專利名稱：熱處理方法以及熱處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體裝置的制造過程中進(jìn)行的熱處理方法及熱處理裝置，特別是涉及一種以單片式(single-wafer processing)對(duì)半導(dǎo)體晶片高速地進(jìn)行熱處理的熱處理方法及熱處理裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著構(gòu)成半導(dǎo)體集成電路裝置(以下稱為半導(dǎo)體裝置)的元件圖案尺寸精細(xì)化，熱處理正在從批量(batch)式擴(kuò)散爐中經(jīng)過數(shù)小時(shí)熱處理的長(zhǎng)時(shí)間退火處理，向著利用單片式進(jìn)行10秒左右的短時(shí)間熱處理的RTP(rapid thermal process快速熱處理)技術(shù)轉(zhuǎn)移。該RTP技術(shù)，特別是在半導(dǎo)體基板上形成淺結(jié)(shallow junction)時(shí)，在摻雜(impurity doping)后進(jìn)行的熱活化處理工序中，其實(shí)用性不斷提高。作為這種裝置，開發(fā)出一種通過調(diào)整鹵素?zé)舻然寮訜嵊脽艟咚派涞哪芰?電磁波)來進(jìn)行基板的溫度升降控制的燈式RTP裝置，并正在不斷普及。
但是，由于熱處理的時(shí)間極短，因此RTP技術(shù)難以使熱處理中的基板溫度在面內(nèi)保持均勻，難以使基板溫度的終點(diǎn)溫度與所期望的熱處理溫度一致。作為其對(duì)策，在現(xiàn)有技術(shù)的燈式RTP裝置中，例如，采用從晶片的上面和下面的雙方用燈具加熱的結(jié)構(gòu)；或者用熱電偶等溫度傳感器測(cè)量熱處理中實(shí)際的晶片溫度，并反饋該溫度來進(jìn)行基板溫度的升降控制的結(jié)構(gòu)。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)的典型的燈式RTP裝置100的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。在該燈式RTP裝置100中，在進(jìn)行熱處理的腔室(chamber)101內(nèi)的上部以及下部，分別設(shè)置有多個(gè)用于加熱晶片103的上部燈具102和下部燈具105。在該裝置中，對(duì)燈具102、105的數(shù)量及其配置進(jìn)行優(yōu)化，以使其晶片103表面內(nèi)的溫度分布均勻。
然后，將晶片103導(dǎo)入至處理室101內(nèi)的上下燈具102、105之間，通過控制向燈具102、105供給的電力來控制晶片103的溫度。此時(shí)，通過與晶片103的背面相接觸的熱電偶104來測(cè)量熱處理中晶片103的溫度，用于溫度的反饋控制。
另外，當(dāng)加熱用的燈光中含有波長(zhǎng)900～1200nm時(shí)，若在晶片103上形成回路圖案的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理，則入射到晶片103表面的上述波長(zhǎng)的透射率依賴于該圖案的面積及設(shè)置而發(fā)生改變，不能準(zhǔn)確的利用熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量。因此，在近年來的燈式RTP裝置中，采用以非接觸方式測(cè)量從晶片放射的電磁波(紅外線)強(qiáng)度的高溫計(jì)(pyrometer)來代替熱電偶，從而可以不依賴晶片的狀態(tài)，穩(wěn)定測(cè)量基板溫度。
另外，在一部燈式RTP裝置中，還采用通過在加熱過程中使晶片103高速旋轉(zhuǎn)，使入射到晶片表面的電磁波強(qiáng)度變得均勻，以提高晶片103表面內(nèi)溫度的均勻性的方法。
并且，上述現(xiàn)有技術(shù)由于不是與文獻(xiàn)、公知發(fā)明相關(guān)的技術(shù)，因此，沒有記錄的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)信息。
半導(dǎo)體裝置的制造隨著精細(xì)化的急速發(fā)展，正在從以存儲(chǔ)器為代表的大量少種類產(chǎn)品的生產(chǎn)，向著以系統(tǒng)LSI為代表的少量多種類產(chǎn)品的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移。如上所述，在生產(chǎn)少量多種類的半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)線的熱處理工序中，在晶片上形成的回路圖案的面積對(duì)于每個(gè)種類都不同，而且構(gòu)成該圖案的材料、所使用的加工工藝(精細(xì)化水平)也不同。
因此，為了與少量多種類的生產(chǎn)相對(duì)應(yīng)，必須根據(jù)每個(gè)種類進(jìn)行熱處理?xiàng)l件的優(yōu)化。在此，所謂熱處理?xiàng)l件是指，包括熱處理溫度、熱處理時(shí)間(熱處理溫度的維持時(shí)間)、達(dá)到熱處理溫度的升溫過程的溫度及時(shí)間，冷卻過程的溫度及時(shí)間等溫度描述。
特別是，在雜質(zhì)擴(kuò)散層的熱活化處理中，熱處理溫度的差異(表面內(nèi)差異及各處理之間差異)會(huì)直接影響到在晶片上形成的晶體管特性的表面內(nèi)差異及各晶片之間差異。因此，優(yōu)化上述熱處理?xiàng)l件，使熱處理溫度的晶片面內(nèi)分布均勻并具有良好再現(xiàn)性，是十分重要的。
但是，在RTP中，根據(jù)各種類來優(yōu)化熱處理?xiàng)l件是非常繁瑣的，而且，在熱處理工序中，根據(jù)各種類而改變熱處理?xiàng)l件來進(jìn)行熱處理，也帶來非常大的負(fù)擔(dān)。
另外，通過使用優(yōu)化的熱處理?xiàng)l件，可確保晶片上平均的溫度分布均勻性，但是，嚴(yán)格上講，根據(jù)在晶片上形成的回路圖案面積及其膜的材料，還是不能消除在加熱中的晶片上局部發(fā)生的溫度上升的差異。
例如，如圖6所示，通常的系統(tǒng)LSI在同一硅基板上形成有由CMOS構(gòu)成的邏輯部12和由DRAM(Dynamic Random Access Memory動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)等構(gòu)成的存儲(chǔ)部13。
圖6所示邏輯部12是通過公知的以硅化處理(salicide process)而形成的，在通過場(chǎng)效氧化膜121而使元件分離的硅基板11上部的區(qū)域上，形成有由硅氧化膜等構(gòu)成的柵極絕緣膜122、和具有側(cè)壁絕緣膜124的由多晶硅等構(gòu)成的柵極電極123。
另一方面，在存儲(chǔ)部13中，在硅基板11上形成的圖中未顯示的MOS晶體管上，形成有由BPSG(boro-phospho silicate glass)膜構(gòu)成的絕緣膜131、以及氮化硅膜132；在該氮化硅膜132上形成有由圓筒型電容構(gòu)成的存儲(chǔ)電容部。
上述存儲(chǔ)電容部具有如下結(jié)構(gòu)從下層依次層積有由多晶硅膜構(gòu)成的下部電極134；由氮化硅膜和氧化硅膜的層積膜、或者Ta2O5等構(gòu)成的電容絕緣膜135；和由多晶硅膜構(gòu)成的上部電極136，并在上部電極136上設(shè)置有由氧化硅膜等構(gòu)成的絕緣膜137。并且，該存儲(chǔ)電容部，通過由貫穿氮化硅膜132和絕緣膜131而埋設(shè)形成的多晶硅構(gòu)成的接觸插塞(contact plug)133，與上述MOS晶體管連接。
在上述結(jié)構(gòu)中，存儲(chǔ)部13所具有的氮化硅膜132，放射從外部接受的能量時(shí)的紅外區(qū)域的放射率，與硅基板11相差很大。即，硅基板11的紅外區(qū)域的放射率為0.68，與此相對(duì)，氮化硅膜132的紅外區(qū)域的放射率為1.00。這表明氮化硅膜132不會(huì)使從外部接受的能量反射或者透過，幾乎全部吸收，再幾乎全部釋放。因此，在利用燈具進(jìn)行RTP時(shí)，與硅基板11相比，氮化硅膜132溫度上升迅速。
另外，因?yàn)闃?gòu)成柵極電極123、接觸插塞133、下部電極134、上部電極136的多晶硅膜的放射率根據(jù)成膜條件而變動(dòng)，因此不能一概確定，一般為0.2～0.4，非常低。因此，在利用燈具進(jìn)行的RTP中，與硅基板11相比溫度上升緩慢。
因此，如圖6所示，在混合搭載有邏輯部12和存儲(chǔ)部13的硅基板11中，在形成邏輯部12的區(qū)域和形成存儲(chǔ)部13的區(qū)域上，進(jìn)行燈式RTP時(shí)的溫度上升率不同，在類似RTP的短時(shí)間熱處理中，造成最終的終點(diǎn)溫度對(duì)于每個(gè)區(qū)域都不同。這樣，由于依賴于晶片上形成的圖案的現(xiàn)象，因此，即使采用如上所述在加熱中使晶片旋轉(zhuǎn)的技術(shù)也不能得到解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題而提出的，其目的在于提供一種熱處理方法以及熱處理裝置，不依賴于晶片上形成的回路圖案的面積、圖案的設(shè)置以及構(gòu)成回路的膜的材料，可以在相同熱處理?xiàng)l件下進(jìn)行熱處理。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下方法。首先，本發(fā)明的前提是對(duì)在基板上形成的、由規(guī)定的材料膜構(gòu)成圖案的基板覆蓋面積不同的多個(gè)半導(dǎo)體基板，進(jìn)行RTP的熱處理方法。
而且，本發(fā)明所涉及的熱處理方法，首先，在第一溫度下、在處于放射平衡狀態(tài)的第一溫度空間內(nèi)設(shè)置上述半導(dǎo)體基板，將該半導(dǎo)體基板升溫至第一基板溫度。然后，在與上述第一溫度相比為高溫的第二溫度下、在處于放射平衡狀態(tài)的第二溫度空間內(nèi)設(shè)置上述升溫后的半導(dǎo)體基板，將該半導(dǎo)體基板升溫至第二基板溫度。之后，通過將升溫至第二基板溫度的半導(dǎo)體基板在該第二基板溫度維持一定時(shí)間，來進(jìn)行熱處理。其中，所謂處于放射平衡狀態(tài)的溫度空間是指，相對(duì)于溫度空間，從外部射入的能量和溫度空間向外部放射的能量相等的狀態(tài)。即，該溫度空間內(nèi)，其溫度分布不變化，穩(wěn)定維持恒定。
根據(jù)該熱處理方法，由于使半導(dǎo)體基板在處于放射平衡狀態(tài)的溫度空間內(nèi)進(jìn)行加熱，與現(xiàn)有技術(shù)的燈式RTP相比，即使基板上形成的由規(guī)定材料構(gòu)成的圖案的基板覆蓋面積不同，也能減小基板溫度的表面內(nèi)差異。因此，不用根據(jù)半導(dǎo)體基板上形成的由規(guī)定材料膜構(gòu)成的圖案的基板覆蓋面積進(jìn)行熱處理?xiàng)l件的優(yōu)化，可在大致相同的條件下對(duì)這些半導(dǎo)體基板進(jìn)行熱處理，也可對(duì)各晶片進(jìn)行相同的熱處理，使熱處理變得十分簡(jiǎn)便。并且，上述第一溫度空間和前述第二溫度空間優(yōu)選形成為連續(xù)的溫度空間。
另外，優(yōu)選上述方法適用于上述第二基板溫度的維持時(shí)間為60秒以下的限定時(shí)間的情況。
上述規(guī)定材料膜為例如氮化硅膜和多晶硅膜，該結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體基板上混合搭載邏輯回路和存儲(chǔ)回路時(shí)形成的。另外，上述熱處理方法還適用于例如在上述半導(dǎo)體基板上形成的離子注入擴(kuò)散層的活化處理。并且，上述熱處理方法并不局限于上述規(guī)定的材料膜的基板覆蓋面積不同的情況下，也適用于半導(dǎo)體基板的材料不同的情況。
另一方面，在其它方面中，本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)上述熱處理方法的熱處理裝置。即，本發(fā)明所涉及的熱處理裝置，在對(duì)半導(dǎo)體基板實(shí)施熱處理的處理室內(nèi)形成，具有垂直方向的上部成為高溫的溫度梯度，并且處于放射平衡狀態(tài)的溫度空間。另外，在處理室內(nèi)部設(shè)有承載上述半導(dǎo)體基板并可在上述處理室內(nèi)部垂直方向上移動(dòng)而設(shè)置的基板支撐臺(tái)，基板溫度檢測(cè)裝置逐次檢測(cè)承載于上述基板支撐臺(tái)上的半導(dǎo)體基板的基板溫度。然后，根據(jù)上述基板溫度檢測(cè)裝置所檢測(cè)的基板溫度，通過使上述半導(dǎo)體基板在上述溫度空間中垂直方向上移動(dòng)，來實(shí)施上述熱處理。
在本發(fā)明中，通過在處于放射平衡狀態(tài)的溫度空間內(nèi)設(shè)置半導(dǎo)體基板來實(shí)施熱處理，因此，即使對(duì)于在半導(dǎo)體基板上形成的由規(guī)定的材料膜構(gòu)成的圖案的基板覆蓋面積不同的多個(gè)基板，也可以在不改變熱處理?xiàng)l件的情況下進(jìn)行熱處理。即，固定熱處理?xiàng)l件，就可以得到相同的熱處理效果(相同擴(kuò)散層深度，相同薄膜電阻等)。在半導(dǎo)體基板薄膜材料不同的情況下，同樣也可以得到本發(fā)明效果。
因此，可以使少量多種類的系統(tǒng)LSI等，在半導(dǎo)體基板上形成的圖案的基板覆蓋面積率不同的半導(dǎo)體設(shè)備的生產(chǎn)變得容易。


圖1是使用本發(fā)明的熱處理裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖2是溫度空間的溫度分布的示意圖。
圖3是表示使用本發(fā)明的晶片薄膜電阻值均勻性的示意圖。
圖4是表示使用本發(fā)明的晶片薄膜電阻值的示意圖。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)的燈具加熱RTP(Rapid Thermal Process快速熱處理)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖6是混合搭載邏輯部和存儲(chǔ)部的半導(dǎo)體集成電路裝置的截面簡(jiǎn)圖。
符號(hào)說明1、100 熱處理裝置2、101 腔室(chamber)3 處理室4 加熱裝置5 支撐臺(tái)(基板支撐臺(tái))6 支撐棒7 高溫計(jì)(pyrometer)8 溫度空間10、103 晶片12 邏輯部13 存儲(chǔ)部132 氮化硅膜具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是使用本發(fā)明的熱處理方法的熱處理裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
如圖1所示，熱處理裝置1設(shè)置有例如具有圓柱狀的處理室3的腔室2。該腔室2包括開口部9，該開口部9具有用于將晶片10從一端(圖1中的下端)移送至腔室2內(nèi)部的開閉裝置，通過關(guān)閉該開口部9來使處理室3密閉。另外，在腔室2的周圍設(shè)置有用于加熱腔室2(處理室3)的加熱裝置4。在圖1的實(shí)施例中，該加熱裝置4由設(shè)置于腔室2的側(cè)壁以及上壁的周圍(或內(nèi)部)的多個(gè)電熱絲所構(gòu)成。
并且，熱處理裝置1在與處理室3的軸向垂直的面內(nèi)設(shè)置有具有晶片承載面的支撐臺(tái)5。該支撐臺(tái)5被設(shè)置于可沿處理室3的軸向移動(dòng)而設(shè)置的中空支撐棒6的一端，支撐棒6的中空部開口于支撐臺(tái)5的晶片承載面。其中，該支撐棒6可在保持開口部9密閉狀態(tài)的狀態(tài)下進(jìn)行移動(dòng)。
在上述支撐棒6的中空部設(shè)置有利用從承載于支撐臺(tái)5上的晶片背面(與支撐臺(tái)5的晶片承載面相接觸的面)放射的電磁波(紅外線)來測(cè)量溫度的高溫計(jì)7。其中，將高溫計(jì)7的輸出，輸入到驅(qū)動(dòng)支撐棒6的圖中未示出的驅(qū)動(dòng)裝置。此外，在此作為基板溫度的檢測(cè)裝置采用高溫計(jì)7，但是如果可以保證同等的測(cè)量精度及測(cè)量準(zhǔn)確度，可以采用任意的溫度傳感器。
而且，上述結(jié)構(gòu)中，在處理室3內(nèi)利用加熱裝置4形成溫度空間8。該溫度空間8在與腔室2的軸向垂直的面內(nèi)具有均勻的溫度分布，并且設(shè)定為在插拔支撐棒6的開口部9的一側(cè)(圖1中下部一側(cè))，溫度較低；在與其相對(duì)的一側(cè)的端部，溫度較高。另外，在其之間具有從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域單調(diào)遞減的溫度梯度的溫度分布。其中，因?yàn)楦邷貧怏w聚集在腔室2的上部，因此，如圖1所示，只要上述處理室3的軸向與垂直方向一致即可。
例如，在本實(shí)施方式中，如圖2(a)所示，將處理室3的上部設(shè)為1300℃，將下部設(shè)為750℃。在此，在圖2(a)中，橫軸對(duì)應(yīng)處理室3的軸向的位置，縱軸對(duì)應(yīng)溫度。另外，圖2(a)的橫軸所示位置A、位置B及位置C為圖1中箭頭所表示的位置A、位置B及位置C。
另外，對(duì)溫度空間8進(jìn)行溫度控制，以使從通過加熱裝置4加熱的腔室2的內(nèi)壁面所放射的輻射熱(遠(yuǎn)紅外區(qū)域的電磁波)，與由于溫度空間8放射輻射熱所損失的能量，維持放射平衡(對(duì)于溫度空間8進(jìn)出的能量相等)的狀態(tài)，在處理室3中恒定地實(shí)現(xiàn)例如圖2(a)所示的溫度分布。
如上所述，溫度控制通過采用下述結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，例如，使加熱裝置4在腔室2的上部和下部設(shè)有多個(gè)上部加熱裝置4a和下部加熱裝置4b。即，在上部加熱裝置4a和下部加熱裝置4b上，分別設(shè)置可獨(dú)立控制的溫度控制系統(tǒng)，控制各加熱裝置4a、4b所發(fā)生的熱量，以使處理室3的上部維持1300℃，使處理室3的下部維持750℃。
并且，加熱裝置4并不局限于上述設(shè)置，只要能夠形成處于放射平衡的溫度空間8，其可以采用任意的設(shè)置。例如，如圖2(b)所示，除上述結(jié)構(gòu)以外，還可以形成設(shè)有中部加熱裝置4c的結(jié)構(gòu)，在圖2中(a)所示的位置A和位置B的中部的位置C上，形成具有例如1000℃的溫度區(qū)域的溫度空間8。另外，只要能形成處于放射平衡狀態(tài)的溫度空間8，也可以是只通過上部加熱裝置4a形成溫度空間8的結(jié)構(gòu)。其中，溫度空間8沒有必要必須具有從處理室3的上部向下部單調(diào)減小的溫度梯度，但由于形成溫度空間8的氣體(氮?dú)饣蛳∮袣怏w等)成為高溫時(shí)密度減小，因此，通過形成具有從處理室3的上部向下部單調(diào)減小的溫度梯度的溫度空間8，而可減小能量的損失。
并且，加熱裝置4并不局限于電熱絲，其可以采用應(yīng)用于熱壁式的退火爐(annealing furnace)或者CVD(化學(xué)氣相沉積Chemical VaporDeposition)裝置等熱處理裝置中的，例如高頻加熱裝置、燈具加熱裝置等公知的加熱裝置。
利用上述結(jié)構(gòu)，通過在處理室3內(nèi)改變晶片10的設(shè)置位置，而可以控制晶片10的基板溫度的升降。
其中，根據(jù)圖6所示系統(tǒng)LSI的熱活化處理的實(shí)例，對(duì)晶片10的熱處理方法進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
首先，使承載在支撐臺(tái)5上的晶片10導(dǎo)入至在腔室2的處理室3內(nèi)形成的溫度空間8的下部低溫區(qū)域(第一溫度，例如位置B)，并且通過在該位置保持一段時(shí)間來進(jìn)行加熱。此時(shí)，晶片10所保持的位置，只要是幾乎不會(huì)因離子注入而對(duì)導(dǎo)入晶片10表面的雜質(zhì)擴(kuò)散造成影響的溫度的750℃～800℃即可。
另外，在該位置處的晶片10的保持時(shí)間例如為30秒左右，晶片10的溫度經(jīng)過該保持時(shí)間而緩慢上升至低溫區(qū)域的溫度(第一基板溫度)。此時(shí)，利用高溫計(jì)7逐次測(cè)量熱處理中的晶片10的溫度，因此，例如當(dāng)高溫計(jì)7的測(cè)量值上升較快(升溫速度快)時(shí)，驅(qū)動(dòng)支撐棒6的驅(qū)動(dòng)裝置將支撐棒6向著從腔室2拔出的方向移動(dòng)，可以使升溫速度下降。相反，當(dāng)高溫計(jì)7的測(cè)量值上升緩慢(升溫速度慢)時(shí)，驅(qū)動(dòng)支撐棒6的驅(qū)動(dòng)裝置將支撐棒6向著插入腔室2內(nèi)的方向移動(dòng)，而可使升溫速度提高。
當(dāng)經(jīng)過在上述溫度空間8的低溫區(qū)域中的保持時(shí)間后，將晶片10向進(jìn)行雜質(zhì)熱活化處理所需要的熱處理溫度(第二溫度)，例如形成900℃～1100℃的溫度空間8中部的中溫區(qū)域(位置C)移動(dòng)。該移動(dòng)經(jīng)過例如5～10秒左右的時(shí)間，其間，使晶片10的溫度上升。此時(shí)，按照如上所述，可以根據(jù)高溫計(jì)7的測(cè)量值，使驅(qū)動(dòng)裝置改變支撐棒6的插入位置，以此來調(diào)整升溫速度。然后，在晶片10達(dá)到所需要的熱處理溫度(第二基板溫度)的狀態(tài)下，使晶片10在該位置上、在基板溫度為熱處理溫度的狀態(tài)下保持10秒左右，進(jìn)行雜質(zhì)擴(kuò)散層的熱活化處理。
如上所述，根據(jù)上述說明的方法，在溫度空間8的低溫區(qū)域的升溫過程、達(dá)到熱處理溫度的升溫過程、以及熱處理溫度下的熱處理過程中，因?yàn)轵?qū)動(dòng)裝置根據(jù)高溫計(jì)7的測(cè)量值改變支撐棒6(支撐臺(tái)5)在處理室3內(nèi)的位置，因此，可以進(jìn)行精密的熱處理。
另外，通過在處于放射平衡狀態(tài)的溫度空間8的低溫區(qū)域中緩慢加熱晶片10，可以使溫度空間8的低溫區(qū)域和晶片10達(dá)到大致放射平衡狀態(tài)，即，即使是如圖6所示，混合搭載有全表面形成氮化硅膜132的存儲(chǔ)部13、和未形成有氮化硅膜132的邏輯部12的晶片10，也可以在不發(fā)生局部溫度差而使基板溫度上升。特別是，對(duì)于熱處理來說，當(dāng)達(dá)到熱處理溫度后、在超過0秒并在60秒以下的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的短時(shí)間熱處理的情況下，如上所述，通過在不對(duì)晶片10上雜質(zhì)擴(kuò)散造成影響的溫度下，使其與溫度空間8處于放射平衡狀態(tài)，可以顯著減少基板溫度的面內(nèi)差異。
并且，與現(xiàn)有的燈式RTP裝置通過從燈具放射的可見光區(qū)域到紅外區(qū)域的短波長(zhǎng)一側(cè)(近紅外區(qū)域)的電磁波進(jìn)行晶片10的加熱相比，在圖1所示本發(fā)明所涉及的熱處理裝置1中，是利用處于放射平衡狀態(tài)的溫度空間8放射的輻射熱、即長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外線(遠(yuǎn)紅外線)來進(jìn)行的。在該波長(zhǎng)區(qū)域上，構(gòu)成半導(dǎo)體集成電路的材料膜的放射率不依賴于材質(zhì)，幾乎為恒定。因此，即使是圖6所示，混合搭載有全表面具有氮化硅膜132的存儲(chǔ)部13和邏輯部12的晶片10，也可以抑制在熱處理中的晶片10的溫度分布上產(chǎn)生溫度差異。
圖3表示對(duì)通過離子注入而形成劑量(dose)超過1015/cm3的擴(kuò)散層的晶片，在使用本發(fā)明的熱處理裝置中進(jìn)行熱活化處理時(shí)的薄膜電阻的面內(nèi)均勻性的示意圖。
在圖3中，橫軸對(duì)應(yīng)于在晶片10上形成的規(guī)定材料(圖6中所述氮化硅膜132)的圖案的基板覆蓋總面積相對(duì)于晶片面積的比(稱為圖案面積率)。另外，橫軸對(duì)應(yīng)于將熱處理后所得晶片10的雜質(zhì)擴(kuò)散薄膜(sheet)電阻的±3σ極差(range)(σ標(biāo)準(zhǔn)差)，用該所得的數(shù)據(jù)的平均值除得的值(薄膜電阻均勻性)。
另外，作為比較例，在圖3中，顯示利用現(xiàn)有技術(shù)的燈式RTP裝置，在相同條件下進(jìn)行注入的雜質(zhì)擴(kuò)散層薄膜電阻均勻性的數(shù)據(jù)。其中，在圖3中，用黑色圓點(diǎn)表示的數(shù)據(jù)為本發(fā)明的實(shí)施例(熱壁方式)，中空菱形表示的數(shù)據(jù)為比較例(燈具加熱式)。
從圖3可知，使用本發(fā)明的熱處理裝置與現(xiàn)有技術(shù)的燈式RTP裝置相比，各圖案面積率的薄膜電阻均勻性較小，薄膜電阻的面內(nèi)差異得到改善。另外，利用本發(fā)明，使各圖案面積率之間的差異變小。
另外，圖4是表示上述雜質(zhì)擴(kuò)散層的薄膜電阻對(duì)圖案面積率的依賴性的示意圖。在圖4中，橫軸表示圖案面積率，縱軸表示薄膜電阻。并且，在圖4中，用中空菱形表示的數(shù)據(jù)是利用現(xiàn)有技術(shù)的燈式RTP裝置在相同條件下形成雜質(zhì)擴(kuò)散層的薄膜電阻的比較例。
如圖4所示，利用本發(fā)明涉及的熱處理，使由于圖案面積率導(dǎo)致的薄膜電阻變化減小。另外，在RTP中，可知熱處理溫度和熱處理結(jié)果的薄膜電阻之間有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過事先求得兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而可以由薄膜電阻求得實(shí)際的熱處理溫度(例如，參見日本專利特開2004-39776號(hào))。利用該方法，由薄膜電阻求得的溫度差(溫度差異)，現(xiàn)有技術(shù)的例中為4.3℃，與此相對(duì)，用本發(fā)明的方法達(dá)到極小的1.5℃，在實(shí)用上，該差異不會(huì)導(dǎo)致發(fā)生問題(例如，晶體管性能差異很小)。
因此，利用本發(fā)明，對(duì)于圖案面積率不同的晶片，在相同條件下進(jìn)行熱處理時(shí)，也可以得到相同的熱處理效果，即對(duì)于離子注入層的相同活化效果(相同結(jié)合深度，相同薄膜電阻)。而且，本發(fā)明不局限于雜質(zhì)擴(kuò)散層的熱活化處理，還可以應(yīng)用于為了形成例如薄氧化膜或氮化膜而進(jìn)行的氧化或氮化等熱處理。此時(shí)，可在晶片面內(nèi)得到均勻的薄膜。
另外，如上所述利用本發(fā)明的RTP，熱處理溫度的均勻性不僅在以圖6所示氮化硅膜132為處理對(duì)象時(shí)有效，對(duì)于將多種材料的不同膜層積而成的薄膜也可以得到相同的熱處理溫度均勻性。
另外，如上所述，以硅作為晶片材質(zhì)的情況為例進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不局限于硅基板，也同樣適用于以GaAs基板為代表的各種化合物半導(dǎo)體基板，或SOI(絕緣體上外延硅Silicon On Insulator)基板等基板種類不同的情況。
即，根據(jù)本發(fā)明，可以與基板材料無關(guān)，對(duì)一個(gè)芯片內(nèi)、一個(gè)晶片面內(nèi)及多個(gè)晶片間，固定于一個(gè)熱處理?xiàng)l件實(shí)施均勻的熱處理。
即使是，在晶片上存在放射率不同的多種膜、其表面積相互不同的晶片，也可以在大致相同的熱處理?xiàng)l件下進(jìn)行熱處理，因此，在半導(dǎo)體裝置的制造過程中，本發(fā)明對(duì)于熱處理有極好的實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種熱處理方法，其特征在于是對(duì)在基板上形成的、由規(guī)定材料膜構(gòu)成圖案的基板覆蓋面積不同的多個(gè)半導(dǎo)體基板，進(jìn)行RTP、即快速熱處理的熱處理方法，其中，包括如下步驟在第一溫度下，在處于放射平衡狀態(tài)的第一溫度空間內(nèi)設(shè)置所述半導(dǎo)體基板，將該半導(dǎo)體基板升溫至第一基板溫度的升溫步驟；在與所述第一溫度相比為高溫的第二溫度下，在處于放射平衡狀態(tài)的第二溫度空間內(nèi)設(shè)置所述升溫后的半導(dǎo)體基板，將該半導(dǎo)體基板升溫至第二基板溫度的升溫步驟；和通過將所述升溫至第二基板溫度的半導(dǎo)體基板在該第二基板溫度維持規(guī)定時(shí)間，來進(jìn)行熱處理的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述熱處理方法，其特征在于使所述第一基板溫度、所述第二基板溫度以及所述第二基板溫度的維持時(shí)間大致相同，以單片式對(duì)所述多個(gè)半導(dǎo)體基板進(jìn)行處理。
3.如權(quán)利要求1所述熱處理方法，其特征在于所述第一溫度空間和所述第二溫度空間由連續(xù)的溫度空間構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述熱處理方法，其特征在于所述第一溫度空間和所述第二溫度空間由連續(xù)的溫度空間構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述熱處理方法，其特征在于所述第二基板溫度的維持時(shí)間為60秒以下的有限時(shí)間。
6.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述熱處理方法，其特征在于所述規(guī)定材料膜為氮化硅膜或多晶硅膜。
7.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述熱處理方法，其特征在于在所述半導(dǎo)體基板上形成邏輯回路和存儲(chǔ)回路，由所述規(guī)定的材料膜構(gòu)成的圖案是構(gòu)成存儲(chǔ)回路的圖案。
8.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述熱處理方法，其特征在于所述熱處理為，在所述半導(dǎo)體基板上形成的離子注入擴(kuò)散層的活化處理。
9.一種熱處理方法，其特征在于是對(duì)基板材料不同的多個(gè)半導(dǎo)體基板，進(jìn)行RTP、即快速熱處理的熱處理方法，其中，包括如下步驟在第一溫度下，在處于放射平衡狀態(tài)的第一溫度空間內(nèi)設(shè)置所述半導(dǎo)體基板，將該半導(dǎo)體基板升溫至第一基板溫度的升溫步驟；在與所述第一溫度相比為高溫的第二溫度下，在處于放射平衡狀態(tài)的第二溫度空間內(nèi)設(shè)置所述升溫后的半導(dǎo)體基板，將該半導(dǎo)體基板升溫至第二基板溫度的升溫步驟；和通過將所述升溫至第二基板溫度的半導(dǎo)體基板在該第二基板溫度維持一定時(shí)間，來進(jìn)行熱處理的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述熱處理方法，其特征在于使所述第一基板溫度、所述第二基板溫度、及所述熱處理的維持時(shí)間大致相同，以單片式對(duì)所述多個(gè)半導(dǎo)體基板進(jìn)行處理。
11.一種熱處理裝置，其特征在于是以單片式進(jìn)行半導(dǎo)體基板的RTP、即快速熱處理的熱處理裝置，包括在進(jìn)行熱處理的處理室內(nèi)，具有垂直方向的上部為高溫的溫度梯度，并且形成處于放射平衡狀態(tài)的溫度空間的加熱裝置；可在承載所述半導(dǎo)體基板的同時(shí)，在所述處理室內(nèi)部、在垂直方向上移動(dòng)而設(shè)置的基板支撐臺(tái)；和檢測(cè)在所述基板支撐臺(tái)上承載的半導(dǎo)體基板的基板溫度的基板溫度檢測(cè)裝置，其中，根據(jù)所述基板溫度檢測(cè)裝置所檢測(cè)的基板溫度，使所述半導(dǎo)體基板在所述溫度空間中沿垂直方向移動(dòng)，來進(jìn)行所述熱處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱處理方法及熱處理裝置，其不依賴于在晶片上形成的回路圖案的面積、圖案的設(shè)置以及構(gòu)成回路的膜的材料等，可以在大致相同的熱處理?xiàng)l件下進(jìn)行熱處理。將晶片(10)導(dǎo)入利用加熱裝置(4)在容器(2)內(nèi)形成的處于放射平衡狀態(tài)的溫度空間(8)的下部低溫區(qū)域(垂直方向位置B)并對(duì)其進(jìn)行保持，使基板溫度緩慢上升至750℃～800℃。然后，將晶片導(dǎo)入溫度空間(8)的高溫區(qū)域(垂直方向位置C)并對(duì)其進(jìn)行保持，使基板溫度上升至熱處理溫度，并且，實(shí)施規(guī)定時(shí)間的熱處理。從而，可以不依賴于晶片(10)的狀態(tài)(氮化硅膜、多晶硅膜的基板覆蓋面積比例)，來進(jìn)行均勻的熱處理。
文檔編號(hào)H01L21/324GK1822321SQ200610007750
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月18日
發(fā)明者川瀬文俊, 柴田聰 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社