半导体器件的制造方法技术

一种半导体器件的制造方法，其特征为： 包括： 半导体衬底内的至少一部分形成含有杂质的，且吸收红外线的半导体层的工序（ａ）； 通过红外线照射上述半导体衬底，在所定的工序温度下对上述半导体衬底进行热处理的工序（ｂ）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，特别是涉及用红外线进行热处理的。以前所使用的有代表性的热处理晶片的方法，例举了快速热成法(RTP＝Rapid Thermal Processing)。这是高温短时间处理可能的光照方法。快速热成法(RTP)装置中，一般是使用卤钨灯(Tungsten Halogen Lamp)的波长为0.4μm～5.0μm的光照射晶片，通过晶片的光吸收进行加热。还有，在晶片的温度测定中使用了高温计(Pyrometer)(放射温度计)，用以检测晶片背面射出的红外线，通过测定其强度来确定温度。以下通过图说明从前的快速热成法(RTP)。图6，是表示以前的快速热成法(RTP)装置的概要图。一直以来使用的快速热成法(RTP)装置，包括为加热半导体衬底102的卤钨灯101、为测定半导体衬底102温度的高温计103、为控制卤钨灯101发光的控制器104、以及卤钨灯101的驱动器105。且，这个高温计103，通过检测透过晶片射出的红外线进行温度测定。在快速热成法(RTP)装置上，为提高表面内的温度控制性设置了复数个高温计103，形成可以测定半导体衬底102的复数个点的温度测定的状态。并且，温度的测定结果传送给快速热成法(RTP)装置的控制器104。接下来，控制器104，将基于测定结果的卤钨灯101发光信息(发射灯的设定值)传送给驱动器105，这样，由驱动器驱动的卤钨灯101就根据发光信息进行发光照射。图7，是表示用快速热成法(RTP)装置进行处理时以前的温度曲线图的一个例子。图中的横轴表示时间，纵轴表示温度。图中表示了五个高温计所测定的值。如图7所示，以前的快速热成法(RTP)，按照顺序由预热阶段、稳定阶段、升温阶段、工序温度处理阶段及降温阶段构成。这儿所表示的例子，首先，预热晶片的步骤约有10秒钟，其后，至可确保高温计的控制性的温度区域为止加热晶片，并使晶片内表面的温度一定。这个阶段称为稳定阶段，约进行15秒。接下来，晶片的各部分到达所定温度后，进行上升到工序温度为止的升温过程，在工序温度下对晶片进行30秒钟的热处理。随后，关闭照射灯降温。在此，低于工序温度的温度区域内使晶片内的温度一定，是为了在工序温度处理中，减小晶片表面内的温度偏差。且，这儿所表示的温度曲线图只是快速热成法(RTP)的一个例子，对应于半导体器件设计的处理时间或处理温度所发生的变化。(专利技术所要解决的课题)如从图7所示的温度曲线图可知，以前的快速热成法(RTP)中，在工序温度处理阶段，能够看到晶片表面内的温度偏差。为了满足产品的性能规格，对快速热成法(RTP)的工序温度的精度要求了在温度曲线图基础上的±2.5℃范围内，而图7所示的以前的方法确未必能满足这个要求。最新的半导体器件中，即有快速热成法(RTP)的工序温度处理时间在10秒以下的情况，也有在瞬间最高温度热处理上增加峰值退火的情况，在这样的情况下，上述加热温度不均一是致命的问题。为了防止这种不良的情况，提高低温控制性存在使用可见光源的灯光，或者是改变高温计、快速热成法(RTP)装置的热处理室的构造等方法，但是，装置本身价格昂贵，或者是很难对应大幅度温度变化的热处理温度，所以并不是十分有效的对策。
技术实现思路
本专利技术的目的，是提供一种即能取得快速热成法(RTP)温度控制性的提高，又可廉价降低晶片表面内的温度偏差的。(解决课题的手段)本专利技术的，包括在半导体衬底内的至少一部分形成含有杂质的且吸收红外线的半导体层的工序(a)和通过用红外线照射上述半导体衬底，在所定的工序温度下对上述半导体衬底上进行热处理的工序(b)。根据这个方法，在工程(b)中，即便是在低温区域也可由自由载流子吸收进行半导体层吸收红外线，也就可以有效地加热半导体衬底，缩短预热阶段的时间。上述工序(b)，还包括检测从上述半导体衬底散发出来的红外线放射光的工序(b1)和根据上述红外线放射光的强度来测定上述半导体衬底的温度而控制上述红外线发光强度的工序(b2)，由此，可以控制使工序(b)中的半导体衬底的温度偏差变小。特别是，在低温区域半导体层由自由载流子吸收层吸收红外线并不使其穿过，即可以正确测定从半导体衬底背面散射出来的红外线散射光，所以可以提高低温区域的温度控制性。而且，这种作法是利用和以前一样的热处理装置，也就不会增加制造成本。为此，根据本专利技术的，即便是必须进行热处理的精密半导体器件，也可以在不降低其性能的情况下而进行制造。由于上述的半导体衬底是硅衬底，而且上述红外线的波长在0.2μm以上5.0μm以下的范围内，即便是在低温区域，这个范围波长的红外线也能被半导体层有效地吸收，所以，可以提高工序(b)的热处理时的温度控制性。上述工序(b)，在进行上述工序温度的加热处理以前使衬底处在低于上述工序温度的环境中，包含稳定衬底温度的工序，由此，就可以降低衬底内的温度偏差，还可以进行更高精度的半导体衬底的热处理。在上述稳定衬底温度的工序中，最好的是上述衬底温度在700℃以下。还有，在上述稳定衬底温度的工序中，更好的是为了保持半导体器件的特性而使上述衬底温度在600℃以下。上述工序(b1)，通过检测上述衬底背面散射的红外线，可以正确控制照射红外线的发光程度。特别是在将检出红外线散射光的高温计设置在衬底背面的情况下，由自由载流子吸收半导体层可以防止红外线的透过，所以与以前的方法相比更正确的温度控制就成为了可能。在上述工序(a)中所形成的上述半导体层，从平面角度看是设置在上述半导体衬底的全表面上的，由此，在工序(b)中可以更正确地进行衬底温度的控制。上述半导体层所包含的杂质的平均浓度最好的是在3×1018cm-3以上5×1022cm-3以下。若是杂质的平均浓度低于3×1018cm-3则半导体层就无法充分吸收红外线，在工序(b)中的低温区域的温度控制也就不能正确进行。还有，5×1022cm-3为半导体衬底中可能注入杂质的浓度的上限。由于上述半导体层的厚度在1μm以上，半导体层可以充分地吸收红外线，就可以此以前的作法提高工序(b)中的温度控制性。还有，特别好的是上述半导体层的厚度在3μm以上。上述工序(a)，是使用了分子中包含了杂质的气体的杂质热扩散工序，上述半导体层也可以设置在上述半导体衬底的背面。上述工序(a)中，通过离子注入形成上述半导体层亦可。上述工序(a)中，通过气相沉积法(CVD＝Chemical Vapor Deposition)外延生长含有杂质的上述半导体层亦可。上述工序(a)中，还包含粘合由半导体制成的复数衬底而形成上述半导体衬底的工序，上述复数衬底中的至少一个衬底具有半导体层即可。这个方法，最好的是半导体衬底使用SOI衬底的情况等。上述工序(a)之后，还包括在上述半导体衬底上形成上述半导体元件的工序，此时上述工序(b)，做为在上述半导体衬底上形成上述半导体元件的工序的一部分而进行，又由于可以在半导体元件形成前设置半导体层，所以不需妨碍半导体元件的形成工序就可以形成半导体层。图2(a)和图2(b)，是表示使用在本专利技术的第一实施方式中的半导体器件制造方法的半导体衬底的断面图及这个半导体器件的平面图。图3，是表示本实施方式的快速热成法(RTP)工序中温度曲线一例的图。图4，是表示自由载流子吸收层的厚度和衬底温度偏差关系的图。图5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体器件的制造方法，其特征为包括半导体衬底内的至少一部分形成含有杂质的，且吸收红外线的半导体层的工序(a)；通过红外线照射上述半导体衬底，在所定的工序温度下对上述半导体衬底进行热处理的工序(b)。2.根据权利要求第1项所述的半导体器件的制造方法，其特征为上述工序(b)还包括检测从上述半导体衬底散发出来的红外线放射光的工序(b1)；根据上述散发的红外线散射光的强度来测定上述半导体衬底的温度，从而控制上述照射灯的红外线发光强度的工序(b2)。3.根据权利要求第1项所述的半导体器件的制造方法，其特征为上述半导体衬底是硅衬底；上述红外线的波长在0.2μm以上5.0μm以下的范围内。4.根据权利要求第1项所述的半导体器件的制造方法，其特征为上述工序(b)，包含在进行上述工序温度下的加热处理以前使衬底处在低于上述工序温度的环境中，稳定衬底温度的工序。5.根据权利要求第1项所述的半导体器件的制造方法，其特征为在上述稳定衬底温度的工序中，上述衬底温度在700℃以下。6.根据权利要求第1项所述的半导体器件的制造方法，其特征为在上述稳定衬底温度的工序中，上述衬底温度在600℃以下。7.根据权利要求第2项所述的半导体器件的制造方法，其特征为在上述工序(b1)中，检测从上述衬底背面散射出来的红外线散射光。8.根据权利要求第1项所述的半导体器件的制造方法，其特征为上述工序(a)中所形成的上述半导体层，从平...

【专利技术属性】
技术研发人员：庭山雅彦，米田健司，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：