JP3441469B2 - Substrate heat treatment method - Google Patents

Substrate heat treatment method

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JP3441469B2
JP3441469B2 JP11409792A JP11409792A JP3441469B2 JP 3441469 B2 JP3441469 B2 JP 3441469B2 JP 11409792 A JP11409792 A JP 11409792A JP 11409792 A JP11409792 A JP 11409792A JP 3441469 B2 JP3441469 B2 JP 3441469B2
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heat treatment
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thin film
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクス型
液晶表示装置やラインセンサ等に用いられる薄膜素子基
板の製造方法に関する。より詳しくは、製造工程におけ
る縦型熱処理装置を用いた基板の熱処理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film element substrate used in an active matrix type liquid crystal display device, a line sensor or the like. More specifically, the present invention relates to a substrate heat treatment method using a vertical heat treatment apparatus in a manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜トランジスタ等の薄膜素子が集積的
に形成された基板(以下薄膜素子基板と称する)は、従
来からアクティブマトリクス型液晶表示装置、プラズマ
ディスプレイ、ELディスプレイあるいはラインセンサ
等の構成部材として広く用いられている。薄膜素子は基
板表面に成膜された多結晶シリコンや非晶質シリコン等
からなる薄膜を半導体活性層としLSI製造プロセスを
適用して集積的に形成される。LSI製造プロセスには
不純物拡散工程、ゲート絶縁膜形成工程あるいはアニー
ル工程といった高温熱処理が含まれており、基板は製造
工程中における最高処理温度に耐える事のできる優れた
耐熱性を備えていなければならない。この最高処理温度
は薄膜材料や適用されるLSI製造プロセスの内容によ
って異なっている。基板としてガラス材料を採用する場
合にも最高処理温度によって適切なものが選択される。
例えば、非晶質シリコン薄膜トランジスタ素子を形成す
る場合には最高処理温度は一般に500℃程度になる。
この場合には約600℃程度の歪点を有するバリウム硼
硅酸ガラス(例えばコーニング7059)が使われる。
なお、歪点は材料の粘度が約1013.5Pa・sになる温
度をもって定義され耐熱性の尺度となる。又多結晶シリ
コン薄膜を用いてトランジスタ素子を形成する場合に
は、ゲート絶縁膜の形成方法としてCVDを用いた時、
最高処理温度は600℃程度に達する。この場合には、
基板材料として約640℃の歪点を有するアルミナ硼硅
酸ガラス(例えばコーニング1733)が使われる。ゲ
ート絶縁膜の形成方法としてCVDに代え熱酸化処理を
用いた場合には基板処理温度が1000℃程度に達す
る。この時には、約1060℃の歪点を有する石英ガラ
スが基板材料として用いられる。この他にもLSI製造
工程中の最高処理温度に応じて様々な種類のガラス材料
が用いられている。
2. Description of the Related Art A substrate on which thin film elements such as thin film transistors are integrally formed (hereinafter referred to as a thin film element substrate) has been conventionally used as a constituent member of an active matrix type liquid crystal display device, a plasma display, an EL display or a line sensor. Widely used. The thin film element is formed in an integrated manner by applying an LSI manufacturing process using a thin film made of polycrystalline silicon or amorphous silicon formed on the surface of the substrate as a semiconductor active layer. The LSI manufacturing process includes high temperature heat treatment such as an impurity diffusion process, a gate insulating film forming process or an annealing process, and the substrate must have excellent heat resistance to withstand the maximum processing temperature during the manufacturing process. . This maximum processing temperature differs depending on the thin film material and the contents of the applied LSI manufacturing process. Even when a glass material is used as the substrate, an appropriate one is selected depending on the maximum processing temperature.
For example, when forming an amorphous silicon thin film transistor element, the maximum processing temperature is generally about 500 ° C.
In this case, barium borosilicate glass (for example, Corning 7059) having a strain point of about 600 ° C. is used.
The strain point is defined as the temperature at which the material has a viscosity of about 10 13.5 Pa · s and is a measure of heat resistance. When a transistor element is formed using a polycrystalline silicon thin film, when CVD is used as a method for forming a gate insulating film,
The maximum processing temperature reaches about 600 ° C. In this case,
Alumina borosilicate glass (eg Corning 1733) having a strain point of about 640 ° C. is used as the substrate material. When thermal oxidation is used instead of CVD as the method for forming the gate insulating film, the substrate processing temperature reaches about 1000 ° C. At this time, quartz glass having a strain point of about 1060 ° C. is used as a substrate material. In addition to this, various kinds of glass materials are used according to the maximum processing temperature in the LSI manufacturing process.

【0003】しかしながら基板は歪点以下であっても高
温になるに従って粘度は低下していく。特にガラス材料
は非晶質である為その粘度は温度の上昇に伴なって略単
調に低下する。この為歪点より100℃程度低い温度で
熱処理を加えても若干変形する性質がある。
However, even if the temperature of the substrate is below the strain point, the viscosity decreases as the temperature rises. In particular, since the glass material is amorphous, its viscosity decreases almost monotonously as the temperature rises. Therefore, even if a heat treatment is applied at a temperature about 100 ° C. lower than the strain point, it has a property of being slightly deformed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来半導体製造プロセ
スに用いられる熱処理装置としては横型のものが用いら
れていた。横型は熱処理の対象となる基板あるいはウェ
ハを複数枚ボートに立て掛けた状態で炉内に配置する構
造となっており、ウェハ搬送時における空気の逆流が少
ない点に特徴がある。しかしながら、近年ではウェハの
大径化が進み且つ高集積化に伴ない高品質での処理能力
が求められている。そこで、省スペースと熱処理の均一
性の観点から、横型に代えて縦型の熱処理装置が主流に
なってきている。この熱処理装置には例えば拡散/酸化
炉やLP−CVD炉等が含まれる。縦型の熱処理装置に
ついては例えば特開平3−235329号公報に開示が
ある。
Conventionally, a horizontal type heat treatment apparatus has been used in a semiconductor manufacturing process. The horizontal type has a structure in which a plurality of substrates or wafers to be heat-treated are placed in a furnace while leaning against a boat, and is characterized in that there is little backflow of air during wafer transfer. However, in recent years, as the diameter of wafers has increased and high integration has been demanded, high-quality processing capability has been demanded. Therefore, from the viewpoint of space saving and uniformity of heat treatment, a vertical heat treatment apparatus has become the mainstream instead of the horizontal heat treatment apparatus. This heat treatment apparatus includes, for example, a diffusion / oxidation furnace and an LP-CVD furnace. A vertical heat treatment apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-235329.

【0005】この縦型ではボートによりウェハの端部の
みを支持して水平に保持する構造となっている。従っ
て、基本的にウェハの自重による熱変形が起り易い支持
構造である。この為、縦型の熱処理装置を用いると、例
え歪点より100℃程度低い温度で熱処理を施しても自
重によりウェハの反り変形が発生するという課題あるい
は問題点があった。特に、薄膜素子製造プロセスでは不
純物拡散工程、熱酸化によるゲート絶縁膜形成工程、ア
ニール工程等複数回の熱処理が繰り返し行なわれる。1
回の熱処理で発生する反り量が小さくても熱履歴を繰り
返す毎に変形が累積され、最終的には大きな反り量とな
ってしまう。基板に反りが生じると、後工程でウェハの
搬送トラブルや露光装置のステージ吸着不良による露光
欠陥等の故障が発生する。又、基板変形に伴ない薄膜内
部のストレスが増大し薄膜素子の電気特性不良が発生す
る。ウェハが大径化すると反りの絶対量が益々増大する
為様々な不良、故障あるいは欠陥が多発する。薄膜素子
基板の大径化が進んでいる現在、反り等の熱変形を避け
る為には歪点の高い耐熱性の優れた高価な基板材料例え
ば石英ガラスを使わざるを得ず、製造コストの上昇を招
いていた。又、石英ガラスを用いた場合であっても、歪
点近傍で熱処理を行なった場合には熱変形を避ける事が
できない。一般に、熱処理温度が高い程機能的に安定し
た薄膜素子が得られる。しかしながら、現実には熱変形
を抑える観点から処理温度を高く設定できないという問
題点がある。
This vertical type has a structure in which only the end portions of the wafer are supported horizontally by a boat. Therefore, the support structure is basically susceptible to thermal deformation due to the weight of the wafer. Therefore, when the vertical heat treatment apparatus is used, there is a problem or a problem that the warp deformation of the wafer occurs due to its own weight even if the heat treatment is performed at a temperature about 100 ° C. lower than the strain point. Particularly, in the thin film element manufacturing process, a plurality of heat treatments such as an impurity diffusion step, a gate insulating film forming step by thermal oxidation, and an annealing step are repeatedly performed. 1
Even if the amount of warpage generated by one heat treatment is small, the deformation is accumulated each time the thermal history is repeated, and finally the amount of warpage becomes large. When the substrate is warped, a trouble such as a wafer transfer trouble or an exposure defect due to a stage suction failure of the exposure device occurs in a subsequent process. In addition, the stress inside the thin film increases with the deformation of the substrate, resulting in defective electrical characteristics of the thin film element. As the diameter of the wafer increases, the absolute amount of warpage increases, and various defects, failures, or defects frequently occur. At present, as the diameter of thin film element substrates is increasing, in order to avoid thermal deformation such as warpage, it is necessary to use expensive substrate materials with high strain point and excellent heat resistance, such as quartz glass, which increases manufacturing costs. Was invited. Even if quartz glass is used, thermal deformation cannot be avoided when heat treatment is performed near the strain point. Generally, the higher the heat treatment temperature, the more functionally stable thin film device can be obtained. However, in reality, there is a problem that the processing temperature cannot be set high from the viewpoint of suppressing thermal deformation.

【0006】本発明の背景理解をさらに容易にする為
に、縦型の熱処理装置を使用した場合に固有の基板反り
発生状況について簡潔に説明する。一般に基板を水平姿
勢で保持する為にボートが用いられる。ボートは基板の
外周方向に沿って所定の間隔で直立配置された複数の柱
もしくはポストを有している。各ポストの側面部には溝
が形成されており基板端部と係合する事によりこれを水
平支持する。しかしながら、ポストは等間隔で配置され
ておらず、一方向側において基板を受け入れる為に隣接
するポスト間隔が拡張されている。従って、基板はその
周端部において点支持されているが平面的に見て完全な
均衡がとれていない。幾何学的に見て不均衡な支持構造
と基板の自重との相互作用により熱反り変形が生じる。
基板の平面方向保持姿勢を一定に保っている限り熱処理
を繰り返す毎に反り変形が累積されるという課題あるい
は問題点がある。
In order to make it easier to understand the background of the present invention, a brief description will be given of the occurrence of substrate warp peculiar to a vertical heat treatment apparatus. Generally, a boat is used to hold the substrate in a horizontal posture. The boat has a plurality of columns or posts arranged upright at predetermined intervals along the outer peripheral direction of the substrate. A groove is formed on the side surface of each post, and the post is horizontally supported by engaging with the end of the substrate. However, the posts are not evenly spaced, and the spacing between adjacent posts is expanded to receive the substrate on one side. Therefore, the substrate is point-supported at its peripheral edge, but is not perfectly balanced in plan view. Thermal warpage deformation occurs due to the interaction between the geometrically unbalanced support structure and the own weight of the substrate.
There is a problem or a problem that the warp deformation is accumulated every time the heat treatment is repeated as long as the substrate holding posture in the planar direction is kept constant.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題あるいは問題点に鑑み、本発明は縦型の熱処理装置を
使用して基板の歪点近傍で熱処理を施しても反りの発生
を抑制する事のできる基板熱処理方法を提供する事を目
的とする。さらには、熱反り変形を抑制する事により通
常の耐熱性を有し安価な基板を用いて高収率で薄膜素子
基板を生産する事が可能な基板熱処理方法を提供する事
を目的とする。かかる目的を達成する為に、ガラス材料
からなる基板を複数の支持部で支持し且つ所定のピッチ
で水平に保持したボートを反応管の内部に挿入した構造
を有する縦型の熱処理装置を使用して2回以上熱処理を
行なう基板熱処理方法において、前記ボートに設置され
た基板の平面方向の向きを1回目の熱処理における平面
方向に比べて変えた姿勢で次の熱処理を少なくとも1回
以上行い、該複数の支持部によって支持される該基板の
部位を一回目の熱処理と次の熱処理とで変えることによ
り、基板の反りの累積を抑制するという手段を講じた。
In view of the above-mentioned problems and problems of the conventional technique, the present invention suppresses the occurrence of warpage even when heat treatment is performed near the strain point of a substrate using a vertical heat treatment apparatus. It is an object of the present invention to provide a substrate heat treatment method that can be performed. Further, it is an object of the present invention to provide a substrate heat treatment method capable of producing a thin film element substrate in a high yield by using an inexpensive substrate having ordinary heat resistance by suppressing thermal warp deformation. In order to achieve such an object, a vertical heat treatment apparatus is used which has a structure in which a boat in which a substrate made of a glass material is supported by a plurality of supporting portions and horizontally held at a predetermined pitch is inserted into a reaction tube. in the substrate heat treatment method of performing heat treatment twice or more Te, have at least one or more rows following heat treatment in a posture changed as compared to the planar direction of orientation of the first thermal treatment in the planar direction of the substrate placed in the boat, Of the substrate supported by the plurality of supports.
By changing the part between the first heat treatment and the next heat treatment,
In this way, we have taken measures to suppress the accumulation of substrate warpage .

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、基板の周辺端部だけを多点支
持して水平に保持するボートを備えた縦型の熱処理装置
を使用する場合、ボートにセットする基板の平面方向姿
勢を変えて複数回の熱処理を行なう。基板の平面方向保
持姿勢に応じて反り変形の凹凸が異なる様に現われる。
異なる凹凸形状が互いに相殺する様に基板の平面方向保
持姿勢を変える事により熱変形の累積を防止する事がで
きる。つまり本発明にあっては反りの累積を打ち消す様
に基板の平面方向保持姿勢を変えて複数回の熱処理を行
ない完成品に反りが残留しない様にするものである。こ
れにより、歪点の高い耐熱性に優れた高価な基板を使う
必要もなく反りを有効に防止できる為低コストで高収率
の薄膜素子基板製造が可能になる。
According to the present invention, when a vertical heat treatment apparatus equipped with a boat for supporting only the peripheral edge of a substrate at multiple points and holding it horizontally is used, the plane orientation of the substrate set on the boat is changed. Heat treatment is performed multiple times. The unevenness of the warp deformation appears different depending on the holding posture of the substrate in the plane direction.
Accumulation of thermal deformation can be prevented by changing the planar holding posture of the substrate so that different uneven shapes cancel each other out. In other words, in the present invention, the holding orientation of the substrate in the plane direction is changed so as to cancel the accumulation of the warp, and the heat treatment is performed a plurality of times so that the warp does not remain in the finished product. As a result, it is possible to effectively prevent warpage without using an expensive substrate having a high strain point and excellent heat resistance, and thus it is possible to manufacture a thin film element substrate at a low cost and a high yield.

【0009】[0009]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1は本発明にかかる基板熱処理方法
の基本的な概念を説明する為の模式図である。略丸型の
基板あるいはウェハ1はボートのポスト2により多点支
持され水平姿勢で保持されている。各ポスト2の側面部
には溝が形成されておりウェハ1の周辺端部と係合する
様になっている。ウェハ1をボートに対して装着可能と
する為に一方向側において隣接するポスト2の間隔が拡
大している。必然的にウェハ1は不均衡な多点支持によ
り保持される事となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the basic concept of the substrate heat treatment method according to the present invention. A substantially round substrate or wafer 1 is supported at multiple points by boat posts 2 and held in a horizontal posture. Grooves are formed in the side surface of each post 2 so as to engage with the peripheral edge of the wafer 1. In order to mount the wafer 1 on the boat, the interval between the posts 2 adjacent to each other on one side is increased. Inevitably, the wafer 1 is held by the unbalanced multipoint support.

【0010】第1の熱処理工程ではウェハ1のオリフラ
3が挿入方向側に位置する平面姿勢でボートにセットし
所定の加工を行なう。
In the first heat treatment step, the orientation flat 3 of the wafer 1 is set in a boat in a plane posture in which it is positioned on the insertion direction side, and a predetermined processing is performed.

【0011】第2の熱処理工程では、ウェハ1のオリフ
ラ3が挿入方向から90°ずれた平面姿勢でウェハ1を
ボートにセットして熱処理を施す。
In the second heat treatment step, the orientation flat 3 of the wafer 1 is set in a boat so that the orientation flat 3 is displaced by 90 ° from the insertion direction, and the wafer 1 is heat treated.

【0012】図2は第1の熱処理工程で発生する反りの
状況を示す模式図である。ポスト2による多点支持の幾
何学的な不均衡性に起因してウェハ1には特異的な応力
が加わり、挿入方向Aとこれに直交する方向Bでは反り
の凹凸関係が異なる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the state of warpage occurring in the first heat treatment step. A specific stress is applied to the wafer 1 due to the geometrical imbalance of the multi-point support by the posts 2, and the unevenness relationship of the warpage differs between the insertion direction A and the direction B orthogonal to the insertion direction A.

【0013】図3に上述した凹凸状態を模式的に示す。
挿入方向Aでは反りが凸型になり、直交方向Bでは反り
が凹型になる。従って、ウェハ1全体としては所謂鞍型
の熱変形を呈する。
FIG. 3 schematically shows the above-mentioned concavo-convex state.
The warp is convex in the insertion direction A, and the warp is concave in the orthogonal direction B. Therefore, the wafer 1 as a whole exhibits so-called saddle type thermal deformation.

【0014】第2の熱処理工程ではウェハ1は90°回
転してボートにセットされる。従って、A方向とB方向
の関係が第1の熱処理工程と逆転する事になる。この場
合、第1の熱処理工程で生じた凸型変形は第2の熱処理
変形で生じる凹型変形により相殺され、又第1の熱処理
変形により生じた凹型反り変形も同様に第2の熱処理工
程で生じた凸型反り変形により相殺される。従って、結
果的にウェハ1は反り変形の累積が防止され略初期の平
坦形状を維持できる。
In the second heat treatment step, the wafer 1 is rotated by 90 ° and set in the boat. Therefore, the relationship between the A direction and the B direction is reversed from that in the first heat treatment step. In this case, the convex deformation caused by the first heat treatment step is canceled by the concave deformation caused by the second heat treatment step, and the concave warp deformation caused by the first heat treatment step is also generated by the second heat treatment step. Offset by convex warp deformation. Therefore, as a result, the wafer 1 is prevented from accumulating warp deformation and can maintain the substantially initial flat shape.

【0015】図4は本発明の実施に用いられるボートの
一例を示す外観斜視図である。ボート4は所定の間隔を
介して上下に離間配置された一対の円板5,6と、両者
の間に連結された複数本(本例の場合4本)のポスト2
とから構成されている。材料としては例えば耐熱性に優
れ且つ高純度の石英ガラスが用いられる。個々のポスト
2の側面部には所定のピッチをおいて溝が形成されてい
る。同一レベルの溝に対して個々のウェハの端部が係合
し水平に支持される。
FIG. 4 is an external perspective view showing an example of a boat used for implementing the present invention. The boat 4 includes a pair of discs 5 and 6 vertically spaced apart from each other with a predetermined gap, and a plurality of posts 2 (4 in this example) connected between the discs 5 and 6.
It consists of and. As the material, for example, quartz glass having excellent heat resistance and high purity is used. Grooves are formed on the side surface of each post 2 at a predetermined pitch. The edges of the individual wafers engage with the grooves of the same level and are supported horizontally.

【0016】図5は図4に示したボートの平面形状を示
す。複数本のポスト2は円板5の周方向に沿って所定の
間隔を介して配置されている。但し、一方向側において
隣り合うポストの間隔が拡大しておりウェハ1の装着を
可能にしている。ウェハ1の端部は個々のポスト2に形
成された溝によって点支持されている。
FIG. 5 shows a plan view of the boat shown in FIG. The plurality of posts 2 are arranged along the circumferential direction of the circular plate 5 with a predetermined interval. However, the interval between the posts that are adjacent to each other on the one direction side is enlarged, so that the wafer 1 can be mounted. The ends of the wafer 1 are point-supported by the grooves formed in the individual posts 2.

【0017】図6に本発明の実施に使用される縦型熱処
理装置の一例を示す。下端を開口し上方に伸びる有底筒
状の石英反応管7にはガス供給管8が設けられている。
個々のウェハ1はボート4に所定ピッチで離間した状態
で水平保持され、保温筒9を介して搬送される。反応管
7の開口部は、ボート4が内部に完全に挿入された時、
保温筒9に固着したキャップ10で密封される様になっ
ている。反応管7の周囲にはヒータ11が設けられてお
り雰囲気温度を高温に維持する。この熱処理装置を用い
て例えば熱酸化処理を行なう場合には、反応管7の内部
を例えば1000℃の高温雰囲気に保ったままガス供給
管8からプロセスガスを導入して所定の反応時間だけ保
持する。
FIG. 6 shows an example of a vertical heat treatment apparatus used for carrying out the present invention. A gas supply pipe 8 is provided in a bottomed cylindrical quartz reaction pipe 7 which opens at the lower end and extends upward.
The individual wafers 1 are horizontally held on the boat 4 in a state of being separated from each other at a predetermined pitch, and are transported through the heat retaining cylinder 9. When the boat 4 is completely inserted inside, the opening of the reaction tube 7 is
It is adapted to be hermetically sealed by a cap 10 fixed to the heat insulation cylinder 9. A heater 11 is provided around the reaction tube 7 to maintain the ambient temperature at a high temperature. For example, when performing a thermal oxidation process using this heat treatment apparatus, the process gas is introduced from the gas supply pipe 8 while maintaining the inside of the reaction tube 7 at a high temperature atmosphere of, for example, 1000 ° C. and is held for a predetermined reaction time. .

【0018】再び図1に戻って本発明にかかる基板熱処
理方法の具体例を詳細に説明する。この例では直径15
0mmの丸型石英ガラスウェハ1を用いその上に成膜され
た多結晶シリコン薄膜に対して通常のLSI製造プロセ
スを適用し薄膜トランジスタ素子基板を作成した。この
作成に当って薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として酸
化シリコン/窒化シリコン/酸化シリコンからなる3層
構造を形成した。所謂ONO構造であり耐圧性に優れて
いる。本発明の適用に当って、第1の熱処理工程で第1
層目の酸化シリコン膜を形成し第2の熱処理工程で3層
目の酸化シリコンを形成した。
Referring back to FIG. 1, a specific example of the substrate heat treatment method according to the present invention will be described in detail. In this example, the diameter is 15
A thin-film transistor element substrate was prepared by applying a normal LSI manufacturing process to a polycrystalline silicon thin film formed on a 0 mm round quartz glass wafer 1. In this production, a three-layer structure of silicon oxide / silicon nitride / silicon oxide was formed as a gate insulating film of a thin film transistor. It is a so-called ONO structure and has excellent pressure resistance. In applying the present invention, in the first heat treatment step,
A third layer of silicon oxide film was formed, and a second layer of silicon oxide was formed in the second heat treatment step.

【0019】第1の熱処理工程は1000℃で60分間
行ない多結晶シリコン薄膜の表面を熱酸化した。続いて
ゲート絶縁膜の第2層目として窒化シリコンをLP−C
VDで堆積した。
The first heat treatment step was performed at 1000 ° C. for 60 minutes to thermally oxidize the surface of the polycrystalline silicon thin film. Then, silicon nitride is used as the second layer of the gate insulating film by LP-C.
Deposited by VD.

【0020】続く第2の熱処理工程で1000℃60分
で窒化シリコンの表面を熱酸化した。この時、石英ガラ
スウェハ1を第1の熱処理工程時から90°回転させて
オリフラ3を挿入方向から横へ向けてボートに設置し
た。不純物拡散工程やゲート電極形成工程等その他の工
程は全て1000℃以下の処理温度で行ない最終的に薄
膜トランジスタ素子基板を作成した。
In the subsequent second heat treatment step, the surface of silicon nitride was thermally oxidized at 1000 ° C. for 60 minutes. At this time, the quartz glass wafer 1 was rotated by 90 ° from the time of the first heat treatment step, and the orientation flat 3 was installed in the boat from the insertion direction to the side. All the other steps such as the impurity diffusion step and the gate electrode forming step were performed at a processing temperature of 1000 ° C. or lower to finally prepare a thin film transistor element substrate.

【0021】本発明の評価を行なう為に作成した薄膜素
子基板の反り量を測定した。図7に示す様に、触針法に
よって130mmのスパンをスキャニングした時の高さの
差を反り量として評価した。測定結果によると、第1の
熱処理工程前では基板表面に初期的な凹凸が若干存在し
ておりオリフラ平行方向(図2で示す方向A)とオリフ
ラ垂直方向(図2で示す方向B)ともに約12μmの反
り量であった。第1の熱処理工程後、オリフラ平行方向
では凹型に約40μmの反りが発生し、オリフラ垂直方
向では凸型に約10μmの反りが発生した。第2の熱処
理工程後では、オリフラ平行方向に関し凹型の反りが3
0μm程度に減少するとともに、オリフラ垂直方向では
逆に凸型の反りが30μm程度発生した。この場合、工
程中における搬送トラブルもなく作成した薄膜トランジ
スタ素子のVth特性も同一ウェハ面内において約1V
以内のばらつきに納まり、素子電気特性不良も発生しな
かった。
The amount of warpage of the thin film element substrate prepared for the evaluation of the present invention was measured. As shown in FIG. 7, the difference in height when a span of 130 mm was scanned by the stylus method was evaluated as the amount of warpage. According to the measurement results, before the first heat treatment step, some initial unevenness was present on the substrate surface, and the orientation flat parallel direction (direction A shown in FIG. 2) and the orientation flat vertical direction (direction B shown in FIG. 2) were both about 1. The amount of warpage was 12 μm. After the first heat treatment step, a warp of about 40 μm occurred in the concave shape in the parallel orientation direction, and a warp of about 10 μm occurred in the convex shape in the vertical direction of the orientation flat. After the second heat treatment step, the concave warp is 3 in the parallel direction to the orientation flat.
While decreasing to about 0 μm, a convex warp occurred on the contrary in the vertical direction of the orientation flat by about 30 μm. In this case, the Vth characteristic of the thin film transistor element produced without any transport trouble during the process is about 1 V within the same wafer surface.
The variation was within the range, and no defective electric characteristics of the element occurred.

【0022】一方、比較例として第1の熱処理工程及び
第2の熱処理工程においてともに同一の平面保持姿勢を
維持したまま3層構造のゲート絶縁膜を形成して薄膜素
子基板を作成した。他の加工処理条件は上述した具体例
と同様である。石英ガラスウェハの反りは第1の熱処理
工程後までは上述の具体例と同程度であったが、第2の
熱処理工程後においてはオリフラ平行方向に関し凹型の
反りが80μm程度発生し、オリフラ垂直方向に関し凸
型の反りが20μm程度発生した。又、個々のウェハに
よって反り量のばらつきが激しかった。第2の熱処理工
程後、石英ガラスウェハの反り量のばらつきにより、約
10枚に1枚の割合で搬送トラブルが発生し、作成した
薄膜トランジスタのVth特性も同一ウェハ面内におい
て約3V程度のばらつきが発生した。
On the other hand, as a comparative example, a thin film element substrate was prepared by forming a gate insulating film having a three-layer structure while maintaining the same plane holding posture in both the first heat treatment step and the second heat treatment step. The other processing conditions are the same as those of the above-described specific example. The warp of the quartz glass wafer was about the same as in the above-described specific example until after the first heat treatment step, but after the second heat treatment step, a concave warp of about 80 μm occurred in the orientation flat parallel direction, and the orientation flat vertical direction. With respect to the above, a convex warpage of about 20 μm occurred. Further, the amount of warp varies greatly depending on the individual wafer. After the second heat treatment step, due to the variation in the amount of warpage of the quartz glass wafer, a transport trouble occurs at a rate of about 1 in 10, and the Vth characteristics of the thin film transistor produced also vary by about 3 V within the same wafer surface. Occurred.

【0023】さらに他の具体例として、丸型の石英ガラ
スウェハを用い酸化シリコン単層からなるゲート絶縁膜
を有する多結晶シリコン薄膜トランジスタを作成した。
第1の熱処理工程では、1000℃で60分多結晶シリ
コン薄膜表面の熱酸化を行ないゲート絶縁膜を形成し
た。その後ゲート絶縁膜を介して不純物を注入しソース
及びドレイン領域を形成した。続いて第2の熱処理工程
では1000℃で30分のアニールを行ない注入された
不純物を活性化した。この時、ウェハの平面保持姿勢を
第1の熱処理工程時から90°回転させて、オリフラを
挿入方向から90°横へ向けてボートにセットした。他
の工程は全て1000℃未満で行ないゲート構造が酸化
シリコン膜単層の多結晶シリコン薄膜トランジスタを形
成した。
As still another specific example, a polycrystalline silicon thin film transistor having a gate insulating film composed of a silicon oxide single layer was prepared using a round quartz glass wafer.
In the first heat treatment step, the surface of the polycrystalline silicon thin film was thermally oxidized at 1000 ° C. for 60 minutes to form a gate insulating film. Then, impurities were implanted through the gate insulating film to form source and drain regions. Subsequently, in the second heat treatment step, annealing was performed at 1000 ° C. for 30 minutes to activate the implanted impurities. At this time, the plane holding posture of the wafer was rotated by 90 ° from the time of the first heat treatment step, and the orientation flat was set on the boat by 90 ° laterally from the insertion direction. All other steps were performed at less than 1000 ° C. to form a polycrystalline silicon thin film transistor having a silicon oxide film single layer as a gate structure.

【0024】この石英ガラスウェハの反りは第1の熱処
理工程前では所期的に若干の凹凸を有しておりオリフラ
平行方向、オリフラ垂直方向ともに約12μmの反り量
であった。第1の熱処理工程後では、オリフラ平行方向
に関し凹型の反りが約40μm発生し、オリフラ垂直方
向に関し凸型の反りが約10μm発生した。第2の熱処
理工程後では、オリフラ平行方向に関し凹型の反りが約
30μmに減少し、オリフラ垂直方向に関しては逆に凸
型の反りが約30μm生じた。この場合、工程の搬送ト
ラブルもなく、作成した薄膜トランジスタのVth特性
も同一ウェハ面内において約1V以内のばらつきで納ま
り、素子特性不良も発生しなかった。
Before the first heat treatment step, the quartz glass wafer had a slight amount of unevenness as expected, and the amount of warpage was about 12 μm in both the parallel and parallel orientation directions. After the first heat treatment step, a concave warp was generated in the direction parallel to the orientation flat by about 40 μm, and a convex warp was generated by about 10 μm in the direction perpendicular to the orientation flat. After the second heat treatment step, the concave warp was reduced to about 30 μm in the parallel orientation direction, and conversely, the convex warpage was generated about 30 μm in the vertical orientation direction. In this case, there was no transport trouble in the process, the Vth characteristics of the formed thin film transistor were within a variation of about 1 V within the same wafer surface, and no defective element characteristics occurred.

【0025】さらに比較例として、第2の熱処理工程に
おいても第1の熱処理工程と同じ基板平面方向保持姿勢
を保ったまま熱処理を行ない、上述の具体例と同様に多
結晶シリコン薄膜トランジスタ基板を作成した。石英ガ
ラスウェハの反りは第1の熱処理工程後までは上述の具
体例の場合と同じであったが、第2の熱処理工程後では
オリフラ平行方向に関し凹型の反りが約80μm程度発
生し、オリフラ垂直方向では凸型の反りが約20μm発
生した。又、個々のウェハにより反り量のばらつきが激
しかった。第2の熱処理工程後は、石英ガラスウェハの
反り量ばらつきにより約10枚に1枚の割合で搬送トラ
ブルが発生し、作成した薄膜トランジスタのVth特性
も同一ウェハ面内において約3Vものばらつきが発生し
た。
Further, as a comparative example, in the second heat treatment step as well, the heat treatment was carried out while maintaining the same substrate plane direction holding posture as in the first heat treatment step, and a polycrystalline silicon thin film transistor substrate was prepared in the same manner as the above-mentioned specific example. . The warp of the quartz glass wafer was the same as that of the above-described specific example until after the first heat treatment step, but after the second heat treatment step, a concave warp of about 80 μm occurred in the parallel orientation direction of the orientation flat, In the direction, a convex warp of about 20 μm occurred. In addition, the amount of warp varies greatly among individual wafers. After the second heat treatment step, a transportation trouble occurred at a rate of about 1 in 10 due to the variation in the amount of warpage of the quartz glass wafer, and the Vth characteristics of the thin film transistors produced also varied by about 3 V within the same wafer surface. .

【0026】なお、上述の各具体例においては、第1の
熱処理工程と第2の熱処理工程との間で基板の平面方向
保持姿勢を90°変えていたが、本発明はこれに限られ
るものではなく他の角度でも良い。特に、3回以上熱処
理工程を行なったり個々の熱処理時間に顕著な相違があ
る場合には、実際の条件に従って最適なウェハの設置方
向が異なってくる。各熱処理工程で発生する反りの相殺
もしくは補償が最も効果的に達成される方向を実験的に
設定する事が好ましい。
In each of the above-mentioned specific examples, the plane holding posture of the substrate is changed by 90 ° between the first heat treatment step and the second heat treatment step, but the present invention is not limited to this. Other angles may be used instead. In particular, when the heat treatment process is performed three times or more or when there is a marked difference in the heat treatment times, the optimum wafer installation direction differs according to the actual conditions. It is preferable to experimentally set the direction in which the offset or compensation of the warpage occurring in each heat treatment step is most effectively achieved.

【0027】又、上述の具体例においては丸型の基板も
しくはウェハを用いたが本発明はこれに限られるもので
はなく、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置の
駆動用基板として角型の石英ガラスウェハを用いる事が
できる。角型基板の場合には、その四隅で多点支持する
ボート構造も考えられる。しかしながら、この場合には
基板の設置方向を回転させても反りは累積されてしま
う。そこで、図8に示す様に、角型基板に対して反りに
対する補償効果を得る為には、角型基板を偏った多点支
持構造で保持する様なボートを用いる事が好ましい。図
示する様に、ボートの各ポスト2は角型のウェハ1の上
方に偏在している。
Further, although a round substrate or wafer is used in the above-mentioned specific example, the present invention is not limited to this, and for example, a square quartz glass wafer is used as a driving substrate of an active matrix type liquid crystal display device. Can be used. In the case of a rectangular substrate, a boat structure supporting multiple points at its four corners is also conceivable. However, in this case, the warp is accumulated even if the installation direction of the substrate is rotated. Therefore, as shown in FIG. 8, in order to obtain a compensating effect for the warp of the rectangular substrate, it is preferable to use a boat that holds the rectangular substrate with a biased multi-point support structure. As shown in the drawing, each post 2 of the boat is unevenly distributed above the rectangular wafer 1.

【0028】上述した具体例においては薄膜素子基板と
して石英ガラスウェハを用いたが、本発明はこれに限ら
れるものではなく、工程中加わる熱処理温度に併せて様
々な種類のガラス材料を用いる事ができる。又、ガラス
材料に限らず他のセラミック等の絶縁基板や金属基板等
の熱処理についても、縦型熱処理装置を使用した場合生
ずる自重による熱反り変形の抑制に効果的である事は明
らかである。
Although the quartz glass wafer is used as the thin film element substrate in the above-mentioned specific examples, the present invention is not limited to this, and various kinds of glass materials may be used depending on the heat treatment temperature applied during the process. it can. Further, it is apparent that the heat treatment of not only glass materials but also other insulating substrates such as ceramics and metal substrates is effective in suppressing thermal warp deformation due to its own weight that occurs when a vertical heat treatment apparatus is used.

【0029】上述の具体例においては多結晶シリコン薄
膜トランジスタ素子を形成したが、本発明はこれに限ら
れるものではなく、アモルファスシリコンやCdSe等
の半導体薄膜からなる素子やMIM素子、プラズマディ
スプレイやELディスプレイやラインセンサ等に使われ
る薄膜素子の何れを形成する場合においても有用であ
る。
Although a polycrystalline silicon thin film transistor element is formed in the above-mentioned specific example, the present invention is not limited to this, and an element made of a semiconductor thin film such as amorphous silicon or CdSe, an MIM element, a plasma display or an EL display. It is useful when forming any of the thin film elements used for a line sensor and the like.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、基
板の周辺端部だけを多点支持して水平に保持した状態で
所謂縦型の熱処理を行なう場合、ボートに設置する基板
の平面方向を変えて複数回の熱処理を施す様にしてい
る。この為、基板の平面方向に依存して熱反り変形の凹
凸が異なる様に発生する場合各熱処理間で反りの凹凸方
向が逆となり互いに相殺あるいは補償され熱変形が累積
する事がない。つまり本発明にあっては、複数回の熱処
理を行なった場合でも反りの累積を防止する事ができ工
程全体として基板の熱変形を回避する事ができるという
効果がある。これにより、歪点の高い耐熱性に優れた高
価な基板を使う事なく反りの発生を防止できる為高収率
且つ低コストで薄膜素子基板を生産する事が可能になる
という効果がある。
As described above, according to the present invention, when a so-called vertical heat treatment is carried out in a state where only the peripheral edges of the substrate are supported at multiple points and held horizontally, the substrate installed on the boat is The heat treatment is performed multiple times by changing the plane direction. For this reason, when unevenness of thermal warp deformation occurs differently depending on the plane direction of the substrate, the unevenness direction of warp is reversed between heat treatments, so that they are offset or compensated for each other and thermal deformation does not accumulate. That is, according to the present invention, it is possible to prevent the accumulation of warpage even when the heat treatment is performed a plurality of times, and it is possible to avoid the thermal deformation of the substrate as a whole process. As a result, it is possible to prevent warpage without using an expensive substrate having a high strain point and excellent heat resistance, and thus it is possible to produce a thin film element substrate with high yield and low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる基板熱処理方法の基本的な概念
を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic concept of a substrate heat treatment method according to the present invention.

【図2】基板の反り発生状況を説明する為の模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a warp occurrence state of a substrate.

【図3】同じく基板の反り発生方向を示す模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a warp generation direction of the substrate.

【図4】本発明の実施に用いられるボートの外観斜視図
である。
FIG. 4 is an external perspective view of a boat used for implementing the present invention.

【図5】同じくボートの平面図である。FIG. 5 is a plan view of the boat.

【図6】本発明の実施に使用される縦型熱処理装置の一
例を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing an example of a vertical heat treatment apparatus used for carrying out the present invention.

【図7】基板の反り量測定方法を示す原理図である。FIG. 7 is a principle diagram showing a method for measuring the amount of warpage of a substrate.

【図8】本発明の実施に用いられる他のボート構造を示
す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing another boat structure used for implementing the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ウェハ 2 ポスト 3 オリフラ 4 ボート 7 反応管 8 ガス導入管 11 ヒータ 1 wafer 2 posts 3 Orifla 4 boats 7 Reaction tube 8 gas introduction pipes 11 heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/786 (56)参考文献 特開 昭53−101976(JP,A) 特開 平4−120723(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/786 (56) Reference JP-A-53-101976 (JP, A) JP-A-4-120723 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ガラス材料からなる基板を複数の支持部
で支持し且つ所定のピッチで水平に保持したボートを反
応管の内部に挿入して熱処理を行なう縦型の熱処理装置
で少なくとも2回以上熱処理を行なう基板熱処理方法に
おいて、 前記ボートに設置された基板の平面方向の向きを1回目
の熱処理における平面方向に比べて変えた姿勢で次の熱
処理を少なくとも1回以上行ない、 該複数の支持部によって支持される該基板の部位を一回
目の熱処理と次の熱処理とで変えることにより、基板の
反りの累積を抑制する 事を特徴とする基板熱処理方法。
1. A plurality of supporting parts are substrates made of a glass material.
In a substrate heat treatment method in which a vertical heat treatment apparatus for performing heat treatment by inserting a boat supported by the above and held horizontally at a predetermined pitch into a reaction tube is performed at least twice, a substrate installed in the boat faces and posture have an at least once rows following heat treatment was changed compared to the planar direction during the first heat treatment planar direction of, once the site of the substrate which is supported by the supporting portion of the plurality of
By changing between the eye heat treatment and the next heat treatment,
A substrate heat treatment method characterized by suppressing the accumulation of warpage .
【請求項2】 ガラス材料からなる基板を複数の支持部
で支持し且つ所定のピッチで水平に保持したボートを反
応管の内部に挿入して熱処理を行なう縦型の熱処理装置
で少なくとも2回以上熱処理を行なう液晶表示装置用駆
動基板の製造方法において、 前記ボートに設置された基板の平面方向の向きを1回目
の熱処理における平面方向に比べて変えた姿勢で次の熱
処理を少なくとも1回以上行ない、 該複数の支持部によって支持される該基板の部位を一回
目の熱処理と次の熱処理とで変えることにより、基板の
反りの累積を抑制する 事を特徴とする液晶表示装置用駆
動基板の製造方法。
2. A substrate made of a glass material is provided with a plurality of supporting portions.
In a method for manufacturing a drive substrate for a liquid crystal display device, wherein a vertical heat treatment apparatus for performing heat treatment by inserting a boat which is supported by the above and is horizontally held at a predetermined pitch into the reaction tube is heat treated at least twice. the plane orientation of the substrate placed in the boat position in at least one or more rows that have the following heat treatment was changed compared to the planar direction during the first heat treatment, the substrate supported by the support portions of the plurality of Part once
By changing between the eye heat treatment and the next heat treatment,
A method for manufacturing a drive substrate for a liquid crystal display device, which is characterized by suppressing the accumulation of warpage .
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