JPH03222429A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体製造装置に関し、特に、半導体装置
の熱処理を改善した半導体製造装置に関するものである
。

［従来の技術］ 半導体装！の製造プロセスには多くの熱処理工程を含む
が、素子の高集積化・微細化に伴い、高効率で高精度の
温度制御を行うことのできる熱処理装置が要求されてい
る。現在、枚葉式の熱処理（アニール）装置の開発が進
み、多く利用されるようになった。

第３図は従来の枚葉式の熱処理装置を示し、図において
、チャンバ（１）内に素子の形成された半導体基板（以
下、単に基板と称す）（３）を加熱するランプ（２）が
設けられている。素子形成面（３ａ）を上にした基板（
３）はウェハサセプタ（４）に載置されている。（５）
は温度センサで、温度調節を行う温度コントローラ（６
）に接続されている。ランプ（２）は直流電源（７）に
より加熱される。チャンバ（１）にはガスを排気する排
気系（８）およびガスを導入するための供給ガスライン
バルブ（９）が接続されている。ドア（１０）は基板（
３）の出し入れを行うためのものである。

次に、この熱処理装置による基板（３）の熱処理につい
て説明する。温度コントローラ（６）に所定の熱処理温
度の設定値を入力する。ドア（１０）より熱処理しよう
とする基板（３）　をチャンバ（１）内に搬入し、素子
の形成された面（３ａ）を上に向けてウェハサセプタ（
４）に載置し、所定の時間、熱処理を行う、このとき、
温度センサ（５）によりチャンバ（１）内の温度を検知
して温度コントローラ（６）へ情報を送り、温度コント
ローラ（６）では設定値と温度センサ（５）からの情報
を比較しながら、加熱ランプ（２）を制御し、チャンバ
（１）内の温度が設定温度になるようにする。温度セン
サ（５）としては、温度によって材料の電気伝導率が変
化することを利用した゛熱電対°°や、温度により加熱
ランプ（２）の発する光の波長が違うことがら、光を検
知することによってチャンバ（１）内の温度の変化を検
知する“パイロメータ゛等が用いられる。

また、熱処理プロセスによっては、供給ガスラインパル
プ（９）よりＮ２や０２等のガスを供給する。

なお、加熱ランプ（２）はヒータ方式のものであっても
よい。

上記のアニール装置による半導体装置の従来の熱処理に
ついて、第４図のＭｏｓ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓ
ｅｗｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型半導体装！を例にして説明
する１図において、Ｐ型の半導体基板（１７）にはドレ
イン（１７ｍ）　、ソース（１７ｂ）を備え、フィール
ド酸化膜（１８）が施されている。　（１９）はキャパ
シタ電極である第１ゲートで、薄いシリコン酸化ＩＩＩ
　（２０）が施されている。　＜２１）はワードライン
をなす第２ゲートである。ゲート（２１）、ビット線（
２３）、＾ｌの配線（２５）間には層間絶縁膜＜２２ａ
）　、　（２２ｂ）が設けられている。　（２４）はコ
ンタクト孔である。

以上の構造でなる半導体装置において、ドレイン（１７
ａ）やソース（１７ｂ）に注入されたＰ（リン）、＾Ｓ
（ヒ素）、Ｂ（ボロン）等のイオンの活性化のための熱
処理（Ａ）、ビット線（２３）等の金属配線とシリコン
基板（１７）をコンタクト孔（２４）で拡散、合金化す
るための熱処ｆｌ（コンタクトアロイ）（Ｂ）、フィー
ルド酸化Ｍ　（１８）や薄いシリコン酸化膜（２０）の
形成（Ｃ）、第２ゲート（２１）やビット線（２３）と
のシリサイド化（Ｄ）、配置１（２５）がＡｆ線である
場合、Ａ１のヒロック・スパイク発生を抑制するための
熱処理（アルミシンタ）（Ｅ）、眉間絶縁膜（２２ａ）
　、　（２２ｂ）形成後、段差被覆性の改善や、ビット
線（２３）、第２ゲー）　（２１）、配線（２５）等と
の接触性を高めるために行う熱処理（層間絶縁膜のりフ
ロー）　（Ｆ）等が実行される。

一方、前述したように、近時、半導体装！の高集積化・
微細化と共に、より高品質の製品を高歩留まりで製造す
る要求が高ｔっている。半導体装置の歩留まり・品質向
上のためには、基板（３）に付着する異物を低減させる
必要がある。第５図は熱処理時の異物発生について図示
したもので、チャンバ（１）内の異物（１２）、ガスや
ガス配管からの異物（１３）、ドアや搬送系等の装置可
動部から発生した異物（１４）、熱処理プロセスによっ
て基板（３）上の形成層から発生した異物（１５）を挙
げることができる。（１６）は基板（３）　ｆｌｌ待時
にチャンバ（１）外から侵入した異物を示す。

以上のプロセスによって発生した異物（１５）について
詳しく説明する。前記したように５第２ゲー）　（２１
）とビット線（２３）の間、ビット線（２３）と配線（
２５）の間には眉間絶縁膜（２２ｍ）　、　（２２ｂ）
が設けられているが、この層間絶縁ＩＩ　（２２ａ）　
、　（２２ｂ）にはシリコン酸化膜や、リン（Ｐ）を添
加したＰＳ（：（Ｐｈｏａｐｈｏ　５ｉｌｉｃａｔｅ　
Ｇｒａｓｓ）膜やさらにｐｓｃにボロン（Ｂ）を添加し
なりＰＳＧ（ｂｏｒｎ　ｌ’ｈｏｓｐｈｏ　５ｉｌｉｃ
ａｔｅ　Ｇｒａｓｓ　）膜等が用いられる。これらの膜
は、通常、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により堆積されるが、第６図（
ａ）に示すように堆積しただけの状君では平均性が悪く
、その上面にビット線（２３）や配線（２５）を形成す
ることができない、そこで９００’Ｃがらｔｔｏｏ℃程
度の温度で熱処理することにより眉間絶縁膜はリフロー
し、同図（ｂ）に示すように、平均性が向上する。

他方、デバイスの特性変化、ダメージという点から、プ
ロセスの低温化は重要であるが、現在、層間絶縁ＩＩＩ
　（２２ａ）　、　（２２ｂ）には他の膜より比較的低
温でリフローすることのできる［１ＰＳＧ膜が多く利用
されテイル、　ＢＰＳＧＩＩＫ　Ｇ、ｔ　ＰＳＧ膜より
１００℃　と、シリコン酸化膜より１００〜２００℃低
温でリフローすることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような従来の半導体製造装置では、層間絶縁のた
めのＢＰＳＧＩＩは熱処理により膜表面に異物（粒子）
が形成されるという問題がある。第７図にこの異物形成
のモデルを示す。膜中のＢ、Ｐ、Ｓｉ　（シリコン）、
Ｏ（酸素）等の成分が気化しチャンバ（１）内ガス中で
粒子を形成し、膜表面に付着、あるいは膜中から気化し
た成分が膜表面で再反応し異物を形成する。

以上、装！内から発生した異物やプロセスにより発生し
た異物は素子形成面（３ａ）に付着し、デバイスの特性
を劣化させ、品質低下、低歩留まりの原因となる。

この発明はかような課題を解決するためになされたもの
で、素子形成面への異物の付着を低減することができる
半導体製造装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体製造装置は、半導体基板上の素子
形成面を下方に向けて取付けるための基板ホルダと、半
導体基板を直接加熱するための加熱手段を備えている。

［作　用］ この発明においては、基板ホルダにより半導体基板の素
子形成面を下方に向けて取付け、半導体基板を直接加熱
して熱処理を行うことにより、異物の堆積を防ぎ、また
、半導体基板近傍に熱対流が生じるので、微小異物の基
板への付着を防ぐ。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示し、基板（３）の素子
形成面（３ａ）を下方に向け、基板ホルダ（１１）で基
板（３）を支持している。基板（３）は直接基板加熱ラ
ンプ（２ａ）で加熱される。

その他、第３図におけると同一符号は同等の部分である
。

次に、基板（３）の熱処理について説明する。なお、従
来の例と重複する部分については適宜その説明を省略す
る。第２図は第１図の基板（３）部分を拡大図示したも
のである。まず、素子形成面（３ａ）を下方に向けてウ
ェハサセプタ（４）に基板（３）をセットし、基板ホル
ダ（１１）により固定する。基板加熱ランプ（２ａ）に
より基板（３）を直接加熱しながら熱処理を行う、この
ときチャンバ（１）内には第５図で示したように様々な
異物が存在するが、大きな異物（２７）については自重
により下方へ落下するので素子形成面（３ａ）に付着す
ることはない。

また、素子形成面（３ａ）を下方に向け、基板加熱ラン
プ（２ａ）により基板（３）を直接加熱することにより
基板（３）近傍に熱対流層（２６）が生じる。この熱対
流層（２６）がバリアとなるので、ブラウン運動をして
いるような小さな異物（２８）は素子形成面（３ａ）に
接近できず、付着しない。

なお、上記実施例では、加熱にランプ方式のものを用い
た場きについて述べたが、ヒータ方式のものを用いて加
熱を行っても同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、素子形成面を下に向
け、基板を直接加熱して熱処理を行うようにしたので、
素子形成面に付着する異物を低減することができるので
、熱処理工程による歩留まり低下を防ぎ、高品質・高歩
留まりの半導体装置の製造を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の正断面図、第２図は第１
図の要部拡大図、第３図は従来の半導体製造装置の正断
面図、第４図は第３図のものの動作説明のための半導体
装置の要部の断面図、第５図は第３図のものの異物発生
箇所を示した正断面図、第６図は第４図の眉間絶縁膜を
拡大して示した断面図、第７図は第３図のものによる熱
処理時の眉間絶縁膜からの異物発生を示した断面図であ
る。 （１）　　　・チャンバ、（２ａ）・・基板加熱ランプ
（加熱手段）　、（３）　　・・素子の形成された半導
体基板、（３ａ）・・素子形成面、（４）・・ウェハサ
セプタ、（５）・・温度センサ、（６）・・温度コント
ロラ、（７）・・直流電源、（８）は排気系、（９）　
　・・供給ガスラインバルブ、（１０）・・ドア、（１
１）・基板ホルダ、（２２ａ）、（２２ｂ）　　−−層
間絶縁膜。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代　　理　　人　　　　　首　　我　　道　　照Ｗ−）
１図 千ＶシｔＸ＋ 蟇」ｋカロ塾う−ア（友ｌ芒手役） 牛Ｔ４碑暮板 ＊＋ａ戊の ）シ板ホ）し夕” ７０イ ！−）２図 島３図 尾５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体装置の熱処理を行う半導体製造装置において、チ
   ャンバと、このチャンバ内に半導体基板の素子形成面を
   下方に向けて取付けるための基板ホルダと、前記半導体
   基板を直接加熱するための加熱手段とを備えてなること
   を特徴とする半導体製造装置。