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公開番号2025024509
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-20
出願番号2023128675
出願日2023-08-07
発明の名称熱処理方法
出願人株式会社SCREENホールディングス,兵庫県公立大学法人
代理人個人,個人
主分類H01L 21/26 20060101AFI20250213BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】与える熱量の増大を抑制しつつ準安定相で強誘電性を発現する薄膜に良好な強誘電性を発現させる熱処理方法を提供する。
【解決手段】準安定相で強誘電性を発現する酸化ハフニウム基膜が形成された半導体ウェハー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1秒以下加熱するミリ秒アニールを実行する。ミリ秒アニールは、半導体ウェハーの表面が第1の昇温レートで昇温する第1フラッシュ加熱および当該表面がより高い第2の昇温レートで昇温する第2フラッシュ加熱で構成される2段階のフラッシュ加熱を含む。これにより、半導体ウェハーに与える熱量の増大を抑制しつつ、酸化ハフニウム基膜を高温に昇温して良好な強誘電性を発現させることができる。
【選択図】図12
特許請求の範囲【請求項１】
準安定相になると強誘電性を発現する薄膜を形成した基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
前記基板の表面に光を照射して当該表面を加熱するミリ秒アニール工程を備える熱処理方法。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記ミリ秒アニール工程は、
前記基板の前記表面を第１の昇温レートにて第１の温度にまで昇温する第１アニール工程と、
前記第１アニール工程に続いて、前記基板の前記表面を前記第１の昇温レートよりも高い第２の昇温レートで前記第１の温度よりも高い第２の温度に昇温する第２アニール工程と、
を含む熱処理方法。
【請求項３】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記第１アニール工程の加熱時間は前記第２アニール工程の加熱時間よりも長い熱処理方法。
【請求項４】
請求項３記載の熱処理方法において、
前記第１アニール工程の加熱時間は３ミリ秒以上であり、
前記第２アニール工程の加熱時間は２ミリ秒以下である熱処理方法。
【請求項５】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記第１の温度は、４００℃以上かつ９００℃以下であり、
前記第２の温度は、６００℃以上かつ１２００℃以下である熱処理方法。
【請求項６】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記第１アニール工程および前記第２アニール工程では、フラッシュランプから前記基板の前記表面にフラッシュ光を照射して前記表面を加熱する熱処理方法。
【請求項７】
請求項６記載の熱処理方法において、
前記第１アニール工程の前に、連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を１００℃以上かつ４００℃以下に加熱する予備加熱工程をさらに備える熱処理方法。
【請求項８】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記第２アニール工程の後に、前記基板の温度を低下させる降温工程をさらに備え、
前記降温工程における降温レートは、前記基板の表面を１段階で前記第２の温度に昇温させたときの降温レートに比較して２０％以上高い熱処理方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記薄膜は酸化ハフニウムを主成分とする酸化ハフニウム基膜である熱処理方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化ハフニウム基膜等の準安定相になると強誘電性を発現する薄膜を形成した基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法に関する。処理対象となる基板には、例えば、半導体ウェハー、液晶表示装置用基板、flat panel display（ＦＰＤ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、または、太陽電池用基板などが含まれる。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、強誘電体の性質をメモリに活用しようとする研究が盛んに行われている。強誘電体とは、外部から電界を加えると分極が生じ、外部の電界をゼロにしても分極が残る性質（残留分極）を示す絶縁体である。強誘電体が有するこのような分極特性を利用した高速不揮発メモリの開発が試みられているのである。
【０００３】
強誘電体材料の一例として酸化ハフニウム（ＨｆＯ
２
）をベースとした材料が注目されている。特許文献１，２には、アモルファス相状態の酸化ハフニウム膜を形成し、熱処理を施すことによって酸化ハフニウム膜を結晶化して強誘電体膜とすることが開示されている。特許文献１，２には、酸化ハフニウム膜が強誘電性を発現するためには斜方晶（直方晶）と呼ばれる特定の結晶相を形成する必要があることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－１９５７６７号公報
特開２０１９－２０１１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アモルファス相状態の酸化ハフニウム膜に熱処理を施す際に加える熱量によって得られる結晶相が異なる。強誘電性を発現するために必要な結晶相である斜方晶（直方晶）は不安定な準安定相である。すなわち、強誘電性を発現する結晶相を得るためには熱処理に工夫が必要であり、酸化ハフニウム膜に熱処理を施すときの熱履歴の制御が強誘電体発現のための重要な技術要素となる。
【０００６】
一方、酸化ハフニウム膜に熱処理を施すことによって得られた結晶粒のサイズと、強誘電体の分極特性とには相関関係があるとの報告があり、大きな結晶粒の方が分極特性が良く、良好な強誘電性を示すとされている。サイズの大きな結晶粒を得るためには、酸化ハフニウム膜に相応に大きな熱量を加える必要がある。
【０００７】
また、強誘電体を活用したメモリにおいては、強誘電体膜の膜厚を薄くすることによって、メモリとして特性の高性能化が見込まれる（例えば、低消費電力化など）。但し、酸化ハフニウム膜については、膜厚が薄くなるほど強誘電体性発現に必要な熱量が大きくなる。
【０００８】
このように、酸化ハフニウム膜に良好な強誘電性を発現させるためには、ある程度大きな熱量を加える必要がある。しかしながら、そのような大きな熱量を加えると、酸化ハフニウム膜を成膜するよりも前に形成されている配線やトランジスタの特性を悪化させる懸念が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、与える熱量の増大を抑制しつつ準安定相で強誘電性を発現する薄膜に良好な強誘電性を発現させる熱処理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】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明の第１の態様は、準安定相になると強誘電性を発現する薄膜を形成した基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、前記基板の表面に光を照射して当該表面を加熱するミリ秒アニール工程を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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