JP2001148352A

JP2001148352A - 半導体ウェーハ熱処理炉およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処理方法

Info

Publication number: JP2001148352A
Application number: JP32985999A
Authority: JP
Inventors: Koji Araki; 浩司荒木
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】炉芯管内に導入された金属不純物が半導体ウェ
ーハに付着するのを抑制し、半導体ウェーハに付着する
金属汚染量が少ない高純度の熱処理半導体ウェーハが得
られる熱処理炉およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処
理方法を提供する。【解決手段】ヒータ２により加熱され外部からプロセス
ガスＧが導入される炉本体３と、この炉本体３に収納さ
れた炉芯管５内に収納され、半導体ウェーハＷ搭載用の
熱処理用治具６と、半導体ウェーハＷと非接触状態で炉
芯管５内に配置され、水平面で複数個に分割された遮断
ブロック７とを有する半導体ウェーハ熱処理炉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱処理炉およびこれ
を用いた半導体ウェーハ熱処理方法に係わり、特に半導
体ウェーハへの金属汚染量を低減する熱処理炉およびこ
れを用いた半導体ウェーハ熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、酸
化、拡散はじめ多数の熱処理工程があり、この熱処理工
程毎に複数の半導体ウェーハを縦型ウェーハボートに搭
載し、多数の半導体ウェーハが搭載された縦型ウェーハ
ボートを縦型熱処理炉に収納し、加熱して熱処理を行っ
ている。

【０００３】例えば、シリコンウェーハＷの表面のＯＳ
Ｆ（酸化により誘起される積層欠陥）、ＬＰＤ（集光ラ
ンプでウェーハをみた時に輝点として観察される欠
陥）、ＣＯＰ（ＣｒｙｔｉｃａｌＯｒｉｇｉｎａｌ
Ｐａｒｔｉｃｌｅ）の大幅な低減、表層の酸素濃度減
少、ＢＭＤ（ＢｕｌｋＭｉｃｒｏＤｅｆｅｃｔ）の
低減を図る目的でプロセスガスを用い、シリコンウェー
ハを高温熱処理する方法がある。

【０００４】図８に示すように、縦型熱処理炉２１は、
炉本体２２内にヒータ２３、均熱管２４、炉芯管２５、
炉口２６、保温体２７、プロセスガスＧの導入管２８、
排気管２９から構成されており、これら各部材２２〜２
９には、ＳｉＣ、石英ガラス、金属（ＳＵＳ系）などが
使用されている。

【０００５】上記シリコンウェーハＷの欠陥を低減し
て、電気特性を向上させるには、１０００℃以上でシリ
コンウェーハを熱処理する必要がある。

【０００６】しかし、熱処理温度が高温になるほど、ま
た、同一温度においても熱処理時間が長いほど、各部材
２２〜２９からの金属汚染量が増大する問題がある。

【０００７】この問題の原因は、熱処理温度が高いほ
ど、炉芯管２５、もしくはその他の炉構成部材から放出
される金属不純物量が多くなることから、炉芯管２５か
ら炉内に導入される金属不純物も増加するためと考えら
れている。

【０００８】各構成部材２２〜２９では、特に炉芯管２
５の純度がシリコンウェーハＷの汚染レベルに大きく影
響を及ぼす一つの要因となっている。そのため、炉芯管
２５を一層高純度化する必要があり、熱処理コストを増
加させる結果となっている。

【０００９】上記の通り、高温熱処理では、炉芯管２５
および他の構成部材からの金属不純物の影響が大きくな
るため、炉芯管２５内に導入された金属不純物が、シリ
コンウェーハＷに接触する前に金属不純物を炉外に放出
することが望ましいが、現在までのところ、炉芯管２５
に導入された金属不純物がシリコンウェーハＷに付着す
るのを抑制する手段は確立されていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、炉芯管内に導
入された金属不純物が半導体ウェーハに付着するのを抑
制し、半導体ウェーハに付着する金属汚染量が少ない高
純度の熱処理半導体ウェーハが得られる熱処理炉および
これを用いた半導体ウェーハ熱処理方法が要望されてい
る。

【００１１】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、炉芯管内に導入された金属不純物が半導体ウェ
ーハに付着するのを抑制し、半導体ウェーハに付着する
金属汚染量が少ない高純度の熱処理半導体ウェーハが得
られる熱処理炉およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処
理方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、ヒータにより加熱さ
れ外部からプロセスガスが導入される炉本体と、この炉
本体に設けられた炉芯管と、この炉芯管内に収納された
半導体ウェーハ搭載用の熱処理用治具と、半導体ウェー
ハを非接触状態で囲繞するように配置された遮断ブロッ
クとを有し、この遮断ブロックは水平面で複数個に分割
された筒状部材を積層して形成された筒状体であること
を特徴とする半導体ウェーハ熱処理炉であることを要旨
としている。

【００１３】本願請求項２の発明では、上記筒状部材
は、幅広部材とこの幅広部材よりも幅が狭い幅狭部材と
からなり、この幅狭部材と幅広部材が交互に積層されて
いることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉である
ことを要旨としている。

【００１４】本願請求項３の発明は、ヒータにより加熱
され外部からプロセスガスが導入される炉本体と、この
炉本体に設けられた炉芯管と、この炉芯管内に収納され
た半導体ウェーハ搭載用の熱処理用治具と、半導体ウェ
ーハを非接触状態で囲繞するように配置された遮断ブロ
ックとを有し、この遮断ブロックは幅広部材とこの幅広
部材よりも幅が狭い幅狭部材とが交互に配置され、かつ
一体的に形成されたことを特徴とする半導体ウェーハ熱
処理炉であることを要旨としている。

【００１５】本願請求項４の発明では、上記遮断ブロッ
クは、高純度耐熱性部材からなることを特徴とする請求
項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ熱
処理炉であることを要旨としている。

【００１６】本願請求項５の発明では、上記高純度耐熱
性部材は、シリコン、石英、炭化珪素、カーボンのいず
れかで形成されていることを特徴とする請求項４に記載
の半導体ウェーハ熱処理炉であることを要旨としてい
る。

【００１７】本願請求項６の発明は、熱処理炉に設けら
れた炉芯管内に、半導体ウェーハが搭載された熱処理用
治具、および半導体ウェーハに非接触状態で、水平面で
複数個に分割された筒状部材を積層して形成された筒状
体の遮断ブロックを収納し、熱処理炉を加熱しプロセス
ガスを導入して、半導体ウェーハを熱処理することを特
徴とする半導体ウェーハ熱処理方法であることを要旨と
している。

【００１８】本願請求項７の発明では、上記筒状部材
は、幅広部材とこの幅広部材よりも幅が狭い幅狭部材と
からなり、この幅狭部材と幅広部材が交互に積層されて
いることを特徴とする請求項６に記載の半導体ウェーハ
熱処理方法であることを要旨としている。

【００１９】本願請求項８の発明は、熱処理炉に設けら
れた炉芯管内に、半導体ウェーハが搭載された熱処理用
治具、および半導体ウェーハに非接触状態で、幅広部材
とこの幅広部材よりも幅が狭い幅狭部材とが交互に配置
され、かつ一体的に形成された筒状体の遮断ブロックを
収納し、熱処理炉を加熱しプロセスガスを導入して、半
導体ウェーハを熱処理することを特徴とする半導体ウェ
ーハ熱処理方法であることを要旨としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる半導体ウェ
ーハ熱処理炉およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処理
方法の実施形態について添付図面に基づき説明する。

【００２１】図１に示すように、本発明に係わる半導体
ウェーハ熱処理炉、例えば縦型熱処理炉１は、ヒータ２
により加熱される炉本体３と、この炉本体３に設けられ
た均熱管４と、この均熱管４内に収納された石英ガラス
製の炉芯管５と、この炉芯管５内に収納され、シリコン
ウェーハＷ搭載用の熱処理用治具、例えば縦型ボート６
と、この縦型ボート６と炉芯管５間に介在する遮断ブロ
ック７とを有している。

【００２２】縦型ボート６は石英ガラス製で、図２およ
び図３に示すように、ボート基板６ａと、このボート基
板６ａに離間して植設され、多数のウェーハ支持溝６ｂ
が設けられた４本の支柱６ｃと、この支柱６ｃに取付け
られた天板６ｄとで形成され、支柱６ｃ間および離間し
て搭載された多数のシリコンウェーハＷ間をプロセスガ
スＧが容易に流れるようになっている。

【００２３】遮断ブロック７は、また、図２および図３
に示すように、シリコンウェーハＷおよび縦型ボート６
との間に空隙ｇ_１が形成されるように非接触状態で、さ
らに、炉芯管５とは空隙ｇ_２が形成されるように配置さ
れており、かつ、縦型ボート６を囲繞するような筒状体
であり、この筒状体は、例えば円筒形状をなしている。

【００２４】なお、空隙ｇ_１はシリコンウェーハＷの汚
染防止のために必ず設ける必要があるが、空隙ｇ_２は必
要により設ければよく、空隙ｇ_２を設けることにより、
炉芯管５から放出される金属汚染物を空隙ｇ_２を流れる
プロセスガスＧと共に排気管９から炉本体３外に速やか
に排出することができる。

【００２５】このように遮断ブロック７を、シリコンウ
ェーハＷと非接触状態で、かつ、シリコンウェーハＷの
外周よりも外側に配置する理由は、従来、熱処理後の金
属汚染量を化学分析および物理分析した場合に、シリコ
ンウェーハＷ面内で中央部に比べて外周部の方が、純度
レベルが悪く、炉芯管５内部へ導入された金属不純物の
影響を強く受けるので、シリコンウェーハＷの外周部に
付着するおそれのある金属不純物を遮断または捕獲する
ためである。

【００２６】また、シリコンウェーハＷに接触しないよ
うに配置する理由は、炉芯管５の内部の雰囲気に含まれ
る金属不純物が遮断ブロック７に蓄積した場合に、シリ
コンウェーハＷへの逆汚染が懸念されるためである。

【００２７】また、遮断ブロック７は、図４に示すよう
に、水平面で複数個に分割された筒状部材７ａを積層し
て形成されており、筒状部材７ａは、扁平リング形状の
幅広部材７ａ１と、この幅広部材７ａ１よりも幅が狭い
リング形状の幅狭部材７ａ２で構成され、交互に積層さ
れ、通気孔７ｃが設けられた筒状基台７ｂに載置されて
筒状体が形成されるようになっている。

【００２８】さらに、遮断ブロック７は、高純度耐熱性
部材を用い、例えば耐熱性に優れプロセス材料として多
く利用されているシリコン、炭化珪素、石英、カーボン
などを用いることが好ましく、金属汚染の影響をできる
だけ小さくするように、シリコンを用いるのが最も好ま
しい。

【００２９】なお、遮断ブロック７１は、図５に示すよ
うに、同一断面形状を有する円筒状部材７１ａを積層し
た円筒体を形成してもよく、また図６に示すように、遮
断ブロック７２は、同一断面形状を有する矩形筒状部材
を積層した矩形筒状体であってもよい。

【００３０】炉芯管５の上部５ｕには給気管８が設けら
れ、また、炉下部１ｄには排気管９が設けられており、
給気管８から炉芯管５に導入されたプロセスガスＧは、
シリコン半導体ウェーハＷ間を流れたのち、排気管９か
ら排気されるようになっている。

【００３１】また、縦型熱処理炉１の下方には、炉口１
ａに当接する基台１０が設けられており、この基台１０
には、縦型ボート６、遮断ブロック７が載置される保温
体１１とが載置されている。

【００３２】次に本発明に係わる熱処理炉を用いた半導
体ウェーハの熱処理方法を説明する。

【００３３】図１に示すように、基台１０に保温体１１
を載置し、さらに、この保温体１１に筒状基台７ｂを載
置し、しかる後、シリコンウェーハＷが搭載された縦型
ボート４が筒状基台７ｂを遊嵌挿通した状態で、縦型ボ
ート４を保温体１１に載置する。さらに適宜取扱い易い
個数だけ、交互に積層された幅広部材７ａ１および幅狭
部材７ａ２を縦型ボート４に外挿し、この外挿作業を繰
返し、幅広部材７ａ１および幅狭部材をほぼ縦型ボート
４と同じ高さまで、積層し、円筒形状の遮断ブロック７
を形成する。

【００３４】このように遮断ブロック７は、水平面で複
数個に分割された筒状部材７ａを積層して形成されてい
るので、適宜の高さに分割して、積層し、半導体ウェー
ハを囲繞することができ、ウェーハボート６の挿脱作業
が容易になる。

【００３５】しかる後、基台１０をリフト（図示せず）
により上昇させて、保温体１１に載置された縦型ボート
４および遮断ブロック７を炉芯管５に気密的に収納す
る。次にヒータ２に通電して炉本体３を加熱し、炉本体
３が所定温度に達した後、プロセスガスＧを供給管８か
ら炉芯管５内に供給する。この状態を維持しながら、モ
ータ（図示せず）を駆動させて基台１０、保温体１１お
よびウェーハボート４を回転させ、均一な熱処理を行な
う。

【００３６】この熱処理工程において、給気管８から導
入されたプロセスガスＧは、その大部分が縦型ボート４
およびシリコンウェーハＷと遮断ブロック７に形成され
た空隙ｇ_１およびシリコンウェーハＷ間、通気孔７ｃを
通って炉下部１ｄに流れ、一部が空隙ｇ_２を通って、炉
下部１ｄに流れて、排気管９から、炉本体３外に排出さ
れる。

【００３７】一方、熱処理は高温で行われるので、縦型
ボート４、炉芯管５および給気管８に微量に含まれる金
属不純物が放出され、給気管８から導入されたプロセス
ガスＧに元々含まれていた金属不純物と共に炉芯管５内
のプロセスガスＧ中に存在するようになる。

【００３８】しかし、遮断ブロック７がシリコンウェー
ハＷと非接触の状態で近接して配置されているので、プ
ロセスガスＧに含まれる金属不純物は、遮断ブロック７
のシリコンにより捕獲され、シリコンウェーハＷと接触
するプロセスガスＧ中の金属不純物は激減し、シリコン
ウェーハＷ表面に付着する金属汚染量も低減する。

【００３９】また、遮断ブロック７は、幅広部材７ａ１
と幅狭部材７ａ２とが交互に積層されて形成されている
ので、幅狭部材７ａ１と幅広部材７ａ２との凹凸によ
り、プロセスガスＧとの接触面積は増大し、金属不純物
は確実に捕獲され、また、プロセスガスＧを幅広部材７
ａ１で半導体ウェーハＷ方向にガイドして、プロセスガ
スＷを半導体ウェーハＷ間にスムーズに流し、さらに、
適宜の高さに分割して積層することにより、半導体ウェ
ーハを囲繞することができ、ウェーハボート６の挿脱作
業が容易になる。また、遮断ブロック７の製造も容易で
ある。

【００４０】さらに、遮断ブロック７は、筒状体で円筒
形状であり、遮断ブロック７外周に位置する炉芯管５か
ら放出される金属不純物は、確実に遮断され、金属不純
物の大部分はシリコンウェーハ面には到達せず、空隙ｇ
_２を降下するプロセスガスＧと共に、排気管９から、炉
本体３外に排出されるので、シリコンウェーハＷと接触
するプロセスガスＧ中の金属不純物は、低減され、シリ
コンウェーハＷの金属汚染も一層低減される。

【００４１】また、遮断ブロック７は、シリコンで形成
されているので、遮断ブロック７自身からの金属汚染が
なく、確実に金属不純物の遮断と捕獲が行える。

【００４２】なお、上述した実施形態においては、遮断
ブロックは、筒状体であり、複数個に分割された筒状部
材を積層して形成された筒状体について説明したが、筒
状体は一体的に形成されたものであっても、炉芯管内の
金属不純物を捕獲でき、半導体ウェーハ表面に付着する
金属汚染量を低減することができる。

【００４３】

【実施例】ＣＺ法により製造した直径８インチ、Ｐタイ
プ、結晶方位（１００）のシリコン単結晶より切出した
シリコンウェーハを、シリコン製遮断ブロック（実施例
１）および石英ガラス製遮断ブロック（実施例２）を組
込んだ本発明に係わる熱処理炉を用いて熱処理し、シリ
コンウェーハの表面金属汚染を化学分析し、従来例と比
較した。

【００４４】（結果）：図７に分析結果を示す。

【００４５】実施例１では、シリコンウェーハ表面に付
着する各金属元素は、従来例に比べて５０％に低減して
おり、特にＦｅにあっては、３０％に激減している。

【００４６】また、実施例２では、各金属元素共、従来
例に比べて７０％に低減している。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理炉
およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処理方法によれ
ば、炉芯管内に導入された金属不純物がシリコンウェー
ハに付着するのを抑制し、半導体ウェーハへの金属汚染
量を低減する熱処理炉およびこれを用いた半導体ウェー
ハ熱処理方法を提供することができる。

【００４８】すなわち、半導体ウェーハを非接触状態で
囲繞するように配置され、水平面で複数個に分割された
筒状部材を積層して形成された筒状体の遮断ブロックを
有するので、プロセスガスによりシリコン半導体ウェー
ハの表面にもたらされる金属不純物を効果的に遮断もし
くは捕獲し、金属汚染を抑制した熱処理が行える。

【００４９】また、筒状部材は、幅広部材とこの幅広部
材よりも幅が狭い幅狭部材とからなり、この幅狭部材と
幅広部材が交互に積層されているので、金属不純物が確
実に捕獲され、また、適宜の高さに分割して、積層し、
半導体ウェーハを囲繞することができ、ウェーハボート
の挿脱作業が容易になる。さらに、遮断ブロックの製造
も容易である。

【００５０】また、半導体ウェーハを非接触状態で囲繞
するように配置され、かつ幅広部材とこの幅広部材より
も幅が狭い幅狭部材とが交互に配置され、また一体的に
形成された遮断ブロックを有するので、確実に金属不純
物の遮断を行うことができる。

【００５１】遮断ブロックは、高純度耐熱性部材からな
るので、遮断ブロック自身からの金属汚染がなく、金属
不純物の遮断と捕獲が行える。

【００５２】高純度耐熱性部材は、シリコン、石英、炭
化珪素、カーボンのいずれかで形成されているので、遮
断ブロック自身からの金属汚染がなく、また、金属不純
物の遮断と捕獲が行える。

【００５３】半導体ウェーハ熱処理方法において、半導
体ウェーハに非接触状態で、水平面で複数個に分割され
た筒状部材を積層して形成された筒状体の遮断ブロック
を収納して半導体ウェーハの熱処理を行うので、プロセ
スガスによりシリコン半導体ウェーハの表面にもたらさ
れる金属不純物を効果的に遮断もしくは捕獲し、金属汚
染を抑制した熱処理が行える。

【００５４】半導体ウェーハ熱処理方法において、筒状
部材は、幅広部材とこの幅広部材よりも幅が狭い幅狭部
材とからなり、この幅狭部材と幅広部材が交互に積層さ
れているので、金属不純物が確実に捕獲され、また、適
宜の高さに分割して、積層し、半導体ウェーハを囲繞す
ることができ、ウェーハボートの挿脱作業が容易にな
る。

【００５５】半導体ウェーハ熱処理方法において、半導
体ウェーハに非接触状態で、幅広部材とこの幅広部材よ
りも幅が狭い幅狭部材とが交互に配置され、かつ一体的
に形成された筒状体の遮断ブロックを収納して半導体ウ
ェーハを熱処理するので、確実に金属不純物の遮断を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる熱処理炉の断面図。

【図２】本発明に係わる熱処理炉に用いられる遮断ブロ
ックの使用状態を示す説明図。

【図３】本発明に係わる熱処理炉に用いられる遮断ブロ
ックの使用状態を示す平面図。

【図４】本発明に係わる熱処理炉に用いられる遮断ブロ
ックの縦断面図。

【図５】本発明に係わる熱処理炉に用いられる遮断ブロ
ックの他の実施形態を示す縦断面図。

【図６】本発明に係わる熱処理炉に用いられる遮断ブロ
ックの他の実施形態の使用状態を示す平面図。

【図７】本発明に係わる熱処理炉を用いて熱処理を行っ
た半導体ウェーハの金属汚染状態を分析した結果を示す
説明図。

【図８】従来の縦型熱処理炉の断面図。

【符号の説明】

１縦型熱処理炉１ａ炉口１ｄ炉下部２ヒータ３炉本体４均熱管５炉芯管５ｕ上部６縦型ボート６ａボート基板６ｂウェーハ支持溝６ｃ支柱６ｄ天板７遮断ブロック７ａ筒状部材７ａ１幅広部材７ａ２幅狭部材７ｂ筒状基台７ｃ通気孔８給気管９排気管１０基台１１保温筒７１遮断ブロック７１ａ円筒状部材７２遮断ブロックＧプロセスガスＷシリコンウェーハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒータにより加熱され外部からプロセス
ガスが導入される炉本体と、この炉本体に設けられた炉
芯管と、この炉芯管内に収納された半導体ウェーハ搭載
用の熱処理用治具と、半導体ウェーハを非接触状態で囲
繞するように配置された遮断ブロックとを有し、この遮
断ブロックは水平面で複数個に分割された筒状部材を積
層して形成された筒状体であることを特徴とする半導体
ウェーハ熱処理炉。
【請求項２】上記筒状部材は、幅広部材とこの幅広部
材よりも幅が狭い幅狭部材とからなり、この幅狭部材と
幅広部材が交互に積層されていることを特徴とする請求
項１に記載の熱処理炉。
【請求項３】ヒータにより加熱され外部からプロセス
ガスが導入される炉本体と、この炉本体に設けられた炉
芯管と、この炉芯管内に収納された半導体ウェーハ搭載
用の熱処理用治具と、半導体ウェーハを非接触状態で囲
繞するように配置された遮断ブロックとを有し、この遮
断ブロックは幅広部材とこの幅広部材よりも幅が狭い幅
狭部材とが交互に配置され、かつ一体的に形成されたこ
とを特徴とする半導体ウェーハ熱処理炉。
【請求項４】上記遮断ブロックは、高純度耐熱性部材
からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
１項に記載の半導体ウェーハ熱処理炉。
【請求項５】上記高純度耐熱性部材は、シリコン、石
英、炭化珪素、カーボンのいずれかで形成されているこ
とを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェーハ熱処理
炉。
【請求項６】熱処理炉に設けられた炉芯管内に、半導
体ウェーハが搭載された熱処理用治具、および半導体ウ
ェーハに非接触状態で、水平面で複数個に分割された筒
状部材を積層して形成された筒状体の遮断ブロックを収
納し、熱処理炉を加熱しプロセスガスを導入して、半導
体ウェーハを熱処理することを特徴とする半導体ウェー
ハ熱処理方法。
【請求項７】上記筒状部材は、幅広部材とこの幅広部
材よりも幅が狭い幅狭部材とからなり、この幅狭部材と
幅広部材が交互に積層されていることを特徴とする請求
項６に記載の半導体ウェーハ熱処理方法。
【請求項８】熱処理炉に設けられた炉芯管内に、半導
体ウェーハが搭載された熱処理用治具、および半導体ウ
ェーハに非接触状態で、幅広部材とこの幅広部材よりも
幅が狭い幅狭部材とが交互に配置され、かつ一体的に形
成された筒状体の遮断ブロックを収納し、熱処理炉を加
熱しプロセスガスを導入して、半導体ウェーハを熱処理
することを特徴とする半導体ウェーハ熱処理方法。