CN1118092C - 灯退火装置及灯退火方法 - Google Patents

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Abstract

一种灯退火装置是监视退火时的晶片16的实际温度、由该信号控制加热晶片用的灯加热器14的电力。监视晶片实际温度用的接触式温度传感器的热电偶17在处理室(燃烧室)中被埋入保持晶片的基座12或台座内，且通过在晶片面内的多个位置设置这些热电偶，详细地监视晶片内的实际温度，用该温度，个别地控制各灯14。该装置用于退火工艺，能抑制晶片面内的温度不均。

Description

灯退火装置及灯退火方法
本发明涉及一种灯退火装置及灯退火方法，特别是在半导体装置制造阶段的半导体基片的半导体晶片(以下称为晶片)表面，形成TiN，Ti等金属薄膜后，为了形成这些金属薄膜与基片的电阻接触进行的工序，及注入离子后为了注入原子的电气活化进行的工序的灯退火装置及灯退火方法。
为了防止扩散层不相宜的扩散，在晶片制造中，广泛地应用退火技术。
另一方面，随着晶片的大型化，为了抑制晶片中央部分与周边部的温度差，例如在特开昭61-198735号公报中报导了在晶片的中央部、中间部、周边部安装温度传感器，在上方同心圆形地配置多个环形灯，用从这些温度传感器的信号个别控制向各灯供给的电力的灯退火装置。
但是，在上述已有技术，由于在基座或者处理室内保持晶片的台座上没下任何工夫，所以每一载置晶片上相对灯的晶片表面或者晶片侧面需要安装多个温度传感器。
在晶片表面安装接触式温度传感器时，由于需要的装置工时多，降低作业性，且由于位置的不均产生不相宜。另外，也破损晶片表面的多个安装处所的半导体部件。而且，由于在灯对面的晶片表面安装，温度传感器直接受到来至灯的辐射，不可能正确地检测到晶片自身的温度。
另一方面，在晶片侧表面设置多个辐射温度计作温度传感器时，需要为设置多个幅射温度计的宽空间，使监视晶片面内的各个位置变难。而且，该幅射温度升不到直接测定晶片的温度，且由于因晶片的表面状态显示不同的值，所以不可能按晶片的实际温度正确地进行灯的电力控制。
再有，利用基座，在大型的晶片，例如8英寸以上的晶片的电阻接触退火及离子活化热处理时，由晶片的中央部与周边部的关系，在基座出入方向，存在需要不同电力控制情况，用上述以前的技术，由于是同心圆形设置多个环形灯，所以不可能进行这样情况的所需电力控制。
因此，本发明的目的是提供一种提高作业性，正确探测晶片每个位置温度，由此，使晶片的温度分布均匀的灯退火装置。
本发明的另一目的是提供一种灯退火方法，该方法在大型化的晶片中，能在对晶片的各处精确的电力控制条件下进行电阻接触退火及离子活化退化。
本发明是热处理晶片的灯退火装置，其特征在于具有向处理室送入取出所述半导体晶片，且为保持直接处理的基座或在处理室内保持所述半导体晶片的台座，埋入在所述基座或台座中，在半导体晶片承载表面露出其温度探测部的多个接触式温度传感器，及多个灯(灯加热器)；通过这些温度传感器的信号，能够个别地控制供给各灯的电力。在此，多个所述灯可为切实平行地，且在所述基座的送入和取出方向配置棒形灯。另外，多个所述灯可由切实平行地在第一方向所配置的第一级棒形灯和在与切实平行地所述第一方向垂直的第二方向所配置，与所述第一级从所述晶片的距离不同的第二级棒形灯所构成。还有，所述灯退火装置通过热处理在半导体基片上形成金属薄膜的晶片，是能用作制取所述半导体基板和所述金属薄膜的电阻接触的装置。或者，所述灯退火装置是能活化热处理注入离子到半导体基片的晶片的该离子。
本发明又提供了灯退火方法，其特征在于是使用灯退火装置，该装置具有向处理室送入和取出所述半导体晶片，且为保持直接处理的基座或者在处理室内保持所述半导体晶片的台座，埋入在所述基座或台座中，在半导体晶片承载表面露出其温度探测部的多个接触式温度传感器，及多个灯，通过这些温度传感器的信号，能够个别地控制供给各灯的电力；通过在半导体基片上形成金属薄膜最好TiN膜或Ti膜的半导体晶片的热处理，制取所述半导体基片和所述金属薄膜的电阻接触。或者本发明又为一种灯退火方法，其特征在于是使用灯退火装置，该装置具有向处理室送入和取出所述半导体晶片，且为保持直接处理的基座或者在处理室内保持所述半导体晶片的台座，埋入在所述基座或台座中，在半导体晶片承载表面露出其温度探测部的多个接触式温度传感器，及多个灯，通过这些温度传感器的信号，能够个别地控制供给各灯的电力；在半导体基片上注入离子的半导体晶片，进行该离子电气性的活化热处理。
根据本发明，由于将多个接触式温度传感器埋入在基座或者台座中，每个晶片不需要安装多个温度传感器，因此，提高作业性，且不产生对多个晶片安装位置的不均。
另外，该埋入的接触式温度传感器(热电偶)在基座或者台座的半导体晶片承载表面上露出其温度探测部，即热电偶的前端部。因此，由于作热电偶温度探测部的前端能直接接触到晶片里面，而不是表面上的温度传感器直接受到从灯的辐射，因此，能够正确地探测到晶片自身的温度。
还有，通过确切平行地设置多个棒形灯，即使同一周边部，相对左右的周边部，也能确切地分别进行必要的电力控制。而且这时，将平行设置的棒形灯分成二级设置，其一级设置的方向与另一级设置的方向垂直，通过控制供给各灯的电力，使中央部、中间部及周边部的温度控制，以及在中间部的多处的温度控制及在周边部的各处的温度控制成为可能。
以下对附图作简单说明。
图1是本发明实施例1的装置图。
图2是本发明实施例中的灯配置图。
图3是本发明实施例中的控制图。
图4是本发明实施例中的改变灯配置的灯配置图。
图5是本发明实施例中一例灯退火的示意图。
图6是本发明实施例中另一例灯退火的示意图。
图7是本发明实施例2的装置图。
图中：11-处理室(燃烧室)；12-基座；12A基座的晶片承载表面；13-气入导入口；14-14A、14B-灯(灯加热器)；15-气体排出口；16-晶片；17-热电偶；17A-热电偶的温度探测部(前端部)；17B-热电偶的埋入部；18-支承基座端板部；21、23、25-配线；22，控制器；24-电力控制部；32-台座；32A-台座的晶片承载表面；36-晶片出入口；37-门；38-端板部；41-硅基片；42-扩散层；43-绝缘层；44-金属薄膜；45-电阻接触；46-注入的离子。
下面，参照附图对本发明给予详细地说明。
图1示出本发明实施例1的灯退火装置图，其中(A)为侧剖视图，(B)为从晶片上方所看的晶片俯视图。
从由SiC等耐热性，且传导性好的材质构成的基座12的晶片承载表面12A突露出多个热电偶(接触式感温传感器)17的温度探测部(前端部)17A，有热电偶17的配线功能的其他部分作为埋入部17B埋入在基座12内，由温度探测部17A所得到的有关探测温度信号由埋入部17B送到外部。
基座12被支承在封闭石英制处理室(燃烧室)11的一侧的端板部18上，在晶片承载表面12A上，多个热电偶的温度探测部17A分别接触里面的各处，以其状态承载晶片16。
在该状态，由端板部18所支承的基座12，以方向100所示移动，将承载的晶片16送入处理室，在处理中保持，处理后从处理室中取出。
另外，在石英制的处理室(燃烧室)的上侧及下侧分别一支支独立的多个卤素灯等的棒形灯(灯加热器)14，如图2所示，切实平行地，且与基座的送入和取出方向100同方地配置。
在热处理中，分别探测晶片16的各处的温度，通过用其信息分别地控制向多个灯14供给的电力，对应晶片16的各处，控制从灯的辐射热量，使晶片各处为所定的温度，例如使晶片全体的温度均匀地进行控制。也就是说，通过各各热电偶，控制该热电偶最近灯的电力。
在图3，从多个热电偶17的埋入部17B取出的信号分别由配线21送到控制器22，由此的信号分别由配线23送电力控制部24，由此的控制电力由配线25分别送到14的控制系统。此外，由于图3示出向各自的灯14供给各自的电力，所以在实际装置中，如图1所示，在晶片上重叠，配置灯位置，但在图3中是参差配置灯。
还有，在该实施例，相对中央的灯14，对设5个热电偶，由从该5个热电偶的信号平均值，能控制中央灯14的电力。
另外，在图1、图2中，示出只是在基座12的送入和取出方向配置的灯，但是可如图4那样进行变化。
也就是说，图4(A)是变化的灯配置的俯视图，图4(B)是其侧面剖视图。在该变化例中，是由在确实平行地第一方向100配置的第一级棒形灯14A和与确实平行地第一方向100相垂直的第二方向配置，且与第一级从晶片16的距离不同的第二级棒形灯14B构成。
根据这样的结构，晶片16的各处的温度由第一级的各自棒形灯14A的电力及第二级的各自棒形灯14B的电力的组合来决定，因此，就晶片的每处可二维的矩阵式地进行温度管理。
其次，就本发明的实施例的动作，较具体地参照图1详细地说明。在图1(A)，被处理的晶片16，由机械手臂等被送到基座12的晶片承载表面12A上。这时，晶片16预先调整晶片16的定向平行方向后，被送到基座12上。基座12上的晶片16与基座12同时，被送入处理室(燃烧室)11内。基座12如图中箭头100那样左右移动。
在燃烧室11内所送入的晶片16，用灯14，以一定时间、一定温度下进行退火。通常，该退火顺序是，从200-300℃升温到约1000℃，处理约1分钟，以集中程序实施。经所定的时间处理后，晶片16从燃烧室11内被取出，再次由机械手臂等从基座12上被取走，至此，完成一个循环。
通过处理，燃烧室中为了防止其他气体卷入，用N2等惰性气体经常地进行置换。从气体导入口13导入N2，由气体排出口15排出。
使用该灯退火装置的灯退火方法能进行如图5所示为制取半导体基片和金属薄的电阻接触的热处理及如图6所示活化离子电气性的热处理。
也就是说，在图5中硅基片41上形成扩散层42，在绝缘层43的接触空穴内在扩散层42TiN膜、Ti膜等金属薄膜44接续的状态的晶片16通过进行上述退火，能制取金属薄膜44与扩散层42的良好电阻接触。
另外，在图6中，通过P型硅基片41上的绝缘膜42的开口，N型杂质46注入离子的状态的晶片16，通过进行上述灯退火，能有效地进行活化该注入离子的电气性的热处理。
其次，参照图7说明本发明的实施例2。另外，在图7中与图1相同或类似的地方给与同样的符号，因此不再重复说明。
在先前图1的实施例中，晶片16在燃烧室11内，与在基座12所保持的状态被退火相对，在该实施例2的状态时，在燃烧室11内所设置的SiC制的台座32的晶片承载表面32A上，通过设置在端板部38的晶片出入口36，由机械人臂等设置晶片16，关闭燃烧室的门37，进行退火，在这点上实施例2与实施例1不同。
在实施例2的形态中，监视晶片16温度的多个热电偶17，其埋入部17B也被埋入台座32中，在晶片承载表面32A其温度探测部17A被突露出，从晶片里面监视晶片内的多个位置的结构所构成。
另外，在实施例2中，也如图3所示那样进行控制，如图5、图6所示进行退火。而且，在实施例2中，也可如图4所示那样，采用灯的配置。
本发明的第一效果是不需要在每个晶片上安装多个传感器。因此，提高作业性效率，不产生相对多个晶片的安装位置的不均。
其理由是因为有多个接触式温度传感器被埋入基座或者台座中。
本发明的第二个效果是能正确地探测晶片自身的温度。
其理由是由于被埋入的接触式温度传感器(热电偶)能使其温度探测部，即热电偶的前端露在基座或台座的半导体晶片承载表面。因此，热电偶的温度探测部的前端与晶片的里面直接接触，表面上的温度传感器不直接受到来自灯的辐射。

Claims (8)

1.一种热处理半导体晶片的灯退火装置，其特征在于具有向处理室送入取出所述半导体晶片，且为保持直接处理的基座或在处理室内保持所述半导体晶片的台座，埋入在所述基座或台座中，在半导体晶片承载表面露出其温度探测部的多个接触式温度传感器，及多个灯；通过这些温度传感器的信号，能够个别地控制供给各灯的电力。
2.根据权利要求1所述的灯退火装置，其特征在于多个所述灯为切实平行地，且在所述基座的送入，取出方向配置的棒形灯。
3.根据权利要求1所述的灯退火装置，其特征在于多个所述灯是由切实平行地在第一方向所配置的第一级棒形灯和在与切实平行地第一方向相垂直的第二方向所配置，与所述第一级从所述半导体晶片的距离不同的第二级棒形灯所构成。
4.根据权利要求1所述的灯退火装置，其特征在于热处理前的所述半导体晶片为在半导体基片上形成金属薄膜的状态，通过所述热处理制取所述半导体基片和所述金属薄膜的电阻接触。
5.根据权利要求1所述的灯退火装置，其特征在于热处理前的所述半导体晶片为在半导体基片上注入离子的状态，通过所述热处理活化所述离子的电气性。
6.一种灯退火方法，其特征在于是使用灯退火装置，该装置具有向处理室送入和取出所述半导体晶片，且为保持直接处理的基座或者在处理室内保持所述半导体晶片的台座，埋入在所述基座或台座中，在半导体晶片承载表面露出其温度探测部的多个接触式温度传感器，及多个灯，通过这些温度传感器的信号，能够个别地控制供给各灯的电力；通过在半导体基片上形成金属薄膜的半导体晶片的热处理，制取所述半导体基片和所述金属薄膜的电阻接触。
7.根据权利要求6所述的灯退火装置，其特征在于所述金属薄膜是TiN膜或者Ti膜。
8.一种灯退火方法，其特征在于是使用灯退火装置，该装置具有向处理室送入和取出所述半导体晶片，且为保持直接处理的基座或者在处理室内保持所述半导体晶片的台座，埋入在所述基座或台座中，在半导体晶片承载表面露出其温度探测部的多个接触式温度传感器，及多个灯，通过这些温度传感器的信号，能够个别地控制供给各灯的电力；在半导体基片上注入离子的半导体晶片，进行该离子电气性的活化热处理。
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