JP3029953B2 - Semiconductor wafer heat treatment equipment - Google Patents
Semiconductor wafer heat treatment equipmentInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェーハの製造
または処理工程等に使用される半導体ウェーハの熱処理
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor wafer heat treatment apparatus used in a semiconductor wafer manufacturing or processing step.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、縦型熱処理炉、ＣＶＤ炉、エピタ
キシャル成長炉等の熱処理装置では、フランジ部や炉芯
管またはベルジャーの保持部材等に、ステンレス鋼等の
金属材料が用いられていた。これらの金属材料部材は、
熱処理雰囲気を外気から遮断するための部材であり、熱
処理雰囲気に直接接触している。2. Description of the Related Art Conventionally, in heat treatment apparatuses such as a vertical heat treatment furnace, a CVD furnace, and an epitaxial growth furnace, a metal material such as stainless steel is used for a flange portion, a furnace tube, or a holding member of a bell jar. These metal members are
A member for shielding the heat treatment atmosphere from the outside air, and is in direct contact with the heat treatment atmosphere.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】これらステンレス鋼等
の金属材料からなる部材は、熱処理作業の間、高温状態
にさらされる。このため、金属材料が酸化したりまたは
蒸発したりして鉄、クロム、ニッケル等の金属成分が熱
処理雰囲気内に侵入するおそれがあった。その結果、熱
処理雰囲気内に配置された半導体ウェーハが金属成分に
汚染され、結晶欠陥の発生を加速する等の問題を生じ、
製品歩留の低下や、品質の劣化を招いていた。特に、金
属成分の蒸発に起因するこのような問題は、非酸化性雰
囲気下で生じやすく、かかる雰囲気下での熱処理におい
て解決が望まれていた。本出願人は、かかる従来技術の
欠点を解消すべく、先に炉芯管本体支持部材および炉蓋
をともにセラミックス材料で形成した半導体ウェーハの
熱処理炉を開発し、特許出願している（特開平３−１５
１６３１号公報参照）。しかしながら、炉芯管本体等の
重量構造物を支える炉芯管本体支持部材および炉蓋をセ
ラミックス材料で形成した場合、配管等の加工が困難で
あり、製造コストが高価格となる課題を有していた。本
発明は、このような事情に鑑みなされたもので、金属部
材の酸化または蒸発により熱処理室内の雰囲気が汚染さ
れることのない半導体ウェーハ熱処理装置を低コストで
提供すること目的とする。The members made of a metal material such as stainless steel are exposed to a high temperature during the heat treatment. For this reason, the metal material may be oxidized or evaporated and metal components such as iron, chromium, and nickel may enter the heat treatment atmosphere. As a result, the semiconductor wafer placed in the heat treatment atmosphere is contaminated with metal components, causing problems such as accelerating the generation of crystal defects.
This has resulted in lower product yields and lower quality. In particular, such a problem caused by evaporation of a metal component is likely to occur in a non-oxidizing atmosphere, and a solution in heat treatment in such an atmosphere has been desired. The present applicant has developed a heat treatment furnace for semiconductor wafers in which both the furnace core tube main body support member and the furnace lid are formed of a ceramic material, and has filed a patent application in order to solve the drawbacks of the prior art (Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 9-134572). 3-15
No. 1631). However, when the furnace core tube main body supporting member and the furnace lid for supporting a heavy structure such as the furnace core tube body are formed of a ceramic material, there is a problem that processing of piping and the like is difficult and manufacturing costs are high. I was The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide, at low cost, a semiconductor wafer heat treatment apparatus in which the atmosphere in a heat treatment chamber is not contaminated by oxidation or evaporation of a metal member.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、熱処理室内に配置した半導体ウェーハに対
し所定の熱処理を行う熱処理装置において、前記熱処理
室内の雰囲気に接する金属部表面に、ＴｉＮまたはＴｉ
ＣＮ2 セラミック材料からなるコーティング層を０．５
乃至５．０μｍの厚さに形成したことを特徴としてい
る。また、コーティング層は、イオンプレーティング法
またはＣＶＤ（化学蒸着）法により形成することが好ま
しい。In order to achieve the above object, the present invention provides a heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on a semiconductor wafer disposed in a heat treatment chamber. TiN or Ti
0.5 coating layer of CN 2 ceramic material
It is characterized by being formed to a thickness of 5.0 to 5.0 μm. Further, the coating layer is preferably formed by an ion plating method or a CVD (chemical vapor deposition) method.
【０００５】[0005]
【作用】本発明では、熱処理室内の雰囲気に接する金属
部表面に、ＴｉＮまたはＴｉＣＮ2 セラミックス材料か
らなるコーティング層を形成してあるので、金属部が熱
処理雰囲気から遮断されている。したがって、金属部が
高温状態下におかれ酸化または蒸発が生じても、金属成
分の熱処理雰囲気内への侵入は防止される。特に、非酸
化性雰囲気での熱処理を行う場合には、金属部表面のコ
ーティング層をＴｉＮまたはＴｉＣＮ2 で形成すること
により、膜成分の高い安定性、高温下で充分に低い蒸気
圧、そして優れた耐食性を満足することができる。な
お、酸化性雰囲気では、金属部表面に酸化皮膜が形成さ
れ、金属成分の蒸発が抑制されるので、蒸発による熱処
理雰囲気の汚染はあまり問題とならない。また、コーテ
ィング層が厚くなると、金属部とＴｉＮまたはＴｉＣＮ
2 のセラミックスからなるコーティング層との間の熱膨
張係数の違いから、高温状態下でコーティング層の剥離
が生じやすくなる。一方、コーティング層が薄過ぎる場
合には、ピンホール等の欠陥が残りやすく、金属部表面
の被覆性能が不十分となる。そこで、本発明では、コー
ティング層の剥離防止とピンホール等の欠陥除去のた
め、その厚さは０．５〜５．０μｍとする。In the present invention, a coating layer made of a TiN or TiCN 2 ceramics material is formed on the surface of the metal part in contact with the atmosphere in the heat treatment chamber, so that the metal part is shielded from the heat treatment atmosphere. Therefore, even if the metal portion is exposed to high temperature and oxidized or evaporated, the metal component is prevented from entering the heat treatment atmosphere. In particular, when heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere, by forming the coating layer on the metal part surface with TiN or TiCN 2 , high stability of the film components, a sufficiently low vapor pressure at high temperature, and excellent Corrosion resistance can be satisfied. In the oxidizing atmosphere, an oxide film is formed on the surface of the metal part, and the evaporation of the metal component is suppressed. Therefore, the contamination of the heat treatment atmosphere by the evaporation does not cause much problem. Also, when the coating layer becomes thicker, the metal portion and TiN or TiCN
From difference in thermal expansion coefficient between the coating layer comprising a second ceramic, the peeling of the coating layer is liable to occur under high temperature conditions. On the other hand, when the coating layer is too thin, defects such as pinholes are likely to remain, and the coating performance on the surface of the metal part becomes insufficient. Therefore, in the present invention, the thickness is set to 0.5 to 5.0 μm in order to prevent peeling of the coating layer and to remove defects such as pinholes.
【０００６】さらに、コーティング層は、金属部表面へ
の完全な密着とピンホール等の欠陥を除去するため、イ
オンプレーティング法またはＣＶＤ法によって形成する
ことが好ましい。このとき、金属部表面は、ＴｉＮまた
はＴｉＣＮ2 のセラミックス材料を均一に成膜するため
に、あらかじめバフ研磨面もしくは化学研磨面としてお
くことが好ましい。なお、コーティング層を形成するセ
ラミックス材料としては、ＴｉＮまたはＴｉＣＮ2 以外
にも、ＴｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ、ＴｉＯ2 、ＳｉＣ
等、種々の材料の使用が考えられる。しかし、ＴｉＮま
たはＴｉＣＮ2 以外の材料は、還元性雰囲気下での安定
性が欠如したり、金属部表面からの剥離が生じやすい等
の欠点を有する。Further, the coating layer is preferably formed by an ion plating method or a CVD method in order to completely adhere to the surface of the metal part and remove defects such as pinholes. At this time, it is preferable that the surface of the metal portion be previously a buffed surface or a chemically polished surface in order to uniformly form a ceramic material of TiN or TiCN 2 . The ceramic material for forming the coating layer includes TiC, Al 2 O 3 , AlN, TiO 2 , and SiC in addition to TiN or TiCN 2.
Use of various materials is conceivable. However, materials other than TiN or TiCN 2 have drawbacks such as lack of stability in a reducing atmosphere and easy peeling from the surface of the metal part.
【０００７】[0007]
【実施例】以下、本発明にかかる半導体ウェーハの熱処
理装置について、その好ましい実施例を挙げ、具体的に
説明する。図１は本発明にかかる半導体ウェーハ熱処理
装置の実施例を示す正面断面図であり、特に、半導体製
造工程で用いられる縦型熱処理炉を示している。まず、
同図に示した縦型熱処理炉の概略構成を説明する。縦型
熱処理炉は、全体的に円筒形状の炉芯管１０を備えてい
る。炉芯管１０は下方に開口していて、その開口から半
導体ウェーハを出し入れする構成になっている。炉芯管
１０は石英ガラスで構成してあり、その内部が処理空間
１０ａを形成してる。処理空間１０ａには、ウェーハ保
持部材１１によって多数の半導体ウェーハ１２が設置し
てある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the apparatus for heat treating a semiconductor wafer according to the present invention will now be described in detail. FIG. 1 is a front sectional view showing an embodiment of a semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the present invention, and particularly shows a vertical heat treatment furnace used in a semiconductor manufacturing process. First,
A schematic configuration of the vertical heat treatment furnace shown in FIG. The vertical heat treatment furnace includes a furnace tube 10 having a cylindrical shape as a whole. The furnace core tube 10 is open downward, and has a configuration in which a semiconductor wafer is taken in and out of the opening. The furnace core tube 10 is made of quartz glass, and the inside thereof forms a processing space 10a. A large number of semiconductor wafers 12 are installed in the processing space 10a by the wafer holding member 11.
【０００８】処理空間１０ａ内には処理ガス導入管１３
が設けてあり、所定の処理ガスを導入できる構成になっ
ている。同様に 、処理空間１０ａ内には処理ガス排出
管１４が設けてあり、処理用のガスを排出する構成にな
っている。ウェーハ保持部材１１は、複数の遮熱板１１
ａを有し、かつ保持した半導体ウェーハ１２を鉛直軸を
中心に回転させる構成になっている。ウェーハ保持部材
１１は、炉蓋１５に設置してあり、炉蓋１５はベース１
６に固定してある。ベース１６は図示しない上下駆動機
構によって駆動され、ウェーハ保持部材１１を炉芯管１
０に対して挿脱する。ここで、炉蓋１５はステンレスで
形成されている。In the processing space 10a, a processing gas introduction pipe 13 is provided.
Are provided so that a predetermined processing gas can be introduced. Similarly, a processing gas discharge pipe 14 is provided in the processing space 10a, and is configured to discharge a processing gas. The wafer holding member 11 includes a plurality of heat shield plates 11.
a, and the semiconductor wafer 12 held and rotated about a vertical axis. The wafer holding member 11 is installed on a furnace cover 15, and the furnace cover 15 is
It is fixed to 6. The base 16 is driven by a vertical drive mechanism (not shown), and connects the wafer holding member 11 to the furnace core tube 1.
Insert and remove from 0. Here, the furnace lid 15 is formed of stainless steel.
【０００９】炉芯管１０の外側には、均熱管１７が設け
てある。均熱管１７は全体的に円筒形状をしていて、下
方に開口している。均熱管は、ＳｉＣまたはＳｉ含浸の
ＳｉＣで構成してある。均熱管１７の上部には排気管１
８が設けてある。一方、均熱管１７の下端外周部にはス
テンレス製の架台１９が設けてある。架台１９の下には
ステンレス製の均熱管支持部材２０がねじ止めして設け
てある。この均熱管支持部材２０の上に均熱管１７が設
置してある。均熱管支持部材２０には、ガス導入管２１
が設置してあり、炉芯管１０と均熱管１７の間に形成さ
れた空間にガスを導入する構成になっている。ガス導入
管２１によって導入されたガス、例えば塩酸ガスを含ん
だ窒素ガスは、均熱管上部に設けた排気管１８から排出
される。A heat equalizing tube 17 is provided outside the furnace core tube 10. The heat equalizing tube 17 has a cylindrical shape as a whole and opens downward. The soaking tube is made of SiC or Si-impregnated SiC. The exhaust pipe 1 is located above the soaking pipe 17.
8 are provided. On the other hand, a stainless steel base 19 is provided on the outer periphery of the lower end of the heat equalizing tube 17. Below the gantry 19, a stainless steel soaking tube support member 20 is provided by screwing. The heat equalizing tube 17 is provided on the heat equalizing tube support member 20. A gas introduction pipe 21 is provided in the soaking pipe support member 20.
Is installed, and a gas is introduced into a space formed between the furnace core tube 10 and the soaking tube 17. The gas introduced by the gas introduction pipe 21, for example, a nitrogen gas containing hydrochloric acid gas, is discharged from an exhaust pipe 18 provided above the heat equalizing pipe.
【００１０】均熱管支持部材２０と炉蓋１５の間には、
炉芯管支持部材２３が配置してあり、均熱管支持部材２
０にねじ止めされている。この炉芯管支持部材２３はス
テンレスによって形成されている。炉芯管支持部材２３
の上には炉芯管１０が設置され、炉芯管１０と炉芯管支
持部材２３の接触部分には図示しないがテフロン製のＯ
リングが設けてあり、炉内の気密性を高めている。均熱
管１７の外側にはヒータ２４が配置してあり、ヒータ２
４の外側には、例えば断熱ファイバからなる断熱体が形
成してある。[0010] Between the soaking tube support member 20 and the furnace lid 15,
A furnace core tube supporting member 23 is disposed, and the heat equalizing tube supporting member 2 is provided.
Screwed to zero. The furnace core tube support member 23 is formed of stainless steel. Furnace tube support member 23
A furnace core tube 10 is installed on the surface of the furnace, and a contact portion between the furnace core tube 10 and the furnace core tube supporting member 23 is made of Teflon O (not shown).
A ring is provided to increase the airtightness in the furnace. A heater 24 is disposed outside the soaking tube 17,
A heat insulator made of, for example, a heat insulating fiber is formed on the outside of 4.
【００１１】上述した構成の半導体ウェーハ熱処理装置
において、炉芯管１０の内部空間、すなわち熱処理雰囲
気に接触する金属部は、図２に拡大して示すように、炉
蓋１５の上面（周縁部を除く）１５ａと炉芯管支持部材
２３の内側面２３ａである。本実施例では、少なくとも
これらの各面にセラミックス材料からなるコーティング
層３０，３１を形成している。コーティング層３０，３
１は、膜厚０．５〜５．０μｍに形成してある。コーテ
ィング層３０，３１を形成するセラミックス材料として
は、ＴｉＮまたはＴｉＣＮ2 を使用している。このコー
ティング層３０，３１は、イオンプレーティング法また
はＣＶＤ法により金属部の表面に形成してある。In the semiconductor wafer heat treatment apparatus having the above-described structure, the inner space of the furnace core tube 10, that is, the metal portion that comes into contact with the heat treatment atmosphere is, as shown in FIG. 15a) and the inner side surface 23a of the furnace core tube support member 23. In this embodiment, coating layers 30 and 31 made of a ceramic material are formed on at least each of these surfaces. Coating layers 30, 3
No. 1 is formed in a film thickness of 0.5 to 5.0 μm. TiN or TiCN 2 is used as a ceramic material for forming the coating layers 30 and 31. The coating layers 30, 31 are formed on the surface of the metal part by an ion plating method or a CVD method.
【００１２】実施例よび比較例 上述した構成の熱処理装置と、金属部表面にコーティン
グ層を形成していない熱処理装置（比較例）とを使用し
て、１２００℃で１時間の熱処理をシリコンウェーハに
対して実施した。熱処理雰囲気は、水素ガス雰囲気およ
びアルゴンガス雰囲気のそれぞれとした。コーティング
層は、ＴｉＮを用い、平均厚さ３μｍになるように、イ
オンプレーティング法によって形成した。なお、イオン
プレーティング法は、被成膜母材上に均一な膜を形成す
るために、自公転タイプのＰＶＤ炉を使用した。上記構
成の本実施例装置と比較例装置とで熱処理を施したシリ
コンウェーハの表面を全反射蛍光Ｘ線法で測定し、同表
面に吸着している重金属不純物の量を検出した。その結
果を表１に示す。表１から明らかなように、本実施例の
熱処理装置は、金属部コーティング層のない比較例と比
べ、被処理ウェーハの汚染量が著しく低減した。Example and Comparative Example A silicon wafer was subjected to a heat treatment at 1200 ° C. for one hour using a heat treatment apparatus having the above-described structure and a heat treatment apparatus (comparative example) in which a coating layer was not formed on the surface of a metal part. It was carried out for. The heat treatment atmosphere was a hydrogen gas atmosphere and an argon gas atmosphere, respectively. The coating layer was formed by ion plating using TiN so as to have an average thickness of 3 μm. In the ion plating method, a self-revolution type PVD furnace was used in order to form a uniform film on the base material for film formation. The surface of the silicon wafer subjected to the heat treatment in the apparatus of the present embodiment and the apparatus of the comparative example having the above configuration was measured by the total reflection X-ray fluorescence method, and the amount of heavy metal impurities adsorbed on the surfaces was detected. Table 1 shows the results. As is evident from Table 1, the heat treatment apparatus of this example significantly reduced the amount of contamination of the wafer to be processed, as compared with the comparative example having no metal coating layer.
【００１３】[0013]
【表１】( ×1010atms/cm2) [Table 1] (× 10 10 atms / cm 2 )
【００１４】[0014]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体ウ
ェーハ熱処理装置によれば、熱処理雰囲気に接する金属
部表面にセラミックス材料からなるコーティング層を形
成したので、低い製造コストで金属部の酸化または蒸発
による熱処理雰囲気の汚染を防止することができ、熱処
理雰囲気内に配置された半導体ウェーハの結晶欠陥の発
生を抑止し、製品歩留の向上と、品質の向上を図ること
ができる。特に、コーティング層を、ＴｉＮまたはＴｉ
ＣＮ2 によって形成することにより、膜成分の高い安定
性、高温下で充分に低い蒸気圧、そして優れた耐食性を
満足することができる。As described above, according to the semiconductor wafer heat treatment apparatus of the present invention, a coating layer made of a ceramic material is formed on the surface of a metal part in contact with a heat treatment atmosphere. It is possible to prevent contamination of the heat treatment atmosphere due to evaporation, suppress occurrence of crystal defects in the semiconductor wafer placed in the heat treatment atmosphere, and improve product yield and quality. In particular, the coating layer is made of TiN or Ti
By forming with CN 2 , high stability of film components, sufficiently low vapor pressure at high temperature, and excellent corrosion resistance can be satisfied.
【図１】本発明にかかる半導体ウェーハ熱処理装置の実
施例を示す正面断面図。FIG. 1 is a front sectional view showing an embodiment of a semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the present invention.
【図２】同装置において、熱処理室内の雰囲気に接する
金属部を拡大して示す正面断面図。FIG. 2 is an enlarged front sectional view showing a metal part in contact with an atmosphere in a heat treatment chamber in the same apparatus.
１０ 炉芯管 １１ ウェーハ保持部材 １３ 処理ガス導入管 １４ 処理ガス排出管 １５ 炉蓋 １６ ベース １７ 均熱管 １９ 架台 ２０ 均熱管支持部材 ２１ ガス導入管 ２２ 排気管 ２３ 炉芯管支持部材 ２４ ヒータ ３０，３１ コーティング層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Furnace core tube 11 Wafer holding member 13 Processing gas introduction tube 14 Processing gas discharge tube 15 Furnace lid 16 Base 17 Heat equalizing tube 19 Mounting stand 20 Heat equalizing tube support member 21 Gas introduction tube 22 Exhaust tube 23 Furnace core tube support member 24 Heater 30, 31 Coating layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−174225（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−224116（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/205 H01L 21/22 511 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-174225 (JP, A) JP-A-59-224116 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/31 H01L 21/205 H01L 21/22 511
Claims (2)
対し所定の熱処理を行う熱処理装置において、 前記熱処理室内の雰囲気に接する金属部表面に、ＴｉＮ
またはＴｉＣＮ2 セラミック材料からなるコーティング
層を０．５乃至５．０μｍの厚さに形成したことを特徴
とする半導体ウェーハの熱処理装置。1. A heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on a semiconductor wafer disposed in a heat treatment chamber, wherein a TiN surface is provided on a metal part surface in contact with an atmosphere in the heat treatment chamber.
Alternatively, a heat treatment apparatus for a semiconductor wafer, wherein a coating layer made of a TiCN 2 ceramic material is formed to a thickness of 0.5 to 5.0 μm.
ィング法またはＣＶＤ法により形成したことを特徴とす
る請求項１記載の半導体ウェーハの熱処理装置。2. The heat treatment apparatus for a semiconductor wafer according to claim 1, wherein said coating layer is formed by an ion plating method or a CVD method.
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|---|---|---|---|
| JP5225090A JP3029953B2 (en) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | Semiconductor wafer heat treatment equipment |
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| JP5225090A JP3029953B2 (en) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | Semiconductor wafer heat treatment equipment |
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