備排氣泵191、流量調整閥196、3條旁通路線197、198、199、及3個排氣閥192、193、194。引導來自腔室6之排氣之氣體排氣管88與排氣泵191藉由3條旁通路線197、198、199而連接。3條旁通路線197、198、199並列設置。3條旁通路線197、198、199之配管直徑彼此不同。旁通路線197之直徑最小，旁通路線199之直徑最大，旁通路線198之直徑為其等之間。藉此，能夠通過之氣體之流量按旁通路線197、198、199之順序變大。
3個排氣閥192、193、194分別設置於3條旁通路線197、198、199。即，於旁通路線197介插排氣閥192，於旁通路線198介插排氣閥193，於旁通路線199介插排氣閥194。若一面使排氣泵191作動一面將 3個排氣閥192、193、194開放，則藉由氣體排氣管88而引導之來自腔室6之排氣通過對應的旁通路線197、198、199而被抽吸至排氣泵191。
由於3條旁通路線197、198、199之配管直徑不同，故而排氣能力不同。配管直徑越大則排氣能力亦越大，排氣能力按照旁通路線197、198、199之順序變大。因此，可藉由將3個排氣閥192、193、194中之任一者開閉而控制來自腔室6之排氣流量。可僅將3個排氣閥192、193、194之任一者開放，亦可將2個或3個開放。例如，於將排氣閥193、194關閉而僅將排氣閥192開放之情形時，以最小之排氣流量進行排氣。又，於將3個排氣閥192、193、194全部開放之情形時，以最大之排氣流量進行排氣。
又，於3條旁通路線197、198、199之合流部分與排氣泵191之間介插有流量調整閥196。氣體排氣管88之排氣流量亦能夠藉由流量調整閥196而調整。流量調整閥196規定之排氣流量藉由控制部3之控制而可變。3條旁通路線197、198、199係不連續且多段地調整排氣流量之機構，相對於此，流量調整閥196係連續地無階段地調整排氣流量之機構。
氣體供給管83、氣體排氣管88、及3條旁通路線197、198、199係由強度及耐蝕性優異之不鏽鋼構成。又，於腔室6內設置有測定熱處理空間65之壓力之壓力計180。作為壓力計180較佳為將約5Pa~0.2MPa設為測定範圍者。
圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。又，圖3係自上表面觀察保持部7之俯視圖，圖4係自側方觀察保持部7之側視圖。保持部7具備基台環71、連結部72及基座74而構成。基台環71、連結部72及基座74均由石英形成。即，保持部7之整體由石英形成。
基台環71係圓環形狀之石英構件。基台環71藉由載置於凹部62 之底面而被支持於腔室6之壁面(參照圖1)。於具有圓環形狀之基台環71之上表面，沿著其圓周方向豎立設置有複數個連結部72(本實施形態中為4個)。連結部72亦係石英之構件，且藉由焊接而固定於基台環71。再者，基台環71之形狀亦可為自圓環形狀缺損一部分而成之圓弧狀。
平板狀之基座74由設置於基台環71之4個連結部72支持。基座74係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。基座74之直徑大於半導體晶圓W之直徑。即，基座74具有較半導體晶圓W大之平面尺寸。於基座74之上表面豎立設置有複數個(本實施形態中為5個)導銷76。5個導銷76沿著與基座74之外周圓為同心圓之圓周上設置。配置有5個導銷76之圓之直徑略大於半導體晶圓W之直徑。各導銷76亦由石英形成。再者，導銷76可與基座74一體地自石英錠加工，亦可將另行加工者藉由焊接等安裝於基座74。
豎立設置於基台環71之4個連結部72與基座74之周緣部之下表面藉由焊接而固定。即，基座74與基台環71藉由連結部72而固定地連結，保持部7成為石英之一體成形構件。此種保持部7之基台環71支持於腔室6之壁面，藉此，將保持部7安裝於腔室6。於將保持部7安裝於腔室6之狀態下，大致圓板形狀之基座74成為水平姿勢(法線與鉛垂方向一致之姿勢)。搬入至腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置並保持於安裝於腔室6之保持部7之基座74上。半導體晶圓W載置於由5個導銷76形成之圓之內側，藉此，防止水平方向之位置偏移。再者，導銷76之個數並不限定於5個，只要為可防止半導體晶圓W之位置偏移之個數即可。
又，如圖2及圖3所示，於基座74上下貫通地形成有開口部78及缺口部77。缺口部77係用於供使用熱電偶之接觸式溫度計130之探針前端部通過而設置。另一方面，開口部78係用於輻射溫度計120接收 自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面輻射之輻射光(紅外光)而設置。進而，於基座74穿設有下述之移載機構10之頂起銷12為交付半導體晶圓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條移載臂11。移載臂11設為如沿著大致圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各個移載臂11豎立設置有2根頂起銷12。各移載臂11設為能夠藉由水平移動機構13而旋動。水平移動機構13使一對移載臂11於相對於保持部7進行半導體晶圓W之移載之移載動作位置(圖5之實線位置)與和保持於保持部7之半導體晶圓W於俯視下不重疊之退避位置(圖5之二點鏈線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，可為藉由個別之馬達而分別使各移載臂11旋動者，亦可為使用連桿機構藉由1個馬達使一對移載臂11連動地旋動者。
又，一對移載臂11藉由升降機構14而與水平移動機構13一同升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則共4根頂起銷12通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖2、3)且頂起銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，若升降機構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抽出，且水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動，則各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置係保持部7之基台環71之正上方。由於基台環71載置於凹部62之底面，故而移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。
返回圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5於殼體51之內側具備包含複數根(本實施形態中為30根)氙氣閃光燈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之底部安裝有燈光輻射窗53。構成閃光加熱部5之地板部之燈光輻射窗53係由石英形成之板狀之石英窗。閃光加熱部5設置於腔室6 之上方，藉此，成為燈光輻射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL自腔室6之上方經由燈光輻射窗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係分別具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，且以各自之長邊方向沿著保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即沿著水平方向)相互平行之方式呈平面狀排列。由此，藉由閃光燈FL之排列而形成之平面亦為水平面。
氙氣閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)，其內部封入有氙氣且其兩端部配設有與電容器連接之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。氙氣為電性絕緣體，因此，即便於電容器儲存有電荷，於通常之狀態下電亦不會流入至玻璃管內。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞絕緣之情形時，儲存於電容器之電瞬時流入至玻璃管內，藉由此時之氙原子或分子之激發而放出光。於此種氙氣閃光燈FL中，預先儲存於電容器之靜電能量轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，因此，與如鹵素燈HL般連續點亮之光源相比具有能夠照射極強之光之特徵。即，閃光燈FL係以未達1秒之極短之時間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來調整。
又，反射器52於複數個閃光燈FL之上方以覆蓋其等全體之方式設置。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光向熱處理空間65之側反射。反射器52係由鋁合金板形成，其表面(面向閃光燈FL之側之面)係藉由噴砂處理而實施粗糙面化加工。
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(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進行自腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65之光照射而加熱半導體晶圓W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。於靠近保持部7之上段配設20根鹵素燈HL，並且於較上段更遠離保持部7之下段亦配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段均20根鹵素燈HL以各自之長邊方向沿著保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(亦即沿著水平方向)相互平行之方式排列。由此，上段、下段均係藉由鹵素燈HL之排列而形成之平面為水平面。
又，如圖7所示，上段、下段均係較與保持於保持部7之半導體晶圓W之中央部對向之區域，而與周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度變高。即，上下段均係較燈排列之中央部，而周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，於利用來自鹵素加熱部4之光照射之加熱時，可對容易產生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部進行更多之光量之照射。
又，由上段之鹵素燈HL所構成之燈群與由下段之鹵素燈HL所構成之燈群以呈格子狀交叉之方式排列。即，以配置於上段之20根鹵素燈HL之長邊方向與配置於下段之20根鹵素燈HL之長邊方向相互正交之方式配設有共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而使燈絲白熱化並發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部封入有於氮氣或氬等惰性氣體微量導入鹵素元素(碘、溴等)而成之氣體。藉由導入鹵素元素，能夠抑制燈絲之折損並且將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL與通常之白熾燈泡相比具有壽命長且能夠連續地照射強光之特性。即，鹵素燈HL係至少1秒以上連續發光之連續照明燈。又，鹵素燈HL係棒狀燈，因此壽命長，藉由使鹵素燈HL沿著水平方向配置，成為向上方之半導體晶圓W之輻射效率優異者。
又，於鹵素加熱部4之殼體41內，亦於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。作為控制部3之硬體之構成係與一般之電腦同樣。即，控制部3具備作為進行各種運算處理之電路之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、作為記憶基本程式之讀出專用之記憶體之ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、作為記憶各種資訊之讀寫自如之記憶體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)及記憶控制用軟體或資料等之磁碟。控制部3之CPU藉由執行特定之處理程式而進行熱處理裝置1之處理。又，控制部3控制閥84、閥89、流量調整閥90、流量調整閥196、排氣泵191、及3個排氣閥192、193、194而調整腔室6內之熱處理空間65之壓力、供氣流量及排氣速率。
除上述構成以外，熱處理裝置1為了防止於半導體晶圓W之熱處理時因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能導致之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6的過度之溫度上升，亦具備各種冷卻用構造。例如，於腔室6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5設為於內部形成氣體流而進行排熱之空冷構造。又，對於上側腔室窗63與燈光輻射窗53之間隙亦供給空氣，從而將閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。
其次，對在熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序進行說明。此處成為處理對象之半導體晶圓W係於矽基材上成膜有金屬膜之半導體基板。藉由熱處理裝置1對該半導體晶圓W照射閃光進行加熱而進行矽化物形成。
圖9係表示於半導體晶圓W成膜有金屬膜之構造之圖。於半導體晶圓W之矽基材101上形成有矽氧化膜(SiO2)102。矽氧化膜102係作為矽基材101與高介電率膜103之間之界面層膜必需之層。矽氧化膜102 之膜厚極薄，例如為約1nm。作為矽氧化膜102之形成方法，例如可採用熱氧化法等公知之各種方法。
於矽氧化膜102上形成有作為閘極絕緣膜之高介電率膜103。作為高介電率膜103，例如可使用HfO2、ZrO2、Al2O3、La2O3等高介電率材料(本實施形態中為HfO2)。高介電率膜103例如藉由利用ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沈積)使高介電率材料沈積於矽氧化膜102上而成膜。沈積於矽氧化膜102上之高介電率膜103之膜厚為數nm，但該矽氧化膜換算膜厚(EOT：Equivalent oxide thickness)為1nm左右。高介電率膜103之形成方法並不限定於ALD，例如可採用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機氣相沈積)等公知之方法。
於高介電率膜103上形成有閘極電極105。本實施形態之閘極電極105係由鈦(Ti)或鈦之氮化物(TiN)形成之所謂金屬閘極電極。再者，作為閘極電極105，亦可代替金屬閘極電極而使用多晶矽。又，於閘極電極105之兩側方形成有SiN之側牆104。該側牆104於後閘極製程中先於高介電率膜103形成。
矽基材101之上表面中之閘極電極105之兩側方成為源極/汲極區域(圖9之以虛線區分之區域)。於該源極/汲極區域藉由離子注入裝置而注入離子。
而且，於該源極/汲極區域上成膜有金屬膜108。矽化物技術中使用之金屬材料例如為鎳(Ni)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鎢(W)等(本實施形態中為鎳)。金屬膜108之成膜可藉由濺鍍或真空蒸鍍等公知之成膜技術進行。
對如圖9所示之於矽基材101之源極/汲極區域上成膜有金屬膜108之半導體晶圓W之熱處理係藉由熱處理裝置1進行。以下，對熱處理裝置1中之動作順序進行說明。熱處理裝置1中之動作順序係藉由控制 部3控制熱處理裝置1之各動作機構而進行。
首先，將成膜有金屬膜108之半導體晶圓W搬入至熱處理裝置1之腔室6。於半導體晶圓W之搬入時，閘閥185打開而將搬送開口部66開放，藉由裝置外部之搬送機器人經由搬送開口部66而將成膜有金屬膜108之半導體晶圓W搬入至腔室6內之熱處理空間65。此時，腔室6之內外同為大氣壓，因此，伴隨著半導體晶圓W之搬入，而將空氣捲入至腔室6內之熱處理空間65。因此，亦可藉由將閥84開放自氣體供給源85對腔室6內持續供給氮氣而使氮氣流自開放之搬送開口部66流出，從而將裝置外部之氛圍氣體向腔室6內之流入抑制於最小限度。又，較佳為於閘閥185開放時，使氮氣之供給流量較半導體晶圓W之熱處理時增大(例如，若於熱處理時通常為30升/分鐘，則於閘閥185開放時設為120升/分鐘)。進而，較佳為使氮氣之供給流量增大，並且將閥89關閉而停止自腔室6之排氣。藉此，供給至腔室6內之氮氣僅自搬送開口部66流出，因此，可更有效地防止外部空氣之流入。
藉由搬送機器人搬入之半導體晶圓W前進至保持部7之正上方位置為止而停止。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自基座74之上表面突出而接收半導體晶圓W。
半導體晶圓W載置於頂起銷12之後，搬送機器人自熱處理空間65退出，藉由閘閥185將搬送開口部66閉鎖。然後，一對移載臂11下降，藉此，半導體晶圓W自移載機構10交付至保持部7之基座74並保持為水平姿勢。將半導體晶圓W以成膜有金屬膜108之表面為上表面而保持於基座74。又，半導體晶圓W於基座74之上表面被保持於5個導銷76之內側。下降至基座74之下方為止之一對移載臂11藉由水平移動機構13而退避至退避位置、即凹部62之內側。
將半導體晶圓W收容於腔室6且藉由閘閥185將搬送開口部66閉鎖 之後，將腔室6內減壓至較大氣壓低之氣壓。具體而言，藉由將搬送開口部66閉鎖，腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。於此狀態下，將用於供氣之閥84關閉並且將用於排氣之閥89開放。又，控制部3使排氣泵191作動並且將設置於3條旁通路線197、198、199中之配管直徑最小之旁通路線197之排氣閥192開放。將其他排氣閥193、194關閉。藉此，不對腔室6內進行氣體供給而進行排氣，從而將腔室6內之熱處理空間65減壓。
圖10係表示第1實施形態中之腔室6內之壓力變化之圖。於該圖之橫軸表示時刻，於縱軸表示腔室6內之壓力。於將半導體晶圓W收容於腔室6且將搬送開口部66閉鎖之時點，腔室6內之壓力為常壓Ps(=大氣壓=約101325Pa)。然後，於時刻t1開始腔室6內之減壓。於減壓之初始階段僅使用3條旁通路線197、198、199中之配管直徑最小之旁通路線197，因此，排氣流量小且排氣速度亦較慢。
其次，於時刻t2，控制部3將3個排氣閥192、193、194全部開放。藉此，來自腔室6之排氣流量增大，排氣速度亦變快。然後，於時刻t3腔室6之壓力(真空度)到達至氣壓P1。氣壓P1例如為約100Pa。即，於減壓之初始階段以小排氣流量進行排氣之後，切換為較其更大之排氣流量進行排氣。再者，於第1實施形態中，流量調整閥196之流量固定。
若自減壓開始時以大排氣流量急速地進行排氣，則有於腔室6內產生大氣流變化而捲起附著於腔室6之構造物(例如下側腔室窗64)的微粒並使之再附著於半導體晶圓W而造成污染之虞。若於減壓之初始階段以較小之排氣流量平靜地進行排氣之後，切換為大排氣流量進行排氣，則可防止此種腔室6內之微粒之捲起。
於腔室6內之壓力到達至氣壓P1之時刻t3，將用於排氣之閥89關閉且將用於供氣之閥84開放，自氣體供給源85對腔室6內之熱處理空 間65供給氮氣。其結果為，於腔室6內於保持於保持部7之半導體晶圓W之周邊形成氮氣氛圍氣體。再者，亦可於對腔室6供給氮氣之期間進行僅使用配管直徑最小之旁通路線197之自腔室6之排氣。於此情形時，當然處理氣體之供給流量大於排氣流量。
藉由對腔室6內供給氮氣，腔室6內之壓力自氣壓P1上升並於時刻t4恢復壓力至常壓Ps。於第1實施形態中，由於將腔室6內暫時先減壓至氣壓P1為止之後恢復壓力至常壓Ps，故而可使恢復壓力至常壓Ps後之腔室6內之氮氣氛圍氣體中之氧濃度為約200ppb以下。
於將腔室6內之壓力恢復壓力至常壓Ps之時刻t4以後，使對腔室6之氮氣之供給流量與自腔室6之排氣流量相等從而將腔室6內之壓力維持為常壓Ps。
又，於將腔室6內之壓力恢復壓力至常壓Ps之時刻t4，將鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL同時點亮，開始半導體晶圓W之預加熱(輔助加熱)。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及基座74而自半導體晶圓W之背面照射。所謂半導體晶圓W之背面係與成膜有金屬膜108之表面為相反側之主面。藉由接受來自鹵素燈HL之光照射而使半導體晶圓W之溫度上升。再者，由於移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故而不會成為利用鹵素燈HL之加熱之障礙。
於進行利用鹵素燈HL之預加熱時，半導體晶圓W之溫度係利用接觸式溫度計130測定。即，內置熱電偶之接觸式溫度計130經由缺口部77接觸於被保持於基座74之半導體晶圓W的下表面而測定升溫中之晶圓溫度。測定之半導體晶圓W之溫度被傳達至控制部3。控制部3一面監控藉由自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度是否到達至特定之預加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於接觸式溫度計130之測定值，以半導體晶圓W之溫度成為預加 熱溫度T1之方式對鹵素燈HL之輸出進行反饋控制。預加熱溫度T1為室溫以上300℃以下，於本實施形態中為200℃。再者，於藉由來自鹵素燈HL之光照射而使半導體晶圓W升溫時，不進行利用輻射溫度計120之溫度測定。其原因在於：自鹵素燈HL照射之鹵素光作為環境光而入射至輻射溫度計120，無法進行準確之溫度測定。
於半導體晶圓W之溫度到達至預加熱溫度T1之後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持為該預加熱溫度T1。具體而言，於藉由接觸式溫度計130測定之半導體晶圓W之溫度到達至預加熱溫度T1之時點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將半導體晶圓W之溫度維持為大致預加熱溫度T1。
藉由進行此種利用鹵素燈HL之預加熱，使包含金屬膜108之半導體晶圓W之整體均勻升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL之預加熱之階段，更容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度有較中央部更降低之傾向，但鹵素加熱部4之鹵素燈HL之配設密度係較與半導體晶圓W之中央部對向之區域，而與周緣部對向之區域較高。因此，對容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部照射之光量變多，可使預加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。進而，由於安裝於腔室側部61之反射環69之內周面設為鏡面，故而藉由該反射環69之內周面朝向半導體晶圓W之周緣部反射之光量變多，從而可使預加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈更均勻。再者，預加熱時之腔室6內之壓力維持為常壓Ps。
其次，於半導體晶圓W之溫度到達預加熱溫度T1且經過特定時間之時刻t5，執行藉由自閃光燈FL照射閃光之閃光加熱處理。此時，自閃光燈FL輻射之閃光之一部分直接射向腔室6內，另一部分暫時藉由反射器52反射後射向腔室6內，藉由該等閃光之照射而進行半導體晶圓W之閃光加熱。
閃光加熱係藉由來自閃光燈FL之閃光(閃光)照射而進行，因此，可使半導體晶圓W之表面溫度於較短時間上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係將預先儲存於電容器之靜電能量轉換為極短之光脈衝之照射時間為0.1毫秒以上100毫秒以下左右之極短且較強之閃光。藉由自閃光燈FL對成膜有金屬膜108之半導體晶圓W之表面照射閃光而使源極/汲極區域之矽與金屬膜108反應，從而形成矽化物(本實施形態中為鎳矽化物)。
藉由閃光照射而半導體晶圓W之表面到達之最高溫度(峰值溫度)即處理溫度T2係矽化物成長之600℃以上1100℃以下，於本實施形態中設為900℃。再者，由於自閃光燈FL之照射時間為0.1毫秒以上100毫秒以下左右之短時間，故而半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫至處理溫度T2為止所需之時間亦為未達1秒之極短時間。閃光照射後之半導體晶圓W之表面溫度自處理溫度T2立即急速地下降。
於閃光加熱處理結束之後，經過特定時間之後鹵素燈HL亦熄滅。藉此，半導體晶圓W自預加熱溫度T1亦降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度係藉由接觸式溫度計130或輻射溫度計120而測定，其測定結果被傳達至控制部3。控制部3係自測定結果監控半導體晶圓W之溫度是否降溫至特定溫度為止。而且，於半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下之後，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自基座74之上表面突出而自基座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開放，藉由裝置外部之搬送機器人將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W搬出，於熱處理裝置1之半導體晶圓W之加熱處理結束。
於第1實施形態中，將腔室6內暫時減壓至較大氣壓低之氣壓P1之後供給氮氣而恢復壓力至常壓Ps，因此，可使恢復壓力後之腔室6 內之氧濃度為約200ppb以下。於不對腔室6內進行減壓而於維持常壓之狀態下進行自大氣向氮氣之氛圍氣體置換之情形時，可降低腔室6內之氧濃度之極限為約2PPm。即，藉由如本實施形態般將腔室6內暫時減壓至氣壓P1之後恢復壓力至常壓Ps，與不進行減壓之情形相比，可將腔室6內之氧濃度降低至十分之一左右。
於矽基材101之源極/汲極區域上成膜金屬膜108之後，於未進行特別之處理之狀態下，於金屬膜108與矽基材101之界面附近存在多個缺陷。若於半導體晶圓W之周邊之氧濃度較高之狀態下進行矽化物形成之熱處理，則氛圍氣體中之氧進入至金屬膜108與基材101之界面附近之缺陷，其結果為，界面附近劣化而成為高電阻。又，亦存在鎳之矽化物本身被氧化之情況。作為此種氧化之原因，尤其成為問題者係殘留於腔室6內之氧。如本實施形態般，於在常壓下將半導體晶圓W搬入至腔室6內之情形時，來自外部之空氣之捲入較大，其會提高腔室6之殘留氧濃度。因此，較佳為對成膜有金屬膜108之半導體晶圓W進行加熱而形成矽化物時之氛圍氣體中之氧濃度儘可能地降低。
於第1實施形態中，藉由將腔室6內暫時減壓至較大氣壓低之氣壓P1之後恢復壓力至常壓Ps，而使形成矽化物時之腔室6內之熱處理空間65之氧濃度降低至約200ppb以下。因此，可抑制於矽化物形成處理中熱處理空間65之氧進入至金屬膜108與基材101之界面附近之缺陷所導致的矽化物之高電阻化。又，亦可防止矽化物本身之氧化。
又，要求矽化物儘可能地形成得較薄，但於第1實施形態中，自閃光燈FL以未達1秒之照射時間對半導體晶圓W之表面照射閃光而以極短時間將晶圓表面升溫至處理溫度T2，因此，可抑制矽化物之膜厚過度地增大。
又，若於向腔室6搬入半導體晶圓W時使氮氣之供給流量增大而使其自搬送開口部66流出，則可防止晶圓搬入時之外部空氣之流入而 降低處理前之腔室6內之氧濃度之初始值。藉此，即便對腔室6內進行減壓時之到達壓力即氣壓P1較高，亦可充分地降低殘留氧濃度。
進而，如上所述，於對腔室6內進行減壓時，於減壓開始時以較小之排氣流量進行排氣之後，切換為較大之排氣流量進行排氣，因此，可防止腔室6內之微粒之捲起。
<第2實施形態>
其次，對本發明之第2實施形態進行說明。第2實施形態之熱處理裝置1之構成與第1實施形態完全相同。又，第2實施形態之熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態大致相同。第2實施形態與第1實施形態不同之處係於將腔室6內暫時減壓之後恢復壓力時之壓力。
圖11係表示第2實施形態中之腔室6內之壓力變化之圖。於圖11中，亦與圖10同樣地，於橫軸表示時刻，於縱軸表示腔室6內之壓力。又，圖11中虛線所示者係將第1實施形態中之腔室6內恢復壓力至常壓Ps為止時之壓力變化圖案(圖10之圖案)。
與第1實施形態同樣地，於將成膜有金屬膜108之半導體晶圓W收容於腔室6並將搬送開口部66閉鎖之時點，腔室6內之壓力為常壓Ps(=大氣壓=約101325Pa)。然後，於時刻t1開始腔室6內之減壓。與第1實施形態相同，於減壓之初始階段以較小之排氣流量進行排氣之後，於時刻t2切換為較其更大之排氣流量進行排氣。藉此，可防止腔室6內之微粒之捲起。
於腔室6內之壓力到達氣壓P1之時刻t3，將用於排氣之閥89關閉且開放用於供氣之閥84，自氣體供給源85對腔室6內之熱處理空間65供給氮氣。至此為止係與第1實施形態相同。再者，氣壓P1例如為約100Pa。
於第2實施形態中，未使腔室6內之壓力恢復壓力至常壓Ps為止， 而藉由供給氮氣於時刻t6使腔室6內之壓力恢復壓力至氣壓P2為止。氣壓P2高於氣壓P1，且低於常壓Ps，例如為約5000Pa。於第2實施形態中亦使腔室6內暫時減壓至氣壓P1之後恢復壓力至較其更高之氣壓P2，因此，可使恢復壓力後之腔室6內之氧濃度為約200ppb以下。
於腔室6內之壓力恢復壓力至氣壓P2之時刻t6以後，使對腔室6之氮氣之供給流量與自腔室6之排氣流量相等而將腔室6內之壓力維持為氣壓P2。然後，一面將腔室6內之壓力維持為氣壓P2，一面進行利用鹵素燈HL之半導體晶圓W之預加熱，進而，其後於時刻t7自閃光燈FL對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行閃光加熱。預加熱及閃光加熱處理之內容係與第1實施形態相同。藉由自閃光燈FL對成膜有金屬膜108之半導體晶圓W之表面照射閃光而使源極/汲極區域之矽與金屬膜108反應從而形成矽化物。
於閃光加熱處理結束後，於經過特定時間後將用於排氣之閥89關閉且將用於供氣之閥84開放，自氣體供給源85對腔室6內供給氮氣而恢復壓力至常壓Ps為止。又，鹵素燈HL亦熄滅，藉此半導體晶圓W亦自預加熱溫度T1降溫。其後，將降溫至特定溫度為止之半導體晶圓W自熱處理裝置1之腔室6搬出之順序係與第1實施形態相同。
此外，作為於腔室6內捲起微粒之主要原因，除對腔室6之供氣排氣以外，閃光照射亦為原因。於自閃光燈FL之閃光照射時，半導體晶圓W之表面瞬間升溫，另一方面背面並未自預加熱溫度T1那般升溫，因此，於正背面產生較大之溫度差，僅表面熱膨脹而半導體晶圓W急遽地變形。其結果為，因半導體晶圓W於基座74上振動而產生微粒並於腔室6內捲起。
為了將此種起因於閃光照射之微粒有效地自腔室6排出，於第2實施形態中，於閃光加熱處理結束並對腔室6內供給氮氣而恢復壓力至常壓Ps時，將用於排氣之閥89開放並且以50升/分鐘以上100升/分鐘 以下之流量使氮氣流入至腔室6內，藉此，將起因於閃光照射之微粒衝出。藉此，可防止起因於閃光照射之微粒附著於半導體晶圓W而造成污染。
再者，於閃光加熱結束後對腔室6內供給氮氣而恢復壓力至常壓Ps時，亦可於將用於排氣之閥89開放之狀態下將用於供氣之閥84亦開放而對腔室6內供給氮氣。若如此，則可將起因於閃光照射之微粒更有效地自腔室6排氣。
於第2實施形態中，由於在將腔室6內暫時減壓至較大氣壓低之氣壓P1之後供給氮氣而恢復壓力至氣壓P2，故而可與第1實施形態同樣地使執行矽化物形成之熱處理時之腔室6內之熱處理空間65之氧濃度為約200ppb以下。因此，可抑制因矽化物形成處理中熱處理空間65之氧進入至金屬膜108與基材101之界面附近之缺陷所導致的矽化物之高電阻化。又，亦可防止矽化物本身之氧化。
又，與第1實施形態同樣地，自閃光燈FL以未達1秒之照射時間對半導體晶圓W之表面照射閃光而以極短時間使晶圓表面升溫至處理溫度T2，因此，可抑制矽化物之膜厚過度地增大。
又，若於減壓下進行熱處理，則可促進金屬膜108中所包含之雜質之脫離。藉由將此種脫離之雜質元素自腔室6排出，可防止該雜質再附著於半導體晶圓W之表面而造成污染。其結果為，可防止器件性能之劣化及良率之降低。
又，由於利用腔室6內之氛圍氣體氣體之鹵素燈光及閃光之吸光變少，故而可提高預加熱時及閃光加熱時之升溫效率。其結果為，可提高閃光加熱時之半導體晶圓W之表面到達溫度。
又，藉由於減壓下進行半導體晶圓W之加熱處理，可減少腔室6內之對流之影響，且可提高半導體晶圓W之面內溫度分佈之均一性。
進而，於第2實施形態中，於使腔室6內之壓力自氣壓P1恢復壓 力時，未恢復壓力至常壓Ps為止而恢復壓力至較大氣壓低之氣壓P2。因此，與如第1實施形態般將腔室6內之壓力恢復壓力至常壓Ps相比，若如第2實施形態般恢復壓力至氣壓P2，則可縮短恢復壓力所需之時間。而且，可將閃光照射之時間提前有縮短恢復壓力所需之時間之量(如圖11所示，第2實施形態中之閃光照射之時刻t7早於第1實施形態中之閃光照射之時刻t5)。其結果為，如第2實施形態般將腔室6內之壓力恢復壓力至較大氣壓低之氣壓P2可提高熱處理裝置1之產量。
<第3實施形態>
其次，對本發明之第3實施形態進行說明。第3實施形態之熱處理裝置1之構成係與第1實施形態完全相同。又，第3實施形態之熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態大致相同。第3實施形態與第1實施形態不同之處係腔室6內之壓力變化。
圖12係表示第3實施形態中之腔室6內之壓力變化之圖。於圖12中，亦與圖10同樣地，於橫軸表示時刻，於縱軸表示腔室6內之壓力。
與第1實施形態同樣地，於將成膜有金屬膜108之半導體晶圓W收容於腔室6並將搬送開口部66閉鎖之時點，腔室6內之壓力為常壓Ps(=大氣壓=約101325Pa)。然後，於時刻t1開始腔室6內之減壓。於第3實施形態中，使利用3條旁通路線197、198、199之排氣流量固定，並且藉由流量調整閥196使自腔室6之排氣流量隨時間連續地增加。即，於減壓之初始階段以相對小之排氣流量開始排氣，且逐漸連續地使排氣流量增加。若如此，則可與第1實施形態同樣地防止腔室6內之微粒之捲起。又，藉由使排氣流量無階段地連續地增加，亦可防止因排氣流量之急遽之變化導致之微粒的捲起。
於腔室6內之壓力到達氣壓P1之時刻t3，將用於排氣之閥89關閉且將用於供氣之閥84開放，自氣體供給源85對腔室6內之熱處理空間 65供給氮氣而將腔室6內恢復壓力。再者，氣壓P1例如為約100Pa。
於第3實施形態中，藉由流量調整閥90使向腔室6之處理氣體之供氣流量隨時間連續地增加。即，於恢復壓力之初始階段以相對小之供氣流量開始供氣，且逐漸連續地使供氣流量增加。與減壓時同樣地，若自恢復壓力之開始時以較大之供氣流量急速地進行供氣，則有附著於腔室6之構造物之微粒被捲起之虞。藉由於恢復壓力之初始階段以較小之供氣流量平靜地開始供氣，且逐漸增大排氣流量，可防止此種腔室6內之微粒之捲起。又，藉由使供氣流量無階段地連續地增加，亦可防止因供氣流量之急遽之變化導致的微粒之捲起。
又，於第3實施形態中，藉由對腔室6供給氮氣而於時刻t8使腔室6內之壓力恢復壓力至超過常壓Ps之氣壓P3。氣壓P3高於大氣壓，例如為約0.12MPa。於第3實施形態中，亦將腔室6內暫時減壓至氣壓P1為止後恢復壓力至較其更高之氣壓P3，因此，可使恢復壓力後之腔室6內之氧濃度為約200ppb以下。
於腔室6內之壓力恢復壓力至氣壓P3之時刻t8以後，使對腔室6之氮氣之供給流量與自腔室6之排氣流量相等而將腔室6內之壓力維持為氣壓P3。然後，一面將腔室6內之壓力維持為氣壓P3，一面進行利用鹵素燈HL之半導體晶圓W之預加熱，進而，其後於時刻t9自閃光燈FL對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行閃光加熱。預加熱及閃光加熱處理之內容係與第1實施形態相同。藉由自閃光燈FL對成膜有金屬膜108之半導體晶圓W之表面照射閃光而使源極/汲極區域之矽與金屬膜108反應從而形成矽化物。
於閃光加熱處理結束後，自氣體排氣管88將腔室6內之氣體排出而使腔室6內為常壓Ps。又，鹵素燈HL亦熄滅，藉此，半導體晶圓W亦自預加熱溫度T1降溫。其後，將降溫至特定溫度為止之半導體晶圓W自熱處理裝置1之腔室6搬出之順序係與第1實施形態相同。
於第3實施形態中，於將腔室6內暫時減壓至較大氣壓低之氣壓P1之後供給氮氣而恢復壓力至氣壓P3，因此，可與第1實施形態同樣地使執行矽化物形成之熱處理時之腔室6內之熱處理空間65之氧濃度為約200ppb以下。因此，可抑制因矽化物形成處理中熱處理空間65之氧進入至金屬膜108與基材101之界面附近之缺陷所導致的矽化物之高電阻化。又，亦可防止矽化物本身之氧化。
又，與第1實施形態同樣地，自閃光燈FL以未達1秒之照射時間對半導體晶圓W之表面照射閃光而於極短時間使晶圓表面升溫至處理溫度T2，因此，可抑制矽化物之膜厚過度地增大。
又，於第3實施形態中，於腔室6內之壓力較大氣壓高之氣壓P3下，亦即於加壓下對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行加熱處理。只要於加壓下進行熱處理，則可抑制自腔室側部61等放出之氧之擴散速度變慢而到達半導體晶圓W。
進而，於第3實施形態中，於腔室6內之減壓時及恢復壓力時，使排氣流量及供氣流量無階段地連續變化。藉此，可防止因供氣排氣之急遽之變化導致的微粒之捲起。
<第4實施形態>
其次，對本發明之第4實施形態進行說明。第4實施形態之熱處理裝置1之構成係與第1實施形態完全相同。又，第4實施形態之熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態大致相同。第4實施形態與第1實施形態不同之處係腔室6內之壓力變化。
圖13係表示第4實施形態中之腔室6內之壓力變化之圖。於圖13中亦與圖10同樣地，於橫軸表示時刻，於縱軸表示腔室6內之壓力。
與第1實施形態同樣地，於將成膜有金屬膜108之半導體晶圓W收容於腔室6並將搬送開口部66閉鎖之時點，腔室6內之壓力為常壓Ps(=大氣壓=約101325Pa)。然後，於時刻t1開始腔室6內之減壓。 與第1實施形態同樣地，於減壓之初始階段以較小之排氣流量進行排氣之後，於時刻t2切換為較其更大之排氣流量進行排氣。藉此，可防止腔室6內之微粒之捲起。
於腔室6內之壓力到達氣壓P1之時刻t3，將用於排氣之閥89關閉。而且，於第4實施形態中，未將氮氣導入於腔室6內而將腔室6內之壓力維持為氣壓P1。再者，為了將腔室6內之壓力維持為氣壓P1，亦可將閥89開放而持續排氣。
於第4實施形態中，將腔室6內減壓至氣壓P1為止，其後亦維持為氣壓P1，因此，可使腔室6內之殘留氧濃度為約200ppb以下。然後，一面將腔室6內之壓力維持為氣壓P1，一面進行利用鹵素燈HL之半導體晶圓W之預加熱，進而，其後於時刻t10自閃光燈FL對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行閃光加熱。預加熱及閃光加熱處理之內容係與第1實施形態相同。藉由自閃光燈FL對成膜有金屬膜108之半導體晶圓W之表面照射閃光而使源極/汲極區域之矽與金屬膜108反應從而形成矽化物。
於閃光加熱處理結束後，於經過特定時間後將用於供氣之閥84開放，自氣體供給源85將氮氣供給至腔室6內而使之恢復壓力至常壓Ps為止。又，鹵素燈HL亦熄滅，藉此，半導體晶圓W亦自預加熱溫度T1降溫。其後，將降溫至特定溫度之半導體晶圓W自熱處理裝置1之腔室6搬出之順序係與第1實施形態相同。
於第4實施形態中，將腔室6內減壓至較大氣壓低之氣壓P1之後就這樣維持為氣壓P1，因此，可與第1實施形態同樣地使執行矽化物形成之熱處理時之腔室6內之熱處理空間65之氧濃度為約200ppb以下。因此，可抑制因矽化物形成處理中熱處理空間65之氧進入至金屬膜108與基材101之界面附近之缺陷所導致的矽化物之高電阻化。又，亦可防止矽化物本身之氧化。
又，與第1實施形態同樣地自閃光燈FL以未達1秒之照射時間對半導體晶圓W之表面照射閃光而於極短時間使晶圓表面升溫至處理溫度T2，因此，可抑制矽化物之膜厚過度地增大。
又，藉由於減壓下進行半導體晶圓W之熱處理，可獲得與第2實施形態同樣之效果。進而，於金屬膜108為鈦之情形時，即便於氮氣氛圍中進行熱處理亦有金屬膜108被氮化之虞，但若如第4實施形態般於極低壓下進行半導體晶圓W之熱處理則可抑制金屬膜108之氮化。
<變化例>
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明於不脫離其主旨之範圍內可於除上述者以外進行各種變更。例如，於上述各實施形態中，使對腔室6內進行減壓時之到達壓力即氣壓P1為約100Pa，但並不限定於此，可設為適當之值。為了將腔室6內之到達氧濃度降低至10分之1左右，只要使對腔室6內進行減壓時之到達壓力即氣壓P1為大氣壓之約10分之1(約10000Pa)即可。若使氣壓P1為更低壓(亦即，若減壓至更高真空)，則可更降低恢復壓力後殘留於腔室6內之氧濃度，但至到達氣壓P1為止之減壓時間變長。因此，較佳為自執行矽化物形成之熱處理時所必需之氧濃度與產量之平衡來設定氣壓P1。
又，於上述各實施形態中，藉由設置3條旁通路線197、198、199而控制自腔室6之排氣流量，但旁通路線之條數只要為2條以上即可。又，亦可代替設置複數條旁通路線197、198、199而藉由設置節流閥或氣體鎮流器來控制自腔室6之排氣流量。又，亦可代替流量調整閥90、196而使用質量流量控制器。
於第1及第2實施形態中將減壓時之自腔室6之排氣流量以2階段切換，於第3實施形態中使排氣流量無階段地連續增加，但並不限定於該等，例如，亦可將排氣流量多階段地切換。即，只要為對腔室6內進行減壓時之排氣流量隨時間增加之形態即可。
同樣地，關於恢復壓力時之向腔室6之供氣流量，亦於第3實施形態中使供氣流量無階段地連續增加，但亦可將其以2階段或多階段切換而增加。即，只要為使腔室6內恢復壓力時之供氣流量亦隨時間增加之形態即可。
又，於進行腔室6內之減壓及恢復壓力時，控制部3可基於自減壓開始時(時刻t1)之經過時間而控制各種閥等，亦可基於利用壓力計180之熱處理空間65之壓力之測定結果而對各種閥等進行反饋控制。於基於經過時間而進行控制之情形時，藉由實驗或模擬求出經過時間與腔室6內之壓力之關係即可。
又，於上述各實施形態中，於矽基材101上成膜金屬膜108而形成矽化物，但基材101之材質並不限定於矽，亦可為鍺(Ge)或矽鍺。尤其是，於製造PMOS(P-channel metal oxide semiconductor，P型金氧半導體)電晶體之情形時，使用矽鍺作為基材101。於基材101為鍺或矽鍺之情形時，於基材101上成膜金屬膜108，使鍺與金屬反應而形成鍺化物。即便基材101為鍺或矽鍺，對半導體晶圓W之處理亦與上述各實施形態相同。
又，上述各實施形態係抑制矽化物之高電阻化者，但本發明之技術亦可應用於Fin構造中之接觸電阻之降低。於Fin構造中，於基材101之一部分區域(接觸孔之開口部)沈積用於接觸形成之金屬膜(例如TiN膜)。藉由於形成該金屬膜與基材101之接觸(歐姆性接觸)中應用本發明之技術進行極低氧濃度下之熱處理，可降低接觸電阻。
又，於上述各實施形態中，於閃光加熱部5具備30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數可設為任意數。又，閃光燈FL並不限定於氙氣閃光燈，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，只要為於上段及下段配置複數根之形態則可設為任意數。
又，於上述實施形態中，藉由來自鹵素燈HL之鹵素光照射而對半導體晶圓W進行預加熱，但預加熱之方法並不限定於此，亦可藉由載置於加熱板而對半導體晶圓W進行預加熱。
Ps‧‧‧常壓
P1‧‧‧氣壓
t1‧‧‧時刻
t2‧‧‧時刻
t3‧‧‧時刻
t4‧‧‧時刻
t5‧‧‧時刻

Claims (17)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係對基板照射閃光而形成矽化物或鍺化物者，且包括：搬入步驟，其將成膜有金屬膜之基板搬入至腔室內；減壓步驟，其將上述腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力；恢復壓力步驟，其將上述腔室內自第1壓力恢復壓力至較第1壓力高之第2壓力；及照射步驟，其一面將上述腔室內維持為第2壓力，一面自閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓。
  3. 如請求項1之熱處理方法，其中第2壓力為大氣壓。
  4. 如請求項1之熱處理方法，其中第2壓力高於大氣壓。
  5. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述減壓步驟中，使自上述腔室之排氣流量隨時間而增加。
  6. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述恢復壓力步驟中，使向上述腔室之供氣流量隨時間而增加。
  7. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述照射步驟之後，使上述腔室內為大氣壓並以50升/分鐘以上100升/分鐘以下之流量使惰性氣體流入至上述腔室內。
  8. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述搬入步驟中，一面將上述腔室之搬送開口部開放，一面對上述腔室內供給惰性氣體。
  9. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係對基板照射閃光而形成矽化物或鍺化物者，且包括：搬入步驟，其將成膜有金屬膜之基板搬入至腔室內； 減壓步驟，其將上述腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力；及照射步驟，其一面將上述腔室內維持為第1壓力，一面自閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
  10. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係對基板照射閃光而形成矽化物或鍺化物者，且具備：腔室，其收容成膜有金屬膜之基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板照射閃光；排氣部，其將上述腔室內之氛圍氣體排氣；氣體供給部，其對上述腔室供給特定之處理氣體；及控制部，其以如下方式控制上述排氣部及上述氣體供給部，即，於將上述腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力之後，於恢復壓力至較第1壓力高之第2壓力之狀態下自上述閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
  11. 如請求項10之熱處理裝置，其中第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓。
  12. 如請求項10之熱處理裝置，其中第2壓力為大氣壓。
  13. 如請求項10之熱處理裝置，其中第2壓力高於大氣壓。
  14. 如請求項10之熱處理裝置，其中上述控制部以如下方式控制上述排氣部，即，於將上述腔室內減壓至第1壓力時，自上述腔室之排氣流量隨時間而增加。
  15. 如請求項10之熱處理裝置，其中上述控制部以如下方式控制上述氣體供給部，即，於將上述腔室內自第1壓力恢復壓力至第2壓力時，向上述腔室之供氣流量隨時間而增加。
  16. 如請求項10之熱處理裝置，其中上述控制部以如下方式控制上述排氣部及上述氣體供給部，即，於上述閃光照射後，使上述腔室內為大氣壓並以50升/分鐘以上100升/分鐘以下之流量使惰 性氣體流入至上述腔室內。
  17. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係對基板照射閃光而形成矽化物或鍺化物者，且具備：腔室，其收容成膜有金屬膜之基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板照射閃光；排氣部，其將上述腔室內之氛圍氣體排氣；氣體供給部，其對上述腔室供給特定之處理氣體；及控制部，其以如下方式控制上述排氣部及上述氣體供給部，即，於將上述腔室內減壓至較大氣壓低之第1壓力之後，一面維持為第1壓力，一面自上述閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
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