(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収納する処理室と、前記処理室に導入される冷却に用いる気体の温度を常温より低い温度に調節する手段と、前記処理室に取り付けられ、この処理室内部に前記常温より低い温度の気体を導入する配管と、前記処理室に対向配置されたランプからなる加熱源とを具備し、前記被処理基板が前記加熱源によって所定の設定温度に到達すると同時に、前記常温より低い温度の気体を前記被処理基板に到達させて、前記被処理基板の冷却が開始されるような制御手段を具備することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記加熱源から放射される光を遮断する遮光部材をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記加熱源から放射される光を遮断する遮光部材は、前記加熱源と前記処理室に収納された被処理基板との間を移動することにより前記加熱源から放射される光を透過あるいは遮断させることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記加熱源から放射される光を遮断する遮光部材は、前記加熱源から放射される光を遮断する位置にない場合には冷却されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記加熱源から放射される光を遮断する遮光部材は、前記処理室に収納された被処理基板の基板温度に応じて移動させる制御手段を具備することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記処理室には計測器が設置されており、この計測器は、前記被処理基板の基板温度を計測することを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記処理室に取り付けられた前記配管には、複数の分岐配管が取り付けられ、これらの分岐配管は、前記配管を介して、すべて同じ気体を前記処理室に供給し、且つこの気体の温度は分岐配管ごとに異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記処理室に導入されるガスは、前記複数の分岐配管のいずれかから供給され、このガスを供給する分岐配管は、前記被処理基板の基板温度に応じて選択されることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記配管には、前記処理室の外側に前記気体が接触するように、少なくとも１つの第２の分岐配管が分岐されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
第１導電型の半導体基板主面の素子領域にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次形成する工程と、前記ゲート電極をマスクにして、前記半導体基板主面に第２導電型不純物をイオン注入する工程と、前記半導体基板を熱処理して、前記イオン注入された不純物を拡散させてソース／ドレイン領域を形成する工程とを具備し、前記熱処理工程は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の半導体製造装置内で行われ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの枚葉式熱処理装置などの半導体製造装置に関し、とくにコールドウオール式のランプアニール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板にＭＯＳトランジスタなどの半導体素子を作り込む場合、ソース／ドレイン領域を形成するには不純物をイオン注入し、これを熱処理して熱拡散する方法が多く採用されてきた。この時に使用される熱処理装置は、通常ランプアニール装置が一般的である。
【０００３】
図１１は、従来のランプアニール装置の概略断面図である。処理室１０１にシリコンなどの半導体ウェーハ（以下、ウェーハという）１０２を搬送した状態で加熱源１０３によりウェーハ１０２を加熱する。加熱源１０３は、タングステンフィラメントからなるハロゲンランプ等を複数個配置し、ランプを挟んで処理室と反対側に光を反射する反射板を配置したものなどが用いられる。処理室１０１の壁にはガス配管１０８が取り付けられ、このガス配管１０８により矢印１０４で示した方向から窒素ガスが室温で通常５ｌ（リットル）／ｍｉｎ〜１０ｌ／ｍｉｎ程度の流量で供給される。また、処理室１０１の壁にはガス配管１０５が取り付けられ、このガス配管１０５により矢印１０９で示した方向（室外）へ室内のガスが排出される。処理室１０１にはウェーハ支持体１０７が設置されており、その表面には支持ピン１０６が植設されている。支持ピン１０６の上にはウェーハ１０２が載置されている。このような状態で処理室１０１内は、加熱源１０３により加熱される。そして、ウェーハ１０２にイオン注入された不純物が熱拡散されてウェーハ１０２に不純物拡散領域が形成される。
【０００４】
このように、加熱源１０３に用いられるランプアニ−ル装置は、シリコンウエーハ（以下ウエーハ）中に導入された不純物を拡散させる工程などに用いられてきた。この場合の処理は、例えば、処理室にウエーハを搬送した後、室温のＮ2 ガスなどを導入しながらランプを発光させウエーハ温度を４００℃〜１１００℃程度に加熱し一定時間（１０秒〜６０秒間程度）保持した後、ランプを消灯し、ウエーハが低温に放冷されるまで待機し、ウエーハを処理室から取り出という条件で行われる。処理室内に供給されるガスは、すべて室温で処理室に導入され処理室に入る前に温度調節が行われることはない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところでウエーハ中の不純物を拡散させる工程では、拡散長を任意に調整できることが重要である。とくにデバイスの微細化に伴い拡散長を小さく制御することが必要とされている。拡散長は、熱処理温度及び熱処理時間に対応しており、拡散長を短くするためには熱処理温度を下げるか時間を短くすることが必要である。但し熱処理温度はある程度の温度まで上げないと不純物が活性化せず基板の抵抗が大きくなってしまうため、温度を下げるには限界がある。不純物がホウ素（Ｂ）や砒素（Ａｓ）の場合、約１０００℃程度までは上げる必要がある。処理時間は設定した温度で保持している時間を短くできるが０秒近くまで短縮するとそれ以上短縮できない。そこで、さらに拡散長を抑制する方法として、ウェーハを加熱する速度（昇温速度）及びウェーハを冷却する速度（降温速度）を速くしてウェーハが高温となっている時間を極力短くする方法が検討されている。昇温速度はランプに大電力を投入することにより２５０℃／ｓｅｃ程度まで高速化することが可能となっている。
【０００６】
しかし、降温速度は、一般的な常温のＮ2 ガスによる空冷では７０〜８０℃／ｓｅｃ程度、熱交換効率のよいヘリウムガスを処理室に導入しても９０℃／ｓｅｃ程度までしか高速化が進んでいない。これは昇温速度の半分以下である。昇温速度だけを速くしても降温速度が遅いと、結局不純物は降温の過程で拡散してしまい、昇温速度を高速化した効果は発揮できない。その結果、拡散長を小さく制御することは実現できないという問題があった。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、半導体装置における不純物拡散領の熱拡散などを迅速的確に行うために、ランプアニール装置の高速昇降温を実現する半導体製造装置及びこの半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ランプアニール装置において、高速昇降温を実現するため処理室に導入する雰囲気ガスの温度調節を行い、且つ降温過程において冷却したガスをチャンバーに導入できるようにすることを特徴としている。また、本発明は、降温ステップに入った時点でランプからの輻射光を完全に遮断するため、遮蔽物をウェーハとランプの間に挿入できるようにすることを特徴としている。ガス温度の切り替えや遮蔽物の挿入のタイミングは、ウェーハ温度を計測して温度データをフィードバックすることにより最適な時期を設定できるようにする。これにより高速でウェーハを昇降温させることが可能となり、不純物の拡散を小さく抑制した熱処理を行うことが可能となる。
すなわち、本発明の半導体製造装置は、被処理基板を収納する処理室と、前記処理室に導入される冷却に用いる気体の温度を常温より低い温度に調節する手段と、前記処理室に取り付けられ、この処理室内部に前記常温より低い温度の気体を導入する配管と、前記処理室に対向配置されたランプからなる加熱源とを具備し、前記被処理基板が前記加熱源によって所定の設定温度に到達すると同時に、前記常温より低い温度の気体を前記被処理基板に到達させて、前記被処理基板の冷却が開始されるようにすることを特徴としている。
【０００８】
前記加熱源から放射される光を遮断する遮光部材をさらに具備するようにしても良い。前記加熱源から放射される光を遮断する遮光部材は、前記加熱源と前記処理室に収納された被処理基板との間を移動することにより前記加熱源から放射される光を透過あるいは遮断させるようにしても良い。前記加熱源から放射される光を遮断する遮光部材は、前記加熱源から放射される光を遮断する位置にない場合には冷却されているようにしても良い。前記加熱源から放射される光を遮断する遮光部材は、前記処理室に収納された被処理基板の基板温度に応じて移動させるようにしても良い。前記処理室には計測器が設置されており、この計測器は、前記被処理基板の基板温度を計測するようにしても良い。前記処理室に取り付けられた前記配管には、複数の分岐配管が取り付けられ、これらの分岐配管は、前記配管を介して、すべて同じ気体を前記処理室に供給し、且つこの気体の温度は、分岐配管ごとに異なるようにしても良い。前記複数の分岐配管は、０℃以下もしくは２０℃以下の気体温度を有する分岐配管を有しているようにしても良い。前記処理室に導入されるガスは、前記複数の分岐配管のいずれかから供給され、このガスを供給する分岐配管は、前記被処理基板の基板温度に応じて選択されるようにしても良い。前記配管には、前記処理室の外側に前記気体が接触するように、少なくとも１つの第２の分岐配管が分岐されているようにしても良い。
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板主面の素子領域にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次形成する工程と、前記ゲート電極をマスクにして、前記半導体基板主面に第２導電型不純物をイオン注入する工程と、前記半導体基板を熱処理して、前記イオン注入された不純物を拡散させてソース／ドレイン領域を形成する工程とを具備し、前記熱処理工程は、上記の半導体製造装置のいずれかの内で行われることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
まず、図１乃至図３を参照して第１の実施例を説明する。
図１は、ランプアニール装置の概略断面図、図２は、本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を示す特性図、図３は、本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ中における不純物の深さ分布を示す特性図である。処理室１の内部にシリコンなどのウェーハ２を搬送した状態で、加熱源３によりウェーハ２を加熱する。加熱源３は、タングステンフィラメントからなるハロゲンランプ等を複数個配置し、ランプを挟んで処理室１と反対側に光を反射する反射板を配置したものなどが用いられる。ガスを処理室１に供給する処理室１の壁に取り付けられた配管４は、複数の分岐配管１３、１４に接続されている。この分岐配管１３、１４からガス配管４を通して矢印７で示した方向より窒素ガスが室温で通常５ｌ（リットル）／ｍｉｎ〜１０ｌ／ｍｉｎ程度の流量で処理室１の内部に供給される。そして、処理室１の壁に取り付けられたガス配管８により矢印９で示した方向（室外）へ室内のガスが排出される。処理室１にはウェーハ支持体１０が設置されており、その表面には支持ピン１２が植設されている。
【００１１】
支持ピン１２の上にはウェーハ２が載置されている。このような状態で処理室１内は、加熱源３により加熱される。そして、ウェーハ２にイオン注入された不純物が熱拡散されて、ウェーハ２にソース／ドレイン領域などの不純物拡散領域が形成される。
分岐配管１３、１４は、それぞれ熱交換器５の中を通っており、ここでガスの温度調節が行われる。すなわち、同一のガスが２個以上の経路で処理室１の内部に供給されるようになっており、各経路に熱交換器５が付いているのでそれぞれの経路毎に温度調整を行うことが可能となっている。処理室１に導入する経路の選択は、ガス配管４と分岐配管１３、１４との分岐点に取り付けられた切り換えバルブ６により行われる。切り換えバルブ６の操作は、予め設定した制御プログラムにしたがって自動的に行われる。窒素ガスの温度設定は、例えば、２個の経路１３、１４の内１個が２５℃、他の１個が１０℃に設定されている。ウェーハ温度は、処理室１の下部のウェーハ支持体１０に配置された光学式温度計測器１１により計測される。温度計測方法は、接触式の温度測定器でも良い。
【００１２】
１０００℃で保持時間０秒でのアニール処理は、以下の順で行われる。ここで０秒のアニールとはウェーハ温度が１０００℃に達すると同時に降温過程に入る事を意味している。加熱源３に電力を投入してウェーハ温度を昇温し、ウェーハ温度６００℃から１０００℃まで昇温速度２００℃／ｓｅｃで昇温する。昇温を開始した時、窒素ガス温度は、例えば、１０℃の経路（例えば、分岐配線１４）を選択する。この状態でウェーハ温度計測器１１による計測温度が１０００℃に到達する直前のやや低い温度で切り換えバルブ６が動作を開始するように設定しておくことにより、実際に１０℃設定の窒素ガスが処理室１に入りウェーハ２に到達する時、保持時間が終了し、降温過程に達しているようにすることが可能となる。切り換えバルブ６の動作開始の時間指定は、導入するガス流量や昇温速度により変更することで、ウェーハ処理が降温過程に入った時間と、低温の窒素ガスがウェーハ２に達する時間をほぼ合わせることが可能となる。降温過程では２０ｌ／ｍｉｎ以上の大流量のガスを導入しウェーハ１の冷却効果を高めることが望ましい。
【００１３】
図２は、ウェーハ温度の経時変化を説明する特性図であり、縦軸がウェーハ温度（℃）を表し、横軸が熱処理時間（秒）を表している。図は、本発明の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を表す特性線Ａと、従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を表す特性線Ｂを示したものである。点線で示される特性線Ｃは、熱処理に必要な所望のウェーハ温度を示している。従来例では１０００℃に達した後もウェーハ温度は上昇し降温過程に入るのが遅れている（特性線Ｂ）が、これはランプには熱容量があるため加熱源からの輻射熱が停止するには時間がかかり、その間ウェーハ温度が上昇するためである。これに対して、本発明の半導体製造装置である図１に示すランプアニール装置を用いた場合、降温過程に入る時間に処理室内に冷却したガスが導入されるようになっているので、ランプからの輻射熱が残留していてもガスによる空冷効果が加わっているのでウェーハ温度の上昇が抑制される。その結果、ウェーハ温度の設定温度に対する超過上昇（以下オーバーシュート）が従来例よりも抑制されている（特性線Ａ）。また降温過程では温度低下が急峻であり従来例よりも降温速度が速くなっていることが分かる。この場合降温速度は、最大で１００℃／秒以上となっている。
【００１４】
図３は、ウェーハ中の不純物の深さ分布を示す特性図であり、縦軸がウェーハ中の拡散領域の不純物濃度（／ｃｍ3 ）を表し、横軸がウェーハ表面からの基板深さを表している。図は、本発明の半導体製造装置を用いた場合におけるウェーハのアニール後の不純物濃度の深さプロファイルを示す特性線Ｄと、従来の半導体製造装置を用いた場合におけるウェーハのアニール後の不純物濃度の深さプロファイルを示す特性線Ｅ及びアニール前のウェーハの不純物濃度の深さプロファイルを示す特性線Ｆを表している。シリコン単結晶からなるウェーハの（１００）面に不純物として２弗化ホウ素イオン（ＢＦ2 ＋）をイオン注入装置を用いて加速エネルギー１ｋｅＶ、ドーズ量１Ｅ１５ｃｍ-2、注入角度０℃で注入した後、１０００℃、０秒の条件でアニールを行い、その後ウェーハ中のホウ素の濃度を２次イオン質量分析器により分析した結果である。この実施例ではウェーハ中の不純物の拡散が従来例に比べて抑制されていることが分かる。これはオーバーシュート抑制と降温速度高速化の効果によるものである。
この実施例によれば、ランプアニール装置の高速昇降温が実現した結果、半導体基板に形成される不純物拡散領域の熱拡散などを迅速的確に行うことが可能になる。
【００１５】
次に、図４乃至図８を参照して第２の実施例を説明する。
図４は、ランプアニール装置の概略断面図、図５は、本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を示す特性図、図６は、本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ中における不純物の深さ分布を示す特性図、図７は、シャッター部分を説明する断面図、図８は、シャッター部分を説明する平面図である。処理室２１の内部にシリコンなどのウェーハ２２を搬送した状態で、加熱源２３によりウェーハ２２を加熱する。加熱源２３は、タングステンフィラメントからなるハロゲンランプ等を複数個配置し、ランプを挟んで処理室２１と反対側に光を反射する反射板を配置したものなどが用いられる。ガスを処理室２１に供給するこの処理室の壁に取り付けられた配管２４は、複数の分岐配管３３、３４に接続されている。この分岐配管３３、３４からガス配管２４を通して矢印２７で示した方向より窒素ガスが室温で通常５ｌ（リットル）／ｍｉｎ〜１０ｌ／ｍｉｎ程度の流量で処理室２１の内部に供給される。そして、処理室２１の壁に取り付けられたガス配管２８により矢印２９で示した方向（室外）へ室内のガスが排出される。処理室２１にはウェーハ支持体２０が設置されており、その表面には支持ピン３２が植設されている。支持ピン３２の上にはウェーハ２２が載置されている。
【００１６】
また、ガス配管２４には複数の第２の分岐配管３６が分岐しており、これらの先端からガスが処理室２１の上面及び下面に沿って流れるように構成されている。さらに、加熱源２３と処理室２１との間には加熱源からの光を遮断する遮光部材（以下、シャッターという）３５が挿入されている。シャッター３５は、通常は処理室外に設置されており、可働式であって加熱源の光を遮らないようにその外側に配置したガイドレール（図示しない）上にシャッター３５を載せ、高圧空気で高速に駆動するアーム（図示しない）により降温時に外から前記加熱源と処理室との間に挿入されるように構成されている。
このような状態で処理室２１内は、加熱源２３により加熱される。そして、ウェーハ２２にイオン注入された不純物が熱拡散されて、ウェーハ２２にソース／ドレイン領域などの不純物拡散領域が形成される。
【００１７】
分岐配管３３、３４は、それぞれ熱交換器２５の中を通っており、ここでガスの温度調節が行われる。すなわち、同一のガスが２個以上の経路で処理室２１の内部に供給されるようになっており、各経路に熱交換器２５が付いているのでそれぞれの経路毎に温度調整を行うことが可能となっている。処理室２１に導入する経路の選択は、ガス配管２４と分岐配管３３、３４との分岐点に取り付けられた切り換えバルブ２６により行われる。切り換えバルブ２６の操作は、予め設定した制御プログラムにしたがって自動的に行われる。窒素ガスの温度設定は、例えば、２個の経路（分岐配管）３３、３４の内１個が２５℃、他の１個が１０℃に設定されている。ウェーハ温度は、処理室２１の下部のウェーハ支持体２０に配置された光学式温度計測器３１により計測される。温度計測方法は、接触式の温度測定器でも良い。
【００１８】
図４のランプアニール装置による１０００℃、保持時間０秒の条件でのアニール処理は、以下の順で行われる。同時にランプ出力もカットされる。加熱源２３に電力を投入してウェーハ温度を昇温し、ウェーハ温度６００℃から１０００℃まで昇温速度２００℃／ｓｅｃで昇温する。昇温を開始した時窒素ガス温度は、例えば、１０℃の経路（例えば、分岐配線３４）を選択する。この状態でウェーハ温度計測器３１による計測温度が１０００℃に到達する直前のやや低い温度で切り換えバルブ２６が動作を開始するように設定しておくことにより、実際に１０℃設定の窒素ガスが処理室２１に入りウェーハ２２に到達する時、保持時間が終了し、降温過程に達しているようにすることが可能となる。切り換えバルブ２６の動作開始の時間指定は、導入するガス流量や昇温速度により変更することでウェーハ処理が降温過程に入った時間と、低温の窒素ガスがウェーハ２２に達する時間をほぼ合わせることが可能となる。
【００１９】
降温時には、ウェーハ温度が１０００℃に達すると同時にシャッター３５が挿入され加熱源２３からの輻射熱を遮断する。同時に加熱源２３のランプ出力もカットされる。シャッター材にはメタル、セラミックなどの熱容量が大きく、熱ストレスに強い材質を用いることが望ましい。シャッターは、例えば、熱伝導性が良い基材としてステンレスを用い、ウェーハ側にカーボンを塗布し、加熱源側に金箔などを張り付けるように構成することができる。このように、基材表面に表面層を形成することは基材の変質を防ぐ目的もあるが、加熱源側を反射率の大きい表面にし、ウェーハ側を反射率の小さい表面にしてシャッター効果を向上させるという目的もある。したがって、加熱源側には、Ａｕ、ＡｌやＰｔなどの貴金属をコートし、ウェーハ側には、炭素（Ｃ）や黒色ＳｉＣなどの層を形成することができる。
【００２０】
次に、図７及び図８を参照して、前述したシャッターとは異なる構造を説明する。図７のシャッターは、加熱源と処理室との間に加熱源からの光を遮断する２枚の可働式シャッター３７、３８が挿入されているように構成されている。シャッター３７、３８は、２枚で加熱源を完全に覆うようになっている。シャッター３７、３８は、通常処理室外に設置されており、加熱源の光を遮らないようにその外側に配置したガイドレール上にこれらシャッターを載せ、高圧空気で高速に駆動するアームにより降温時に外から前記加熱源と処理室との間に挿入されるように構成されている。図８のシャッターは、加熱源と処理室との間に加熱源からの光を遮断する、例えば、４枚の可働式シャッター３９〜４２が挿入されているように構成されている。シャッター３９〜４２は、４枚で加熱源を完全に覆うようになっている。シャッター３９〜４２は、通常処理室外に設置されており、加熱源の光を遮らないようにその外側に配置した支点４３上にこれらシャッターの各一点を固定し、これらを支点４３で高速に駆動させることにより、降温時に外から前記加熱源と処理室との間に挿入されるように構成されている。図７及び図８のシャッターは、走行距離が短いので遮断速度が第２の実施例より格段に速くなる。
【００２１】
図５は、ウェーハ温度の経時変化を説明する特性図であり、縦軸がウェーハ温度（℃）を表し、横軸が熱処理時間（秒）を表している。図は、本発明の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を表す特性線Ａと、従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を表す特性線Ｂを示したものである。点線で示される特性線Ｃは、熱処理に必要な所望のウェーハ温度を示している。従来例では１０００℃に達した後もウェーハ温度は上昇し降温過程に入るのが遅れている（特性線Ｂ）が、これはランプには熱容量があるため加熱源からの輻射熱が停止するには時間がかかり、その間ウェーハ温度が上昇するためである。これに対して、本発明の半導体製造装置である図４に示すランプアニール装置を用いた場合、降温過程に入る時間に処理室内に冷却したガスが導入されるようになっており、且つシャッターによりランプからの輻射熱を有効に遮断するので、ランプからの輻射熱が残留していてもガスによる空冷効果が加わっているのでウェーハ温度の上昇が抑制される。その結果、ウェーハ温度の設定温度に対する超過上昇（以下オーバーシュート）が従来例よりも抑制されている（特性線Ａ）。また降温過程では温度低下が急峻であり従来例よりも降温速度が速くなっていることが分かる。ウェーハ温度のオーバーシュートは、第１の実施例よりもさらに抑制され、降温速度が最大で１５０℃／秒以上となっている。
【００２２】
図６は、ウェーハ中の不純物の深さ分布を示す特性図であり、縦軸がウェーハ中の拡散領域の不純物濃度（／ｃｍ3 ）を表し、横軸がウェーハ表面からの基板深さを表している。図は、本発明の半導体製造装置を用いた場合におけるウェーハのアニール後の不純物濃度の深さプロファイルを示す特性線Ｄと、従来の半導体製造装置を用いた場合におけるウェーハのアニール後の不純物濃度の深さプロファイルを示す特性線Ｅ及びアニール前のウェーハの不純物濃度の深さプロファイルを示す特性線Ｆとを表している。シリコン単結晶からなるウェーハの（１００）面に不純物として２弗化ホウ素イオン（ＢＦ2 ＋）をイオン注入装置を用いて加速エネルギー１ｋｅＶ、ドーズ量１Ｅ１５ｃｍ-2、注入角度０℃で注入した後、１０００℃、０秒の条件でアニールを行い、その後ウェーハ中のホウ素の濃度を２次イオン質量分析器により分析した結果である。この実施例ではウェーハ中の不純物の拡散が従来例に比べて抑制され、アニール前のプロファイル（特性線Ｅ参照）に近いものとなっていることが分かる。これはオーバーシュート抑制と降温速度高速化の効果によるものである。
【００２３】
この実施例によれば、ランプアニール装置の高速昇降温が実現した結果、半導体基板に形成される不純物拡散領域の熱拡散などを迅速的確に行うことが可能になる。この実施例によれば、遮蔽物の挿入のタイミングは、ウェーハ温度を計測して温度データをフィードバックすることにより最適な時期を設定できる。これにより高速でウェーハを昇降温させることが可能となり、不純物の拡散を小さく抑制した熱処理を行うことが可能となる。また、本発明の半導体製造装置に用いられるガスは、実施例では窒素ガスであったが、このガスに限定されない。例えば、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどがあり、さらに、この半導体製造装置がＯ2 ガス、Ｎ2 ／Ｈ2 ガスなどのプロセスガスを用いる場合には、これらのプロセスガスを適用することができる。
なお、第１及び第２の実施例に示す加熱源には、例えば、図９に示すようなランプが用いられる。図９（ｂ）に示す豆球を円盤状に配列した構造（図９（ａ））あるいは棒状ランプを配列した構造（図９（ｃ））のものがある。
【００２４】
次に、図１０を参照して、これらの実施例に示されたランプアニール装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する。図１０は、半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
シリコンなどの半導体基板４０の主面にシリコン酸化膜などから構成された絶縁膜４１を形成して、その上にパターニングされたフォトレジスト４２を形成する（図１０（ａ））。パターニングされたフォトレジスト４２をマスクにして不純物、例えば、ホウ素（Ｂ）４３を半導体基板４０中にイオン注入する（図１０（ｂ））。フォトレジスト４２を取り除いた後、半導体基板４０を第１及び第２の実施例において説明されたランプアニール装置により熱処理し、イオン注入されたホウ素４３を熱拡散（約１２００℃）させてＰウエル４４を形成する。その後、素子分離領域４５を形成し、素子分離領域４５に区画された素子領域にポリシリコンなどのゲート電極を形成する。すなわち、Ｐウエル４４が形成された素子領域及びＰウエル以外の素子領域にシリコン酸化膜などのゲート絶縁膜４６を介してゲート電極４７が形成される。
【００２５】
ゲート絶縁膜４６は、絶縁膜４１を除去した後に新たに形成される。そして、Ｐウエル４４にはひ素（Ａｓ）を、Ｐウエル以外の領域にはホウ素（Ｂ）を半導体基板４０にイオン注入し、その後、第１及び第２の実施例において説明したランプアニール装置による熱処理によって不純物を熱拡散して、Ｐウエル４４にはＮ型ソース／ドレイン領域４８を形成し、Ｐウエル以外の領域にはＰ型ソース／ドレイン領域４９を形成する。このようにして、ＣＭＯＳ構造の半導体素子が半導体基板４０に形成される。
本発明の半導体製造装置を用いるのでウエル領域やソース／ドレイン領域などの不純物拡散領域は、ランプアニール装置の高速昇降温が実現した結果、迅速かつ的確に形成される。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、処理室に導入するガスの経路を複数個設け、各経路毎のガス温度を制御し、ウェーハ温度計測器などからの温度データのフィードバックにより熱処理過程の昇温過程、降温過程などの過程に応じてガス経路を切り換え、処理室の内部あるいは外部に導入するガス温度を変化させることにより、ウェーハを高速で昇降温させることが可能となる。また、ウェーハ温度計測器からの温度データのフィードバックなどにより加熱源とウェーハの間に不透明な部材である遮光部材（シャッター）を移動させることによって、加熱源からの輻射熱を遮断し、ウェーハを高速で降温させることを可能にする。以上により、ウェーハ中の不純物の拡散を抑制した熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体製造装置であるランプアニール装置の概略断面図。
【図２】本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を示す特性図。
【図３】本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ中における不純物の深さ分布を示す特性図。
【図４】本発明の半導体製造装置であるランプアニール装置の概略断面図。
【図５】本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ温度の経時変化を示す特性図。
【図６】本発明及び従来の半導体製造装置を用いた場合のウェーハ中における不純物の深さ分布を示す特性図。
【図７】本発明の半導体製造装置に用いるシャッター部分を説明する断面図。
【図８】本発明の半導体製造装置に用いるシャッター部分を説明する平面図。
【図９】本発明の半導体製造装置に用いるランプの断面図及び平面図。
【図１０】本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面図。
【図１１】従来のランプアニール装置の概略断面図。
【符号の説明】
１、２１、１０１・・・処理室、
２、２２、１０２・・・被処理基板（ウェーハ）、
３、２３、１０３・・・加熱源、
４、８、２４、２８、１０５、１０８・・・配管、
５、２５・・・熱交換器、    ６、２６・・・切り換えバルブ、
７、９、２７、２９、１０４、１０９・・・ガスの流れを示す矢印、
１０、２０、１０７・・・ウェーハ支持体、
１１、３１・・・温度計測器、    １２、３２、１０６・・・支持ピン、
１３、１４、３３、３４・・・分岐配管、
３５、３７、３８、３９、４０、４１、４２・・・遮蔽部材（シャッター）
３６・・・第２の分岐配管。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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