(57)【要約】【課題】浅い接合を実現することができる接合形成方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハーの表面にプレアモルファス化処理を施して当該表面を非晶質状態とすることにより、続くイオン注入工程にてイオンを打ち込んだときに不純物が半導体ウェハーの表面から所定値よりも深く入り込んでしまうチャネリングを防止する。次に、半導体ウェハーに比較的低温の加熱処理を行って表面に形成されているアモルファス層を再結晶化させた後に、当該表面にフラッシュ光を照射して不純物を活性化させる。結晶構造を取り戻した半導体ウェハーの表面が比較的高温にフラッシュ加熱されても、注入された不純物が過度に深く拡散するのを防止することができる。その結果、不純物は半導体ウェハーの表面から浅い位置に留まり、浅い接合を実現することができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面にｐｎ接合を形成する接合形成方法であって、
半導体基板の表面を非晶質状態にするプレアモルファス化工程と、
前記プレアモルファス化工程にて形成されたアモルファス層にドーパントのイオンを注入するイオン注入工程と、
前記半導体基板を第１の温度に加熱して前記アモルファス層を再結晶化させる再結晶化工程と、
前記再結晶化工程の後、前記半導体基板の表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して当該表面を前記第１の温度よりも高温の第２の温度に加熱し、前記ドーパントを活性化させる活性化工程と、
を備えることを特徴とする接合形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の接合形成方法において、
前記再結晶化工程では、前記半導体基板を前記第１の温度にて６０秒以上１８０秒以下加熱することを特徴とする接合形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面に浅いｐｎ接合を形成する接合形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタ（FET:Field Effect Transistor）等の半導体デバイスの製造において、ｐｎ接合の形成は必須の重要工程であり、特に近年ではより浅い接合が要求されている。ｐｎ接合の形成プロセスは、イオン打ち込み法による不純物注入とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といったドーパント（不純物）の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。
【０００３】
イオン打ち込み法によって不純物注入を行う際に、イオンを打ち込む方向によってはイオンが半導体ウェハーの表面から奥深く入り込んでしまうチャネリングという現象が生じる。半導体ウェハーの結晶には原子が密になる方向と疎になる方向とが存在する。チャネリングとは、原子が疎になる方向からイオンを打ち込んだ結果、そのイオンが過度に深く注入されてしまう現象である。このようなチャネリングが生じると、浅い接合の形成が困難となる。
【０００４】
このため、不純物注入の前処理として、半導体ウェハーの表面をアモルファス化しておくことによって不純物注入時にイオンが深く注入されるのを防止する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このような不純物注入の前処理として実行するアモルファス化処理は、ＰＡＩ処理（Pre-Amorphization Implantation）と称されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４１９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＰＡＩ処理を施すことによってチャネリングを防止することはできるものの、その後のアニール処理によって不純物が深く拡散してしまうことが判明した。より具体的には、ＰＡＩ処理を施していない場合に比較してＰＡＩ処理を施した場合には、アニール処理後に不純物が約１０％程度深く拡散することが実験的に判明した。ＰＡＩ処理によってイオンが深く注入されるのを防止したとしても、その後のアニール処理によって不純物が深く拡散するとやはり浅い接合が困難になるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、浅い接合を実現することができる接合形成方法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】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、半導体基板の表面にｐｎ接合を形成する接合形成方法において、半導体基板の表面を非晶質状態にするプレアモルファス化工程と、前記プレアモルファス化工程にて形成されたアモルファス層にドーパントのイオンを注入するイオン注入工程と、前記半導体基板を第１の温度に加熱して前記アモルファス層を再結晶化させる再結晶化工程と、前記再結晶化工程の後、前記半導体基板の表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して当該表面を前記第１の温度よりも高温の第２の温度に加熱し、前記ドーパントを活性化させる活性化工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る接合形成方法において、前記再結晶化工程では、前記半導体基板を前記第１の温度にて６０秒以上１８０秒以下加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１および請求項２の発明によれば、プレアモルファス化工程にて形成されたアモルファス層にドーパントのイオンを注入しているため、イオンが深く注入されるのを防ぐことができ、さらにそのアモルファス層を再結晶化させた後に半導体基板の表面にフラッシュ光を照射してドーパントを活性化させているため、注入されたドーパントが深く拡散するのを防止することができ、その結果浅い接合を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る接合形成方法に使用する熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】保持部の全体外観を示す斜視図である。
【図３】サセプタの平面図である。
【図４】サセプタの断面図である。
【図５】移載機構の平面図である。
【図６】移載機構の側面図である。
【図７】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図８】接合形成方法の手順を示すフローチャートである。
【図９】熱処理装置における半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
まず、本発明に係る接合形成方法を実施する際に必要となる熱処理を実行する熱処理装置について説明する。図１は、本発明に係る接合形成方法に使用する熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。図１の熱処理装置１は、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
【００１４】
熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００１５】
チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
【００１６】
また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。
【００１７】
チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。
【００１８】
チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。また、反射リング６８，６９の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
【００１９】
また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
【００２０】
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ２））を供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は窒素ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、アンモニア（ＮＨ３）などの反応性ガスであっても良い。
【００２１】
一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、窒素ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
【００２２】
また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。
【００２３】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。
【００２４】
基台リング７１は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。基台リング７１の上面に、その円環形状の周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。
【００２５】
サセプタ７４は基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって支持される。図３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略円形の平板状部材である。保持プレート７５の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７５は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。
【００２６】
保持プレート７５の上面周縁部にガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍである。ガイドリング７６の内周は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるようなテーパ面とされている。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英にて形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしても良い。
【００２７】
保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、保持面７５ａの外周円（ガイドリング７６の内周円）と同心円の周上に沿って３０°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ〜φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２８０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。
【００２８】
図２に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、サセプタ７４の保持プレート７５は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。
【００２９】
チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプタ７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーＷは保持プレート７５上に立設された１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。
【００３０】
また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン７７の高さよりもガイドリング７６の厚さの方が大きい。従って、複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれはガイドリング７６によって防止される。
【００３１】
また、図２および図３に示すように、サセプタ７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、放射温度計１２０（図１参照）がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。すなわち、放射温度計１２０が開口部７８を介してサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光し、別置のディテクタによってその半導体ウェハーＷの温度が測定される。さらに、サセプタ７４の保持プレート７５には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハーＷの受け渡しのために貫通する４個の貫通孔７９が穿設されている。
【００３２】
図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
【００３３】
また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２がサセプタ７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプタ７４の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させてリフトピン１２を貫通孔７９から抜き取り、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。一対の移載アーム１１の退避位置は、保持部７の基台リング７１の直上である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。なお、移載機構１０の駆動部（水平移動機構１３および昇降機構１４）が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
【００３４】
図１に戻り、チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。フラッシュ加熱部５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５にフラッシュ光を照射する。
【００３５】
複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。
【００３６】
キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプＨＬの如き連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。すなわち、フラッシュランプＦＬは、１秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプＦＬの発光時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。
【００３７】
また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されている。
【００３８】
チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４は、筐体４１の内側に複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬを内蔵している。ハロゲン加熱部４は、複数のハロゲンランプＨＬによってチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行って半導体ウェハーＷを加熱する光照射部である。
【００３９】
図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。４０本のハロゲンランプＨＬは上下２段に分けて配置されている。保持部７に近い上段に２０本のハロゲンランプＨＬが配設されるとともに、上段よりも保持部７から遠い下段にも２０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプＨＬの配列によって形成される平面は水平面である。
【００４０】
また、図７に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
【００４１】
また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向とが互いに直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【００４２】
ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。すなわち、ハロゲンランプＨＬは少なくとも１秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。
【００４３】
また、ハロゲン加熱部４の筐体４１内にも、２段のハロゲンランプＨＬの下側にリフレクタ４３が設けられている（図１）。リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光を熱処理空間６５の側に反射する。
【００４４】
制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行う回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。
【００４５】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【００４６】
次に、本発明に係る接合形成方法について説明する。本実施形態では、ゲルマニウム（Ｇｅ）の半導体ウェハーＷの表面にイオンを注入し、その注入された不純物を活性化することによって浅い接合を形成する。ゲルマニウムの半導体ウェハーＷは、ウェハー全体がゲルマニウムにて形成されていても良いし、シリコン基板上にゲルマニウムが成膜されたものであっても良い（以下、これらを総称してゲルマニウムの半導体ウェハーＷとする）。
【００４７】
図８は、半導体ウェハーＷの表面にｐｎ接合を形成する接合形成方法の手順を示すフローチャートである。同図に示す工程のうち、ステップＳ３およびステップＳ４の熱処理が上述した熱処理装置１によって実行される。まず、熱処理前に半導体ウェハーＷの表面を非晶質状態にするプレアモルファス化工程を実行する（ステップＳ１）。アモルファス化処理を行っていない半導体ウェハーＷはゲルマニウムの結晶構造を有している。プレアモルファス化は、ゲルマニウムの半導体ウェハーＷの表面に例えばゲルマニウムのイオンを打ち込むことによって、当該表面の結晶構造を壊して非晶質状態（アモルファス）とする処理である。既述したように、このような不純物注入の前処理として実行するアモルファス化処理は、ＰＡＩ処理と称される。
【００４８】
次に、プレアモルファス化工程にて形成されたアモルファス層にドーパント（不純物）のイオンを注入するイオン注入工程を実行する（ステップＳ２）。ステップＳ１のプレアモルファス化工程によって、半導体ウェハーＷの表面には厚さが数１０ｎｍアモルファス層が形成されている。そのアモルファス層に、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等のドーパントのイオンを注入する。ドーパントのイオン注入は、公知のイオン打ち込み方によって実行すれば良い。
【００４９】
結晶構造を有する半導体ウェハーＷの表面に直接イオン注入を行うと、イオンを打ち込む方向によっては当該表面からイオンが所望の値よりも深く入り込んでしまうチャネリングが生じる。イオン注入工程の前に、ＰＡＩ処理によって半導体ウェハーＷの表面をアモルファスにしておくことにより、当該表面の結晶性が崩れて方向性が無くなるため、イオン打ち込みの方向にかかわらずイオンが半導体ウェハーＷの表面から所定値よりも深くにまで注入されるのを防止することができる。
【００５０】
次に、不純物が注入された半導体ウェハーＷに対して熱処理装置１による熱処理が行われる。以下、熱処理装置１による半導体ウェハーＷの熱処理について説明する。図９は、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
【００５１】
まず、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。
【００５２】
また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。
【００５３】
続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して不純物注入後の半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が貫通孔７９を通ってサセプタ７４の保持プレート７５の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。このとき、リフトピン１２は基板支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。
【００５４】
半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７のサセプタ７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウェハーＷは、保持プレート７５上に立設された複数の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、アモルファス化されて不純物が注入された表面を上面として保持部７に保持される。複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの裏面（表面とは反対側の主面）と保持プレート７５の保持面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ７４の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置、すなわち凹部６２の内側に退避する。
【００５５】
半導体ウェハーＷが保持部７のサセプタ７４によって水平姿勢にて下方より保持された後、時刻ｔ１にハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯してアモルファス層を再結晶化させるための低温加熱処理が開始される（ステップＳ３）。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
【００５６】
ハロゲンランプＨＬによる加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が放射温度計１２０によって測定されている。すなわち、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの裏面から開口部７８を介して放射された赤外光を放射温度計１２０が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。制御部３は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する半導体ウェハーＷの温度が所定の再結晶加熱温度Ｔ１に到達したか否かを監視しつつ、ハロゲンランプＨＬの出力を制御する。すなわち、制御部３は、放射温度計１２０による測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が再結晶加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御する。
【００５７】
再結晶加熱温度Ｔ１は、ゲルマニウムの半導体ウェハーＷの表面に形成されているアモルファス層が再結晶するのに必要な温度である。再結晶加熱温度Ｔ１は、ステップＳ１のプレアモルファス化工程にて形成されたアモルファス層の厚さ等によって適宜の値とすることができるが、ゲルマニウムのアモルファス層であれば３５０℃以上４００℃以下である。
【００５８】
時刻ｔ２に半導体ウェハーＷの温度が再結晶加熱温度Ｔ１に到達した後、半導体ウェハーＷの温度はその再結晶加熱温度Ｔ１に暫時維持される。具体的には、時刻ｔ２以降、放射温度計１２０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が再結晶加熱温度Ｔ１を維持するように、制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を調整する。
【００５９】
半導体ウェハーＷの温度が再結晶加熱温度Ｔ１に昇温されて維持されることにより、プレアモルファス化工程にて半導体ウェハーＷの表面に形成されたアモルファス層が再結晶して再び結晶構造を有するようになる。半導体ウェハーＷの加熱時間が長くなるほど、再結晶化するゲルマニウムの膜厚は厚くなる。本実施形態にて、フラッシュ光照射前に半導体ウェハーＷを再結晶加熱温度Ｔ１に維持する時間（半導体ウェハーＷの温度が再結晶加熱温度Ｔ１に到達した時刻ｔ２からフラッシュ光照射を実行する時刻ｔ３までの時間）は、６０秒以上１８０秒以下である。半導体ウェハーＷを再結晶加熱温度Ｔ１に維持する時間は、ステップＳ１のプレアモルファス化工程にて半導体ウェハーＷの表面に形成されたアモルファス層が全て再結晶化するのに要する時間以上であれば良く、当該アモルファス層の厚さに応じて６０秒以上１８０秒以下の範囲内で設定される。
【００６０】
ハロゲンランプＨＬによる加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
【００６１】
ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷの温度が再結晶加熱温度Ｔ１に維持されて所定の設定時間が経過し、時刻ｔ３に到達した時点ではプレアモルファス化工程にて半導体ウェハーＷの表面に形成されたアモルファス層の全てが再結晶化している。ステップＳ２のイオン注入工程にて注入された不純物は、再結晶化したゲルマニウムの結晶構造中に存在している。そして、時刻ｔ３にフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬが半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行って当該不純物を活性化させる（ステップＳ４）。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー６内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。
【００６２】
時刻ｔ３のフラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光（閃光）照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷの表面に注入された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。処理温度Ｔ２は再結晶加熱温度Ｔ１よりも高温である。
【００６３】
フラッシュ加熱によれば、半導体ウェハーＷの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーＷに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。
【００６４】
もっとも、既述したように、ステップＳ３の再結晶化工程を実行することなく、半導体ウェハーＷの表面層がアモルファス状態のままフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行うと、注入された不純物が過度に深く拡散することが判明している。本実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面に形成されたアモルファス層を再結晶させた後に当該表面にフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行っているため、注入された不純物が過度に深く拡散するのを防止することができる。
【００６５】
フラッシュ加熱による不純物の活性化処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが再結晶加熱温度Ｔ１から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーＷの温度は放射温度計１２０によって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、放射温度計１２０の測定結果より半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプタ７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプタ７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
【００６６】
本実施形態においては、まずゲルマニウムの半導体ウェハーＷの表面にプレアモルファス化処理（ＰＡＩ処理）を施して当該表面を非晶質状態とすることにより、イオン注入工程にて不純物が半導体ウェハーＷの表面から所定値よりも深く入り込んでしまうチャネリングを防止している。そして、そのまま不純物を活性化するための熱処理を行うと不純物が過度に深く拡散するのであるが、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷに低温加熱処理を行うことにより、プレアモルファス化工程にて半導体ウェハーＷの表面に形成されたアモルファス層を再結晶化させている。再結晶して再び結晶構造を取り戻した半導体ウェハーＷの表面にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射して注入された不純物を活性化すれば、不純物が過度に深く拡散するのを防止することができる。
【００６７】
ＰＡＩ処理は、不純物注入時にはチャネリングを防止することができるという利点を有するものの、不純物活性化時には不純物が深く拡散してしまうという欠点も併せ持っている。本実施形態においては、不純物の活性化熱処理前に半導体ウェハーＷに低温加熱処理を行い、ＰＡＩ処理によって形成されたアモルファス層を再結晶化させることにより、注入された不純物が過度に深く拡散するのを防止している。すなわち、チャネリングを防止できるというＰＡＩ処理の利点を生かしつつ、低温加熱処理によるアモルファス層の再結晶化によってＰＡＩ処理の欠点を克服しているのである。その結果、不純物は半導体ウェハーＷの表面から所定値以内の深さに留まり、浅い接合を実現することができる。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、ゲルマニウムの半導体ウェハーＷを処理対象としていたが、これに限定されるものではなく、シリコンの半導体ウェハーＷについても同様の処理を行うことによって浅い接合を実現することができる。シリコンの半導体ウェハーＷについても、上記実施形態と同様の処理を同じ順序にて施すことにより、ＰＡＩ処理の利点を生かしつつ欠点を克服して不純物が深く拡散するのを防止することができる。但し、シリコンの半導体ウェハーＷの場合、ゲルマニウムの半導体ウェハーＷに比較してステップＳ３での再結晶加熱温度Ｔ１が高く、４００℃以上６００℃以下である。なお、シリコンの半導体ウェハーＷであっても、半導体ウェハーＷを再結晶加熱温度Ｔ１に維持する時間はゲルマニウムと同じく６０秒以上１８０秒以下である。
【００６９】
また、上記実施形態においては、ステップＳ３の再結晶化の熱処理およびステップＳ４の不純物活性化の熱処理をともに熱処理装置１にて実行していたが、これらの熱処理を異なる熱処理装置にて別個に行うようにしても良い。
【００７０】
また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
【００７１】
また、上記実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからのハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを再結晶加熱温度Ｔ１に加熱するようにしていたが、例えば半導体ウェハーＷをホットプレートに載置して再結晶加熱温度Ｔ１に加熱するようにしても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１  熱処理装置
３  制御部
４  ハロゲン加熱部
５  フラッシュ加熱部
６  チャンバー
７  保持部
６５  熱処理空間
７４  サセプタ
７５  保持プレート
７７  基板支持ピン
１２０  放射温度計
ＦＬ  フラッシュランプ
ＨＬ  ハロゲンランプ
Ｗ  半導体ウェハー
【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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