JPH0823083A - Manufacture of solid-state image sensing device - Google Patents
Manufacture of solid-state image sensing deviceInfo
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- JPH0823083A JPH0823083A JP6157194A JP15719494A JPH0823083A JP H0823083 A JPH0823083 A JP H0823083A JP 6157194 A JP6157194 A JP 6157194A JP 15719494 A JP15719494 A JP 15719494A JP H0823083 A JPH0823083 A JP H0823083A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置の製造方
法およびその製造装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device manufacturing method and a manufacturing apparatus therefor.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体撮像装置の製造工程は、光を電荷に
変換する素子や光を電荷に変換した後にその電荷をキャ
パシタを用いて転送する素子を半導体基板上にn型やp
型の不純物を注入し、900℃以上の高温熱処理を行な
って活性化する。さらに電荷を転送するキャパシタを形
成するために、900℃以上の高い温度で酸素雰囲気中
に保持し、ゲート酸化膜を形成する。さらに、ゲート電
極を多結晶シリコン膜を用いて形成している。2. Description of the Related Art In the process of manufacturing a solid-state image pickup device, an element for converting light into an electric charge or an element for converting light into an electric charge and then transferring the electric charge by using a capacitor is n-type or p-type on a semiconductor substrate.
A mold impurity is implanted, and high temperature heat treatment at 900 ° C. or higher is performed to activate it. Further, in order to form a capacitor for transferring charges, the gate oxide film is formed by holding in an oxygen atmosphere at a high temperature of 900 ° C. or higher. Further, the gate electrode is formed by using a polycrystalline silicon film.
【0003】固体撮像装置を製造する場合、多種多様の
不純物拡散層を形成するためにイオン注入後に、活性化
するための高温の熱処理が繰り返し行なわれる。繰り返
し高温度での熱処理が行なわれると、半導体基板が高温
雰囲気中に曝されることにより、熱による応力が発生し
て半導体基板内部での結晶欠陥の発生原因となる。When manufacturing a solid-state image pickup device, a high temperature heat treatment for activation is repeatedly performed after ion implantation to form a wide variety of impurity diffusion layers. When the heat treatment is repeatedly performed at a high temperature, the semiconductor substrate is exposed to a high temperature atmosphere, and thermal stress is generated to cause crystal defects inside the semiconductor substrate.
【0004】さらに、固体撮像装置は、拡散層を空乏化
した領域に、光を照射することによりエレクトロンを発
生させ電荷を形成することから、半導体基板中に結晶欠
陥が存在する場合、基板への過剰電流が発生して固体撮
像装置が不良となる。Further, in the solid-state image pickup device, when a region where the diffusion layer is depleted is irradiated with light, electrons are generated and charges are formed. Excessive current is generated and the solid-state imaging device becomes defective.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】そこで、半導体基板に
高温熱処理を行なう場合、高温雰囲気中への搬送におけ
る温度や熱勾配などによる熱応力の影響により、半導体
基板にスリップなどの結晶欠陥やウェハの反りが発生す
る。Therefore, when a semiconductor substrate is subjected to a high temperature heat treatment, the semiconductor substrate is affected by thermal stress due to a temperature or a thermal gradient during transportation into a high temperature atmosphere, and a crystal defect such as a slip on the semiconductor substrate or a wafer is damaged. Warpage occurs.
【0006】固体撮像装置の製造方法において、光を電
荷に変換する素子や、光を電荷に変換した後、その電荷
をキャパシタを用いて転送する素子として半導体基板中
に不純物拡散層が形成されている。このため、イオン注
入法を用いてn型やp型の不純物を注入し、高温の熱処
理により不純物を活性化するといった工程を繰り返す。
また、電荷を転送するキャパシタのアレイを形成するた
めに、高温酸素雰囲気中で半導体基板表面を酸化し、ゲ
ート絶縁膜を形成する工程を繰り返している。In the method of manufacturing a solid-state image pickup device, an impurity diffusion layer is formed in a semiconductor substrate as an element for converting light into electric charges or an element for converting light into electric charges and then transferring the electric charges by using a capacitor. There is. Therefore, a process of implanting n-type or p-type impurities by using an ion implantation method and activating the impurities by high-temperature heat treatment is repeated.
Further, in order to form an array of capacitors that transfer charges, the process of oxidizing the surface of the semiconductor substrate in a high temperature oxygen atmosphere to form a gate insulating film is repeated.
【0007】このように、高温の熱処理を数多く繰り返
すために、高温熱処理装置へ搬送される際の、熱応力が
半導体基板へ及ぼす影響が無視できなくなる。この影響
により、半導体基板へスリップなどの結晶欠陥が発生す
ると同時に、ウェハ全体に異様な反りが発生する。Since a large number of high-temperature heat treatments are repeated in this way, the effect of thermal stress on the semiconductor substrate cannot be neglected when being conveyed to a high-temperature heat treatment apparatus. Due to this effect, a crystal defect such as a slip occurs in the semiconductor substrate, and at the same time, an abnormal warpage occurs in the entire wafer.
【0008】また、これらの熱応力による影響は、挿出
時よりも挿入時の方が大きく、熱応力による半導体基板
の劣化がいちじるしいことが明確となった。Further, it has been clarified that the influence of these thermal stresses is larger when the semiconductor substrate is inserted than when it is inserted, and the deterioration of the semiconductor substrate due to the thermal stress is remarkable.
【0009】これらの結晶欠陥やウェハの反りが、固体
撮像装置のデバイス特性を劣化させ、歩留りをいちじる
しく悪化させる。The crystal defects and the warp of the wafer deteriorate the device characteristics of the solid-state image pickup device, and significantly deteriorate the yield.
【0010】高温熱処理装置への挿入時に大きな熱応力
が発生しやすいため、投入温度に比べて、取り出し温度
を比較的高くできる。このため、現在の装置は、新規処
理条件を登録した後に、装置内の温度を下げるシステム
になっているため、現在の可動システムでは設備の可動
率が低くなる。Since a large thermal stress is liable to be generated at the time of insertion into the high temperature heat treatment apparatus, the take-out temperature can be made relatively higher than the charging temperature. For this reason, the current apparatus has a system in which the temperature inside the apparatus is lowered after registering a new processing condition, and therefore the mobility rate of the equipment becomes low in the current movable system.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上
に、フォトダイオードや電荷転送のための不純物を注入
する工程、不純物を注入した後、不純物を熱拡散させる
工程、熱拡散させた後に半導体基板を酸化雰囲気中で加
熱しゲート絶縁膜を形成する工程、ゲート絶縁膜上にゲ
ート電極を形成する工程を備え、熱拡散ゲート絶縁膜を
形成する工程において、半導体基板を高温の熱処理を行
う際に、半導体基板に熱による歪が入らない半導体基板
の高温熱処理装置への投入条件を備えている。In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a solid-state image pickup device according to the present invention comprises a step of implanting an impurity for photodiode or charge transfer, and implanting an impurity on a semiconductor substrate. After that, a step of thermally diffusing the impurities, a step of heating the semiconductor substrate in an oxidizing atmosphere to form a gate insulating film after the thermal diffusion, and a step of forming a gate electrode on the gate insulating film are provided. In the step of forming the film, when the semiconductor substrate is subjected to high temperature heat treatment, the semiconductor substrate is provided with a condition for introducing the semiconductor substrate into the high temperature heat treatment apparatus so that the semiconductor substrate is not strained by heat.
【0012】また、半導体基板が高温熱処理装置へ搬送
される際の、高温熱処理装置の搬入口の温度が450℃
以上、520℃以下の範囲内とする。Further, when the semiconductor substrate is transferred to the high temperature heat treatment apparatus, the temperature at the carry-in port of the high temperature heat treatment apparatus is 450 ° C.
The temperature is within the range of 520 ° C. or lower.
【0013】また、半導体基板が高温熱処理装置の均熱
帯まで搬送される間に上昇する温度が1.5℃/秒以
上、3℃/秒以下の範囲内とする。Further, the temperature which rises while the semiconductor substrate is transported to the soaking zone of the high temperature heat treatment apparatus is in the range of 1.5 ° C./sec or more and 3 ° C./sec or less.
【0014】また、半導体基板が高温熱処理装置の均熱
帯まで搬送される間に、半導体基板の中央部と周辺部分
の温度差の最大が50℃以上、75℃以下の範囲内で、
半導体基板の面内で熱平衡となるまでの時間が10分以
上、15分以下の範囲内とする。Further, while the semiconductor substrate is transported to the soaking zone of the high temperature heat treatment apparatus, the maximum temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the semiconductor substrate is within the range of 50 ° C. to 75 ° C.
The time until thermal equilibrium is achieved in the plane of the semiconductor substrate is within the range of 10 minutes or more and 15 minutes or less.
【0015】さらに、高温熱処理装置への投入温度と取
り出し温度が異なり取り出し温度が高い場合、半導体基
板の取り出し搬送が始まると同時に高温熱処理装置の均
熱帯の設定温度を降温させる機能を備えている。Further, when the temperature of charging the semiconductor substrate to the high temperature heat treatment apparatus is different from the temperature of the semiconductor wafer discharge and the temperature of the semiconductor wafer is high, the semiconductor heat treatment apparatus has a function of lowering the soaking temperature of the high temperature heat treatment apparatus at the same time when the semiconductor substrate is taken out and conveyed.
【0016】また、高温熱処理装置への半導体基板の挿
入温度と挿出温度が異なり、挿入温度が挿出温度に比べ
て低い。Further, the insertion temperature and the insertion temperature of the semiconductor substrate to the high temperature heat treatment apparatus are different, and the insertion temperature is lower than the insertion temperature.
【0017】[0017]
【作用】本発明の手段によって半導体基板を高温熱処理
装置に搬送する際の、挿入条件を温度や、挿入されるウ
ェハの面内の熱勾配を一定レベル以下にすることによ
り、熱歪による半導体基板の異常な反りやスリップなど
の発生を抑制することができる。When the semiconductor substrate is conveyed to the high temperature heat treatment apparatus by the means of the present invention, the temperature of the insertion condition and the thermal gradient in the plane of the wafer to be inserted are set to a certain level or less, so that the semiconductor substrate is caused by thermal strain. It is possible to suppress the occurrence of abnormal warp and slip of the.
【0018】また、ウェハの熱歪の発生は、挿出時より
も挿入時の方が大きいことから、挿入時の温度や熱勾配
を明確に規定した。このことから、挿出温度を挿入温度
に比べて高くすることができる。このことから、ウェハ
の取り出しが始まると同時に、均熱帯の温度を投入温度
まで降温させるような新規のシステムにすることによ
り、高温熱処理装置の稼働率を落とすことなく稼働させ
ることができる。Further, since the occurrence of thermal strain in the wafer is larger when the wafer is inserted than when it is inserted, the temperature and thermal gradient during insertion are clearly defined. Therefore, the insertion temperature can be made higher than the insertion temperature. From this, a new system that lowers the temperature of the soaking zone to the input temperature at the same time when the wafer is taken out can be operated without lowering the operating rate of the high temperature heat treatment apparatus.
【0019】さらに、ウェハの面内の温度や温度勾配を
規定したことにより、高温処理におけるウェハ面内で
の、固体撮像装置の特性ばらつきを抑えることができ
る。Further, by defining the temperature and the temperature gradient within the plane of the wafer, it is possible to suppress the characteristic variation of the solid-state image pickup device within the plane of the wafer during the high temperature processing.
【0020】[0020]
【実施例】以下、本発明の一実施例である固体撮像装置
の製造方法について図面を参照しながら説明する。図1
は一般的な固体撮像装置の断面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method of manufacturing a solid-state image pickup device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG.
FIG. 3 is a sectional view of a general solid-state imaging device.
【0021】図1に示すように、シリコン基板1上にp
型不純物を用いてウェル拡散層7形成した後に、電荷を
転送するための電荷転送拡散層2と入射した光を電荷に
変換するフォトダイオード4が素子分離部3を介して、
数千から数百万個程度配置されたものが固体撮像装置で
ある。また、電荷を転送するために電荷転送拡散層2の
上にMOSキャパシタがゲート酸化膜5を介して、ゲー
ト電極であるポリシリコン電極6が形成されている。As shown in FIG. 1, p is formed on the silicon substrate 1.
After the well diffusion layer 7 is formed by using the type impurities, the charge transfer diffusion layer 2 for transferring the charge and the photodiode 4 for converting the incident light into the charge are connected via the element isolation portion 3.
A solid-state imaging device is one in which several thousand to several millions are arranged. Further, in order to transfer charges, a MOS capacitor is formed on the charge transfer diffusion layer 2 via a gate oxide film 5 and a polysilicon electrode 6 which is a gate electrode.
【0022】図2〜図9は本実施例の工程断面図であ
る。まず、シリコン基板1の上にウェル形成ボロン8を
イオン注入法により1011cm-2オーダー注入する(図
2)。2 to 9 are process sectional views of this embodiment. First, the well forming boron 8 is implanted on the silicon substrate 1 by the ion implantation method in the order of 10 11 cm -2 (FIG. 2).
【0023】その後、ウェル形成ボロン8を拡散させて
ウェル拡散層7を形成するために、1100℃以上の高
温で窒素雰囲気中で拡散させる(図3)。Thereafter, in order to diffuse the well-forming boron 8 to form the well diffusion layer 7, the well-forming boron 8 is diffused in a nitrogen atmosphere at a high temperature of 1100 ° C. or higher (FIG. 3).
【0024】さらに、電荷を転送するための電荷転送拡
散層2を形成するために、レジストを用いて電荷転送拡
散層マスク9を形成し、イオン注入法を用いて砒素やリ
ンのn型不純物10をたとえば加速エネルギー100k
eV程度でドーズ量1012cm-2オーダー注入する(図
3)。Further, in order to form the charge transfer diffusion layer 2 for transferring charges, a charge transfer diffusion layer mask 9 is formed by using a resist, and an n-type impurity 10 of arsenic or phosphorus is formed by using an ion implantation method. Acceleration energy 100k
A dose of 10 12 cm -2 order is injected at about eV (FIG. 3).
【0025】次に、砒素やリンのn型不純物10を熱処
理して活性化するために、約900℃で30分以上の熱
処理を高温熱処理装置を用いて熱処理し、電荷転送拡散
層2を形成する(図4)。Next, in order to heat and activate the n-type impurity 10 of arsenic or phosphorus, heat treatment is performed at about 900 ° C. for 30 minutes or more using a high temperature heat treatment apparatus to form the charge transfer diffusion layer 2. (Fig. 4).
【0026】次に、フォトダイオード4と電荷転送拡散
層2を分離するために、レジストを用いて素子分離マス
ク9’を形成して素子分離ボロン11をイオン注入法に
より、たとえば加速エネルギー100keV程度で、ド
ーズ量1012cm-2オーダー注入する(図6)。Next, in order to separate the photodiode 4 and the charge transfer diffusion layer 2, an element isolation mask 9'is formed using a resist, and the element isolation boron 11 is ion-implanted by, for example, an acceleration energy of about 100 keV. , And a dose amount of 10 12 cm -2 is injected (FIG. 6).
【0027】さらに、電荷転送拡散層2を形成するとき
と同様に、素子分離ボロン11を活性化するために、約
900℃で30分以上の熱処理を高温熱処理装置を用い
て行い、素子分離部3を形成する(図7)。Further, as in the case of forming the charge transfer diffusion layer 2, in order to activate the element isolation boron 11, a heat treatment at about 900 ° C. for 30 minutes or more is performed using a high temperature heat treatment apparatus, and the element isolation portion is formed. 3 is formed (FIG. 7).
【0028】次に、電荷を転送のためのMOSキャパシ
タを形成するために、ゲート酸化膜5を形成するため
に、高温熱処理装置の雰囲気を酸素雰囲気として、約1
000℃でシリコン基板1を酸化させて数十から数百n
mのゲート酸化膜5を形成する。また、ゲート酸化膜5
上にゲート電極を形成するために、CVD法を用いて多
結晶シリコン膜を形成する。さらに、多結晶シリコン膜
の比抵抗を下げるために、たとえばPOCl3ガスを用
いて約900℃の高温で多結晶シリコン膜中にリンを拡
散させてたとえば十数Ωのポリシリコン電極6を形成す
る(図8)。Next, in order to form a gate oxide film 5 in order to form a MOS capacitor for transferring charges, the atmosphere of the high temperature heat treatment apparatus is set to an oxygen atmosphere to about 1
Dozens to hundreds of n by oxidizing the silicon substrate 1 at 000 ° C.
m gate oxide film 5 is formed. In addition, the gate oxide film 5
A polycrystalline silicon film is formed by a CVD method in order to form a gate electrode thereover. Further, in order to lower the specific resistance of the polycrystalline silicon film, for example, POCl 3 gas is used to diffuse phosphorus into the polycrystalline silicon film at a high temperature of about 900 ° C. to form a polysilicon electrode 6 of, for example, ten and several Ω. (FIG. 8).
【0029】次に、フォトダイオード4を形成するため
に、たとえばリンをイオン注入法により1012cm-2オ
ーダー注入し、さらに、注入されたリンを活性化するた
めに、高温熱処理装置を用いてたとえば1000℃の高
温でリンをシリコン基板1中に拡散させて固体撮像装置
を製造する(図9)。Next, in order to form the photodiode 4, for example, phosphorus is implanted by 10 12 cm −2 order by an ion implantation method, and further, in order to activate the implanted phosphorus, a high temperature heat treatment apparatus is used. For example, phosphorus is diffused into the silicon substrate 1 at a high temperature of 1000 ° C. to manufacture a solid-state imaging device (FIG. 9).
【0030】固体撮像装置を製造する際に、イオン注入
による不純物の注入と活性化のための高温熱処理、ゲー
ト酸化膜を形成すると同様の酸化工程の繰り返しによっ
て固体撮像装置が製造される。このように高温の熱処理
が繰り返される場合、投入や取り出しのときの温度差に
よる熱歪や、熱処理によるシリコン基板1内の酸素の析
出などの変化により、シリコン基板1に結晶欠陥が発生
し、固体撮像装置に他の撮像素子とのコントラスト差が
大きくなり、再生画像上では白傷として現れ、不良とな
ることがわかっている。When manufacturing a solid-state image pickup device, the solid-state image pickup device is manufactured by repeating high temperature heat treatment for ion implantation and activation for ion activation, and forming a gate oxide film by repeating the same oxidation process. When the high-temperature heat treatment is repeated in this manner, a crystal defect occurs in the silicon substrate 1 due to a thermal strain due to a temperature difference at the time of charging and taking out, a change in precipitation of oxygen in the silicon substrate 1 due to the heat treatment, and a solid state. It is known that the contrast difference between the image pickup device and other image pickup elements becomes large, and it appears as a white defect on a reproduced image, resulting in a defect.
【0031】このため、固体撮像装置を製造する場合、
高温熱処理装置に搬送する際に熱歪が小さくなるような
条件が必要となっている。Therefore, when manufacturing a solid-state image pickup device,
It is necessary to have a condition that thermal strain becomes small when the film is conveyed to a high temperature heat treatment apparatus.
【0032】高温熱処理装置への搬送は、投入と取り出
しがある。取り出しの場合、ウェハを固定するためのボ
ートやそのボートを固定するための支持治具が十分な高
温状態となっており、ボートやボートの支持治具の熱容
量が大きく放熱するまでの時間が取り出し時間よりも長
いことから、比較的高温状態で取り出しても、ウェハに
とっては徐冷と同じ状況となっており、熱歪は小さい。Transfer to the high temperature heat treatment apparatus includes input and output. In the case of taking out, the boat for fixing the wafer and the supporting jig for fixing the boat are in a sufficiently high temperature state, and the time until the heat capacity of the boat and the supporting jig for the boat is large is taken out. Since it is longer than the time, even if the wafer is taken out in a relatively high temperature state, the wafer is in the same situation as the gradual cooling and the thermal strain is small.
【0033】それに対して、投入の場合はボートやボー
ト支持治具は十分に冷えており、ウェハとボートなどの
熱容量が大きく、ウェハ面内での温度差が大きく熱応力
が大きくなる傾向がある。On the other hand, in the case of loading, the boat and the boat supporting jig are sufficiently cooled, the heat capacity of the wafer and the boat is large, the temperature difference in the wafer surface is large, and the thermal stress tends to be large. .
【0034】このため本発明は、ウェハの投入条件に関
して具体的に設定したものである。図10を用いて高温
熱処理装置の装置構成を説明する。高温熱処理装置は、
ガス導入口26を備えた開管構造のチューブ27と昇温
するためのヒーター25から形成されている。Therefore, in the present invention, the wafer loading conditions are specifically set. The apparatus configuration of the high temperature heat treatment apparatus will be described with reference to FIG. High temperature heat treatment equipment
It is composed of an open tube 27 having a gas inlet 26 and a heater 25 for heating.
【0035】ヒーター25のある部分に、実際に熱処理
する際に設定される均一な温度部分の炉内均熱領域22
が存在している。この領域22がウェハ処理領域24と
なる。ヒーター25端部が一定の熱勾配が存在している
ことから炉口端21とする。炉口端21から炉内均熱領
域22までは、一定の熱勾配を持っていることから、搬
送条件を設定する際に重要なパラメーターとなることか
ら、炉口〜均熱領域23と規定する。In the part where the heater 25 is provided, a soaking region 22 in the furnace having a uniform temperature part which is set during the actual heat treatment.
Exists. This area 22 becomes the wafer processing area 24. Since there is a constant thermal gradient at the end of the heater 25, it is designated as the furnace end 21. Since there is a constant thermal gradient from the furnace port end 21 to the in-furnace soaking region 22, it becomes an important parameter when setting the transfer conditions, so it is defined as the furnace port to soaking region 23. .
【0036】本発明は固体撮像装置の製造方法におい
て、熱歪によるウェハの変形やシリコン基板1の結晶欠
陥の発生が、高温熱処理装置への搬送条件によって暗電
流不良の原因となる。このため、高温熱処理装置の搬送
条件について設定する。In the method of manufacturing a solid-state image pickup device according to the present invention, the deformation of the wafer due to thermal strain and the occurrence of crystal defects in the silicon substrate 1 cause dark current defects depending on the transportation conditions to the high temperature heat treatment device. Therefore, the transport conditions of the high temperature heat treatment apparatus are set.
【0037】炉口端21の外側は、ヒーター25に外側
になるため急激に温度が低くなる傾向にある。このた
め、固体撮像装置の製造の際に、ウェハに及ぼす熱歪と
しては無視できる。Since the outside of the furnace end 21 is located outside the heater 25, the temperature tends to drop sharply. Therefore, it can be ignored as a thermal strain exerted on the wafer when the solid-state imaging device is manufactured.
【0038】炉口端21の温度は、炉内均熱領域22の
設定温度と炉口〜均熱領域23の距離で設定されるもの
である。炉口端21の温度が520℃を超える場合、ウ
ェハを搬送するボートの熱容量でも異なるがウェハ中央
部とウェハ端で75℃以上の温度差が生じるために、ウ
ェハに及ぼす熱歪が大きくなる。このため、パターン形
成後の数度の高温熱処理工程により、ウェハ端にスリッ
プなどの結晶欠陥を誘発し、固体撮像装置の暗電流不良
となる。The temperature of the furnace end 21 is set by the set temperature of the in-furnace soaking region 22 and the distance from the furnace port to the soaking region 23. When the temperature of the furnace port end 21 exceeds 520 ° C., the temperature difference of 75 ° C. or more is generated between the central portion of the wafer and the wafer end, although the heat capacity of the boat for transferring the wafer is different, and thus the thermal strain exerted on the wafer becomes large. Therefore, a crystal defect such as a slip is induced at the wafer edge by a high temperature heat treatment process of several degrees after the pattern formation, resulting in a dark current defect of the solid-state imaging device.
【0039】しかし、炉口端21の温度が450℃以下
になると、設備的には均熱帯からの距離を非常に長くす
る必要がある。また、均熱帯の温度をかなり低温まで降
温させる必要がある。しかし、高温熱処理装置は昇温時
と比較して降温時の方が時間がかかるため、製造工程に
おける設備の稼動率が極端に悪化する。以上の点から、
炉口端21の温度を450℃〜520℃の範囲内に設定
する必要がある。However, when the temperature at the furnace end 21 becomes 450 ° C. or lower, it is necessary to make the distance from the soaking zone very long in terms of equipment. Moreover, it is necessary to lower the temperature of the soaking zone to a considerably low temperature. However, the high-temperature heat treatment apparatus takes a longer time when the temperature is lowered than when the temperature is raised, so that the operating rate of the equipment in the manufacturing process is extremely deteriorated. From the above points,
It is necessary to set the temperature of the furnace end 21 within the range of 450 ° C to 520 ° C.
【0040】また、ウェハに対する熱歪は、炉口端21
の温度だけではなく、炉口から均熱23の範囲内にどれ
だけの速度でウェハが昇温するかによって、ウェハに及
ぼす熱歪の大きさが決まる。Further, the thermal strain on the wafer is caused by the furnace end 21.
The temperature of the wafer, as well as the temperature at which the temperature of the wafer rises within the range of soaking 23, determines the magnitude of thermal strain on the wafer.
【0041】炉口〜均熱領域23での昇温速度は、ウェ
ハの搬送速度が支配的な要因である。炉口端21の温度
が520℃の場合、投入速度が10cm/分で炉口〜均
熱領域23の距離が12cmの場合は昇温速度が3℃/
秒を超えるために、ウェハの中央部と端部の温度差が7
5℃を超える。このため、パターン形成後でウェハ表面
に形成された膜の応力が存在した状態で、数度の高温熱
処理によって熱歪と膜応力が加算されてスリップなどの
結晶欠陥が発生する。The rate of temperature rise from the furnace opening to the soaking region 23 is a factor in which the wafer transfer rate is dominant. When the temperature of the furnace mouth end 21 is 520 ° C., the charging speed is 10 cm / min, and when the distance between the furnace mouth and the soaking region 23 is 12 cm, the heating rate is 3 ° C./minute.
The temperature difference between the center and the edge of the wafer is 7
Over 5 ° C. Therefore, in the state where the stress of the film formed on the wafer surface after the pattern formation exists, the thermal strain and the film stress are added by the high temperature heat treatment of several degrees, and the crystal defect such as slip occurs.
【0042】しかし、ウェハの昇温速度が1.5℃/秒
以下になると、高温熱処理装置への搬送スピードを非常
にゆっくりにする必要がある。このため、製造工程にお
ける設備の稼動率が極端に悪化するため用いることがで
きない。以上の点から、炉内均熱領域22に到達するま
での昇温速度が1.5℃/秒〜3℃/秒の範囲内に設定
する必要がある。However, when the wafer heating rate becomes 1.5 ° C./sec or less, it is necessary to make the transfer speed to the high temperature heat treatment apparatus very slow. Therefore, it cannot be used because the operating rate of the equipment in the manufacturing process is extremely deteriorated. From the above points, it is necessary to set the heating rate until reaching the in-furnace soaking region 22 within the range of 1.5 ° C./sec to 3 ° C./sec.
【0043】さらに、高温熱処理装置への搬送におい
て、ウェハを搬送する際のボートの熱容量や投入温度や
投入速度が大きく影響するが、ウェハにスリップなどの
結晶欠陥が発生する要因として、ウェハ面内での温度差
がある。さらに、搬送後に炉内の温度が低下した際の炉
内の追従昇温速度の影響がある。以上2点をカバーする
ための要因として、ウェハ面内温度差を75℃以下にす
ると同時に、面内で熱平衡となる時間を10分以上かけ
る必要がある。Further, when the wafer is transferred to the high temperature heat treatment apparatus, the heat capacity of the boat, the charging temperature and the charging speed of the boat have a great influence, but as a factor causing the crystal defects such as slip in the wafer, There is a temperature difference in. Further, there is an influence of the follow-up temperature rising rate in the furnace when the temperature in the furnace is lowered after the transfer. As a factor for covering the above two points, it is necessary that the temperature difference within the wafer surface is set to 75 ° C. or less and at the same time, the time for thermal equilibrium in the surface is taken for 10 minutes or more.
【0044】しかし、昇温時や降温時のウェハ面内での
温度差を小さくするためには、均熱帯の温度を低温にし
たり、挿入速度をゆっくりにしたり、設備的に炉口〜均
熱領域23の距離を長くしたりする必要がある。既製の
装置のスループット一定レベル以上確保するために、ウ
ェハ面内の温度差は50℃以上、ウェハ面内が熱平衡と
なるまでの時間は15分以下とする必要がある。However, in order to reduce the temperature difference on the wafer surface during the temperature rise and the temperature decrease, the temperature of the soaking zone is set to a low temperature, the insertion speed is made slow, and the furnace port to the soaking zone are installed. It is necessary to increase the distance of the area 23. In order to ensure the throughput of a ready-made device at a certain level or higher, the temperature difference in the wafer surface must be 50 ° C. or more, and the time until the wafer surface is in thermal equilibrium must be 15 minutes or less.
【0045】以上の点から、ウェハ面内の温度差を50
℃〜75℃の範囲内に設定し、ウェハ面内で熱平衡とな
るまでの時間が10分から15分の範囲内となるような
搬送条件が必要である。From the above points, the temperature difference within the wafer surface is 50
It is necessary to set the temperature within the range of ℃ to 75 ℃, and the transfer conditions such that the time until thermal equilibrium is achieved within the wafer surface is within the range of 10 to 15 minutes.
【0046】本発明においては、搬送としては挿入・挿
出があるが、挿出の場合、ウェハ固定のボートの熱容量
が比較的大きい石英やセラミックスを用いる。このた
め、石英やセラミックスから放出される熱のために、ウ
ェハそのものは徐冷の状態となり、ウェハに冷却に発生
する熱歪は小さい。以上の結果から、取り出し時は、投
入時より比較的高温で取り出すことが可能である。In the present invention, there is insertion / insertion as the conveyance, but in the case of insertion / removal, quartz or ceramics having a relatively large heat capacity in the boat for fixing the wafer is used. For this reason, the wafer itself is gradually cooled due to the heat released from the quartz and the ceramics, and the thermal strain generated in the cooling of the wafer is small. From the above results, it is possible to take out at a relatively high temperature at the time of taking out, compared to the time of taking in.
【0047】次に、本発明の固体撮像装置の製造方法に
関して、図11の高温熱処理レシピ例と図10の高温熱
処理装置の概要を用いて説明する。Next, a method for manufacturing the solid-state image pickup device of the present invention will be described with reference to the high temperature heat treatment recipe example of FIG. 11 and the outline of the high temperature heat treatment device of FIG.
【0048】通常、高温熱処理においては、ウェハ投入
時間31と高温熱処理時間32とウェハ取り出し時間3
3で構成されている。ウェハ投入時間31における設定
温度は、本発明の固体撮像装置の製造方法における熱歪
の小さい方法をとる。炉口〜均熱領域23の距離がたと
えば20cmである場合、炉内均熱帯22の設定を約8
00℃にすれば、炉口端21の温度は500℃程度にな
り、ウェハの昇温速度や搬送時の熱勾配などが本発明に
見合うようにすると、搬送速度は比較的速い約10cm
/分で挿入しても、固体撮像装置を製造する場合に繰り
返される熱処理によって、ウェハに熱歪によるスリップ
などの結晶欠陥は発生しない。Usually, in the high temperature heat treatment, the wafer loading time 31, the high temperature heat treatment time 32, and the wafer removal time 3
It is composed of three. The set temperature at the wafer loading time 31 is set to a method having a small thermal strain in the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention. When the distance from the furnace opening to the soaking region 23 is, for example, 20 cm, the setting of the soaking zone 22 in the furnace is set to about 8
If the temperature is set to 00 ° C., the temperature of the furnace end 21 becomes about 500 ° C., and if the temperature rising rate of the wafer and the thermal gradient at the time of transfer are adapted to the present invention, the transfer speed is relatively fast, about 10 cm.
Even if it is inserted at a rate of 1 / min, crystal defects such as slips due to thermal strain do not occur on the wafer due to the repeated heat treatment when manufacturing the solid-state imaging device.
【0049】また、セラミック製のウェハ固定ボートを
用いて搬送する場合、セラミック製ボートの熱容量が大
きいために、取り出し時間33の設定温度は、900℃
程度の比較的高温であっても、取り出し時はボート材料
の放熱により面内の温度差や降温速度は、本発明の範囲
に入りウェハの熱歪によるスリップなどの結晶欠陥は発
生しない。When the wafer is fixed by using a ceramic wafer-fixing boat, the set temperature for the take-out time 33 is 900 ° C. because the ceramic boat has a large heat capacity.
Even when the temperature is relatively high, the in-plane temperature difference and the temperature lowering rate are within the scope of the present invention due to the heat dissipation of the boat material during taking out, and crystal defects such as slip due to thermal strain of the wafer do not occur.
【0050】実施例で説明してきた固体撮像装置の製造
方法を用いて製造する場合、製造装置のリードタイムを
短縮を図るために製造装置を図12を用いて説明する。In the case of manufacturing using the solid-state image pickup device manufacturing method described in the embodiment, the manufacturing device will be described with reference to FIG. 12 in order to shorten the lead time of the manufacturing device.
【0051】このように、ウェハ投入時間31部分に注
目した投入温度などの条件とウェハ取り出し時間33部
分に注目した取り出し温度などの条件では各設定温度が
異なってくる。As described above, the set temperatures are different depending on the conditions such as the charging temperature focusing on the wafer charging time 31 and the conditions such as the discharging temperature focusing on the wafer unloading time 33.
【0052】このため、製造装置のリードタイムの短縮
を図るために、高温熱処理装置での高温熱処理が終了
し、ウェハ取り出し時間33の設定温度たとえば900
℃まで降温させる。設定温度のたとえば900℃に達す
ると取り出しが開始される。挿出開始と同時にウェハ投
入時間31の設定温度まで、図12に示したヒーター2
5をオフし、挿入設定温度のたとえば800℃まで降温
を開始する装置である。Therefore, in order to shorten the lead time of the manufacturing apparatus, the high temperature heat treatment in the high temperature heat treatment apparatus is completed and the set temperature of the wafer take-out time 33, for example, 900.
Cool down to ℃. When the temperature reaches a preset temperature of 900 ° C., the taking out is started. Simultaneously with the start of the insertion, the heater 2 shown in FIG.
It is a device that turns off 5 and starts cooling down to an insertion set temperature of, for example, 800 ° C.
【0053】この装置を用いると、ウェハ移載34の時
間までには、ウェハ取り出し時間33とウェハ冷却時間
35があるため、次に処理するロットのウェハを移載
し、高温熱処理装置内に搬送するまでにはウェハ投入時
の設定温度まで充分に降温される。When this apparatus is used, since there is a wafer removal time 33 and a wafer cooling time 35 by the time of wafer transfer 34, the wafer of the lot to be processed next is transferred and transferred to the high temperature heat treatment apparatus. Before that, the temperature is sufficiently lowered to the set temperature at the time of loading the wafer.
【0054】以上のような製造装置を用いることによ
り、挿出が完了しウェハの移載が完了するまでには、ウ
ェハの投入温度まで十分に降温しているために、設備の
リードタイムの延長を最小限にとどめることが可能にな
ると同時に、繰り返し熱処理が行なわれてもウェハに熱
歪からスリップなどの結晶欠陥が発生しない。By using the manufacturing apparatus as described above, the lead time of the equipment is extended because the temperature is sufficiently lowered to the wafer input temperature by the time the insertion and removal are completed and the wafer transfer is completed. At the same time, it is possible to minimize the above, and at the same time, even if the heat treatment is repeatedly performed, crystal defects such as slips do not occur on the wafer due to thermal strain.
【0055】[0055]
【発明の効果】挿入時に熱歪によるスリップなどの結晶
欠陥は発生しなくなり、暗電流不良や異常暗電流不良な
どの結晶欠陥による固体撮像装置の特性劣化はいちじる
しく減少させることができる。EFFECTS OF THE INVENTION Crystal defects such as slips due to thermal strain do not occur at the time of insertion, and characteristic deterioration of the solid-state imaging device due to crystal defects such as dark current defects and abnormal dark current defects can be significantly reduced.
【0056】さらに、取り出し温度は、ウェハ固定ボー
トの熱容量が存在するために、投入温度より比較的高温
で搬送作業を行なってもスリップなどの結晶欠陥は発生
することはなく、固体撮像装置の特性劣化はない。Further, since the taking-out temperature has the heat capacity of the wafer fixing boat, crystal defects such as slips do not occur even if the carrying operation is carried out at a temperature relatively higher than the charging temperature, and the characteristics of the solid-state image pickup device. There is no deterioration.
【0057】挿入温度と挿出温度が異なり、挿入温度が
挿出温度と比較して低い場合に、設備の稼動率を向上さ
せるためには、挿出搬送が開始したと同時に炉内均熱帯
の設定温度を挿入時の温度設定に降温することにより、
ウェハ移載のときには挿入設定温度で安定しているた
め、高温熱処理装置の設備稼動率を向上させるか稼動率
の低下を最小限に抑えることができる。When the insertion temperature and the insertion temperature are different and the insertion temperature is lower than the insertion temperature, in order to improve the operating rate of the equipment, the insertion conveyance is started and the temperature distribution in the furnace By lowering the set temperature to the temperature setting at the time of insertion,
Since the temperature is stable at the insertion set temperature during wafer transfer, it is possible to improve the facility operation rate of the high-temperature heat treatment apparatus or minimize the decrease in the operation rate.
【図1】本発明の一実施例の固体撮像装置の製造方法に
よる固体撮像装置の断面図FIG. 1 is a sectional view of a solid-state imaging device according to a method of manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例を説明するための工程順断面
図2A to 2D are sectional views in order of the processes, for explaining one embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例を説明するための工程順断面
図3A to 3C are cross-sectional views in order of the processes, for explaining one embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例を説明するための工程順断面
図4A to 4C are cross-sectional views in order of the processes, for explaining one embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施例を説明するための工程順断面
図5A to 5C are cross-sectional views in order of the processes, for explaining one embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施例を説明するための工程順断面
図6A to 6C are cross-sectional views in order of the processes, for explaining one embodiment of the present invention.
【図7】本発明の一実施例を説明するための工程順断面
図7A to 7C are sectional views in order of the processes, for explaining one embodiment of the present invention.
【図8】本発明の一実施例を説明するための工程順断面
図FIG. 8 is a process order cross-sectional view for explaining an embodiment of the present invention.
【図9】本発明の一実施例を説明するための工程順断面
図9A to 9C are sectional views in order of the processes, for explaining one embodiment of the present invention.
【図10】本発明の実施例を説明するための高温熱処理
装置の概要図と温度分布図FIG. 10 is a schematic diagram and a temperature distribution diagram of a high temperature heat treatment apparatus for explaining an embodiment of the present invention.
【図11】本発明の固体撮像装置の製造方法を説明する
ための高温熱処理レシピを示す図FIG. 11 is a diagram showing a high temperature heat treatment recipe for explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention.
【図12】本発明の実施例で使用される製造装置を説明
するための高温熱処理レシピを示す図FIG. 12 is a diagram showing a high temperature heat treatment recipe for explaining a manufacturing apparatus used in an example of the present invention.
1 シリコン基板 2 電荷転送拡散層 3 素子分離部 4 フォトダイオード 5 ゲート酸化膜 6 ポリシリコン電極(ゲート電極) 7 ウェル拡散層 8 ウェル形成ボロン 9 電荷転送拡散層マスク 9’ 素子分離マスク 10 n型不純物 11 素子分離ボロン 21 炉口端 22 炉内均熱領域 23 炉口〜均熱領域 24 ウェハ処理領域 25 ヒーター 26 ガス導入口 27 開管構造のチューブ 1 Silicon Substrate 2 Charge Transfer Diffusion Layer 3 Element Separation Part 4 Photodiode 5 Gate Oxide Film 6 Polysilicon Electrode (Gate Electrode) 7 Well Diffusion Layer 8 Well Forming Boron 9 Charge Transfer Diffusion Layer Mask 9 ′ Element Separation Mask 10 n-type Impurity 11 Element Isolation Boron 21 End of Furnace 22 Soaking Area in Furnace 23 Furnace to Soaking Area 24 Wafer Processing Area 25 Heater 26 Gas Inlet 27 Tube with Open Tube Structure
Claims (6)
荷転送のための不純物を注入する工程、前記不純物を注
入した後、前記不純物を熱拡散させる工程、前記熱拡散
させた後に前記半導体基板を酸化雰囲気中で加熱しゲー
ト絶縁膜を形成する工程、前記ゲート絶縁膜上にゲート
電極を形成する工程を備え、熱拡散ゲート絶縁膜を形成
する工程において、前記半導体基板を熱処理を行う際
に、前記半導体基板に熱による歪が入らない前記半導体
基板の高温熱処理装置への投入条件を備えた固体撮像装
置の製造方法。1. A step of implanting a photodiode or an impurity for charge transfer onto a semiconductor substrate, a step of implanting the impurity and then thermally diffusing the impurity, and a step of oxidizing the semiconductor substrate after the thermal diffusing. A step of forming a gate insulating film by heating in an atmosphere; and a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, wherein in the step of forming the thermal diffusion gate insulating film, when the semiconductor substrate is heat treated, A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a condition for introducing a semiconductor substrate into a high-temperature heat treatment apparatus in which distortion due to heat does not enter.
搬送される際の、前記高温熱処理装置の搬入口の温度が
450℃以上、520℃以下の範囲内であることを特徴
とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。2. The temperature of the carry-in port of the high-temperature heat treatment apparatus when the semiconductor substrate is transferred to the high-temperature heat treatment apparatus is in the range of 450 ° C. or higher and 520 ° C. or lower. A method for manufacturing the described solid-state imaging device.
均熱帯まで搬送される間に上昇する温度が1.5℃/秒
以上、3℃/秒以下の範囲内であることを特徴とする請
求項1記載の固体撮像装置の製造方法。3. The temperature rising while the semiconductor substrate is transported to the soaking zone of the high temperature heat treatment apparatus is in the range of 1.5 ° C./sec or more and 3 ° C./sec or less. Item 2. A method for manufacturing a solid-state imaging device according to item 1.
均熱帯まで搬送される間に、前記半導体基板の中央部と
周辺部分の温度差の最大が50℃以上、75℃以下の範
囲内であり、前記半導体基板の面内で熱平衡となるまで
の時間が10分以上、15分以下の範囲内であることを
特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。4. The maximum temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the semiconductor substrate is within the range of 50 ° C. or more and 75 ° C. or less while the semiconductor substrate is being conveyed to the soaking zone of the high temperature heat treatment apparatus. 2. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the time until thermal equilibrium in the plane of the semiconductor substrate is within a range of 10 minutes or more and 15 minutes or less.
出し温度が異なり取り出し温度が高い場合、前記半導体
基板の取り出し搬送が始まると同時に前記高温熱処理装
置の均熱帯の設定温度を降温させる機能を備えたことを
特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。5. A function of lowering the set temperature of the soaking zone of the high-temperature heat treatment apparatus at the same time when the taking-out and transporting of the semiconductor substrate starts when the temperature of the high-temperature heat-treatment apparatus is different from the temperature of the high-temperature heat treatment apparatus The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein
の挿入温度と挿出温度が異なり、挿入温度が挿出温度に
比べて低いことを特徴とする請求項3または4記載の固
体撮像装置の製造方法。6. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the insertion temperature and the insertion temperature of the semiconductor substrate into the high-temperature heat treatment apparatus are different, and the insertion temperature is lower than the insertion temperature. Production method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6157194A JPH0823083A (en) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | Manufacture of solid-state image sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6157194A JPH0823083A (en) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | Manufacture of solid-state image sensing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0823083A true JPH0823083A (en) | 1996-01-23 |
Family
ID=15644261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6157194A Pending JPH0823083A (en) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | Manufacture of solid-state image sensing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0823083A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009094392A (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Mitsubishi Electric Corp | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
JP2009290031A (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Sharp Corp | Electronic element wafer module, manufacturing method thereof, electronic element module, and electronic information apparatus |
-
1994
- 1994-07-08 JP JP6157194A patent/JPH0823083A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009094392A (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Mitsubishi Electric Corp | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
US8377811B2 (en) | 2007-10-11 | 2013-02-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
JP2009290031A (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Sharp Corp | Electronic element wafer module, manufacturing method thereof, electronic element module, and electronic information apparatus |
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