JPH11329991A - Rapid heat processing device and its method - Google Patents

Rapid heat processing device and its method

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JPH11329991A
JPH11329991A JP12777398A JP12777398A JPH11329991A JP H11329991 A JPH11329991 A JP H11329991A JP 12777398 A JP12777398 A JP 12777398A JP 12777398 A JP12777398 A JP 12777398A JP H11329991 A JPH11329991 A JP H11329991A
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JP
Japan
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reaction gas
temperature
wafer
quartz tube
gas
Prior art date
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Application number
JP12777398A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiji Sawada
敬二 澤田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH11329991A publication Critical patent/JPH11329991A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rapid heat processing device and its method in which temperature decreasing of a wafer surface caused by a cool reaction gas from a gas introducing port and exhausting from a gas exhausting port is prevented to always equalize the temperature on the wafer surface. SOLUTION: A rapid heat processing device which has a reaction gas introducing port 6 at a terminal of a quartz tube 2 inserting and arranging wafers 1 one by one and an exhausting port 7 at another terminal, and which is provided with heating lamps 7 at both upper and lower surface sides of the wafers 1, is provided with a previous heating means 15 for the reaction gas at the windward of the reaction gas introducing port 6. By the constitution, the reaction gas is previously heated, therefore equality of the wafer surface temperature is enhanced without the temperature at the gas introducing side in the rapid heat processing device being decreased caused by cool reaction gas flowing from the gas introducing port 6 as conventional.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は急速加熱処理装置及
びその方法に関する。より詳しくは半導体製造プロセス
における熱処理工程においてウェーハの表面温度を均一
にすることを図った急速加熱処理装置及びその方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rapid heating apparatus and method. More specifically, the present invention relates to a rapid heat treatment apparatus and method for making the surface temperature of a wafer uniform in a heat treatment step in a semiconductor manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体素子をウェーハ上に形成す
る場合、イオン注入装置でウェーハに注入した不純物イ
オンを低速加熱処理装置(拡散炉)により、例えば80
0〜900℃で30〜60分の中温長時間の熱処理で拡
散形成していた。しかしながら、近年半導体装置の微細
化及び高集積化に伴い、素子の高速化や電極の低誘電率
化及び配線層の微細化や積層化が進んできた。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor element is formed on a wafer, impurity ions implanted into the wafer by an ion implanter are reduced to, for example, 80% by a low-speed heat treatment apparatus (diffusion furnace).
Diffusion was formed by heat treatment at 0 to 900 ° C. for 30 to 60 minutes at an intermediate temperature for a long time. However, in recent years, with the miniaturization and high integration of semiconductor devices, the speed of elements, the dielectric constant of electrodes, and the miniaturization and lamination of wiring layers have been advanced.

【0003】このため、従来の中温長時間の拡散炉を用
いずに、素子の微細化及び高集積化に伴った素子の高速
化を満足するために、イオン注入装置で注入した不純物
イオンを拡散させることなく活性化させるだけの急速加
熱処理装置(ランプアニーラ)を、用いて、例えば10
00〜1100℃で10〜60秒の高温短時間の熱処理
で素子を形成している。また、低誘電率の電極や微細化
した配線層の形成にもこのような急速加熱処理装置が用
いられるようになってきた。
For this reason, impurity ions implanted by an ion implanter are diffused without using a conventional medium-temperature and long-time diffusion furnace in order to satisfy the high-speed operation of the device accompanying the miniaturization and high integration of the device. Using a rapid heat treatment apparatus (lamp annealer) that only activates without causing
The element is formed by a high-temperature and short-time heat treatment at 100 to 1100 ° C. for 10 to 60 seconds. In addition, such a rapid heating apparatus has come to be used for forming an electrode having a low dielectric constant and a fine wiring layer.

【0004】以下、図3及び図4を参照して従来の急速
加熱処理装置を説明する。図3は従来の急速加熱処理装
置の断面構造図であり、図4は従来の急速加熱処理装置
を上面から見た図である。図3に示すように急速加熱処
理装置はウェーハ1を収納する石英チューブ2と前記ウ
ェーハ1の上下両面から加熱するためのハロゲンランプ
からなる加熱ランプ3と、前記加熱ランプ3の光を効率
よく反射するように金コーティングされたアルミ製のチ
ャンバー4で構成されている。
Hereinafter, a conventional rapid heating apparatus will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 3 is a sectional structural view of a conventional rapid heating apparatus, and FIG. 4 is a view of the conventional rapid heating apparatus as viewed from above. As shown in FIG. 3, the rapid heating apparatus comprises a quartz tube 2 for accommodating a wafer 1, a heating lamp 3 comprising halogen lamps for heating the wafer 1 from both upper and lower surfaces, and efficiently reflecting light from the heating lamp 3. It is constituted by an aluminum chamber 4 coated with gold.

【0005】図4に示すように、加熱ランプ3は棒状の
形状であって複数本の加熱ランプ3が反応ガスの流れ方
向Aに沿って並列して配置される。前記チャンバー4に
はドア5が備えてあり、このドア5から前記ウェーハ1
を出し入れする。またチャンバー4には冷却用窒素ガス
等の冷却ガス導入孔8が設けられている。石英チューブ
2の一端側にあるガス導入口6から石英チューブ2内に
反応ガス(N2、O2、NH3、N2O、HCl等)が供給
され高温下でウェーハ1と反応し、ガス排気口7から排
気される。
As shown in FIG. 4, the heating lamp 3 has a rod-like shape, and a plurality of heating lamps 3 are arranged in parallel along the flow direction A of the reaction gas. The chamber 4 is provided with a door 5 from which the wafer 1
In and out. The chamber 4 is provided with a cooling gas introduction hole 8 for cooling nitrogen gas or the like. A reaction gas (N 2 , O 2 , NH 3 , N 2 O, HCl, etc.) is supplied into the quartz tube 2 from a gas inlet 6 at one end of the quartz tube 2, and reacts with the wafer 1 at a high temperature to react with the gas. Air is exhausted from the exhaust port 7.

【0006】この際、石英チューブ2は加熱ランプ3
(ハロゲンランプ)の光(波長0.3〜7.0μm)を
透過率90%以上で透過させるため200℃以上には昇
温しない。よって石英チューブ2は昇温せずウェーハ1
のみがハロゲンランプの光を吸収して急速に昇温するこ
ととなる。このとき、昇温したウェーハ1から放射され
る特定波長の光がチャンバー4の透過孔9を通過し、そ
の光強度が放射温度計10で測定される。これによりウ
ェーハ1の温度が検出され、温度をモニターしながらウ
ェーハ1を温度制御して熱処理することができる。
At this time, the quartz tube 2 is connected to a heating lamp 3
(Halogen lamp) Light (wavelength: 0.3 to 7.0 μm) is transmitted at a transmittance of 90% or more, so that the temperature is not raised to 200 ° C. or more. Therefore, the quartz tube 2 is not heated and the wafer 1 is not heated.
Only the lamp absorbs the light of the halogen lamp and rapidly rises in temperature. At this time, light of a specific wavelength emitted from the heated wafer 1 passes through the transmission hole 9 of the chamber 4, and its light intensity is measured by the radiation thermometer 10. Thus, the temperature of the wafer 1 is detected, and the temperature of the wafer 1 can be controlled and heat-treated while monitoring the temperature.

【0007】このような急速加熱処理装置における温度
変化と時間の関係を以下に説明する。図5は石英チュー
ブ2内の温度と時間の関係図である。図5において横軸
は時間、縦軸は温度を示している。前記石英チューブ2
内は、常に200℃以上に設定されている。時間T0
石英チューブ2内にウェーハ1が搬入される。この後時
間T1で、昇温を開始する。この昇温条件は毎秒50〜
100℃の昇温速度で500〜1200℃の熱処理温度
まで昇温を行う。熱処理温度(500〜1200℃)に
達した時間T2で昇温を停止し一定の熱処理温度で時間
2から数十秒後の時間T3まで熱処理を施す。熱処理が
終了したら、毎秒50〜100℃の冷却速度で石英チュ
ーブを冷却する。
The relationship between temperature change and time in such a rapid heating apparatus will be described below. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the temperature in the quartz tube 2 and time. In FIG. 5, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents temperature. The quartz tube 2
Inside is always set to 200 ° C. or higher. At time T 0 , the wafer 1 is loaded into the quartz tube 2. After time T 1 that, the temperature started to be raised. This heating condition is 50 to
The temperature is increased to a heat treatment temperature of 500 to 1200 ° C. at a temperature increasing rate of 100 ° C. To the heat treatment temperature (500 to 1200 ° C.) the heating time T 2 has reached the stopping constant heat treatment temperature at the time from the time T 2 of the few tens of seconds T 3 subjected to heat treatment. When the heat treatment is completed, the quartz tube is cooled at a cooling rate of 50 to 100 ° C. per second.

【0008】最初の石英チューブ2内の温度200℃ま
で温度が低下した時間T4で冷却を停止する。この冷却
は、チャンバー4に設けた窒素ガス導入孔8からチャン
バー内に窒素ガスを供給して行う。T1からT4までの一
連の動作の石英チューブ2内の温度は、前述のように前
記加熱ランプ3の光を吸収して昇温したウェーハ1から
放射される特定波長の光がチャンバー4に設けた透過孔
9を通過し、放射温度計10により測定されて調節され
る。その後、時間T5でウェーハ1を石英チューブ2か
ら搬出する。
The cooling is stopped at a time T 4 when the temperature in the first quartz tube 2 has dropped to 200 ° C. This cooling is performed by supplying nitrogen gas into the chamber from a nitrogen gas introduction hole 8 provided in the chamber 4. The temperature in the quartz tube 2 in a series of operations from T 1 to T 4 is such that light of a specific wavelength emitted from the wafer 1 that has been heated by absorbing the light of the heating lamp 3 and rising into the chamber 4 as described above. It passes through the transmission hole 9 provided and is measured and adjusted by the radiation thermometer 10. Thereafter, unloading the wafer 1 from the quartz tube 2 at time T 5.

【0009】前記ウェーハ1の表面温度を一定にするた
めに、反応ガスの流れ方向に沿って並列して配置され個
々に分離している複数本の加熱ランプ3は個々に制御可
能であり、これによりウェーハ1の表面内での温度差に
よる反応のばらつきを防いでいる。
In order to keep the surface temperature of the wafer 1 constant, a plurality of heating lamps 3 arranged in parallel along the flow direction of the reaction gas and separated from each other can be individually controlled. This prevents variations in the reaction due to temperature differences within the surface of the wafer 1.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら反応ガス
導入口6からは低温の反応ガスが流入し、反応ガス排気
口7からは昇温した反応ガスが排気されることにより熱
が奪われるので、反応ガス導入口側と反応ガス排気口側
は温度が低くなってしまう。
However, a low-temperature reactant gas flows from the reactant gas inlet 6 and the heated reactant gas is exhausted from the reactant gas exhaust port 7 so that heat is taken away. The temperatures of the gas inlet side and the reaction gas exhaust side become low.

【0011】図6はこのような従来の急速加熱処理装置
で処理したウェーハ1の表面温度分布図である。図示し
たように、ウェーハ1の中央部の温度が高く、ガス導入
側とガス排気側の端部の温度が低くなり、面内の温度分
布が不均一になる。このような温度分布が生ずると素子
の特性がばらつき、不安定になるおそれが発生する。こ
れを阻止するため、前述のように、反応ガスの流れ方向
A(図4)に関して分離した加熱ランプ3を個々に制御
し、温度を調節してウェーハ1のガス導入側と排気側の
温度を高めても、これに伴ってウェーハ中心部の温度が
上昇するため、ウェーハ中心部とガス導入口側及びガス
排気口側の温度差をなくすには限界があった。
FIG. 6 is a surface temperature distribution diagram of the wafer 1 processed by such a conventional rapid heating apparatus. As shown in the figure, the temperature at the center of the wafer 1 is high, the temperatures at the gas introduction side and the gas exhaust side are low, and the in-plane temperature distribution becomes non-uniform. When such a temperature distribution occurs, the characteristics of the device are varied, and the device may be unstable. In order to prevent this, as described above, the heating lamps 3 separated with respect to the flow direction A of the reaction gas (FIG. 4) are individually controlled, and the temperature is adjusted to adjust the temperature of the gas introduction side and the exhaust side of the wafer 1. Even if the temperature is increased, the temperature at the center of the wafer rises with this, and there is a limit in eliminating the temperature difference between the center of the wafer, the gas inlet side, and the gas exhaust side.

【0012】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、ガス導入口からの冷たい反応ガスとガス排気口か
らの排気によるウェーハ表面の温度低下を防ぎ、面内の
温度分布を改善して常にウェーハの表面温度が均一とな
るような急速加熱処理装置およびその方法の提供を目的
とする。
The present invention has been made in consideration of the above prior art, and is intended to prevent a temperature drop on a wafer surface due to a cold reaction gas from a gas inlet and exhaustion from a gas exhaust port, and to improve an in-plane temperature distribution. It is an object of the present invention to provide a rapid heat treatment apparatus and a method thereof in which the surface temperature of a wafer is always uniform.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、ウェーハを1枚ごとに挿入配置する石
英チューブの一端部に反応ガス導入口を、他端部に排気
口を有し、前記ウェーハの上下両面側に複数の加熱ラン
プを備えた急速加熱処理装置において、前記反応ガス導
入口の上流側に反応ガスの予加熱手段を設けたことを特
徴とする急速加熱処理装置を提供する。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a quartz gas tube for inserting and arranging wafers one by one has a reaction gas introduction port at one end and an exhaust port at the other end. A rapid heating apparatus having a plurality of heating lamps on the upper and lower surfaces of the wafer, wherein a reactive gas preheating means is provided upstream of the reaction gas inlet. I do.

【0014】この構成によれば、予加熱手段により反応
ガスを予め加熱するため、従来のようにガス導入口から
冷たい反応ガスが流れて急速加熱処理装置内のガス導入
口側の温度が低下することはなく、ウェーハの表面温度
均一性が高まる。また、簡単な構造で安定して確実な予
加熱作用が達成されるため、繰り返し動作させてもばら
つきなく一定の安定した熱処理作用が得られ再現性のよ
い急速加熱処理を行うことができる。
According to this configuration, since the reaction gas is pre-heated by the preheating means, a cold reaction gas flows from the gas inlet as in the prior art, and the temperature on the gas inlet side in the rapid heating apparatus decreases. In other words, the surface temperature uniformity of the wafer is improved. In addition, since a stable and reliable preheating effect is achieved with a simple structure, a constant and stable heat treatment effect can be obtained without any variation even when the device is repeatedly operated, so that rapid heating with good reproducibility can be performed.

【0015】好ましい構成例においては、前記予加熱手
段を通過する反応ガス通路は、屈曲した折返し通路から
なることを特徴としている。
In a preferred configuration example, the reaction gas passage passing through the preheating means is formed by a bent return passage.

【0016】この構成によれば、反応ガスが予加熱手段
を通過する時間が長くなって反応ガスが充分確実に加熱
される。
According to this configuration, the time required for the reaction gas to pass through the preheating means is increased, and the reaction gas is sufficiently reliably heated.

【0017】別の好ましい構成例においては、前記排気
口側の加熱ランプは、反応ガスの流れ方向に対し直角方
向に関し複数個それぞれ個別に制御可能に設けられたこ
とを特徴としている。
In another preferred embodiment, the heating lamp on the exhaust port side is provided so as to be individually controllable in a plurality of directions in a direction perpendicular to the flow direction of the reaction gas.

【0018】この構成によれば、反応ガスの流れ方向に
対し直角方向に沿って複数の加熱ランプが分離して配置
されるため、ウェーハ表面の細かい温度調節が可能とな
って、ウェーハ表面温度の均一性がさらに高まる。
According to this configuration, since a plurality of heating lamps are arranged separately along the direction perpendicular to the flow direction of the reaction gas, fine temperature control of the wafer surface is possible, and the wafer surface temperature can be controlled. Uniformity is further improved.

【0019】さらに本発明ではウェーハを1枚ごとに挿
入配置する石英チューブの一端部に反応ガス導入口を、
他端部に排気口を有し、この石英チューブ内に配置した
ウェーハの上下両面側からウェーハを加熱する急速加熱
処理方法において、前記石英チューブ内に反応ガスを導
入する前に予めこの反応ガスを加熱し、前記排気口側の
ウェーハ表面を、反応ガスの流れ方向に対し直角方向に
関し複数個それぞれ個別に制御可能に設けた加熱ランプ
により加熱処理することを特徴とする急速加熱処理方法
を提供する。
Further, in the present invention, a reaction gas inlet is provided at one end of a quartz tube into which wafers are inserted and arranged one by one.
In the rapid heat treatment method having an exhaust port at the other end and heating the wafer from both upper and lower sides of the wafer arranged in the quartz tube, the reactant gas is introduced before introducing the reactant gas into the quartz tube. And heating the wafer surface on the exhaust port side by a heating lamp provided so as to be individually controllable in a direction perpendicular to the flow direction of the reaction gas. .

【0020】この構成によれば、予加熱手段により反応
ガスを予め加熱するため、従来のようにガス導入口から
冷たい反応ガスが流れて急速加熱処理装置内のガス導入
口側の温度が低下することはなく、ウェーハの表面温度
均一性が高まる。また、簡単な構造で安定して確実な予
加熱作用が達成されるため、繰り返し動作させてもばら
つきなく一定の安定した熱処理作用が得られ再現性のよ
い急速加熱処理を行うことができる。また、反応ガスの
流れ方向に対し直角方向に沿って複数の加熱ランプが分
離して配置されるため、ウェーハ表面の細かい温度調節
が可能となって、ウェーハ表面温度の均一性がさらに高
まる。
According to this configuration, since the reaction gas is pre-heated by the preheating means, a cold reaction gas flows from the gas inlet as in the prior art, and the temperature on the gas inlet side in the rapid heating apparatus decreases. In other words, the surface temperature uniformity of the wafer is improved. In addition, since a stable and reliable preheating effect is achieved with a simple structure, a constant and stable heat treatment effect can be obtained without any variation even when the device is repeatedly operated, so that rapid heating with good reproducibility can be performed. Further, since the plurality of heating lamps are separately arranged along the direction perpendicular to the flow direction of the reaction gas, fine temperature control of the wafer surface is possible, and the uniformity of the wafer surface temperature is further improved.

【0021】好ましい構成例においては、前記反応ガス
を石英チューブ内に導入する前にこの反応ガスをウェー
ハの熱処理温度以上に加熱することを特徴としている。
In a preferred embodiment, the reaction gas is heated to a temperature equal to or higher than the heat treatment temperature of the wafer before introducing the reaction gas into the quartz tube.

【0022】この構成によれば、石英チューブに導入さ
れる反応ガスはウェーハの熱処理温度以上であるため、
石英チューブの効率的な昇温作用が得られ昇温時間の短
縮が図られ生産性が高まるとともにウェーハ中心部より
高い温度の反応ガスが供給されるため温度分布の均一性
が確実になる。
According to this configuration, since the reaction gas introduced into the quartz tube is at a temperature higher than the wafer heat treatment temperature,
An efficient temperature-raising action of the quartz tube is obtained, the time required for the temperature rise is shortened, the productivity is increased, and the reaction gas at a higher temperature than the central portion of the wafer is supplied, so that the temperature distribution becomes uniform.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態に係る
急速加熱処理装置の断面構造図であり、図2は本発明の
実施の形態に係る急速加熱処理装置を上面から見た図で
ある。この実施形態における石英チューブ2およびチャ
ンバー4自体の構造は前述の図3に示した従来の石英チ
ューブ2およびチャンバー4の構造とほぼ同様である。
即ち石英チューブ2はウェーハ1を1枚のみ収納し、こ
のウェーハ1を上下両面から加熱するためのハロゲンラ
ンプからなる加熱ランプ3を備え、アルミ製のチャンバ
ー4の内面は加熱ランプ3の光を効率良く反射するため
に金コーティングされている。
FIG. 1 is a sectional structural view of a rapid heating apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view of the rapid heating apparatus according to the embodiment of the present invention. It is. The structure of the quartz tube 2 and the chamber 4 in this embodiment is substantially the same as the structure of the conventional quartz tube 2 and the chamber 4 shown in FIG.
That is, the quartz tube 2 accommodates only one wafer 1 and includes a heating lamp 3 composed of a halogen lamp for heating the wafer 1 from both upper and lower surfaces. Gold coated for good reflection.

【0024】急速加熱処理装置はウェーハ1を収納する
石英チューブ2と前記ウェーハ1の上下両面から加熱す
るためのハロゲンランプからなる加熱ランプ3と、前記
加熱ランプ3の光を効率よく反射するように金コーティ
ングされたアルミ製のチャンバー4で構成されている。
The rapid heating apparatus comprises a quartz tube 2 for accommodating a wafer 1, a heating lamp 3 composed of halogen lamps for heating the wafer 1 from above and below, and a light source for reflecting the light of the heating lamp 3 efficiently. It is composed of a gold-coated aluminum chamber 4.

【0025】図1に示すように、加熱ランプ3は棒状の
形状であって複数本の加熱ランプ3が反応ガスの流れ方
向Aにそって並列して配置される。前記チャンバー4に
はドア5が備えてあり、このドア5から前記ウェーハ1
を出し入れする。またチャンバー4には冷却用窒素ガス
等の冷却ガス導入孔8が設けられている。石英チューブ
2の一端側にあるガス導入口6から石英チューブ2内に
反応ガス(N2、O2、NH3、N2O、HCl等)が供給
され高温下でウェーハ1と反応し、ガス排気口7から排
気される。
As shown in FIG. 1, the heating lamp 3 has a rod shape, and a plurality of heating lamps 3 are arranged in parallel along the flow direction A of the reaction gas. The chamber 4 is provided with a door 5 from which the wafer 1
In and out. The chamber 4 is provided with a cooling gas introduction hole 8 for cooling nitrogen gas or the like. A reaction gas (N 2 , O 2 , NH 3 , N 2 O, HCl, etc.) is supplied into the quartz tube 2 from a gas inlet 6 at one end of the quartz tube 2, and reacts with the wafer 1 at a high temperature to react with the gas. Air is exhausted from the exhaust port 7.

【0026】この際、石英チューブ2は加熱ランプ3
(ハロゲンランプ)の光(波長0.3〜7.0μm)を
透過率90%以上で透過させるため200℃以上には昇
温しない。よって石英チューブ2は昇温せずウェーハ1
のみがハロゲンランプの光を吸収して急速に昇温するこ
ととなる。このとき、昇温したウェーハ1から放射され
る特定波長の光がチャンバー4の透過孔9を通過し、そ
の光強度が放射温度計10で測定される。これによりウ
ェーハ1の温度が検出され、温度をモニターしながらウ
ェーハ1を温度制御して熱処理することができる。
At this time, the quartz tube 2 is
(Halogen lamp) Light (wavelength: 0.3 to 7.0 μm) is transmitted at a transmittance of 90% or more, so that the temperature is not raised to 200 ° C. or more. Therefore, the quartz tube 2 is not heated and the wafer 1 is not heated.
Only the lamp absorbs the light of the halogen lamp and rapidly rises in temperature. At this time, light of a specific wavelength emitted from the heated wafer 1 passes through the transmission hole 9 of the chamber 4, and its light intensity is measured by the radiation thermometer 10. Thus, the temperature of the wafer 1 is detected, and the temperature of the wafer 1 can be controlled and heat-treated while monitoring the temperature.

【0027】本実施形態においては、ガス導入口6に連
結された予加熱手段15を備えている。この予加熱手段
15は、石英管11とその周囲の例えば電熱コイルから
なるヒーター12とくし歯状に入り組んだバッファー石
英13とから構成されている。石英管11はガス注入口
14を有し、注入された反応ガスはバッファー石英13
で形成された入り組んで屈曲した通路を通過し、その際
石英管11の周囲に備えられたヒーター12により、石
英チューブ2に導入される前に予め加熱され、ガス導入
口6へと送られる。
In this embodiment, a preheating means 15 connected to the gas inlet 6 is provided. The preheating means 15 is composed of a quartz tube 11, a heater 12 around the quartz tube 11, for example, composed of an electric heating coil, and a buffer quartz 13 in a comb shape. The quartz tube 11 has a gas inlet 14, and the injected reaction gas is a buffer quartz 13.
Is passed through a convoluted and bent passage formed by the above, and is heated beforehand by a heater 12 provided around the quartz tube 11 before being introduced into the quartz tube 2 and sent to the gas introduction port 6.

【0028】このとき、石英管11内のバッファー石英
13により屈曲して折り返された通路が形成されるた
め、反応ガスが石英管11を通過するときの石英管11
内での滞留時間が長くなり、ヒーター12により充分な
加熱作用を受ける。またこの際の反応ガスの予加熱温度
はウェーハ1の熱処理温度以上にすることが望ましい。
これにより、反応ガスを石英チューブ2内に導入したと
きに石英チューブ2の昇温作用が高まり昇温時間の短縮
が図られ生産性が高められるとともに、ウェーハ中心部
より高い温度の反応ガスが供給されるため温度分布の均
一性が確実となる。
At this time, since the bent passage is formed by the buffer quartz 13 in the quartz tube 11, the quartz tube 11 when the reaction gas passes through the quartz tube 11 is formed.
The residence time in the inside becomes long, and the heater 12 receives a sufficient heating action. In this case, it is desirable that the preheating temperature of the reaction gas be equal to or higher than the heat treatment temperature of the wafer 1.
Thereby, when the reaction gas is introduced into the quartz tube 2, the action of increasing the temperature of the quartz tube 2 is enhanced, the time required for the heating is shortened, the productivity is increased, and the reaction gas having a higher temperature than the central portion of the wafer is supplied. Therefore, the uniformity of the temperature distribution is ensured.

【0029】図2に示すように、ガス導入側の加熱ラン
プ3は反応ガスの流れ方向Aに沿って並列して配置され
るが、ガス排気側では複数の加熱ランプ(ハロゲンラン
プ)3aが反応ガスの流れ方向Aに対する直角方向に関
し分離して列をなして設けてあり、それぞれ個別に制御
可能である。これにより、ガス排気側のウェーハ1表面
に対し精度よく温度調節が可能となって温度分布の均一
性がさらに高められる。なお、加熱ランプ3、3aはハ
ロゲンランプに限らず波長0.1〜7.0μm程度の赤
外線ランプ、その他のランプを使用できる。
As shown in FIG. 2, the heating lamps 3 on the gas introduction side are arranged in parallel along the flow direction A of the reaction gas, while a plurality of heating lamps (halogen lamps) 3a are arranged on the gas exhaust side. The rows are provided separately in the direction perpendicular to the gas flow direction A, and can be individually controlled. As a result, the temperature of the surface of the wafer 1 on the gas exhaust side can be accurately adjusted, and the uniformity of the temperature distribution can be further improved. The heating lamps 3 and 3a are not limited to halogen lamps, but may be infrared lamps having a wavelength of about 0.1 to 7.0 μm or other lamps.

【0030】[0030]

【実施例】急速加熱処理装置条件 ランプ:赤外線ハロゲンランプ ランプ放射波長:0.3〜7.0μm ランプ定格:170V 1.7kW ランプ本数:上下各14本、左右各2本 チャンバー:アルミ製で金コーティング、水冷式 石英チューブ:N2冷却25(l)/分 放射温度計波長:2.7μm 予加熱用石英管ヒーター温度制御:1000℃ 急速加熱処理(図5参照) 搬入:200℃ 昇温速度:50℃/秒 熱処理:1000℃ 10秒 ガス:N2 3(l)/分 降温速度:50℃/秒 搬出:200℃ 以上の実施例によりウェーハ面内温度均一性±2.0℃
という安定した温度で処理できることが確認できた。急
速加熱処理を行う条件は、導入ガスにN2、O2、N
3、N2O、HClガス等を使用した通常の条件で良
い。温度も500℃〜1200℃の通常の条件で良い。
Example: Conditions of rapid heating apparatus Lamp: Infrared halogen lamp Lamp emission wavelength: 0.3 to 7.0 μm Lamp rating: 170 V 1.7 kW Number of lamps: 14 each for upper and lower sides, 2 each for left and right Chamber: made of aluminum and made of gold Coating, water-cooled quartz tube: N 2 cooling 25 (l) / min Radiation thermometer wavelength: 2.7 μm Quartz tube heater for preheating Temperature control: 1000 ° C. Rapid heating treatment (see FIG. 5) Loading: 200 ° C. Heating rate : 50 ° C./sec Heat treatment: 1000 ° C. for 10 sec Gas: N 2 3 (l) / min Cooling rate: 50 ° C./sec Unloading: 200 ° C. Temperature uniformity within wafer surface ± 2.0 ° C. by the above examples.
It was confirmed that processing could be performed at a stable temperature. The conditions for performing the rapid heat treatment are as follows: N 2 , O 2 , N
Normal conditions using H 3 , N 2 O, HCl gas or the like may be used. The temperature may be a normal condition of 500 ° C to 1200 ° C.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、予め加熱された反応ガスを石英チューブ内に導入す
るため、従来のようにウェーハのガス導入口側の温度が
低下することはなくなり、ウェーハ表面温度の均一性が
高まる。また、簡単な構造で安定して確実な予加熱作用
が達成されるため、繰り返し動作させてもばらつきなく
一定の安定した熱処理作用が得られ再現性のよい急速加
熱処理を行うことができる。これにより、信頼性の高い
高速素子、低誘電率化電極および配線層形成が可能にな
る。
As described above, in the present invention, since the preheated reaction gas is introduced into the quartz tube, the temperature on the gas inlet side of the wafer does not decrease as in the prior art. The uniformity of the wafer surface temperature is improved. In addition, since a stable and reliable preheating effect is achieved with a simple structure, a constant and stable heat treatment effect can be obtained without any variation even when the device is repeatedly operated, so that rapid heating with good reproducibility can be performed. As a result, it is possible to form a highly reliable high-speed element, a low dielectric constant electrode, and a wiring layer.

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

【図1】 本発明の実施の形態に係る急速加熱処理装置
の断面構造図。
FIG. 1 is a sectional structural view of a rapid heating apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態に係る急速加熱処理装置
を上面から見た図。
FIG. 2 is a top view of the rapid heating apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図3】 従来の急速加熱処理装置の断面構造図。FIG. 3 is a sectional structural view of a conventional rapid heating apparatus.

【図4】 従来の急速加熱処理装置を上面から見た図。FIG. 4 is a view of a conventional rapid heating apparatus as viewed from above.

【図5】 石英チューブ内の温度と時間の関係図。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between temperature and time in a quartz tube.

【図6】 従来の急速加熱処理装置で処理中のウェーハ
表面温度分布図。
FIG. 6 is a diagram showing a wafer surface temperature distribution during processing by a conventional rapid heating processing apparatus.

【符号の説明】 1:ウェーハ、2:石英チューブ、3、3a:加熱ラン
プ、4:チャンバー、5:ドア、6:ガス導入口、7:
ガス排気口、8:冷却ガス導入孔、9:透過孔、10:
放射温度計、11:石英管、12:ヒーター、13:バ
ッファー石英、14:ガス注入口、15:予加熱手段。
[Description of Signs] 1: wafer, 2: quartz tube, 3, 3a: heating lamp, 4: chamber, 5: door, 6: gas inlet, 7:
Gas exhaust port, 8: cooling gas introduction hole, 9: transmission hole, 10:
Radiation thermometer, 11: quartz tube, 12: heater, 13: buffer quartz, 14: gas inlet, 15: preheating means.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ウェーハを1枚ごとに挿入配置する石英チ
ューブの一端部に反応ガス導入口を、他端部に排気口を
有し、前記ウェーハの上下両面側に複数の加熱ランプを
備えた急速加熱処理装置において、 前記反応ガス導入口の上流側に反応ガスの予加熱手段を
設けたことを特徴とする急速加熱処理装置。
A quartz tube into which wafers are inserted one by one has a reaction gas inlet at one end, an exhaust port at the other end, and a plurality of heating lamps on the upper and lower surfaces of the wafer. In the rapid heating apparatus, a preheating means for the reaction gas is provided upstream of the reaction gas inlet.
【請求項2】前記予加熱手段を通過する反応ガス通路
は、屈曲した折返し通路からなることを特徴とする請求
項1に記載の急速加熱処理装置。
2. The rapid heating apparatus according to claim 1, wherein the reaction gas passage passing through the preheating means comprises a bent return passage.
【請求項3】前記排気口側の加熱ランプは、反応ガスの
流れ方向に対し直角方向に関し複数個それぞれ個別に制
御可能に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の
急速加熱処理装置。
3. The rapid heating apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the heating lamps on the exhaust port side are individually controllable in a direction perpendicular to a flow direction of the reaction gas. .
【請求項4】ウェーハを1枚ごとに挿入配置する石英チ
ューブの一端部に反応ガス導入口を、他端部に排気口を
有し、この石英チューブ内に配置したウェーハの上下両
面側からウェーハを加熱する急速加熱処理方法におい
て、 前記石英チューブ内に反応ガスを導入する前に予めこの
反応ガスを加熱し、前記排気口側のウェーハ表面を、反
応ガスの流れ方向に対し直角方向に関し複数個それぞれ
個別に制御可能に設けた加熱ランプにより加熱処理する
ことを特徴とする急速加熱処理方法。
4. A quartz tube into which a wafer is inserted one by one and having a reaction gas inlet at one end and an exhaust port at the other end, and a wafer placed in this quartz tube from both upper and lower sides of the wafer. In the rapid heat treatment method, the reaction gas is heated in advance before introducing the reaction gas into the quartz tube, and a plurality of wafer surfaces on the exhaust port side are arranged in a direction perpendicular to the flow direction of the reaction gas. A rapid heat treatment method characterized in that heat treatment is performed by heating lamps individually controllable.
【請求項5】前記反応ガスを石英チューブ内に導入する
前にこの反応ガスをウェーハの熱処理温度以上に加熱す
ることを特徴とする請求項4に記載の急速加熱処理方
法。
5. The rapid heating method according to claim 4, wherein the reaction gas is heated to a temperature equal to or higher than the heat treatment temperature of the wafer before introducing the reaction gas into the quartz tube.
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