半导体器件的制造方法技术

公开一种防止直径为３００ｍｍ的半导体晶片在ＲＴＰ设备中损坏的技术。当对直径为３００ｍｍ的半导体晶片进行包括加热处理、在预定的最终温度保持预定时间的主处理和冷却处理的ＲＴＰ处理时，用高温度计测量半导体晶片的温度，在低于５００℃的加热处理中，用开环控制将半导体晶片的面内温差控制在９０℃内，在温度为５００℃或高于５００℃的加热处理中以及在主处理中用闭环控制。按此方式可以减少半导体晶片翘曲和防止半导体晶片损坏。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及用RTP(快速热处理)系统对半导体晶片有效进行热处理的方法。用RTP设备代替衬底温度较慢升高和降低的成批热处理设备进行热处理，热处理中使用可以按每秒钟10℃的速度升高温度的RTP设备。按此方式，可以用离子注入和热处理形成浅结。用RTP设备的情况下，各种技术都可以用在热处理的方法和设备中，以使半导体晶片的面内温度均匀。例如，日本特许公开No.6-260426公开了以下的方法和设备。即，在多个不同的点设置用高温度计测得的温度，例如，在半导体晶片周围的多个点和离开半导体晶片中心长度等于晶片半径70％处的多个点设置用高温度计测得的温度，并加热半导体晶片，在加热处理和保持高温的期间内多个测量点的温差控制在5℃范围内。而且，美国专利No5920797公开了通过控制半导体晶片的中心部分与周围部分之间的温差以减小直径为300mm的半导体晶片加热时的应力的方法。用灯加热的RTP设备中，用所谓的闭环控制，其中，用高温度计监测半导体晶片的温度，并将测量结果反馈到灯电源，由此控制半导体晶片的温度。半导体晶片温度低于500℃的温度范围内，构成半导体晶片的单晶硅对波长范围在1到5μm的光的吸收较弱。因此，测量波长范围在0.8到2.5μm的光的高温度计肯定能检测到背景光，例如，波长在红外线范围其峰值约为1μm的卤灯的光。结果，出现了不能精确测量半导体晶片的温度的问题。为了解决该问题，在半导体晶片的温度低于500℃的加热处理中，用所谓的开环控制，其中预先确定加热半导体晶片的灯的电功率。之后，当半导体晶片的温度达到约500℃时，开环控制转换成闭环控制，之后加热到高于500℃，并在预定的最终温度保持预定的时间进行主处理。但是，由于在RTP处理过程中旋转半导体晶片而使半导体晶片的面内温度保持均匀，在半导体晶片出现翘曲的情况下，在RTP处理中半导体晶片将从设备的载物台上掉下来，造成半导体晶片破碎。在采用直径为300mm的半导体晶片的情况下，半导体晶片加热时的晶片面内温度变得不均匀，半导体晶片翘曲量的绝对值大于其直径为200mm以下的半导体晶片的翘曲量的绝对值。而且，与在500℃或更高温度下的加热处理、主处理和用闭环的冷却处理相比，在用开环控制的低于500℃的温度下的加热处理中，半导体晶片的面内温度容易出现不均匀。如上所述，对直径为300mm的半导体晶片进行RTP处理时，在用开环控制的低于500℃的温度下的加热处理中，由于半导体晶片的翘曲而使半导体晶片破碎的问题变得特别明显。本专利技术的目的是，提供一种防止直径为300mm的半导体晶片在RTP设备中破碎的技术。通过参见本说明书的附图所进行的描述，本专利技术的上述的和其它的目的、优点和新特征将变得很清楚。本申请公开的专利技术的典型情况描述如下。本专利技术中，RTP处理包括用单个晶片处理方式对直径为300mm的半导体晶片进行加热处理，在预定的最终温度保持预定时间的主处理时，进行冷却处理，用高温度计测量半导体晶片的温度，在低于500℃的温度下的加热处理中，进行开环控制，使半导体晶片的面内温差控制在90℃内，在500℃以上的温度的加热处理和主处理中进行闭环控制。本专利技术中，RTP处理包括用单个晶片处理方式对直径为300mm的半导体晶片进行加热处理，在预定的最终温度保持预定时间的主处理时，进行冷却处理，用第一测量波长的第一高温度计测量在低于500℃的温度下的加热处理中的半导体晶片的温度，用与第一测量波长不同的第二测量波长的第二高温度计测量在500℃或高于500℃的温度下的加热处理中的半导体晶片的温度，在各个温度范围的加热处理中都用闭环控制。第一实施例附图说明图1是显示按本专利技术第一实施例的设置在RTP设备中的半导体晶片和高温度计的配置示意图。注意，虽然没有表示出具有红外范围的其峰值约1μm的卤灯用作RTP设备热源的一个例子。在RTP设备中，沿半导体晶片SW1的半径按大致是一致的间隔设置5个高温度计T1到T5，它们的测量波长例如是0.8到2.5μm。此外，按高温度计T1到T5的位置将导体晶片SW1分割成5个区而得到的每个区的温度可以用卤灯单独控制。半导体晶片SW1的直径为300mm，在RTP处理过程中旋转半导体晶片SW1，以改善半导体晶片SW1的面内温度均匀性。图1中，以有5个高温度计T1到T5的RTP设备E1为例。但是，高温度计的数量不限于5个，而且，RTP设备E1中设置的高温度计的数量必须将半导体晶片SW1的面内温差控制在预定的范围内。而且，高温度计的配置不限于图1所示的按常规间隔的配置。注意，半导体晶片SW1的面内温差表示用高温度计T1到T5测到的温度之间的最大温差，通过改变卤灯的灯功率的设置条件来调节温差。图2是显示用图1所示的5个高温度计测量的RTP处理中直径为300mm的半导体晶片中的温度分布的曲线图。在半导体晶片SW1的温度是500℃或以上的加热处理中，主处理中半导体晶片SW1的温度是1100℃，用高温度计T1到T5测量半导体晶片SW1的温度，测量结果反馈到卤灯的灯电源，由此控制半导体晶片SW1的温度(闭环控制)。按此方式，可以在半导体晶片SW1中获得大致均匀的面内温度。相反，半导体晶片SW1的温度低于500℃的加热处理时，由于高温度计T1到T5测量背景光，例如，卤灯光，因而不能精确监测半导体晶片SW1的温度。而且，预先设置卤灯的灯功率，按设置的灯功率加热半导体晶片SW1(开环控制)。为此，在半导体晶片SW1中常常会出现面内温差。图3是显示在低于500℃的温度下的加热处理中用开环控制的直径为300mm的半导体晶片的面内温差的曲线图。图3中实线表示第一半导体晶片的面内温差，点划线表示第二半导体晶片的面内温差。在第一和第二半导体晶片的温度测量中用图1所示的5个高温度计。设置卤灯的灯功率，以使第一和第二半导体晶片的温度在20秒内达到约500℃。第一和第二半导体晶片的卤灯设置条件不同。第二半导体晶片中的面内温差控制在50℃内，它的温度在20秒内达到约500℃而不会损坏。之后，在开环控制转换到闭环控制后，第二半导体晶片加热，之后，进行在1100℃的温度下的主处理。然而，当面内温差在大约12秒钟达到90℃时，第一半导体晶片从RTP设备的载物台上掉下来而损坏。随后，由于高温度计直接测量卤灯发射的光，造成面内温差极高和极低。但是，用开环控制在低于500℃的温度下进行加热处理半导体晶片的面内温差达到90℃以上时，认为由于半导体晶片翘曲常常会从RTP设备的载物台上掉下来。因此，为了防止直径为300mm的半导体晶片损坏，必须用开环控制将在低于500℃的温度下进行加热处理的半导体晶片的面内温差控制在90℃内。以下说明的3种方法，是用开环控制在低于500℃的温度下进行加热处理的半导体晶片的面内温差控制在90℃内的控制方法。以下说明第一方法，即，用除高温度计以外的其它温度计，例如热电偶，预先获得在200℃到500℃的温度范围内的半导体晶片与多个卤灯的灯功率之间的关系。之后，适当设置每个卤灯的灯功率条件，由此，将半导体晶片的面内温差控制在90℃内。例如，其中插入有热电偶的半导体晶片可以用作要测量温度的半导体晶片。该方法中，半导体晶片可以达到较高的加热速率，例如，在低于500℃和500℃或以上的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，其中，热处理包括：用单个晶片处理方式对直径为３００ｍｍ的半导体晶片进行加热处理、在预定的最终温度保持预定时间的主处理和进行冷却处理，其中，在热处理中半导体晶片的面内温差控制在９０℃内。

【技术特征摘要】
JP 2002-4-26 125061/20021.一种半导体器件的制造方法，其中，热处理包括用单个晶片处理方式对直径为300mm的半导体晶片进行加热处理、在预定的最终温度保持预定时间的主处理和进行冷却处理，其中，在热处理中半导体晶片的面内温差控制在90℃内。2.按权利要求1的半导体器件制造方法，其中，加热处理中的加热速度是每秒钟升高10℃以上。3.一种半导体器件的制造方法，其中，热处理包括用单个晶片处理方式对直径为300mm的半导体晶片进行加热处理、在预定的最终温度保持预定时间的主处理和进行冷却处理，其中，用高温度计测量半导体晶片的温度，半导体晶片温度低于500℃的加热处理中，半导体晶片的面内温差控制在90℃内。4.按权利要求3的半导体器件制造方法，其中，半导体晶片温度低于500℃的加热处理中，用开环控制。5.按权利要求4的半导体器件制造方法，其中，半导体晶片温度在500℃或高于500℃的加热处理中，用闭环控制。6.按权利要求4的半导体器件制造方法，其中，半导体晶片温度低于500℃的加热处理中，用与高温度计不同的温度计预先获得开环控制的设定条件。7.按权利要求6的半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木匡，石田忠美，清水幹郎，
申请(专利权)人：联晶半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]