JP2000049151A - Substrate heating method and apparatus - Google Patents
Substrate heating method and apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハなど
の基板の加熱処理方法およびその装置に係り、特に、強
誘電体または高誘電率材料からなる薄膜が塗布形成され
た基板を加熱処理する技術に関する。The present invention relates to a method and apparatus for heating a substrate such as a semiconductor wafer, and more particularly to a technique for heating a substrate on which a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric material is applied. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体デバイスの分野で、強誘電
体や高誘電率材料からなる薄膜を利用した素子が開発さ
れている。例えば、強誘電体からなる薄膜を利用したも
のにＦｅＲＡＭ（Ferroelectrics Random Access Memor
y)があり、高誘電率材料からなる薄膜を利用したものに
ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory) がある。ま
た、圧電素子にも強誘電体や高誘電率材料が広く使われ
ている。2. Description of the Related Art In recent years, in the field of semiconductor devices, an element using a thin film made of a ferroelectric or a high dielectric constant material has been developed. For example, a ferroelectrics random access memory (FeRAM) is used for a thin film made of a ferroelectric material.
There is a DRAM (Dynamic Random Access Memory) that uses a thin film made of a high dielectric constant material. Also, ferroelectrics and high dielectric constant materials are widely used for piezoelectric elements.
【０００３】従来、半導体ウエハなどの基板上に強誘電
体や高誘電率材料からなる薄膜を形成する手法としてス
パッタリング法や気相成長（ＣＶＤ）法が用いられてい
たが、最近では、強誘電体や高誘電率材料をアルコール
系の溶媒に溶かした溶液（以下、単に「処理溶液」とい
う）を基板上に回転塗布して薄膜を形成する、いわゆる
スピンコート法が提案・実施されている。Conventionally, a sputtering method or a vapor deposition (CVD) method has been used as a technique for forming a thin film made of a ferroelectric substance or a high dielectric constant material on a substrate such as a semiconductor wafer. A so-called spin coating method, in which a thin film is formed by spin-coating a solution in which a body or a high dielectric material is dissolved in an alcohol-based solvent (hereinafter, simply referred to as a “processing solution”) on a substrate, has been proposed and implemented.
【０００４】スピンコート法の場合、処理溶液を基板上
に回転塗布した後に、その基板を比較的に低温の雰囲気
中で熱処理して、基板上の薄膜から溶媒を揮発させる仮
焼成工程と、その後に高温雰囲気中で熱処理して、基板
上の薄膜の結晶化を促進させる本焼成工程とを伴う。各
焼成工程では、処理室内にパージガスを供給しながら処
理室の排気を行っている。これは、基板上の薄膜中から
放出される溶媒などを排除して処理室内を常に新鮮に保
つためと、薄膜の結晶化反応の促進のためである。薄膜
の結晶化反応とは、すなわち、半導体デバイスや圧電素
子に利用される強誘電体や高誘電率材料からなる薄膜は
一般には酸化膜であるので、基板上に塗布形成された薄
膜中の金属成分と、処理室の雰囲気中の酸素とを結合さ
せて結晶化構造を作るための反応をいう。このような結
晶化反応を促進するために、各焼成工程ではドライエア
ーまたはドライＯ2 がパージガスとして使われている。[0004] In the case of the spin coating method, after a treatment solution is spin-coated on a substrate, the substrate is heat-treated in a relatively low-temperature atmosphere to evaporate a solvent from a thin film on the substrate, Heat treatment in a high temperature atmosphere to promote crystallization of the thin film on the substrate. In each firing step, the processing chamber is evacuated while supplying a purge gas into the processing chamber. This is because the processing chamber is kept fresh by eliminating a solvent or the like released from the thin film on the substrate, and to promote the crystallization reaction of the thin film. The crystallization reaction of a thin film means that a thin film made of a ferroelectric or high-permittivity material used for a semiconductor device or a piezoelectric element is generally an oxide film. A reaction for forming a crystallized structure by combining a component with oxygen in the atmosphere of a processing chamber. In order to promote such a crystallization reaction, dry air or dry O 2 is used as a purge gas in each firing step.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パージ
ガスとしてドライエアーまたはドライＯ2 を用いる従来
手法によれば、基板上の薄膜内部にまで酸化（結晶化反
応）が進行せずに、膜表面のみが過剰に酸化されてしま
うという傾向がある。その結果、強誘電体や高誘電率材
料からなる薄膜の特性を十分に発揮させることができ
ず、また、膜表面が過剰な酸化に伴って衝撃を受けて表
面モフォロジー（膜表面の平滑度）が悪化する等の問題
が生じる。However, according to the conventional method using dry air or dry O 2 as a purge gas, oxidation (crystallization reaction) does not proceed to the inside of the thin film on the substrate, and only the film surface is removed. They tend to be over-oxidized. As a result, the properties of a thin film made of a ferroelectric material or a high-permittivity material cannot be sufficiently exhibited, and the surface of the film is subjected to an impact due to excessive oxidation, and the surface morphology (smoothness of the film surface) is reduced. Problems such as aggravation occur.
【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、基板上に塗布形成された強誘電体や高
誘電率材料からなる薄膜の結晶化反応を膜全体に均一に
進行させて良質な薄膜を形成することができる基板加熱
処理方法およびその装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and the crystallization reaction of a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric material coated on a substrate proceeds uniformly over the entire film. It is an object of the present invention to provide a substrate heat treatment method and apparatus capable of forming a high-quality thin film.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来手法
の問題点を解決するために鋭意研究した結果、次の点に
想到した。酸素分子（Ｏ2 ）は、その分子量が大きいの
で、基板上に塗布形成された強誘電体や高誘電率材料か
らなる薄膜中への進入速度が遅い。このことが原因し
て、上述したように、従来手法によれば基板上の薄膜内
部まで酸化が進行せず、また膜表面のみが過剰に酸化さ
れると考えられる。してみれば、酸素原子を含む水分子
（Ｈ2 Ｏ）の場合、その分子量は酸素分子よりも小さい
ので、薄膜中への進入速度が酸素分子よりも速く、その
結果、薄膜内部まで均一に酸化が進行すると考えられ
る。Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the problems of the conventional method, and as a result, have reached the following point. Oxygen molecules (O 2 ) have a large molecular weight, and therefore have a low penetration rate into a thin film made of a ferroelectric or high-permittivity material formed on a substrate. Due to this, it is considered that, as described above, according to the conventional method, oxidation does not proceed to the inside of the thin film on the substrate, and only the film surface is excessively oxidized. In the case of a water molecule (H 2 O) containing an oxygen atom, the molecular weight is smaller than that of the oxygen molecule, so that the penetration speed into the thin film is faster than that of the oxygen molecule, and as a result, the inside of the thin film is evenly distributed. It is considered that oxidation proceeds.
【０００８】このような知見に基づく本願発明は、次の
ような構成をとる。すなわち、請求項１に記載の発明
は、強誘電体または高誘電率材料からなる薄膜が塗布形
成された基板を加熱処理する基板加熱処理方法におい
て、前記薄膜が形成された基板を水蒸気雰囲気中で加熱
処理することを特徴とする。The present invention based on such knowledge has the following configuration. That is, the invention according to claim 1 is a substrate heat treatment method for heating a substrate on which a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric constant material is applied, wherein the substrate on which the thin film is formed is placed in a water vapor atmosphere. It is characterized by performing a heat treatment.
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の基板加熱処理方法において、強誘電体または高誘電率
材料からなる薄膜が塗布形成された基板を、水蒸気雰囲
気中で、第１の温度で加熱処理して前記薄膜中の溶媒を
除去する仮焼成工程と、前記仮焼成工程を経た基板を、
水蒸気雰囲気中で、前記第１の温度よりも高い第２の温
度で加熱処理して前記薄膜を結晶化させる本焼成工程と
を備えたものである。According to a second aspect of the present invention, in the substrate heat treatment method of the first aspect, the substrate on which the thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric constant material is applied is formed in a steam atmosphere in the first atmosphere. A pre-baking step of removing the solvent in the thin film by heat treatment at a temperature of
A main baking step of crystallizing the thin film by performing a heat treatment at a second temperature higher than the first temperature in a steam atmosphere.
【００１０】請求項３に記載の発明は、強誘電体または
高誘電率材料からなる薄膜が塗布形成された基板を加熱
処理する基板加熱処理装置において、基板を加熱処理す
るための処理空間を備えた容器と、前記容器内の基板を
加熱する加熱手段と、前記容器内に水蒸気を供給する水
蒸気供給手段と、前記容器内を排気する排気手段とを備
えたことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided a substrate heating apparatus for heating a substrate on which a thin film made of a ferroelectric material or a high-permittivity material is applied, the apparatus comprising a processing space for heating the substrate. A container, a heating unit for heating the substrate in the container, a steam supply unit for supplying steam to the container, and an exhaust unit for exhausting the inside of the container.
【００１１】[0011]
【作用】本発明の作用は次のとおりである。請求項１に
記載の発明によれば、強誘電体または高誘電率材料から
なる薄膜が塗布形成された基板を水蒸気雰囲気中で加熱
処理すると、比較的に分子量の小さな水分子が基板上の
薄膜の内部にまで円滑に進入し、膜全体が均一に酸化さ
れる。The operation of the present invention is as follows. According to the first aspect of the present invention, when a substrate on which a thin film made of a ferroelectric material or a high-permittivity material is applied is heated in a water vapor atmosphere, water molecules having a relatively small molecular weight become thin on the substrate. Smoothly penetrates into the inside, and the entire film is uniformly oxidized.
【００１２】請求項２に記載の発明によれば、強誘電体
または高誘電率材料からなる薄膜が塗布形成された基板
を、仮焼成工程において、水蒸気雰囲気中で比較的に低
い第１の温度で加熱処理すると、薄膜中に残留していた
溶媒が揮発して除去される。したがって、次の本焼成工
程では、比較的に高い第２の温度で基板を加熱処理して
も、薄膜中から揮発する溶媒が少ないので、揮発した溶
媒によって本焼成過程の結晶化反応が阻害されることが
ない。According to the second aspect of the present invention, the substrate on which the thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric constant material is applied is formed in a preliminary firing step in a water vapor atmosphere at a relatively low first temperature. , The solvent remaining in the thin film is volatilized and removed. Therefore, in the next main firing step, even if the substrate is heat-treated at a relatively high second temperature, the solvent evaporated from the thin film is small, and the crystallization reaction in the main firing step is inhibited by the volatile solvent. Never.
【００１３】請求項３に記載の発明によれば、強誘電体
または高誘電率材料からなる薄膜が塗布形成された基板
を容器内に収納する。そして、水蒸気供給手段が容器内
に水蒸気を供給することにより、容器内の処理空間を水
蒸気雰囲気にする。この水蒸気雰囲気中で、基板が加熱
手段によって加熱されることにより、薄膜の結晶化反応
が進行する。この反応の間、容器内は排気手段で排気さ
れて、常に清浄な状態に維持されるので、基板上に良質
な膜が生成される。According to the third aspect of the present invention, a substrate on which a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric constant material is formed is housed in a container. Then, the processing space in the container is made to have a steam atmosphere by the steam supply means supplying the steam into the container. When the substrate is heated by the heating means in this steam atmosphere, the crystallization reaction of the thin film proceeds. During this reaction, the inside of the container is evacuated by the evacuation means and is always kept in a clean state, so that a good quality film is formed on the substrate.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る基板加熱処理
方法の一実施例を説明する。本実施例の基板加熱処理方
法は、強誘電体または高誘電率材料からなる薄膜が塗布
形成された基板を比較的に低温度で加熱処理する仮焼成
工程と、仮焼成された基板を比較的に高温度で加熱処理
する本焼成工程とを含む。各焼成工程の説明をする前
に、薄膜の塗布形成工程について簡単に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the substrate heat treatment method according to the present invention will be described below. The substrate heat treatment method of this embodiment includes a pre-baking step of performing a heat treatment at a relatively low temperature on a substrate on which a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric constant material is applied, And a main baking step of performing heat treatment at a high temperature. Before describing each of the firing steps, a thin-film coating and forming step will be briefly described.
【００１５】薄膜の塗布形成工程では、半導体ウエハな
どの基板をスピンチャック上に水平姿勢で保持し、この
基板上に薄膜を形成するための処理液を滴下し、続い
て、スピンチャックを所定回転数で回転させて基板上の
余剰の処理液を飛散させて、処理液の薄膜を基板上に形
成する。この処理液は、強誘電体や高誘電率材料をアル
コール系などの有機溶媒に溶かしたものである。基板上
に形成される強誘電体の薄膜としては、例えば、Ｐｂ
（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3 （ＰＺＴ）、ＳｒＢｉ2 Ｔ2 Ｏ
9 （ＳＢＴ）などがある。また、高誘電率材料の薄膜と
しては、例えば、（Ｂａ・Ｓｒ）ＴｉＯ3 （ＢＳＴ）、
ＳｒＴｉＯ3 （ＳＴＯ）などがある。以下に、薄膜が塗
布形成された基板を加熱処理する仮焼成工程と、本焼成
工程について説明する。In the step of forming and applying a thin film, a semiconductor wafer
Which substrate is held in a horizontal position on the spin chuck,
A treatment liquid for forming a thin film on the substrate is dropped, and then
And rotate the spin chuck at a predetermined number of revolutions
Excessive processing solution is scattered and a thin film of processing solution is formed on the substrate.
To achieve. This processing solution uses ferroelectrics and high dielectric constant materials.
It is dissolved in an organic solvent such as coal. On board
Examples of the ferroelectric thin film formed on Pb include Pb
(Zr.Ti) OThree(PZT), SrBiTwoTTwoO
9(SBT). In addition, a thin film of a high dielectric constant material
For example, for example, (Ba.Sr) TiOThree(BST),
SrTiOThree(STO). Below, the thin film
Preliminary firing step of heating the substrate on which the cloth is formed, and final firing
The steps will be described.
【００１６】＜仮焼成工程＞仮焼成工程は、基板上に塗
布形成された薄膜中に残留している溶媒成分を揮発除去
するための工程である。後述する本焼成工程で行う加熱
処理中に、薄膜中から溶媒成分が揮発すると、薄膜の結
晶化反応に悪影響を与えて膜質が劣化するおそれがある
ので、本焼成工程の前に仮焼成工程を設けるのが好まし
い。仮焼成工程では、水蒸気雰囲気中で、基板を比較的
に低い第１の温度、例えば２００〜４００°Ｃで加熱処
理する。仮焼成工程での薄膜の結晶化反応は僅かである
ので、処理空間を必ずしも水蒸気雰囲気にする必要はな
いが、膜質を一層良好にするために水蒸気雰囲気にする
のが好ましい。仮焼成工程の間、処理空間を排気するの
が好ましい。薄膜から揮発した溶媒成分が基板に再付着
して膜質を劣化させるのを防止するためである。仮焼成
工程に用いられる基板加熱処理装置としては、例えば、
電気炉、ランプアニール、ホットプレートなどがある。<Temporary firing step> The temporary firing step is a step for volatilizing and removing the solvent component remaining in the thin film applied and formed on the substrate. During the heat treatment performed in the main firing step described below, if the solvent component evaporates from the thin film, the crystallization reaction of the thin film may be adversely affected and the film quality may be deteriorated. It is preferred to provide. In the calcination step, the substrate is heated in a steam atmosphere at a relatively low first temperature, for example, 200 to 400 ° C. Since the crystallization reaction of the thin film in the calcination step is slight, the treatment space does not necessarily need to be in a steam atmosphere, but is preferably in a steam atmosphere in order to further improve the film quality. Preferably, the processing space is evacuated during the calcination step. This is to prevent the solvent component volatilized from the thin film from re-adhering to the substrate and deteriorating the film quality. As the substrate heat treatment apparatus used in the preliminary firing step, for example,
Electric furnace, lamp annealing, hot plate, etc.
【００１７】＜本焼成工程＞本焼成工程は、仮焼成され
た基板を加熱処理して薄膜の結晶化反応を促進させる工
程である。本焼成工程では、水蒸気雰囲気中で、基板を
仮焼成工程よりも高い第２の温度、例えば６００〜８０
０°Ｃで加熱処理する。水分子（Ｈ2 Ｏ）は、その分子
量が「１０」であり、一方、酸素分子（Ｏ2 ）の分子量
は「１６」である。つまり、水分子は酸素分子に比べて
分子量が小さいので、薄膜内部への進入速度が酸素分子
に比べて速い。したがって、水蒸気雰囲気中で基板を加
熱処理することにより、薄膜内部に水分子が速やかに進
入して、薄膜中の金属成分と水分子の酸素とが結合し、
薄膜の結晶化反応が膜全体にわたって均一に進行する。
また、水分子の酸素が膜表面に過剰に結合することもな
いので、表面モフォロジーも良好になる。処理空間に導
入する水蒸気量は、薄膜の種類に応じて制御されるのが
好ましい。また、仮焼成工程と同様に、本焼成工程にお
いても処理空間を排気して、処理空間を清浄に維持する
のが、膜質を向上させる上で好ましい。本焼成工程に用
いられる基板加熱処理装置としては、例えば、電気炉、
ランプアニールなどがある。<Main firing step> The main firing step is a step of heating the temporarily fired substrate to accelerate the crystallization reaction of the thin film. In the main firing step, the substrate is heated at a second temperature higher than that in the preliminary firing step, for example, 600 to 80 in a steam atmosphere.
Heat treatment at 0 ° C. Water molecule (H 2 O) has a molecular weight of “10”, while oxygen molecule (O 2 ) has a molecular weight of “16”. That is, since the molecular weight of water molecules is smaller than that of oxygen molecules, the penetration speed into the inside of the thin film is higher than that of oxygen molecules. Therefore, by heating the substrate in a water vapor atmosphere, water molecules quickly enter the inside of the thin film, and the metal component in the thin film and the oxygen of the water molecules are combined,
The crystallization reaction of the thin film proceeds uniformly over the entire film.
In addition, the surface morphology is improved because oxygen of water molecules is not excessively bonded to the film surface. Preferably, the amount of water vapor introduced into the processing space is controlled according to the type of the thin film. Further, similarly to the preliminary firing step, it is preferable to exhaust the processing space and maintain the processing space clean in the main firing step in order to improve the film quality. Examples of the substrate heating apparatus used in the main firing step include an electric furnace,
There is lamp annealing and the like.
【００１８】次に本発明に係る基板加熱処理装置の実施
例を図面を参照して説明する。 ＜第１実施例＞図１は本発明に係る基板加熱処理装置の
第１実施例の概略構成を示した図である。Next, an embodiment of a substrate heating apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. <First Embodiment> FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a substrate heating apparatus according to the present invention.
【００１９】この基板加熱処理装置は、強誘電体または
高誘電率材料からなる薄膜が塗布形成された基板Ｗを加
熱処理するための処理空間を有するチャンバ１を備えて
いる。チャンバ１は本発明装置における容器に相当す
る。チャンバ１内には基板Ｗを載置した状態で基板Ｗを
加熱する加熱プレート２が設けられている。この加熱プ
レート２は本発明装置における加熱手段に相当する。加
熱プレート２には、複数本の支持ピン３が加熱プレート
２の上面から出没するように挿通されている。各支持ピ
ン３はベース部材４に立設されている。このベース部材
４はチャンバ１の外に設けられたエアーシリンダ５のロ
ッドに連結されている。処理対象の基板Ｗをチャンバ１
内へ搬入するとき、あるいは処理済みの基板Ｗをチャン
バ１から搬出するときは、エアーシリンダ５が伸張作動
して基板Ｗを加熱プレート２の上方に持ち上げて、図示
しない基板搬送ロボットとの間で基板Ｗの受け渡しが行
われるようになっている。The substrate heating apparatus includes a chamber 1 having a processing space for heating a substrate W on which a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric material is applied. The chamber 1 corresponds to a container in the device of the present invention. A heating plate 2 for heating the substrate W while the substrate W is placed on the chamber 1 is provided. This heating plate 2 corresponds to a heating means in the apparatus of the present invention. A plurality of support pins 3 are inserted into the heating plate 2 so as to protrude and retract from the upper surface of the heating plate 2. Each support pin 3 is erected on a base member 4. The base member 4 is connected to a rod of an air cylinder 5 provided outside the chamber 1. The substrate W to be processed is placed in chamber 1
When the substrate W is loaded into the chamber or when the processed substrate W is unloaded from the chamber 1, the air cylinder 5 extends and lifts the substrate W above the heating plate 2, and the substrate W is moved between the substrate W and a substrate transfer robot (not shown). The transfer of the substrate W is performed.
【００２０】チャンバ１の上面には後述するバブリング
タンク９から送られてきた水蒸気を含むガス（以下、
「処理ガス」と言う）を取り込むためのガス導入口６が
設けられている。このガス導入口６と加熱プレート２と
の間に多数の小孔７ａが開けられた分散板７が設けられ
ている。ガス導入口６から取り込まれた処理ガスは分散
板７の各小孔７ａを流通することによって分散されて、
基板Ｗに向けて均等に供給されるようになっている。さ
らに、チャンバ１の底部にはチャンバ１内を排気するた
めの排気口８が設けられている。排気口８は、図示しな
い真空ポンプ、あるいはこの種の基板加熱処理装置が設
置されるクリーンルーム内に常備されている排気設備に
連通接続される。排気口８は本発明装置における排気手
段に相当する。On the upper surface of the chamber 1, a gas containing water vapor sent from a bubbling tank 9 (to be described later) (hereinafter, referred to as a gas).
A gas inlet 6 for taking in “processing gas”) is provided. A dispersion plate 7 having a large number of small holes 7a is provided between the gas inlet 6 and the heating plate 2. The processing gas taken in from the gas inlet 6 is dispersed by flowing through each small hole 7a of the dispersion plate 7,
The liquid is supplied uniformly to the substrate W. Further, an exhaust port 8 for exhausting the inside of the chamber 1 is provided at the bottom of the chamber 1. The exhaust port 8 is communicatively connected to a vacuum pump (not shown) or an exhaust system provided in a clean room in which this type of substrate heating apparatus is installed. The exhaust port 8 corresponds to an exhaust unit in the device of the present invention.
【００２１】バブリングタンク９は純水Ｌを収容した密
閉容器であって、純水中にキャリアガスを導入するガス
導入管１０と、水蒸気を含む処理ガスをチャンバ１のガ
ス導入口６に送るガス導出管１１とが挿入されている。
キャリアガスとしては、例えば窒素ガス、空気、酸素ガ
スなどが用いられる。また、バブリングタンク９には純
水の気化を促進させるためにヒータ１２が付設されてい
る。バブリングタンク９は本発明装置における水蒸気供
給手段に相当する。The bubbling tank 9 is a sealed container containing pure water L, and a gas introduction pipe 10 for introducing a carrier gas into the pure water, and a gas for sending a processing gas containing water vapor to the gas introduction port 6 of the chamber 1. The outlet tube 11 is inserted.
As the carrier gas, for example, nitrogen gas, air, oxygen gas, or the like is used. Further, the bubbling tank 9 is provided with a heater 12 for promoting the vaporization of pure water. The bubbling tank 9 corresponds to a steam supply means in the apparatus of the present invention.
【００２２】以上のように構成された第１実施例に係る
基板加熱処理装置によれば、バブリングタンク９内で生
成された水蒸気がキャリアガスとともにガス導出管１１
を介してチャンバ１のガス導入口６に送られる。この処
理ガスが分散板７を介してチャンバ１内に取り込まれる
ことにより、処理空間が水蒸気雰囲気になる。加熱プレ
ート２に載置された基板Ｗは、この水蒸気雰囲気中で加
熱処理される。基板Ｗの加熱処理中、チャンバ１内の処
理ガスは絶えず排気口８から排出されて、チャンバ１内
の処理空間が清浄に維持される。According to the substrate heating apparatus of the first embodiment having the above-described structure, the water vapor generated in the bubbling tank 9 is mixed with the carrier gas in the gas outlet pipe 11.
Through the gas inlet 6 of the chamber 1. When the processing gas is taken into the chamber 1 through the dispersion plate 7, the processing space becomes a water vapor atmosphere. The substrate W placed on the heating plate 2 is heated in this steam atmosphere. During the heat treatment of the substrate W, the processing gas in the chamber 1 is constantly exhausted from the exhaust port 8, and the processing space in the chamber 1 is kept clean.
【００２３】本実施例装置は、その構造上、比較的に低
温で加熱処理する仮焼成工程に用いられるのが好まし
い。なお、ヒータ１２の温度制御や、ガス導入管１０に
流量調節弁を設けるなどして、チャンバ１へ送る処理ガ
スの流量を制御するようにしてもよい。Due to its structure, the apparatus of the present embodiment is preferably used in a preliminary firing step of performing heat treatment at a relatively low temperature. The flow rate of the processing gas sent to the chamber 1 may be controlled by controlling the temperature of the heater 12 or providing a flow control valve in the gas introduction pipe 10.
【００２４】＜第２実施例＞図２は本発明に係る基板加
熱処理装置の第２実施例の概略構成を示した図である。
この基板加熱処理装置は、強誘電体または高誘電率材料
からなる薄膜が塗布形成された基板Ｗを加熱処理するた
めの処理空間を有する炉心管１５を備えている。この炉
心管１５は本発明装置における容器に相当する。炉心管
１５は石英などで形成されている。炉心管１５の閉塞さ
れた上端には、後述する気化器２５から送られてきた水
蒸気を含むガス（処理ガス）を取り込むためのガス導入
口１６が設けられている。炉心管１５の下端は開放して
おり、この開口１７から、ボード１８に多段に配置され
た基板Ｗ群が炉心管１５内に挿入されるようになってい
る。炉心管１５の下端近傍には炉心管１５内を排気する
排気口１９が設けられている。排気口１９は、第１実施
例装置と同様に真空ポンプ、あるいはクリーンルーム内
の排気設備に連通接続されている。排気口１９は本発明
装置における排気手段に相当する。炉心管１５の周囲に
は、炉心管１５内の基板Ｗ群を加熱するヒータ２０が配
設されている。このヒータ２０は本発明装置における加
熱手段に相当する。<Second Embodiment> FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the substrate heating apparatus according to the present invention.
This substrate heat treatment apparatus includes a furnace tube 15 having a processing space for heat-treating a substrate W on which a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric constant material is applied. This core tube 15 corresponds to a container in the apparatus of the present invention. The furnace tube 15 is formed of quartz or the like. A gas inlet 16 for taking in a gas (processing gas) containing water vapor sent from a vaporizer 25 described later is provided at the closed upper end of the furnace tube 15. The lower end of the furnace tube 15 is open, and through this opening 17, a group of substrates W arranged in multiple stages on the board 18 is inserted into the furnace tube 15. An exhaust port 19 for exhausting the inside of the furnace tube 15 is provided near the lower end of the furnace tube 15. The exhaust port 19 is connected to a vacuum pump or an exhaust system in a clean room as in the first embodiment. The exhaust port 19 corresponds to an exhaust unit in the device of the present invention. Around the furnace tube 15, a heater 20 for heating a group of substrates W in the furnace tube 15 is provided. The heater 20 corresponds to a heating unit in the device of the present invention.
【００２５】ボード１８は蓋部材２１に立設されてい
る。蓋部材２１は支持アーム２２に連結されている。支
持アーム２２の基端はネジ軸２３に螺合されている。こ
のネジ軸２３がモータ２４で正逆に回転駆動されること
により、蓋部材２１と一体にボード１８が昇降するよう
になっている。ボード１８が炉心管１５内に収納された
状態で、蓋部材２１は炉心管１５の下端開口１７を閉塞
する。The board 18 is provided upright on the lid member 21. The lid member 21 is connected to the support arm 22. The base end of the support arm 22 is screwed to the screw shaft 23. The board 18 moves up and down integrally with the lid member 21 by rotating the screw shaft 23 in the forward and reverse directions by the motor 24. With the board 18 housed in the furnace tube 15, the lid member 21 closes the lower opening 17 of the furnace tube 15.
【００２６】気化器２５の構成を図３を参照して説明す
る。気化器２５は密閉された筐体２６を備え、この筐体
２６に、それぞれの先端が絞られた内管２７および外管
２８からなる二重管が導入されている。内管２７には純
水（Ｈ2 Ｏ）が、外管２８には窒素ガス、空気、酸素ガ
スなどのキャリアガスが、それぞれ流通する。内管２７
から流出する純水は、外管２８から噴出するキャリアガ
スの高速流により霧状に飛散して筐体２６内に導入され
る。筐体２６内はヒータ２９によって加熱されており、
その熱で霧状の純水が気化して水蒸気となり、この水蒸
気とキャリアガスとが筐体２６内で混合されて処理ガス
が生成される。生成された処理ガスは、筐体２６の二重
管導入側とは反対側に設けられたガス導出口３０から導
出されて、炉心管１５に送られる。このように構成され
た気化器２５において、純水が流通する流路に流量調節
弁３１が、キャリアガスが流通する流路に流量調節弁３
２が、それぞれ設けられている。これらの流量調節弁３
１、３２を操作することにより、炉心管１５へ送られる
処理ガスの流量や、処理ガス中の水蒸気濃度を適宜に調
整できるようになっている。The structure of the vaporizer 25 will be described with reference to FIG. The vaporizer 25 has a closed casing 26, and a double pipe consisting of an inner pipe 27 and an outer pipe 28 each having a narrowed end is introduced into the casing 26. Pure water (H 2 O) flows through the inner tube 27, and a carrier gas such as nitrogen gas, air, or oxygen gas flows through the outer tube 28. Inner tube 27
Pure water flowing out of the outer tube 28 is scattered in a mist state by the high-speed flow of the carrier gas ejected from the outer tube 28 and is introduced into the housing 26. The inside of the housing 26 is heated by a heater 29,
The heat causes the atomized pure water to evaporate to form steam, and the steam and the carrier gas are mixed in the housing 26 to generate a processing gas. The generated processing gas is led out from a gas outlet 30 provided on the opposite side of the casing 26 from the double pipe introduction side, and is sent to the furnace tube 15. In the vaporizer 25 configured as described above, the flow control valve 31 is provided in the flow path through which the pure water flows, and the flow control valve 3 is provided in the flow path through which the carrier gas flows.
2 are provided respectively. These flow control valves 3
By operating 1, 32, the flow rate of the processing gas sent to the furnace tube 15 and the concentration of water vapor in the processing gas can be appropriately adjusted.
【００２７】以上のように構成された第２実施例に係る
基板加熱処理装置によれば、気化器２５内で生成された
水蒸気を含む処理ガスが炉心管１５に送られる。ガス導
入口１６から炉心管１５内に導入された処理ガスは炉心
管１５内を流下して処理空間を水蒸気雰囲気にする。ボ
ード１８に多段に配置された基板Ｗ群は、この水蒸気雰
囲気中で一括して加熱処理される。基板Ｗ群の加熱処理
中、炉心管１５内の処理ガスは絶えず排気口１９から排
出されて、炉心管１５内の処理空間が清浄に維持され
る。According to the substrate heating apparatus of the second embodiment configured as described above, the processing gas containing the water vapor generated in the vaporizer 25 is sent to the furnace tube 15. The processing gas introduced into the furnace tube 15 from the gas inlet 16 flows down in the furnace tube 15 to make the processing space a steam atmosphere. The group of substrates W arranged in multiple stages on the board 18 is collectively heated in this steam atmosphere. During the heat treatment of the substrate W group, the processing gas in the furnace tube 15 is constantly exhausted from the exhaust port 19, and the processing space in the furnace tube 15 is kept clean.
【００２８】本実施例装置は、上述した仮焼成工程およ
び本焼成工程のいずれにも用いることができるが、その
構造上、炉心管１５内を高温度にあげられるので、本焼
成工程に好ましく用いられる。なお、本実施例で用いた
気化器２５を第１実施例装置のバブリングタンク９に代
えて用いるようにしてもよい。The apparatus of this embodiment can be used in both the above-mentioned preliminary firing step and the main firing step. However, since the inside of the furnace tube 15 can be raised to a high temperature due to its structure, it is preferably used in the main firing step. Can be The vaporizer 25 used in this embodiment may be used instead of the bubbling tank 9 of the first embodiment.
【００２９】＜第３実施例＞図４は本発明に係る基板加
熱処理装置の第３実施例の概略構成を示した図である。
この基板加熱処理装置は、強誘電体または高誘電率材料
からなる薄膜が塗布形成された基板Ｗを加熱処理するた
めの処理空間を有する石英製の反応管３５を備えてい
る。この反応管３５は本発明装置における容器に相当す
る。反応管３５は水平姿勢に配置されており、その閉塞
された奥側端には気化器２５から送られてきた水蒸気を
含む処理ガスを取り込むためのガス導入口３６が設けら
れている。反応管３５の前側端は開放しており、この開
口３７から、基板Ｗを水平姿勢で保持した基板保持体３
８が反応管３５内に挿入されるようになっている。反応
管３５の前端近傍には反応管３５内を排気する排気口３
９が設けられている。排気口３９は、第１実施例装置と
同様に真空ポンプ、あるいはクリーンルーム内の排気設
備に連通接続されている。排気口３９は本発明装置にお
ける排気手段に相当する。反応管３５を挟んで上下のそ
れぞれに、輻射熱を放射する複数個のハロゲンランプ４
０と、これらを保持する金属リフレクタ４１とが設けら
れている。この金属リフレクタ４１の内側全面にはハロ
ゲンランプ４０の輻射熱を反応管３５の方向へ反射する
ように金メッキなどが施された反射板４２が設けられて
いる。ハロゲンランプ４０は本発明装置における加熱手
段に相当する。<Third Embodiment> FIG. 4 is a view showing a schematic configuration of a third embodiment of the substrate heating apparatus according to the present invention.
The substrate heating apparatus includes a quartz reaction tube 35 having a processing space for heating a substrate W on which a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric material is applied. This reaction tube 35 corresponds to a container in the apparatus of the present invention. The reaction tube 35 is arranged in a horizontal posture, and a gas inlet 36 for taking in a processing gas containing water vapor sent from the vaporizer 25 is provided at the closed rear end. The front end of the reaction tube 35 is open, and the substrate holder 3 holding the substrate W in a horizontal posture is opened through the opening 37.
8 is inserted into the reaction tube 35. An exhaust port 3 for exhausting the inside of the reaction tube 35 is provided near the front end of the reaction tube 35.
9 are provided. The exhaust port 39 is connected to a vacuum pump or an exhaust system in a clean room as in the first embodiment. The exhaust port 39 corresponds to an exhaust unit in the device of the present invention. A plurality of halogen lamps 4 radiating radiant heat above and below the reaction tube 35, respectively.
0 and a metal reflector 41 for holding these. On the entire inner surface of the metal reflector 41, a reflecting plate 42 provided with gold plating or the like so as to reflect the radiant heat of the halogen lamp 40 toward the reaction tube 35 is provided. The halogen lamp 40 corresponds to a heating unit in the device of the present invention.
【００３０】基板保持体３８の基端側には蓋部材４３が
取り付けられており、基板Ｗを支持した基板保持体３８
を反応管３５内に挿入したときに、蓋部材４３によって
反応管３５の開口３７が閉塞されるようになっている。A lid member 43 is attached to the base end side of the substrate holder 38 to support the substrate W.
Is inserted into the reaction tube 35, the opening 37 of the reaction tube 35 is closed by the lid member 43.
【００３１】なお、気化器２５の構成は第２実施例装置
で説明したと同様であるので、ここでの説明は省略す
る。また、気化器２５に純水を供給する流路に流量調節
弁３１が、気化器２５にキャリアガスを供給する流路に
流量調節弁３２が、それぞれ設けられている点も第２実
施例装置と同様である。Since the structure of the vaporizer 25 is the same as that described in the second embodiment, the description is omitted here. The second embodiment is also different in that a flow control valve 31 is provided in a flow path for supplying pure water to the vaporizer 25, and a flow control valve 32 is provided in a flow path for supplying carrier gas to the vaporizer 25. Is the same as
【００３２】以上のように構成された第３実施例に係る
基板加熱処理装置によれば、気化器２５内で生成された
水蒸気を含む処理ガスが反応管３５に送られる。ガス導
入口３６から反応管３５内に導入された処理ガスは反応
管３５内を奥側から前側に流通して処理空間を水蒸気雰
囲気にする。基板保持体３８に保持された基板Ｗは、こ
の水蒸気雰囲気中で、ハロゲンランプ４０からの輻射熱
によって加熱処理される。基板Ｗの加熱処理中、反応管
３５内の処理ガスは絶えず排気口３９から排出されて、
反応管３５内の処理空間が清浄に維持される。According to the substrate heating apparatus of the third embodiment configured as described above, the processing gas containing water vapor generated in the vaporizer 25 is sent to the reaction tube 35. The processing gas introduced into the reaction tube 35 from the gas inlet 36 flows through the inside of the reaction tube 35 from the back side to the front side to make the processing space a steam atmosphere. The substrate W held by the substrate holder 38 is heated in this steam atmosphere by radiant heat from the halogen lamp 40. During the heat treatment of the substrate W, the processing gas in the reaction tube 35 is constantly exhausted from the exhaust port 39,
The processing space in the reaction tube 35 is kept clean.
【００３３】本実施例装置は、上述した仮焼成工程およ
び本焼成工程のいずれにも用いることができるが、その
構造上、反応管３５内を高温度にあげられるので、本焼
成工程に好ましく用いられる。The apparatus of the present embodiment can be used in both the above-mentioned preliminary firing step and the main firing step. However, since the temperature inside the reaction tube 35 can be raised to a high temperature due to its structure, it is preferably used in the main firing step. Can be
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば次の効果を奏する。請求項１に記載の発明によ
れば、強誘電体または高誘電率材料からなる薄膜が塗布
形成された基板を水蒸気雰囲気中で加熱処理しているの
で、膜中への水分子の進入が速やかである。したがっ
て、本発明によれば、薄膜の内部にまで結晶化反応（酸
化反応）を均一に進めることができる。また、膜表面が
過剰に酸化されることもないので、表面モフォロジーも
向上する。その結果、この種の膜を利用した半導体デバ
イスのスイッチング電荷量の増大、リーク電流の低減、
疲労特性の向上、電荷保持特性の向上を図ることができ
る他、結晶配向性が向上するとともに、微細加工性も向
上する。As apparent from the above description, the present invention has the following effects. According to the first aspect of the present invention, the substrate on which the thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric constant material is applied is subjected to a heat treatment in a steam atmosphere, so that water molecules enter the film quickly. It is. Therefore, according to the present invention, the crystallization reaction (oxidation reaction) can be uniformly advanced to the inside of the thin film. Also, since the film surface is not excessively oxidized, the surface morphology is also improved. As a result, the amount of switching charge of a semiconductor device using this type of film increases, the leakage current decreases,
In addition to improving the fatigue characteristics and the charge retention characteristics, the crystal orientation and the fine workability are also improved.
【００３５】また、請求項２に記載の発明によれば、焼
成工程を仮焼成工程と本焼成工程に分け、塗布形成され
た膜中に残留している溶媒を仮焼成工程で揮発させて除
去しているので、後の本焼成工程における結晶化反応
が、膜中から揮発した溶媒によって悪影響を受けること
がない。According to the second aspect of the present invention, the baking step is divided into a calcination step and a main calcination step, and the solvent remaining in the coated film is volatilized and removed in the calcination step. Therefore, the crystallization reaction in the subsequent main firing step is not adversely affected by the solvent volatilized from the film.
【００３６】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
請求項１に記載の発明方法を好適に実施することができ
る。また、結晶化反応の間、容器内を排気して処理空間
を清浄に維持できるので、良質の膜を生成することがで
きる。Further, according to the third aspect of the present invention,
The method according to the first aspect of the present invention can be suitably performed. Further, during the crystallization reaction, the inside of the container can be evacuated to keep the processing space clean, so that a high-quality film can be produced.
【図１】第１実施例に係る基板加熱処理装置の概略構成
を示した図である。FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a substrate heating apparatus according to a first embodiment.
【図２】第２実施例に係る基板加熱処理装置の概略構成
を示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a substrate heating apparatus according to a second embodiment.
【図３】気化器の概略構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a vaporizer.
【図４】第３実施例に係る基板加熱処理装置の概略構成
を示した図である。FIG. 4 is a view illustrating a schematic configuration of a substrate heating apparatus according to a third embodiment.
１…チャンバ ２…加熱プレート ９…バブリングタンク ８…排気口 １５…炉心管 １９…排気口 ２０…ヒータ ２５…気化器 ３５…反応管 ３９…排気口 ４０…ハロゲンランプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber 2 ... Heating plate 9 ... Bubbling tank 8 ... Exhaust port 15 ... Core tube 19 ... Exhaust port 20 ... Heater 25 ... Vaporizer 35 ... Reaction tube 39 ... Exhaust port 40 ... Halogen lamp
Claims (3)
膜が塗布形成された基板を加熱処理する基板加熱処理方
法において、 前記薄膜が形成された基板を水蒸気雰囲気中で加熱処理
することを特徴とする基板加熱処理方法。1. A substrate heating method for heating a substrate on which a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric material is applied, wherein the substrate on which the thin film is formed is heated in a steam atmosphere. Substrate heat treatment method.
いて、 強誘電体または高誘電率材料からなる薄膜が塗布形成さ
れた基板を、水蒸気雰囲気中で、第１の温度で加熱処理
して前記薄膜中の溶媒を除去する仮焼成工程と、 前記仮焼成工程を経た基板を、水蒸気雰囲気中で、前記
第１の温度よりも高い第２の温度で加熱処理して前記薄
膜を結晶化させる本焼成工程とを備えた基板加熱処理方
法。2. The substrate heat treatment method according to claim 1, wherein the substrate on which the thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric material is applied is heat-treated at a first temperature in a steam atmosphere. A calcination step of removing a solvent in the thin film; and heating the substrate after the calcination step in a steam atmosphere at a second temperature higher than the first temperature to crystallize the thin film. A substrate heat treatment method comprising a main baking step.
膜が塗布形成された基板を加熱処理する基板加熱処理装
置において、 基板を加熱処理するための処理空間を備えた容器と、 前記容器内の基板を加熱する加熱手段と、 前記容器内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、 前記容器内を排気する排気手段とを備えたことを特徴と
する基板加熱処理装置。3. A substrate heating apparatus for heating a substrate on which a thin film made of a ferroelectric material or a high dielectric constant material is applied, comprising: a container having a processing space for heating the substrate; A heating means for heating the substrate, a water vapor supply means for supplying water vapor into the container, and an exhaust means for exhausting the inside of the container.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10210692A JP2000049151A (en) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | Substrate heating method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP10210692A JP2000049151A (en) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | Substrate heating method and apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000049151A true JP2000049151A (en) | 2000-02-18 |
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ID=16593533
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10210692A Pending JP2000049151A (en) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | Substrate heating method and apparatus |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000049151A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101039163B1 (en) | 2005-11-15 | 2011-06-03 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Semiconductor processing system and carburetor |
| JP2020132905A (en) * | 2019-02-13 | 2020-08-31 | 信越化学工業株式会社 | Film deposition method and film deposition apparatus |
-
1998
- 1998-07-27 JP JP10210692A patent/JP2000049151A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101039163B1 (en) | 2005-11-15 | 2011-06-03 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Semiconductor processing system and carburetor |
| JP2020132905A (en) * | 2019-02-13 | 2020-08-31 | 信越化学工業株式会社 | Film deposition method and film deposition apparatus |
| JP7239919B2 (en) | 2019-02-13 | 2023-03-15 | 信越化学工業株式会社 | Film forming method and film forming apparatus |
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