JP3998700B2 - Lamp annealing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体ウエハの酸化、窒化、熱処理等に使用するランプアニール装置に関する。 The present invention relates to a lamp annealing apparatus used for oxidation, nitridation, heat treatment, and the like of a semiconductor wafer in a semiconductor device manufacturing process.
近年、半導体ウエハに酸化膜あるいは窒化膜等を形成する際に、急速加熱および急速冷却が可能なランプアニール装置が用いられている。従来のランプアニール装置は、石英製あるいは金属製のチャンバ内に入れられた半導体ウエハをキセノンランプ等の光照射により加熱する装置であって、チャンバには処理工程に応じて必要とする複数のプロセスガス源が接続されている。 In recent years, a lamp annealing apparatus capable of rapid heating and rapid cooling when an oxide film or a nitride film is formed on a semiconductor wafer has been used. A conventional lamp annealing apparatus is an apparatus that heats a semiconductor wafer placed in a quartz or metal chamber by light irradiation such as a xenon lamp, and the chamber has a plurality of processes required depending on processing steps. A gas source is connected.
このような従来のランプアニール装置の構造について、図面を参照して説明する。図2は従来のランプアニール装置の概略図である。従来の装置は、図2に示すように石英製あるいは金属製のチャンバ10を有し、チャンバ10内にはランプ光源となるキセノンランプ等からなるランプユニット1と、ランプユニット1を仕切る石英板11と、1枚の半導体ウエハ2を水平に支持する支持リング3と、支持リング3を載せる回転シリンダー4とを備えている。
The structure of such a conventional lamp annealing apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic view of a conventional lamp annealing apparatus. The conventional apparatus has a quartz or
この回転シリンダー4は、図示していない駆動機構により回転し、半導体ウエハ2をチャンバ10内で回転させることができる。また、チャンバ10は内部底面に温度の安定性を確保するためのリフレクター(Al製反射鏡)7が設けられ、さらに、チャンバ1内にプロセスガスを供給するためのガス供給ライン5と、処理ガスを排出するためのガス排気ライン6が設けられている。
The rotating cylinder 4 can be rotated by a driving mechanism (not shown) to rotate the
また、熱処理中に発生するリフレクター7の曇りを防止するために、裏面ガスをチャンバ10の下部から半導体ウエハ2の裏面に向けて吹き出すための裏面ガス供給ライン8が設けられ、この裏面ガス供給ライン8は複数本に分岐してリフレクター7に開けられた複数の裏面ガス供給口12にそれぞれ接続され、この裏面ガス供給口12を介して裏面ガスがチャンバ10内に吹き出すようになっている。
Further, in order to prevent the reflector 7 from being fogged during the heat treatment, a back gas supply line 8 for blowing back gas from the lower part of the
そして、この裏面ガスを排出するための裏面ガス排気口13がリフレクター7の表面の周辺部に複数開けられ、それぞれの裏面ガス排気口13は裏面ガス排気ライン9に接続されてチャンバ10から裏面ガスを排出するようになっている。また、半導体ウエハ2が全体的に均一な温度分布となるように、温度制御するためのセンサー(図示せず)がリフレクター7のわずか下方の裏面ガス供給ライン中に埋設されている。
A plurality of backside
このような構造を有する従来のランプアニール装置を用いて半導体ウエハ2を加熱する場合には、まず、半導体ウエハ2を搬入口(図示せず)からチャンバ10内へ搬入し、支持リング3上に載置する。次いで、ガス供給ライン5から所望のプロセスガスを供給すると同時に裏面ガスも供給し、ランプユニット1を点灯して半導体ウエハ2を回転させながら加熱昇温を行なうようになっている。
When the
この従来のランプアニール装置では、温度の安定性を確保するために設けたリフレクター7の上面に、熱処理中に半導体ウエハ2からの外方拡散(アウトディフュージョン)によって曇りが発生することがある。そこで、この曇りの発生を防止するために、半導体ウエハ2の裏面側に向けてリフレクター7に開けられた裏面ガス供給口12から裏面ガスとして窒素ガスを吹き出させ、アウトディフュージョンを吹き飛ばしている。
In this conventional lamp annealing apparatus, fogging may occur on the upper surface of the reflector 7 provided to ensure temperature stability due to outward diffusion (out diffusion) from the
しかし、半導体ウエハ2には、熱処理前から自然酸化膜が薄く形成されており、この自然酸化膜と裏面ガスである窒素ガスとが反応して酸化シリコンの微粒子が発生する。そのため、裏面側からの窒素ガスの吹き付けによってアウトディフュージョンの問題は解決できるというものの、新たに酸化シリコンによるリフレクターの曇りが発生するという問題が生じてきた。
However, the natural oxide film is thinly formed on the
そこで、この新たな問題を解決するためには、裏面ガスである窒素ガス中に酸素ガスを添加すればよいことが確かめられており、実施されている。しかし、裏面ガスは支持リングの隙間などからウエハ表面側に回り込むことがあり、その結果、添加する酸素ガスの量によってはウエハ表面側の素子形成面が酸化されてトランジスタ特性が変動するという問題を引き起こしている。さらに、裏面側のガスと表面側のプロセスガスの分離性が悪く、双方のガスが回り込むという問題を有していた。 Therefore, in order to solve this new problem, it has been confirmed that oxygen gas should be added to the nitrogen gas as the backside gas. However, the backside gas sometimes circulates to the wafer surface side through the gap of the support ring. As a result, depending on the amount of oxygen gas to be added, the element formation surface on the wafer surface side is oxidized and the transistor characteristics fluctuate. Is causing. Furthermore, there is a problem in that the gas on the back side and the process gas on the front side are poorly separable, and both gases wrap around.
このように、従来のランプアニール装置では、特開平2−280319号公報に示されているように、プロセスガスの流量制御は行なわれているものの裏面ガスの流量制御は行なわれておらず、特に酸素ガスの調整がうまく行かないとトランジスタ特性が変動し、不良品の発生につながる。 Thus, in the conventional lamp annealing apparatus, as shown in JP-A-2-280319, the flow rate of the process gas is controlled but the flow rate of the backside gas is not controlled. If the oxygen gas is not adjusted properly, the transistor characteristics will fluctuate, leading to defective products.
本発明は、リフレクターの曇りを防止し、熱処理温度の安定化を図るとともに、半導体ウエハ表面側の素子形成面の酸化を防止することを目的としたランプアニール装置を提供する。 The present invention provides a lamp annealing apparatus that prevents fogging of a reflector, stabilizes the heat treatment temperature, and prevents oxidation of an element formation surface on the semiconductor wafer surface side.
本発明のランプアニール装置は、チャンバ内の上部に加熱用のランプユニットを、また、チャンバ内の下部に温度を安定させるためのリフレクターを有し、チャンバ内の回転シリンダー上に載置されて回転する半導体ウエハの表面側の素子形成面にプロセスガスを流し、裏面側のシリコン面にリフレクターの曇り防止用のガスを流す構造のランプアニール装置において、前記半導体ウエハの裏面側に流すガスは前記リフレクターの外周部の下部を回り込んで排気されることにより、前記半導体ウエハの表面側のプロセスガスと裏面側の曇り防止用ガスの分離性を高めたことを特徴とする。 The lamp annealing apparatus of the present invention has a lamp unit for heating in the upper part of the chamber and a reflector for stabilizing the temperature in the lower part of the chamber, and is mounted on a rotating cylinder in the chamber to rotate. In a lamp annealing apparatus having a structure in which a process gas is caused to flow on the element forming surface on the front side of the semiconductor wafer and a gas for preventing fogging of the reflector is caused to flow on the silicon surface on the back side, the gas flowing on the back side of the semiconductor wafer The separability of the process gas on the front side of the semiconductor wafer and the antifogging gas on the back side is improved by evacuating around the lower part of the outer periphery of the semiconductor wafer.
本発明のランプアニール装置の第1の効果は、所望のガスを希釈する装置を備えているため、ppmオーダーの酸素を含む窒素ガスを半導体ウエハの裏面に安定して供給することができ、シリコン面に形成された自然酸化膜と窒素ガスの反応による酸化シリコン微粒子の発生を抑制し、リフレクターの曇りを防止し、温度の安定化を図ることができる。 The first effect of the lamp annealing apparatus of the present invention is that a device for diluting a desired gas is provided, so that nitrogen gas containing oxygen in the order of ppm can be stably supplied to the back surface of the semiconductor wafer, and silicon Generation of silicon oxide fine particles due to the reaction between the natural oxide film formed on the surface and nitrogen gas can be suppressed, fogging of the reflector can be prevented, and temperature stabilization can be achieved.
第2の効果は、半導体ウエハの表面と裏面をそれぞれ異なる組成のガスに接触させることができるようになったことによって、裏面のシリコン面にppmオーダーの酸素を含む窒素ガスを供給し、表面の素子形成面に窒素ガスを供給することができるため、前記第1の効果を奏しつつ、表面の素子形成面の酸化を防止することができる。 The second effect is that the front surface and the back surface of the semiconductor wafer can be brought into contact with gases having different compositions, so that nitrogen gas containing oxygen in the order of ppm is supplied to the silicon surface on the back surface. Since nitrogen gas can be supplied to the element formation surface, oxidation of the element formation surface on the surface can be prevented while exhibiting the first effect.
次に、本発明のランプアニール装置における実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は本発明のランプアニール装置の概略図である。本発明のランプアニール装置は、図1に示すように石英製あるいは金属製のチャンバ10を有し、チャンバ10内にはランプ光源となるキセノンランプ等からなるランプユニット1と、ランプユニット1を仕切る石英板11と、半導体ウエハ2を水平に支持する支持リング3と、支持リング3を載せる回転シリンダー4とを備えている。
Next, an embodiment of the lamp annealing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a lamp annealing apparatus of the present invention. The lamp annealing apparatus of the present invention has a quartz or
この回転シリンダー4は、図示していない駆動機構により回転し、半導体ウエハ2をチャンバ10内で回転させることができる。また、チャンバ10は内部底面に温度の安定性を確保するためのリフレクター(Al製反射鏡)7aが設けられ、さらに、チャンバー10内にプロセスガスを供給するためのガス供給ライン5と、処理後のガスを排出するためのガス排気ライン6が設けられている。
The rotating cylinder 4 can be rotated by a driving mechanism (not shown) to rotate the
また、熱処理中に半導体ウエハ2からの外方拡散(アウトディフュージョン)により発生するリフレクター7aの曇りを防止するために、裏面ガスをチャンバ10の下部から半導体ウエハ2の裏面に向けて吹き出す裏面ガス供給ライン8が設けられ、この裏面ガス供給ライン8は複数本に分岐してリフレクター7aに開けられた複数の裏面ガス供給口12にそれぞれ接続され、この裏面ガス供給口12を介して裏面ガスがチャンバ10内に吹き出すようになっている。
Further, in order to prevent the
そして、この裏面ガスを排出するための裏面ガス排気口13は、リフレクター7aが設置されているチャンバ10内の底面の、リフレクター7aの外周部に沿った位置に複数開けられ、それぞれの裏面ガス排気口13は裏面ガス排気ライン9に接続されてチャンバ10から裏面ガスを排出するようになっている。
A plurality of backside
すなわち、チャンバ10内に供給された裏面ガスは、リフレクター7aの外周部を回り込んで回転シリンダー4との隙間から裏面ガス排気口13に流れ込み、裏面ガス排気ライン9を経て外部へ排出されることになる。また、半導体ウエハ2が全体的に均一な温度分布となるように、温度制御するためのセンサー(図示せず)がリフレクター7aのわずか下方の裏面ガス供給ライン中に埋設されている。
That is, the backside gas supplied into the
また、裏面ガス供給ライン8に供給される裏面ガスは、窒素ガスと酸素ガスが所望の混合比になるようにそれぞれのガス配管にマスフローコントローラ15a、15b、15c、15dを設けて調整され、このマスフローコントローラ15a〜15dによって調整された裏面ガスはガス混合機14を経て裏面ガス供給ライン8に供給されるようになっている。また、本実施の形態では、酸素ガスの供給量を段階的に調整できるように酸素ガス配管を3本に分岐させ、それぞれの配管にマスフローコントローラ15b、15c、15dを設けて切り換えて使用できるようにしている。
The backside gas supplied to the backside gas supply line 8 is adjusted by providing
以下に、本実施の形態の動作について図1を用いて説明する。図1に示すような本発明のランプアニール装置を用いて半導体ウエハ2を加熱する場合には、まず、1枚の半導体ウエハ2を搬入口(図示せず)からチャンバ10内へ搬入し、回転シリンダー4に載っている支持リング3上に載置する。
The operation of the present embodiment will be described below with reference to FIG. In the case of heating the
次いで、ガス供給ライン5から所望のプロセスガスを供給すると同時に裏面ガス供給ライン8からも裏面ガスを供給し、加熱源のランプユニット1を点灯して図示していない駆動機構により回転シリンダー4を回転させ、半導体ウエハ2を回転させながら加熱昇温を行なう。
Next, a desired process gas is supplied from the
プロセスガスとしては、例えば窒素ガス、酸素ガス、アンモニアガス、アルゴンガス、水蒸気などがあり、それぞれのプロセスガスはマスフローコントローラ(図示せず)によって調整され、酸化、窒化、熱処理等に応じてガスの種類が選択され、ガス供給ライン5からチャンバ10内に供給され、半導体ウエハ2の表面側に接触して熱処理が行なわれる。
The process gas includes, for example, nitrogen gas, oxygen gas, ammonia gas, argon gas, water vapor, etc., and each process gas is adjusted by a mass flow controller (not shown), and the gas is changed according to oxidation, nitridation, heat treatment, etc. The type is selected, supplied from the
チャンバ10内はリフレクター7aにより温度を一定に保つことができるようになっているが、熱処理中に半導体ウエハ2からの外方拡散(アウトディフュージョン)によって生ずるリフレクター7aの曇りを防止するために、裏面ガス供給ライン8から裏面ガスを供給している。供給された裏面ガスは裏面ガス排気ライン9から排気している。
The temperature inside the
その際、排気される裏面ガスは、リフレクター7aの外周部と回転シリンダー4との隙間からチャンバ10の裏面ガス排気口13へ流れ、この裏面ガス排気口13を経て裏面ガス排気ライン9から排気する構造となっているため、表面側のガスと裏面側のガスの分離性を高めることができる。
At that time, the exhausted backside gas flows into the backside
すなわち、従来はリフレクター周辺部に直接裏面ガス排気口13が設けられていたため、リフレクター周辺部に曇りが発生することが多かったが、本発明では裏面ガスをリフレクター周辺部から回り込ませて裏面ガス排気口13に流し排気するようにしたため、リフレクター全面のガス流が安定し、曇りが発生しにくくなっている。
That is, since the backside
また、裏面ガス供給ライン8に供給される裏面ガスは、複数のマスフローコントローラ15a〜15dにより所望の混合比になるように希釈調整され、ガス混合機14で混合される構造となっており、ppmオーダーの酸素を含む窒素ガスを半導体ウエハ2の裏面に安定して供給することができる。
Moreover, the backside gas supplied to the backside gas supply line 8 is diluted and adjusted to have a desired mixing ratio by a plurality of mass flow controllers 15a to 15d, and is mixed by the gas mixer 14, ppm. Nitrogen gas containing oxygen of the order can be stably supplied to the back surface of the
例えば、図1に示した実施の形態では、裏面ガスとして窒素ガスをマスフローコントローラ15aにより10l/分に調整して供給し、酸素ガスは必要に応じてマスフローコントローラ15b、15c、15dのいずれかに切り換えて供給し、ガス混合機14で窒素ガスと混合される。この際、マスフローコントローラ15bは100cc/分に調整されており、15cは10cc/分、15dは1cc/分にそれぞれ調整されている。
For example, in the embodiment shown in FIG. 1, nitrogen gas is supplied as a backside gas by adjusting it to 10 l / min by the mass flow controller 15a, and oxygen gas is supplied to any of the
これにより、半導体ウエハ2からの外方拡散(アウトディフュージョン)およびシリコン面に形成されている自然酸化膜と窒素ガスの反応による酸化シリコン微粒子の発生を抑制することが可能となり、リフレクター7aの曇りを防止し、温度の安定化を図ることができる。
As a result, it becomes possible to suppress the outward diffusion (out diffusion) from the
1 ランプユニット
2 半導体ウエハ
3 支持リング
4 回転シリンダー
5 ガス供給ライン
6 ガス排気ライン
7、7a リフレクター
8 裏面ガス供給ライン
9 裏面ガス排気ライン
10 チャンバ
11 石英板
12 裏面ガス供給口
13 裏面ガス排気口
14 ガス混合機
15a、15b、15c、15d マスフローコントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記半導体ウエハの裏面側に流すガスは前記リフレクターの外周部の下部を回り込んで排気されることにより、前記半導体ウエハの表面側のプロセスガスと裏面側の曇り防止用ガスの分離性を高めたことを特徴とするランプアニール装置。 A heating lamp unit in the upper part of the chamber, and a reflector for stabilizing the temperature in the lower part of the chamber. The element on the surface side of the semiconductor wafer mounted on the rotating cylinder in the chamber and rotating. In a lamp annealing device with a structure in which a process gas is flowed to the formation surface and a gas for preventing fogging of the reflector is flown to the silicon surface on the back side,
The gas flowing to the back side of the semiconductor wafer is exhausted around the lower part of the outer periphery of the reflector, thereby improving the separation between the process gas on the front side of the semiconductor wafer and the antifogging gas on the back side. A lamp annealing apparatus characterized by that.
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