CN105580119A - 热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热处理方法，其将多片半导体晶圆各自水平载置于以碳化硅覆盖的支撑构件上，并在纵型热处理炉内实行高温热处理，其中，该热处理方法的特征在于，将所述支撑构件，在第一条件或第二条件中任一种条件的高温热处理中持续使用了一定期间后，在所述第一条件和第二条件中的另一种条件的高温热处理中持续使用一定期间，以此方式将所述支撑构件与热处理条件切换来进行热处理；并且，所述第一条件的高温热处理，是以1000℃以上的温度，在含有稀有气体且不含有氧气的氛围下进行的热处理；所述第二条件的高温热处理，是以1000℃以上的温度，在含有氧气且不含有稀有气体的氛围下进行的热处理。由此，能够抑制滑移位错。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体晶圆的热处理方法，特别是涉及一种单晶硅晶圆的热处理方法。
背景技术
热处理技术被用于各种半导体制程中，已成为基本且重要的技术。例如，对于作为半导体基板来使用的单晶硅晶圆，为了改质结晶质量、扩散杂质、或在表层部分形成薄膜构造等目的，而实施热处理。
作为用于实施热处理的热处理装置，广泛使用一种将多片晶圆隔开规定的间隔并且同时处理这些晶圆的批次式的装置。特别是，以将晶圆支撑成水平的状态下将晶圆纵向配置的类型，被称为纵型炉。另外，以接近垂直的角度竖立的状态下横向配置的类型，被成为横型炉。
随着近年来晶圆的大直径化，大多采用纵型炉。在热处理炉内支撑晶圆的支撑构件被称为晶舟(ボート)，一般是采用石英制(石英晶舟)、或在SiC(碳化硅)材料的表面上实施了CVD-SiC覆盖(化学气相沉积碳化硅覆盖)而成的SiC制晶舟(SiC晶舟)。
特别是在高温热处理中，对热的耐久度高的SiC制的支撑构件被广泛使用。虽然支撑构件的形状有各种形状，但是作为纵型炉用的支撑构件，一般是使用下述形状的支撑构件：利用两片板状构件(顶板和底板)，将3根或4根垂直的支柱连结在一起，且在支柱的一部分形成有水平方向的沟。晶圆被载置且支撑于这些沟的水平面上。
被载置于这样的支撑构件上的单晶硅晶圆，例如在氩气或氧气的氛围下进行热处理。已知在该热处理时，从与支撑构件接触的部分会发生被称为滑移位错(スリップ転位，slipdislocation)的缺陷(参照专利文献1、专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2004-241545号公报
专利文献2：日本专利公开2005-101161号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
滑移位错是由于下述原因所形成的缺陷：以单晶硅晶圆接触到支撑构件时所产生的机械性损伤作为起点，再加上晶圆本身的重量所导致的应力、热变形时所产生的应力，进一步加上所承受的高温的热能，而导致硅结晶构造偏移数公厘到数公分的长度。
在使用了纵型炉的情况下，相较于横型炉，由于晶圆本身的重量被分散，晶圆面内的热分布的均匀性也较好，因此滑移位错有被抑制住的倾向。但是，即便是在使用了纵型炉的情况下，特别是在使用了SiC制的支撑构件的情况下，有时仍然会发生许多滑移位错。进一步，即便在所使用的支撑构件是基于同样的设计并制作而成的情况下，各个支撑构件的滑移位错的发生状况相异，且即便在支撑构件的使用初期没有发生滑移位错的情况下，由于长时间使用，支撑构件也有可能发生滑移位错。
本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于提供一种热处理方法，其能抑制滑移位错的发生。
(二)技术方案
为了实现上述目的，根据本发明，可提供一种热处理方法，其将多片半导体晶圆各自水平地载置于以碳化硅覆盖的支撑构件上，并在纵型热处理炉内实行热处理，其中，该热处理方法的特征在于，将所述支撑构件，在第一条件或第二条件中的任一种条件的热处理中持续使用了一定期间后，在所述第一条件和第二条件中的另一种条件的热处理中持续使用一定期间，以此方式将所述支撑构件与热处理条件切换来进行热处理；并且，所述第一条件的热处理，是以1000℃以上的温度，在含有稀有气体且不含有氧气的氛围下进行的热处理；所述第二条件的热处理，是以1000℃以上的温度，在含有氧气且不含有稀有气体的氛围下进行的热处理。
若是这样的热处理方法，则能够抑制用于载置半导体晶圆的支撑构件的表面的形状变化，从而能够以低成本来抑制滑移位错。
此时，优选将稀有气体设成氩气。进一步优选将第一条件和第二条件的热处理各自持续的所述特定期间，设成200小时以上且400小时以下。
这么做的话，能够以低成本来切实抑制滑移位错。
另外，优选将支撑构件与热处理条件的切换重复多次。
这么做的话，能够通过增加一个支撑构件的使用时间，来进一步减少成本。
(三)有益效果
在本发明中，由于是将支撑构件，在第一条件(1000℃以上，含有稀有气体且不含有氧气的氛围)、或第二条件(1000℃以上，含有氧气且不含有稀有气体的氛围)中的任一种条件的高温热处理中持续使用了一定期间之后，在所述第一条件和第二条件中的另一种条件的高温热处理中持续使用一定期间，以此方式将支撑构件与热处理条件切换来进行热处理，因此，能够抑制用于载置半导体晶圆的支撑构件的表面的形状变化，从而能够以低成本来抑制滑移位错。
附图说明
图1是能使用本发明的热处理方法的纵型热处理炉的一例的概略图。
图2是表示实施了实施例中氩气氛围下的高温热处理后的晶圆的滑移量的附图。
图3是表示实施了实施例中氧气氛围下的高温热处理后的晶圆的滑移量的附图。
具体实施方式
下面，针对本发明来说明实施方式，但本发明并不限定于此。
在本发明的热处理方法中，能够使用如图1所示的纵型热处理炉。
如图1所示，纵型热处理炉10具有反应室11，在反应室11的内部配置有支撑构件13(晶圆晶舟)。在反应室11的周围设置有加热器12。
能将多片半导体晶圆W各自水平地载置于支撑构件13上。例如，能够在构成支撑构件13的支柱的侧面，沿水平方向形成沟槽，并将该沟槽的下表面设为晶圆支撑面。晶圆支撑面例如能设成：形成于圆柱形的支柱上的半圆形的支撑面、或是形成于方柱形状的支柱上的长方形的支撑面。支撑构件13，至少在该晶圆支撑面上被耐热性高的SiC覆盖，从而能够防止在热处理中发生晶圆的金属污染的情况。SiC例如是以CVD(化学气相沉积)来覆盖。
支撑构件13以能从纵型热处理炉10中取出的方式来设置。因此，可将支撑构件13在载置有晶圆W的状态下配置于纵型热处理炉10中，也能将支撑构件13从纵型热处理炉10中取出。
热处理时，一边经由气体导入管14将气体导入反应室11，一边通过加热器12来加热晶圆W。被导入的气体从上方向下方流动并从气体排气管15被排出至外部。
在本发明的热处理方法的热处理条件中，有第一条件和第二条件，且这些条件与所使用的支撑构件13的组合会被决定。具体而言，以下述方式来切换支撑构件与热处理条件：在第一条件或第二条件中的任一种条件的高温热处理中，持续使用了支撑构件13一定期间后，在另一种条件的热处理中，持续使用支撑构件13一定期间。
此时，在相同的纵型热处理炉10中，可以一边持续使用相同的支撑构件一边改变热处理条件，由此来切换支撑构件与热处理条件。或者，也可以一边利用相同的热处理条件持续进行热处理，一边将所使用的支撑构件更换成已在其他条件下被使用过的支撑构件，由此来切换支撑构件与热处理条件。
像这样，通过切换支撑构件与热处理条件来实行热处理，能够如以下详述地那样抑制滑移位错。
第一条件的热处理，是以1000℃以上的温度，在含有稀有气体且不含有氧气的氛围下进行的热处理。第二条件的热处理，是以1000℃以上的温度，在含有氧气且不含有稀有气体的氛围下进行的热处理。第一条件的氛围的代表例是氩气氛围(Ar气体100％)。第二条件的氛围的代表例是氧气氛围(O2气体100％)。
第一条件和第二条件的热处理温度若是不到1000℃，由于滑移位错的发生会被抑制，因此无法充分获得本发明的效果。另一方面，通过设成1350℃以下的温度，能够切实地防止滑移位错大幅地增加，因此优选。
第一条件和第二条件的热处理各自持续的一定期间虽然没有特别限制，但是优选例如设为200小时以上且400小时以下。这期间若是200小时以上，能够抑制因支撑构件13的更换频率的增加而导致的成本增加。这期间若是400小时以下，则能够更切实地抑制滑移位错。
或者，也可以先测量热处理后的晶圆的滑移位错的量，并将这个量超过预先设定的阈值为止的期间作为上述一定期间。
此处，针对通过发明人的研究而明白的发生滑移位错的原因，在下面进行详细说明。
与晶圆接触的支撑构件的表面状态，会大幅影响滑移位错的发生。特别是由于实施了CVD-SiC覆盖的支撑构件的表面较为粗糙，因此若将晶圆载置于支撑构件上，晶圆会在微小的隆起状部上以点接触的方式被支撑。因此，被认为晶圆本身的重量所导致的内部应力会局部性地变大，而容易发生滑移位错。
因支撑构件的长期间持续使用而使得滑移位错的发生增加的现象，被认为是因为支撑构件的表面的粗糙形状变化所引起的。
在一般的热处理中，将一种高纯度的气体供给到炉内，或是将多种高纯度的气体混合并供给到炉内。作为用于半导体晶圆的热处理的代表性的气体，可以使用氧气、氮气、氢气、氩气等。到目前为止，因长期间使用而产生的支撑构件表面的形状变化，一直被认为是与这些气体种类无关的共通现象。实际上，利用氩气氛围和氧气氛围进行了热处理的情况的任一者中，都发现了在各自的支撑构件上滑移位错的发生有所增加。
但是，发明人在实际地详细调查热处理后的支撑构件的表面状态后，发现根据气体种类的不同，表面状态会产生差异。
原先在被CVD-SiC覆盖的支撑构件的表面上，存在有尺寸是1～5μm左右的粒块，粒块各自呈现尖锐的形状。像这样的支撑构件表面，若是在氩气等的稀有气体(惰性气体)氛围下长时间接受热处理的话，尖锐的粒块的前端部分会产生弧度。另一方面，若是在氧气氛围下长时间接受热处理的话，此前端部分会变成更尖锐的形状。这样，在氩气氛围与氧气氛围下所产生的前端形状的变化，各自显示出相反的倾向。
对此，滑移位错的发生被认为不管在哪一种氛围的情况下都有增加的倾向。乍看之下被认为是互相矛盾，但可以如以下般地解释。
在稀有气体氛围下长时间实施热处理的情况，如上述，由于在支撑构件表面上的粒块的前端部分会变得带有弧度，因此与该前端部分接触的接触面积会增加。由此，晶圆与支撑构件彼此在横向上偏移时的摩擦会变大。实际上，热处理中的晶圆会因热膨胀而相对于支撑构件在横向上偏移。被认为此时摩擦小的话，两者会变得平滑地偏移，但若摩擦大的话，则到开始偏移为止的横向的应力增加，且会因为此应力而导致滑移位错增加。
对此，在氧气氛围下，由于粒块的前端部分尖锐化，因此每一个点的接触面积较低而摩擦也较低。但是，被认为在各接触点中的因晶圆本身的重量所导致的垂直方向的应力集中增加，且会因为该应力而导致滑移位错增加。
像这样，滑移位错的恶化机制在稀有气体氛围和在氧气氛围这两种氛围下是不同的，且各自有相反的特征。
因此，若是如本发明这样，切换所使用的支撑构件与热处理条件来进行热处理的话，能使支撑构件表面的粒块的形状变化，在圆弧形状与尖锐形状之间进行切换，换言之，对于表面状态能产生再生效果。如此一来，基于上述粒块的形状变化，能够有效地降低滑移位错的发生。若是这样的方法，只要切换所使用的支撑构件与热处理条件就能抑制滑移位错，因此与使用新制品来替换支撑构件的情况相比，能够以低成本来实施，同时也能够提高生产性。
实施例
下面，示出本发明的实施例及比较例来更具体地说明本发明，但本发明并不限定于此。
(实施例)
依据本发明的热处理方法，进行单晶硅晶圆的高温热处理。使用两个如图1所示的纵型热处理炉，在各自的纵型热处理炉中，分别进行第一条件的热处理和第二条件的热处理。设置在两个纵型热处理炉中的支撑构件，是设成被CVD-SiC覆盖的4点支撑型的SiC制且是同一样式的支撑构件。
第一条件的高温热处理是以下述条件来实施：氩气氛围、最高温度是1200℃、最高温度的保持时间是1小时，且包含在最高温度的保持时间前后的升降温的步骤。第二条件的高温热处理是以下述条件来实施：氧气氛围、最高温度是1050℃、最高温度的保持时间是1小时，且包含在最高温度的保持时间前后的升降温的步骤。
第一条件和第二条件的热处理各自持续300小时后，将2个纵型热处理炉之间的支撑构件交换，进一步持续各自进行相同条件的热处理。并且调查此期间内的滑移位错的发生状况。作为滑移位错的评价方法，是根据X光衍射影像来判断滑移位错，并将晶圆中所含有的滑移位错的机率作为滑移量来加以量化。
在图2中表示实施了第一条件的高温热处理后的晶圆的滑移量与处理批次数之间的关系。在图3中表示实施了第二条件的高温热处理后的晶圆的滑移量与处理批次数之间的关系。此外，图2、图3的横轴的处理批次数，是设成每个批次都相当于10次热处理来表示；另外，省略了支撑构件的使用初期的一部分数据，而只表示从滑移位错开始增加的前面一点的时点起的数据。
在图2与图3的任一者中，都显示了虽然在支撑构件的使用初期，滑移量少，但是之后，由于持续长时间使用，因此滑移量增加。在图2与图3中所示的虚线是表示交换了支撑构件的时间点，这个时间点之后，各自的滑移量大幅减少。另外，此减少效果在之后也持续了很长的期间。
像这样，可以确认到依据本发明的热处理方法，通过切换支撑构件与热处理条件来进行热处理，能够降低滑移位错。
此外，预测在如先前所述那样不进行切换而继续使用支撑构件的情况下，滑移位错会进一步持续增加。
此外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为例示，只要是与本发明的权利要求书所记载的技术思想实质上具有相同构成，并能实现同样作用功效者，无论何者都包含于本发明的技术范围中。
Claims (4)
1.一种热处理方法，其将多片半导体晶圆各自水平载置于以碳化硅覆盖的支撑构件上，并在纵型热处理炉内实行热处理，其中，该热处理方法的特征在于，
将所述支撑构件，在第一条件或第二条件中的任一种条件的热处理中持续使用了一定期间后，在所述第一条件和第二条件中的另一种条件的热处理中持续使用特定期间，以此方式将所述支撑构件与热处理条件切换来进行热处理；
并且，所述第一条件的热处理，是以1000℃以上的温度，在含有稀有气体且不含有氧气的氛围下进行的热处理；所述第二条件的热处理，是以1000℃以上的温度，在含有氧气且不含有稀有气体的氛围下进行的热处理。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，将所述稀有气体设成氩气。
3.根据权利要求1和2所述的热处理方法，其特征在于，将所述第一条件和第二条件的热处理各自持续的所述一定期间，设成200小时以上且400小时以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热处理方法，其中，将所述支撑构件与热处理条件的切换重复多次。
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