JP2005347583A - Method of deciding heat treatment condition - Google Patents
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Description
本発明は、熱処理後の半導体素子の電気特性が所望の性能に達するような熱処理条件を決定する熱処理条件決定方法に関するものである。 The present invention relates to a heat treatment condition determining method for determining a heat treatment condition such that electrical characteristics of a semiconductor element after the heat treatment reach a desired performance.
電界効果トランジスタの製造では、半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、半導体基板にイオン注入してソース・ドレイン領域を形成した後、ソース・ドレイン領域を活性化するために約1000℃の熱処理が実施される。 In the manufacture of a field effect transistor, a gate insulating film and a gate electrode are formed on a semiconductor substrate, ions are implanted into the semiconductor substrate to form a source / drain region, and then about 1000 ° C. to activate the source / drain region. The heat treatment is performed.
この熱処理において、電界効果トランジスタの積層構造、各膜の膜厚又は組成に応じて熱処理条件を設定する必要がある。これは、ゲート絶縁膜として、シリコン酸化膜よりも高い誘電率を有する絶縁膜(High−K膜)を用いた場合に特に重要である。 In this heat treatment, it is necessary to set heat treatment conditions according to the laminated structure of the field effect transistor, the film thickness or composition of each film. This is particularly important when an insulating film (High-K film) having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film is used as the gate insulating film.
半導体素子の熱処理条件を決定する従来の方法について図5を用いて説明する(例えば、特許文献1参照)。まず、評価用の半導体素子をウェハ上に形成する(ステップS11)。次に、ウェハを測定器にセットする(ステップS12)。そして、ウェハ全体を熱処理する(ステップS13)。 A conventional method for determining a heat treatment condition of a semiconductor element will be described with reference to FIG. 5 (see, for example, Patent Document 1). First, an evaluation semiconductor element is formed on a wafer (step S11). Next, the wafer is set on the measuring instrument (step S12). Then, the entire wafer is heat treated (step S13).
次に、ウェハ上に形成された半導体素子の電気特性を測定する(ステップS14)。測定した半導体素子の電気特性が所望の性能に達しているかどうかを判定する(ステップS15)。そして、半導体素子の電気特性が所望の性能に達していない場合は、熱処理条件を変えて別のウェハについてステップS12〜S15を行う。一方、半導体素子の電気特性が所望の性能に達している場合は、その半導体素子に対して行った熱処理の条件を目的の熱処理条件として決定する(ステップS16)。 Next, the electrical characteristics of the semiconductor element formed on the wafer are measured (step S14). It is determined whether or not the measured electrical characteristics of the semiconductor element have reached a desired performance (step S15). If the electrical characteristics of the semiconductor element do not reach the desired performance, steps S12 to S15 are performed on another wafer while changing the heat treatment conditions. On the other hand, if the electrical characteristics of the semiconductor element have reached the desired performance, the conditions for the heat treatment performed on the semiconductor element are determined as the target heat treatment conditions (step S16).
以上の方法により求めた熱処理条件で半導体素子の熱処理を行えば、半導体素子の電気特性を所望の性能にすることができる。 When heat treatment of the semiconductor element is performed under the heat treatment conditions obtained by the above method, the electrical characteristics of the semiconductor element can be set to desired performance.
熱処理条件を決定するための従来の方法では、ウェハ全体を熱処理していたため、1つの熱処理条件に対して1枚のウェハが使用されていた。従って、半導体素子の電気特性が所望の性能に達するまでの測定回数分のウェハを用意する必要があった。また、1回の測定ごとにウェハを交換する時間が必要であり、熱処理条件の決定に要する時間が長くなるという問題があった。 In the conventional method for determining the heat treatment conditions, since the entire wafer is heat treated, one wafer is used for one heat treatment condition. Therefore, it is necessary to prepare wafers for the number of times of measurement until the electrical characteristics of the semiconductor element reach a desired performance. In addition, there is a problem that a time for exchanging the wafer is required for each measurement, and the time required for determining the heat treatment condition becomes long.
一方、ウェハを評価する半導体素子ごとに分割してウェハ片とすれば、ウェハ枚数を抑えることができる。しかし、ウェハ片を処理するための装置が必要となる。また、1回の測定ごとにウェハ片を交換する時間が必要であり、熱処理条件の決定に要する時間を短縮することもできない。 On the other hand, if the wafer is divided for each semiconductor element to be evaluated to form a wafer piece, the number of wafers can be suppressed. However, an apparatus for processing wafer pieces is required. In addition, it takes time to replace the wafer piece for each measurement, and the time required for determining the heat treatment conditions cannot be shortened.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、熱処理後の半導体素子の電気特性が所望の性能に達するような熱処理条件を決定する際に、決定するまでの時間を短縮することができる熱処理条件決定方法を得るものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is to determine the heat treatment conditions so that the electrical characteristics of the semiconductor element after the heat treatment reach a desired performance. It is possible to obtain a heat treatment condition determination method capable of shortening the time of the heat treatment.
本発明に係る熱処理条件決定方法は、測定器内において、局所加熱機を用いて、ウェハ上に形成された複数の半導体素子の1つを局所的に熱処理する熱処理ステップと、測定器内において、局所的に熱処理した半導体素子の電気特性を測定する測定ステップと、測定した半導体素子の電気特性が所望の性能に達していない場合は、複数の半導体素子の他の半導体素子について熱処理の条件を変えて熱処理ステップ及び測定ステップを行うステップと、測定した半導体素子の電気特性が所望の性能に達している場合は、その半導体素子に対して行った熱処理の条件を目的の熱処理条件として決定するステップとを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。 A heat treatment condition determining method according to the present invention includes a heat treatment step in which one of a plurality of semiconductor elements formed on a wafer is locally heat treated using a local heater in the measuring instrument, and in the measuring instrument, A measurement step for measuring the electrical characteristics of the locally heat-treated semiconductor element, and if the measured electrical characteristics of the semiconductor element do not reach the desired performance, change the heat treatment conditions for other semiconductor elements in the plurality of semiconductor elements. A step of performing a heat treatment step and a measurement step, and a step of determining a heat treatment condition performed on the semiconductor element as a target heat treatment condition if the measured electrical characteristics of the semiconductor element have reached a desired performance; Have Other features of the present invention will become apparent below.
本発明により、熱処理後の半導体素子の電気特性が所望の性能に達するような熱処理条件を決定する際に、決定までの時間を短縮することができる。 According to the present invention, when determining the heat treatment conditions such that the electrical characteristics of the semiconductor element after the heat treatment reach a desired performance, the time until the determination can be shortened.
熱処理後の半導体素子の電気特性が所望の性能に達するような熱処理条件を決定するための本発明の実施の形態に係る熱処理条件決定方法について図1を用いて説明する。 A heat treatment condition determining method according to an embodiment of the present invention for determining a heat treatment condition that allows the electrical characteristics of the semiconductor element after the heat treatment to achieve a desired performance will be described with reference to FIG.
まず、評価用の複数の半導体素子をウェハ上に形成する(ステップS1)。次に、ウェハを測定器内にセットする(ステップS2)。そして、測定器内において、局所加熱機を用いて、ウェハ上に形成された複数の半導体素子の1つ又は2つ程度を局所的に熱処理する(ステップS3)。 First, a plurality of semiconductor elements for evaluation are formed on a wafer (step S1). Next, the wafer is set in the measuring instrument (step S2). In the measuring instrument, one or two of the plurality of semiconductor elements formed on the wafer are locally heat-treated using a local heater (step S3).
ここで、局所加熱機としてランプアニール装置を用いた場合について説明する。図2は熱処理に用いる局所加熱機の斜面図である。 Here, a case where a lamp annealing apparatus is used as the local heater will be described. FIG. 2 is a slope view of a local heater used for heat treatment.
複数の半導体素子が形成されたウェハ11上に局所加熱機12が配置される。そして、局所加熱機12の筐体13には、半導体素子を熱処理するための熱源14が設けられている。この熱源14は、制御信号線15から供給される信号により制御される。
A
また、熱源14の周囲に、熱処理の際に半導体素子の周囲の雰囲気を制御するためのガス供給部16が設けられている。そして、この雰囲気制御用のガス供給部16にガスを供給するための配管17が設けられている。さらに、筐体13の下部の側面にガス排出口20が設けられている。
A
また、筐体13には、局所加熱機12をウェハ11に対して上下させるための上下移動部18が設けられている。この上下移動部18は、制御信号線19から供給される信号により制御される。
In addition, the
図3は局所加熱機の下面図である。筐体13の底面の四隅には、ウェハ11と接触する脚部21が設けられている。また、筐体13の底面の中央部には、熱源14の先端部が露出している。そして、その周囲には、ガス供給部16のガス供給口22が開口している。
FIG. 3 is a bottom view of the local heater.
図4は局所加熱機の熱源の先端部を示す図である。減圧不活性ガス雰囲気とした外部シールド23中に、フィラメント24が設置されている。そして、フィラメント24の後方に、フィラメント24で発生した光をウェハ11上に集めるための集光板25が設けられている。これにより、局所加熱機を用いて熱処理する範囲を直径100μm程度のスポットとすることができ、ウェハ上に形成された1つ又は2つ程度の半導体素子を局所的に熱処理することができる。
FIG. 4 is a view showing the tip of the heat source of the local heater. A
また、フィラメント24は、集光板25との接触を防ぐフィラメント用絶縁体26を介して後方へ引き出され、途中は省略するが制御信号線15に接続されている。
In addition, the
次に、熱処理ステップにおける局所加熱機の動作について説明する。まず、局所加熱機12は、ウェハ11上に配置され、図示を省略した機構により水平方向に移動され、熱処理すべき半導体素子に位置合わせされる。
Next, the operation of the local heater in the heat treatment step will be described. First, the
次に、局所加熱機12は、上下移動部18によりウェハ11に接触するまで移動され、接触後も更に一定の力でウェハ11に押し付けられる。その後、ガス供給部16のガス供給口22から、熱処理する半導体素子の周囲に、不活性ガス、窒素ガス、又は、微量の酸素ガスを混入した窒素ガスが供給される。この供給されたガスはガス排出口20から排出される。
Next, the
次に、熱源14の先端に設けられたフィラメント24に電気が供給され、光が発生し、この光が集光板25で集光され、ウェハ11上の熱処理を行うべき半導体素子を含む領域のみに照射される。これにより、ウェハ11上に形成された複数の半導体素子の1つ又は2つ程度が局所的に加熱される。
Next, electricity is supplied to the
熱処理が終わった後、局所加熱機12が、上下移動部18により上方に移動され、水平方向に移動されて、ウェハ11上から除去される。
After the heat treatment is completed, the
次に、同一の測定器内において、局所的に熱処理した半導体素子の電気特性を測定する(ステップS4)。そして、測定した半導体素子の電気特性が所望の性能に達しているかどうかを判定する(ステップS5)。ここで、測定した半導体素子の電気特性が所望の性能に達していない場合は、熱処理条件を変えて、同一ウェハ上の複数の半導体素子の熱処理を行っていない他の半導体素子についてステップS3〜S5を行う。一方、測定した半導体素子の電気特性が所望の性能に達している場合は、その半導体素子に対して行った熱処理の条件を目的の熱処理条件として決定する(ステップS6)。 Next, the electrical characteristics of the locally heat-treated semiconductor element are measured in the same measuring device (step S4). Then, it is determined whether or not the measured electrical characteristics of the semiconductor element have reached a desired performance (step S5). Here, if the measured electrical characteristics of the semiconductor elements do not reach the desired performance, steps S3 to S5 are performed for other semiconductor elements that are not subjected to heat treatment of a plurality of semiconductor elements on the same wafer by changing the heat treatment conditions. I do. On the other hand, when the measured electrical characteristics of the semiconductor element reach the desired performance, the conditions for the heat treatment performed on the semiconductor element are determined as the target heat treatment conditions (step S6).
このように、ウェハ上に形成された複数の半導体素子の1つを局所的に熱処理し、その熱処理後の半導体素子の電気特性を評価することで、1つのウェハ上で半導体素子の電気特性の評価を熱処理条件を変えて繰り返し行うことができる。従って、1回の測定ごとにウェハを交換する必要が無いため、ウェハ交換の時間を節約でき、熱処理後の半導体素子の電気特性が所望の性能に達するような熱処理条件を求めるまでの時間を短縮することができる。 In this way, one of the plurality of semiconductor elements formed on the wafer is locally heat-treated, and the electric characteristics of the semiconductor element after the heat treatment are evaluated, whereby the electric characteristics of the semiconductor elements on one wafer are evaluated. The evaluation can be repeated by changing the heat treatment conditions. Therefore, since it is not necessary to replace the wafer for each measurement, the time for wafer replacement can be saved, and the time required for obtaining the heat treatment conditions that achieve the desired performance of the semiconductor element after heat treatment can be shortened. can do.
11 ウェハ
12 局所加熱機
13 筐体
14 熱源
15 制御信号線
16 ガス供給部
17 配管
18 上下移動部
19 制御信号線
20 ガス排出口
21 脚部
22 ガス供給口
23 外部シールド
24 フィラメント
25 集光板
26 フィラメント用絶縁体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記測定器内において、前記局所的に熱処理した半導体素子の電気特性を測定する測定ステップと、
測定した半導体素子の電気特性が所望の性能に達していない場合は、前記複数の半導体素子の他の半導体素子について熱処理の条件を変えて前記熱処理ステップ及び前記測定ステップを行うステップと、
測定した半導体素子の電気特性が所望の性能に達している場合は、その半導体素子に対して行った熱処理の条件を目的の熱処理条件として決定するステップとを有することを特徴とする熱処理条件決定方法。 A heat treatment step of locally heat-treating one of a plurality of semiconductor elements formed on the wafer using a local heater in the measuring instrument;
In the measuring device, a measuring step for measuring electrical characteristics of the locally heat-treated semiconductor element;
If the measured electrical characteristics of the semiconductor elements do not reach the desired performance, the heat treatment step and the measurement step by changing the heat treatment conditions for the other semiconductor elements of the plurality of semiconductor elements,
A method for determining a heat treatment condition, comprising: determining a heat treatment condition performed on the semiconductor element as a target heat treatment condition when the measured electrical characteristics of the semiconductor element reach a desired performance .
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