トップ :: H 電気 :: H01 基本的電気素子




【発明の名称】 ランプアニール装置
【発明者】 【氏名】鈴木 秀樹
【要約】 【課題】ランプアニール装置の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共に半導体ウエハの表面側の酸化を防止する。

【解決手段】チャンバ内１０の上部に加熱用のランプユニット1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７aを有し、チャンバ１０内の回転シリンダー４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７ａ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２の裏面側に流すガスは前記リフレクター７aの外周部の下部を回り込んで排気される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ランプアニール装置。
【請求項２】
前記表面側のプロセスガスと前記裏面側に流すガスは異なるガスであることを特徴とする請求項1記載のランプアニール装置。
【請求項３】
前記裏面側に流すガスは窒素と酸素を含むガスであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載のランプアニール装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のランプアニール装置の概略図である。
【図２】従来のランプアニール装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
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
【出願人】 【識別番号】３０２０６２９３１
【氏名又は名称】ＮＥＣエレクトロニクス株式会社
【出願日】 平成１８年９月２５日（２００６．９．２５）
【代理人】 【識別番号】１００１２４９１４
【弁理士】
【氏名又は名称】徳丸 達雄
【公開番号】 特開２００７−４３１８９（Ｐ２００７−４３１８９Ａ）
【公開日】 平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願番号】 特願２００６−２５９３１０（Ｐ２００６−２５９３１０）