(57)【要約】【課題】サファイア基板の昇温の遅れをなくし、追従性に優れた経時温度プロファイルを得る。【解決手段】ＳＯＳウェハを、ステップ３において、約３００［℃］（３００［℃］±５０［℃］）の予熱温度で２０［秒］保持して予備加熱してから、ステップ５の５００［℃］で６０［秒］保持するプレアニールを経て、ステップ６で８５０［℃］の熱反応温度まで昇温し、ステップ７において、その熱反応温度で３０［秒］保持して、シリサイド化や活性化等の熱反応処理をする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板を用いた半導体装置の製造方法において、
上記サファイア基板を、１５０〜４５０［℃］の範囲内の予熱温度に保持して予備加熱する予熱ステップと、
上記予備加熱をしたサファイア基板を、５００［℃］以上の熱反応温度まで昇温し、その熱反応温度で熱反応処理する熱反応ステップと
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記サファイア基板を、上記予熱温度で１０［秒］以上保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記予熱ステップは、上記サファイア基板を照射するランプをＯＦＦすることによって、上記サファイア基板を上記予熱温度で保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
上記予熱温度は、２５０〜３５０［℃］の範囲内であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
上記サファイア基板を、上記予熱温度で２０［秒］以上保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記熱反応温度は、６００〜９００［℃］の範囲内であり、
上記予熱ステップと上記熱反応ステップの間に、４５０〜５５０［℃］の範囲内の設定温度まで昇温し、その設定温度で保持するプレアニールステップをさらに有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記熱反応温度は、９００［℃］以上であり、
上記予熱ステップと上記熱反応ステップの間に、上記熱反応温度よりも２００〜５５０［℃］低い範囲内の設定温度まで昇温し、その設定温度で保持するプレアニールステップをさらに有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記予熱ステップが施される上記サファイア基板の表面に、半導体層が設けられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記予熱温度ステップが施される上記サファイア基板の表面に、半導体層が設けられており、
上記半導体層上に、導電性の薄膜または／および絶縁性の薄膜が設けられている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法において、
上記半導体層は、シリコン層であることを特徴と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、サファイア基板（サファイアウェハ）を用いた半導体製造装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基板は、絶縁性基板であるので、シリコン基板（シリコンウェハ）のように単体で半導体装置の製造に用いられるのではなく、その表面に半導体層を設けて複合半導体基板（複合半導体ウェハ）を作成し、複合半導体ウェハとして、半導体装置の製造に用いられる。例えば、サファイア基板の表面にシリコン層をエピタキシャル成長させてＳＯＳ（シリコン・オン・サファイア）基板（ＳＯＳウェハ）を作成し、そのＳＯＳ基板のシリコン層に半導体集積回路が作り込まれる。
【０００３】
シリコンウェハを用いた半導体装置の製造方法において、短時間で５００［℃］以上のアニールをするＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）工程等では、ランプ光を照射して加熱するランプアニール装置を用いて、タングステンハロゲンランプのランプ光をウェハに直接照射して吸収させることで、急速にウェハの温度を上昇させるランプ加熱法が一般的な手法として用いられている。
【０００４】
しかしながら、このようなランプ加熱法をそのままＳＯＳウェハに用いても、ＳＯＳウェハは、タングステンハロゲンランプの波長に対してほとんど透明であり、ランプ光を吸収しないため、ＳＯＳウェハの温度が上昇せず、上記シリコンウェハにおいてのランプ加熱法では、ＳＯＳウェハの実質的なアニール処理ができない。
【０００５】
このようなＳＯＳウェハについては、ＳＯＳウェハをカーボンやセラミックの素材のサセプタに載せ、このサセプタごとランプアニール装置のチャンバー内に導入し、ランプ照射により加熱されたサセプタからの熱伝導によって、ＳＯＳウェハを間接的に加熱する手法を用い、昇温速度を大幅に下げて、徐々に昇温することで、アニールは可能になる。
【０００６】
ただし、活性化やサリサイド化等の熱反応処理は短時間にする必要がある上、ランプアニール装置は枚葉式の装置のため、昇温や降温で時間をかけることはできず、昇温速度は、サセプタを用いないシリコンウェハのＲＴＡ処理の１／２から遅くとも１／５程度とすることが望ましい。
【０００７】
図７は従来のランプ加熱のプロセスステップ例であって、サセプタを用いてシリコンウェハを熱反応処理するために設定したものである。
【０００８】
図７において、まず最初のステップ１［purge］において、窒素ガスを３０［秒］ランプアニール装置のチャンバ内に送ってパージし、次のステップ２［ramp］において、昇温レート２０［℃／ｓ］で室温から５００［℃］まで昇温させ、次のステップ３［steady］（プレアニールステップ）において、５００［℃］で６０［秒］保持し、次のステップ４［ramp］において、昇温レート２０［℃／ｓ］で８５０［℃］まで再び昇温させ、次のステップ７［steady］において、８５０［℃］で３０［秒］保持し、最後のステップ８［cool］において、１２０［秒］かけて１０００［℃］から室温まで降温させる。
【０００９】
この図７のサセプタを用いた従来の温度ステップでは、サセプタの熱容量を考慮して、サセプタ温度の安定化を図るとともに、サセプタに生じた不均一な温度分布を是正するために、５００［℃］で６０［秒］保持するプレアニールステップ（ステップ３）を設けるとともに、昇温速度を、ランプアニール装置としては低速、つまりサセプタを用いない温度ステップよりも低速の２０［℃／ｓ（秒）］としている。
【００１０】
また、サファイアウェハを用いた半導体装置の製造方法において、サファイアウェハに効率よく熱を伝導させるために、サファイアウェハの裏面に熱伝導性または光吸収性に優れた薄膜を形成する手法がある（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−７０３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図７のサセプタを用いた従来のランプ加熱では、シリコンウェハの場合には、８５０［℃］付近でのウェハの実際の経時温度プロファイルは、設定通りにシャープで追従性に優れたものとなるが、ＳＯＳウェハの場合には、８５０［℃］付近での実際の経時温度プロファイルは、サセプタの昇温に対して遅れ（アンダーシュート）を生じ、追従性の悪いものとなってしまった。
【００１３】
図８は図７のサセプタを用いた従来のランプ加熱においてのＳＯＳウェハのウェハ中心部およびサセプタの経時温度プロファイルであり、ＳＯＳウェハの温度はＳＯＳウェハに特別に設けた熱電対によって検出したもの、サセプタの温度はランプアニール装置に装備されているパイロメータによって検出したものである。
【００１４】
ランプアニール装置では、サセプタの温度をパイロメータで検出し、その検出温度をもとにランプの出力強度を制御して、温度制御をするが、図８から判るように、サセプタ自体は正確に温度制御されているが、ＳＯＳウェハでは、設定温度の８５０［℃］に到達するときに昇温の遅れを生じており、サセプタの温度（＝設定温度）よりも４０［℃］ほど低い状態が１５［秒］ほど継続するため、設定温度の８５０［℃］で３０［秒］アニールをするのに、実際にＳＯＳウェハが設定温度に到達している時間は１５［秒］ほどになっている。
【００１５】
このため、時間の短いアニールではＳＯＳウェハの温度が設定温度に到達できず、上記昇温の遅れを生じてからＳＯＳウェハの温度が設定温度に到達したとしても、所望のアニールの効果が得られないという課題があった。
【００１６】
この場合に、サセプタ自体の温度は設定通り制御されているため、ランプの出力強度や照射時間の設定を変更しても、ＳＯＳウェハの昇温時の経時温度プロファイルの追従性を向上させることは困難である。
【００１７】
このようなＳＯＳウェハの昇温の遅れについて明確な原因は判明していないが、サファイアウェハに起因すると考えられ、サファイアの熱伝導率（４２［Ｗ／ｍ・Ｋ］）はシリコンの熱伝導率（１３０［Ｗ／ｍ・Ｋ］）の１／３以下であること、サファイアは結晶軸の方向によって熱膨張係数が異なること、サファイアウェハ自体に内部応力が存在すること等が原因として考えられる。
【００１８】
さらに、サファイアウェハは昇温時に反りを生じることが判っている。反る理由についても、はっきりとは判らないが、サファイアの熱伝導率がシリコンの１／３以下であることによってウェハの表面と裏面に温度差ができること、上記のように熱膨張係数が異なることによって昇温時の膨張率が局所的に異なること、上記の内部応力が昇温によって抑えきれなくなること等が原因として考えられる。サファイアウェハが反ると、熱源となるサセプタとの接触面積が減り、サセプタとの接触がウェハ面内において不均一になるため、ますます熱の伝導が妨げられ、昇温の遅れを助長するものと考えられる。
【００１９】
なお、例えば、あらかじめ昇温されているホットプレートにサファイアウェハを載置して、ホットプレートしては高速な昇温速度でサファイアウェハを加熱するような場合においても、上記と同様の現象が見られ、同様の課題を生じるものと推測される。
【００２０】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、サファイア基板の昇温の遅れをなくし、追従性に優れた経時温度プロファイルを得ることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の半導体装置の製造方法は、サファイア基板を用いた半導体装置の製造方法であって、上記サファイア基板を、１５０〜４５０［℃］の範囲内の予熱温度に保持して予備加熱する予熱ステップと、上記予備加熱をしたサファイア基板を、５００［℃］以上の熱反応温度まで昇温し、その熱反応温度で熱反応処理する熱反応ステップとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、１５０〜４５０［℃］の範囲内の予熱温度でサファイア基板を予備加熱してから、５００［℃］以上の熱反応温度まで昇温することにより、上記熱反応温度に昇温するときのサファイア基板の昇温の遅れをなくし、追従性に優れた経時温度プロファイルを得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１のランプ加熱のプロセスステップ例であって、サセプタを用いてＳＯＳウェハを８５０［℃］で熱反応処理するために設定したものである。
【００２４】
この図１の実施の形態１の温度ステップは、図７の従来の温度ステップにおいて、パージステップのときに、ＳＯＳウェハを約１７５［℃］（例えば、１７５±５０［℃］）に予備加熱しておき、ウェハの温度で約１７５［℃］から昇温を開始するものである。
【００２５】
また、図２は本発明の実施の形態１のプロセスステップにおいてのＳＯＳウェハのウェハ中心部およびサセプタの経時温度プロファイルであり、ＳＯＳウェハの温度はＳＯＳウェハに特別に設けた熱電対によって検出したもの、サセプタの温度はランプアニール装置に装備されているパイロメータによって検出したものである。
【００２６】
まず、図１のステップ１［purge/ramp/steady］のパージおよび予熱ステップにおいて、カーボンやセラミックの素材のサセプタにＳＯＳウェハを載せ、このＳＯＳウェハをサセプタごとランプアニール装置のチャンバ内に導入したあと、窒素ガスを３０［秒］チャンバ内に送って、チャンバ内の雰囲気を窒素ガスでパージするとともに、ＳＯＳウェハを１５０〜４５０［℃］の範囲内、好ましくは、約１７５［℃］で予備加熱する。
【００２７】
この実施の形態１の予熱温度のような低温領域では、サセプタの温度を検出するパイロメータが、その構造上、サセプタの温度を正確に検出できず、パイロメータの検出温度は、サセプタの実温およびＳＯＳウェハの実温からオフセットを生じたものとなり、パイロメータの検出温度が設定温度になるようにランプの出力を制御しても、サセプタおよびＳＯＳウェハの温度は設定温度にはならない。
【００２８】
このため、実施の形態１の上記予備加熱は、例えば、最初の１０〜１５［秒］で、ランプの出力強度を１０［％］に固定してサセプタを加熱し、これによって、主にサセプタからの熱伝導により昇温されるＳＯＳウェハを、予熱温度まで加熱したあと、ランプをＯＦＦ（ランプの出力強度を０［％］に設定）することにより、残りの１５〜２０［秒］、ＳＯＳウェハを予熱温度で保持する手順によってなされる。ただし、ランプをＯＦＦするため、上記残りの１５〜２０［秒］においてＳＯＳウェハの温度は徐々に降下する。この場合、例えば、１７５［℃］の目標予熱温度に対して、±５０［℃］の誤差を生じ、ＳＯＳウェハは、１７５±５０［℃］の実予熱温度で、つまり上記誤差を考慮して１２５〜２２５［℃］の範囲内の実予熱温度で、予熱される。
【００２９】
なお、例えば、パイロメータの検出温度とＳＯＳウェハの実温とのオフセット量があらかじめ判っており、仮にパイロメータの検出温度が３００［℃］のときに、ＳＯＳウェハの実温が１７５［℃］の目標予熱温度付近になるのであれば、ステップ１の予熱ステップにおいて、設定温度３００［℃］で１５〜２０［秒］保持することによって、ＳＯＳウェハを、予熱温度で１５〜２０［秒］保持して、予備加熱することも可能である。この場合にも、例えば、１７５［℃］の目標予熱温度に対して、±５０［℃］の誤差を生じ、ＳＯＳウェハは、１７５±５０［℃］の実予熱温度で、つまり上記誤差を考慮して１２５〜２２５［℃］の範囲内の実予熱温度で、予熱される。
【００３０】
また、例えば、サセプタをヒータ加熱も可能な構造としておくことにより、ステップ１の予熱ステップにおいて、ヒータ加熱によって、ＳＯＳウェハを、予熱温度に保持して、予備加熱することも可能である。
【００３１】
しかしながら、この実施の形態１の予熱ステップは、１５０〜２００［℃］の範囲内、例えば約１７５［℃］の予熱温度で、１０［秒］以上保持して、ＳＯＳウェハを予備加熱することを意図するものであり、プレアニールおよび熱反応のための昇温前に、ＳＯＳウェハを約１７５［℃］で予備加熱することによって、ＳＯＳウェハに生じた反りをもとに戻した状態とし、あるいは反りが発生しない状態とし、ＳＯＳウェハの全面とサセプタとの接触を確保し、ＳＯＳウェハに生じた不均一な温度分布を是正するものである。
【００３２】
次に、ステップ２［ramp］のプレアニール昇温ステップにおいて、昇温レートが２０［℃／ｓ］となるようにランプの出力強度を制御して、サセプタの検出温度が５００［℃］になるまで、サセプタおよびＳＯＳウェハを昇温する。
【００３３】
次に、ステップ３［steady］のプレアニール処理ステップにおいて、サセプタの検出温度をもとにランプの出力強度を制御して、５００［℃］で６０［秒］保持する。
【００３４】
このプレアニール処理ステップは、サセプタの熱容量を考慮して、サセプタ温度の安定化を図るとともに、サセプタに生じた不均一な温度分布を是正するために設けられたステップである。なお、パイロメータの検出温度が、この実施の形態１のプレアニールの設定温度である５００［℃］のときに、ＳＯＳウェハの実温は４５０〜４７０［℃］であり（図２のステップ３参照）、サセプタの実温も４５０〜４７０［℃］と考えられる。
【００３５】
次に、ステップ４［ramp］の熱反応昇温ステップにおいて、昇温レートが２０［℃／ｓ］となるようにランプの出力強度を制御して、サセプタの検出温度が８５０［℃］になるまでサセプタをさら昇温させ、これによってＳＯＳウェハをさらに昇温させる。
【００３６】
次に、ステップ５［steady］の熱反応処理ステップにおいて、サセプタの検出温度をもとにランプの出力強度を制御して、８５０［℃］で３０［秒］保持する。
【００３７】
この熱反応処理ステップにおいての設定温度８５０［℃］は、この実施の形態１の一連のプロセスステップの最高温度であって、ＳＯＳウェハにシリサイド化処理や活性化処理等の熱反応処理を施すための熱反応温度である。
【００３８】
最後に、ステップ６［cool］の降温ステップにおいて、ランプをＯＦＦし（ランプの出力強度を０［％］に設定し）、１２０［秒］かけて、ＳＯＳウェハを８５０［℃］から室温まで降温させ、ＳＯＳウェハおよびそれを載せたサセプタをランプアニール装置のチャンバ内から導出する。
【００３９】
この実施の形態１は、ＳＯＳウェハを１７５［℃］で予備加熱する予熱ステップ（図１のステップ１）を設け、この予熱ステップのあとに、プレアニールおよび熱反応のための昇温を開始し、プレアニール処理ステップ（図１のステップ３）を５００［℃］の設定で６０［秒］とし、熱反応処理ステップ（図１のステップ５）を８５０［℃］の設定で３０［秒］とした３段階の熱処理をするものとなっている。
【００４０】
このように、予熱ステップを設けて、プレアニールおよび熱反応のためのＳＯＳウェハの昇温の開始温度を、室温から約１７５［℃］に上げることにより、図２のステップ４および５の区間から判るように、熱反応処理の設定温度である８５０［℃］の昇温時に、遅れ（アンダーショート）がない追従性に優れたＳＯＳウェハの経時温度プロファイルが得られる。
【００４１】
ＳＯＳウェハが昇温の遅れを生じる原因の１つとして、ＳＯＳウェハやサファイアウェハに特有の加熱時のウェハの反りがある。ＳＯＳウェハは、２００［℃］程度のヒートステージに載せると、１〜２［ｍｍ］の変位で反りが発生するが、そのまま１〜２［分］放置すると、反りが戻る。サセプタ上で急速に昇温するランプアニールのようなプロセスでは、ウェハが反ったままだと、サセプタとの接触が少なくなるため、昇温が大幅に遅れ、ウェハ面内の温度分布も不均一になって、ウェハの温度プロファイルは不安定なものとなる。
【００４２】
この実施の形態１では、プレアニールおよび熱反応ステップの昇温を開始する前に、予熱ステップにおいて約１７５［℃］で予備加熱することにより、ＳＯＳウェハの表面と裏面の温度および熱膨張率を均等化して、一度発生した反りを戻した状態とし、あるいは反りが発生しない状態とし、それによってＳＯＳウェハの裏面とサセプタの表面との全面での均一な接触を確保して、昇温することができるため、ウェハ面内の温度分布が均一で、昇温時の遅れがない良好で安定した経時温度プロファイルが得られる。
【００４３】
この実施の形態１の予熱ステップは、熱反応処理の設定温度（熱反応温度）である８５０［℃］よりもかなり低い温度（予熱温度）である１７５［℃］で予備加熱するものであり、低温であるがために、図７の従来の温度ステップの昇温の遅れを是正する効果は有するが、本来は熱反応処理ステップにおいて生じる活性化やシリサイド化等の熱反応処理を、過度に促進する効果はないと考えられる。このため、予熱ステップを設けても、熱反応処理ステップにおいての熱反応処理が、当初のプロセスステップの設定において予定されていたものよりも進んでしまうことはなく、プレアニールステップ（プレアニール昇温ステップおよびプレアニール処理ステップ）および熱反応ステップ（熱反応昇温ステップおよび熱反応処理ステップ）の設定を変更する必要はない。そして、予熱温度ステップを設けたことにより、ＳＯＳウェハの昇温の遅れがなければ図７の従来の温度ステップで得られたはずの熱反応処理の効果（当初のプロセスステップの設定において予定されていた熱反応処理の効果）と同じ効果が得られることになる。
【００４４】
以上のように実施の形態１によれば、熱反応処理のための昇温前に１７５［℃］でＳＯＳウェハを予備加熱する予熱ステップを設けたことにより、ＳＯＳウェハをスムーズに昇温できるようになり、昇温の遅れがない良好な経時温度プロファイルが得られる。
【００４５】
実施の形態２
図３は本発明の実施の形態２のランプ加熱のプロセスステップ例であって、サセプタを用いてＳＯＳウェハを８５０［℃］で熱反応処理するために設定したものである。
【００４６】
この図３の実施の形態２のプロセスステップは、図７の従来のプロセスステップにおいて、ＳＯＳウェハを約３００［℃］（例えば、３００±５０［℃］）に予備加熱する予熱ステップを設け、ウェハの温度で約３００［℃］から、プレアニールおよび熱反応のための昇温を開始するものである。
【００４７】
また、図４は本発明の実施の形態２のプロセスステップにおいてのＳＯＳウェハのウェハ中心部およびサセプタの経時温度プロファイルであり、ＳＯＳウェハの温度はＳＯＳウェハに特別に設けた熱電対によって検出したもの、サセプタの温度はランプアニール装置に装備されているパイロメータによって検出したものである。
【００４８】
まず、図３のステップ１［purge］のパージステップにおいて、カーボンやセラミックの素材のサセプタにＳＯＳウェハを載せ、このＳＯＳウェハをサセプタごとランプアニール装置のチャンバ内に導入したあと、窒素ガスを３０［秒］チャンバ内に送って、チャンバ内の雰囲気を窒素ガスでパージする。このとき、ランプは、出力強度が０［％］でＯＦＦであるか、またはアイドル（出力強度が１〜２［％］）であり、ＳＯＳウェハおよびサセプタは室温である。
【００４９】
次に、ステップ２［ramp］の予熱昇温ステップにおいて、ランプの出力強度を１０［％］に設定して４０［秒］照射し、ＳＯＳウェハおよびサセプタを昇温させる。
【００５０】
次に、ステップ３［steady］の予熱処理ステップにおいて、ランプをＯＦＦして（ランプの出力強度を０［％］に設定して）、２０［秒］保持し、ＳＯＳウェハを予備加熱する。
【００５１】
図４では、ＳＯＳウェハの温度は、ステップ２の予熱昇温ステップの終了時には３２０〜３３０［℃］まで昇温されるが、次のステップ３の予熱処理ステップではランプをＯＦＦするため、徐々に降下し、予熱処理ステップの終了時には３００〜３１０［℃］になっている。
【００５２】
この実施の形態２の予熱温度のような低温領域では、サセプタの温度を検出するパイロメータが、その構造上、サセプタの温度を正確に検出できず、パイロメータの検出温度は、サセプタの実温およびＳＯＳウェハの実温からオフセットを生じたものとなり、パイロメータの検出温度が設定温度になるようにランプの出力を制御しても、サセプタおよびＳＯＳウェハの温度は設定温度にはならない。
【００５３】
このため、この実施の形態２の予熱ステップ（予熱昇温ステップおよび予熱処理ステップ）では、ランプを固定の出力強度にして、ＳＯＳウェハを予熱温度まで昇温したあとに、ランプをオフして、ＳＯＳウェハを予熱温度に保持する手法を用いている。この場合、例えば、目標予熱温度は３００［℃］であるが、量産の際には、熱電対で温度を測定するのではなく、ランプの制御によって温度を制御するので、±５０［℃］が誤差を生じてしまう。このため、ＳＯＳウェハは、３００±５０［℃］の実予熱温度で、つまり上記誤差を考慮して２５０〜３５０［℃］の範囲内の実予熱温度で、予熱される。
【００５４】
なお、例えばパイロメータの検出温度とＳＯＳウェハの実温とのオフセット量があらかじめ判っており、仮にパイロメータの検出温度が４００［℃］のときに、ＳＯＳウェハの実温が３００［℃］の目標予熱温度付近になるのであれば、ステップ２の予熱昇温ステップにおいて、設定温度４００［℃］まで昇温し、ステップ３の予熱処理ステップにおいて、設定温度４００［℃］で２０［秒］保持することによって、ＳＯＳウェハを、予熱温度で２０［秒］保持して、予備加熱することも可能である。この場合にも、例えば、３５０［℃］の目標予熱温度に対して、±５０［℃］の誤差を生じ、ＳＯＳウェハは、３００±５０［℃］の実予熱温度で、つまり上記誤差を考慮して２５０〜３５０［℃］の範囲内の実予熱温度で、予熱される。
【００５５】
この実施の形態２の予熱ステップは、約３００［℃］の予熱温度で２０［秒］保持して、ＳＯＳウェハを予備加熱することを意図するものであり、プレアニールおよび熱反応のための昇温前に、ＳＯＳウェハを約３００［℃］で予備加熱することによって、ＳＯＳウェハに生じた反りをもとに戻した状態とし、あるいは反りが発生しない状態とし、ＳＯＳウェハの全面とサセプタとの接触を確保し、ＳＯＳウェハに生じた不均一な温度分布を是正するものである。
【００５６】
このように、ＳＯＳウェハを予熱温度に保持する本発明の予熱処理ステップには、この実施の形態２のようにランプのＯＦＦ（加熱の停止）による多少の降温を伴った処理と、検出温度をもとに予熱温度に制御する処理とを含むものとする。ただし、サセプタおよびＳＯＳウェハを低いレートで徐々に昇温させる処理は、含まないものとする。
【００５７】
次に、ステップ４［ramp］のプレアニール昇温ステップにおいて、上記実施の形態１のステップ２［ramp］のプレアニール昇温ステップ（図１参照）と同様に、昇温レートが２０［℃／ｓ］となるようにランプの出力強度を制御して、サセプタの検出温度が５００［℃］になるまで、サセプタおよびＳＯＳウェハを昇温させる。
【００５８】
なお、この実施の形態２のステップ５［steady］（プレアニール処理ステップ），ステップ６［ramp］（熱反応昇温ステップ），ステップ７（熱反応処理ステップ），ステップ８（降温ステップ）は、それぞれ上記実施の形態１のステップ３［steady］からステップ６［cool］まで（図１参照）と同様である。
【００５９】
この実施の形態２は、１０［％］の一定出力強度で４０［秒］ランプを照射して昇温してからランプをＯＦＦし、２０［秒］保持して予備加熱する予熱ステップ（図３のステップ２およびステップ３）を設け、この予熱ステップのあとに、プレアニールおよび熱反応のための昇温を開始し、プレアニール処理ステップ（図３のステップ５）を５００［℃］の設定で６０［秒］とし、熱反応処理ステップ（図３のステップ７）を８５０［℃］の設定で３０［秒］とした３段階の熱処理をするものとなっている。図４から判るように、上記予熱ステップによって、ＳＯＳウェハは約３００［℃］の予熱温度になっている。
【００６０】
このように、予熱ステップを設けて、プレアニールおよび熱反応のためのＳＯＳウェハの昇温の開始温度を、室温から約３００［℃］に上げることにより、図４のステップ６および７の区間から判るように、熱反応処理の設定温度である８５０［℃］の昇温時に、遅れ（アンダーショート）がない追従性に優れた経時温度プロファイルが得られる。
【００６１】
ＳＯＳウェハやサファイアウェハの加熱時に生じるウェハの反りは、ＳＯＳウェハが昇温の遅れを生じる原因の１つであるが、ＳＯＳウェハにおいては、熱履歴を経ることで、その反りの特性が変わってくることがある。それは、シリコン層と基板のサファイア層の熱膨張率の違いにより、急熱および急冷を伴う枚葉式の熱処理においては、ＳＯＳ基板の界面（シリコン層とサファイア層の界面）に歪みが導入されてしまうことが原因と考えられる。多くの熱処理を経て歪みが導入された場合に、上記実施の形態１では、ウェハの反りが十分に戻らないケースがある。
【００６２】
しかし、この実施の形態２のように、プレアニールおよび熱反応のための昇温を開始する前に、予熱ステップにおいて、上記実施の形態１よりも高い約３００［℃］で予備加熱することにより、何度かの熱処理を経たＳＯＳウェハでも、反りを戻すことができ、ＳＯＳウェハの裏面とサセプタの表面との全面での均一な接触を確保して、昇温することができるため、ウェハ面内の温度分布が均一で、昇温時の遅れがない良好で安定した温度プロファイルが得られる。
【００６３】
そして、この実施の形態２の予熱ステップは、上記実施の形態１の予熱温度である約１７５［℃］よりは高いが、熱反応の設定温度（熱反応温度）である８５０［℃］よりも低い約３００［℃］で予備加熱するものであり、低温であるがために、上記実施の形態１と同様に、図７の従来のプロセスステップの昇温の遅れを是正する効果は有するが、本来は熱反応処理ステップにおいて生じる活性化やシリサイド化等の熱反応処理を、過度に促進する効果はないと考えられる。このため、予熱ステップを設けても、熱反応処理ステップにおいての熱反応処理が、当初のプロセスステップの設定において予定されていたものよりも進んでしまうことはなく、プレアニールステップ（プレアニール昇温ステップおよびプレアニール処理ステップ）および熱反応ステップ（熱反応昇温ステップおよび熱反応処理ステップ）の設定を変更する必要はない。そして、予熱ステップを設けたことにより、ＳＯＳウェハの昇温の遅れがなければ図７の従来のプロセスステップで得られたはずの熱反応処理の効果（当初のプロセスステップの設定において予定されていた熱反応処理の効果）と同じ効果が得られることになる。
【００６４】
以上のように実施の形態２によれば、プレアニールおよび熱反応の昇温前に約３００［℃］でＳＯＳウェハを予備加熱する予熱ステップを設けたことにより、ＳＯＳウェハをスムーズに昇温できるようになり、昇温の遅れがない追従性に優れた経時温度プロファイルが得られる。
【００６５】
実施の形態３
図５は本発明の実施の形態２のランプ加熱のプロセスステップ例であって、サセプタを用いてＳＯＳウェハを１０００［℃］で熱反応処理するために設定したものである。
【００６６】
この実施の形態３は、上記実施の形態２において、上記実施の形態２と同様のパージステップおよび予熱ステップのあと、プレアニールステップのプレアニール温度を７００［℃］に変更し、最後の熱反応ステップの設定温度を１０００［℃］に変更したものとなっている。
【００６７】
従って、この実施の形態３のステップ１［purge］（パージステップ），ステップ２［ramp］（予熱昇温ステップ），ステップ３［steady］（予熱処理ステップ）は、それぞれ上記実施の形態２のステップ１［purge］からステップ３［steady］まで（図３参照）と同様である。
【００６８】
そして、ステップ３［steady］の予熱熱処理ステップの終了時には、ＳＯＳウェハの温度は、約３００［℃］になっており、次のステップ４［ramp］のプレアニール昇温ステップにおいて、昇温レートが２０［℃／ｓ］となるようにランプの出力強度を制御して、サセプタの検出温度が７００［℃］になるまでサセプタおよびＳＯＳウェハを昇温させる。
【００６９】
次に、ステップ５［steady］のプレアニール処理ステップにおいて、サセプタの検出温度をもとにランプの出力強度を制御して、７００［℃］で６０［秒］保持し、プレアニール処理をする。
【００７０】
このプレアニール処理ステップは、サセプタの熱容量を考慮して、サセプタ温度の安定化を図るとともに、サセプタに生じた不均一な温度分布を是正するために設けられたプレアニールステップである。プレアニールの設定温度である７００［℃］は、サセプタ温度を検出するパイロメータは正確な温度を検出可能な温度領域であり、このプレアニール処理のときに、ＳＯＳウェハおよびサセプタの実温度も、パイロメータの検出温度とほぼ同じ７００［℃］となる。
【００７１】
次に、ステップ６［ramp］の熱反応昇温ステップにおいて、昇温レートが２０［℃／ｓ］となるようにランプの出力強度を制御して、サセプタの検出温度が１０００［℃］になるまでサセプタをさら昇温させ、これによってＳＯＳウェハをさらに昇温させる。
【００７２】
次に、ステップ７［steady］の熱反応処理ステップにおいて、サセプタの検出温度をもとにランプの出力強度を制御して、１０００［℃］で３０［秒］保持する。
【００７３】
この熱反応処理ステップにおいての設定温度１０００［℃］は、この実施の形態３の一連のプロセスステップの最高温度であって、ＳＯＳウェハにシリサイド化処理や活性化処理等の熱反応処理を施すための熱反応温度である。
【００７４】
なお、この実施の形態３では、熱反応処理の設定温度が上記実施の形態２の８５０［℃］よりも高温の１０００［℃］であるため、これに応じて、プレアニール温度も、５００［℃］から７００［℃］に変更されている。
【００７５】
最後に、ステップ８［cool］の降温ステップにおいて、ランプをＯＦＦし（ランプの出力強度を０［％］に設定し）、１２０［秒］かけて、ＳＯＳウェハを１０００［℃］から室温まで降温させ、ＳＯＳウェハおよびそれを載せたサセプタをランプアニール装置のチャンバ内から導出する。
【００７６】
以上のように実施の形態３によれば、上記実施の形態２と同様に、プレアニールおよび熱反応の昇温前に約３００［℃］でＳＯＳウェハを予備加熱する予熱ステップを設けたことにより、ＳＯＳウェハをスムーズに昇温できるようになり、昇温の遅れがない追従性に優れた経時温度プロファイルが得られる。
【００７７】
なお、上記実施の形態１では、予熱温度は、１７５［℃］の目標温度に±５０［℃］の誤差を考慮して、１２５〜２２５［℃］の範囲内であったが、この予熱温度は、低くし過ぎると、ウェハの昇温の遅れをなくすという効果がなくなってしまう。１２５〜２２５［℃］の範囲内で上記の効果が得られること、２００［℃］のヒートステージに載せたときに、目視できる反りが発生して、１〜２［分］で反りが戻ることを考慮すると、予熱温度は、ウェハの実温で１５０［℃］以上が望ましい。
【００７８】
また、上記実施の形態２および３では、予熱温度は、３００［℃］の目標温度に±５０［℃］の誤差を考慮して、２５０〜３５０［℃］の範囲内であったが、この予熱温度は、高くし過ぎると、本来は熱反応処理ステップでなされるはずの熱反応を進めてしまい、予熱ステップを設けたことに伴って熱反応ステップ（熱反応昇温ステップおよび熱反応処理ステップ）の変更が必要となってしまう。例えば、サリサイドプロセスに用いられるコバルトは、シリサイド層を形成する温度が低い金属であり、例えば５１０［℃］の熱処理で、コバルトモノシリサイドを主成分とするシリサイド層を形成する。このため、予熱温度は、５００［℃］以上でなされる熱反応を過度に促進しないように、ウェハの実温で４５０［℃］以下が望ましい。
【００７９】
そして、１５０〜４５０［℃］の予備加熱よって、熱反応の温度領域での追従性に優れた経時温度プロファイルを得るためには、１５０〜４５０［℃］の予熱温度で１０［秒］以上保持することが望ましい。
【００８０】
また、上記実施の形態では、サセプタの温度分布を均一にするために、プレアニールステップ（プレアニール昇温ステップおよびプレアニール処理ステップ）を設けているが、このプレアニールステップは、例えば、熱反応処理の設定温度が６００〜９００［℃］の場合には、４５０〜５５０［℃］の範囲内の設定温度で、３０［秒］以上なされる。また、例えば、熱反応処理の設定温度が９００［℃］以上の場合には、この熱反応処理の設定温度よりも２００〜５５０［℃］低い設定温度で、３０［秒］以上なされる。ただし、本発明の予熱ステップの効果を得る上で、プレアニールステップは必ずしも必要ではなく、プレアニールステップを設けていない熱プロセスステップに本発明を適用することも可能である。
【００８１】
また、上記実施の形態では、ＳＯＳウェハに本発明を適用した例について説明したが、本発明は、図６（ａ）のように、サファイア基板（サファイアウェハ）１の表面上に半導体層２を設けた複合半導体基板（複合半導体ウェハ）に適用可能である。半導体層２としては、上記実施の形態においてのシリコン層の他にも、窒化ガリウム層等が可能であり、このような半導体層２は、化学気相成長法や有機金属化学気相成長法等によって、サファイア基板（サファイアウェハ）１上にエピタキシャル成長させたものである。
【００８２】
また、ＳＯＳウェハが昇温の遅れを生じる主たる原因は、サファイアウェハに起因するものであるため、本発明は、図６（ｂ）のようなサファイア基板１単体にも適用可能である。サファイア基板１を単体で加熱する工程としては、基板表面に半導体層をエピタキシャル成長させる工程が考えられる。例えば、化学気相成長法でシリコン層をエピタキシャル成長させるときには、サファイア基板１を７５０〜９５０［℃］に保持し、窒化ガリウム層をエピタキシャル成長させるときには、サファイア基板１を１０００〜１１００［℃］に保持する。これらエピタキシャル成長時の温度を、本発明においての熱反応温度として、本発明を適用する。
【００８３】
さらに、本発明は、図６（ｃ）のように、上記図６（ａ）の複合半導体基板（複合半導体ウェハ）の半導体層２上に、さらに導電性または／および絶縁性の薄膜３を設けた複合半導体基板（複合半導体ウェハ）にも適用可能である。薄膜３としては、例えば、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のゲート酸化膜や層間絶縁膜、サリサイド構造やシリサイド膜を形成するためのコバルト膜やニッケル膜等の金属薄膜、タングステンプラグが設けられるコンタクトホール内に形成されたチタン膜や窒化チタン膜等のバリアメタルが考えられる。
【００８４】
また、本発明を適用可能な半導体製造プロセスの実工程としては、ＲＴＡ工程の他に、例えば、上記シリコン層や窒化ガリウム層等の半導体層をエピタキシャル成長させる工程、上記コバルト膜やニッケル膜等の金属薄膜をシリサイド化する工程、イオンインプランテーションによって半導体層に打込んだイオンを活性する工程、上記チタン膜や窒化チタン膜等のバリアメタルをアニールする工程等が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１のランプ加熱のプロセスステップを示す図である。
【図２】図１のプロセスステップにおいてのＳＯＳウェハおよびサセプタの経時温度プロファイルを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２のランプ加熱のプロセスステップを示す図である。
【図４】図３のプロセスステップにおいてのＳＯＳウェハおよびサセプタの経時温度プロファイルを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３のランプ加熱のプロセスステップを示す図である。
【図６】本発明を適用する半導体基板（半導体ウェハ）の構造を示す図である。
【図７】従来のランプ加熱のプロセスステップを示す図である。
【図８】図７のプロセスステップにおいてのＳＯＳウェハおよびサセプタの経時温度プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  サファイア基板（サファイアウェハ）
２  半導体層
３，４  薄膜
【図１】
2006261191.tif 000003
【図２】
2006261191.tif 000004
【図３】
2006261191.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006261191.tif 000007
【図６】
2006261191.tif 000008
【図７】
2006261191.tif 000009
【図８】
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