(57)【要約】  【課題】半導体基板表面に段差があるような場合でも、加熱した気体が段差内まで均一に到達し、段差内まで均一に加熱が可能な半導体の製造方法と装置を提供する。  【解決手段】半導体基板(104)を急速に加熱して熱処理をする半導体の製造方法において、加熱した気体を半導体基板(104)表面に噴射することにより半導体基板(104)を急速加熱する。また、半導体基板(104)を入れたチャンバー(102)に気体を供給するライン(202,204)と、気体の供給ライン中に気体を加熱する手段(205)と、加熱した気体を半導体基板(104)表面に噴射する手段(204)を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を急速に加熱して熱処理をする半導体の製造方法において、
加熱した気体を前記半導体基板表面に噴射することにより前記半導体基板を急速加熱することを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項２】
前記加熱気体の温度が２００℃以上１０００℃以下の範囲であり、流量が０．１ミリリットル／分以上１０リットル／分以下の範囲である請求項１に記載の半導体の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板を急速加熱が、０．１℃／分以上２００℃／分以下の範囲である請求項１に記載の半導体の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板の雰囲気を減圧状態とする請求項１に記載の半導体の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板の雰囲気を加圧状態とする請求項１に記載の半導体の製造方法。
【請求項６】
前記噴射する気体が酸化性ガス又は不活性ガスである請求項１に記載の半導体の製造方法。
【請求項７】
前記加熱した気体を半導体基板表面に噴射する際に、半導体基板の裏面を冷却する請求項１に記載の半導体の製造方法。
【請求項８】
半導体基板を急速に加熱して熱処理をする半導体の製造装置において、
前記半導体基板を入れたチャンバーに気体を供給するラインと、前記気体の供給ライン中に前記気体を加熱する手段と、
前記加熱した気体を前記半導体基板表面に噴射する手段を含むことを特徴とする半導体の製造装置。
【請求項９】
前記チャンバーの雰囲気を減圧状態にするための減圧源と減圧ラインを備えた請求項８に記載の半導体の製造装置。
【請求項１０】
前記チャンバーの雰囲気を加圧状態にするための加圧手段を備えた請求項８に記載の半導体の製造装置。
【請求項１１】
前記半導体基板の裏面を冷却する手段を備えた請求項８に記載の半導体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体基板に対し急速加熱処理を行うための半導体の製造方法及び半導体の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の急速熱処理装置及び急速熱処理方式技術では半導体基板を急速に加熱して加熱処理を行う際には光を急速に照射して基板を加熱する急速加熱処理方式（（RTP（Rapid Thermal Process））が一般的であった。例えば特許文献１にはランプを用いた急速加熱による急速加熱処理方式が述べられている。
【０００３】
図２は従来の急速加熱処理装置及び急速加熱処理方式を示したものである。図２において加熱ランプ１０１は装置本体１０２内に設置されており、サセプタ１０３上に設置された半導体基板１０４はその表面の一部に１０４ａ段差が存在する。さらに、半導体基板１０４表面には酸化物薄膜１０５が気相蒸着法により半導体基板１０４上に均一に形成されている。
【０００４】
このような従来の急速加熱処理においては、加熱ランプ１０１に通電することにより加熱ランプ１０１が発光する。この加熱ランプ１０１が発光した光が半導体基板１０４及び酸化物薄膜１０５に照射され、半導体基板１０４及び酸化物薄膜１０５が加熱ランプ１０１から照射された光を吸収することにより半導体基板１０４及び酸化物薄膜１０５は加熱される。このとき加熱ランプ１０１の発光を急速に行うことにより半導体基板１０４及び酸化物薄膜１０５を急速加熱することが可能となる。その結果、酸化物薄膜１０５は加熱により結晶化するが、急速加熱処理を行うことにより炉のような平衡状態による加熱処理によるよりも少ない熱バジェットで酸化物薄膜１０５を結晶化することができる。
【特許文献１】特開2000-182980号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記従来の構成では平面な半導体基板１０４の平坦部に対しては比較的均一な加熱が実施できるものの、半導体基板１０４上に段差１０４ａがあると、段差１０４ａ内の段差側壁や底部などにおいて加熱ランプ１０１から到達する光の密度が異なるため、半導体基板１０４の各部分において局所的に温度に分布が発生する。とりわけ図２の段差１０４ａ側壁においては照射される光が到達しにくいため、段差１０４ａ側壁ではそれ以外の部分に比べ温度上昇が遅く、当該部分の半導体基板１０４表面や酸化物薄膜１０５へ加熱処理が十分行えないという問題がある。
【０００６】
さらにこのような状態を抑制するために、段差側壁まで十分に加熱しようとすると、光の照射密度を上げることや照射時間を長くすることが必要となる。その結果段差１０４ａ側壁の半導体基板１０４や酸化物薄膜１０５には十分な加熱が行われることになる一方で、それ以外の部分においては過剰な熱処理となり熱劣化が発生すると言う問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体の製造方法は、半導体基板を急速に加熱して熱処理をする半導体の製造方法において、加熱した気体を前記半導体基板表面に噴射することにより前記半導体基板を急速加熱することを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体の製造装置は、半導体基板を急速に加熱して熱処理をする半導体の製造装置において、前記半導体基板を入れたチャンバーに気体を供給するラインと、前記気体の供給ライン中に前記気体を加熱する手段と、前記加熱した気体を前記半導体基板表面に噴射する手段を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体の製造方法及び装置は上記構成をとることで、半導体基板表面に段差があるような場合でも加熱した気体が段差内まで均一に到達することにより段差内まで均一に加熱することが可能で、その結果従来に比べより低い熱バジェットで同等の加熱効果を実現できる。
【００１０】
また酸化物薄膜を急速熱加熱と同時に酸化する場合、本発明の加熱気体に酸化性ガスを使用することで酸化物薄膜を直接酸化することが可能で、より短い時間で段差内まで酸化処理することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明においては、加熱気体の温度は２００℃以上１０００℃以下の範囲であり、流量が0.1ミリリットル／分以上１０リットル／分以下の範囲であることが好ましい。半導体基板表面に段差があるような場合でもさらに均一に加熱できるからである。
【００１２】
前記半導体基板を急速加熱が、0.1℃／分以上２００℃／分以下の範囲であることが好ましい。半導体基板に熱歪なく加熱できるからである。
【００１３】
前記半導体基板の雰囲気を減圧状態とすることが好ましい。気体の平均自由行程が長くなり、微細な段差中にも加熱した気体を供給できるからである。
【００１４】
前記半導体基板の雰囲気を加圧状態とすることが好ましい。加熱した気体を基板表面に高濃度の加熱した気体を供給できるからである。
【００１５】
前記噴射する気体が酸化性ガス又は不活性ガスであることが好ましい。噴射する気体に酸化性ガス、例えば酸素やオゾンを用いた場合、例えば７００℃に過熱した酸化性ガスにより当該酸化物の酸化を促進することができるからである。また、噴射する気体に、アルゴンやヘリウム、窒素などの不活性ガスを用いた場合、基板上に形成された銅などの酸化し易い金属からなる電極への熱損傷を低減できるからである。
【００１６】
前記加熱した気体を半導体基板表面に噴射する際に、半導体基板の裏面を冷却することが好ましい。基板裏面を室温から２００℃の範囲で冷却することにより、基板本体に形成された回路には損傷を与えることなく、基板表面部分だけを加熱できるからである。
冷却は水冷でもよいし空冷でもよい。その他、冷媒を用いることもできる。
【００１７】
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。なお本実施の形態では酸化物薄膜１０５にSBT(SrBi2Ta2O9)を用いた例について記載するが、他の酸化物薄膜（例えばPZT（Pb(Zr,Ti)O3）やBLT（（Bi,La）4Ti3O12）など）でも同様に実施することができる。
【実施例】
【００１８】
図１は本発明の実施の形態における急速加熱処理装置の構成図である。図１において、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００１９】
図１において、ボンベ２０１は加熱用の気体として酸素が蓄えられており、ボンベ２０１から供給された酸素２０２は減圧弁２０３を経て気体配管２０４により気体加熱ヒーター２０５へ導入される。ここでバルブ２０６は圧空バルブであり、バルブ２０６の開閉により装置本体１０１への酸素２０２の供給を１ミリリットル／分の流量に制御する。気体加熱ヒーター２０５において所定の温度（700℃）まで加熱された酸素２０２は、シャワーヘッド２０７により半導体基板１０４上に均一に噴射される。なお本実施の形態ではこのとき装置本体１０１内は真空ポンプ２０８により減圧状態（おおむね１３３〜１０１３ｈＰａ）に保たれている。
【００２０】
気体加熱ヒーター２０５は酸素２０２を所定の温度まで十分加熱できるような温度に保たれており、本実施の形態では気体加熱ヒーター２０５の温度は６５０℃に設定されている。そのため気体配管２０４のうち気体加熱ヒーター２０５内に通じている部分（気体配管２０４ａ）においてはそのような高温に耐えるように溶融シリカを材料に用いている。ここで気体配管２０４のうち気体加熱ヒーター２０５内に通じている部分（気体配管２０４ａ）は図１では直線的に構成されているが、実際には酸素２０２を十分に気体加熱ヒーター２０５で加熱できるように距離を長く取るためにらせん状に形成しても良い。このようにすると熱交換を効率的に行うことができる。気体配管２０４の噴射口の直径は、たとえば０．５〜５ｍｍの範囲である。
【００２１】
かかる構成によれば、バルブ２０６を急速に開くことによって、酸素２０２は気体加熱ヒーター２０５に導かれて気体加熱ヒーター２０５で加熱され、この加熱した酸素２０２をシャワーヘッド２０７を通じて半導体基板１０４や酸化物薄膜１０４へ供給することで、当該半導体基板１０４や酸化物薄膜１０５加熱することができる。このとき半導体基板１０４や酸化物薄膜１０５の加熱は酸素２０２を通じて行われるため、半導体基板１０４の表面に段差１０４aがある場合においても加熱された酸素２０２は段差１０４ａ内へ十分に供給することができる。その結果、半導体基板１０４に段差１０４ａがある場合においても段差１０４ａ内にある半導体基板１０４や酸化物薄膜１０５を均一に加熱することができる。とりわけ、装置本体１０１内を減圧状態にすることにより加熱された酸素２０２はより段差１０４ａ内へ供給することができ、より均一に加熱することが可能になる。またこの場合、加熱した酸素２０２が酸化物薄膜１０５に供給されるため、酸化物薄膜２０５を十分酸化することが可能である。
【００２２】
なお本実施の形態では、半導体基板１０４と酸化物薄膜１０５の加熱に酸素を用いた例を引用したが、アルゴンや窒素などの不活性ガスを用いて加熱しても良い。
【００２３】
また本実施の形態では急速加熱処理は減圧中で実施しているが、常圧（１０１３ｈＰａ付近）や加圧状態（１０１３ｈＰａから１５ＭＰａ程度）で実施することも可能である。
【００２４】
さらに急速加熱処理中において、サセプタ１０３をヒーターなどで暖めることにより半導体基板１０３を予備加熱する構成を取ることも可能であり、また逆に半導体基板１０４の裏面を直接又はサセプタ１０３を介して水冷や空冷する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明にかかる急速加熱処理装置及び急速加熱処理方式は、半導体基板や半導体基板上に形成した電極や酸化物の急速加熱処理や急速熱処理を行う半導体プロセスとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態における急速加熱処理装置の構成図
【図２】従来の急速加熱処理装置の構成図
【符号の説明】
【００２７】
１０１  装置本体
１０４  半導体基板
１０４ａ  段差
１０５  酸化物薄膜
２０２  酸素
２０５  気体加熱ヒーター
２０７  シャワーヘッド
２０８  真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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