(57)【要約】【課題】  ウエハ上に形成された回路パターンの面積やパターンの配置、並びに、回路を構成する膜の材質等に依存することなく、略同一の熱処理条件で熱処理を行うことができる熱処理方法及び熱処理装置を提供する。【解決手段】  加熱手段４によりチャンバ２内に形成された放射平衡状態にある温度空間８の下部低温域（鉛直方向位置Ｂ）に、ウエハ１０を導入して保持し、基板温度を７５０℃〜８００℃まで、緩やかに上昇させる。次に、温度空間８の高温域（鉛直方向位置Ｃ）に、ウエハ１０を導入して保持し、基板温度を熱処理温度まで上昇させるとともに、所定時間の熱処理を実行する。これにより、ウエハ１０の状態（シリコン窒化膜やポリシリコン膜の基板被覆面積の割合）に依存することなく均一な熱処理を行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された、特定の材料膜からなるパターンの基板被覆面積が異なる複数の半導体基板に対して、ＲＴＰ（Rapid Thermal Process）を行う熱処理方法において、
第１の温度において放射平衡状態にある第１の温度空間内に前記半導体基板を配置し、当該半導体基板を第１の基板温度まで昇温する第１の昇温ステップと、
前記第１の温度に比べて高温の第２の温度において放射平衡状態にある第２の温度空間内に、前記昇温された半導体基板を配置し、当該半導体基板を第２の基板温度まで昇温する第２の昇温ステップと、
前記第２の基板温度に昇温された半導体基板を、当該第２の基板温度に一定時間維持することで熱処理を行うステップと、
を有することを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
前記第１の基板温度、前記第２の基板温度、及び、前記第２の基板温度の維持時間を略同一とし、前記複数の半導体基板を枚葉式で処理する請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
前記第１の温度空間と前記第２の温度空間とが、一連の温度空間で構成される請求項１または２に記載の熱処理方法。
【請求項４】
前記第２の基板温度の維持時間が６０秒以下の有限時間である請求項１から３のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項５】
前記特定の材料膜が、シリコン窒化膜、あるいは、ポリシリコン膜である請求項１から４のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項６】
前記半導体基板上に、ロジック回路とメモリ回路とが形成され、前記特定の材料膜からなるパターンがメモリ回路を構成するパターンである請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は、前記半導体基板に形成されたイオン注入拡散層の活性化処理である請求項１から６のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項８】
基板材料が異なる複数の半導体基板に対して、ＲＴＰ（Rapid Thermal Process）を行う熱処理方法において、
第１の温度において放射平衡状態にある第１の温度空間内に前記半導体基板を配置し、当該半導体基板を第１の基板温度まで昇温する第１の昇温ステップと、
前記第１の温度に比べて高温の第２の温度において放射平衡状態にある第２の温度空間内に、前記昇温された半導体基板を配置し、当該半導体基板を第２の基板温度まで昇温する第２の昇温ステップと、
前記第２の基板温度の昇温された半導体基板を、当該第２の基板温度に一定時間維持することで熱処理を行うステップと、
を有することを特徴とする熱処理方法。
【請求項９】
前記第１の基板温度、前記第２の基板温度、及び、前記熱処理の維持時間を略同一とし、前記複数の半導体基板を枚葉式で処理する請求項８に記載の熱処理方法。
【請求項１０】
半導体基板のＲＴＰ（Rapid Thermal Process）を枚葉式で行う熱処理装置において、
熱処理を行う処理室内に、鉛直方向の上部が高温となる温度勾配を有するとともに、放射平衡状態にある温度空間を形成する加熱手段と、
前記半導体基板が載置されるとともに、前記処理室内部を鉛直方向に移動可能に設けられた基板支持台と、
前記基板支持台に載置された半導体基板の基板温度を検知する基板温度検知手段とを備え、
前記基板温度検知手段が検知した基板温度に基づいて、前記半導体基板を前記温度空間中で鉛直方向に移動させ、前記熱処理を行うことを特徴とする熱処理装置。
【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工程において行われる熱処理方法及び熱処理装置に関し、特に、半導体ウエハを枚葉式で高速に熱処理する熱処理方法及び熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置（以下、半導体装置という。）を構成する素子パターン寸法の微細化に伴い、熱処理は、バッチ式の拡散炉において、数時間にわたって熱処理を行う長時間アニール処理から、１０秒程度の短時間の熱処理を枚葉式で行うＲＴＰ（Rapid Thermal Process）技術へとシフトしている。このＲＴＰ技術は、特に、半導体基板に浅い接合を形成する際に、不純物注入後に行われる活性化熱処理工程において実用化が進められている。この種の装置として、ハロゲンランプ等の基板加熱用ランプが放射するエネルギー（電磁波）を調整することにより基板温度の昇降制御を行うランプ式ＲＴＰ装置が開発され、一般に普及しつつある。
【０００３】
しかしながら、ＲＴＰ技術は、熱処理の時間が極めて短いため、熱処理中の基板温度を面内で均一にすることや、基板温度の到達温度を所望の熱処理温度に一致させることに困難さを有している。この対策として、従来のランプ式ＲＴＰ装置では、例えば、ウエハの上面と下面との両方からランプで加熱する構成や、熱処理中の実際のウエハ温度を熱電対等の温度センサで測定し、当該温度をフィードバックして基板温度の昇降制御を行う構成が採用されている。
【０００４】
図５に、従来の代表的なランプ式ＲＴＰ装置１００の概略構成図を示す。このランプ式ＲＴＰ装置１００では、熱処理が実行されるチャンバ１０１内の上部および下部に、ウエハ１０３の加熱に使用される上部ランプ１０２および下部ランプ１０５がそれぞれ複数設置されている。この装置では、ランプ１０２、１０５の数及びその配置が、ウエハ１０３面内の温度分布が均一となるように最適化されている。
【０００５】
そして、ウエハ１０３は、チャンバ１０１内の上下のランプ１０２、１０５の間に導入され、ランプ１０２、１０５に投入する電力を制御することによってウエハ１０３の温度が制御される。このとき、熱処理中のウエハ１０３の温度は、ウエハ１０３の裏面に接触させた熱電対１０４にて測定され、温度のフィードバック制御に使用される。
【０００６】
また、加熱用のランプ光に波長９００〜１２００ｎｍが含まれる場合に、ウエハ１０３上に回路パターンが形成された状態で熱処理を行うと、このパターンの面積や配置に依存して、ウエハ１０３の表面に入射する上記波長の透過率が変化し、熱電対による温度測定が正確にできなくなる。このため、近年の、ランプ式ＲＴＰ装置では、熱電対に代えて、ウエハから放射される電磁波（赤外線）の強度を非接触で測定するパイロメータを温度センサに採用し、ウエハの状態によらず安定して基板温度を測定できるようにしている。
【０００７】
また、一部のランプ式ＲＴＰ装置では、加熱中にウエハ１０３を高速で回転させることで、ウエハ表面に入射する電磁波の強度を平均化し、ウエハ１０３面内の温度の均一性を向上させる手法も採用されている。
【０００８】
なお、上述の従来技術は、文献公知発明に係る技術ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体装置の製造は、微細化の急速な進行と平行して、メモリに代表される大量少品種の生産から、システムＬＳＩに代表される少量多品種の生産に移り変わりつつある。このような、少量多品種の半導体装置を生産する生産ラインの熱処理工程では、ウエハ上に形成される回路パターンの面積が品種ごとに異なることに加えて、当該パターンを構成する材料や、使用されるプロセスルール（微細化レベル）も異なる場合がある。
【００１０】
このため、少量多品種の生産に対応するためには、品種ごとに、熱処理条件の最適化を行う必要がある。ここで、熱処理条件とは、熱処理温度、熱処理時間（熱処理温度の維持時間）、熱処理温度までの昇温過程の温度及び時間、冷却過程の温度及び時間等を含む温度プロファイルを指す。
【００１１】
特に、不純物拡散層の活性化熱処理では、熱処理温度のばらつき（面内ばらつき及び処理間ばらつき）が、ウエハ上に形成されたトランジスタ特性の面内ばらつきや、ウエハ間ばらつきに直接影響する。このため、上記熱処理条件を、熱処理温度のウエハ面内分布が再現性よく均一になる条件に最適化することは極めて重要である。
【００１２】
しかしながら、ＲＴＰにおいて、熱処理条件を品種ごとに最適化することは、非常に手間がかかる上、熱処理工程において、品種ごとに熱処理条件を変更して熱処理を行うことは、非常に大きな負担になっている。
【００１３】
また、最適化された熱処理条件を使用することにより、ウエハ上の平均的な温度分布均一性が確保されることになるが、厳密には、ウエハ上に形成された回路パターン面積やその膜の材料によって、加熱中のウエハ上で局所的に生じる温度上昇ばらつきをなくすことはできない。
【００１４】
例えば、一般的なシステムＬＳＩは、図６に示すように、同一のシリコン基板１１上に、ＣＭＯＳにより構成されたロジック部１２と、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等からなるメモリ部１３とが形成されている。
【００１５】
図６に示すロジック部１２は、公知のサリサイドプロセスにより形成されるものであり、フィールド酸化膜１２１により素子分離されたシリコン基板１１上の領域に、シリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜１２２及び、サイドウォール絶縁膜１２４を備えたポリシリコン等からなるゲート電極１２３が形成された状態を示している。
【００１６】
一方、メモリ部１３では、シリコン基板１１上に形成された図示しないＭＯＳトランジスタ上に、ＢＰＳＧ（boro-phospho silicate glass）膜などからなる絶縁膜１３１、及びシリコン窒化膜１３２が形成され、当該シリコン窒化膜１３２上に円筒型容量からなる記憶容量部が形成されている。
【００１７】
上記記憶容量部は、下層から、ポリシリコン膜からなる下部電極１３４と、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層膜、あるいは、Ｔａ2Ｏ5等からなる容量絶縁膜１３５と、ポリシリコン膜からなる上部電極１３６とが、順次積層された構造を有し、上部電極１３６上にシリコン酸化膜等からなる絶縁膜１３７が設けられている。なお、当該記憶容量部は、前記ＭＯＳトランジスタとシリコン窒化膜１３２及び絶縁膜１３１を貫通して埋め込み形成されたポリシリコンからなるコンタクトプラグ１３３により接続されている。
【００１８】
上記構成において、メモリ部１３が備えるシリコン窒化膜１３２は、外部から受け取ったエネルギーを放射するときの赤外領域の放射率が、シリコン基板１１と大きく異なる。
すなわち、シリコン基板１１の赤外領域の放射率が０．６８であるのに対し、シリコン窒化膜１３２の赤外領域の放射率は１．００である。これは、シリコン窒化膜１３２は、外部から受け取ったエネルギーを反射や透過をすることなくほとんど吸収し、再びほとんど全てを放射することを示している。したがって、ランプによるＲＴＰを行った場合、窒化膜１３２の方がシリコン基板１１に比べて速く温度が上昇する。
【００１９】
また、ゲート電極１２３、コンタクトプラグ１３３、下部電極１３４、上部電極１３６を構成するポリシリコン膜の放射率は、成膜条件により変動するため一概にはいえないが、一般的に０．２〜０．４と極めて低い。したがって、ランプによるＲＴＰでは、シリコン基板１１に比べて温度上昇が緩やかである。
【００２０】
以上のことから、図６に示したような、ロジック部１２とメモリ部１３とが混載されたシリコン基板１１では、ロジック部１２が形成された領域と、メモリ部１３が形成された領域とで、ランプ式ＲＴＰを実施した際の温度上昇率が異なり、ＲＴＰのような短時間熱処理では、最終的な到達温度が領域ごとに異なることになる。これは、ウエハに形成されたパターンに依存する現象であるため、上述したような、加熱中にウエハを回転させる技術を採用しても解決されることはない。
【００２１】
本発明は、上記従来の事情を鑑みてなされたものであり、ウエハに形成された回路パターンの面積やパターンの配置、並びに、回路を構成する膜の材質等に依存することなく、同一の熱処理条件で熱処理を行うことができる熱処理方法及び熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。まず、本発明は、基板上に形成された、特定の材料膜からなるパターンの基板被覆面積が異なる複数の半導体基板に対して、ＲＴＰを行う熱処理方法を前提としている。
【００２３】
そして、本発明に係る熱処理方法は、まず、第１の温度において、放射平衡状態にある第１の温度空間内に前記半導体基板を配置して、当該半導体基板を第１の基板温度まで昇温する。次に、前記第１の温度に比べて高温の第２の温度において放射平衡状態にある第２の温度空間内に、前記昇温された半導体基板を配置し、当該半導体基板を第２の基板温度まで昇温する。続いて、第２の基板温度に昇温された半導体基板を、当該第２の基板温度に一定時間維持することで熱処理を行う。ここで、放射平衡状態にある温度空間とは、温度空間に対して外部から放射されるエネルギーと、温度空間が外部に放射するエネルギーとが等しい状態を指す。すなわち、当該温度空間内では、その温度分布は変化することがなく、定常的に一定に維持されている。
【００２４】
この熱処理方法によれば、半導体基板は、放射平衡状態にある温度空間内で加熱されるため、半導体基板上に形成された特定の材料膜からなるパターンの基板被覆面積が異なる場合であっても、従来のランプ式のＲＴＰに比べて、基板温度の面内ばらつきが小さくなる。このため、半導体基板上に形成された特定の材料膜からなるパターンの基板被覆面積に応じて行っていた熱処理条件の最適化を行うことなく、これらの半導体基板に対して略同一の条件で熱処理を行っても、各ウエハに同等の熱処理を行うことができ、熱処理が非常に簡便になる。なお、上記第１の温度空間と上記第２の温度空間とは、一連の温度空間として形成されていることが好ましい。
【００２５】
また、上記手法は、前記第２の基板温度の維持時間が６０秒以下の有限時間である場合に、特に好適である。
【００２６】
上記特定の材料膜は、例えば、シリコン窒化膜やポリシリコン膜であり、このような構造は、半導体基板上にロジック回路とメモリ回路とを混載した場合に形成される。また、上記熱処理方法が適用される場面は、例えば、前記半導体基板に形成されたイオン注入拡散層の活性化処理がある。なお、上記の熱処理方法は、上記特定の材料膜の基板被覆面積が異なる場合に限らず、半導体基板の材質が異なる場合にも適用可能である。
【００２７】
一方、他の観点では、本発明は、上記熱処理方法を実現する熱処理装置を提供することができる。すなわち、本発明に係る熱処理措置は、半導体基板に対して熱処理を実行する処理室内に、加熱手段が、鉛直方向の上部が高温となる温度勾配を有するとともに、放射平衡状態にある温度空間を形成する。また、処理室の内部には、前記半導体基板が載置されるとともに、前記処理室内部を鉛直方向に移動可能に設けられた基板支持台が設けられ、基板温度検知手段が、前記基板支持台に載置された半導体基板の基板温度を逐次検知する。そして、前記基板温度検知手段が検知した基板温度に基づいて、前記半導体基板を前記温度空間中で鉛直方向に移動させることで前記熱処理を実行する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、放射平衡状態にある温度空間内に半導体基板を配置することで熱処理を実行するため、半導体基板上に形成されている特定の材料膜からなるパターンの基板被覆面積が互いに異なる複数の基板に対しても、熱処理条件を変更することなく熱処理を行うことができる。すなわち、熱処理条件を固定しても、同じ熱処理効果（同一の拡散層深さ、同一のシート抵抗など）を得ることができる。本効果は、半導体基板材料が互いに異なる場合でも同様に得ることができる。
【００２９】
したがって、少量多品種のシステムＬＳＩ等、半導体基板上に形成されるパターンの基板被覆面積率が異なる半導体デバイスの生産を簡単化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の熱処理方法が適用される熱処理装置の概略構成図である。
【００３１】
図１に示すように、熱処理装置１は、例えば、円柱状の処理室３を有するチャンバ２を備えている。当該チャンバ２は、一端（図１では、下端）に、ウエハ１０をチャンバ２内に搬送するための開閉機構を有する開口部９を備えており、当該開口部９を閉鎖することにより、処理室３は密閉されるようになっている。また、チャンバ２の周囲には、処理室３を、チャンバ２を加熱するための加熱手段４が設けられている。図１の例では、当該加熱手段４は、チャンバ２の側壁、及び上壁の周囲（あるいは、内部）に設けられた複数の電熱線で構成されている。
【００３２】
さらに、熱処理装置１は、処理室３の軸方向に垂直な面内にウエハ載置面を有する支持台５を備えている。当該支持台５は、処理室３の軸方向に沿って移動可能に設けられた中空の支持棒６の一端部に設けられており、支持棒６の中空部が支持台５のウエハ載置面に開放されている。なお、当該支持棒６は、開口部９の密閉状態が保たれた状態で移動できるように構成される。
【００３３】
上記支持棒６の中空部には、支持台５に載置されたウエハの裏面（支持台５のウエア載置面に接触する面）から放射される電磁波（赤外線）により、温度を測定するパイロメータ７が設けられている。なお、パイロメータ７の出力は、支持棒６を駆動する図示しない駆動手段に入力される。また、ここでは、基板温度の検出手段として、パイロメータ７を採用しているが、同等の測定精度及び測定確度が確保可能であれば、任意の温度センサを採用することができる。
【００３４】
さて、上記構成において、処理室３には、加熱手段４により温度空間８が形成される。当該温度空間８は、チャンバ２内の軸方向に垂直な面内で均一な温度分布を有するとともに、支持棒６が挿抜される開口部９側（図１では下部側）において温度が低く、これと反対側の端部において温度が高く設定される。また、これらの間が、高温域から低温域に向かって単調に減少する温度勾配の温度分布を有している。なお、高温の気体は、チャンバ２の上部集まるので、図１に示すように、前記処理室３の軸方向は鉛直方向に一致させればよい。
【００３５】
例えば、本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、処理室３の上部が１３００℃、また、下部が７５０℃に設定される。ここで、図２（ａ）において、横軸は処理室３の軸方向の位置に対応し、縦軸は温度に対応する。また、図２（ａ）の横軸に示す位置Ａ、位置Ｂ、及び位置Ｃは、図１に矢印を付して示す位置Ａ、位置Ｂ、及び位置Ｃである。
【００３６】
また、温度空間８は、加熱手段４により加熱されたチャンバ２の内壁面から放射される輻射熱（遠赤外領域の電磁波）と、温度空間８が輻射熱を放射することにより失うエネルギーとが放射平衡（温度空間８に対して出入りするエネルギーが等しい）となる状態が維持されるように温度制御されており、処理室３において、例えば、図２（ａ）に示す温度分布が定常的に実現されている。
【００３７】
このような温度制御は、例えば、複数の加熱手段４が、チャンバ２の上部と下部とに、上部加熱手段４ａと下部加熱手段４ｂとを備える構成を採用することで実現することができる。すなわち、上部加熱手段４ａと下部加熱手段４ｂとに、それぞれ独立に制御が可能な温度制御系を設け、処理室３の上部が１３００℃、また、処理室３の下部が７５０℃に維持されるように各加熱手段４ａ、４ｂが発生する熱量を制御すればよい。
【００３８】
なお、加熱手段４の配置は、当該配置に限定されるものではなく、放射平衡状態にある温度空間８を形成可能な配置であれば、任意の配置を採用することができる。例えば、図２（ｂ）に示すように、上記構成に加えて、さらに、中間部加熱手段４ｃを備える構成とし、図２（ａ）に示す、位置Ａと位置Ｂとの中間部の位置Ｃに、例えば１０００℃となる温度域を有する温度空間８が形成される構成であってもよい。また、放射平衡状態にある温度空間８を形成可能であれば、上部加熱装置４ａのみで温度空間８を形成する構成でもよい。なお、温度空間８は、処理室３の上部から下部に向かって単調に減少する温度勾配を有する必要はないが、温度空間８を形成する気体（窒素や希ガス等）は高温になる程、比重が小さくなるため、処理室３の上部から下部に向かって単調に減少する温度勾配を有する温度空間８を形成することで、エネルギーのロスが少なくなる。
【００３９】
さらに、加熱手段４は、電熱線に限られるものではなく、ホットウォール式のアニール炉やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等の熱処理装置に適用される、例えば、高周波加熱装置、ランプ加熱装置等の公知の加熱手段を採用することができる。
【００４０】
上記構成によれば、処理室３内で、ウエハ１０を配置する位置を変化させることにより、ウエハ１０の基板温度の昇降を制御することが可能となる。
【００４１】
ここで、図６に示したシステムＬＳＩの活性化熱処理の事例に基づいて、ウエハ１０の熱処理方法を更に詳しく説明する。
【００４２】
まず、支持台５上に載置されたウエハ１０は、チャンバ２の処理室３に形成されている温度空間８下部の低温域（第１の温度、例えば、位置Ｂ）に導入されるとともに、当該位置に一定時間保持されることにより加熱される。このとき、ウエハ１０が保持されている位置は、イオン注入によってウエハ１０の表面に導入された不純物の拡散にほとんど影響を与えない温度である７５０℃〜８００℃であればよい。
【００４３】
また、当該位置でのウエハ１０の保持時間は、例えば３０秒程度とし、ウエハ１０の温度は、当該保持時間をかけて、低温域の温度（第１の基板温度）にまで緩やかに上昇させる。このとき、熱処理中のウエハ１０の温度は、パイロメータ７により逐次測定されているので、例えば、パイロメータ７の測定値の上昇が速い（昇温速度が速い）場合には、支持棒６を駆動する駆動手段が支持棒６をチャンバ２から抜き出す方向に移動させることで、昇温速度を低下させてもよい。逆に、パイロメータ７の測定値の上昇が遅い（昇温速度が遅い）場合には、支持棒６を駆動する駆動手段が支持棒６をチャンバ２内に挿入する方向に移動させることで、昇温速度を上昇させてもよい。
【００４４】
上記温度空間８の低温域での保持時間が経過すると、ウエハ１０は、不純物の活性化熱処理を行う所望の熱処理温度（第２の温度）、例えば、９００℃〜１１００℃となっている温度空間８中央部の中温域（位置Ｃ）に移動される。この移動は、例えば、５〜１０秒程度の時間をかけて移動され、この間にウエハ１０の温度を上昇させる。この場合にも、上述したように、パイロメータ７の測定値に基づいて駆動手段が支持棒６の挿入位置を変化させることで昇温速度が調整されてもよい。そして、ウエハ１０が所望の熱処理温度（第２の基板温度）となった状態で、ウエハ１０は、当該位置で基板温度が熱処理温度の状態で１０秒間程度保持され、不純物拡散層の活性化熱処理が行われる。
【００４５】
このように、以上説明した手法によれば、温度空間８の低温域での昇温過程、熱処理温度までの昇温過程、および、熱処理温度での熱処理過程のそれぞれを、パイロメータ７の測定値に基づいて支持棒６（支持台５）の処理室３内での位置を変化させることで行うため、精密な熱処理を行うことができる。
【００４６】
また、放射平衡状態にある温度空間８中の低温域でウエハ１０を緩やかに加熱することにより、温度空間８の低温域とウエハ１０とを、ほぼ放射平衡状態にすることができる、すなわち、図６に例示した、シリコン窒化膜１３２が全面形成されているメモリ部１３と、シリコン窒化膜１３２が形成されていないロジック部１２が混載されたウエハ１０であっても、局部的な温度差を生じることなく基板温度を昇温することができる。特に、熱処理が、熱処理温度に到達後、０を超え６０秒以下の時間で行われる短時間熱処理である場合、上述のように、ウエハ１０を不純物の拡散に影響を与えない温度で温度空間８と放射平衡状態にすることで、基板温度の面内ばらつきを、著しく低減することができる。
【００４７】
さらに、図１に示す本発明に係る熱処理装置１では、ウエハ１０の加熱は、従来のランプ式ＲＴＰ装置が、ランプが放射する可視光領域から赤外領域の短波長側（近赤外領域）の電磁波により行っているのに対し、放射平衡状態にある温度空間８が放射する輻射熱、すなわち、長波長の赤外線（遠赤外線）により行われる。当該波長領域では、半導体集積回路装置を構成する材料膜の放射率は材質に依存せず、ほぼ一定である。したがって、図６のような、その全面にシリコン窒化膜１３２を備えるメモリ部１３と、ロジック部１２とが混載されたウエハ１０であっても、熱処理中のウエハ１０の温度分布に温度ばらつきが生じることを抑制することができる。
【００４８】
図３は、イオン注入により、ドーズ量が１０15／ｃｍ3を超える拡散層を形成したウエハを、本発明を適用した熱処理装置において活性化熱処理を行った場合のシート抵抗の面内均一性を示す図である。
【００４９】
図３において、横軸は、ウエハ１０上に形成された、特定材料（図６にいう、シリコン窒化膜１３２）のパターンの基板被覆総面積のウエハ面積に対する割合（以下、パターン面積率という。）に対応する。また、縦軸は、熱処理後に取得したウエハ１０の不純物拡散層のシート抵抗の±３σレンジ（σ:標準偏差）を、当該取得したデータの平均値で除した値（シート抵抗均一性）に対応する。
【００５０】
また、比較例として、図３中に、従来のランプ式ＲＴＰ装置により、同一条件で注入を行った不純物拡散層のシート抵抗均一性のデータを示している。なお、図３において、黒丸で示すデータが本発明の実施例（ホットウォール方式）であり、白抜きの菱形で示すデータが比較例（ランプ加熱式）である。
【００５１】
図３から、本発明を適用した熱処理装置は、従来のランプ式ＲＴＰ装置に比べて、各パターン面積率におけるシート抵抗均一性が小さく、シート抵抗の面内ばらつきが改善されていることが理解できる。また、本発明によれば、各パターン面積率間での差異も小さくなっている。
【００５２】
また、図４は、上記不純物拡散層のシート抵抗のパターン面積依存性を示す図である。図４において、横軸がパターン面積率に対応し、縦軸がシート抵抗に対応する。なお、図４に、白抜きの菱形で示すデータは、従来のランプ式ＲＴＰ装置により、同一条件で形成した不純物拡散層のシート抵抗を示す比較例である。
【００５３】
図５に示されるように、本発明に係る熱処理では、パターン面積率によるシート抵抗変動が小さくなっている。また、ＲＴＰの場合、熱処理温度と熱処理した結果のシート抵抗とが良く対応することが知られており、両者の対応を予め求めておくことにより、シート抵抗値から実際の熱処理温度を求めることができる（例えば、特開２００４−３９７７６号参照）。この手法により、シート抵抗から求めた温度差（温度ばらつき）は、従来例が４．３℃であるのに対して、本発明の手法では１．５℃と、極めて小さく、実用上、問題が発生することのないばらつき（例えば、トランジスタの性能ばらつきが小さい）になっている。
【００５４】
したがって、本発明によれば、パターン面積率が異なるウエハに対して、同一条件で熱処理を行った場合でも、同一熱処理効果、すなわち、イオン注入層に対する同一の活性化効果（同一接合深さ、同一シート抵抗）を得ることが可能となる。なお、本発明は、不純物拡散層の活性化熱処理に限らず、例えば、薄い酸化膜や窒化膜を形成するために、酸化や窒化等を行う熱処理にも適用することも可能である。この場合、ウエハ面内において均質な膜質を得ることができる。
【００５５】
また、以上のような、本発明によるＲＴＰにおける熱処理温度の均一性は、図６にいうシリコン窒化膜１３２を対象とした場合だけに得られるものではなく、複数材料の異種膜が積層された膜においても、同様の熱処理温度の均一性を得ることができる。
【００５６】
また、以上では、ウエハの材質がシリコンである場合を例示して説明したが、本発明は、シリコン基板に限られるものではなく、ＧａＡｓ基板に代表される種々の化合物半導体基板や、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等、基板の種類が異なる場合にも、適用可能である。
【００５７】
すなわち、本発明によれば、基板材料に関係なく、１つのチップ内、１のウエハ面内、及び複数のウエハ間において、均一な熱処理を、１つの熱処理条件に固定して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ウエハ上に放射率が異なる複数の膜が存在し、その表面積が互いに異なるウエハであっても、略同一の熱処理条件で熱処理を行うことができるため、半導体装置の製造工程における熱処理に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明を適用する熱処理装置の概略構成図。
【図２】温度空間の温度分布を示す図。
【図３】本発明を適用したウエハのシート抵抗値均一性を示す図。
【図４】本発明を適用したウエハのシート抵抗値を示す図。
【図５】従来のランプ加熱ＲＴＰ装置の概略構成図。
【図６】ロジック部とメモリ部とが混載された半導体集積回路装置の概略断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１、１００  熱処理装置
２、１０１  チャンバ
３  処理室
４  加熱手段
５  支持台（基板支持台）
６  支持棒
７  パイロメータ
８  温度空間
１０、１０３  ウエハ
１２  ロジック部
１３  メモリ部
１３２  シリコン窒化膜
【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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