(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを加熱する方法であって、
フィルム状の材料を前記ウエハと接触するように配置するステップと、
狭帯域エネルギのビームを前記フィルムの上に方向付け、前記フィルムが前記エネルギを吸収し熱を前記ウエハに伝達するようにするステップと、
を含み、前記ビームは、前記フィルムを全体に亘ってラスタ・パターンで走査することによって前記フィルム上に向けられ、
前記ビームの休止時間及びエネルギは、前記ラスタ・パターンの各点で調節可能であることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記ラスタ・パターンの各点において前記ウエハ上の温度を測定するステップと、
前記ラスタ・パターンの各点における前記ビームの休止時間とエネルギとを調節し、その点において測定された温度が所望の温度に近づくことを可能にするステップと、
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記フィルムは二酸化シリコンから作られており、前記フィルムは、前記ウエハの背面上に成長させることによって、前記ウエハと接触するように配置されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記ウエハは６インチのシリコン・ウエハであり、前記フィルムは、６０秒から９０秒の間、２５０ワットのＣＯ２レーザ・ビームを用いて加熱されることを特徴とする方法。
【請求項５】
ウエハの急速熱処理装置であって、
ＩＲウィンドウと、
前記ウエハと熱的に接続された吸収フィルムと、
狭帯域電磁気エネルギ源と、
前記エネルギ源からのエネルギ・ビームを、前記ＩＲウィンドウを通過し前記フィルムの表面の全体に亘ってラスタ・パターンで走査するように動作可能なスキャナであって、前記ビームからのエネルギは前記フィルムに吸収され、前記フィルムによって発生された熱は前記ウエハに伝達され、
前記ビームの休止時間及びエネルギは、前記ラスタ・パターンの各点で調節可能であることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、前記エネルギ源はＣＯ２レーザであることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項５記載の装置において、前記ＩＲウィンドウは穴が貫通しており、真空圧力が前記孔を通って加えられて前記ウエハと前記フィルムとを前記ＩＲウィンドウに対して保持することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項５記載の装置において、前記フィルムは、二酸化シリコンで作られ、前記ＩＲウィンドウ上に配置されることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、二酸化シリコンから成る異なるフィルムを有する少なくとも１つの追加的なＩＲウィンドウを更に含み、よって、前記加熱プロフォールを、あるＩＲウィンドウを別のものと交換することによって変更できることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項５記載の装置において、前記フィルムは、二酸化シリコンで作られ、前記ウエハの背面上に成長することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項５記載の装置において、前記フィルムは１から３ミクロンの間の厚さを有する二酸化シリコンで作られていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項５記載の方法において、
前記ラスタ・パターンの各点において前記ウエハ上の温度を測定する手段と、
前記ラスタ・パターンの各点において前記ビームの休止時間とエネルギとを調節し、その点において測定された温度が所望の温度に近づくことを可能にする手段と、
を更に備えていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項５記載の装置において、その上にフィルムが形成される表面を有し前記ＩＲウィンドウと前記ウエハとの間に配置されるサポートを更に備えていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の装置において、前記サポートは、
対抗する第１及び第２の表面を有するシリコン基板であって、前記フィルムが前記第１の表面上に形成される、シリコン基板と、
前記第１の表面から前記第２の表面に向かって延長する前記基板における少なくとも１つのウィンドウと、
を含み、よって、前記ビームが少なくとも１つのウィンドウを通過して前記フィルムの上に走査されることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、前記フィルムは、二酸化シリコンで作られ、前記サポート上に配置されることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１３記載の装置において、異なるフィルムを有する少なくとも１つの追加的なサポートを更に備えており、前記加熱プロフィールは、あるサポートを別のものと交換することによって変更され得ることを特徴とする装置。
【請求項１７】
前面と背面とを有する半導体基板上に層を形成する方法であって、
フィルム状の材料を前記基板の前記背面と接触するように配置するステップと、
狭帯域エネルギのビームを前記フィルム上に方向付け、よって、前記フィルムが、前記エネルギを吸収し、熱を前記基板に伝導させるようにするステップと、
前記基板の前記背面に亘って温度を制御するステップと、
前記基板の前記前面上で追加的なプロセスを実行するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、前記追加的なプロセスは、被着であることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法において、酸化の追加的プロセスによって、ゲート酸化物が形成されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の方法において、前記追加的なプロセスは変換であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１７記載の方法において、前記追加的なプロセスはメタライゼーションであることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、前記メタライゼーションは、
前記基板の前記前面上にアルミニウム・フィルムを被着させるステップと、
前記温度を制御して前記アルミニウムを焼結するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くは、半導体に関し、更に詳しくは、半導体デバイスの急速熱処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタなどの半導体デバイスを製造する際には、Ｎ型及びＰ型領域が、半導体材料から作られたウエハに形成される。ドーパントの原子を含む気体から成る高速の流れ（ストリーム）が、ウエハに向けて与えられ、それによって、ドーパントの原子が、ウエハの表面に打ち込まれる。リンなどのドナー型のドーパント原子は、Ｎ型の領域を形成するのに用いられ、ホウ素などのアクセプタ型のドーパント原子は、Ｐ型の領域を形成するのに用いられる。ウエハは、１０００℃に近い温度まで加熱され、ドーパント原子が半導体材料の結晶マトリクスの内部に拡散し自由格子空間を占めることを可能にする。自由格子空間（free lattice space）を占めるドーパント原子は、電気的に活性化する。
【０００３】
半導体デバイスの電気的特性は、Ｎ型及びＰ型の領域がどれだけ正確に形成されているかに依存する。領域の深さ、長さ及び幅が正確であれば、デバイスが仕様に従って動作することが可能になる。ある領域の寸法が変化すると、そのデバイスの電気的特性は、仕様から逸脱する。ウエハを加熱するステップが、Ｎ型及びＰ型領域の正確な形成には重要である。例えば、ウエハに与えられる温度が高すぎると、又は、ウエハが加熱される時間が長すぎると、ドーパントは、適切な限度を超えて拡散してしまう。その結果として、領域の寸法が変化し、半導体デバイスの電気的特性が逸脱してしまう。
【０００４】
ウエハは、アニーリング用の炉の中で加熱することができる。８００℃から１０００℃の間の活性化温度は、３０分以内に達成できる。炉でのアニーリングに伴う問題点は、加熱時間が長くなるとドナー型及びアクセプタ型のドーパント原子が拡散しＮ型領域及びＰ型領域の寸法が変化してしまうことである。
【０００５】
また、ウエハを急速熱処理（rapid thermal processing = RTP）によって加熱することも可能である。ＲＴＰは、ハロゲン・ランプ及びパラボラ（放射面）反射器（parabolic reflector）を用いて、実行される。ハロゲン・ランプは、広帯域の放射を発生し、パラボラ反射器は、その広帯域の放射を、ウエハ上に合焦させる。活性化温度には、１分未満で到達することができる。このように、ＲＴＰでは、炉によるアニーリングよりもはるかに急速に、活性化温度に到達することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ハロゲン・ランプを用いる場合に遭遇する困難の１つとして、ウエハの全体に亘る温度の一様性及び制御可能性を達成し維持することがある。ウエハを加熱するには、ＩＲスペクトルの中のある特定の波長を用いることができる。しかし、ハロゲン・ランプは、多くの異なる波長をランダムに発生し、有益な波長の強度（intensities）は、変動する。波長は、紫外線から可視光を経て赤外線に至る。波長の分布は、一様ではなく、制御することができない。結果的に、活性化温度の上昇及び下降の時期は、正確に制御することは不可能である。
【０００７】
ランプを用いるということだけで、波長分布の変動に寄与してしまう。このように、ハロゲン・ランプを絶えず使用することによって、活性化温度を制御する能力が低下する。更に、パラボラ反射器は、それ自体が、制御可能性の欠如を助長する。その理由は、パラボラ反射器の設計は正確ではなく、経験的になされているからである。
【０００８】
温度の一様性及び制御可能性を達成し維持することは、ウエハ表面上の異なるタイプの材料（フォトレジスト、ドーパントなど）によって、更に困難になる。異なる材料の加熱は、半導体材料の光学的反射率及び熱伝導率とに関して、非常に敏感である。結果的に、同じＲＴＰ装置が、異なるウエハを異なる温度まで加熱することがあり得る。
【０００９】
ＲＴＰの間の温度の制御可能性と一様性との欠如が、ウエハにおいて正確な領域を形成する能力に影響する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ウエハ温度の制御可能性と一様性とは、本発明による装置及び方法によって、達成される。ウエハを加熱する方法は、フィルムをウエハと接触するように配置するステップと、狭帯域エネルギ（narrowband energy）のビームをフィルムの上に方向付け、それにより、フィルムがエネルギを吸収し、熱をウエハに伝達するようにするステップと、を含む。
【００１１】
急速熱処理の間にウエハの温度を測定する方法は、ビームをウエハから反射させるステップと、インターフェロメトリ（interferometry）によって反射されたビームを分析し、ウエハの変位を決定するステップと、ウエハの温度を、変位の関数として決定するステップと、を含む。
【００１２】
前面と背面とを有する半導体基板上に層を形成する方法は、フィルム状の材料を基板の背面と接触するように配置するステップと、狭帯域エネルギのビームをフィルム上に方向付け、それによって、フィルムが、エネルギを吸収し、熱を基板に伝導させるようにするステップと、基板の背面に亘って温度を制御するステップと、基板の前面上で追加的なプロセスを実行するステップと、を含む。
【００１３】
ウエハの急速熱処理装置であって、ＩＲウィンドウと、記ウエハと熱的に接続された吸収フィルムと、狭帯域電磁気エネルギ源と、エネルギ源からのエネルギ・ビームを、ＩＲウィンドウを通過しフィルムの表面に亘って走査するように動作可能なスキャナであって、前記ビームからのエネルギは前記フィルムに吸収され、前記フィルムによって発生された熱は前記ウエハに伝達される、スキャナと、を備えている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、シリコン・ウエハ１２の急速熱処理（ＲＴＰ）を実行する装置１０は、不活性ガスと粒子のない環境との中でウエハ１２を保持するチャンバ１４を含む。チャンバ１４は、従来型の設計のものでかまわない。チャンバ１４は、ウエハ１２をそのチャンバ１４自身との熱的な接触が最小になるように態様でサポートするチャック（chuck）（図示せず）を含む。チャンバ１４の内部は、真空が維持されなければならない。ＩＲウィンドウ１６がウエハ１２の背後に配置され、薄い吸収フィルム１８がウエハ１２とＩＲウィンドウ１６との間に配置される。電磁気的放射の狭帯域ビーム２０が、ワット数の高い（high-wattage）レーザ２２によって発生され、コンバイナ（combiner）などの光学的スイッチ２４によって光学的スキャナ２６に送信される。光学的スキャナ２６は、ビーム２０を、ウィンドウ１６を通り吸収フィルム１８全体に急速に走査する。ビーム２０からのエネルギは、吸収フィルム１８に吸収され、次に、このフィルムが、ウエハ１２を、急速熱処理のために十分な温度まで加熱する。ウエハ１２の中に注入された（打ち込まれた）ドーパント原子は、拡散され、電気的な活性領域を形成する。
【００１５】
制御可能性を最大にするには、ビーム２０は、非常に狭い帯域幅を有する点源でなければならない。ビーム２０の波長は、長波赤外線（ＬＷＩＲ）帯域にある。例えば、ＣＯ2レーザは、１０．４ミクロン及び９．２ミクロンでビームを放射し、これは、通常のＩＲスペクトル・レンジ（すなわち、４００から４０００ｃｍ-1）の中にある。レーザ２２に必要な電力は、ウエハ１２の熱特性に依存する。シリコン・ウエハは、典型的には、１１．５ｃｍ3体積に対して、直径が１５０ｍｍで暑さが６５０ミクロンである。シリコンの密度は２．３３ｇ／ｃｍ3だから、典型的なシリコン・ウエハの重さは、２６．８ｇである。シリコンの熱容量は、０．７０３Ｊｇ-1°Ｋ-1である（Eib & Kvitek, "Thermal Distribution and the Effect on Resist Sensitivity in Electron-beam Direct Write", J. Vac. Sci. Technol, B7(6), Nov/Dec 1989, p. 1502-1506を参照のこと）。従って、典型的なウエハは、その温度を１°Ｋ上昇させるために、１８．８Ｊを吸収しなければならない。１ジュール（Ｊ）は１ワット秒に等しいから、２５０ワットのＣＯ2レーザは、毎秒１３度の速度で典型的なウエハを加熱することができる（これと対照的に、光学的なランプは、毎秒１０度の速度で、典型的なウエハを加熱できる）。２５０ワットのＣＯ2レーザを用いると、ウエハ１２は、約１．５分で１０００℃まで加熱される（ＩＲウィンドウ１６によって吸収／反射される及び吸収フィルム１８によって反射されるエネルギは考慮しない）。活性化温度には、数マイクロ秒程度で達することができる。
【００１６】
ＩＲウィンドウ１６は、シリコン、ゲルマニウム、又はそれ以外のＬＷＩＲビームを送信する任意の材料で作られている。シリコンは、９．２ミクロンで透過性を有する。ＩＲウィンドウ１６は、厚さが約０．５ｍｍであり、直径はスキャナ２６の位置に依存する。スキャナ２６がチャンバ１４の内部に位置している場合には、ＩＲウィンドウ１６は、ウエハ１２よりも小さな直径を有することもあり得る。スキャナ２６がチャンバ１４の外部にある場合には、ＩＲウィンドウ１６は、ウエハ１２の直径と同じ程度の、又は、それよりも大きな直径を有していなければならない。シリコンで作られているＩＲウィンドウは、直径が１２インチまでは、容易に成長させることができる。
【００１７】
吸収フィルム１８は、狭帯域ビーム２０からのエネルギの実質的にすべてを吸収する材料で作られている。すなわち、フィルム１８の吸収特性は、狭帯域ビーム２０の波長にマッチしている。吸収フィルム１８は、ビーム２０が直接にウエハ１２に送信されることを防止するのに十分な厚さを有していなければならない。しかし、吸収フィルム１８は、厚すぎてもだめであるが、それは、さもないと、ＲＴＰのために十分な速度で加熱することができないからである。更に、フィルム１８は、時間の経過と共に劣化することは許されない。フィルム１８は、加熱される度に、バブルやスパッタリングを生じたり、脱気（degas）を要してはならない。実際、劣化が回避される必要があり、さもないと、一様でない吸収が結果的に生じてしまうからである。従って、吸収フィルム１８のための材料選択は、限定されている。
【００１８】
吸収フィルム１８は、１から２ミクロンの二酸化シリコンのフィルムであり、これが、ウエハ１２の背面上に酸化されているものである。二酸化シリコンの屈折率は、９．２ミクロンで、２．２からｉ２．４２である（Aronowitz & Michelangelo Delfino,"Laser Activated Glass Flor Modeling", Mat. Res. Soc., Symp. Proc., Vol 71, 1986, p. 479-85を参照のこと）。これは、言い換えると、厚さが１ミクロン当たり９４％の吸収である。このような吸収によって、二酸化シリコン・フィルムは、非常に薄くなることが可能になる。二酸化シリコン・フィルムは、従来型の技術を用いて、成長させることができる。１から２ミクロンの厚さの二酸化シリコンのフィルムによって、ビーム２０がウエハ１２に直接に送信されることが回避されると同時に、ＲＴＰに必要なエネルギが高速で集積されることも可能になる。更に、二酸化シリコン・フィルムは、時間経過と共に劣化することはない。
【００１９】
吸収フィルム１８の全体にビーム２０を走査することによって、ウエハ１２の全体に一様な温度分布が得られる。ステッパ・モータ又はリニア・モータ（こちらの方が高速）によって振動される２つのミラーを含むスキャナ２６は、ヘビ状の（serpentine）走査パターンを作り出すことができる。これが、もっとも単純な走査パターンである。より複雑なパターンは、ラスタ走査であり、その場合には、ビーム２０は、フィルム１８上を点から点で移動する。ビーム２０の休止時間（dwell time）又はエネルギは、各点で修正することが可能である。ラスタ走査は、幾何学的なエッジ効果（geometric edge effects）を補償することに関して、特に有効である。ラスタ走査は、また、二酸化シリコン、シリコン、及びウエハ１２の表面上の材料の熱伝導率及び放射率（thermal conductivities and emissivities）を補償することができる。熱伝導率は、すべて、温度の関数である。
【００２０】
ウエハ温度についての更に大きな制御が、フィードバックから得られる。ウエハ表面の実際の温度を知ることによって、レーザ２２をウエハ１２上の特定の位置においてエネルギを合焦させ、更に一様な温度分布を生じさせることが可能になる。例えば、エネルギを、ウエハ１２の中央よりも速く冷却する傾向を有するウエハ１２のエッジにおいて、合焦させることができる。又は、エネルギを、ある点において、その点に対する所望の温度が達成されるまで、合焦させることも可能である。
【００２１】
温度フィードバックは、プローブ・レーザ３０からの可視光のビーム２８を、吸収フィルム１８又はウエハ１２上に方向付けることによって得られる。可視光は、０．４から０．８ミクロンの間の範囲の波長を有する。このプローブ・レーザ３０は、ダイオード・レーザでよい。ビーム２８の光学的経路は、光学的スイッチ２４から光学的スキャナ２６に進み、更に、ＩＲウィンドウ１６を介して吸収フィルム１８上に至る。ＩＲウィンドウ１６は、プローブ・レーザ３０からのビーム２８とＣＯ2レーザからのビーム２０との両方を送信する。プローブ・レーザ３０からのビーム２８は、ウエハ１２の全体に亘って、走査される。
【００２２】
ＩＲウィンドウ１６がプローブ・レーザ３０からのビーム２８を送信しない場合には、別個の光学的ウィンドウを用いることができる。光学的ウィンドウは、Ａ１２０３（光学的サファイア）ウィンドウであり、８５％の送信において、０．２ミクロンから０．５ミクロンの透過性を有している。また、ウィンドウ１６は、ＩＲ／光学的ウィンドウ（例えば、ＡｇＣｌ）でもよい。この組み合わせによるウィンドウは、環境的に強固であり、特に高価でもない。
【００２３】
パワー伝達とプローブ・レーザの厚さ測定の容易さとを最大にするために、光学的なアライメントを、ウエハ１２の表面に垂直にすることができる。しかし、プローブ・レーザ３０からの可視ビーム２８は、別個のＩＲ及び光学的ウィンドウが選択される場合には、垂直となる必要がない。レーザ２２からの狭帯域ビーム２０だけが垂直でなければならず、プローブ・レーザ３０からの可視ビーム２８が反射する（glance）ことがあり得る。
【００２４】
可視ビーム２８の一部は、ウエハ１２又は吸収フィルム１８によって反射され、反射されたビーム３２は、標準的な干渉計３４によって検出される。干渉計３４は、吸収フィルム１８の厚さの変化を測定して、厚さの変化を示す信号を発生する。この信号は、信号プロセッサ３６に与えられ、このプロセッサが、二酸化シリコンの熱膨張係数（ＴＥＣ）を用いて、測定の各点における吸収フィルム１８の温度を決定する。ＴＥＣは、経験的に次の式のようにモデル化されている。
【００２５】
【数１】
ＴＥＣ＝（１．３９８Ｅ−０６）＋（１．１３３Ｅ−０７＊Ｔ）−（３．０２１Ｅ−１３＊Ｔ2）＋（３．７１０Ｅ−１３＊Ｔ3）−（１．１９７Ｅ−１６＊Ｔ4）
シリコンの熱伝導率が与えられると、信号プロセッサ３６は、次に、ウエハ全体の温度を決定する。ウエハの表面全体に亘って、測定が行われる。
【００２６】
明らかに、温度フィードバックによって、ウエハ１２に亘る温度一様性の更に完全な制御が可能になる。更に完全な制御がなされることによって、ウエハ１２のドープされる領域が、より正確に形成されるようになる。
【００２７】
図２、図３及び図４は、本発明の別の実施例を示している。これらの図面に示されている構成要素に対する参照番号は、図１における対応する構成要素に、１００、２００、３００をそれぞれ加えたものになっている。図２、図３及び図４における構成要素は、以下で指摘するもの以外は、図１における対応する構成要素と同一である。
【００２８】
図２を参照すると、ＲＴＰ装置１１０は、プローブ・レーザ３０と干渉計３４との代わりに、ＩＲカメラ１４０を用いている。ＩＲカメラ１４０は、吸収フィルム１１８の温度を直接に測定するのに用いられ、ウエハ１１２のピクセルごとの詳細なマップを与える。長波（３から５ミクロン）及び中波（９から１２ミクロン）の赤外線放射に対して感度を有するＩＲカメラは、市販されている。
【００２９】
信号プロセッサ１３６が、レーザ１２２と光学的スキャナ１２６とを制御して、ウエハ１１２に沿った一様な温度分布を作成する。ＩＲカメラ１４０からのフィードバックは、ラスタ走査に対して理想的である。ピクセルごとのマップが用いられ、レーザ１２２の休止時間及びパワー出力を制御する。
【００３０】
プロセッサ１３６は、ある点で測定されたそれぞれの温度を、その点における所望の温度と比較し、レーザ１２２のパワー及び休止時間にその所望の温度を達成するように命じる。所望の温度は、１回の通過において取得される必要はなく、複数回の通過に亘って取得することができる。
【００３１】
次に図３を参照すると、ＲＴＰ装置２１０は、ＩＲウィンドウ２１６上に成長する二酸化シリコンの吸収フィルム２１８を用いている。ＩＲウィンドウ２１６は、１から２ミリメートルの間の幅を有する孔（穴、perforations）の第１の組を含む。第１の組２４０の孔は、ＩＲウィンドウ２１６と吸収フィルム２１８との全体を通過して延長しており、ＩＲウィンドウ２１６の全体に一様に配置されている。第１の組の孔２４０によって、ＩＲウィンドウ２１６が真空圧力を介してウエハ２１２に対して接触して保持されることが可能になる。急速で一様な加熱には、吸収フィルム２１８に対する熱的な接触が確実になされることが保証されなければならない。チャンバ２１４の中の圧力は、対流熱損失を最小にするために１気圧よりも低いことが必要であり、しかし、確実な熱的な接触がなければならない。
【００３２】
レーザ２２２、光学的スイッチ２２４及び光学的スキャナ２２６を用い、レーザ・ビーム２２０を吸収フィルム２１８上に向ける。温度フィードバックは、プローブ・レーザ２３０、干渉計２３４及びプロセッサ２３６の使用を介して、得られる。プローブ・レーザ２３０からのビーム２２８がフィルム２１８に達することを可能にするために、第２の組２４２の孔が設けられる。第２の組２４２の孔は、ＩＲウィンドウ２１６を完全に通過して延長するが、吸収フィルム２１８を通過しては延長していない。第２の組２４２の孔の幅は、１から２ミリメートルであり得る。第２の組２４２の孔が小さすぎる場合には、アライメントの問題が生じる可能性がある。
【００３３】
フィードバックは、また、プロセッサとＩＲカメラとによって（図２に示されているプロセッサ１３６とカメラ１３８とのような）得ることもできる。ＩＲカメラは、フィードバックを得るために、第２の組２４２の孔を必要としない。
【００３４】
次に図４を参照すると、ＲＴＰ装置３１０は、レーザ・ビーム３２０からのエネルギを吸収するプレート３１７を用いている。プレート３１７は、吸収フィルム３１８とフィルム３１８のためのサポート３１９とを含む（厚さが３ミクロンで直径が２０ミリメートルの二酸化シリコンのフィルムでは、支持なしに立つには薄すぎる）。プレート３１７は、ウエハ３１２とＩＲウィンドウ３１６との間に挟まれており、フィルム３１８は、基板（サブストレート）３１２に対して確実に熱的に接触している。これにより、フィルム３１８によって発生する熱は、基板３１２に伝導することが可能になる。真空圧力が、プレート３１７を基板３１２とＩＲウィンドウ３１６との間に保持するのに用いられる。
【００３５】
プレート３１７は、次のように製造される。２から３ミクロンの二酸化シリコンの層（フィルム３１８）が、シリコン基板（サポート３１９）の一方の側に成長される。フォトレジストが、基板の他方の側に与えられ、ウィンドウ状のパターンが、フォトレジストから除去される。シリコン基板の露出された部分は、フィルム３１８まで下方向にウェット・エッチングされ、ウィンドウ３２１を形成する。ウィンドウ３２１は、その幅が１から２ミリメートルでなければならないが、これによって、ビーム３２０からのＩＲエネルギがフィルム３１８に到達することが可能になる。残りのシリコン基板が、フィルム３１８に対する支持を与える。
【００３６】
別の吸収性材料、シリコン上に成長できない材料、又はそれ自身では立っていることのできないほど薄い材料には、異なるタイプのサポートを用いる。例えば、ワイヤで構成されるハチの巣状のメッシュをサポートとして用いることができるが、その際には、２から３ミクロンの厚さの水晶のフィルムをメッシュの一方の側に配置する。しかし、メッシュは、ワイヤがフィルム３１８へのレーザ・エネルギ送信を妨害せず、熱だめ（ヒート・シンク）として作用せず、温度の一様性を損なうことのないように構成されなければならない。
【００３７】
装置３１０は、プローブ・レーザ３３０、干渉計３３４及びプロセッサ３３６を用いて、温度フィードバックを行う。しかし、図２に示されているＩＲカメラ及びプロセッサを、代わりに用いることもできる。
【００３８】
吸収フィルム２１８を伴うＩＲウィンドウ２１６と吸収フィルム３１８を伴うプレート３１７とは、吸収フィルム１８を伴うウエハ１２と比較して、いくつかの長所を有している。その１つの長所として、向きの自由度がある。吸収フィルム２１８を伴うＩＲウィンドウ２１６は、ウエハ２１２に対して、移動させることが可能である。吸収フィルム３１８を伴うプレート３１７は、ウエハ３１２とＩＲウィンドウ３１６とに対して移動させることができる。
【００３９】
別の長所として、加熱プロフィール（態様）を変更することができる点がある。厚さの異なるフィルム２１８及び３１８により、異なる加熱プロフィールが基板２１２及び３１２に加えられることが可能になる。加熱プロフィールは、厚さの異なる吸収フィルム２１８を伴うＩＲウィンドウ２１６を交換することによって、変更することが可能である。同様に、加熱プロフィールは、厚さの異なるフィルム３１８を伴うプレート３１７を交換することによっても、変更することが可能である。例えば、７５０℃の活性化温度に対しては第１のプレートを用いることができ、他方で、それよりも薄い吸収フィルムを伴う第２のプレートを、１０００℃の活性化温度に対しては用いることができる。この長所によって、ユニークな自由度が得られる。
【００４０】
このように、ＲＴＰの間に、ウエハの全体において、制御可能で一様な温度を達成するための装置及び方法が開示されている。温度は、ミリ秒、更には、マイクロ秒の単位で制御することができる。実際に、制御をウエハの１ミクロンレベルの部分で正確に行うことができるので、所定の領域における温度変動を導入することができる。このような制御は、ハロゲン・ランプやパラボラ反射器では行うことが不可能である。本発明の装置及び方法は、半導体デバイス製造に対する熱に関する予算（thermal budget）及び高い一様性とを考慮する必要がある場合には、極度に有用である。
【００４１】
本発明の装置及び方法は、また、アニーリング以外の半導体製造プロセスに対して、ＲＴＰを用いることを可能にする。ハロゲン・ランプからの広帯域エネルギを用いるＲＴＰ技術は、被着（deposition）、変換（conversion）及び接点形成(contact formation)などのプロセスには、用いることができない。その理由は、ハロゲン・ランプからの周波数からなる広いスペクトルによって、ウエハ上の分子が励起されてしまい、プロセスが変動してしまうからである。更に、このようなプロセスの間の化学反応は、温度に依存し、従って、領域ごとに異なっている。異なる領域は、異なる構造的な特性（例えば、エッジ、上昇した表面、バイアへの接触（contact-to-via）など）を有する。更に、異なる化学物質は異なる吸収性を有し、これが、異なる領域の温度に影響する。
【００４２】
ハロゲン・ランプと対照的に、レーザは、狭帯域のエネルギを放射し、これでは、分子が励起されることはない。従って、スペクトルの幅を狭めることによって、望ましくない化学反応を除去することができる。更に、フィードバックによって、ウエハ上の化学物質の吸収性の違い及び構造上の違いとは無関係に、温度を領域ごとに制御することが可能になる。これらのファクタによって、本発明の装置及び方法を、酸化、窒化（nitridation）、変換、接点形成、及びそれ以外の追加的なプロセスに用いることが可能になる。
【００４３】
これらの追加的なプロセスは、従来的なものである。すなわち、周知の追加的なプロセスへの変更は、基板をどのように加熱するかという点だけを除いては、不要である。
【００４４】
例えば、ＲＴＰ装置は、ゲート酸化物の形成（これは、酸化を含む）に用いることができる。ゲート酸化物が基板上に成長される前に、基板の活性（アクティブ）表面がエッチングされ、残留酸化物がすべて除去される。次に、ウェットなＯ２におけるドライ酸化（dry oxidation）を用いて、ゲート酸化物が成長される。ゲート酸化物が成長される際には、ＲＴＰ装置は、ウエハを、約１０００℃の温度まで加熱する。低温の酸化物は、オゾンＴＥＯＳを用いて、被着できる。低温の酸化物が成長される際には、ＲＴＰ装置は、ウエハを、約８００℃の温度まで加熱する。ゲート酸化物は、薄く、一様であり、欠陥が存在してはならない。実際に、ゲート酸化物の完全性（無欠性、integrity）は、デバイスの性能を作用する。ゲート酸化物の欠陥と厚さの変動とによって、デバイスの寿命は短縮される傾向にある。ＲＴＰ装置の温度を正確に制御するにより、非常に薄く、一様で、欠陥の存在しないゲート酸化物の形成が可能になる。
【００４５】
ＲＴＰ装置は、比較的深い接合（junctions）を有するデバイスにおける金属とシリコンとの間の接触（接点）構造の形成にも用いることができる。金属・シリコン間の接触構造を形成する前に、接点が形成される領域は、深くドープされる。次に、ウィンドウが、その領域を被覆する酸化物の内部へ向かって、その領域が露出されるまで、エッチングされる。アルミニウムなどの金属が、ウエハ表面の上に被着され、ウィンドウを介してシリコンと接触するようにする。次に、ウエハを、ＲＴＰ装置を用いて加熱する。基板を４００℃よりも高い温度まで加熱することによって、金属原子がシリコンの内部に拡散することが可能になり、それによって、金属をシリコンと確実に接触させることができる。アルミニウムは、非常に急速にシリコンの中に拡散する。温度が適切に制御されていない場合には、シリコンの内部に拡散するアルミニウムの量が多すぎる可能性があり、接合スパイクが生じる虞がある。接合スパイクは、デバイスにおいて大きな漏れ電流を生じさせ、デバイスを短絡させる虞がある。温度を正確に制御することによって、ＲＴＰ装置は、接合スパイクが形成されることを防止する。
【００４６】
純粋なアルミニウムを用いる代わりに、ケイ化アルミニウム（ＡｌＳｉ）やケイ化プラチナ（ＰｔＳｉ）などの金属ケイ化物を用いることもできる。金属ケイ化物は、固体間の金属反応によって形成される。金属ケイ化物は接合の深いデバイスにおける接合スパイクを防止するが、接合が浅く接点の小さいデバイスの場合には、依然として、スパイクの虞が存在する。ウエハ温度を正確に制御することによって、ＲＴＰ装置が、接合の浅く接点の小さなデバイスにおけるスパイクを防止する。
【００４７】
ＲＴＰ装置はまた、変換を含む、自己アライメントされたケイ化物（サリサイド、salicide）の形成にも用いることができる。サリサイドの接点は、次のように形成される。ソース及びドレイン領域が注入された後で、ポリシリコンの側壁スペーサ（sidewall spacers）が形成される。そして、ケイ化チタン（ＴｉＳｉ2）などの耐火性（refractory）の金属が被着される。ウエハが加熱され、これによって、ケイ化反応がその金属がシリコンと接触している場所においてだけ生じる。（側壁スペーサを含む）他のすべての場所で、金属は、反応せずに残るか、スズに変換される。反応していない金属は、選択的に除去され、ゲート、ソース及びドレイン領域を被覆するケイ化物フィルムが残る。誘電層がケイ化物の上に被着され、接点ホールが開けられ、下にあるケイ化物層を露出する。最後に、アルミニウムなどの金属が、接点ホールの中に被着され、ケイ化物と接触する。ケイ化チタンは、ケイ化物接点のためにもっとも広く用いられるが、その理由は、ポリシリコンだけでなく、単結晶のシリコン上にも、ケイ化物を形成することができるからである。これにより、ドレイン及びソース領域に、ゲート領域におけるポリサイド（すなわち、耐火性の金属ケイ化物によって被覆されたポリシリコン）と同時に、ケイ化物が形成されることが可能になる。ＲＴＰ装置は、変換の間の温度を正確に制御することができ、チタンがスペーサと反応して酸化チタンが形成されることが防止される。
【００４８】
これ以外のサリサイド構造は、Ｐｄ2Ｓｉ、ＣｏＳｉ2及びＮｉＳｉ2などのＶＩＩＩ族のサリサイドを用いることができる。ＶＩＩＩ族の元素は、９００℃以上の温度では不安定になるので、従って、再び、正確な温度制御が重要になる。
【００４９】
ＲＴＰ装置は、また、変換を含む、酸化・窒化物（oxy-nitrides）の形成にも用いることができる。酸化・窒化物は、ゲート酸化物として用いることができる。活性領域の表面がウェット・エッチングされて既存（native）の酸化物が除去された後で、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯなどの酸化・窒化物が近傍に成長される。酸化・窒化物の形成は、ウエハを急速に高温まで加熱し、次に、ウエハを急速に冷却することを要求する。ウエハの加熱及び冷却のために要求される１％から６％のＮ２のプロフィールは、ＲＴＰ装置によって達成することができる。
【００５０】
本発明の技術的思想及び範囲から離れることなく、種々の変更及び修正を行うことが可能である。例えば、複数のプローブ・レーザを用いれば、ウエハ全体に亘る温度のよりよい制御を行うことができる。また、本発明の装置及び方法は、シリコン・ウエハに限定されることはなく、任意のタイプ及びサイズの半導体ウエハにも適用できる。従って、本発明は上述の実施例に限定されるのではなく、冒頭の特許請求の範囲によってのみ、画定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による急速熱処理装置の第１の実施例のブロック図である。
【図２】本発明による急速熱処理装置の第２の実施例のブロック図である。
【図３】本発明による急速熱処理装置の第３の実施例のブロック図である。
【図４】本発明による急速熱処理装置の第４の実施例のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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