DE19716707A1

DE19716707A1 - Halbleiterkristallscheiben -Wärmebehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19716707A1
Application number: DE1997116707
Authority: DE
Inventors: Seong-Hun Kang; Young-Lark Koh; Jung-Kyu Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 1998-04-02
Also published as: KR100203780B1; GB9710204D0; JPH10107018A; GB2317497A; KR19980022560A

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Wärmebe handlungsvorrichtung für Halbleiterkristallscheiben [semicon ductor wafer] und insbesondere eine Wärmebehandlungsvorrich tung für Halbleiterkristallscheiben zur Verbesserung einer Qualität und einer Gleichförmigkeit einer Wärmebehandlung entsprechend einer Vergrößerung eines Kristallscheibendurch messers.

Erörterung des Standes der Technik

Im allgemeinen werden bei der Herstellung einer integrierten Schaltung unter Verwendung von Silizium verschiedene Wärme behandlungstechniken eingesetzt. Beispielsweise verwendet man sie, um durch Oxidieren eines Siliziumsubstrats zu SiO₂ eine Isolierschicht zu strukturieren und um einen Gate-Oxidfilm für einen Transistor und eine Ätzmaske herzustellen.

Zusätzlich wird die Wärmebehandlungstechnik oft als Mittel verwendet, um zusätzliche Löcher oder Elektronen zu erzeugen, welche zu einer Leitfähigkeit beitragen können, je nachdem wie ein 3-wertiges oder 5-wertiges Ion in ein Siliziumsub strat injiziert wird und im Innern eines Siliziumkristalls von einem Zwischengitterplatz auf einen Substitutionsplatz umgelagert wird.

Weiter wird die Wärmebehandlungstechnik zum Wiederaufschmel zen [reflow] von BPSG-Film und zur Wärmebehandlung eines durch verschiedene Verfahren gebildeten Dünnfilms und für ein Herstellungsverfahren für Halbleiterbauelemente für viele Zwecke verwendet. Es gibt einen Ofen, der eine bei der Wärme behandlung allgemein verwendete Vorrichtung darstellt.

Jedoch neigt man in jüngster Zeit dazu, die Wärmebehandlung unter Verwendung eines RTP (Rapid Thermal Processor = Schnell wärmprozessor) durchzuführen, um das Wärmebudget des Herstellungsverfahrens aufgrund einer Verringerung einer Bauelementgröße zu verringern, entsprechend einer allmäh lichen Hochintegration des Halbleiterbauelementes.

Die RTP-Vorrichtung unterteilt sich gemäß dem Heizverfahren in zwei Verfahren, das heißt eine Wärmebehandlungsvorrichtung von einem Typ mit Lampenheizeinrichtung und eine, die eine Widerstandsheizeinrichtung verwendet.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine han delsübliche Wärmebehandlungsvorrichtung vom Typ mit Lampen heizeinrichtung von AMAT CO. zeigt, die aus einer Mehrzahl von oberhalb einer Kristallscheibe 3 über einer Aufnahmevor richtung 2 in einer Behandlungskammer 1 gleichförmig angeord neten Lampen 4 und einem auf der Aufnahmevorrichtung 2 ange brachten Haltering 5 zum Halten der Kristallscheibe 3 be steht, bei welcher von einer Seite der Behandlungskammer 1 Gas in einer horizontalen Richtung eingespeist und zur an deren Seite abgezogen wird.

Fig. 2 zeigt einen gegenüber einem oben beschriebenen AMAT CO.-Typ mit Lampenheizeinrichtung verbesserten handelsüb lichen Typ mit Lampenheizeinrichtung von AST CO., der zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades eine Bauart aufweist, bei der eine Mehrzahl von Lampen 4 oberhalb und unterhalb einer Kristallscheibe angebracht ist.

Die Wärmebehandlungsvorrichtung vom obigen Typ mit Lampen heizeinrichtung weist insofern einen Vorteil auf, als sie in der Lage ist, eine gleichförmige Temperatur aufrechtzuerhal ten, indem bei jeder Lampe 4 der Temperaturbereich festgelegt wird und eine unterschiedliche Energie zugeführt wird.

Da die Wärmebehandlungsvorrichtung vom Typ mit Lampenheizein richtung als Halterung für die Kristallscheibe 3 einen Hal tering 5 oder einen Finger verwendet, besteht jedoch ein Nachteil darin, daß entsprechend der Vergrößerung des Kri stallscheibendurchmessers in jüngster Zeit die Biegeverfor mung oder die Änderung der mechanischen Spannung aufgrund der hohen Temperatur der Wärmebehandlung in dem Fall groß ist, daß als Halterung für die Kristallscheibe der Haltering oder Finger verwendet wird.

Fig. 3 zeigt eine Wärmebehandlungsvorrichtung von einem handelsüblichen Typ mit Widerstandsheizeinrichtung von MATTONS CO., die aus einer Kristallscheibe 13 auf einer Aufnahmevorrichtung 12 in einer Behandlungskammer 11 und einer unterhalb der Aufnahmevorrichtung 12 liegenden Heizein richtung 14 vom Typ mit Widerstandsheizeinrichtung zum Auf heizen der Aufnahmevorrichtung 12 auf eine konstante Tempera tur besteht, in welche von oberhalb der Kristallscheibe 13 Gas zugeführt wird.

Die obige Wärmebehandlungsvorrichtung vom Typ mit Wider standsheizeinrichtung weist insofern Vorteile auf, als keine thermische Verformung aufgrund der hohen Temperatur erzeugt wird, wenn die Wärmebehandlung einer Kristallscheibe mit großem Durchmesser durchgeführt wird, und eine gleichförmige Behandlung aufgrund eines Gasstroms von oberhalb der Kri stallscheibe 13 her möglich ist, weil die Abmessungen der Behandlungskammer 11 groß sind und eine Kristallscheiben- Befestigungsnut 12a auf der Aufnahmevorrichtung 12 ausgebil det ist und die Kristallscheibe 13 durch diese getragen wird.

Jedoch weist die Wärmebehandlungsvorrichtung vom Typ mit Widerstandsheizeinrichtung auch die Unzulänglichkeiten auf, daß verschiedene Verfahren nicht durchgeführt werden, und es lange dauert, um die Innentemperatur der Behandlungskammer auf die Behandlungstemperatur zu erhöhen und aufrechtzuer halten, weil die Behandlungstemperatur auf weniger als 900°C begrenzt ist und folglich der Bereich der Behandlungstempera tur sehr klein ist.

Weiter weist die Wärmebehandlungsvorrichtung vom herkömm lichen Typ mit Lampenheizeinrichtung und Typ mit Widerstands heizeinrichtung das Problem auf, daß aufgrund einer jähen Temperaturänderung mechanische Spannungen auftreten, da der Behandlungskammer ein Gas im Zustand einer niedrigen Tempera tur oder normalen Temperatur zugeführt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß ist die vorliegende Erfindung auf eine Wärmebehand lungsvorrichtung für Halbleiterkristallscheiben gerichtet, die in der Lage ist, eine gleichförmige Behandlung durchzu führen, und für eine Vergrößerung eines Kristallscheiben durchmessers geeignet ist, und die eines oder mehrere der Probleme aufgrund von Beschränkungen und Nachteilen des Standes der Technik im wesentlichen beseitigt.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallscheiben bereitzustellen, die in der Lage ist, durch Verändern des Behandlungstemperaturbereichs in einer Kammer verschiedene Behandlungen oder Verfahren durchzuführen.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung aufgeführt und werden teilweise aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch die Praxis der Erfindung erfahren werden. Die Ziele und andere Vorteile der Erfindung werden durch den Aufbau verwirklicht und erreicht, der besonders in der Beschreibung und den Ansprüchen sowie in den beigefügten Zeichnungen erklärt ist.

Um diese und andere Vorteile zu erreichen und in Übereinstim mung mit dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie darge stellt und ausführlich beschrieben, umfaßt eine Wärmebehand lungsvorrichtung für Halbleiterkristallscheiben: eine Behand lungskammer, die einen abgeschlossenen Raum bildet; eine in der Behandlungskammer angebrachte Aufnahmevorrichtung zum Befestigen einer Kristallscheibe auf derselben; eine auf der Aufnahmevorrichtung befestigte Widerstandsheizeinrichtung zum Erwärmen der Aufnahmevorrichtung; eine im oberen Teil der Behandlungskammer angebrachte Lampe zum Erhöhen einer Innen temperatur der Behandlungskammer bis auf eine bei dem Ver fahren benötigte Temperatur; eine auf einer Seite der Behand lungskammer angebrachte Gaseinspeiseeinrichtung zum Zuführen eines Gases ins Innere der Behandlungskammer; und
eine auf der Gaseinspeiseeinrichtung angebrachte Gas heizeinrichtung zum Vorwärmen eines ins Innere der Behand lungskammer zugeführten Gases.

Es versteht sich, daß sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und eine weitere Erklärung der Erfindung, wie beansprucht, liefern sollen.

Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, die zur Schaffung eines weiter gehenden Verständnisses der Erfindung eingeschlossen sind und in diese Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Zeichnungen zu erklären.

Fig. 1 ist eine Konstruktionsschnittansicht, die schematisch eine herkömmliche Wärmebehandlungsvorrichtung vom Typ mit Lampenheizeinrichtung zeigt.

Fig. 2 ist eine Konstruktionsschnittansicht, die schematisch eine herkömmliche Wärmebehandlungsvorrichtung eines anderen Typs vom Typ mit Lampenheizeinrichtung zeigt.

Fig. 3 ist eine Konstruktionsschnittansicht, die schematisch eine herkömmliche Wärmebehandlungsvorrichtung vom Typ mit Widerstandsheizeinrichtung zeigt.

Fig. 4 ist eine Konstruktionsschnittansicht, die eine erfin dungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung zeigt.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Es wird nun ausführlich auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, deren Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind.

Fig. 4 ist eine Konstruktionsschnittansicht, die eine erfin dungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkri stallscheiben zeigt, bei der eine Aufnahmevorrichtung 22 im Innern einer Behandlungskammer 21 mit einem abgeschlossenen Raum befestigt ist und eine Kristallscheibe 23 auf der Auf nahmevorrichtung 22 angeordnet ist.

Die Befestigung einer Kristallscheibe 23 erfolgt durch eine auf der Oberseite der Aufnahmevorrichtung 22 ausgebildete kreisförmige Vakuumansaugnut 24, die Vakuumansaugnut 24 ist mit einem durch den unteren Teil der Aufnahmevorrichtung 22 verlaufenden Vakuumweg 25 verbunden und wird durch den Vakuumweg 25 mit Unterdruck beaufschlagt.

Weiter muß die Kristallscheibe 23 über der Aufnahmevorrich tung 22 mittels einer stiftartigen Hebeeinrichtung 35 geladen oder entladen werden, die so angebracht ist, daß sie in vertikaler Richtung durch die Aufnahmevorrichtung 22 hin durchtritt.

Die Kühlung der Aufnahmevorrichtung 22 und der Kristall scheibe 23 wird durch Zuführen eines Kühlgases aus N₂, He oder Ar usw. zu einer Kühlöffnung 27 und einer Kühlnut 26 durchgeführt, die im Inneren der Aufnahmevorrichtung 22 bzw. in deren Oberseite ausgebildet sind; die Kühlnut 26 ist mit einem Kühlgasweg 36 verbunden, der durch den unteren Teil der Aufnahmevorrichtung 22 führt, und durch diesen wird das Kühlgas zugeführt.

Die Aufrechterhaltung der Behandlungstemperatur in der Behandlungskammer 21 wird durch eine über der Kristallscheibe 23 angebrachte Halogenlampe 28, eine in der Aufnahmevorrich tung 22 angebrachte Widerstandsheizeinrichtung 29 und jeweils einen Temperatursensor 30 innerhalb bzw. auf der Oberseite der Aufnahmevorrichtung 22 erreicht, der den Behandlungs temperaturbereich verschieden steuern soll, je nachdem wie der Heiztemperaturbereich einer Halogenlampe 28 und der Widerstandsheizeinrichtung 29 gemäß den Charakteristiken eingestellt ist.

Beispielsweise wird die Halogenlampe 28 eingestellt, um durch ihr schnelles Aufheizen und Abkühlen eine hohe Temperatur von 500∼1200°C aufrechtzuerhalten, die Widerstandsheizeinrichtung 29, deren Temperaturanstiegsgeschwindigkeit relativ gering ist, wird eingestellt, um eine Temperatur aufrechtzuerhalten, die von Normaltemperatur bis weniger als 500°C reicht. Dem gemäß wird durch Verwendung von zwei Halogenlampen 28 und der Widerstandsheizeinrichtung 29 oder von beiden eine Auswahl einer Behandlungstemperatur in einem weiten Bereich erreicht.

Vorzugsweise wird die Halogenlampe 28 von einer kreisförmigen Lampe gebildet. Eine geradlinige Lampe oder Leuchtröhren sind auch möglich. Deshalb muß die Behandlungskammer 21 gemäß dem Typ der Halogenlampe 28 aufgebaut sein.

Die bei dem Verfahren benötigte Gaszufuhr erfolgt durch einen Gaseinlaß 31 und einen Gasauslaß 32, die an beiden Enden des Bodens der Behandlungskammer 21 angebracht sind. Eine Gaszu fuhr ist auch durch eine an einer Seitenwand der Behandlungs kammer 21 angeordnete Gaseinspeiseeinrichtung 33 möglich, in welcher das Gas durch Einstellen einer Gasheizeinrichtung 34 auf der Gaszufuhrleitung der Gaseinspeiseeinrichtung 33 entsprechend der Behandlungstemperatur im Bereich von 50∼800°C vorgewärmt wird, bevor das Gas in die Behandlungs kammer 21 eingespeist wird.

Dabei ist es wünschenswert, daß die Gaseinspeiseeinrichtung 33 aus nichtrostendem Stahl oder Quarz hergestellt ist, so daß ein Gas der Stickstoffgruppe, ein Gas der Sauerstoff gruppe und ein Inertgas in hohem Maße aktiviert werden.

In der wie oben aufgebauten Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallscheiben wird die Bandbreite des Behand lungstemperaturbereichs vergrößert, je nachdem wie durch Steuern der an der Aufnahmevorrichtung 22 angebrachten Wider standsheizeinrichtung 29 und der oberhalb der Kristallscheibe 23 angebrachten Halogenlampen 28 die Behandlungstemperatur des Inneren der Behandlungskammer aufrechterhalten wird, und deshalb ist es möglich, die Wärmebehandlung im Bereich von verschiedenen Behandlungstemperaturen durchzuführen.

D. h., da die Halogenlampe 28 geeignet ist, die hohe Tempe ratur unterhalb von 1200°C aufrechtzuerhalten, und die Wider standsheizeinrichtung 29 geeignet ist, die niedrige Tempera tur unterhalb von 500°C aufrechtzuerhalten, ist es gut, die Halogenlampe 28 zu verwenden, wenn die Behandlung bei hohen Temperaturen erfolgt, während die Widerstandsheizeinrichtung 29 verwendet wird, wenn die Behandlung bei tiefen Temperatu ren erfolgt.

Im Fall, daß die Hochtemperaturbehandlung unter gleichzei tiger Verwendung der Halogenlampe 28 und der Widerstandsheiz einrichtung 29 durchgeführt wird, ist es möglich, eine gleichförmigere Behandlungstemperatur aufrechtzuerhalten, da die Temperaturänderung nicht groß ist und die Temperatur schnell auf die hohe Temperatur der Behandlungstemperatur erhöht wird, wenn die Innentemperatur der Behandlungskammer 21 bei einer hohen Temperatur gehalten wird, indem man die Halogenlampe 28 in dem Zustand verwendet, daß die Temperatur der Behandlungskammer 21 auf das konstante Niveau ansteigt, indem man die Widerstandsheizeinrichtung 29 bei weniger als 500°C hält.

Da die Kristallscheibe 23 in die durch die Widerstandsheiz einrichtung 29 vorgewärmte Behandlungskammer 21 geladen wird und danach die Halogenlampe 28 für die hohe Temperatur im Innern der Behandlungskammer 21 verwendet wird, werden weiter die mechanischen Spannungen der Kristallscheibe 23 aufgrund der schnellen Temperaturänderung verringert.

Zusätzlich besteht die vorliegende Erfindung darin, daß die Kristallscheibe 23 durch eine an der Aufnahmevorrichtung 22 angebrachte Hebeeinrichtung 35 auf die Aufnahmevorrichtung 22 geladen und von ihr entladen wird und mittels einer Vakuum ansaugnut 24 durch einen Vakuumweg 25 mittels Unterdruck angesaugt und gleichzeitig mittels eines Kühlgases gekühlt wird, das durch einen Kühlgasweg 36 in eine Kühlnut 26 einge speist wird.

Folglich wird die thermische Verformung der Kristallscheibe 23 aufgrund einer hohen Temperatur verringert, und sie wird minimiert, wenn es sich darum handelt, den Kristallscheiben durchmesser zu vergrößern, die Kristallscheibe wird beim Behandeln durch Einspeisen des Kühlgases in eine im Inneren der Aufnahmevorrichtung 22 gebildete Kühlöffnung 27 gekühlt, und dann wird danach die Aufnahmevorrichtung 22 gekühlt.

Weiter führt die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung eine gleichförmige Behandlung durch, indem die Gasreaktion stabilisiert wird, da die auf der Gaseinspeiseeinrichtung 33 angebrachte Gasheizeinrichtung 34 ein Gas vorwärmt, bevor das Gas eingespeist wird, und das erst aktivierte Gas wird einge speist. Deshalb wird die Temperaturänderung in der Behand lungskammer verringert, und die mechanische Spannung entspre chend der Temperaturänderung wird reduziert.

Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Wärmebehand lungsvorrichtung für Halbleiterkristallscheiben geeignet, eine Qualität und eine Gleichförmigkeit einer Behandlung zu verbessern, wenn eine Wärmebehandlung einer Kristallscheibe mit großem Durchmesser durchgeführt wird, und sie ist in der Lage, verschiedene Behandlungen durchzuführen, weil der Behandlungstemperaturbereich in der Behandlungskammer breiter ist, und sie führt die stabilisierte Behandlung durch, weil die mechanische Spannung aufgrund der schnellen Temperaturän derung und die thermische Verformung aufgrund einer hohen Temperatur verringert werden.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß verschiedene Abwand lungen und Änderungen an einer erfindungsgemäßen Wärmebehand lungsvorrichtung für Halbleiterkristallscheiben vorgenommen werden können, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Folglich ist es beabsichtigt, daß sich die vorliegende Erfindung über die Abwandlungen und Änderungen dieser Erfindung erstreckt, vorausgesetzt, sie fallen in den Bereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente.

Claims

1. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben, umfassend:
eine Behandlungskammer, die einen abgeschlossenen Raum bildet;
eine in der Behandlungskammer angebrachte Aufnahmevor richtung zum Befestigen einer Kristallscheibe auf derselben;
eine auf der Aufnahmevorrichtung befestigte Widerstands heizeinrichtung zum Erwärmen der Aufnahmevorrichtung;
eine im oberen Teil der Behandlungskammer angebrachte Lampe zum Erhöhen einer Innentemperatur der Behandlungskammer bis auf eine bei dem Verfahren benötigte Temperatur;
eine auf einer Seite der Behandlungskammer angebrachte Gaseinspeiseeinrichtung zum Zuführen eines Gases ins Innere der Behandlungskammer; und
eine auf der Gaseinspeiseeinrichtung angebrachte Gas heizeinrichtung zum Vorwärmen eines ins Innere der Behand lungskammer zugeführten Gases.

2. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben nach Anspruch 1, bei der die Temperatur der Lampe in einem Bereich von 500∼1200°C gesteuert wird und die Tempera tur der Widerstandsheizeinrichtung unterhalb 500°C gesteuert wird.

3. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben nach Anspruch 1, bei der eine Vakuumansaugnut zum Halten der Kristallscheibe auf der Oberseite der Aufnahmevorrichtung ausgebildet ist.

4. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben nach Anspruch 1, bei der eine Kühlnut zur Zufuhr eines Kühlgases zur Kühlung der Kristallscheibe auf der Oberseite der Aufnahmevorrichtung ausgebildet ist.

5. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben nach Anspruch 1, bei der eine Kühlöffnung zum Zuführen eines Kühlgases zur Kühlung der Aufnahmevorrichtung im Innern der Aufnahmevorrichtung ausgebildet ist.

6. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben nach den Ansprüchen 4 und 5, bei der das Kühlgas aus einem beliebigen von N, He, Ar ausgewählt ist.

7. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben nach Anspruch 1, bei der eine Hebeeinrichtung zum Beladen und Entladen der Kristallscheibe auf der Aufnahmevorrichtung angebracht ist.

8. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben nach Anspruch 1, bei der die Gaseinspeiseeinrichtung aus nichtrostendem Stahl hergestellt ist.

9. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben nach Anspruch 1, bei der die Einspeiseeinrichtung aus Quarz hergestellt ist.

10. Wärmebehandlungsvorrichtung für Halbleiterkristallschei ben nach Anspruch 1, bei der die Temperatur der Gasheizein richtung im Bereich von 50∼800°C gesteuert wird.