KR930001898B1 - Vacuum reaction furnace - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명의 정단면도.1 is a front cross-sectional view of the present invention.
제2도는 본 발명의 측단면도.2 is a side cross-sectional view of the present invention.
제3도는 본 발명의 평단면도.3 is a cross-sectional plan view of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 상부 텅스텐 할로겐 램프 2 : 하부 텅스텐 할로겐 램프1: upper tungsten halogen lamp 2: lower tungsten halogen lamp
5 : 상부 석영창 6 : 하부 석영창5: upper quartz window 6: lower quartz window
7 : 반응로벽 8 : 냉각수 라인7: reactor wall 8: cooling water line
본 발명은 급속열처리 장치에 관한 것으로, 특히 열처리의 시간과 온도의 정밀한 조정이 가능하도록 하여 결정격자의 손상을 보완할 수 있도록 한 급속열처리 장치용 양면가열형 진공반응로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rapid heat treatment apparatus, and more particularly, to a double-sided heating vacuum reactor for a rapid heat treatment apparatus that enables precise adjustment of the time and temperature of heat treatment to compensate for damage of crystal lattice.
초고집적 회로에서 형상크기의 축소에 따른 집적도의 증가는 반도체 소자의 횡방향 형상크기의 축소와 더불어 종방향 크기의 미세화를 요구하게 되어 고농도의 불순물 주입과 효율적인 열처리에 의한 접합 깊이의 축소를 위한 공정의 개발이 필요하게 됨은 이미 잘알려진 사실이다.Increasing the degree of integration due to the reduction of shape size in ultra-high integrated circuits requires the reduction of the lateral shape size of the semiconductor device and the miniaturization of the longitudinal size, which is a process for reducing the depth of junction by high concentration of impurity injection and efficient heat treatment. The need for development is well known.
그러므로 불순물 이온의 확산깊이와 주입량의 정밀한 조절을 위하여 확산공정을 수행하는 대신에 이온주입 공정을 사용하고 있으나, 상기와 같은 이온주입 공정에서는 결정격자의 손상을 보완할 수 있는 공정이 필수적으로 요구되게 되었다. 따라서 이온주입에 의한 결정격자의 손상회복과 활성화를 위하여 전기로를 사용하여 1000℃ 이상의 고온에서 수십분 또는 수시간 동안 열처리를 수행하도록 하였으나, 이는 열처리의 온도와 수행시간에 의한 불순물 이온의 극심한 재분포가 문제시 되었다.Therefore, the ion implantation process is used instead of the diffusion process to precisely control the diffusion depth and implantation amount of the impurity ions. However, in the ion implantation process as described above, a process for compensating for the damage of the crystal lattice is required. It became. Therefore, in order to recover the damage and activation of the crystal lattice by ion implantation, heat treatment was performed for tens of minutes or hours at a high temperature of 1000 ° C or higher, but the extreme redistribution of impurity ions due to the temperature and time of the heat treatment It was a problem.
이에따라 본 발명은 열처리 시간과 온도의 정밀한 조정으로 불순물 이온의 재분포를 최소화 하면서 결정격자의 손상을 보상하고 주입된 불순물 이온을 충분히 활성화 시키도록 한 급속열처리 장치용 양면 가열형 진공 반응로를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a double-sided heating vacuum reactor for a rapid heat treatment apparatus that compensates for damage of crystal lattice and sufficiently activates implanted impurity ions while minimizing redistribution of impurity ions by precise adjustment of heat treatment time and temperature. For that purpose.
이를 위하여 본 발명은 반도체 기판이 용이하게 흡수할 수 있는 파장의 높은 에너지의 스펙트럼을 방출하는 광원을 사용하여 기판을 가열하거나 반응가스를 여기시켜 분해시킴으로써 빛을 여기원으로 사용하는 반도체 장비의 효율을 증대시키도록 하고, 텅스텐 할로겐 램프를 사용하여 빠른 응답속도에 의해 온도조절이 용이하도록 하고, 반응로의 체적을 최소화하여 공정가스의 순간적인 변환이 가능하도록 하면서 다단공정이 가능하도록 한다.To this end, the present invention utilizes a light source that emits a high energy spectrum of a wavelength that can be easily absorbed by a semiconductor substrate, thereby heating the substrate or exciting the reaction gas to decompose it, thereby improving the efficiency of semiconductor equipment using light as an excitation source. The tungsten halogen lamp facilitates temperature control by fast response speed, and minimizes the volume of the reactor to enable instant conversion of process gas while enabling multi-step process.
본 발명을 첨부도면에 의거 상세히 기술하여 보면 다음과 같다. 빠른 응답속도에 의해 폐회로 온도조절이 용이하고 600℃ 이하의 저온조절 특성이 우수하며 광의 투과율이 좋은 특수석영으로 제작되어 적외광을 장시간 안정되게 방출할 수 있는 상부 텅스텐 할로겐 램프(1)와 하부 텅스텐 할로겐 램프(2)는 각각 상부 적외선 가열부(3)와 하부 적외선 가열부(4)의 내부에 설치하여 상부 텅스텐 할로겐 램프(1)는 상부 석영창(5)을, 하부 텅스텐 할로겐 램프(2)는 하부 석영창(6)을 통하여 각기 하측과 상측으로 적외광을 방출하도록 한다.Referring to the present invention in detail based on the accompanying drawings as follows. The fast tungsten halogen lamp (1) and the lower tungsten which can easily control the closed circuit temperature, have excellent low-temperature control characteristics of 600 ℃ or less, and emit infrared light stably for a long time because it is made of special quartz with good light transmittance. The halogen lamp 2 is installed inside the upper infrared heating section 3 and the lower infrared heating section 4, respectively, so that the upper tungsten halogen lamp 1 provides the
상부 적외선 가열부(3)와 사이에 접합면 O-링(3a)을 끼운채 결합된 상부 석영창(5)은 반응로벽(7)의 상단에 접합면 O-링(5a)을 사이에 끼운채 결합하면서 하부 적외선 가열부(4)와의 사이에 접합면 O-링(4a)을 끼운채 결합된 하부 석영창(6)은 반응로 벽(7)의 하단에 접합면 O-링(6a)을 사이에 끼운채 결합하여 반응로벽(7)과 상부 석영창(5) 및 하부 석영창(6)에 의해 반응실(A)이 형성되도록 한다. 상기 반응로벽(7)의 사방 내부에는 냉각수 라인(8)을 관통 설치하면서 뒷벽의 요홈부(7a)에는 외부의 가스 인젝터 포트(9), (9a)를 통하여 공정가스를 공급받아 반응실(A)로 배출하는 가스 인젝터(10)를 내설한다.The
또한 반응로 벽(7)의 앞쪽에는 간유리(11)에 의해 보호되는 게이트 밸브(12)를 설치하면서 그 아래쪽에는 배기구(13)를 설치하고 일측벽에는 연결통로(14a)에 의해 반응실(A)과 연결되는 캐패시턴스 마노미터(14)를 연결하여 내부 진공도를 측정하도록 한다.In addition, while installing the
동시에 열전대용 진공 매니폴트(15)를 설치하여 웨이퍼의 온도를 도면에 도시되지 않은 제어기로 공급하도록 하고, 저면의 하부 석영 투과창(6)과 하부 적외선 가열부(4)의 중앙으로 관통된 석영튜브(16a)를 통하여 하측의 파이로미터(16)과 연결하여 열원에서 발생하는 적외광의 영향을 배제한 웨이퍼의 순수 온도를 측정하도록 한 반응실(A)의 바닥에는 위치맞춤 구멍(17)과 위치 맞춤핀(18)에 의해 설치와 제거가 용이한 웨이퍼 트레이(19)를 고정하여 그 상면에 웨이퍼(20)를 올려놓도록 한 것이다.At the same time, a thermocouple vacuum manifold 15 is installed to supply the temperature of the wafer to a controller not shown in the figure, and the quartz penetrates into the center of the lower
이와같이 구성한 본 발명은 적외광을 장시간 안정하게 방출할 수 있는 상부 텅스텐 할로겐 램프(1)와 하부 텅스텐 할로겐 램프(2)를 상측과 서로 엇갈리게 평행으로 설치하고 각각 상부 석영창(5)과 하부 석영창(6)를 통하여 방출하도록 하여 빠른 가열속도와 높은 온도 균일도를 이루도록 한다.According to the present invention configured as described above, the upper tungsten halogen lamp 1 and the lower tungsten halogen lamp 2, which can stably emit infrared light for a long time, are installed to be alternately parallel to the upper side and the
그리고 양극 산화된 알루미늄판을 용접으로 연결하여 유독가스에 의한 부식이 방지되도록 한 직육면체 모양의 반응로벽(7)의 내부에는 냉각수 라인(8)을 관통시켜 냉각수의 순환에 의해 반응로를 비롯한 전체 시스템이 냉각되면서 반응로 벽면의 온도가 100℃ 이하로 유지되어 벽면에서의 증착을 방지한다.And through the cooling water line (8) through the inside of the rectangular parallelepiped reactor wall (7) to connect the anodized aluminum plate by welding to prevent corrosion by toxic gas, the entire reactor including the reactor by circulation of the cooling water As the system cools, the reactor wall temperature is kept below 100 ° C to prevent deposition on the wall.
한편, 반응로벽(7)의 상·하측에 결합된 상부 석영창(5)과 하부 석영창(6)은 투과율이 95% 이상인 두꺼운 특수 석영창을 채택하여 적외광의 흡수에 의한 가열 효율의 감쇠를 방지하면서 사이에 끼워진 O-링(3a), (4a), (5a), (6a)에 의해 1.0∼1.0E-3torr의 진공도에서 석영창이 파괴되는 것을 방지한다.On the other hand, the
반응실(A)의 체적이 1.9리터 정도로 소형으로 제작하여 공정가스의 순간적인 변화가 가능하도록 하면서 다단공정이 용이하도록 한다. 또한 게이트 밸브(12)의 안쪽에 간유리(11)를 설치하여 적외광의 투과에 의해 게이트 부분이 과열되면서 반응실(A)이 과열되는 것을 방지하면서 뒷벽의 뒷면과 측면에 가스 인젝터 포트(9), (9a)를 하나씩 설치하여 삽입식 진공 연결구에의 연결변경에 의해 여러종류(I형, T형, L형)의 가스인젝터(10)를 사용할 수 있도록 한다.The volume of the reaction chamber (A) is as small as 1.9 liters to facilitate the multi-step process while enabling instant changes in the process gas. In addition, by installing the interglass 11 inside the
한편, 가스인젝터(10)를 통하여 공급된 공정가스 중 잔여공정가스는 앞쪽의 다수의 배기구(13)를 통하여 균일하게 배출되도록 한다. 그러므로 본 발명을 분순물 이온의 활성화와 절연박막 물질의 형성에 이용하면서 웨이퍼(20)는 P형, 4인치, 표면방위 100, 6∼9ohm-㎝를 사용하고 As가스를 100KeV로 주입하여 950∼1150℃에서 10초간 실시한 다음에 표면저항과 균일도를 측정한 결과, 표면저항의 편차는 1% 미만으로 매우 양호하고 불순물 활성화 및 결합제거 후의 면저항 값들이 전기로에 의한 열처리(1000℃에서 30분)한후의 값보다 작거나 비슷하게 나타나므로 불순물 이온의 활성화에도 효율적으로 사용할 수 있음을 알 수 있다.On the other hand, the remaining process gas of the process gas supplied through the
그리고 웨이퍼의 온도 균일도를 열산화 막의 형성에 의한 산화막의 두께 측정으로 알아 본 결과 건조한 산소 분위기에서 1100℃, 30초 동안 산화시킨 실리콘 웨이퍼의 산화막 두께가 240Å 정도로서 산화막 형성이 매우 급격하게 일어나고, 이때의 산화막 두께의 편차는 2% 미만으로써 온도 균일도가 매우 양호한 상태이므로 얇은 산화막의 형성에도 유효한 것임을 알 수 있다.The temperature uniformity of the wafer was determined by the measurement of the thickness of the oxide film by the formation of the thermal oxide film. As a result, the oxide film was very rapidly formed in the silicon wafer which was oxidized at 1100 ° C. for 30 seconds in a dry oxygen atmosphere. Since the variation in the thickness of the oxide film is less than 2% and the temperature uniformity is very good, it can be seen that it is also effective in forming a thin oxide film.
따라서 본 발명은 첫째, 열처리 시간과 온도의 정밀한 조정으로 불순물 이온의 재분포를 최소화 하면서 결정격자의 손상을 잘 보상하며 주입된 불순물 이온을 충분히 활성화시켜 얇은 절연박막에 유효하게 사용된다. 둘째 빠른 가열속도와 높은 온도 균일도, 넓은 평형온도 범위 및 600℃ 이하의 저온조절 특성이 우수한 양면 가열형 급속열처리 수행이 가능하다. 세째, 유독가스에 의한 벽면의 부식을 방지하며 반응로 재질에 의한 오염을 배제한다. 네째, 공정가스의 순간적인 변환으로 다단공정이 가능하다. 다섯째, 반응로 벽면에서의 증착을 방지하면서 열적으로 고립된 웨이퍼의 급격한 온도변환이 가능하다. 여섯째, 잔여공정 가스의 균일한 배출이 가능하다. 일곱째, 웨이퍼의 급속가열에 의해 프리 크리닝 사이클(pre-cleaning cycle)과 증착된 박막의 포스트 아닐(post anneal)이 가능하다. 여덟째, 열원에서 발생하는 적외광의 영향을 배제하면서 웨이퍼의 정확한 온도를 측정할 수 있도록 한 급속열처리 장치용 양면 가열형 진공반응로 임을 알 수 있다.Therefore, the present invention is first used to effectively compensate for the damage of the crystal lattice while minimizing the redistribution of impurity ions by precisely adjusting the heat treatment time and temperature, and to sufficiently activate the implanted impurity ions to effectively use the thin insulating thin film. Second, it is possible to perform the double-sided heating type rapid heat treatment with excellent heating speed, high temperature uniformity, wide equilibrium temperature range, and low temperature control characteristic under 600 ℃. Third, it prevents corrosion of the wall by toxic gas and excludes contamination by reactor material. Fourth, multi-step process is possible by instantaneous conversion of process gas. Fifth, it is possible to rapidly change the temperature of the thermally isolated wafer while preventing deposition on the reactor wall. Sixth, uniform discharge of residual process gas is possible. Seventh, rapid heating of the wafer allows for a pre-cleaning cycle and post anneal of the deposited thin film. Eighth, it can be seen that it is a double-sided heating type vacuum reactor for rapid thermal processing apparatus capable of measuring the accurate temperature of the wafer while removing the influence of infrared light generated from the heat source.
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