(57)【要約】【課題】  ＳＯＩ基板の半導体層の膜厚のばらつきを低減することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）支持基板１０、絶縁層１２および半導体層１４ａとが積層されたＳＯＩ基板１０Ａを準備する工程と、  （ｂ）前記半導体層１４ａの膜厚を測定する工程と、  （ｃ）前記ＳＯＩ基板１０Ａに酸化処理を施し、前記半導体層１４ａの上方に酸化膜１６を形成する工程と、  （ｄ）前記酸化膜１６を除去する工程と、を含み、  前記酸化処理の条件は、前記半導体層１４ａの膜厚に基づき決定される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）支持基板、絶縁層および半導体層とが積層されたＳＯＩ基板を準備する工程と、
（ｂ）前記半導体層の膜厚を測定する工程と、
（ｃ）前記ＳＯＩ基板に酸化処理を施し、前記半導体層の上方に酸化膜を形成する工程と、
（ｄ）前記酸化膜を除去する工程と、を含み、
前記酸化処理の条件は、前記工程（ｂ）で測定された前記半導体層の膜厚に基づき決定される、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記工程（ｃ）は、さらに、前記半導体層の膜厚を測定すること、を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記酸化処理の条件は、温度、半導体層の面内温度分布および反応室内の酸素濃度の少なくとも１つを調整することにより決定される、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記半導体層の膜厚の測定は、非破壊の測定法により行なわれる、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記膜厚の測定は、分光エリプソメータにより行なわれる、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかにおいて、
前記工程（ｃ）において、前記半導体層の膜厚の測定は、前記酸化処理を中断した状態で行なわれる、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記酸化処理は、複数の熱源光を用いた処理装置により行なわれ、
前記酸化処理の条件は、前記半導体層の膜厚の面内分布によって、個々の前記熱源光の出力を決定する、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記酸化処理は、複数の熱源光を用いた処理装置により行なわれ、
前記酸化処理の条件は、前記半導体層の膜厚の面内分布によって、酸化処理に要する酸素流量を決定する、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
被処理基板に酸化処理を施す反応室と、
前記反応室内に配置された前記被処理基板の膜厚を測定する膜厚測定器と、を含む、処理装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記膜厚測定器は、分光エリプソメータである、処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩ基板を含む半導体装置の製造方法に関し、特に、薄膜でありかつ均一な膜厚の半導体層を有するＳＯＩ基板を製造することができる半導体装置の製造方法および処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、集積回路の低消費電力化および高速化の要請に伴い、バルク状の半導体基板に変わり、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が用いられるようになっている。ＳＯＩ基板は、絶縁層上に半導体層が設けられた基板であり、この半導体層にたとえば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）などを設けることができる。ＳＯＩ基板の半導体層に形成された電界効果型トランジスタは、接合容量や配線容量などの寄生容量の低減などを図ることができ、携帯情報端末用ＬＳＩといった低消費電力デバイス、高速ＣＰＵといった高速動作回路への応用が期待されている。特にチャネル領域のシリコン層が全て空乏化するトランジスタは、部分空乏化トランジスタにおける基板浮遊効果に関する問題が低減されるという利点が得られる。
【特許文献１】特開２０００−２１６３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、近年のさらなる低消費電力化および高速化に伴い、ＳＯＩ基板の半導体層の薄膜化の要請が高まっている。一方、ＳＯＩ基板の半導体層は、基板間で膜厚にばらつきや、基板間のみならず、基板面内においてもばらつきがある。このばらつきは、約２５ｎｍほどである。そして、この基板間もしくは基板面内の半導体層の膜厚のばらつきがＳＯＩ基板の半導体層の薄膜化に伴い、形成されるトランジスタの特性や信頼性の低下を招くようになってきている。
【０００４】
本発明の目的は、ＳＯＩ基板の半導体層の膜厚のばらつきを低減することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、ＳＯＩ基板の半導体層の膜厚を均一にする半導体装置の製造方法を実現することできる処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置の製造方法は、
（ａ）支持基板、絶縁層および半導体層とが積層されたＳＯＩ基板を準備する工程と、
（ｂ）前記半導体層の膜厚を測定する工程と、
（ｃ）前記ＳＯＩ基板に酸化処理を施し、前記半導体層の上方に酸化膜を形成する工程と、
（ｄ）前記酸化膜を除去する工程と、を含み、
前記酸化処理の条件は、前記工程（ｂ）で測定された前記半導体層の膜厚に基づき決定される。
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、ＳＯＩ基板に酸化処理を施すことにより、所定の量の半導体層を酸化し、その後、得られた酸化膜を除去することにより、ＳＯＩ基板の半導体層の膜厚を制御することができる。このとき、酸化処理により酸化される半導体層の量は、酸化処理を施す前にあらかじめ測定された半導体層の膜厚に基づき決定される。そのため、所望の膜厚の半導体層が得られるよう制御することができ、薄膜化および基板間でも半導体層の膜厚のばらつきが低減されたＳＯＩ基板を含む半導体装置を製造することができる。また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、ＳＯＩ基板を購入した後のユーザーの用途に応じて、半導体層の膜厚を制御することができるという利点がある。
【０００８】
なお、本発明にかかる半導体装置の製造方法において、特定の層（以下、「Ａ層」という）の上方に他の特定の層（以下、「Ｂ層」という）を形成するとは、Ａ層上に直接、Ｂ層を形成する場合と、Ａ層上の他の層を介して、Ｂ層を形成する場合と、を含む。
本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、下記の態様をとることができる。
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）は、さらに、前記半導体層の膜厚を測定すること、を含むことができる。
【００１０】
この態様によれば、半導体層の膜厚の変化を監視しながら酸化処理を行なうことができる。そのため、より確実に所望の膜厚の半導体層を有するＳＯＩ基板を製造することができる。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記酸化処理の条件は、温度、半導体層の面内温度分布および反応室内の酸素濃度、の少なくとも１つを調整することにより決定されることができる。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記半導体層の膜厚の測定は、非破壊の測定法により行なわれることができる。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記膜厚の測定は、分光エリプソメータにより行なわれることができる。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記半導体層の膜厚に膜厚の測定は、前記酸化処理を中断した状態で行なわれることができる。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記酸化処理は、複数の熱源光を用いた処理装置により行なわれ、
前記酸化処理の条件は、前記半導体層の膜厚の面内分布によって、個々の前記熱源光の出力を決定することができる。
【００１６】
この態様によれば、酸化処理を熱源光などにより行なう場合に、面内の膜厚のばらつきに応じて、熱源光の出力を調整することができ、面内の膜厚のばらつきがより低減されたＳＯＩ基板を含む半導体装置を製造することができる。ここで、熱源光とは、ハロゲンランプやアークランプなどに例示される熱源となりうる光エネルギーのことをいう。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記酸化処理は、熱源光を用いた処理装置により行なわれ、
前記酸化処理の条件は、前記半導体層の膜厚の面内分布によって、酸化処理に要する酸素流量を決定することができる。
【００１８】
この態様によれば、面内の膜厚のばらつきに応じて、酸化処理時に供給される酸素流量を制御することができ、面内の膜厚のばらつきがより低減されたＳＯＩ基板を含む半導体装置を製造することができる。
【００１９】
本発明の処理装置は、被処理基板に酸化処理を施す反応室と、
前記反応室内に配置された前記被処理基板の膜厚を測定する膜厚測定器と、を含む。
【００２０】
本発明の処理装置によれば、酸化処理を施す反応室（以下、「チャンバー」ということもある）内に基板が配置かれた状態で、膜厚を測定することができる。そのため、酸化処理を行ないながら、所定の層の膜厚を測定することができる。たとえば、酸化されている半導体層の膜厚を監視することで、酸化処理条件の変更や、酸化処理の中止などを決定することができる。その結果、所望の膜厚の半導体層に制御されたＳＯＩ基板の製造が可能な処理装置を提供することができる。
【００２１】
本発明の処理装置において、前記膜厚測定機は、分光エリプソメータであることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
１．半導体装置の製造方法
以下に、本発明の半導体装置の製造方法について図１〜３を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、図１に示すように、支持基板１０の上に絶縁層１２および半導体層１４ａが形成されたＳＯＩ基板１０Ａを準備する。ついで、ＳＯＩ基板１０Ａの半導体層１４ａの膜厚を測定する。この膜厚の測定方法は特に限定されないが、たとえば、分光エリプソメータで測定することができる。分光エリプソメータで測定することにより、非破壊で測定できるという利点がある。
【００２４】
次に、ＳＯＩ基板１０Ａに酸化処理を施す。これにより、図２に示すように、半導体層１４ａの上に酸化膜１６が形成される。この酸化処理の条件は、酸化処理を施す前に測定した半導体層の膜厚に基づいて決定される。酸化処理の条件の調整としては、たとえば、反応室内の温度、Ｈ２Ｏ濃度、反応室内の雰囲気濃度分布、被処理基板の面内の温度分布、酸化処理時に供給される酸素流量および処理時間等の少なくとも１つを制御することにより行なうことができる。
【００２５】
さらに、酸化処理の条件の調整として、次のような方法をとることができる。たとえば、ハロゲンランプなどの複数の熱源光を有する処理装置により酸化処理を行なう場合、基板面内の膜厚のばらつきに応じて個々の熱源光の出力を調整することができる。たとえば、基板面内に他の領域と比して膜厚の厚い領域があった場合、膜厚の厚い領域の熱源光の出力を大きくすることで、膜厚の厚い領域の半導体層１４ａの酸化を他の領域と比して促進することができる。この他には、酸素ガスの供給口が複数設けられている処理装置により酸化処理を行う場合には、基板面内の膜厚のばらつきに応じて、酸化処理に要する酸素の供給量を制御することができる。たとえば、基板面内に他の領域と比して膜厚の厚い領域があった場合、膜厚の厚い領域の酸素供給量を増加させることで、膜厚の厚い領域の半導体層１４ａの酸化を他の領域と比して促進することができる。上述の熱源光の出力の制御、酸素供給量の制御は単独で行なってももしくは組み合わせて行なってもよい。また、半導体層１４ａの面内のばらつきを均一にするよう酸化処理の条件を制御できるのであれば、上述した熱源光の出力の制御、酸素供給量の制御に限られない。
【００２６】
また、この酸化処理中に半導体層１４ａの膜厚を測定しながら行なってもよい。この態様をとる場合には、酸化処理中に測定された膜厚を反映させて、引き続き行なう酸化処理の条件を決定することができる。この場合、反応室内にＳＯＩ基板１０Ａが設置された状態で各種層の膜厚を測定できるように、反応室に膜厚測定器が設けられた処理装置を用いて行なう。たとえば、酸化処理中に半導体層１４ａの膜厚を測定しつつ行なうことにより、酸化処理により減少した半導体層１４ａの膜厚を反映させながら、酸化処理を行なうことができる。膜厚の測定は、酸化処理を中断した状態で行なわれることが好ましい。酸化処理を中断した状態で測定された膜厚に基づき、引き続いて行なう酸化処理の条件を決定することにより、より確実な制御をすることができるためである。
【００２７】
ついで、図３に示すように、半導体層１４ａの上に形成された酸化膜１６を除去する。酸化膜１６の除去は、公知の一般的な技術により行なうことができ、たとえば、等法性のウェットエッチングにより行なうことができる。このようにして、所望の膜厚を有する半導体層１４を有するＳＯＩ基板１０Ａが形成される。
【００２８】
ついで、この半導体層１４に、たとえば、ＭＯＳトランジスタ（図示せず）を設けることができる。以下に、ＭＯＳトランジスタを形成する場合の製造方法の一例を説明する。まず、半導体層１４の上に、ゲート絶縁層をたとえば熱酸化法により形成する。ついで、ゲート絶縁層の上に導電層（図示せず）を形成し、この導電層をパターニングすることにより、ゲート電極が形成される。ついで、所定の導電型の不純物を導入することにより、ソース領域およびドレイン領域が形成される。このようにして、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を行なうことができる。
【００２９】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、ＳＯＩ基板１０Ａに酸化処理を施すことにより、半導体層１４ａのうち所定の膜厚分を酸化し酸化膜１６を形成する。その後、得られた酸化膜１６を除去することにより、半導体層１４の膜厚を制御することができる。このとき、酸化処理により酸化される半導体層１４ａの量は、酸化処理を施す前にあらかじめ測定された半導体層１４ａの膜厚に基づき決定される。そのため、所望の膜厚の半導体層が得られるよう制御することができ、薄膜化および基板間でのばらつきが低減された半導体層１４を有するＳＯＩ基板１０Ａを含む半導体装置を製造することができる。その結果、ＳＯＩ基板１０Ａに形成されるＭＯＳトランジスタなどの各種半導体素子の特性および信頼性を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法では、酸化処理の条件の調整の際に半導体層１４ａの面内の膜厚のばらつきに応じて、熱源光の出力や酸素供給量を調整することにより、基板面内での酸化処理の速度を調整することができる。その結果、とくに基板面内において均一な膜厚の半導体層１４を有するＳＯＩ基板１０Ａを含む半導体装置を製造することができる。
【００３１】
また、酸化処理中に、半導体層１４ａや酸化膜１６の膜厚を監視しつつ、必要に応じて酸化処理の条件を調整することにより、より確実に所望の膜厚の半導体層１４を有するＳＯＩ基板１０Ａを含む半導体装置を製造することができる。そのため、基板間および基板面内の膜厚のばらつきをともに減少させることができる。
【００３２】
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、ＳＯＩ基板を購入した後のユーザーの用途に応じて、半導体層１４の膜厚を制御することができるという利点がある。
【００３３】
２．処理装置
次に、本実施の形態にかかる処理装置について図４を参照しながら説明する。まず、処理装置の構成について説明し、その後、処理装置の動作方法について説明する。
【００３４】
２．１．処理装置の構成
図４は、本実施の形態にかかる処理装置１００を概略的に示す断面図である。なお、図４は、特に反応室２０を中心として図示したものである。本実施の形態の処理装置１００は、反応室２０、熱源光３０および膜厚測定器４０を備えている。反応室２０の内壁は、たとえば、ミラーなどの反射材に覆われている。反応室２０には、被処理体であるＳＯＩ基板１０Ａを支持するための支持部２２が設けられている。支持部２２は、たとえば、石英を材質とするピンであることができる。この支持部２２の上に被処理基板が設置される。反応室２０の上面には、種々のガスの供給口２４が設けられている。反応室２０の側壁には、反応に要したガスを排気するための排気口２６が設けられている。反応室２０の下方には、熱源光３０が設けられている。熱源光３０としては、たとえばハロゲンランプやアークランプなどを用いることができる。熱源光３０は、反射材である３２に覆われている。このように、熱源光３０から発せられる光を反射材により反射させて、反応室２０内を加熱している。
【００３５】
反応室２０の上方には、反応室２０内に設置されたＳＯＩ基板１０Ａの各種層の膜厚を測定するための膜厚測定器４０が設けられている。本実施の形態では、膜厚測定器４０として、分光エリプソメータが設けられている場合を説明する。膜厚測定器４０は、光源４２と、反射された波長を検出する検出器４４とからなる。光源４０から出力される光は、ガス供給口２４を介して反応室２０内に配置されたＳＯＩ基板１０Ａに到達し、反射した光は、他のガス供給口２４から検出器４４に到達する。
【００３６】
２．２．動作方法
次に、本実施の形態にかかる処理装置１００の動作方法に関する。まず、被処理体であるＳＯＩ基板１０Ａを反応室２０内に設置する。ＳＯＩ基板１０Ａは、支持部２２により反応室２０内で保持される。ついで、酸素ガスや窒素ガスなどの各種ガスを導入しながら熱源光３０であるハロゲンランプを照射する。これにより熱酸化処理が行われる。このとき、膜厚測定器３０によりＳＯＩ基板１０Ａの半導体層１４ａの膜厚を適宜測定する。膜厚の測定を行なう際には、熱源光３０による照射を中断して行なうことが好ましい。ついで、測定された膜厚に基づいて、半導体層１４ａの膜厚が所望の膜厚となるよう酸化処理の条件を再度設定した後に、酸化処理を引き続き行う。このように、反応室２０内にＳＯＩ基板１０Ａが設置された状態で酸化処理、膜厚の測定および測定結果が反映した条件での酸化処理を繰り返し行なう。
【００３７】
半導体層１４ａの膜厚が所望の膜厚になった後に、酸化処理を終了し、ＳＯＩ基板１０Ａを反応室２０内から取り出す。上述のようにして、本実施の形態の処理装置１００を動作させることができる。
【００３８】
本実施の形態の処理装置１００によれば、酸化処理を施す反応室２０内に被処理体が置かれた状態で、膜厚を測定することができる。そのため、酸化処理を行ないながら、所定の層の膜厚を測定することができる。たとえば、酸化されている半導体層の膜厚を監視することで、酸化処理条件の変更や、酸化処理の中止などを決定することができる。その結果、所望の膜厚の半導体層１４に制御されたＳＯＩ基板１０Ａの製造が可能な処理装置１００を提供することができる。
【００３９】
なお、本発明の半導体装置の製造方法および処理装置は、上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で変形が可能である。たとえば、本実施の形態の半導体装置の製造方法において、酸化処理中に半導体層１４ａの膜厚を監視しながら酸化処理を行う場合について説明したが、特にこれに限定されず、酸化膜１６の膜厚を監視しながら、所望の膜厚の半導体層が得られるように制御することも可能である。また、本実施の形態の処理装置では、反応室２０の上方に、膜厚測定器４０が設置されている場合について説明したが、特にこれに限定されず、反応室２０内に配置された基板の所定の層の膜厚を測定できる態様であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図２】本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３】本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施の形態にかかる処理装置を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１０  支持基板、  １０Ａ  ＳＯＩ基板、  １２  絶縁層、  １４ａ，１４  半導体層、  １６  酸化膜、  ２０  反応室、  ２２  支持部、  ２４  ガス導入口、  ２６、  ガス排出口  ３０  熱源光、  ３２  反射材、  ４０  膜厚測定器、  ４２  光源、４４  検出器  １００  処理装置
【図１】
2005209787.tif 000003
【図２】
2005209787.tif 000004
【図３】
2005209787.tif 000005
【図４】
2005209787.tif 000006