Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR TESTING AND ADJUSTING A LAMP HEATING INSTALLATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/107414
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a method for testing a silicon wafer lamp heating installation (RTP) or the like designed to operate in a range of 600 to 800 °C which consists in: depositing in the installation a testing wafer, subjecting it to a heat treatment, then verifying the treatment results and in particular the temperatures reached at the wafer by analyzing said wafer after treatment. The invention is characterized in that the test wafer is a silicon wafer subjected to a surface boron implantation and the temperatures reached by the test wafer are determined by measuring sheet resistance in various points of said wafer.

More Like This:
Inventors:
JULIEN FRANCK (FR)
CIRES JEROME (FR)
RIPOCHE VINCENT (FR)
Application Number:
PCT/FR2003/001771
Publication Date:
December 24, 2003
Filing Date:
June 12, 2003
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ST MICROELECTRONICS SA (FR)
JULIEN FRANCK (FR)
CIRES JEROME (FR)
RIPOCHE VINCENT (FR)
International Classes:
H01L21/265; H01L21/324; H01L21/66; H01L21/77; H01L23/544; H05B1/00; (IPC1-7): H01L21/66; H01L23/544
Foreign References:
US6015717A2000-01-18
US6247842B12001-06-19
US6033922A2000-03-07
US5970313A1999-10-19
US6065869A2000-05-23
US6136613A2000-10-24
Attorney, Agent or Firm:
De Beaumont, Michel (1 rue Champollion, Grenoble, FR)
Download PDF:
Claims:
REVENDICATIONS
1. Procédé de test d'une installation de chauffage par lampes (RTP) de plaquette de silicium ou analogue destinée à fonctionner dans une plage de 600 à 800°C consistant à disposer dans l'installation une plaquette de test, à la soumettre à un traitement thermique, puis à vérifier les résultats du traitement et notamment les températures atteintes au niveau de la plaquette en analysant cette plaquette après traitement, caractérisé en ce que la plaquette de test est une plaquette de silicium ayant subi une implantation superficielle de bore et en ce que les températures atteintes par la plaquette de test sont déterminées en mesurant en différents points de cette plaquette la résistance de couche.
2. Plaquette de test pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'implantation de bore est effectuée à une dose de 5. 1014 à 5. 1015 ions/cm2, sous une énergie de 5 à 15 keV.
3. Plaquette de test pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'implantation de bore est effectuée à une dose de 1015 ions/cm2, sous une énergie de 10 keV.
4. Procédé de test selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique de la plaquette de test est réalisé sous une atmosphère d'azote.
5. Procédé de test selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette de test est soumise à un recuit à une température de l'ordre de 710 à 750°C, de préférence à 730°C.
6. Procédé de réglage d'une installation de chauffage par lampes utilisant le procédé de test selon la revendication 1, carac térisé en ce que, après l'opération de test et de mesure des résul tats, ces résultats sont utilisés pour régler des sondes de tempé rature ellesmmes destinées à asservir l'énergie appliquée à des lampes de chauffage, par zone de chauffage.
7. Installation de chauffage par lampes caractérisée en ce qu'elle est réglée par le procédé de réglage de la revendication 6.
Description:
PROCÉDÉ DE TEST ET DE RÉGLAGE D'UNE INSTALLATION DE CHAUFFAGE PAR LAMPES Dans de nombreux domaines, on utilise des instal- lations à chauffage par lampes pour élever en température très rapidement et de façon très précise la surface d'un élément à traiter, par exemple une plaquette de silicium. Ces installations sont destinées à effectuer des traitements dits de recuit thermique rapide ou RTP.

La figure 1 représente très schématiquement une telle installation. Une plaquette de silicium 1 est placée sur un anneau 2, lui-mme monté sur un cylindre 3. Sous la plaquette est disposé un réflecteur 4. Un ensemble de lampes 6 est placé au-dessus de la plaquette, par exemple une centaine de lampes disposées en cercles concentriques, ces lampes pouvant tre alimentées indépendamment par cercles ou groupes de cercles adjacents. Le réflecteur 4 est destiné à collecter les radia- tions infrarouges émises par la plaquette de silicium 1. Des moyens sont prévus pour entraîner en rotation le cylindre 3 et donc la plaquette 1.

Il importe que la plaquette soit chauffée très unifor- mément sur toute sa surface. Pour cela, on prévoit des moyens d'asservissement comprenant des sondes pyrométriques 8, par exemple au nombre de six, montées dans le réflecteur 4. Les

signaux des sondes 8 sont transmis par des fibres optiques 9 à un contrôleur 10 qui sert à asservir l'énergie fournie par l'ensemble de lampes 6. Cette connexion d'asservissement est illustrée par un simple bus 11. On comprendra qu'il existe des connexions vers des ensembles annulaires de lampes. Etant donné que l'on veut atteindre des températures très uniformes et très précises sur toute la face supérieure de la tranche, il importe que les indications de température données par les sondes 8 soient bien connues et bien précises. Or, en pratique, les sondes sont soumises à des dérives et à des variations d'une sonde à l'autre.

Ainsi, de façon classique, dans une installation de chauffage par lampes du type de celle de la figure 1, on procède périodiquement à une phase de vérification et d'étalonnage dans plusieurs gammes de températures. Pour cela, on place dans l'installation une plaquette de test 1 que l'on soumet à un RTP.

Par exemple, on procédera à une montée en température de quelques secondes puis à un chauffage d'une durée de quelques dizaines de secondes. La plaquette de test est telle que, après avoir été soumise au traitement, elle peut tre analysée point par point, l'analyse indiquant à quelle température ses dif- férents points ont été soumis. Une fois cette analyse effectuée, on comprend que l'on peut régler les sondes de température 8 par une action correctrice sur l'appareil de contrôle 10.

Pour des opérations de chauffage à haute température, de l'ordre de 1000 à 1200°C, couramment utilisées dans le domaine des semiconducteurs pour réaliser des activations de dopants, on utilise des plaquettes de test dopées à l'arsenic. La mesure de la résistance de couche (Q/g) en différents points de la plaquette donne une indication de l'échauffement subi par les points considérés. On utilise également des plaquettes sur lesquelles on fait croître un oxyde thermique. Les variations d'épaisseur d'oxyde donnent également une indication de réchauffement subi.

Toutefois, on tend à utiliser de plus en plus les installations de chauffage par lampes dans des plages de températures relativement basses, par exemple de l'ordre de 600 à 800°C. Par exemple, dans le domaine de la fabrication des semiconducteurs, ces températures sont utilisées pour réaliser des recuits d'alliage pour la formation de siliciures tels que TiSi2 et CoSi2, ceci ne constituant bien entendu qu'un exemple d'application possible. Dans ces plages de températures, les plaquettes implantées à l'arsenic ne donnent pas de résultats suffisamment sensibles (la variation de résistance de couche en fonction de l'échauffement subi est trop faible). De mme, il n'est pas possible dans ces plages de températures d'obtenir des croissances d'oxyde significatives. On a donc développé de nouveaux types de plaquettes de test, par exemple une plaquette de silicium revtue de titane de sorte que, par suite d'un chauffage, un phénomène de siliciuration se produit. Toutefois, ceci ne permet pas d'obtenir des tests précis et suffisamment sensibles, les résultats ne dépendant pas que de l'échauffement.

Ainsi, la demanderesse a cherché à développer un nouveau type de plaquette de test dont les résultats soient significatifs dans la plage de températures de 600 à 800°C, c'est-à-dire que l'on observe une grande variation du paramètre étudié pour une faible variation de température.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir une telle structure de test à très faible dispersion, c'est-à- dire qui, si la plaquette est chauffée uniformément, donne de mmes résultats en tous les points de la plaquette.

Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit d'utiliser une plaquette de test ayant subi une implantation de bore et pouvant tre utilisée dans une plage de températures de l'ordre de 700 à 750°C, ce qui donne un bon réglage s'appliquant dans une large plage de températures, par exemple de l'ordre de 600 à 800°C.

Plus particulièrement la présente invention prévoit un procédé de test d'une installation de chauffage par lampes (RTP) de

plaquette de silicium ou analogue destinée à fonctionner dans une plage de 600 à 800°C consistant à disposer dans l'installation une plaquette de test, à la soumettre à un traitement thermique, puis à vérifier les résultats du traitement et notamment les températures atteintes au niveau de la plaquette en analysant cette plaquette après traitement. Selon l'invention, la plaquette de test est une plaquette de silicium ayant subi une implantation superficielle de bore et les températures atteintes par la plaquette de test sont déterminées en mesurant en différents points de cette plaquette la résistance de couche.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'implantation de bore est effectuée à une dose de 5. 1014 à 5. 1015 ions/cm2, sous une énergie de 5 à 15 keV.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'implantation de bore est effectuée à une dose de 1015 ions/cm2, sous une énergie de 10 keV.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le traitement thermique de la plaquette de test est réalisé sous une atmosphère d'azote.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, la plaquette de test est soumise à un recuit à une température de l'ordre de 710 à 750°C, de préférence à 730°C.

La présente invention vise aussi un procédé de réglage d'une installation de chauffage par lampes utilisant le procédé de test ci-dessus, dans lequel, après l'opération de test et de mesure des résultats, ces résultats sont utilisés pour régler des sondes de température elles-mmes destinées à asservir l'énergie appliquée à des lampes de chauffage, par zone de chauffage.

La présente invention vise aussi une installation de chauffage par lampes réglée par le procédé de réglage ci-dessus.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

la figure 1 représente de façon schématique une instal- lation de chauffage par lampes ; et la figure 2 illustre des caractéristiques d'une plaquette de test selon l'invention.

La présente invention propose d'utiliser comme plaquette de test une plaquette de silicium de type N très peu dopée ayant subi une implantation de bore dans une plage de 5. 1014 à 5. 1015 ions par cm2 sous une énergie d'implantation de 5 à 15 keV. Les exemples ci-après seront donnés pour une plaquette de silicium ayant subi une implantation de bore à 1015 ions/cm2 sous une énergie de 10 keV. Cette plaquette est par exemple chauffée pendant deux secondes pour monter sa température à 400°C puis pendant 20 secondes pour monter et maintenir sa température à une valeur souhaitée. De préférence, le traitement thermique est effectué en présence d'azote, à pression atmosphérique. Le débit est par exemple de 10 litres d'azote par minute. La plaquette est seulement recouverte d'une couche d'oxyde natif d'une très faible épaisseur, typiquement de l'ordre de 1 à 1,5 nm. Une fois que la plaquette a subi le traitement thermique, on l'analyse en de nombreux points par un analyseur de résistance à quatre pointes fournissant de façon classique une indication de la résistance par carré du point ou zone étudié. Typiquement, dans le cas de la fabrication de circuits intégrés, les plaquettes de silicium auront des diamètres de 150 à 400 millimètres.

En figure 2, la courbe 20 illustre la résistance par carré d'une plaquette selon l'invention en fonction de la température de traitement à laquelle elle a été soumise. On voit que les résis- tances mesurées pour des plaquettes ayant subi des traitements de recuit thermique rapide (RTP) respectifs à des températures ayant des valeurs choisies entre 710 et 750°C sont comprises entre 1400 et 1050 Q/D, une valeur de résistance étant caractéristique d'un traitement à une température déterminée. On voit également que la variation de résistance est sensiblement linéaire et importante, de l'ordre de 8,5 Q/O par °C. Cette sensibilité est beaucoup plus élevée que celle des plaquettes de

test actuellement connues, notamment dans la plage de tempé- ratures considérée.

En outre, en figure 2, la courbe 22 illustre la dispersion de résistance mesurée. Cette dispersion est définie comme étant la différence entre la plus grande valeur de résistance et la plus faible valeur de résistance mesurée sur une mme plaquette de test, divisée par la valeur moyenne de la résistance. On voit que cette dispersion est de l'ordre de 4% et surtout qu'elle est constante quelle que soit la température de traitement. Ceci signifie que le résultat obtenu pour une tempé- rature est extrapolable à d'autres températures.

Pour le réglage d'une installation à chauffage par lampes, on placera la plaquette de test dans l'installation, on la soumettra à un RTP devant normalement l'amener à une tempé- rature choisie, puis on mesurera la résistance par carré obtenue.

On pourra ainsi en déduire la température réelle que la plaquette a atteinte dans ses diverses zones.

Une fois ce résultat connu, on pourra réétalonner les sondes 8 pour que l'installation fournisse de façon sûre des résultats prévus. En pratique on prévoira un protocole de test fixe, dans lequel on réglera l'installation pour une température fixée à l'avance, par exemple 730°C. On saura alors que l'instal- lation est réglée pour une assez large plage de températures, par exemple de 600 à 800°C.

Ainsi, l'invention vise un procédé de test et d'étalon- nage précis d'une installation de chauffage par lampes.

Bien entendu, la présente invention vise également un appareil de chauffage par lampes ayant été réglé par le procédé selon la présente invention en utilisant la plaquette de test dopée au bore selon l'invention.

Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec un exemple particulier d'installation de chauffage par lampes, on notera qu'elle s'applique à tout type d'instal- lation de chauffage rapide.

Par ailleurs, bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement dans le cas où l'installation de chauffage par lampes est destinée à chauffer des plaquettes de silicium dans le but de fabriquer des circuits semiconducteurs, on notera qu'elle s'applique à tout autre type de substrat et d'application.