JP5515270B2 - Heat treatment method and heat treatment apparatus for silicon wafer, and silicon wafer - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェーハの熱処理方法及び熱処理装置に関し、特に、シリコンウェーハの変形や強度低下を抑制可能なシリコンウェーハの熱処理方法及び熱処理装置に関する。また、本発明は、このような熱処理が施されたシリコンウェーハに関する。 The present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for a silicon wafer, and more particularly to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for a silicon wafer capable of suppressing deformation and strength reduction of the silicon wafer. The present invention also relates to a silicon wafer subjected to such heat treatment.
ICデバイスの作製に用いられるシリコンウェーハは、チョクラルスキー法(CZ法)などによって引き上げられたシリコン単結晶のインゴットをスライスし、鏡面加工などを施すことによって製造される。 A silicon wafer used for manufacturing an IC device is manufactured by slicing a silicon single crystal ingot pulled up by the Czochralski method (CZ method) or the like, and performing mirror processing or the like.
しかしながら、CZ法によって引き上げられた直後(as-grown)のシリコン単結晶には結晶成長導入欠陥(grown-in欠陥)が含まれており、このような欠陥がシリコンウェーハの表層に存在するとICデバイスが正しく動作しないおそれがある。grown-in欠陥の一つとしては、COP(Crystal Originated Particle)が挙げられる。COPは正八面体の空洞欠陥であり、酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させることから、少なくともデバイス形成領域からはCOPを除去する必要がある。COPを除去するためには、酸素濃度が不飽和となる条件でシリコンウェーハを高温熱処理(アニール)する必要がある。このような高温熱処理を行えば、シリコンウェーハの表面から20μm程度の範囲にあるCOPが消滅するため、シリコンウェーハの表層部に無欠陥層を作ることができる。 However, immediately after being pulled up by the CZ method (as-grown), the silicon single crystal contains crystal growth introduction defects (grown-in defects), and if such defects exist on the surface layer of the silicon wafer, the IC device May not work properly. One of the grown-in defects is COP (Crystal Originated Particle). COP is a regular octahedron cavity defect, which deteriorates oxide film breakdown voltage characteristics and device characteristics. Therefore, it is necessary to remove COP at least from the device formation region. In order to remove COP, it is necessary to heat treat (anneal) the silicon wafer under conditions that cause the oxygen concentration to become unsaturated. By performing such high-temperature heat treatment, COP in the range of about 20 μm from the surface of the silicon wafer disappears, so that a defect-free layer can be formed on the surface layer portion of the silicon wafer.
このような高温熱処理は、複数のシリコンウェーハが保持されたボートを炉心管内にロードし、1100℃以上の温度に加熱することにより行われる。この時、シリコンウェーハはボートに設けられたサポートピンによって支持されるため、シリコンウェーハの裏面はサポートピンとの接触部において僅かなダメージを受け、キズが生じる。このようにして生じたキズはシリコンウェーハの強度を低下させることから、できるだけキズが小さくなる条件で熱処理を行うことが望ましい。 Such high-temperature heat treatment is performed by loading a boat holding a plurality of silicon wafers into a furnace tube and heating it to a temperature of 1100 ° C. or higher. At this time, since the silicon wafer is supported by the support pins provided on the boat, the back surface of the silicon wafer is slightly damaged at the contact portion with the support pins, and scratches are generated. Since the scratches generated in this manner reduce the strength of the silicon wafer, it is desirable to perform the heat treatment under conditions where the scratches are as small as possible.
また、キズが生じている部分には転位クラスタが発生している。シリコンウェーハの裏面における転位クラスタ自体は実害がないが、熱処理によって転位クラスタに強い熱応力がかかると、転位クラスタが拡大してスリップ転位となる。スリップ転位は熱処理中にも徐々に伸展する。 In addition, dislocation clusters are generated in the part where the scratch is generated. The dislocation clusters themselves on the back surface of the silicon wafer are not actually harmful, but when a strong thermal stress is applied to the dislocation clusters by the heat treatment, the dislocation clusters expand and become slip dislocations. Slip dislocation gradually extends during heat treatment.
特に、近年広く用いられている直径300mmの大口径シリコンウェーハでは、自重による応力も大きいことから、小径のシリコンウェーハと比べると、スリップ転位の伸展が顕著である。もちろん、直径450mmといったより大口径のシリコンウェーハにおいては、自重によるスリップ転位の伸展がいっそう顕著となる。 In particular, in a large-diameter silicon wafer having a diameter of 300 mm that has been widely used in recent years, the stress due to its own weight is large, so that the extension of slip dislocation is remarkable as compared with a small-diameter silicon wafer. Of course, in a silicon wafer having a larger diameter such as 450 mm in diameter, extension of slip dislocation due to its own weight becomes more remarkable.
このようにしてシリコンウェーハの裏面にスリップ転位が形成されると、シリコンウェーハの強度がさらに低下したり、シリコンウェーハに反りが生じたりする。また、スリップ転位はICデバイスにおけるリーク電流の原因ともなることから、ICデバイスの歩留まりを低下させるという問題も生じる。このため、スリップ転位の起点となるキズをできるだけ小さくすることは、熱処理プロセスにおいて重要である。 When slip dislocations are formed on the back surface of the silicon wafer in this way, the strength of the silicon wafer is further reduced, or the silicon wafer is warped. Further, slip dislocation also causes a leakage current in the IC device, which causes a problem of reducing the yield of the IC device. For this reason, it is important in the heat treatment process to minimize the scratch that becomes the starting point of slip dislocation.
また、デバイスプロセス中には、シリコンウェーハに非常に高い応力負荷のかかる急速昇降温熱処理(フラッシュランプアニール(FLA)処理やレーザースパイクアニール(LSA)処理)が導入されることがある。つまり、LSIのデザインルールが小さくなると、CMOS拡散領域の極浅接合形成に求められる条件がその分厳しくなるため、より高温かつ短時間でアニールを行うことが求められる。このため、従来用いられていたラピッドサーマルアニール(RTA)のように数秒のアニール時間は許容されず、より加熱時間の短いFLAやLSAが多用されることになる。加熱時間の短いアニールは、シリコンウェーハにかかる応力負荷もその分大きいことから、シリコンウェーハにキズがあると、処理中にそのキズが起点となりシリコンウェーハが割れる可能性が高くなる。つまり、抵抗加熱によるアニールやRTAでは問題とならなかったキズが、FLAやLSAが行われるシリコンウェーハにおいては大きな問題を引き起こしてしまう。このような理由から、FLAやLSAが行われる近年においては、キズが少ないシリコンウェーハを作製することが特に望まれる。 In addition, during the device process, a rapid heating / cooling heat treatment (flash lamp annealing (FLA) processing or laser spike annealing (LSA) processing) that applies a very high stress load to the silicon wafer may be introduced. In other words, if the LSI design rule is reduced, the conditions required for forming the ultra-shallow junction in the CMOS diffusion region become more severe, and therefore it is required to perform annealing at a higher temperature and in a shorter time. For this reason, unlike the conventional rapid thermal annealing (RTA), an annealing time of several seconds is not allowed, and FLA and LSA having a shorter heating time are frequently used. Annealing with a short heating time also increases the stress load on the silicon wafer, so if there is a flaw in the silicon wafer, there is a high possibility that the flaw will start during processing and the silicon wafer will break. That is, scratches that did not cause a problem in annealing by resistance heating or RTA cause a serious problem in a silicon wafer subjected to FLA or LSA. For these reasons, in recent years when FLA and LSA are performed, it is particularly desirable to produce a silicon wafer with few scratches.
熱処理によってキズが生じる大きな原因は、シリコンウェーハの面内又は上下方向(厚み方向)に生じる温度差によってシリコンウェーハが変形するからである。シリコンウェーハに変形が生じると、ボートに設けられたサポートピンとシリコンウェーハとが擦れ合い、これによる物理的なダメージがシリコンウェーハにキズを生じさせるのである。 A major cause of scratches caused by heat treatment is that the silicon wafer is deformed by a temperature difference that occurs in the plane of the silicon wafer or in the vertical direction (thickness direction). When the silicon wafer is deformed, the support pins provided on the boat and the silicon wafer are rubbed with each other, and physical damage caused thereby causes scratches on the silicon wafer.
熱処理によるキズの発生を抑制する方法としては、特許文献1,2に記載された方法が知られている。特許文献1には、ヒータをゾーンごとに分割し、これによって温度傾斜を制御する方法が記載されている。また、特許文献2には、ボートの支持部として、中空部を有する弾性体を用いることが記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載された方法では、ヒータの構造や制御が複雑になるという問題がある。また、特許文献2に記載された方法では、特殊なボートを使用しなければならないという問題がある。
However, the method described in
したがって、本発明の目的は、複雑なヒータや特殊なボートを使用することなく、シリコンウェーハへのキズの発生を抑制可能な熱処理方法及び熱処理装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus capable of suppressing generation of scratches on a silicon wafer without using a complicated heater or a special boat.
また、本発明の他の目的は、このような熱処理が施されることによって、強度の低下が抑制されたシリコンウェーハを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a silicon wafer in which a decrease in strength is suppressed by performing such heat treatment.
本発明によるシリコンウェーハの熱処理方法は、シリコンウェーハが保持されたボートを炉心管内にロードし、シリコンウェーハを1100℃以上の温度で熱処理するアニール工程と、アニール工程を行った後、炉心管内でシリコンウェーハの温度を500℃以下に降温する降温工程と、降温工程を行った後、ボートを炉心管から取り出すアンロード工程とを備え、アンロード工程においては、ボートの取り出し速度を45cm/min以下とすることを特徴とする。また、本発明によるシリコンウェーハは、このような熱処理が施されたことを特徴とする。 The silicon wafer heat treatment method according to the present invention includes an annealing process in which a boat holding a silicon wafer is loaded into a furnace core tube, and the silicon wafer is heat-treated at a temperature of 1100 ° C. or more. A temperature lowering process for lowering the temperature of the wafer to 500 ° C. or less; and an unloading process for removing the boat from the core tube after the temperature lowering process. In the unloading process, the boat take-off speed is 45 cm / min or less. It is characterized by doing. In addition, the silicon wafer according to the present invention is characterized by being subjected to such heat treatment.
また、本発明によるシリコンウェーハの熱処理装置は、炉心管と、炉心管を加熱するヒータと、シリコンウェーハを保持可能なボートを炉心管にロード及びアンロードするロード/アンロード機構と、ヒータの出力を調節することによってシリコンウェーハの温度を制御する温度制御部とを備え、温度制御部は、シリコンウェーハを1100℃以上の温度で熱処理した後、シリコンウェーハの温度を500℃以下に降温し、ロード/アンロード機構は、シリコンウェーハの温度が500℃以下に降温された後、ボートを45cm/min以下の速度で炉心管から取り出すことを特徴とする。 In addition, a silicon wafer heat treatment apparatus according to the present invention includes a core tube, a heater for heating the core tube, a load / unload mechanism for loading and unloading a boat capable of holding the silicon wafer into the core tube, and the output of the heater. And a temperature control unit that controls the temperature of the silicon wafer by adjusting the temperature, the temperature control unit heat-treats the silicon wafer at a temperature of 1100 ° C. or higher, then lowers the temperature of the silicon wafer to 500 ° C. or lower, and loads The / unload mechanism is characterized in that after the temperature of the silicon wafer is lowered to 500 ° C. or less, the boat is taken out from the core tube at a speed of 45 cm / min or less.
本発明によれば、シリコンウェーハを炉心管内で500℃以下に降温し、アンロード時におけるボートの取り出し速度を45cm/min以下としていることから、アンロード時におけるシリコンウェーハの冷却速度が緩やかとなる。これにより、シリコンウェーハの面内及び上下方向(厚み方向)に生じる温度差が小さくなることから、シリコンウェーハの変形が抑えられ、ボートに設けられたサポートピンによる物理的なダメージが軽減される。したがって、複雑なヒータや特殊なボートを使用することなく、熱処理によって生じるシリコンウェーハへのキズを抑制することが可能となる。具体的には、サポートピンとの接触部におけるキズの最大サイズを100μm以下とし、10μm以上のキズの個数を1mm2当たり50個以下とすることが可能となる。 According to the present invention, the temperature of the silicon wafer is lowered to 500 ° C. or less in the furnace core tube, and the boat take-off speed during unloading is set to 45 cm / min or less. Therefore, the cooling rate of the silicon wafer during unloading is moderate. . As a result, the temperature difference that occurs in the plane of the silicon wafer and in the vertical direction (thickness direction) is reduced, so that deformation of the silicon wafer is suppressed, and physical damage due to the support pins provided on the boat is reduced. Therefore, it is possible to suppress damage to the silicon wafer caused by the heat treatment without using a complicated heater or a special boat. Specifically, the maximum size of the scratch at the contact portion with the support pin can be 100 μm or less, and the number of scratches of 10 μm or more can be 50 or less per 1 mm 2 .
本発明においては、アンロード工程においてボートの取り出し速度を5cm/min以上とすることが好ましい。これは、ボートの取り出し速度が5cm/min未満であると、無視できない程度に生産性が低下するからである。これに対し、ボートの取り出し速度を5cm/min以上とすれば、生産性の大幅な低下をもたらすことがない。 In the present invention, it is preferable that the boat take-off speed is 5 cm / min or more in the unloading step. This is because if the boat take-out speed is less than 5 cm / min, the productivity is reduced to a degree that cannot be ignored. On the other hand, if the boat take-out speed is 5 cm / min or more, the productivity is not significantly reduced.
本発明においては、シリコンウェーハの温度が900℃から500℃まで低下する温度範囲において8℃/min以下の降温レートで降温することが好ましい。これによれば、シリコンウェーハに生じる温度差がより小さくなることから、熱処理によって生じるシリコンウェーハへのキズをより効果的に抑制することが可能となる。 In the present invention, it is preferable to lower the temperature of the silicon wafer at a temperature lowering rate of 8 ° C./min or less in a temperature range where the temperature of the silicon wafer decreases from 900 ° C. to 500 ° C. According to this, since the temperature difference generated in the silicon wafer becomes smaller, it becomes possible to more effectively suppress the scratch on the silicon wafer caused by the heat treatment.
この場合、シリコンウェーハの温度が900℃から500℃まで低下する温度範囲において2℃/min以上の降温レートで降温することがより好ましい。これは、降温レートが2℃/min未満であると、無視できない程度に生産性が低下するからである。これに対し、降温レートを2℃/min以上とすれば、生産性の大幅な低下をもたらすことがない。 In this case, it is more preferable to lower the temperature of the silicon wafer at a rate of 2 ° C./min or more in a temperature range where the temperature of the silicon wafer is lowered from 900 ° C. to 500 ° C. This is because if the rate of temperature decrease is less than 2 ° C./min, the productivity is reduced to a degree that cannot be ignored. On the other hand, if the rate of temperature decrease is 2 ° C./min or more, the productivity will not be significantly reduced.
本発明においては、降温工程においてシリコンウェーハの温度を490℃以下に降温することが好ましい。これによれば、シリコンウェーハに生じる温度差がより小さくなることから、熱処理によって生じるシリコンウェーハへのキズをより効果的に抑制することが可能となる。 In the present invention, it is preferable to lower the temperature of the silicon wafer to 490 ° C. or lower in the temperature lowering step. According to this, since the temperature difference generated in the silicon wafer becomes smaller, it becomes possible to more effectively suppress the scratch on the silicon wafer caused by the heat treatment.
この場合、降温工程においてシリコンウェーハの温度を490℃以下200℃以上に降温することがより好ましい。これは、200℃未満まで降温させると、炉心管を再び加熱するのに時間がかかり、無視できない程度に生産性が低下するからである。これに対し、降温工程におけるシリコンウェーハの温度を490℃以下200℃以上とすれば、生産性の大幅な低下をもたらすことがない。 In this case, it is more preferable to lower the temperature of the silicon wafer to 490 ° C. or lower and 200 ° C. or higher in the temperature lowering step. This is because if the temperature is lowered to below 200 ° C., it takes time to reheat the core tube, and the productivity is reduced to a degree that cannot be ignored. On the other hand, if the temperature of the silicon wafer in the temperature lowering process is set to 490 ° C. or lower and 200 ° C. or higher, the productivity is not significantly reduced.
このように、本発明によれば、複雑なヒータや特殊なボートを使用することなく、シリコンウェーハへのキズの発生を抑制することが可能となる。したがって、強度の高いシリコンウェーハを低コストで提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the generation of scratches on the silicon wafer without using a complicated heater or a special boat. Therefore, it is possible to provide a silicon wafer with high strength at a low cost.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の好ましい実施形態による熱処理装置の構造を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a heat treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
本実施形態による熱処理装置10はいわゆる縦型炉であり、図1に示すように、炉心管11と、炉心管11を加熱するヒータ12と、炉心管11にボート20をロード及びアンロードするロード/アンロード機構13と、ヒータ12を制御することによって温度を調整する温度調節部14とを備えている。
The
炉心管11は、上端が閉塞され下端が開放された円筒形状を有しており、開放された下端側からボート20がロード又はアンロードされる。開放された下端側にはシャッタ11aが設けられており、炉心管11にボート20をロード又はアンロードする際にシャッタ11aが開放される。特に限定されるものではないが、炉心管11の材料としては石英や炭化珪素(SIC)が用いられる。
The
ボート20は、複数のシリコンウェーハ30を保持するための保持部材であり、ロード/アンロード機構13によって炉心管11に挿入又は排出される。特に限定されるものではないが、ボート20の材料についても石英や炭化珪素(SIC)が用いられる。ボート20にはサポートピンが設けられており、シリコンウェーハ30はサポートピンによって支持される。
The
ヒータ12は、炉心管11の内部に収容されるシリコンウェーハ30を均等に加熱できるよう、炉心管11の外側全周に亘って設けられている。ヒータ12の出力は、温度調節部14によって調節される。
The
炉心管11の内部には、ガス導入口15を介して酸素ガス供給され、これにより、炉心管11の内部は所定の酸素雰囲気に保たれる。また、炉心管11の内部の酸素ガスは、ガス排出口16を介して排出され、これにより、炉心管11の内部は所定の圧力に保たれる。炉心管11の内部は、酸素濃度が不飽和となる雰囲気に調節される。このような条件で熱処理を行うと、シリコンウェーハ30に含まれているCOPの内壁を構成する酸化膜(SiO2)が溶解するとともに、熱酸化によって生じた格子間シリコンがシリコンウェーハの内部に拡散してCOPが埋め込まれる。これにより、シリコンウェーハの表面から20μm程度の範囲にあるCOPが消滅するため、シリコンウェーハの表層部に無欠陥層が形成される。
Oxygen gas is supplied to the inside of the
図2は、シリコンウェーハ30とサポートピンとの接触位置を説明するための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a contact position between the
図2に示すように、サポートピン21は、シリコンウェーハ30の裏面31の外周近傍における3箇所にて接触している。このため、シリコンウェーハ30に変形が生じると、シリコンウェーハ30の裏面31とサポートピン21との間で擦れが生じ、これによる物理的ダメージによってキズが生じる。このようなキズは、シリコンウェーハ30が300mm以上の大口径である場合、自重による応力が大きいことからより顕著となる。シリコンウェーハ30の機械的強度は、キズが大きくなるほど低下する。また、キズが生じている部分には転位クラスタが発生しているため、スリップ転位の起点ともなる。
As shown in FIG. 2, the support pins 21 are in contact at three locations in the vicinity of the outer periphery of the
図3は、熱処理装置10を用いた熱処理方法を説明するためのフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a heat treatment method using the
まず、ヒータ12を用いて炉心管11を所定の温度に昇温した後、シャッタ11aを開放し、シリコンウェーハ30が保持されたボート20を炉心管11にロードする(ステップS1:ロード工程)。ボート20のロードは、ロード/アンロード機構13によって行う。特に限定されるものではないが、ロード時における炉心管11の温度は700℃程度とすることが好ましい。ボート20がロードされた炉心管11には、ガス導入口15を介して酸素ガス供給され、酸素濃度が不飽和となるような雰囲気に保たれる。
First, after raising the temperature of the
次に、温度調節部14の制御によりヒータ12の出力を上昇させ、シリコンウェーハ30を1100℃以上シリコンの融点未満の温度に加熱する(ステップS2:昇温工程)。そして、この状態を約1時間程度維持することにより、アニールを行う(ステップS3:アニール工程)。これにより、シリコンウェーハ30の表層に存在するCOPが消滅し、シリコンウェーハの表層部に無欠陥層が形成される。アニール工程時におけるシリコンウェーハ30の温度は、1100℃以上シリコンの融点未満であれば特に限定されないが、1200℃程度とすることが好ましい。これは、1100℃未満の温度ではCOPの除去が十分にできないからであり、融点を超える温度ではシリコンウェーハ30が融解するからである。そして、1200℃程度に設定すれば、最も効率よくCOPの除去を行うことが可能となる。
Next, the output of the
また、昇温工程(ステップS2)における昇温レートについては、1℃/min以上10℃/min以下に設定することが好ましい。これは、昇温レートが1℃/min未満であると昇温に要する時間が長くなりすぎ、無視できない程度に生産性が低下するからであり、昇温レートが10℃/min超であるとシリコンウェーハ30の面内及び上下方向(厚み方向)に生じる温度差が大きくなり、シリコンウェーハ30の裏面31に大きなキズが生じる可能性があるからである。
Moreover, about the temperature increase rate in a temperature rising process (step S2), it is preferable to set to 1 degreeC / min or more and 10 degrees C / min or less. This is because if the rate of temperature increase is less than 1 ° C./min, the time required for temperature increase becomes too long, and the productivity decreases to a degree that cannot be ignored, and the rate of temperature increase exceeds 10 ° C./min. This is because the temperature difference that occurs in the surface of the
アニール工程(ステップS3)を行った後、温度調節部14の制御によりヒータ12の出力を低下させ、シリコンウェーハ30を500℃以下の温度に降温させる(ステップS4:降温工程)。シリコンウェーハ30の温度を炉心管11内で500℃以下に低下させているのは、500℃を超えたシリコンウェーハ30を炉心管11から取り出すと、急激な温度低下により、シリコンウェーハ30の裏面31に大きなキズが生じるからである。
After performing the annealing process (step S3), the output of the
より好ましくは、シリコンウェーハ30の温度を炉心管11の内部で490℃以下200℃以上に降温することが好適である。これは、シリコンウェーハ30を490℃以下に低下させてから取り出せば、炉心管11から取り出した際の温度低下がより緩やかとなるため、シリコンウェーハ30の裏面31に生じるキズがより効果的に抑制されるからである。一方、200℃未満まで降温させると、炉心管11を再び加熱するのに時間がかかり、無視できない程度に生産性が低下するからである。これに対し、降温工程におけるシリコンウェーハの温度を490℃以下200℃以上とすれば、生産性の大幅な低下をもたらすことなく、効果的にキズを抑制することが可能となる。
More preferably, the temperature of the
降温工程(ステップS4)においては、シリコンウェーハ30の温度が900℃から500℃まで低下する温度範囲において、10℃/min以下2℃/min以上の降温レートで降温させることが好ましく、8℃/min以下2℃/min以上の降温レートで降温させることが特に好ましい。これは、900℃を超える温度領域では、スリップ転位の伸展を防止すべく降温レートを1℃/min程度に設定する必要があるのに対し、900℃以下の温度領域にではこのような問題がなくなるため降温レートを高めることが可能となるものの、降温レートを10℃/min超であるとシリコンウェーハ30の面内及び上下方向(厚み方向)に生じる温度差が大きくなり、キズを抑制する効果が薄れてしまう可能性があるからである。一方、降温レートが2℃/min未満であると降温に要する時間が長くなりすぎ、無視できない程度に生産性が低下するため、好ましくない。また、500℃を超える温度領域でボート20を炉心管11から取り出すと、シリコンウェーハ30の上下方向(厚み方向)に生じる温度差が大きくなるため、このような温度領域での取り出しは好ましくない。
In the temperature lowering step (step S4), it is preferable to lower the temperature of the
このようにしてシリコンウェーハ30を500℃以下の温度に降温させた後、ボート20を炉心管11から取り出す(ステップS5:アンロード工程)。この時、ボート20の取り出し速度は45cm/min以下とする必要がある。これは、45cm/minを超える速度でボート20を取り出すと、アンロード時におけるシリコンウェーハ30の温度低下が急速となるため、シリコンウェーハ30の裏面31に大きなキズが生じるからである。これに対し、45cm/min以下の速度でボート20を取り出すことにより、アンロード時におけるシリコンウェーハの冷却速度が緩やかとなる。アンロード時にはシリコンウェーハ30の厚み方向にボート20が移動することから、上記の速度でボート20を取り出せば、シリコンウェーハ30の面内及び上下方向(厚み方向)に生じる温度差が小さくなることから、シリコンウェーハ30の変形が抑えられ、ボート20に設けられたサポートピン21による物理的なダメージが軽減される。
After the temperature of the
ボート20の取り出し速度は、5cm/min以上とすることが好ましい。これは、ボートの取り出し速度が5cm/min未満であると、シリコンウェーハ30の温度低下についてはより緩やかとなるものの、取り出し速度が遅すぎる結果、無視できない程度に生産性が低下するからである。これに対し、ボートの取り出し速度を5cm/min以上とすれば、生産性の大幅な低下をもたらすことがない。
The take-out speed of the
このように、本実施形態によれば、降温工程(ステップS4)における降温レート、アンロード工程(ステップS5)開始時におけるシリコンウェーハの温度、さらには、アンロード工程(ステップS5)におけるボート20の取り出し速度をそれぞれ最適化していることから、シリコンウェーハの変形が抑えられ、ボート20に設けられたサポートピン21による物理的なダメージが軽減される。これにより、複雑なヒータや特殊なボートを使用することなく、シリコンウェーハ30へのキズの発生を効果的に抑制することが可能となる。具体的には、サポートピン21との接触部におけるキズの最大サイズを100μm以下とし、10μm以上のキズの個数を1mm2当たり50個以下とすることが可能となる。
Thus, according to the present embodiment, the temperature drop rate in the temperature drop process (step S4), the temperature of the silicon wafer at the start of the unload process (step S5), and further, the
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, these are also included in the present invention.
例えば、上記実施形態では熱処理装置10としていわゆる縦型炉を用いているが、本発明がこれに限定されるものではなく、横型炉であっても構わない。横型炉であっても、アンロード時には、シリコンウェーハ30の厚み方向にボート20が移動することから、縦型炉を用いた場合と同様、シリコンウェーハ30の面内及び上下方向(厚み方向)に生じる温度差を小さくすることが可能となる。
For example, in the above embodiment, a so-called vertical furnace is used as the
また、上記実施形態では、COPを除去するための熱処理を例に説明したが、本発明の対象となる熱処理がこれに限定されるものではなく、他の熱処理、例えば、シリコンウェーハ30の表面にエピタキシャル層を形成するための熱処理に適用することも可能である。また、as-grownの状態で実質的にCOP等の結晶欠陥を含まない無欠陥ウェーハに対する熱処理であっても構わない。さらには、ICデバイスの製造プロセスに含まれる熱処理に適用することも可能である。
Moreover, in the said embodiment, although heat processing for removing COP was demonstrated to the example, the heat processing used as the object of this invention is not limited to this, Other heat processing, for example, on the surface of the
評価用のシリコンウェーハとして、直径200mm、酸素濃度[Oi]=12〜15×1017atoms/cm3、抵抗率10Ω・cmのp−シリコンウェーハを複数枚用意し、図1に示した熱処理装置10と同様の構造を有する装置を用いて熱処理を行った。熱処理は、図3に示したフローチャートに沿って行い、導入するガスは酸素とした。 As a silicon wafer for evaluation, a plurality of p - silicon wafers having a diameter of 200 mm, an oxygen concentration [Oi] of 12 to 15 × 10 17 atoms / cm 3 and a resistivity of 10 Ω · cm were prepared, and the heat treatment apparatus shown in FIG. Heat treatment was performed using an apparatus having a structure similar to that in FIG. The heat treatment was performed according to the flowchart shown in FIG. 3, and the introduced gas was oxygen.
熱処理の条件は、ロード工程(ステップS1)、昇温工程(ステップS2)、アニール工程(ステップS3)については全ての評価用のシリコンウェーハに対して共通とした。具体的には、ロード前の炉心管の温度を500℃に設定し、ロード工程におけるボートの挿入速度を10cm/minとし、昇温工程における昇温レートを10℃/minとし、アニール工程は1200℃で2時間保持することにより行った。 The heat treatment conditions were common to all silicon wafers for evaluation in the loading process (step S1), the temperature raising process (step S2), and the annealing process (step S3). Specifically, the temperature of the core tube before loading is set to 500 ° C., the boat insertion speed in the loading step is set to 10 cm / min, the heating rate in the heating step is set to 10 ° C./min, and the annealing step is 1200 ° C. This was carried out by holding at 2 ° C for 2 hours.
一方、降温工程(ステップS4)における降温レート、アンロード工程(ステップS5)開始時におけるシリコンウェーハの温度(取り出し開始温度)、アンロード工程(ステップS5)におけるボートの取り出し速度については、評価用のシリコンウェーハごとに異ならせた。サンプルごとの降温レート、取り出し開始温度、取り出し速度は、表1の通りである。 On the other hand, the temperature drop rate in the temperature lowering step (step S4), the temperature of the silicon wafer at the start of the unloading step (step S5) (starting temperature of taking out), and the boat takeout speed in the unloading step (step S5) are evaluated. Different for each silicon wafer. Table 1 shows the temperature drop rate, the extraction start temperature, and the extraction speed for each sample.
このようにして全てのシリコンウェーハに対して熱処理を行った後、シリコンウェーハの裏面を光学顕微鏡で確認したところ、いずれのシリコンウェーハにもサポートピンとの接触部にキズの発生が認められた。そして、最も大きいキズのサイズと、10μm以上のキズの1mm2当たりの個数を測定した。測定はいずれの実施例及び比較例に対しても10枚のシリコンウェーハに対して行い、その平均値を当該実施例又は比較例の測定値(最大キズ及びキズ個数)とした。結果は表1に示されている。表1に示すように、実施例1〜9においては、いずれも最大キズが100μm以下、キズ個数が50個以下であった。これに対し、比較例1〜4においては、いずれも最大キズが100μm超、キズ個数が50個超であった。また、いずれのシリコンウェーハも、表面から20μmの範囲にはCOPが存在しなかった。 Thus, after heat-processing with respect to all the silicon wafers, when the back surface of the silicon wafer was confirmed with the optical microscope, generation | occurrence | production of a crack was recognized by the contact part with a support pin in any silicon wafer. The size of the largest scratch and the number of scratches of 10 μm or more per 1 mm 2 were measured. The measurement was performed on 10 silicon wafers in any of the examples and the comparative examples, and the average value was taken as the measured values (maximum scratches and the number of scratches) of the examples or comparative examples. The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, in each of Examples 1 to 9, the maximum scratch was 100 μm or less, and the number of scratches was 50 or less. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, the maximum scratch was more than 100 μm and the number of scratches was more than 50. Further, none of the silicon wafers had COP in the range of 20 μm from the surface.
次に、キズによる強度の低下を評価すべく、三点曲げ試験法によってシリコンウェーハの破壊荷重を測定した。三点曲げ試験においては、側面図である図4(a)及び上面図である図4(b)に示すように、互いに平行な2本の支持棒41,42及び1本のポンチ43を用い、シリコンウェーハ30の裏面31側を支持棒41,42で支持し、表面32側をポンチ43で押圧することにより行った。支持棒41,42は、シリコンウェーハの中心から70mm離れた点を通る位置に設定した。一方、ポンチ43は、シリコンウェーハの中心及びキズ33の上部を通る部分に設定した。また、ポンチ43の下降速度は、5mm/minに設定した。
Next, in order to evaluate the strength reduction due to scratches, the breaking load of the silicon wafer was measured by a three-point bending test method. In the three-point bending test, as shown in FIG. 4A which is a side view and FIG. 4B which is a top view, two
測定はいずれの実施例及び比較例に対しても10枚のシリコンウェーハに対して行い、その平均値を当該実施例又は比較例の測定値(破壊荷重平均値)とした。結果は表1に示されている。 The measurement was performed on 10 silicon wafers in any of the examples and comparative examples, and the average value was taken as the measured value (destructive load average value) of the example or comparative example. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、基準となる比較例1のサンプル(降温レート:10℃/min、取り出し開始温度:500℃、取り出し速度が:50cm/min)では、10枚のシリコンウェーハの平均値が260.5Nであった。 As shown in Table 1, in the sample of Comparative Example 1 as a reference (temperature decrease rate: 10 ° C./min, extraction start temperature: 500 ° C., extraction speed: 50 cm / min), the average value of 10 silicon wafers is 260.5N.
これに対し、比較例1よりも取り出し速度が遅い実施例1のサンプルでは、10枚のシリコンウェーハの平均値が321.8Nであり、強度が大幅に改善された。また、実施例1よりも取り出し速度が遅い実施例2,3では、10枚のシリコンウェーハの平均値がそれぞれ363.2N、405.1Nであり、強度がさらに改善された。これにより、取り出し速度が遅いほど強度が改善されることが確認された。また、表1に示すように、取り出し速度が遅いほど最大キズが短くなるとともに、キズ個数が減少することも確認された。 On the other hand, in the sample of Example 1, which has a slower take-out speed than Comparative Example 1, the average value of 10 silicon wafers was 321.8 N, and the strength was greatly improved. Further, in Examples 2 and 3 where the take-out speed was slower than that of Example 1, the average values of 10 silicon wafers were 363.2N and 405.1N, respectively, and the strength was further improved. Thereby, it was confirmed that intensity | strength is improved, so that taking-out speed is slow. Further, as shown in Table 1, it was confirmed that the slower the take-off speed, the shorter the maximum scratch and the fewer the number of scratches.
また、実施例1よりも降温レートが遅い実施例4〜6のサンプルでは、10枚のシリコンウェーハの平均値がそれぞれ343.5N、360.4N、389.8Nであり、強度がさらに改善された。これにより、降温レートが小さいほど強度が改善されることが確認された。また、表1に示すように、降温レートが小さいほど最大キズが短くなるとともに、キズ個数が減少することも確認された。一方、実施例1よりも降温レートは遅いが(8℃/min)、取り出し速度が50cm/minである比較例2のサンプルでは、10枚のシリコンウェーハの平均値が311.8Nであり、実施例1ほど高い強度は得られなかった。これにより、単に降温レートを遅くするよりも、取り出し速度を遅くする方が高い強度が得られることが確認された。 Further, in the samples of Examples 4 to 6 having a lower temperature lowering rate than Example 1, the average values of the 10 silicon wafers were 343.5N, 360.4N, and 389.8N, respectively, and the strength was further improved. . Thereby, it was confirmed that intensity | strength is improved, so that a temperature-fall rate is small. In addition, as shown in Table 1, it was confirmed that the smaller the temperature drop rate, the shorter the maximum scratch and the number of scratches decreased. On the other hand, although the temperature drop rate is slower than that of Example 1 (8 ° C./min), in the sample of Comparative Example 2 where the take-out speed is 50 cm / min, the average value of 10 silicon wafers is 311.8 N. The strength as high as Example 1 was not obtained. Thus, it was confirmed that a higher strength can be obtained by lowering the take-off speed than simply lowering the temperature lowering rate.
さらに、実施例1よりも取り出し開始温度が低い実施例7〜9のサンプルでは、10枚のシリコンウェーハの平均値がそれぞれ339.9N、372.3N、394.6Nであり、強度がさらに改善された。これにより、取り出し開始温度が低いほど強度が改善されることが確認された。また、表1に示すように、取り出し開始温度が低いほど最大キズが短くなるとともに、キズ個数が減少することも確認された。一方、実施例1よりも取り出し開始温度は低いが(490℃)、取り出し速度が50cm/minである比較例3のサンプルでは、10枚のシリコンウェーハの平均値が316.7Nであり、実施例1ほど高い強度は得られなかった。これにより、単に取り出し開始温度を低くするよりも、取り出し速度を遅くする方が高い強度が得られることが確認された。 Further, in the samples of Examples 7 to 9 having a lower extraction start temperature than that of Example 1, the average values of 10 silicon wafers were 339.9N, 372.3N, and 394.6N, respectively, and the strength was further improved. It was. Thereby, it was confirmed that intensity | strength is improved, so that extraction start temperature is low. Further, as shown in Table 1, it was confirmed that the lower the take-off start temperature, the shorter the maximum scratches and the fewer the number of scratches. On the other hand, although the extraction start temperature is lower than that of Example 1 (490 ° C.), in the sample of Comparative Example 3 where the extraction speed is 50 cm / min, the average value of 10 silicon wafers is 316.7 N. A strength as high as 1 was not obtained. Thus, it was confirmed that a higher strength can be obtained by lowering the extraction speed than simply lowering the extraction start temperature.
さらに、取り出し速度については実施例1と同じであるが、取り出し開始温度が高い(510℃)比較例4のサンプルでは、10枚のシリコンウェーハの平均値が299.6Nであり、実施例1よりも強度が低下した。これにより、取り出し速度が45cm/minであっても、取り出し開始温度が高いと、十分な強度が得られないことが確認された。 Further, the removal speed is the same as in Example 1, but in the sample of Comparative Example 4 where the extraction start temperature is high (510 ° C.), the average value of 10 silicon wafers is 299.6 N. Also decreased in strength. Thus, it was confirmed that even when the take-out speed was 45 cm / min, sufficient strength could not be obtained if the take-out start temperature was high.
10 熱処理装置
11 炉心管
11a シャッタ
12 ヒータ
13 ロード/アンロード機構
14 温度調節部
15 ガス導入口
16 ガス排出口
20 ボート
21 サポートピン
30 シリコンウェーハ
31 シリコンウェーハの裏面
32 シリコンウェーハの表面
33 キズ
41,42 支持棒
43 ポンチ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記アニール工程を行った後、前記炉心管内で前記シリコンウェーハの温度を450℃以上、500℃以下に降温する降温工程と、
前記降温工程を行った後、前記ボートを前記炉心管から取り出すアンロード工程と、を備え、
前記降温工程においては、前記シリコンウェーハの温度が900℃から500℃まで低下する温度範囲において、4℃/min以上、10℃/min以下の降温レートで降温し、
前記アンロード工程においては、前記ボートの取り出し速度を35cm/min以上、45cm/min以下とすることを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。 An annealing step of loading a boat holding a silicon wafer into a furnace tube and heat-treating the silicon wafer at a temperature of 1100 ° C. or higher;
A temperature lowering step of lowering the temperature of the silicon wafer to 450 ° C. or higher and 500 ° C. or lower in the furnace tube after performing the annealing step;
An unloading step of removing the boat from the core tube after performing the temperature lowering step,
In the temperature lowering step, the temperature of the silicon wafer is lowered at a temperature falling rate of 4 ° C./min or more and 10 ° C./min or less in a temperature range in which the temperature of the silicon wafer decreases from 900 ° C. to 500 ° C.,
In the unloading step, the silicon wafer heat treatment method is characterized in that the boat take-out speed is 35 cm / min or more and 45 cm / min or less.
前記温度制御部は、前記シリコンウェーハを1100℃以上の温度で熱処理した後、前記シリコンウェーハの温度が900℃から500℃まで低下する温度範囲において、4℃/min以上、10℃/min以下の降温レートで降温することによって前記シリコンウェーハの温度を450℃以上、500℃以下に降温し、
前記ロード/アンロード機構は、前記シリコンウェーハの温度が450℃以上、500℃以下に降温された後、前記ボートを35cm/min以上、45cm/min以下の速度で前記炉心管から取り出すことを特徴とするシリコンウェーハの熱処理装置。 A core tube, a heater for heating the core tube, a load / unload mechanism for loading and unloading a boat capable of holding a silicon wafer to the core tube, and adjusting the output of the heater to adjust the output of the silicon wafer. A temperature control unit for controlling the temperature,
In the temperature range where the temperature of the silicon wafer decreases from 900 ° C. to 500 ° C. after the heat treatment of the silicon wafer at a temperature of 1100 ° C. or more, the temperature control unit is 4 ° C./min or more and 10 ° C./min or less. The temperature of the silicon wafer is lowered to 450 ° C. or higher and 500 ° C. or lower by lowering the temperature at a temperature lowering rate ,
The load / unload mechanism takes out the boat from the core tube at a speed of 35 cm / min or more and 45 cm / min or less after the temperature of the silicon wafer is lowered to 450 ° C. or more and 500 ° C. or less. Heat treatment equipment for silicon wafers.
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