加热炉与半导体基板装载治具的组合及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

一种加热炉与半导体基板装载治具的组合，其为由耐火断热材料所构成的炉体及含有配置于炉体之内侧面的加热体所构成直立炉或横置炉，以及在其反应管的均热区内可将一片或二片之半导体基板以其面与炉的长轴方向一致，且可自由前进后退的方式装载的基板装载治具所构成的组合。此组合的特征为加热体与半导体基板的面成实质上平行。依照本发明专利技术的加热炉与半导与基板装载治具的组合进行ＲＴＰ的话，加热炉之床占有面积（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）可变小。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术系有关于CVD、扩散等各种半导体制程所使用的热壁型加热炉(hotwall heating furnace)及半导体基板装载治具的组合，以及半导体装置的制造方法。在1994年9月19日-22日在日本名古屋的第55次应用物理学会之发表会(发表号21a-ZE-6)中提到在直立炉(vertical furnace)的上下二处设置低温区及高温而将晶圆于此区间移动而进行快速热退火(Rapid ThermalAnnealing)的话，在晶圆面内部的片电阻(sheet resistance)分布比一般的快速热退火为佳。而在1995年8月30日-9月1日在荷兰阿姆斯特丹举行的第3届国际快速热退火处理研讨会，RTP‘95中之报告，The effects of rapid thermalprocessing on quarter micron CMOS device，pp101-103)中提出了于使用上述形式的直立炉的RTP(Rapid Thermal processing)中对5片的晶圆进行1000℃5秒的处理以制造CMOS，同样型式的炉适用于回流(reflow)制程亦有报告(4th int conf on Thermal Processing of Semiconductors-RTP‘96pp30-33)及此型式的炉适用于千兆位DRAM的退火制程亦有报告。(4th Int confOn advanced Thermal processing of Semiconductor-RTP‘96)。附图说明图1显示处理温度分布优良的1片晶圆的直立式单片式加热炉构造的主要部份。图中，1为由耐火、断热材料所制成的炉体，2为加热体，3为石英制反应管，4为于反应管3的顶部开口而从炉的下部将气体导入炉内的气体导入管，5为炉底板，6为在处理前后在炉内升降且在处理中旋转的支持棒，7为从支持棒6向上成斜面而分开的晶圆支承部，8为晶圆，9为支撑晶圆背部之爪，10为O型环，11为开口于反应管下部的排气管。以此构造的加热炉加热的晶圆8的温度分布会受到至加热体2的距离的影响而呈周围温度高而中心低。为了使此种晶圆面内的温度分布均一，本案申请人在其美国专利NO.6,159,873中提出了在炉内配置与晶圆有几乎相同形状的蓄热板，并预先加热，并移至晶圆的近傍，而藉由加热体与蓄热板双方的热源来使晶圆急速升温并使温度分布均一化的方法。本专利技术的专利技术人在1998年春季应用物理学会研讨会的发表论文中，对于蓄热板的上述效果以模拟方法作研究及考察。再者，于该美国专利中对于使用蓄热板作为加热体的构想亦具体的揭示，而且在该专利的第12图中亦揭示了将晶圆之面尽量接近在平坦状的炉顶部配置的加热体的方法。依此方法，由于晶圆与加热体之面互相成近距离面对面，因而晶圆面的温度分布可显著的改善。于前述美国专利所揭示的使晶圆尽量接近炉顶及加热体的方法虽可改善晶圆的温度分布，但由于加热之断面为圆形，因此炉的占有床面积(footprint)大。由于半导体制造用的加热炉的每单位体积及每单位容积需高价的建设成本来设置无尘屋(clean room)，所以能够缩减该床占有面积或无尘室容积极具意义。本专利技术的加热炉与半导体基板装载治具的组合乃为由耐火，断热材所构成的炉体及含有配置于炉体内侧面的加热体所构成的直立炉或横置炉，以及其在炉的反应管的均热区内将一片或二片的半导体基板以其面与炉之长轴方向一致，且可自由前进后退的方式所支持的基板装载治具所构成的组合，其将征在于加热体之面与半导体基板之面实质上成平行。再者，本专利技术乃以使用上述加热炉与半导体基板的装载治具之为组合进行RTP(Rapid Thermal Processing)为其特征。RTP之方法如下述所示(1)RTA(Rapid Thermal Annealing)以10-150℃/sec之速度升温降温，并保持在处理温度0-20秒。(2)RTO(Rapid Thermal Oxidation)以与(1)同样之条件于硅之表面形成薄的氧化膜。(3)RTN(Rapid Thermal Nitriding)以与(1)同样之条件在硅表面形成薄的氮化膜。(4)RTCVD(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition)以与(1)同样之条件于CVD气体之气氛中成长CVD膜。(5)RT-Wet Reflowing以与(1)同样的条件在高温水蒸气中回流BPSG。依照本专利技术，可于8～12英寸CVD上施行上述RTP。于直立炉内将晶圆槽置时，炉床占有面积较半导体基板(以下称晶圆)之面积为大。而在横置炉内将晶圆面与炉的长轴方向成交叉而直立装载的话，同样地炉床占有面积较晶圆面积为大。因此不论何种情况，加热炉变大。因此一般将晶圆与炉的长轴方向，亦即直立炉之纵轴或横置炉之水平方向轴一致以构成加热炉与基板装载治具之组合。此种构造的本身为习知，但依照本专利技术，藉由将炉之内侧面与晶圆面成实质的平行而变更炉之断面轮廓的话就可达成所预期的目的，以下参照本专利技术之图式具体说明本专利技术。图1为显示习知的单片式直立热壁型加热炉之一例的剖面图；图2为显示本专利技术立直之炉与直立装载的晶圆装载治具的组合之一例之图，为图3的A-A剖面图(但气体导入管4，排气管11省略)；图3为图2之炉的纵剖面图；图4为显示本专利技术的直立炉，晶圆装载治具及蓄热板的组合之一例的横剖面图；图5为图4的A-A剖面图；图6为显示本专利技术的横置炉与直立装载晶圆的装载治具的组合之一例，为图7的A-A剖面图；图7为图6的B-B剖面图；图8为显示晶圆装载治具之爪部构造之一例之图，而为图7的C-C剖面图；图9为显示晶圆装载治具爪部构造之另一例的图7之B-B剖面图；图10a及图10b为横置于横置炉内装载晶圆的治具之图；图10c为说明依照本专利技术进行硅晶圆加热的示意图；图11为显示依照本专利技术的横置炉与横置的晶圆的横装载治具的组合之侧面图；图12为图11之平面图；图13为显示图11及图12之框架的断面2图。于图6及图7中，晶圆8乃直立地装载于横置炉内。炉体1及加热体2乃分为进行反应的高温均热部及反应前将晶圆8保持在低温之低温均热部。13为排气管，14为将加热炉之入口侧关闭的盖子，20为开有如蜂巢之多数之孔而将反应空间内的气流均一化的整流板。图6及图7为横置炉的炉体1a及1b间的宽度，较习知的炉可大幅减少1/2以下，床占有面积可降低。图7所示的基板装载治具16乃用来装载晶圆8，乃由可在低温均热部及高温均热部之间可前进及后退之中空棒17及在其前端固接之弧状腕部19所构成。15为间隔片。中空棒17兼具晶圆移动治具及气体导引管的功能。固接于中空棒17之弧状腕部19乃支持住晶圆8之下部而成约120°展开之基部。而从此基部三个爪19a、19b伸出。二个爪19a乃对铅直线成约60°的展开位置的配置，主要用来防止晶圆倒下。亦即爪19a将晶圆8之边缘部把持住以防止晶圆倒下，而在其前端内部成叉状分开以将晶圆挟住。爪19b乃于铅直线上将晶圆8支持着。于中空棒17内之贯通的中心孔内气体流动防止晶圆12与爪19之附着。此将于后文详述。图8为显示上述气体在爪19a流动的构造。爪19a支持晶圆8不向右侧倒下。爪19a乃固接于中空棒17本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加热炉与半导体基板装载治具的组合，其为由耐火、断热材料所构成的炉体及含有配置于炉体之内侧面的加热体所构成的直立炉或横置炉，以及在其反应管的均热区内可将一片或二片的半导体基板以其面与炉的长轴方向一致，且可自由前进后退的方式装载的基板装载治具，所构成的组合，其特征为前述加热体与前述半导体基板的面成实质上平行。

【技术特征摘要】
JP 2001-7-26 2001-2257131.一种加热炉与半导体基板装载治具的组合，其为由耐火、断热材料所构成的炉体及含有配置于炉体之内侧面的加热体所构成的直立炉或横置炉，以及在其反应管的均热区内可将一片或二片的半导体基板以其面与炉的长轴方向一致，且可自由前进后退的方式装载的基板装载治具，所构成的组合，其特征为前述加热体与前述半导体基板的面成实质上平行。2.如权利要求1所述的加热炉与半导体基板装载治具的组合，其特征在于其中一具有与前述一片或...

【专利技术属性】
技术研发人员：高木干夫，
申请(专利权)人：FTL股份有限公司，崇越科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]