(57)【要約】【課題】  ウェハプロセスにおいて潜在的に含まれている不良を明確化し、不良検知効率を向上させることのできる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  ウェハプロセスにて半導体集積回路を形成した半導体ウェハは、最終的な熱処理工程として、急峻な温度勾配を与える。具体的には半導体ウェハに対して熱処理室で１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与える。例えば、シンター処理に準じてＨ２ガスを用い、常温約２５℃度の半導体ウェハを２０秒間程度で３００℃にまで上昇させる。１０秒間程度３００℃を維持した後、自然降下させるかガス冷却を伴わせ、処理室外に導く。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハプロセスにて半導体集積回路を形成した半導体ウェハへの最終的な熱処理工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記熱処理工程は、前記半導体ウェハに対して１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ウェハプロセスにて半導体集積回路を形成した半導体ウェハへの最終的な熱処理工程を含む半導体装置の製造方法であって、
処理室内または処理室内のウェハ載置部を所定のガス雰囲気中で予熱範囲としての温度に加熱しておく工程と、
前記半導体ウェハを前記処理室内に搬入し前記半導体ウェハに対して１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与える工程と、
前記半導体ウェハを温度設定中の最高温度で数秒から十数秒保つようにしてから前記処理室外に搬出する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記所定のガス雰囲気は数百Ｐａ〜数千Ｐａの処理室内圧力でＮ２ガスまたはＨ２ガスが供給されることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記処理室は枚葉式のランプアニール装置の処理室を利用することを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記処理室は複数枚処理用のアニール装置の処理室を利用することを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体ウェハの搬出後、プローブ試験を実施する工程をさらに具備することを特徴とする請求項２〜５いずれか一つに記載の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係り、特にウェハプロセスの最終工程における熱処理の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置におけるウェハ工程において、組み立て工程に回す前に最終熱処理として、４００〜４５０℃の熱処理、いわゆる水素シンターが実施される。これにより、スパッタリングによる金属膜の形成やドライエッチング等で、ゲート酸化膜などに導入されたダメージを除去、回復させる。また、コンタクト部におけるバリアメタル層と拡散層の抵抗を低減する働きもある。
【０００３】
従来、このようなシンター処理はバッチ処理で時間がかかる上、ウェハ面内の温度均一性の劣化から、結晶格子欠陥の発生を招く恐れがあった。そこで、枚葉式の水素シンター処理を実施することにより、処理時間を短縮でき、かつ基板間、基板面内の温度分布を改善して特性のばらつきを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−５７３６４号公報（４，５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような水素シンター処理では、不安定な接触部分があっても、そのままで、その後のプローブ試験を通しても検出できない場合がある。すなわち、ウェハプロセスにおいて潜在的に含まれている不良をスクリーニングすることができない。そうなると不良検知効率が下がり、半導体装置の信頼性が下がることになる。
【０００５】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、ウェハプロセスにおいて潜在的に含まれている不良を明確化し、不良検知効率を向上させることのできる半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、ウェハプロセスにて半導体集積回路を形成した半導体ウェハへの最終的な熱処理工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記熱処理工程は、前記半導体ウェハに対して１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るより好ましい実施態様としての半導体装置の製造方法は、ウェハプロセスにて半導体集積回路を形成した半導体ウェハへの最終的な熱処理工程を含む半導体装置の製造方法であって、処理室内または処理室内のウェハ載置部を所定のガス雰囲気中で予熱範囲としての温度に加熱しておく工程と、前記半導体ウェハを前記処理室内に搬入し前記半導体ウェハに対して１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与える工程と、前記半導体ウェハを温度設定中の最高温度で数秒から十数秒保つようにしてから前記処理室外に搬出する工程と、を具備したことを特徴とする。
【０００８】
上記それぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体ウェハに対して１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与える。これにより、半導体ウェハは熱ストレスによる反りが大きくなり、半導体集積回路の不安定な接触部分がオープンになる可能性が高くなる。これにより、その後の試験で不良が検知し易くなる。
【０００９】
なお、上記したより好ましい実施態様としての半導体装置の製造方法において、次のいずれかの特徴を有することにより、処理効率の最適化、短縮化に寄与する。
前記所定のガス雰囲気は数百Ｐａ〜数千Ｐａの処理室内圧力でＮ２ガスまたはＨ２ガスが供給されることを特徴とする。
前記処理室は枚葉式のランプアニール装置の処理室を利用することを特徴とする。
前記処理室は複数枚処理用のアニール装置の処理室を利用することを特徴とする。
前記半導体ウェハの搬出後、プローブ試験を実施する工程をさらに具備することを特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の基本的実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す特性図である。ウェハプロセスにて半導体集積回路を形成した半導体ウェハは、最終的な熱処理工程として、急峻な温度勾配を与える。具体的には半導体ウェハに対して熱処理室で１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与える。供給ガスは特に規定はしないが、シンター処理に準じてＨ２ガスが望ましい。その他、Ｎ２ガスを用いることも考えられる。処理温度は２５０〜４５０℃、アルミニウム配線の溶融防止のための上限である。図では、常温約２５℃度の半導体ウェハを２０秒間程度で３００℃にまで上昇させる。１０秒間程度３００℃を維持した後、自然降下させるかガス冷却を伴わせ、処理室外に導く。
【００１１】
上記方法によれば、半導体ウェハに対して１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与える。これにより、半導体ウェハは熱ストレスによる反りが急激に大きくなる状態が与えられ、半導体集積回路の不安定な接触部分がオープンになる可能性が高くなる。これにより、その後の試験で不良が検知し易くなる。
【００１２】
図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す構成図である。上記サーマルインパクトを与える処理室として、枚葉式のランプアニール装置２０を利用する。処理室２１内にはウェハを載置するサセプタ２２及びガス供給ヘッド２３が設けられている。処理室２１の一方にはウェハの搬入出機構２４が設けられている。また、真空ポンプ２５は処理室２１内を真空引きする。加熱用のランプ２７は、サセプタ２２下方に石英板２６を介して所定数設けられている。
【００１３】
処理すべき半導体ウェハＷＦは、ランプアニール装置２０がすでにサセプタ２２を１００℃程度に予熱稼動させている段階で搬入出機構２４より搬入される。ガス供給ヘッド２３からＨ２ガスが処理室２１内に供給される。処理室内圧力は数百Ｐａ〜数千Ｐａの任意の設定である。そして、図１に示されるように、半導体ウェハＷＦを１０℃／ｓｅｃ程度で温度上昇させ、２０秒間程度で３００℃程度にまで上昇させる。温度計測は例えばサセプタ２２の温度換算である。１０秒間程度３００℃を維持した後、搬入出機構２４によりサセプタ２２から半導体ウェハＷＦを離す。このとき、供給ガスの冷却効果でウェハＷＦを速やかに常温に向かわせ、引き続き搬入出機構２４によりウェハＷＦが処理室２１外に搬出される。
【００１４】
搬入出機構２４によりサセプタ２２から半導体ウェハＷＦを離す際、すでにランプ２７をオフしておくことも考えられるし、ランプ２７を全てあるいは一部オンさせたままにして置くことも考えられる。処理済みのウェハＷＦが処理室２１外に導かれた後、再び新たに処理すべき半導体ウェハＷＦが搬入されるまでにランプアニール装置２０がすでにサセプタ２２を１００℃程度に予熱稼動させている段階となるよう制御する。
【００１５】
上記実施形態の方法によれば、半導体ウェハに対して１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与える。これにより、半導体ウェハＷＦは熱ストレスによる反りが急激に大きくなる状態が与えられる。その際、ウェハ内の半導体集積回路では不安定な接触部分が確実にオープンになる可能性が高くなる。これにより、その後の試験で不良が検知し易くなる。
【００１６】
図３は、半導体ウェハ内における半導体集積回路の不良領域を示す断面図である。半導体ウェハＷＦにおいて、半導体基板３１の不純物領域３２にコンタクト部３３が形成されている。コンタクト部３３は、例えばＴｉ／ＴｉＮ積層のバリアメタル３３１、タングステンプラグ３３２を有する。上層のアルミニウム配線３４は、下地ＴｉＮ層３４１、アルミニウム合金層３４２、ＴｉＮ層３４３の積層でなる。ウェハプロセスでの配線形成において密着性不良で不安定となっていた接触領域３５が、上記のようなサーマルインパクトを経て完全な接触不良状態になる。これにより、その後のプローブ試験等で不良検出効率が向上し、市場に不良製品が出回るのを防ぐ。
【００１７】
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す構成図である。上記サーマルインパクトを与える処理室として、複数枚処理用のアニール装置４０、いわゆるオーブン４０を利用する。処理室４１内には搬入出口４４より複数の半導体ウェハＷＦが載置された搭載プレート４２が導入される。ガス供給口４３ではＨ２ガスが供給されるようになっている。また、真空ポンプ４５は処理室４１内を真空引きする。加熱部４７は、ランプヒータ等が考えられる。断熱シャッター４６は搭載プレート４２の搬入出の際に処理室４１内の加熱部４７の温度影響を軽減する。
【００１８】
オーブン４０は、処理すべき複数の半導体ウェハＷＦが搭載プレート４２に配され処理室４１内に搬入される前に、３００℃程度に予熱稼動させている。断熱シャッター４６で加熱部４７と処理室４１間が遮断され、搬入出口４４から所定数のウェハＷＦが配された搭載プレート４２が搬入される。断熱シャッター４６が開くとともに処理室４１内にガス供給口４３からＨ２ガスが供給される。処理室内圧力は数百Ｐａ〜数千Ｐａの任意の設定である。そして、加熱部４７のさらなる温度上昇によって、半導体ウェハＷＦを１０℃／ｓｅｃ程度で温度上昇させ、１０秒間程度で３００℃程度にまで上昇させる。温度計測は例えば搭載プレート４２の温度換算である。１０秒間程度３００℃を維持した後、断熱シャッター４６により遮断され搬入出口４４から搭載プレート４２が搬出される。このとき、供給ガスの冷却効果も作用してウェハＷＦを速やかに常温に向かわせる。引き続き搬入出口４４から所定数のウェハＷＦが配された別の搭載プレート４２が処理室４１内に搬入される。
【００１９】
搬入出口４４から搭載プレート４２の交換をする際、加熱部４７の一部をオフしておくことも考えられる。処理済みのウェハＷＦが配された搭載プレート４２が外部に導かれた後、再び新たに処理すべき半導体ウェハＷＦが配された搭載プレート４２が搬入されるまでに加熱部４７が３００℃程度に予熱稼動させている段階となるよう制御する。
【００２０】
上記実施形態の方法によっても、前記第２実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、半導体ウェハに対して１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与える。これにより、半導体ウェハＷＦは熱ストレスによる反りが急激に大きくなる状態が与えられる。その際、ウェハ内の半導体集積回路では不安定な接触部分が確実にオープンになる可能性が高くなる。これにより、その後のプローブ試験等の検査で不良が検知し易くなる（図３参照）。
【００２１】
以上説明したように、各実施形態の方法によれば、ウェハプロセスにおける最終熱処理工程として、１０℃／ｓｅｃと同程度かそれよりも急峻な温度勾配でもってサーマルインパクトを与える。これにより、半導体ウェハは短時間に熱ストレスによる反りが急激に大きくなる状態が与えられる。これにより、半導体集積回路の不安定な接触部分が確実にオープンになり、その後の試験で不良が検知し易くなる。この結果、ウェハプロセスにおいて潜在的に含まれている不良を明確化し、不良検知効率を向上させることのできる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】基本的実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す特性図。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す構成図。
【図３】半導体ウェハ内における半導体集積回路の不良領域を示す断面図。
【図４】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す構成図。
【符号の説明】
【００２３】
２０…ランプアニール装置、２１，４１…処理室、２２…サセプタ、２３…ガス供給ヘッド、２４…ウェハの搬入出機構、２５，４５…真空ポンプ、２６…石英板、２７…ランプ、３１…半導体基板、３２…不純物領域、３３…コンタクト部、３３１…バリアメタル、３３２…タングステンプラグ、３４…アルミニウム配線、３５…接触領域、４０…アニール装置（オーブン）、４２…搭載プレート、４３…ガス供給口、４４…搬入出口、４６…断熱シャッター、４７…加熱部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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