JP4557503B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device manufacturing apparatus - Google Patents

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修 有隅
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、ハロゲンランプヒーター等を熱源とする急速加熱(RTA)装置を用いた加熱工程が広く行われている。このような急速加熱工程の一例として、強誘電体メモリ(FeRAM)のキャパシタ形成工程があげられる。
【0003】
現在、強誘電体キャパシタの誘電体膜には、Pb(ZrxTi1-x )O3(チタン酸ジルコン酸鉛:PZT)、SrBi2Ta29(チタン酸ストロンチウムビスマス:SBT)、Bi3Ti412(BIT)、(Bi,La)4Ti312(BLT)等が用いられ、強誘電体キャパシタの電極膜には、SrRuO3(ルテニウム酸ストロンチウム:SRO)等が用いられている。これらの材料を用いて誘電体膜や電極膜を形成する場合、スパッタリング法や塗布法によって基板(ウエハ)上にアモルファス膜を堆積した後、急速加熱処理によりアモルファス膜を結晶化している。
【0004】
しかしながら、急速加熱処理によって結晶化を行う際に、特定の元素(PZTでは鉛(Pb)、SBT、BIT及びBLTではビスマス(Bi)、SROではルテニウム(Ru))が蒸発しやすく、蒸発物が加熱容器(チャンバー)の壁面(天井)に付着するという問題がある。そのため、付着物が落下してダストの原因となるといった問題の他、付着物がヒーター(ランプ)からの加熱光を遮るため、ウエハ面内の温度分布が不均一になるといった問題や、ウエハ間で温度が変動するといった問題が生じる。これらの問題は、半導体装置の歩留まりや性能を低下させる大きな要因となる。そのため、チャンバーを常に清浄に保つために頻繁に洗浄を行う必要があるが、チャンバーの洗浄には多大な時間や労力を要する。
【0005】
このような問題を解決するため、例えば特許文献1には、加熱処理の際に、ウエハとチャンバーの上面との間に透光性部材を介在させるという方法が提案されている。ヒーターを介在させることにより、蒸発物のチャンバーへの付着を防止することが可能である。しかしながら、透光性部材に蒸発物が付着するため、やはり上述したような問題を本質的に解決することは困難である。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−289175号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の加熱方法及び加熱装置では、加熱処理によって生じた蒸発物がチャンバーの上面に付着してヒーターからの加熱光を遮るため、基板上の温度分布が不均一になるといった問題や、基板間で温度が変動するといった問題があった。したがって、基板を適正に加熱することができず、半導体装置の歩留まりや性能を低下させるといった問題があった。
【0008】
本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、基板を適正に加熱することができ、半導体装置の歩留まりや性能の低下を防止することが可能な半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の視点に係る半導体装置の製造方法は、透光性容器内の第1の領域に、処理対象を有する基板を配置する工程と、前記第1の領域の真上の第3の領域からは前記基板に加熱光を供給せずに、前記第1の領域の真下の第2の領域から供給される加熱光によって前記基板を加熱する工程と、を備えたことを特徴とする。
【0010】
本発明の第2の視点に係る半導体装置の製造装置は、基板が配置される第1の領域を内部に含む透光性容器と、前記第1の領域に配置された基板を加熱するための加熱光を生じる加熱部であって、少なくとも前記第1の領域の真下の第2の領域には設けられているが、前記第1の領域の真上の第3の領域には設けられていない加熱部と、を備えたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【0012】
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造装置(急速加熱(RTA)装置)の概略構成を模式的に示した図である。
【0013】
サセプタ固定台11にはサセプタ12及び温度計13が固定されており、サセプタ12上にはウエハ(半導体基板)14及び仕切り板15を搭載できるようになっている。ウエハ14は素子形成面を上側に向けてサセプタ12上に配置され、ウエハ14と仕切り板15との間隔は1cm程度以下に設定される。仕切り板15は、ウエハ14よりも大きな面積を有しており、例えば石英ガラス等の透光性部材が用いられる。サセプタ固定台11はローラー16によってウエハローダー部1と処理部2との間を移動可能であり、図1に示すようにサセプタ固定台11がチャンバー(透光性容器)17に密着した状態で、チャンバー17内は密閉状態となる。
【0014】
チャンバー17の外側には、例えばハロゲンランプヒーター(熱源)等で構成された加熱部18が配置されており、サセプタ12上に搭載されたウエハ14を加熱できるようになっている。チャンバー17には、加熱部18からの加熱光(赤外線)を透過できるように、例えば石英ガラス等の透光性部材が用いられる。
また、チャンバー17には、ガス流入口19及びガス流入口19の反対側に配置されたガス流出口(図示せず)が設けられており、加熱処理工程において種々のガスをチャンバー17内に供給可能である。
【0015】
図1の例では、加熱部18は、チャンバー17の下方側には配置されているが、チャンバー17の上方側には配置されていない。加熱部18は、ウエハ14が配置される領域A1(ウエハの外周に対応した領域)の真下の領域A2に少なくともあればよいが、図1に示すように、領域A2の外側の領域にも加熱部18が設けられていることが好ましい。
【0016】
また、加熱部18は、単一のヒーターで構成されていてもよいが、点状或いは線状(棒状)の複数のヒーターで構成し、個々のヒーターの出力を調整できるようにしてもよい。図2は、ヒーターの配置パターンの一例を模式的に示した図であり、この例では領域A2の内側及び外側に点状の複数のヒーター18aが配置されている。
【0017】
加熱処理が施される処理対象は、ウエハ14の上面(素子形成面)に形成されているため、加熱処理による蒸発物はチャンバーの上面に付着し、チャンバーの下面にはほとんど付着しない。従来のように上方側にも加熱部を設けている場合には、チャンバーの上面に付着した付着物によって上方側の加熱部からの加熱光が遮られ、ウエハ面内の温度分布が不均一になるといった問題や、ウエハ間で温度が変動する(ばらつく)といった問題が生じる。本実施形態の装置では、チャンバー17の上方側に加熱部を設けておらず、チャンバー17の下方側に設けられた加熱部18によってウエハ14を加熱するため、チャンバーの上面に蒸発物が付着していても、上述したような問題が生じることはなく、基板を適正に加熱することが可能である。
【0018】
また、本実施形態では、加熱部18に複数のヒーターを設けているため、ウエハ14面内の温度分布の均一性を向上させることができる。特に、個々のヒーターの出力を調整することにより、温度分布を的確に調整することができ、温度分布の均一性をより向上させることが可能である。
【0019】
また、ウエハ14とチャンバーの上面との間に仕切り板15を介在させて加熱処理を行うため、チャンバーの上面への蒸発物の付着を防止することができる。
蒸発物が仕切り板15に付着しても、仕切り板15は容易に交換及び洗浄を行うことができるため、清浄度を比較的高く保つことが可能である。したがって、仕切り板15を介在させることで、付着物がウエハ14上へ落下するといった問題を回避することが可能である。
【0020】
以下、上述した加熱処理装置を半導体装置の製造工程に用いた場合の一例を説明する。ここでは、強誘電体メモリのキャパシタ形成工程に上述した加熱処理装置を用いた場合を例に説明する。
【0021】
図3は、上述した加熱処理装置によって加熱処理が施されるウエハ14の素子形成面近傍の構成について、その一例を模式的に示した断面図である。
【0022】
トランジスタ32及び層間絶縁膜33等が形成された半導体基板31上に、強誘電体キャパシタの構成膜である下部電極膜34a、誘電体膜34b及び上部電極膜34cが形成されている。誘電体膜34bには、ペロブスカイト化合物であるPb(ZrxTi1-x )O3(チタン酸ジルコン酸鉛:PZT)やビスマス層状化合物であるSrBi2Ta29(チタン酸ストロンチウムビスマス:SBT)、Bi3Ti412(BIT)、(Bi,La)4Ti312(BLT)等の強誘電体膜を用いることができ、下部電極膜34a及び上部電極膜34cには、ペロブスカイト化合物であるSrRuO3(ルテニウム酸ストロンチウム:SRO)等を用いることができる。
【0023】
図3の例では、下部電極膜34a及び誘電体膜34bにはすでに加熱処理が施されて結晶化しており、処理対象としてアモルファス状態の上部電極膜34cが誘電体膜34b上に形成されている。なお、加熱処理が施されるウエハは、下部電極膜34a、誘電体膜34b及び上部電極膜34cの全てが形成されている状態でなくてもよく、処理対象としてアモルファス状態の下部電極膜34aのみが形成されている状態でもよく、結晶化された下部電極膜34a上に処理対象としてアモルファス状態の上部電極膜34cが形成されている状態でもよい。
【0024】
上述したPZT、SBT、BIT、BLT及びSRO等の化合物では、加熱処理の際に、該化合物に含まれる特定の元素(PZTでは鉛(Pb)、SBT、BIT及びBLTではビスマス(Bi)、SROではルテニウム(Ru))が該化合物に含まれる他の元素よりも蒸発しやすい。したがって、本実施形態の加熱装置及び加熱方法を用いることが効果的である。
【0025】
まず、サセプタ12をウエハローダー部1に移動させて、サセプタ12上に仕切り板15を載せ、ウエハ14を入れたキャリア(図示せず)をウエハローダー部に載せる。予め設定されたプログラムを起動すると、アーム(図示せず)がキャリアからウエハ14を取り出し、ウエハ14の素子形成面を上側に向けてサセプタ12上に載置する。
【0026】
次に、サセプタ固定台11を処理部2に移動させてチャンバー17に密着させ、ウエハ14及び仕切り板15が搭載されたサセプタ12をチャンバー17内に配置する。続いて、ガス供給口19から所定のガスをチャンバー17内に供給する。さらに、加熱部18のランプヒーターを点灯し、所定の温度で所定時間、ウエハ14を加熱する。加熱温度は、例えば400℃から750℃の間の所定温度である。このとき、処理対象に含まれる特定の元素が蒸発して仕切り板15に付着するが、加熱部がチャンバー17の上方側には配置されていないため、付着物の影響はない。加熱処理中は、温度計13によって基板温度がモニターされ、ヒーターの出力が調整される。
【0027】
加熱処理が終了したら、サセプタ固定台11をウエハローダー部1に移動させる。さらに、アームによってウエハ14をサセプタ12から取り上げ、ウエハ14を冷却した後、キャリアに戻して一連の処理が終了する。
【0028】
図4は、図1に示した製造装置の変更例について、その概略構成を模式的に示した図である。基本的な構成は図1に示した装置と同様であり、図1に示した構成要素と対応する構成要素については同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【0029】
図1に示した例ではチャンバー17の上方側には加熱部を配置していなかったが、図4の例ではチャンバー17の上方側にも加熱部20を配置している。ただし、図4に示すように、加熱部20は、ウエハ14が配置される領域A1の真上の領域A3には配置されておらず、領域A3の外側の領域に例えばリング状に配置されている。加熱部18は、単一のヒーターで構成されていてもよいが、点状或いは線状(棒状)の複数のヒーターで構成し、個々のヒーターの出力を調整できるようにしてもよい。また、加熱部20の出力は、加熱部18と加熱部20の合計出力の30%以下であることが好ましい。
【0030】
一般にウエハ14の外縁部では熱が逃げやすいため、温度が低下しやすい。図4の例では、加熱部20を領域A3の外側の領域に設けているため、ウエハ14の中央部に比べて外縁部に多くの加熱光を供給することができ、外縁部における温度低下を防止することができる。また、ウエハ14からの蒸発物は、ウエハ14の真上の領域に多く付着し、その外側の領域への付着量は少ない。本例では、加熱部20を領域A3の外側の領域に設けているため、付着物によって加熱光が遮られる度合いは非常に少ない。したがって、付着物による影響をほとんど受けずに、ウエハ14の外縁部に効果的に加熱光を供給することが可能であり、ウエハ面内の温度分布を均一化することができる。
【0031】
以下、本実施形態の効果を検証するためのいくつかの測定例について説明する。測定に用いた試料は、シリコンウエハに形成した白金膜上にスパッタリングによってSRO膜を形成したものである。
【0032】
測定例1(比較例)として、図5に示すような加熱処理装置を用いて測定を行った。図5の装置は、チャンバー17の上方側の領域A3にも加熱部21を設けたものである。加熱処理は、酸素ガスを5リットル/分の流速で流しながら、650℃の温度で30秒間行った。処理前と69枚のウエハの処理後について、ウエハ面内の温度分布を測定した。図6に、その測定結果を示す。
【0033】
温度差(最高温度−最低温度)の結果からわかるように、ウエハ面内の温度均一性は処理前と処理後で大きな変化は見られないが、ウエハ面内の平均温度は処理前に比べて処理後では14℃低下している。これは、仕切り板15の付着物によって加熱部21からの加熱光が遮蔽されたためであり、ウエハ間での温度変動が大きくなることを意味している。
【0034】
測定例2(比較例)として、図5に示すような加熱処理装置を用いて測定を行った。ただし、仕切り板15は設置しなかった。加熱処理条件は測定例1と同様であり、ウエハ枚数は43枚とした。図7に、その測定結果を示す。
【0035】
温度差の結果からわかるように、処理後には温度差が56℃であり、ウエハ面内の温度分布の均一性が大幅に悪化している。これは、酸素ガスの流れに沿って蒸発物が流れ、その結果、ガス流入側よりもガス流出側の方でより多くの蒸発物がチャンバー17の天井に付着し、ガス流出側での加熱光の透過率が大幅に悪化したためである。
【0036】
測定例3として、図1に示すような加熱処理装置を用いて測定を行った。加熱処理条件及びウエハ枚数は、測定例1と同様である。図8に、その測定結果を示す。
【0037】
最低温度、最高温度及び平均温度とも、処理前と処理後とでほとんど変化はなく、ウエハ間での温度変動が大幅に低減されている。なお、ウエハ面内の温度差が処理前及び処理後ともに大きく、ウエハ面内の温度分布の不均一性が大きくなっているが、これは加熱部18に棒状のヒーターを用いたためである。図2に示したような複数の点状のヒーターを用いて、個々のヒーターの出力を調整すれば、ウエハ面内の温度分布の均一性を高めることが可能である。
【0038】
測定例4として、図4に示すような加熱処理装置を用いて測定を行った。加熱処理条件及びウエハ枚数は、測定例1と同様である。図9に、その測定結果を示す。
【0039】
最低温度、最高温度及び平均温度とも、処理前と処理後とでほとんど変化はなく、ウエハ間での温度変動が大幅に低減されている。また、ウエハ面内での温度差は、処理前及び処理後ともに12〜13℃程度であり、ウエハ面内の温度分布の均一性も良好である。これは、領域A3の外側の領域に加熱部20が設けてあるため、ウエハ14の外縁部での温度低下が抑制されたためである。
【0040】
なお、上述した実施形態では、図1及び図4に示すように、ウエハ14が配置される領域A1の真上の領域A3には加熱部を設けていないが、例えば図5に示したような領域A3にも加熱部を設けた装置であっても、加熱処理の際に領域A3のヒーターを点灯しなければ、図1或いは図4に示したような装置を用いて加熱処理を行った場合の効果と同様の効果を得ることが可能である。
【0041】
また、上述した実施形態では、処理対象としてキャパシタの電極膜或いは誘電体膜を例に説明したが、処理対象はこれらに限定されるものではない。例えば、リン等の不純物を半導体基板にイオン注入した後の熱処理等にも、上述した実施形態と同様の方法を適用することが可能である。
【0042】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、基板を適正に加熱することができ、半導体装置の歩留まりや性能の低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造装置の概略構成例を模式的に示した図である。
【図2】 ヒーターの配置パターンの一例を模式的に示した図である。
【図3】 加熱処理が施されるウエハの素子形成面近傍の構成例を模式的に示した断面図である。
【図4】 本発明の実施形態の変更例に係る半導体装置の製造装置の概略構成例を模式的に示した図である。
【図5】 本発明の実施形態の比較例に係る半導体装置の製造装置の概略構成例を模式的に示した図である。
【図6】 本発明の実施形態の効果を検証するための測定結果を示した図である。
【図7】 本発明の実施形態の効果を検証するための測定結果を示した図である。
【図8】 本発明の実施形態の効果を検証するための測定結果を示した図である。
【図9】 本発明の実施形態の効果を検証するための測定結果を示した図である。
【符号の説明】
1…ウエハローダー部、 2…処理部、
11…サセプタ固定台、 12…サセプタ、
13…温度計、 14…ウエハ、
15…仕切り板、 16…ローラー、
17…チャンバー、 18、20、21…加熱部、
19…ガス流入口、 31…半導体基板、
32…トランジスタ、 33…層間絶縁膜、
34a…下部電極膜、 34b…誘電体膜、
34c…上部電極膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of a semiconductor device, a heating process using a rapid heating (RTA) apparatus using a halogen lamp heater or the like as a heat source is widely performed. An example of such a rapid heating process is a ferroelectric memory (FeRAM) capacitor forming process.
[0003]
Currently, dielectric films of ferroelectric capacitors include Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (lead zirconate titanate: PZT), SrBi 2 Ta 2 O 9 (strontium bismuth titanate: SBT), Bi 3 Ti 4 O 12 (BIT), (Bi, La) 4 Ti 3 O 12 (BLT) or the like is used, and SrRuO 3 (strontium ruthenate: SRO) or the like is used for the electrode film of the ferroelectric capacitor. ing. When forming a dielectric film or an electrode film using these materials, after depositing an amorphous film on a substrate (wafer) by a sputtering method or a coating method, the amorphous film is crystallized by a rapid heating process.
[0004]
However, when crystallization is performed by rapid heat treatment, certain elements (lead (Pb) in PZT, bismuth (Bi) in SBT, BIT and BLT, ruthenium (Ru) in SRO) are likely to evaporate, There is a problem that it adheres to the wall surface (ceiling) of the heating container (chamber). For this reason, in addition to the problem of deposits falling and causing dust, the deposits block the heating light from the heater (lamp), resulting in uneven temperature distribution within the wafer surface, This causes the problem of temperature fluctuations. These problems are a major factor in reducing the yield and performance of semiconductor devices. For this reason, it is necessary to frequently perform cleaning in order to keep the chamber always clean, but cleaning the chamber requires a great deal of time and labor.
[0005]
In order to solve such a problem, for example, Patent Document 1 proposes a method in which a light-transmissive member is interposed between the wafer and the upper surface of the chamber during the heat treatment. By interposing a heater, it is possible to prevent evaporation from adhering to the chamber. However, since the evaporant adheres to the translucent member, it is difficult to essentially solve the above-described problem.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-289175
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional heating method and heating apparatus, the evaporation generated by the heat treatment adheres to the upper surface of the chamber and blocks the heating light from the heater, and thus the temperature distribution on the substrate becomes uneven. There was a problem that the temperature fluctuated between the substrates. Therefore, there has been a problem that the substrate cannot be heated properly and the yield and performance of the semiconductor device are lowered.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and can provide a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of appropriately heating a substrate and preventing a decrease in yield and performance of the semiconductor device. The object is to provide a manufacturing apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, including a step of placing a substrate having a processing target in a first region in a light-transmitting container, and a third directly above the first region. And heating the substrate with the heating light supplied from the second region directly below the first region without supplying the substrate with heating light from the region. .
[0010]
A semiconductor device manufacturing apparatus according to a second aspect of the present invention includes a translucent container that includes therein a first region in which a substrate is disposed, and a substrate disposed in the first region. A heating unit for generating heating light, which is provided at least in the second region directly below the first region, but not provided in the third region directly above the first region. And a heating unit.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus (rapid heating (RTA) apparatus) according to an embodiment of the present invention.
[0013]
A susceptor 12 and a thermometer 13 are fixed to the susceptor fixing base 11, and a wafer (semiconductor substrate) 14 and a partition plate 15 can be mounted on the susceptor 12. The wafer 14 is disposed on the susceptor 12 with the element formation surface facing upward, and the distance between the wafer 14 and the partition plate 15 is set to about 1 cm or less. The partition plate 15 has an area larger than that of the wafer 14, and for example, a translucent member such as quartz glass is used. The susceptor fixing base 11 can be moved between the wafer loader part 1 and the processing part 2 by a roller 16, and the susceptor fixing base 11 is in close contact with the chamber (translucent container) 17 as shown in FIG. The chamber 17 is hermetically sealed.
[0014]
A heating unit 18 composed of, for example, a halogen lamp heater (heat source) is disposed outside the chamber 17 so that the wafer 14 mounted on the susceptor 12 can be heated. For the chamber 17, a translucent member such as quartz glass is used so that the heating light (infrared rays) from the heating unit 18 can be transmitted.
Further, the chamber 17 is provided with a gas inlet 19 and a gas outlet (not shown) arranged on the opposite side of the gas inlet 19, and supplies various gases into the chamber 17 in the heat treatment process. Is possible.
[0015]
In the example of FIG. 1, the heating unit 18 is disposed on the lower side of the chamber 17, but is not disposed on the upper side of the chamber 17. The heating unit 18 may be at least in the region A2 immediately below the region A1 (region corresponding to the outer periphery of the wafer) where the wafer 14 is disposed, but as shown in FIG. 1, the heating unit 18 also heats the region outside the region A2. It is preferable that the part 18 is provided.
[0016]
Moreover, although the heating part 18 may be comprised with the single heater, it may be comprised with several heaters of a dotted | punctate shape or linear (bar shape), and it may enable it to adjust the output of each heater. FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the heater arrangement pattern. In this example, a plurality of dotted heaters 18a are arranged inside and outside the region A2.
[0017]
Since the processing target to be subjected to the heat treatment is formed on the upper surface (element formation surface) of the wafer 14, the evaporated substance by the heat treatment adheres to the upper surface of the chamber and hardly adheres to the lower surface of the chamber. When the heating unit is also provided on the upper side as in the past, the heating light from the upper heating unit is blocked by the adhering material adhering to the upper surface of the chamber, and the temperature distribution in the wafer surface is uneven. And a problem that the temperature varies (varies) between wafers. In the apparatus of the present embodiment, the heating unit is not provided on the upper side of the chamber 17, and the wafer 14 is heated by the heating unit 18 provided on the lower side of the chamber 17. However, the above-described problem does not occur, and the substrate can be appropriately heated.
[0018]
In the present embodiment, since the heating unit 18 is provided with a plurality of heaters, it is possible to improve the uniformity of the temperature distribution in the wafer 14 surface. In particular, by adjusting the output of each heater, the temperature distribution can be adjusted accurately, and the uniformity of the temperature distribution can be further improved.
[0019]
In addition, since heat treatment is performed with the partition plate 15 interposed between the wafer 14 and the upper surface of the chamber, it is possible to prevent evaporation from adhering to the upper surface of the chamber.
Even if the evaporated material adheres to the partition plate 15, the partition plate 15 can be easily replaced and cleaned, so that the cleanliness can be kept relatively high. Therefore, by interposing the partition plate 15, it is possible to avoid the problem that deposits fall on the wafer 14.
[0020]
Hereinafter, an example of the case where the above-described heat treatment apparatus is used in a semiconductor device manufacturing process will be described. Here, a case where the above-described heat treatment apparatus is used for the capacitor forming process of the ferroelectric memory will be described as an example.
[0021]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration in the vicinity of the element formation surface of the wafer 14 that is subjected to the heat treatment by the heat treatment apparatus described above.
[0022]
A lower electrode film 34a, a dielectric film 34b, and an upper electrode film 34c, which are constituent films of a ferroelectric capacitor, are formed on the semiconductor substrate 31 on which the transistor 32, the interlayer insulating film 33, and the like are formed. The dielectric film 34b, a perovskite compound Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 ( lead zirconate titanate: PZT) or bismuth layered compound SrBi 2 Ta 2 O 9 (strontium titanate bismuth: SBT ), Bi 3 Ti 4 O 12 (BIT), (Bi, La) 4 Ti 3 O 12 (BLT) and other ferroelectric films can be used, and the lower electrode film 34a and the upper electrode film 34c are made of perovskite. A compound such as SrRuO 3 (strontium ruthenate: SRO) can be used.
[0023]
In the example of FIG. 3, the lower electrode film 34a and the dielectric film 34b are already heated and crystallized, and an amorphous upper electrode film 34c is formed on the dielectric film 34b as a process target. . Note that the wafer subjected to the heat treatment does not have to be a state where all of the lower electrode film 34a, the dielectric film 34b, and the upper electrode film 34c are formed, and only the lower electrode film 34a in an amorphous state is processed. May be formed, or an amorphous upper electrode film 34c may be formed as a processing target on the crystallized lower electrode film 34a.
[0024]
In the above-described compounds such as PZT, SBT, BIT, BLT and SRO, during the heat treatment, specific elements contained in the compound (lead (Pb) in PZT, bismuth (Bi) in SBT, BIT and BLT, SRO) Then, ruthenium (Ru) is more easily evaporated than other elements contained in the compound. Therefore, it is effective to use the heating apparatus and heating method of this embodiment.
[0025]
First, the susceptor 12 is moved to the wafer loader unit 1, the partition plate 15 is placed on the susceptor 12, and a carrier (not shown) containing the wafer 14 is placed on the wafer loader unit. When a preset program is activated, an arm (not shown) takes out the wafer 14 from the carrier and places it on the susceptor 12 with the element formation surface of the wafer 14 facing upward.
[0026]
Next, the susceptor fixing base 11 is moved to the processing unit 2 and brought into close contact with the chamber 17, and the susceptor 12 on which the wafer 14 and the partition plate 15 are mounted is disposed in the chamber 17. Subsequently, a predetermined gas is supplied into the chamber 17 from the gas supply port 19. Further, the lamp heater of the heating unit 18 is turned on to heat the wafer 14 at a predetermined temperature for a predetermined time. The heating temperature is a predetermined temperature between 400 ° C. and 750 ° C., for example. At this time, the specific element included in the processing target evaporates and adheres to the partition plate 15, but the heating unit is not disposed on the upper side of the chamber 17, so there is no influence of the attached matter. During the heat treatment, the substrate temperature is monitored by the thermometer 13 and the output of the heater is adjusted.
[0027]
When the heat treatment is completed, the susceptor fixing base 11 is moved to the wafer loader unit 1. Further, the arm 14 picks up the wafer 14 from the susceptor 12, cools the wafer 14, returns it to the carrier, and completes a series of processes.
[0028]
FIG. 4 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a modified example of the manufacturing apparatus shown in FIG. The basic configuration is the same as that of the apparatus shown in FIG. 1, and the components corresponding to those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0029]
In the example shown in FIG. 1, the heating unit is not arranged above the chamber 17, but in the example shown in FIG. 4, the heating unit 20 is also arranged above the chamber 17. However, as shown in FIG. 4, the heating unit 20 is not disposed in the region A3 immediately above the region A1 where the wafer 14 is disposed, and is disposed, for example, in a ring shape in a region outside the region A3. Yes. The heating unit 18 may be configured by a single heater, but may be configured by a plurality of dotted or linear (bar-shaped) heaters so that the output of each heater can be adjusted. Further, the output of the heating unit 20 is preferably 30% or less of the total output of the heating unit 18 and the heating unit 20.
[0030]
Generally, heat easily escapes at the outer edge portion of the wafer 14, and thus the temperature tends to decrease. In the example of FIG. 4, since the heating unit 20 is provided in a region outside the region A3, more heating light can be supplied to the outer edge portion than the central portion of the wafer 14, and the temperature drop at the outer edge portion can be reduced. Can be prevented. Further, a large amount of the evaporated material from the wafer 14 adheres to the region directly above the wafer 14 and the amount of adhesion to the outer region is small. In this example, since the heating part 20 is provided in the area | region outside area | region A3, the degree to which heating light is interrupted by the deposit | attachment is very small. Therefore, it is possible to effectively supply the heating light to the outer edge portion of the wafer 14 without being substantially affected by the deposits, and the temperature distribution in the wafer surface can be made uniform.
[0031]
Hereinafter, some measurement examples for verifying the effect of the present embodiment will be described. The sample used for the measurement is an SRO film formed by sputtering on a platinum film formed on a silicon wafer.
[0032]
As measurement example 1 (comparative example), measurement was performed using a heat treatment apparatus as shown in FIG. In the apparatus of FIG. 5, the heating unit 21 is also provided in the region A <b> 3 above the chamber 17. The heat treatment was performed at a temperature of 650 ° C. for 30 seconds while flowing oxygen gas at a flow rate of 5 liters / minute. The temperature distribution in the wafer surface was measured before processing and after processing 69 wafers. FIG. 6 shows the measurement results.
[0033]
As can be seen from the result of the temperature difference (maximum temperature-minimum temperature), the temperature uniformity in the wafer surface does not change greatly before and after the processing, but the average temperature in the wafer surface is higher than that before the processing. After the treatment, the temperature drops by 14 ° C. This is because the heating light from the heating unit 21 is shielded by the deposits on the partition plate 15, which means that the temperature variation between the wafers increases.
[0034]
As measurement example 2 (comparative example), measurement was performed using a heat treatment apparatus as shown in FIG. However, the partition plate 15 was not installed. The heat treatment conditions were the same as in Measurement Example 1, and the number of wafers was 43. FIG. 7 shows the measurement results.
[0035]
As can be seen from the result of the temperature difference, the temperature difference is 56 ° C. after the processing, and the uniformity of the temperature distribution in the wafer surface is greatly deteriorated. This is because the evaporant flows along the flow of oxygen gas, and as a result, more evaporant adheres to the ceiling of the chamber 17 on the gas outflow side than on the gas inflow side, and the heating light on the gas outflow side. This is because the transmittance of the liquid crystal deteriorated significantly.
[0036]
As Measurement Example 3, measurement was performed using a heat treatment apparatus as shown in FIG. The heat treatment conditions and the number of wafers are the same as in Measurement Example 1. FIG. 8 shows the measurement results.
[0037]
The minimum temperature, the maximum temperature, and the average temperature hardly change before and after the process, and the temperature fluctuation between the wafers is greatly reduced. Note that the temperature difference in the wafer surface is large both before and after processing, and the temperature distribution in the wafer surface is uneven. This is because a rod-like heater is used for the heating unit 18. If the output of each heater is adjusted using a plurality of spot heaters as shown in FIG. 2, it is possible to improve the uniformity of the temperature distribution in the wafer surface.
[0038]
As measurement example 4, the measurement was performed using a heat treatment apparatus as shown in FIG. The heat treatment conditions and the number of wafers are the same as in Measurement Example 1. FIG. 9 shows the measurement results.
[0039]
The minimum temperature, the maximum temperature, and the average temperature hardly change before and after the process, and the temperature fluctuation between the wafers is greatly reduced. Further, the temperature difference within the wafer surface is about 12 to 13 ° C. both before and after the processing, and the uniformity of the temperature distribution within the wafer surface is also good. This is because the temperature reduction at the outer edge portion of the wafer 14 is suppressed because the heating unit 20 is provided in the region outside the region A3.
[0040]
In the above-described embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, the heating unit is not provided in the area A <b> 3 immediately above the area A <b> 1 where the wafer 14 is disposed, but for example, as illustrated in FIG. 5. Even if the apparatus provided with a heating unit in the area A3, if the heater in the area A3 is not turned on during the heat treatment, the heat treatment is performed using the apparatus shown in FIG. 1 or FIG. It is possible to obtain an effect similar to the effect of.
[0041]
In the above-described embodiment, the capacitor electrode film or the dielectric film is described as an example of the processing target, but the processing target is not limited to these. For example, a method similar to that of the above-described embodiment can be applied to a heat treatment after ion implantation of impurities such as phosphorus into a semiconductor substrate.
[0042]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining the disclosed constituent elements. For example, even if several constituent requirements are deleted from the disclosed constituent requirements, the invention can be extracted as an invention as long as a predetermined effect can be obtained.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to appropriately heat the substrate, and it is possible to prevent a decrease in yield and performance of the semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration example of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of an arrangement pattern of heaters.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example in the vicinity of an element formation surface of a wafer to be heat-treated.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a schematic configuration example of a semiconductor device manufacturing apparatus according to a modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a schematic configuration example of a semiconductor device manufacturing apparatus according to a comparative example of an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing measurement results for verifying the effect of the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing measurement results for verifying the effect of the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing measurement results for verifying the effect of the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing measurement results for verifying the effect of the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... wafer loader unit, 2 ... processing unit,
11 ... susceptor fixing base, 12 ... susceptor,
13 ... Thermometer, 14 ... Wafer,
15 ... partition plate, 16 ... roller,
17 ... Chamber, 18, 20, 21 ... Heating part,
19 ... gas inlet, 31 ... semiconductor substrate,
32 ... transistor 33 ... interlayer insulating film,
34a ... lower electrode film, 34b ... dielectric film,
34c ... Upper electrode film

Claims (4)

透光性容器内の第1の領域に、処理対象を有する基板を配置する工程と、
前記第1の領域の真上の第3の領域からは前記基板に加熱光を供給せずに、前記第1の領域の真下の第2の領域から供給される加熱光及び前記第3の領域の外側の領域にリング状に配置された加熱部から供給される加熱光によって前記基板を加熱する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Disposing a substrate having a processing target in a first region in the translucent container;
The heating light supplied from the second region directly below the first region and the third region without supplying heating light to the substrate from the third region directly above the first region. Heating the substrate with heating light supplied from a heating unit arranged in a ring shape in the outer region of
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記処理対象はペロブスカイト化合物又はビスマス層状化合物であり、該化合物に含まれる特定の元素は該化合物に含まれる他の元素よりも蒸発しやすい
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the object to be processed is a perovskite compound or a bismuth layered compound, and a specific element contained in the compound is more easily evaporated than other elements contained in the compound. Method.
基板が配置される第1の領域を内部に含む透光性容器と、
前記第1の領域に配置された基板を加熱するための加熱光を生じる加熱部であって、少なくとも前記第1の領域の真下の第2の領域には設けられているが、前記第1の領域の真上の第3の領域には設けられていない加熱部と、
前記第3の領域の外側の領域に設けられ、前記基板を加熱するための加熱光を生じるリング状に配置された他の加熱部と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
A translucent container containing therein a first region in which a substrate is disposed;
A heating unit that generates heating light for heating the substrate disposed in the first region, and is provided in at least a second region directly below the first region. A heating unit not provided in the third region directly above the region;
Another heating unit provided in a region outside the third region and arranged in a ring shape that generates heating light for heating the substrate;
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記基板と前記透光性容器の上面との間に仕切り板を介在可能な構造を有する
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造装置。
The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 3 , wherein a partition plate can be interposed between the substrate and the upper surface of the translucent container.
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