(57)【要約】【課題】マイクロ波独自の効果を確実に得ることができる被処理体の処理方法を提供する。【解決手段】シリコン基部１０と、酸化珪素層１１と、アモルファスシリコン層１２とが下から順に形成されたウエハＷにマイクロ波を照射するとともに、ウエハＷの表面を冷却ガスによって強制的に冷却して、アモルファスシリコン層１２のアモルファスシリコンを結晶化する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を加熱する被処理体の処理方法であって、
前記被処理体にマイクロ波を照射するマイクロ波照射ステップを有し、
前記マイクロ波照射ステップでは、前記被処理体が強制的に冷却されることを特徴とする被処理体の処理方法。
【請求項２】
前記マイクロ波照射ステップでは、前記被処理体の表面が強制的に冷却されることを特徴とする請求項１記載の被処理体の処理方法。
【請求項３】
前記被処理体はシリコンのアモルファスを有し、前記マイクロ波照射ステップでは前記シリコンのアモルファスが結晶化されることを特徴とする請求項１又は２記載の被処理体の処理方法。
【請求項４】
シリコンのアモルファスを有する被処理体を加熱する被処理体の処理方法であって、
前記被処理体にマイクロ波を照射して前記シリコンのアモルファスを結晶化するマイクロ波照射ステップを有し、
前記マイクロ波照射ステップは、前記シリコンのアモルファスにおいて結晶核を生成する結晶核生成ステップと、前記生成された結晶核を成長させる結晶核成長ステップとを有し、
少なくとも前記結晶核成長ステップでは、前記被処理体が強制的に冷却されることを特徴とする被処理体の処理方法。
【請求項５】
前記結晶核成長ステップにおける前記被処理体の温度を、前記結晶核生成ステップにおける前記被処理体の温度よりも低下させることを特徴とする請求項４記載の被処理体の処理方法。
【請求項６】
前記被処理体は不純物がドープされた一部を有し、前記マイクロ波照射ステップでは前記一部の不純物が活性化されることを特徴とする請求項１又は２記載の被処理体の処理方法。
【請求項７】
前記マイクロ波の周波数は５．８ＧＨｚであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の被処理体の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いた被処理体の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理体としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）において、アモルファスシリコンの結晶化やドープされた不純物の活性化は、通常、ウエハへの熱線の照射による熱処理によって実現されている。ウエハへ照射された熱線はアモルファスシリコンを加熱、溶融して結晶化させ、また、不純物がドープされた部分を加熱して活性化する。ウエハへの熱線の照射には、例えば、ランプヒータが用いられる。
【０００３】
ところが、ランプヒータを用いた熱処理ではウエハの表面に熱線が照射されるため、ウエハの表面に存在するトレンチやホールの形状が崩れることがある。
【０００４】
これに対して、熱処理を瞬間的に行って不必要な熱をウエハに与えないようにするフラッシュアニール（瞬間的熱処理）が用いられているが、ウエハ内部のアモルファスシリコンや不純物へ十分な熱が供給されず、結晶化や活性化が不十分となるおそれがある。
【０００５】
そこで、マイクロ波を用いた処理が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。マイクロ波を用いた処理では、マイクロ波が照射されたウエハ内に、例えば、不純物の双極子が存在すると、該双極子がマイクロ波によって振動されて運動エネルギーが発生し、該運動エネルギーから変換された熱エネルギーによって当該双極子の近傍が加熱される（誘電加熱）。すなわち、ウエハにおいて加熱を所望する部分に双極子を存在させれば、当外部分のみを選択的に加熱することができる。
【０００６】
また、マイクロ波を用いた処理では、上述した加熱だけでは説明がつかないマイクロ波独自の効果、例えば、マイクロ波による結晶化促進効果や活性化促進効果が得られることが本発明者等によって確認されている。したがって、マイクロ波を用いた処理をウエハに施す場合、さほどウエハの熱処理温度を上げなくても結晶化や活性化を促進できる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２０１２−０４００９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ウエハに電流が流れる部分、例えば、導電層が存在する場合、該導電層にはマイクロ波による電磁誘導によって渦電流が発生することがあり、該渦電流は導電層を流れる際、当該導電層の抵抗に見合った熱を発生させる（誘導加熱）。
【０００９】
すなわち、マイクロ波独自の効果を得るためにウエハにマイクロ波を照射した場合、ウエハが誘導加熱によって不必要に加熱されて結晶化や活性化が極度に促進されてしまい、結果的にマイクロ波独自の効果であるマイクロ波による結晶化促進効果や活性化促進効果が相対的に抑制されてしまうことになる。
【００１０】
本発明の目的は、マイクロ波独自の効果を確実に得ることができる被処理体の処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１記載の被処理体の処理方法は、被処理体を加熱する被処理体の処理方法であって、前記被処理体にマイクロ波を照射するマイクロ波照射ステップを有し、前記マイクロ波照射ステップでは、前記被処理体が強制的に冷却されることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の被処理体の処理方法は、請求項１記載の被処理体の処理方法において、前記マイクロ波照射ステップでは、前記被処理体の表面が強制的に冷却されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の被処理体の処理方法は、請求項１又は２記載の被処理体の処理方法において、前記被処理体はシリコンのアモルファスを有し、前記マイクロ波照射ステップでは前記シリコンのアモルファスが結晶化されることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４記載の被処理体の処理方法は、シリコンのアモルファスを有する被処理体を加熱する被処理体の処理方法であって、前記被処理体にマイクロ波を照射して前記シリコンのアモルファスを結晶化するマイクロ波照射ステップを有し、前記マイクロ波照射ステップは、前記シリコンのアモルファスにおいて結晶核を生成する結晶核生成ステップと、前記生成された結晶核を成長させる結晶核成長ステップとを有し、少なくとも前記結晶核成長ステップでは、前記被処理体が強制的に冷却されることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の被処理体の処理方法は、請求項４記載の被処理体の処理方法において、前記結晶核成長ステップにおける前記被処理体の温度を、前記結晶核生成ステップにおける前記被処理体の温度よりも低下させることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の被処理体の処理方法は、請求項１又は２記載の被処理体の処理方法において、前記被処理体は不純物がドープされた一部を有し、前記マイクロ波照射ステップでは前記一部の不純物が活性化されることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の被処理体の処理方法は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の被処理体の処理方法において、前記マイクロ波の周波数は５．８ＧＨｚであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被処理体にマイクロ波が照射される際に被処理体が強制的に冷却されるので、被処理体の導電層において誘導加熱による熱が発生しても当該熱は除去される。その結果、被処理体の誘導加熱が抑制されてマイクロ波独自の効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る被処理体の処理方法が適用されるウエハの拡大部分断面図である。
【図２】ランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用いた熱処理のそれぞれにおけるウエハの熱処理温度と結晶化時間との関係を示すグラフである。
【図３】本実施の形態に係る被処理体の処理方法を実行するマイクロ波加熱処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本実施の形態に係る被処理体の処理方法を説明するための図である。
【図５】アモルファスシリコンにおける結晶核の生成速度及び結晶核の成長速度と、ウエハの熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る被処理体の処理方法が適用されるウエハの拡大部分断面図である。
【図７】ランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用いた処理のそれぞれにおけるシリコン基板の熱処理温度とシート抵抗との関係を示すグラフである。
【図８】ランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴う熱処理における不純物の拡散度合いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
まず、本発明に先立って、本発明者等は、図１に示すような、シリコン基部１０と、酸化珪素層１１と、アモルファスシリコン層１２とが下から順に形成されたウエハＷ（被処理体）において、アモルファスシリコン層１２の結晶化を、ランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用いた処理で行った際のデータを入手した。ランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用いた処理のいずれにおいても、ウエハＷの熱処理温度を４６０℃、４８０℃及び５００℃に維持した場合における結晶化時間を、後述の図２のグラフに示した。また、マイクロ波を用いた処理では冷却ガスを吹き付けることによってウエハＷの表面を強制的に冷却している。
【００２２】
なお、通常、アモルファスシリコンは分極しないが結晶体の近傍（界面）では分極する。ウエハＷにおいても、アモルファスシリコン層１２における酸化珪素層１１の近傍のアモルファスシリコンが分極するので、該アモルファスシリコンがマイクロ波によって振動されて熱エネルギーを発生し、該熱エネルギーがアモルファスシリコンを溶融させて結晶化させる。次いで、結晶化されたシリコン近傍のアモルファスシリコンが分極してマイクロ波によって振動される。すなわち、ウエハＷのアモルファスシリコン層１２では、酸化珪素層１１との境界近傍から結晶化が進行する。
【００２３】
図２は、ランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用いた処理のそれぞれにおけるウエハの熱処理温度と結晶化時間との関係を示すグラフである。ランプヒータを用いた熱処理における結晶化時間を「●」で示し、マイクロ波を用いた処理における結晶化時間を「■」で示す。
【００２４】
図２において、全てのウエハＷの熱処理温度に関し、ランプヒータを用いた熱処理よりもマイクロ波を用いた処理の方が結晶化時間は短いことが分かった。ウエハＷの熱処理温度が同じであれば、アモルファスシリコン層１２へ付与される熱エネルギーは同じなので、結晶化時間も同じになると予想されるところ、マイクロ波を用いた処理では、加熱による結晶化促進効果以外の結晶化促進効果、すなわち、マイクロ波独自の結晶化促進効果が発揮されたため、結晶化時間が短くなったと推察された。
【００２５】
また、ウエハＷの熱処理温度が低いほど、ランプヒータを用いた熱処理とマイクロ波を用いた熱処理との結晶化時間の差が大きくなることが分かった。これは、マイクロ波独自の結晶化促進効果はウエハＷの熱処理温度が低いほどより大きく発揮されるためだと推察された。
【００２６】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。
【００２７】
図３は、本実施の形態に係る被処理体の処理方法を実行するマイクロ波加熱処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２８】
図３において、マイクロ波加熱処理装置３０は、ウエハＷを収容する処理容器３１と、処理容器３１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構３２と、処理容器３１内においてウエハＷを支持する支持機構３３と、処理容器３１内に所定のガスを導入するガス導入機構３４と、処理容器３１内を減圧排気する排気機構３５とを備える。
【００２９】
処理容器３１は、板状の天井部３６と、該天井部３６と対向する底部３７と、天井部３６及び底部３７を連結する側壁部３８とを備え、直方体状を呈する。天井部３６、底部３７や側壁部３８は金属、例えば、アルミニウムやステンレスからなる。天井部３６は図中上下方向（以下、単に「上下方向」という。）に関して貫通する複数のマイクロ波導入ポート３９を有し、底部３７は排気ポート４０を有する。各側壁部３８の内面は、処理容器３１内に導入されたマイクロ波を反射するように平坦に構成される。また、一の側壁部３８にはウエハＷの搬出入口４１が設けられ、該搬出入口４１にはゲートバルブ４２が設けられ、該ゲートバルブ４２は搬出入口４１を開閉する。
【００３０】
支持機構３３は、底部３７を貫通して上下方向に沿って延在するシャフト４３と、該シャフト４３の上部から図中水平に展開する複数のアーム４４と、シャフト４３を回転させる回転駆動部４５と、シャフト４３を上下方向に昇降させる昇降駆動部４６と、シャフト４３の基台として機能し、回転駆動部４５や昇降駆動部４６が取り付けられるシャフト基部４７とを有する。シャフト４３はベローズ４８によって覆われて処理容器３１の外部から遮断される。
【００３１】
支持機構３３では、各アーム４４の先端から突出するピン５０によってウエハＷが支持され、シャフト４３が回転することによってアーム４４に載置されたウエハＷは処理容器３１内において図中水平に回転し、シャフト４３が昇降することによってウエハＷは処理容器３１内において上下方向に移動する。また、シャフト４３の先端にはウエハＷの温度を測定するための放射温度計４９が設けられ、処理容器３１の外部に設けられた温度計測部５２と配線５１で接続される。
【００３２】
排気機構３５はドライポンプを有し、排気管５３を介して排気ポート４０に接続される。排気管５３には圧力調整バルブ５４が設けられ、処理容器３１内の圧力を調整する。なお、マイクロ波加熱処理装置３０に排気機構３５を必ず設ける必要はなく、排気機構３５を設けない場合には、マイクロ波加熱処理装置３０が設置される工場が有する排気設備の排気ラインを排気ポート４０へ直接接続する。
【００３３】
ガス導入機構３４は複数の配管５５を介して側壁部３８に開口する複数のガス導入口５６に接続され、処理ガス又は冷却ガスとして、例えば、Ｎ２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスを処理容器３１内へサイドフロー方式で導入する。配管５５にはマスフローコントローラや開閉バルブ（いずれも図示しない）が配され、処理ガスや冷却ガスの種類や流量を制御する。なお、図１において、複数のガス導入口５６は側壁部３８に開口するが、複数のガス導入口を天井部３６に開口させ、処理ガスや冷却ガスをダウンフロー方式で処理容器３１内へ導入してもよく、支持機構３３にウエハＷを載置するステージを配置し、該ステージの載置面に複数のガス導入口を開口させ、冷却ガスをアップフロー方式で処理容器３１内へ導入してもよい。
【００３４】
処理容器３１内において、アーム４４と側壁部３８の間には整流板５７が配置される。整流板５７には多数の貫通穴５７ａを有し、各貫通穴５７ａへ処理容器３１内の雰囲気を流すことによってウエハＷ周りの雰囲気の流れを整える。
【００３５】
マイクロ波導入機構３２は天井部３６の上方に配置され、マイクロ波を処理容器３１内に導入する複数のマイクロ波ユニット５８と、該複数のマイクロ波ユニット５８に接続された高電圧電源５９とを有する。
【００３６】
各マイクロ波ユニット５８は、マイクロ波を生成するマグネトロン６０と、生成されたマイクロ波を処理容器３１へ伝送する導波管６１と、マイクロ波導入ポート３９を塞ぐように天井部３６に固定された透過窓６２とを有する。
【００３７】
マグネトロン６０は高電圧電源５９に接続され、該高電圧電源５９から高電圧電流が供給されて、種々の周波数、例えば、２．４５ＧＨｚや５．８ＧＨｚのマイクロ波を生成する。マグネトロン６０はマイクロ波加熱処理装置３０で実行される熱処理において最適な周波数のマイクロ波を選択的に生成する。
【００３８】
導波管６１は矩形の断面、並びに角筒形状を有し、マイクロ波導入ポート３９から上方へ立設され、マグネトロン６０と透過窓６２を接続する。マグネトロン６０は導波管６１の上端近傍に設けられ、マグネトロン６０が生成したマイクロ波は、導波管６１内において伝送されて透過窓６２を介して処理容器３１内へ導入される。
【００３９】
透過窓６２は誘電体材料、例えば、石英やセラミックスからなり、透過窓６２及び天井部３６の間はシール部材によって気密にシールされている。透過窓６２からアーム４４に支持されたウエハＷまでの距離は、例えば、２５ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００４０】
マイクロ波ユニット５８は、さらに、導波管６１の途中に設けられたサーキュレータ６３、検出器６４、チューナ６５及びサーキュレータ６３に接続されたダミーロード６６を有し、サーキュレータ６３、検出器６４及びチューナ６５は、上方からこの順で配置される。サーキュレータ６３及びダミーロード６６は、処理容器３１内から反射するマイクロ波のアイソレータとして機能し、ダミーロード６６はサーキュレータ６３によって導波管６１から分離された反射波を熱に変換して消費する。
【００４１】
検出器６４は処理容器３１内からの反射波を検出し、チューナ６５はマグネトロン６０及び処理容器３１の間のインピーダンスを整合する。チューナ６５は導波管６１内へ突出可能に構成された導体板（図示しない）を有し、該導体板の突出量を制御することによって反射波の電力量が最少となるように上記インピーダンスを整合する。
【００４２】
マイクロ波加熱処理装置３０では、処理容器３１内へ導入されたマイクロ波が側壁部３８等の内面によって反射されて散乱し、該散乱したマイクロ波が全方位からウエハＷへ照射される。ウエハＷへ照射されたマイクロ波は、ウエハＷ内の双極子を振動させて運動エネルギーを発生させ、該運動エネルギーから変換された熱エネルギーによってウエハＷが加熱される。すなわち、マイクロ波を用いた熱処理が実行される。このとき、シャフト４３が回転して、散乱するマイクロ波がウエハＷの各部へ満遍なく照射されるようにウエハＷを図中水平に回転させる。また、マイクロ波が散乱する処理容器３１内が減圧されると、異常放電が生じするおそれがあるため、ウエハＷにマイクロ波が照射される際、排気機構３５の圧力調整バルブ５４によって処理容器３１内がほぼ大気圧に維持される。
【００４３】
本実施の形態に係る被処理体の処理方法では、マイクロ波加熱処理装置３０がマイクロ波を用いた処理を実行する際、ガス導入機構３４は各ガス導入口５６を介して冷却ガスを処理容器３１内へ導入し、ウエハＷの表面を強制的に冷却する。なお、本実施の形態における「ウエハＷの表面」とは、ウエハＷの上面に限られず、ウエハＷの下面を含んでもよい。
【００４４】
図４は、本実施の形態に係る被処理体の処理方法を説明するための図である。
【００４５】
図４において、各アーム４４のピン５０によって支持されるウエハＷには、処理容器３１内において散乱するマイクロ波（図中、細矢印で示す。）が全方位から照射され、照射されたマイクロ波はウエハＷ内へ吸収され、酸化珪素層１１との境界近傍に存在する分極したアモルファスシリコンを振動させて熱エネルギーを発生させ、該熱エネルギーはアモルファスシリコンを溶融させ、結晶化させる。上述したように、アモルファスシリコン層１２において、結晶化は酸化珪素層１１との境界近傍から進行する。
【００４６】
このとき、マイクロ波によってアモルファスシリコン層１２には渦電流が発生し、該渦電流がアモルファスシリコン層１２を流れることによって熱が発生するが、処理容器３１内へ導入された冷却ガス（図中、太矢印で示す。）がウエハＷの表面に露出したアモルファスシリコン層１２に沿って流れるため、渦電流によって発生した熱が除去される。すなわち、ウエハＷが冷却ガスによって強制的に冷却される。したがって、ウエハＷへの誘導加熱が抑制され、誘導加熱による結晶化が極度に促進されず、マイクロ波独自の結晶化促進効果を相対的に大きく得ることができる。これにより、マイクロ波独自の結晶化促進効果を確実に得ることができ、さほどウエハＷの温度を上げなくても結晶化を促進することができる。その結果、ウエハＷの表面に存在するトレンチやホールの形状が崩れるのを防止することができる。
【００４７】
また、シリコンが高温、例えば、６００℃以上に加熱されると、シリコン内に熱電子が発生して電気的に金属のように機能するため、マイクロ波を反射する。これにより、ウエハＷにマイクロ波を用いた処理を施すことができず、さらに、ウエハＷに吸収されないマイクロ波が処理容器３１内に増加して異常放電の可能性が高まる。しかしながら、本実施の形態に係る被処理体の処理方法では、ウエハＷが冷却ガスによって強制的に冷却されるため、熱電子の発生が抑制されてウエハＷは電気的に金属のように機能しない。これにより、マイクロ波をウエハＷへ確実に吸収させることができるとともに、処理容器３１内に残存するマイクロ波が増加するのを防止することができる。
【００４８】
本実施の形態に係る被処理体の処理方法では、マイクロ波として２．４５ＧＨｚ又は５．８ＧＨｚのマイクロ波を用いることができるが、周波数が低いとマイクロ波は被処理体へ吸収されにくくなるため、５．８ＧＨｚのマイクロ波を用いるのが好ましく、これにより、マイクロ波独自の結晶化促進効果をより発揮させることができるとともに、ウエハＷに吸収されずに処理容器３１内に残存するマイクロ波が増加するのを防止することができる。
【００４９】
上述した本実施の形態に係る被処理体の処理方法では、ウエハＷの表面に露出したアモルファスシリコン層１２において誘導加熱によって発生した熱が冷却ガスによって除去されたが、誘導加熱によって熱が発生する層はウエハＷの表面に露出していなくてもよい。この場合、当該層に誘導加熱によって発生した熱は他の層を介してウエハＷの表面へ伝達されて冷却ガスによって除去される。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る被処理体の処理方法の変形例について説明する。本変形例も図３のマイクロ波加熱処理装置３０が実行する。
【００５１】
ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等で用いられるポリシリコン薄膜の形成では、ポリシリコンを直接堆積してポリシリコン薄膜を形成すると、結晶化が行われないため、当該ポリシリコン薄膜における結晶粒径が増大せず、移動度を十分に確保できないという問題がある。
【００５２】
そこで、アモルファスシリコンを堆積させてアモルファスシリコン薄膜を形成し、次いで、熱処理によってアモルファスシリコンを結晶化する方法が開発されている。この方法では、アモルファスシリコン薄膜において結晶核を生成させ、生成された結晶核を成長させるという２段階の工程を経て結晶化が行われる。
【００５３】
また、図５のグラフに示すように、アモルファスシリコンにおける結晶核の生成速度及び結晶核の成長速度はいずれもウエハＷの熱処理温度に比例するが、結晶核の生成速度の増加代は結晶核の成長速度の増加代よりもウエハＷの熱処理温度に敏感であるため、ウエハＷの熱処理温度を高くすると、結晶核の生成速度を優先的に高めることができ、ウエハＷの熱処理温度を低くすると、結晶核の成長速度を優先的に高めることができる。
【００５４】
さらに、結晶核の生成の活性化エネルギーは５．１ｅＶであり、結晶核の成長の活性化エネルギーは３．９ｅＶであるため、活性化エネルギーの観点からも、結晶核の生成を速めたい場合には、ウエハＷの熱処理温度を高くし、アモルファスシリコン薄膜へ加えられた熱エネルギーの量を５．１ｅＶよりも大きくする必要があり、結晶核の成長を結晶核の生成よりも優先させたい場合には、ウエハＷの熱処理温度を低くし、アモルファスシリコン薄膜へ加えられた熱エネルギーの量を５．１ｅＶよりも小さく、且つ３．９ｅＶよりも大きくするのが好ましい。
【００５５】
したがって、本実施の形態に係る被処理体の処理方法の変形例としてのポリシリコン薄膜の形成方法では、まず、ウエハＷにおいてアモルファスシリコン薄膜を形成した後、マイクロ波加熱処理装置３０においてウエハＷへマイクロ波を用いた処理を施すが、当該マイクロ波を用いた処理では、最初に、ウエハＷへ照射されるマイクロ波の量を増加させてアモルファスシリコン薄膜へ加えられる熱エネルギーを増加させ、ウエハＷの熱処理温度を高くすることによって必要な数の結晶核を素早く生成し（図５中の「第１の工程」）（結晶核生成ステップ）、次いで、ウエハＷへ照射されるマイクロ波の量を減少させる等してアモルファスシリコン薄膜へ加えられる熱エネルギーを減少させ、ウエハＷの熱処理温度を低くすることによって結晶核の生成よりも結晶核の成長を優先させ、結晶核の生成を抑制しつつ、既に生成された結晶核を成長させる（図５中の「第２の工程」）（結晶核成長ステップ）。
【００５６】
生成される結晶核の数が多いと、最終的に形成される結晶の数も多くなって各結晶の粒径が小さくなるが、本実施の形態に係る被処理体の処理方法の変形例では、マイクロ波を用いた処理において、途中でマイクロ波の量を減少させる等してウエハＷの熱処理温度を低くすることにより、結晶核の生成を抑制するので、最終的に形成される結晶の数が多くなるのを防止して各結晶の粒径を大きくすることができる。
【００５７】
また、本実施の形態に係る被処理体の処理方法の変形例では、第２の工程において、冷却ガスを処理容器３１内へ導入してウエハＷの表面を強制的に冷却する。これにより、ウエハＷの誘導加熱が抑制されてマイクロ波独自の効果としての結晶化促進効果を強調することができ、結晶核を素早く成長させる。
【００５８】
すなわち、本実施の形態に係る被処理体の処理方法の変形例では、ウエハＷへ照射されるマイクロ波の量をまず増加させた後、減少させることにより、結晶核の素早い生成及び結晶核の素早い成長を実現することができ、もって、結晶化時間を短縮することができる。
【００５９】
なお、上述したように、生成される結晶核の数が多いと最終的に形成される結晶の粒径が小さくなるため、第１の工程はできるだけ短くするのが好ましい。
【００６０】
上述した本実施の形態に係る被処理体の処理方法の変形例では、第２の工程のみにおいて処理容器３１内へ冷却ガスを導入したが、第１の工程においても処理容器３１内へ冷却ガスを導入してもよい。この場合、第２の工程において導入される冷却ガスの流量を、第１の工程において導入される冷却ガスの流量よりも大きく設定する。これにより、第１の工程のウエハＷの熱処理温度よりも第２の工程のウエハＷの熱処理温度を低下させることができ、第２の工程においてマイクロ波独自の効果としての結晶化促進効果をより強く発揮させることができる。
【００６１】
また、上述した本実施の形態に係る被処理体の処理方法の変形例では、ウエハＷへ照射されるマイクロ波の量を変更しなくてもよい。この場合、第２の工程のみにおいて処理容器３１内へ冷却ガスを導入するか、若しくは、第２の工程において導入される冷却ガスの流量を第１の工程において導入される冷却ガスの流量よりも大きく設定する。これにより、第１の工程におけるウエハＷの熱処理温度を高めることができるとともに、第２の工程におけるウエハＷの熱処理温度を低下させることができるので、各結晶の粒径を大きくすることができるとともに、結晶核の素早い生成及び結晶核の素早い成長を実現することができる。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る被処理体の処理方法について説明する。本実施の形態に係る被処理体の処理方法も図３のマイクロ波加熱処理装置３０が実行する。
【００６３】
図６は、本実施の形態に係る被処理体の処理方法が適用されるウエハの拡大部分断面図である。
【００６４】
図６において、単結晶のシリコン基部からなるウエハＷ’の表面の一部６７には、ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインを形成するために不純物がドープされている。本実施の形態に係る被処理体の処理方法では、一部６７にドープされた不純物を活性化して一部６７をｎ型シリコンに変質させてソースやドレインとして機能させる。
【００６５】
ところで、上述したように、マイクロ波による熱処理は独自の結晶化促進効果を発揮する。一方、不純物の活性化はドープされた不純物をシリコンの結晶の格子点に置き換えて不純物をキャリアとして機能させる処理であるため、一種の結晶化に該当する。したがって、マイクロ波による熱処理によって不純物の活性化促進効果も期待できる。
【００６６】
そこで、本発明に先立って、本発明者等は、表面の一部に不純物がドープされた単結晶のシリコン基板において、当該一部における不純物の活性化をランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用いた処理で行った。また、マイクロ波を用いた処理では、冷却ガスを吹き付けることによってシリコン基板の表面を強制的に冷却した場合と、冷却ガスを吹き付けない場合とのそれぞれについて活性化を行った。ランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用いた処理（強制的な冷却を伴う場合と伴わない場合の両方）のそれぞれについて、活性化の指標であるシート抵抗を測定してシリコン基板の熱処理温度とシート抵抗の関係を求めた。
【００６７】
図７は、ランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用いた処理のそれぞれにおけるシリコン基板の熱処理温度とシート抵抗との関係を示すグラフである。ランプヒータを用いた熱処理におけるシート抵抗を「○」で示し、マイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴わない熱処理におけるシート抵抗を「■」で示し、マイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴う熱処理におけるシート抵抗を「□」で示す。
【００６８】
図７において、殆どのシリコン基板の熱処理温度に関し、ランプヒータを用いた熱処理よりもマイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴う熱処理の方がシート抵抗は低いことが分かった。シリコン基板の熱処理温度が同じであれば、不純物がドープされたウエハＷ’の表面の一部６７へ付与される熱エネルギーは同じなので、熱エネルギーによる活性化促進効果が同じとなり、シート抵抗も同じになると予想されるところ、マイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴う熱処理では、熱エネルギーによる活性化促進効果以外の活性化促進効果、すなわち、マイクロ波独自の活性化促進効果が発揮されてシート抵抗がより低下したと推察された。
【００６９】
また、シリコン基板の熱処理温度が低いほど、ランプヒータを用いた熱処理とマイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴う熱処理とのシート抵抗の差が大きくなることが分かった。これは、マイクロ波独自の活性化促進効果はシリコン基板の熱処理温度が低いほどより強く発揮されたためであると推察された。
【００７０】
一方、殆どのシリコン基板の熱処理温度に関し、ランプヒータを用いた熱処理とマイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴わない熱処理のシート抵抗は殆ど同じであることが分かった。マイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴わない熱処理においても、マイクロ波独自の活性化促進効果が期待できるため、シート抵抗が低下すると予想されるところ、マイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴わない熱処理では、誘導加熱による熱が除去されないため、該熱によって不純物が拡散してしまい、シリコンの結晶の格子点に置き換えられる不純物が減少してシート抵抗がさほど低下しなかったと推察された。
【００７１】
すなわち、シート抵抗を低下させるには、不純物の拡散を抑制しつつ、マイクロ波独自の活性化促進効果させる必要があるのが分かった。
【００７２】
なお、不純物の拡散度合いを確認するために、ランプヒータを用いた熱処理を施したシリコン基板と、マイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴う熱処理を施したシリコン基板とについて不純物の濃度を測定した。
【００７３】
図８は、ランプヒータを用いた熱処理及びマイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴う熱処理における不純物の拡散度合いを示すグラフである。縦軸は不純物濃度を示し、横軸はシリコン基板の表面からの深さを示し、ランプヒータを用いた熱処理における不純物濃度を「○」で示し、マイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴う熱処理における不純物濃度を「□」で示す。
【００７４】
図８において、全ての深さに関し、マイクロ波を用い且つ強制的な冷却を伴う熱処理における不純物濃度がランプヒータを用いた熱処理における不純物濃度よりも低いことが分かった。すなわち、シリコン基板を強制的に冷却することにより、誘導加熱による熱を除去し、当該熱による不純物の拡散を抑制できていることが分かった。
【００７５】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。
【００７６】
本実施の形態に係る被処理体の処理方法では、各アーム４４のピン５０によって支持され、表面の一部６７に不純物がドープされたウエハＷ’に、処理容器３１内において散乱するマイクロ波（図中、細矢印で示す。）が全方位から照射される。照射されたマイクロ波はウエハＷ’内へ吸収され、一部６７にドープされた不純物がシリコンの結晶の格子点に置き換えられる。このとき、マイクロ波独自の活性化促進効果が発揮され、熱エネルギーのみによる活性化よりも不純物の活性化が進展するので、一部６７における抵抗をより低減させることができる。
【００７７】
また、本実施の形態に係る被処理体の処理方法では、マイクロ波によってウエハＷ’には渦電流が発生し、該渦電流がウエハＷ’を流れることによって熱が発生するが、処理容器３１内へ導入された冷却ガス（図中、太矢印で示す。）がウエハＷ’の表面に沿って流れるため、渦電流によって発生した熱が除去される。すなわち、ウエハＷ’が冷却ガスによって強制的に冷却される。したがって、熱によって不純物が拡散するのを抑制することができ、もって、一部６７における不純物の活性化を確実に行うことができる。
【００７８】
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７９】
Ｗ，Ｗ’  ウエハ
１２  アモルファスシリコン層
３０  マイクロ波加熱処理装置
３２  マイクロ波導入機構
３４  ガス供給機構
６７  一部
【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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【図８】
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