RU2027255C1

RU2027255C1 - Device for pulse thermal treatment of semiconductor plates

Info

Publication number: RU2027255C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Светличный; Д.А. Сеченов; В.В. Поляков
Original assignee: Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: device has working chamber with set of tubular lamps, substrate holder, mechanism for transporting container together with cassettes, mechanism for transporting semiconductor plate into working chamber, two-side cleaning chamber disposed ahead the working chamber. Cleaning chamber has UV-radiation lamps, gas inlet-outlet valves, vacuum sealing disposed between the working chamber and cleaning chamber. Working chamber has quartz window and is equipped additionally with UV-radiation lamp provided with spherical reflector and vacuum valve. EFFECT: improved efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии интегральных микросхем, а именно к устройствам термообработки, и может быть использовано для очистки полупровод- никовых пластин, а также последующего фотостимулированного импульсного отжига полупроводниковых структур. The invention relates to integrated circuit technology, namely to heat treatment devices, and can be used to clean semiconductor wafers, as well as subsequent photostimulated pulse annealing of semiconductor structures.

Известен способ термообработки тонких поликристаллических пленок, заключающийся в одновременном использовании термообработки и облучения ультрафиолетовым светом, причем термообработку проводят с помощью линейного нагревателя, перемещающегося с определенной скоростью вдоль поверхности пленки [1]. A known method of heat treatment of thin polycrystalline films, which consists in the simultaneous use of heat treatment and irradiation with ultraviolet light, and heat treatment is carried out using a linear heater moving at a certain speed along the surface of the film [1].

Недостатком вышеописанного способа являются градиенты температуры, возникающие при нагреве передвигающимся линейным нагревателем, и, как следствие, термические напряжения полупроводниковой пластины при термообработке, приводящие к снижению выхода годных изделий. The disadvantage of the above method is the temperature gradients that occur when heated by a moving linear heater, and, as a result, the thermal stresses of the semiconductor wafer during heat treatment, leading to a decrease in the yield of suitable products.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для импульсной термической обработки полупроводниковых пластин, содержащее рабочую камеру с системой трубчатых ламп, подложкодержатель, механизм транспортировки кассеты с полупроводниковыми пластинами, механизм транспортировки полупроводниковой пластины в рабочую камеру [2]. The closest in technical essence to the invention is a device for pulsed heat treatment of semiconductor wafers containing a working chamber with a system of tubular lamps, a substrate holder, a mechanism for transporting a cartridge with semiconductor wafers, a mechanism for transporting a semiconductor wafer to a working chamber [2].

Недостатками устройства являются сравнительно невысокий процент выхода годных изделий из-за гарязнения полупроводниковых пластин органическим материалами механизма транспортировки, невозможности проведения отжига в различных средах - воздухе, инертных газах и вакууме, а также низкие функциональные возможности из-за невозможности проведения термообработки с применением фотостимулированного воздействия на обрабатываемую полупроводниковую структуру. The disadvantages of the device are the relatively low percentage of suitable products due to the charging of semiconductor wafers with organic materials of the transport mechanism, the impossibility of annealing in various environments - air, inert gases and vacuum, as well as low functionality due to the inability to conduct heat treatment using photostimulated exposure processed semiconductor structure.

Цель изобретения - увеличение выхода годных изделий и расширение функциональных возможностей устройства. The purpose of the invention is to increase the yield of products and expand the functionality of the device.

Цель достигается тем, что устройство, содержащее рабочую камеру с системой трубчатых ламп, подложкодержатель, механизм транспортировки кассеты с полупроводниковыми пластинами, механизм транспортировки полупроводниковой пластины в рабочую камеру дополнительно включает расположенную перед рабочей камерой и сообщающуюся с ней камеру двухсторонней очистки полупроводниковых пластин, содержащую лампы ультрафиолетового излучения, клапаны ввода-вывода газа, а также вакуумное уплотнение, расположенное между рабочей камерой и камерой очистки, а рабочая камера выполнена с кварцевым окном и дополнительно оснащена лампой ультрафиолетового излучения со сферическим отражателем и вакуумным клапаном, причем размеры кварцевого окна равны размерам обрабатываемой пластины. The goal is achieved in that the device comprising a working chamber with a system of tubular lamps, a substrate holder, a mechanism for transporting a cartridge with semiconductor wafers, a mechanism for transporting a semiconductor wafer to a working chamber further includes a two-sided cleaning chamber of the semiconductor wafers in front of the working chamber and communicating with it, containing ultraviolet lamps radiation, gas I / O valves, as well as a vacuum seal located between the working chamber and the cleaning chamber tissue, and the working chamber is made with a quartz window and is additionally equipped with a UV lamp with a spherical reflector and a vacuum valve, and the dimensions of the quartz window are equal to the dimensions of the plate being processed.

Сравнение признаков заявляемого объекта с признаками прототипа позволяет выделить следующие новые существенные признаки: новая совокупность конструктивных элементов и узлов: камера двухсторонней очистки, содержащая лампы ультрафиолетового излучения, клапаны ввода-вывода газа и вакуумное уплотнение; рабочая камера дополнительно оснащена лампой ультрафиолетового излучения со сферическим отражателем и вакуумным клапаном; размеры кварцевого окна равны размерам обрабатываемой пластины; взаимное расположение (взаимосвязь) деталей и узлов: дополнительно включает расположенную перед рабочей камерой и сообщающуюся с ней камеру двухсторонней очистки; вакуумное уплотнение, расположенное между рабочей камерой и камерой очистки. A comparison of the features of the claimed object with the features of the prototype allows us to highlight the following new significant features: a new set of structural elements and components: a two-sided cleaning chamber containing ultraviolet radiation lamps, gas I / O valves and a vacuum seal; the working chamber is additionally equipped with an ultraviolet lamp with a spherical reflector and a vacuum valve; the size of the quartz window is equal to the size of the processed plate; mutual arrangement (interconnection) of parts and assemblies: additionally includes a two-sided cleaning chamber located in front of the working chamber and connected to it; vacuum seal located between the working chamber and the cleaning chamber.

Поскольку заявленное решение имеет существенные признаки по сравнению с прототипом, то оно отвечает криитерию "новизны". Since the claimed solution has significant features in comparison with the prototype, it meets the criteria of "novelty."

Поскольку отмеченные существенные признаки не обнаружены в известных технических решениях, то заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". Since the noted essential features were not found in the known technical solutions, the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства. Figure 1 shows a diagram of the proposed device.

Устройство содержит рабочую камеру 1 с системой трубчатых ламп 2, подложкодержатель 3, механизм транспортировки кассеты с полупроводниковыми пластинами 4, механизм транспортировки полупроводниковой пластины 5, камеру 6 очистки ультрафиолетовым излучением ламп 7, содержащую клапаны 8 ввода-вывода газа, вакуумное уплотнение 9 и вакуумный клапан 10. В рабочей камере 1 расположена ультрафиолетовая лампа 11, сферический отражатель 12, оптически прозрачное кварцевое окно 13, имеющее размеры обрабатываемой полупроводниковой пластины 14. The device comprises a working chamber 1 with a system of tube lamps 2, a substrate holder 3, a mechanism for transporting a cassette with semiconductor wafers 4, a mechanism for transporting a semiconductor wafer 5, an ultraviolet radiation cleaning chamber 6 of the lamps 7, containing gas inlet / outlet valves 8, a vacuum seal 9, and a vacuum valve 10. In the working chamber 1 is an ultraviolet lamp 11, a spherical reflector 12, an optically transparent quartz window 13, having the dimensions of the processed semiconductor wafer 14.

На фиг.2 приведена техническая реализация вакуумного уплотнения 9. Figure 2 shows the technical implementation of the vacuum seal 9.

Устройство работает следующим образом. По команде с устройства управления (на фиг. 1 не показано) подложкодержатель 3 захватывает полупроводниковую пластину 14 и механизм 5 транспортировки перемещает подложкодержатель 3 в камеру 6 очистки, после чего включаются лампы 7 ультрафиолетового излучения и клапаны 8 ввода-вывода газов, управляемые устройством управления. Отработав режим, заданный устройством управления, лампы 7 и клапаны 8 отключаются и механизм 5 транспортировки перемещает полупроводниковую пластину 14 в рабочую камеру 1 через открытое вакуумное уплотнение 9. Далее, при необходимости, вакуумное уплотнение 9 зажимает подложкодержатель 3 и открывается вакуумный клапан 10, через который откачивается воздух. При достижении необходимого вакуума в рабочей камере 1 устройство управления подает команду на включение трубчатых ламп 2 и ультрафиолетовой лампы 11. После проведения заданного режима фотостимулированного отжига устройство управления отключает лампы 2 и 11, напускает воздух через клапан 10, открывает вакуумное уплотнение 9 и подложкодержатель 3, механизм 5 транспортировки, управляемый устройством управления опускает обработанную пластину в кассету (кассета на фиг.1 не показана), расположенную в механизме транспортировки кассеты 4. Далее в подложкодержатель захватывается следующая полупроводниковая пластина. The device operates as follows. On command from the control device (not shown in Fig. 1), the substrate holder 3 captures the semiconductor wafer 14 and the transport mechanism 5 moves the substrate holder 3 into the cleaning chamber 6, after which the UV lamps 7 and the gas input / output valves 8 controlled by the control device are turned on. After operating the mode specified by the control device, the lamps 7 and valves 8 are turned off and the transport mechanism 5 moves the semiconductor wafer 14 into the working chamber 1 through the open vacuum seal 9. Then, if necessary, the vacuum seal 9 clamps the substrate holder 3 and the vacuum valve 10 opens, through which air is pumped out. When the required vacuum in the working chamber 1 is reached, the control device gives a command to turn on the tube lamps 2 and the ultraviolet lamp 11. After a predetermined photostimulated annealing is carried out, the control device turns off the lamps 2 and 11, lets air in through the valve 10, opens the vacuum seal 9 and the substrate holder 3, the transport mechanism 5, controlled by the control device, lowers the processed plate into the cassette (the cassette in figure 1 is not shown) located in the transport mechanism of the cassette 4. Next, in the semiconductor holder is captured by the next semiconductor wafer.

Устройство импульсной термической обработки полупроводниковых пластин может работать в режиме отжига проточного газа. При этом, после того, как полупроводниковая пластина 14 окажется в рабочей камере 1, вакуумное уплотнение 9, вакуумный клапан 10 и клапан 8 ввода газов открыты. Инертный газ через клапан 8 попадает в камеру 1 через открытое вакуумное уплотнение 9 и, обдувая полупроводниковую пластину 14, выходит через отверстие клапана 10 (поток газа 15). Управление отжигом (временем свечения ламп и их включением-выключением) осуществляется по вышеописанному алгоритму, отрабатываемому программным устройством управления. The device pulse heat treatment of semiconductor wafers can operate in the mode of annealing flowing gas. In this case, after the semiconductor wafer 14 is in the working chamber 1, the vacuum seal 9, the vacuum valve 10 and the gas inlet valve 8 are open. Inert gas through the valve 8 enters the chamber 1 through the open vacuum seal 9 and, blowing the semiconductor wafer 14, exits through the opening of the valve 10 (gas stream 15). The annealing (the time of the lamp glow and their on-off) is controlled by the above-described algorithm, worked out by the software control device.

Предлагаемое устройство применяют для очистки полупроводниковых пластин ультрафиолетовым излучением, а также последующего фотостимулированного отжига ионно-легированных слоев, улучшения адгезии пленок контактно-металлизационной системы и рекристаллизации диэлектрических слоев в различных средах: вакууме, воздухе и потоке инертного газа. Камеры отжига и очистки выполнены из нержавеющей стали, полированной изнутри с водоохлаждаемыми поверхностями. Вакуумное уплотнение 9 представляет собой две пластины фторопласта с прорезями под захват подложкодержателя 3, приводимые в движение электромагнитами (фиг. 2). В качестве трубчатых излучателей использованы галогенные лампы накаливания типа КГ220-1500, а источниками ультрафиолетового излучения - ДРШ500-3. The proposed device is used for cleaning semiconductor wafers with ultraviolet radiation, as well as subsequent photostimulated annealing of ion-doped layers, improving the adhesion of films of a contact-metallization system and recrystallization of dielectric layers in various media: vacuum, air and inert gas flow. Annealing and cleaning chambers are made of stainless steel, polished inside with water-cooled surfaces. The vacuum seal 9 is two fluoroplastic plates with slots for gripping the substrate holder 3, driven by electromagnets (Fig. 2). As tube emitters, halogen incandescent lamps of the KG220-1500 type were used, and DRSh500-3 sources of ultraviolet radiation.

Сравнительный анализ прототипа показывает, что его возможности исчерпываются полуавтоматической импульсной термической обработкой полупроводниковых структур, не позволяющей проводить очистку, фотостимулированный отжиг и отжиг в различных средах. Кроме того, введение фотостимулированного воздействия на полупроводниковую пластину во время импульсной термической обработки позволяет ускорить процесс отжига за счет взаимодействия фотонов с облучаемой пластиной, что в совокупности с очисткой перед операцией отжига позволяет повысить выход годных и увеличить плотность компоновки микросхем. A comparative analysis of the prototype shows that its capabilities are exhausted by semi-automatic pulsed heat treatment of semiconductor structures, which does not allow cleaning, photostimulated annealing and annealing in various environments. In addition, the introduction of a photostimulated effect on the semiconductor wafer during pulsed heat treatment accelerates the annealing process due to the interaction of photons with the irradiated wafer, which, combined with cleaning before the annealing operation, can increase the yield and increase the density of the microcircuit layout.

В соответствии с вышеизложенными преимуществами, использование предлагаемого устройства в производстве интегральных схем позволит улучшить технологические характеристики процесса импульсной термической обработки, увеличить процент выхода годных изделий. In accordance with the above advantages, the use of the proposed device in the production of integrated circuits will improve the technological characteristics of the pulse heat treatment process, increase the percentage of suitable products.

Claims

1. DEVICE FOR PULSE THERMAL TREATMENT OF SEMICONDUCTOR PLATES, containing a working chamber with a system of tubular lamps, a substrate holder, a mechanism for transporting a cartridge with semiconductor wafers, a mechanism for transporting a semiconductor wafer to a working chamber, characterized in that, in order to increase the yield of products and expand the functionality device, it additionally includes located in front of the working chamber and communicating with her camera two-sided cleaning of semiconductor a plate containing ultraviolet radiation lamps, gas I / O valves, and a vacuum seal located between the working chamber and the cleaning chamber, and the working chamber is made with a quartz window and is additionally equipped with a UV lamp with a spherical reflector and a vacuum valve.

2. The device according to claim 1, characterized in that the dimensions of the quartz window are equal to the dimensions of the processed plate.