(57)【要約】【課題】半導体基板に加える熱処理を精度良く制御する。【解決手段】半導体基板ＳＵＢは、ランプＨＴからの熱によって熱処理される。ランプＨＴへ入力される電力は、制御部ＣＭによって制御される。制御部ＣＭは、半導体基板ＳＵＢの温度がピークを迎えるタイミングが、ランプＨＴに入力される電力がピークを過ぎた後になるように、ランプＨＴへの電力の入力を制御する。そしてランプＨＴへ入力される電力の大きさの経時変化は、ランプＨＴに入力される電力量に基づいて制御されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプに対向して半導体基板を配置する工程と、
前記ランプに電力を入力することにより、前記半導体基板を熱処理する工程と、
を備え、
前記熱処理する工程において、前記ランプへ電力を入力する時間は、前記ランプに入力される電力がピークを過ぎた後に前記半導体基板の温度がピークを迎えるように設定されており、
前記熱処理する工程における前記ランプへ入力される電力の大きさの経時変化は、前記ランプに入力される電力量に基づいて設定されている半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板をランプに対向して配置する工程の前に、
前記半導体基板に、トランジスタのソース及びドレインとなる不純物層を形成する工程を有し、
前記熱処理する工程は、前記不純物層の不純物を活性化する工程である半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記熱処理する工程において、前記ランプに入力される電圧を時間で積分した値に基づいて、前記ランプの動作時間の終了時間を設定する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記熱処理する工程において、前記ランプに入力される電流を時間で積分した値に基づいて、前記ランプの動作時間の終了時間を設定する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ランプに入力される電力量は、前記半導体基板が基準温度以上になっている間の電力量である半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ランプに入力される電力量は、前記ランプに入力される電力が予熱時の電力より高くなってから、待機電力に下がるまでの電力量である半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ランプに入力される電力量は、前記ランプに入力される電力が予熱時の電力より高くなってから前記半導体基板の温度がピーク温度に達するまでの間の電力量である半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ランプへの入力を制御する制御部は、前記半導体基板の到達温度を入力パラメータとして前記ランプの動作時間を制御し、
前記ランプに入力される電力量と、前記制御部で入力パラメータとして用いられる前記到達温度の関係を示すデータを用いて、前記電力量を前記到達温度に変換し、変換後の前記到達温度を前記制御部に入力する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えばランプアニール工程を有する半導体装置の製造方法に適用可能な技術である。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程には、半導体基板に導入された不純物を活性化する工程がある。この工程には、ランプアニール装置が用いられることが多い。例えば特許文献１には、基板の温度を温度計で測定し、この測定値を用いてランプアニール装置を制御することが記載されている。
【０００３】
また特許文献２には、基板の温度を温度計で測定し、この測定値の積分値を用いて半導体基板の熱処理を制御することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５３１５８号公報
【特許文献２】特許第２６３４５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年は半導体装置の微細化が進み、ランプアニール処理における熱処理時間が短くなっている。その結果、ランプに入力される電力がピークを過ぎた後に半導体基板の温度がピークを迎える。このため、半導体基板に加える熱処理を精度良く制御することが難しくなっている。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態によれば、ランプに対向して半導体基板を配置した後、ランプに電力を入力することにより、半導体基板を熱処理する。熱処理する工程において、ランプへ電力を入力する時間は、ランプに入力される電力がピークを過ぎた後に半導体基板の温度がピークを迎えるように設定されている。そしてランプへ入力される電力の大きさの経時変化は、ランプに入力される電力量に基づいて設定されている。
【発明の効果】
【０００７】
前記一実施の形態によれば、ランプへ電力を入力する時間が短くなり、ランプに入力される電力がピークを過ぎた後に半導体基板の温度がピークを迎える場合であっても、半導体基板に加える熱処理を精度良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】ランプアニール装置の構成を示す断面図である。
【図３】ランプに入力される電力量とモニターウェハのシート抵抗値の関係の一例を示す図である。
【図４】ランプに入力される電力量の積算期間の第１例を示す図である。
【図５】ランプに入力される電力量の積算期間の第２例を示す図である。
【図６】ランプに入力される電力量の積算期間の第３例を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法で用いられるランプアニール装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置ＳＣの構造を示す断面図である。この半導体装置ＳＣは、トランジスタＴＲを有している。トランジスタＴＲは、半導体基板ＳＵＢに形成されている。半導体基板ＳＵＢは、例えばシリコン基板であるが、ＳＯＩ基板であってもよいし、化合物半導体基板であっても良い。
【００１１】
半導体基板ＳＵＢの一部は、素子分離膜ＳＴＩによって素子形成領域が設けられている。トランジスタＴＲは、素子形成領域に形成されている。詳細には、素子形成領域に位置する半導体基板ＳＵＢ上に、ゲート絶縁膜ＧＩＮＳ及びゲート電極ＧＥが形成されている。そして、素子形成領域に位置する半導体基板ＳＵＢには、エクステンション領域ＬＤＤ及びソースドレイン領域ＳＤが形成されている。
【００１２】
また、トランジスタＴＲ上には、多層配線層が形成されている。本図には、多層配線層の最下層の層間絶縁膜ＩＮＳＬを図示している。
【００１３】
次に、半導体装置ＳＣの製造方法を説明する。まず、半導体基板ＳＵＢに素子分離膜ＳＴＩを形成する。次いで、半導体基板ＳＵＢにゲート絶縁膜ＧＩＮＳ及びゲート電極ＧＥを形成する。次いで、ゲート電極ＧＥ及び素子分離膜ＳＴＩをマスクとして半導体基板ＳＵＢに不純物を注入する。そして半導体基板ＳＵＢを熱処理し、不純物を活性化させる。これにより、半導体基板ＳＵＢにはエクステンション領域ＬＤＤが形成される。次いで、半導体基板ＳＵＢ上及びゲート電極ＧＥ上に、サイドウォールＳＷとなる絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチバックする。これにより、サイドウォールＳＷが形成される。次いで、サイドウォールＳＷ、ゲート電極ＧＥ、及び素子分離膜ＳＴＩをマスクとして半導体基板ＳＵＢに不純物を注入する。そして半導体基板ＳＵＢを熱処理し、不純物を活性化させる。これにより、ソースドレイン領域ＳＤが形成される。
【００１４】
次いで、素子分離膜ＳＴＩ及びトランジスタＴＲ上に、多層配線層を形成する。
【００１５】
図２は、ランプアニール装置ＡＮＭの構成を示す断面図である。ランプアニール装置ＡＮＭは、エクステンション領域ＬＤＤ又はソースドレイン領域ＳＤを形成するときの、不純物の活性化工程で用いられる。ランプアニール装置ＡＮＭは、チャンバーＣＨ内にステージＳＴＧを有している。ステージＳＴＧには、不純物が注入された後の半導体基板ＳＵＢが載置される。このとき、半導体基板ＳＵＢのうち不純物が注入されている面（主面）は、ランプＨＴに対向する。そしてランプＨＴに電力が入力されることにより、半導体基板ＳＵＢに熱処理が行われる。また、半導体基板ＳＵＢのうち主面とは逆側の面（裏面）には、温度計ＰＭが対向している。温度計ＰＭは、例えば放射温度計である。
【００１６】
ランプＨＴへ入力される電力は、制御部ＣＭによって制御されている。本実施形態において、制御部ＣＭは、所謂スパイクアニール処理となるように、ランプＨＴへの電力の入力を制御する。すなわち、半導体基板ＳＵＢの温度がピークを迎えるタイミングは、ランプＨＴに入力される電力がピークを過ぎた後になる。そしてランプＨＴへ入力される電力の大きさの経時変化は、ランプＨＴに入力される電力量に基づいて制御されている。この制御は、加熱時におけるランプＨＴへの入力電力の大きさを制御することであっても良いし、ランプＨＴによる加熱処理の長さを制御することであっても良い。
【００１７】
ランプＨＴに入力される電力量は、例えば、ランプＨＴに入力される電圧を時間で積分した値として検出される。なお、この電力量は、ランプＨＴに入力される電流を時間で積分した値として検出されても良い。これらのようにすると、ランプＨＴに入力される電力量を容易に見積もることができる。これらの積分値は、例えば制御部ＣＭによって算出される。
【００１８】
図３は、ランプＨＴに入力される電力量（すなわち入力パワーの積分値）とモニターウェハのシート抵抗値の関係の一例を示している。モニターウェハには、一定量の不純物が導入されている。そしてこの不純物の活性化率が変わることにより、モニターウェハのシート抵抗値が変わる。
【００１９】
図３によれば、ランプＨＴに入力される電力量と、モニターウェハのシート抵抗値は非常に高い相関を示している。このため、例えば、以下のようにして制御部ＣＭに設定されるべき電力量を、算出することができる。まず、トランジスタＴＲの特性が所望の特性となるような熱処理条件を調べておき、その熱処理条件におけるモニターウェハのシート抵抗値（目標抵抗値）を測定しておく。一方で、図３に示すデータを測定しておく。そして、図３に示すデータから、目標抵抗値を得るための電力量（目標電力量）を算出する。
【００２０】
そして、ランプＨＴに入力される電力量が目標電力量となるようにランプＨＴへ入力される電力の大きさの経時変化を設定する。これにより、エクステンション領域ＬＤＤ及びソースドレイン領域ＳＤの抵抗値を高い精度で制御することができる。例えば、制御部ＣＭは、ランプＨＴに供給した電力量が目標電力量になるように、半導体基板ＳＵＢを加熱する時にランプＨＴに供給する電力の大きさを調節する。なお、制御部ＣＭは、ランプＨＴに供給した電力量が目標電力量になるタイミングで、ランプＨＴへの供給される電力の大きさを、待機電力まで低下させてもよい。
【００２１】
図４は、ランプＨＴに入力される電力量の積算期間の第１例を示す図である。ランプＨＴは、予め予熱されている。そして、あるタイミングで加熱が開始される。そして加熱が終了した後、待機状態になる。
【００２２】
本図に示す例において、電力量は、半導体基板ＳＵＢが基準温度以上になっている間の電力（又は電圧、又は電流）を積分した値である。そして制御部ＣＭは、この電力量が予め定められた値になるように、ランプＨＴに入力される加熱用の電圧又は電流の大きさを変更する。このとき、待機電圧の大きさや予熱電圧の大きさも、同じ幅だけ変化してもよい（所謂電圧のオフセット量の調整）。
【００２３】
図５は、ランプＨＴに入力される電力量の積算期間の第２例を示す図である。本図に示す例において、電力量は、ランプＨＴに入力される電力が予熱時の電力より高くなってから、待機電力に下がるまでの電力（又は電圧、又は電流）を積分した値である。そして制御部ＣＭは、この電力量が予め定められた値になるように、ランプＨＴに入力される加熱用の電圧又は電流の大きさを変更する。このとき、待機電圧の大きさや予熱電圧の大きさも、同じ幅だけ変化してもよい。
【００２４】
図６は、ランプＨＴに入力される電力量の積算期間の第３例を示す図である。本図に示す例において、電力量は、ランプＨＴに入力される電力が予熱時の電力より高くなってから半導体基板ＳＵＢの温度がピーク温度に達するまでの間の電力（又は電圧、又は電流）を積分した値である。そして制御部ＣＭは、この電力量が予め定められた値になるように、ランプＨＴに入力される加熱用の電圧又は電流の大きさを変更する。このとき、待機電圧の大きさや予熱電圧の大きさも、同じ幅だけ変化してもよい。
【００２５】
以上、本実施形態によれば、制御部ＣＭは、ランプＨＴへ入力される電力の大きさの経時変化を、ランプＨＴに入力されるべき電力量に基づいて定めている。このようにすると、半導体基板ＳＵＢへの熱履歴を高い精度で制御することができる。その結果、エクステンション領域ＬＤＤ及びソースドレイン領域ＳＤの抵抗値を高い精度で制御することができる。
【００２６】
この効果について、詳細に説明する。本発明者が検討した結果、制御部ＣＭが同一の設定でランプＨＴに電力を供給していても、実際にランプＨＴから発生する熱は、ランプＨＴが劣化するにつれて変化する。このため、一般的なランプアニール装置に備わっている制御手法では、半導体基板ＳＵＢへの熱履歴を十分な精度で制御することは難しい。これに対して本実施形態では、ランプＨＴへ入力される電力の大きさを、ランプＨＴに入力されるべき電力量に基づいて定めている。このため、ランプＨＴが劣化していっても、それに合わせて、ランプＨＴに入力される電力量が目標電力量となるように、ランプＨＴへ入力される電力の大きさの経時変化を調整することにより、半導体基板ＳＵＢへの熱履歴を高い精度で制御することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る半導体装置ＳＣの製造方法で用いられるランプアニール装置ＡＮＭの構成を示す図である。本実施形態に係るランプアニール装置ＡＮＭは、以下の点を除いて、第１の実施形態に係るランプアニール装置ＡＮＭと同様の構成である。
【００２８】
まず、制御部ＣＭは、半導体基板ＳＵＢの到達温度を入力パラメータとしてランプＨＴへ供給する電力を制御している。このため、入力部ＩＰからは、半導体基板ＳＵＢの到達温度が入力される。
【００２９】
そして、ランプアニール装置ＡＮＭは、変換部ＣＮＶを有している。変換部ＣＮＶは、要求される電力量を、制御部ＣＭの入力パラメータである到達温度に変換する。この変換に用いられるデータは、ランプＨＴに入力される電力量と、制御部ＣＭで入力パラメータとして用いられる到達温度の関係を予め調べることにより生成されている。
【００３０】
本実施形態によれば、制御部ＣＭへの入力パラメータが半導体基板ＳＵＢの到達温度で有る場合においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３２】
ＡＮＭ ランプアニール装置
ＣＭ 制御部
ＣＨ チャンバー
ＣＮＶ 変換部
ＧＥ ゲート電極
ＧＩＮＳ ゲート絶縁膜
ＨＴ ランプ
ＩＮＳＬ 層間絶縁膜
ＩＰ 入力部
ＬＤＤ エクステンション領域
ＰＭ 温度計
ＳＣ 半導体装置
ＳＤ ソースドレイン領域
ＳＴＧ ステージ
ＳＴＩ 素子分離膜
ＳＵＢ 半導体基板
ＴＲ トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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