JPH10144580A - 半導体熱処理用ダミーウエハ及びその再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体熱処理炉内の金属汚染物質を十分に捕
捉することのできる半導体熱処理用ダミーウエハ、及び
金属汚染されたダミーウエハをエッチング処理すること
により、ダミーウエハを再生させる半導体熱処理用ダミ
ーウエハの再生方法を提供する。 【解決手段】 本発明にかかるダミーウエハ１は、シリ
コン基体２と、前記シリコン基体２の表面に形成された
酸化膜３と、前記酸化膜３の表面に形成されたポリシリ
コン膜４とから構成されている。そして、ダミーウエハ
１のポリシリコン膜４をアルカリエッチング処理により
除去し、その後酸エッチング処理により酸化膜３を除去
してシリコン基体２とし、前記シリコン基体２の表面に
酸化膜３を形成すると共に前記酸化膜の表面にポリシリ
コン膜４を再形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体熱処理用ダミ
ーウエハ及びその再生方法に関し、詳しくは半導体熱処
理炉内の金属汚染物質を十分に捕捉することのできる半
導体熱処理用ダミーウエハ、及び金属汚染されたダミー
ウエハをエッチング処理することにより再生する半導体
熱処理用ダミーウエハの再生方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シリコンウエハ等の半導体ウ
エハは、炉芯管等を有する縦型あるいは横型の熱処理炉
内で各種の熱処理が施されている。これら熱処理は、一
般にウエハボ−ト等の支持載置治具に半導体ウエハをセ
ットして、加熱した熱処理炉内に装入し、更に昇温加熱
し、処理ガスを導入して行われる。

【０００３】例えば、図３に基づいて一般的な縦型熱処
理炉及びその熱処理の概略について説明すると、縦型熱
処理炉１０は、炉芯管装置１１と、均熱領域を確保する
ために前記炉芯管装置１１の外周囲に適宜の間隔を保持
して配設された均熱管１２と、前記炉芯管装置１１内の
半導体ウエハ１７を加熱するために前記均熱管１２の外
周囲に配設された加熱部材１３と、前記炉芯管装置１１
の出入口の温度を均一に保つための保温筒１４と、半導
体ウエハ１７に対して処理ガスを炉芯管装置１１の頂部
より内部空間に向けて供給するガス供給管１６とから構
成されている。そして、前記保温筒１４の上面には、熱
処理が施される多数の半導体ウエハ１７を積載したウエ
ハボート１５が載置されるように構成されている。ま
た、ウエハボート１５には、半導体ウエハ１７を支持載
置する溝部（図示せず）が複数設けられ、上下方向に複
数枚の半導体ウエハ１７を載置できるように構成されて
いる。また前記ウエハボート１５の上下部分には、複数
のいわゆるダミーウエハ１８が、各１枚もしくは各複数
枚載置されている。

【０００４】このように構成された縦型熱処理炉１０内
に、半導体ウエハ１７を積載したウエハボート１５が装
入された後、炉芯管装置１１内を加熱部材１３により加
熱すると共に、ガス供給管１６から処理ガスを供給し、
半導体ウエハに所定の熱処理を施す。このとき、ダミー
ウエハ１８は、導入される処理ガスが熱処理され半導体
ウエハ１７に直接あたらないようにガス流を制御して、
半導体ウエハ１７上に形成される膜厚の均一性を向上さ
せたり、またその断熱作用にてガス流を制御して炉内の
均熱化を図っている。

【０００５】このようなダミーウエハは、一般的にシリ
コン板から構成されており、また、その他の材質として
はアルミナ単結晶板、石英板またはＳｉＣ膜板が、従来
から用いられている。そして、各種のダミーウエハは、
処理温度や炉内の雰囲気により使い分けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記半導体
熱処理用ダミーウエハを熱処理工程で複数回繰り返し使
用した場合、使用される毎にダミーウエハには金属汚染
物質が蓄積される。このように、金属汚染物質が蓄積さ
れたダミーウエハを使用すると、ダミーウエハ自体が逆
に半導体ウエハの金属汚染物質の発生源となり、半導体
ウエハに金属汚染を及ぼしてしまうという技術的課題が
あった。この課題を解決するため、通常、新しいダミー
ウエハの交換が頻繁に行われているが、この場合生産コ
スト面での負担が大きくなるという課題があった。

【０００７】そこで、本発明は上記技術的課題を解決す
るためになされたものであり、半導体熱処理炉内の金属
汚染物質を十分に捕捉することのでき、交換頻度を極力
低減できる半導体熱処理用ダミーウエハ、及び金属汚染
されたダミーウエハをエッチング処理することにより再
生を行い、ダミーウエハの基体は特別な場合を除き交換
を不要とすることができる半導体熱処理用ダミーウエハ
の再生方法を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明にかかる半導体熱処理用ダミーウエハ
は、半導体熱処理炉に配設されるウエハボ−トに載置さ
れる半導体熱処理用ダミーウエハにおいて、シリコン基
体と、前記シリコン基体の表面に形成された酸化膜と、
前記酸化膜の表面に形成されたポリシリコン膜とを備え
ることを特徴としている。

【０００９】また本発明にかかる半導体熱処理用ダミー
ウエハにおけるシリコン基体の表面に形成される酸化膜
の膜厚は、１００〜５００ｎｍであり、前記酸化膜の表
面に形成されるポリシリコン膜の膜厚は、３００〜２０
００ｎｍであるのが望ましい。酸化膜の膜厚が１００ｎ
ｍ未満の場合、ポリシリコン膜をエッチング除去する際
にシリコン基体がエッチングされることがある一方、酸
化膜の膜厚が５００ｎｍを越えた場合、熱応力差によっ
てポリシリコン膜が剥離を起こすことがある。したがっ
て、酸化膜の膜厚は、１００〜５００ｎｍの範囲である
ことが好ましい。また、ポリシリコン膜の膜厚が３００
未満の場合、半導体熱処理炉内の金属汚染物質を十分に
捕捉することができず、一方ポリシリコン膜の膜厚が２
０００ｎｍを越えた場合、ポリシリコン膜が剥離を起こ
すと共に、生産コストが高くなる。したがって、ポリシ
リコン膜の膜厚は、３００〜２０００ｎｍの範囲である
ことが好ましい。

【００１０】また本発明は、シリコン基体と、前記シリ
コン基体の表面に形成された酸化膜と、前記酸化膜の表
面に形成されたポリシリコン膜とを備える半導体熱処理
用ダミーウエハの再生方法において、半導体熱処理炉に
配設され、金属汚染物質を捕捉した半導体熱処理用ダミ
ーウエハのポリシリコン膜をアルカリエッチング処理も
しくは塩素系ガスによるケミカルドライエッチング処理
により除去する工程と、前記酸化膜の表面にポリシリコ
ン膜を再形成する工程とを含むことを特徴としている。

【００１１】またポリシリコン膜を除去した後、前記酸
エッチング処理により酸化膜を除去してシリコン基体と
する工程と、前記シリコン基体の表面に酸化膜を形成す
ると共に前記酸化膜の表面にポリシリコン膜を再形成す
る工程とを含むのが望ましい。

【００１２】本発明にかかる半導体熱処理用ダミーウエ
ハによれば、従来のシリコン板からなるダミーウエハを
用いた場合と比べ、ポリシリコン膜によって金属汚染物
質を十分に捕捉することができ、半導体ウエハの金属汚
染を防止することができる。

【００１３】また、熱処理工程において複数回使用する
と、ダミーウエハのポリシリコン膜に金属汚染物質が蓄
積される。この金属汚染したポリシリコン膜をアルカリ
エッチング処理もしくは塩素系ガスによるケミカルドラ
イエッチング処理によりポリシリコン膜を除去し、前記
酸化膜の表面にポリシリコン膜を再形成する。または金
属汚染したポリシリコン膜をアルカリエッチング処理も
しくは塩素系ガスによるケミカルドライエッチング処理
によりポリシリコン膜を除去し、更に酸エッチング処理
により酸化膜を除去して、シリコン基体にポリシリコン
膜と酸化膜を再度形成する。

【００１４】具体的には、金属汚染したポリシリコン膜
を水酸化ナトリウム等のアルカリによるアルカリエッチ
ング処理、もしくは四塩化炭素等の塩素系ガスによるケ
ミカルドライエッチング処理によりポリシリコン膜を除
去する。またフッ酸等の酸エッチング処理により酸化膜
を除去して、シリコン基体にポリシリコン膜と酸化膜を
再度形成する。このように、シリコン基体にポリシリコ
ン膜と酸化膜を再度形成することによって、ダミーウエ
ハを再生することができ、生産コストの低減を図ること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる半導体熱処
理用ダミーウエハ及びその再生方法について図面に基づ
き詳しく説明する。図１は、本発明にかかる半導体熱処
理用ダミーウエハの側方断面を示した図である。図１に
示されるように、本発明にかかるダミーウエハ１は、シ
リコン基体２と、前記シリコン基体２の表面に形成され
た酸化膜３と、半導体熱処理炉中の金属汚染物質を捕捉
するため前記酸化膜３の表面に形成されたポリシリコン
膜４とから構成されている。

【００１６】そして、このダミーウエハの製造方法につ
いて説明すると、まずシリコン基体１の表面に酸化処理
により１００〜５００ｎｍの厚さの酸化膜３を形成した
後、その酸化膜３の表面にＣＶＤ（Chemical Vapor Dep
osition ）処理によりポリシリコン膜４を気相成長させ
て、３００〜２０００ｎｍの厚さのポリシリコン膜４を
形成することによって、ダミーウエハを製作する。

【００１７】このようにして、製造されたダミーウエハ
１は、図３に示すように縦方向中間部分に半導体ウエハ
を搭載したウエハボート１５の上、下部分に載置され、
半導体ウエハと共に、熱処理炉内に装入される。このと
き、ダミーウエハ１は、導入される処理ガスが熱処理さ
れる半導体ウエハ１７に直接あたらないようにガス流を
制御して、半導体ウエハ１７上に形成される膜厚の均一
性を図ると共に、またその断熱作用にてガス流を制御し
て炉内の均熱化を図っている。また、ダミーウエハ１の
ポリシリコン膜４によって、半導体熱処理炉内の金属汚
染物質を捕捉し、半導体ウエハ１７を汚染から保護して
いる。このようにダミーウエハ１を用いることによっ
て、熱処理された半導体ウエハの不良率を低下させるこ
とができる。

【００１８】また前記半導体熱処理用ダミーウエハを熱
処理工程で複数回繰り返し使用した場合、使用される毎
にダミーウエハには金属汚染物質が蓄積されるため、蓄
積されたポリシリコン膜を除去後、再度ポリシリコン膜
を形成することによって、もしくは上記ポリシリコン膜
及び酸化膜を除去後、再度シリコン基体に両膜を順次形
成することによって、ダミーウエハの再生を行う。

【００１９】次に、この半導体熱処理用ダミーウエハの
再生方法について説明する。熱処理工程で使用され、金
属汚染物質を捕捉したダミーウエハ１のポリシリコン膜
４を、アルカリエッチング処理もしくは塩素系ガスによ
るケミカルドライエッチング処理によって除去する。
尚、アルカリエッチング処理及び塩素系ガスによるケミ
カルドライエッチング処理は、シリコン基体２表面に形
成された酸化膜３を除去しないため、酸化膜３の表面か
らポリシリコン膜４のみを除去することができる。その
結果、ポリシリコン膜４中に捕捉されている金属汚染物
質を完全に取り除くことができる。具体的には、アルカ
リエッチング処理として水酸化ナトリウム等のアルカリ
によるエッチング処理が好ましく、また塩素系ガスによ
るケミカルドライエッチング処理として、四塩化炭素等
の塩素系ガスによるドライエッチング処理が好ましい。

【００２０】その後必要により、酸エッチング処理によ
って、酸化膜３をシリコン基体２の表面から除去し、シ
リコン基体２のみとする。具体的には、フッ酸等の酸エ
ッチング処理により酸化膜を除去する。このようにして
エッチング処理により得られたシリコン基体２の表面
に、再度前述した酸化膜３及びポリシリコン膜４を形成
することにより、ダミーウエハ１を再生する。以上のよ
うに、使用されたダミーウエハを再生することができる
ため、生産コストを低下させることができ、しかも再生
されたダミーウエハは新しいダミーウエハと同等の金属
汚染物質を捕捉できる能力を有している。

【００２１】

【実施例】以下、本発明にかかるダミーウエハに関し、
実施例に基づいて説明する。金属汚染物質の捕捉能力を
検討するため、以下の試験を行った。実施例１として、
シリコン基体の裏側を酸化処理により３００ｎｍの厚さ
の酸化膜を形成した後、その酸化膜の表側にＣＶＤ（Ch
emical Vapor Deposition ）処理により、１０００ｎｍ
の厚さのポリシリコン膜を形成したダミーウエハを用い
た。また比較例１として、シリコン基体中の酸素濃度が
1.6 ×10¹⁸atoms/cm³ である高酸素濃度ダミーウエハ
を、また比較例２として、シリコン基体中の酸素濃度が
1.0 ×10¹⁸atoms/cm³ である低酸素濃度ダミーウエハ
を、更に比較例３として、裏側にダメージ部分を形成し
たダミーウエハを用いた。尚、実施例１及び各比較例の
ダミーウエハの表側は鏡面加工を施した。

【００２２】そして、実施例１及び各比較例のダミーウ
エハの表側の鏡面をＣｕにより強制的に汚染し、その後
それぞれのダミーウエハをＨ₂ ガス雰囲気下で、１２０
０℃、６０分間、熱処理を行い、裏側における金属汚染
物質の捕捉状況を調べた。

【００２３】その結果、実施例１では、裏側のポリシリ
コン膜に大部分のＣｕが捕捉され、表側の鏡面にはＣｕ
の残留はほとんど認められなかった。一方、比較例１で
は、バルクにおいて、ある程度までＣｕを捕捉すること
ができたが、鏡面にもＣｕの多くが残留していた。ま
た、比較例２では、Ｃｕのほとんどが捕捉されずに鏡面
に残留していた。更に、比較例３では、裏面に付加した
ダメージ部分に若干のＣｕが捕捉されたが、大部分のＣ
ｕは鏡面に残留していた。

【００２４】以上の結果より、ポリシリコンは優れた捕
捉能力を有し、通常のシリコン板からなるダミーウエハ
を用いるよりも有効に金属汚染物質を捕捉することがで
きることが判明した。

【００２５】次に、酸化膜の膜厚及びポリシリコン膜の
膜厚の違いによる、金属汚染物質の捕捉能力、酸化膜バ
リア能力、ポリシリコン膜の剥離の検証を行った。酸化
膜及びポリシリコン膜は、シリコン基体の表面を酸化処
理により表１に示す所定の厚さの酸化膜を形成した後、
その酸化膜の表面にＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n ）処理により、表１に示す所定の厚さのポリシリコン
膜を形成した。そして、このようにして形成した実施例
２乃至４及び比較例４乃至９について、金属汚染物質の
捕捉能力、酸化膜バリア能力、ポリシリコン膜の剥離の
状況を調べた。その結果を表１に示す。

【００２６】ここで、金属汚染物質の捕捉能力の評価
は、熱処理炉においてポリシリコン膜付ウエハを熱処理
した後、ポリシリコン膜中の元素量の評価を行った。ま
た、酸化膜バリア能力の評価は、酸化膜形成後の酸化膜
厚を測定した後、ポリシリコン膜を形成し、その後ポリ
シリコン膜付ウエハをエッチングにより除去した後、酸
化膜厚の測定を行い、酸化膜形成後の酸化膜厚とエッチ
ング後の酸化膜厚との差を求め、評価を行った。更に、
ポリシリコン膜の剥離状況の評価は、ポリシリコン膜付
きウエハの上下にミラ−・ウエハを設置して熱処理した
後、ポリシリコン膜付きウエハの外観を観察した。また
ミラ−・ウエハに付着したパ−ティクル数、その元素
（何でできているか）の評価を行った。

【００２７】なお、表１中、金属汚染物質の捕捉能力、
すなわちゲッタリング能力は、×、○、◎につれて高い
捕捉能力を有することを示している。なお、×は通常鏡
面ウエハをダミーウエハとして用いた場合と同等レベル
を示している。また、ポリシリコン膜をエッチング処理
する際、シリコン基体をエッチングしないように（保
護）する酸化膜のバリア能力は、×、○、◎につれて高
い保護能力を有することを示している。なお、×はシリ
コン基体まで、エッチングされたことを示している。更
に、ポリシリコン膜の剥離は、×、△、○、◎につれ
て、剥離し難いことを示している。なお、×は１回目使
用中に、また△は３回目使用中に膜剥れが顕著となり、
使用不可レベルであることを示している。

【００２８】

【表１】

【００２９】以上、表１の比較例４、８に示されるよう
に酸化膜の膜厚が１００ｎｍ未満の場合、酸化膜バリア
能力に不足があり、ポリシリコン膜をエッチング除去す
る際シリコン基体までエッチングしてしまうことが明ら
かになった。また、比較例５、９に示されるように酸化
膜の膜厚が５００ｎｍを越えた場合、熱応力差によって
ポリシリコン膜が剥離を起こすことが認められた。した
がって、酸化膜の膜厚は、１００〜５００ｎｍの範囲に
あるのが好ましいことが判明した。

【００３０】また、表１の比較例６、８に示されるよう
にポリシリコン膜の膜厚が３００未満の場合、半導体熱
処理炉内の金属汚染物質を十分に捕捉することができな
いことがわかった。一方、比較例７、９に示されるよう
にポリシリコン膜の膜厚が２０００ｎｍを越えた場合、
ポリシリコン膜が剥離が生じた。したがって、ポリシリ
コン膜の膜厚は、３００〜２０００ｎｍの範囲にあるの
が好ましいことが認められた。

【００３１】次に、半導体ウエハの不活性ガス中での高
温熱処理工程において、本発明にかかるダミーウエハを
熱処理工程終了後再生し、その再生したダミーウエハを
使用して熱処理を行った場合（実施例５）と、酸素濃度
が1.6 ×10¹⁸atoms/cm³ のシリコンからなるダミーウエ
ハを、５回連続して熱処理した後、新品のダミーウエハ
に換え、熱処理を行った場合（比較例１０）との比較に
おいて、熱処理される半導体ウエハのＣｕ汚染濃度を調
べた。この結果を図２に示す。

【００３２】図２より明らかなように、比較例１０では
熱処理処理回数を重ねるごとに、半導体ウエハのＣｕ濃
度が除々に高くなり、新たなダミーウエハに交換すると
半導体ウエハのＣｕ汚染濃度が減少する。一方、実施例
５では、熱処理回数を重ねると半導体ウエハのＣｕ汚染
濃度は、比較例１０の新品交換時におけるＣｕ汚染とほ
ぼ同じ濃度であった。以上のように、従来のダミーウエ
ハを継続的に使用する場合に比べて、熱処理ごとに再生
したダミーウエハの方が、金属汚染物質を十分捕捉する
ことが判明した。

【００３３】なお、上記実施例においては金属汚染物質
としてＣｕを用いたが、Ｆｅについても同等な効果を得
ることができ、またＦｅは酸化膜中を通過しないため、
シリコン基体を汚染させずにクリ−ンな状態に保つこと
ができるという効果を有する。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる半導体熱
処理用ダミーウエハによれば、シリコン基体と、前記シ
リコン基体の表面に形成される酸化膜と、前記酸化膜の
表面に形成されるポリシリコン膜とを備えているため、
従来のシリコン板からなるダミーウエハを用いる場合と
比べ、多くの金属汚染物質を捕捉することができ、半導
体ウエハの金属汚染を十分に防止することができる。

【００３５】また、本発明にかかる半導体熱処理用ダミ
ーウエハが、半導体熱処理炉に配設され、金属汚染物質
によって汚染された場合には、アルカリエッチング処理
によりポリシリコン膜を除去して、ポリシリコン膜を再
形成することによって、またはポリシリコン膜を除去し
た後、酸エッチング処理により酸化膜を除去してシリコ
ン基体とし、前記シリコン基体の表面に酸化膜を形成す
ると共に前記酸化膜の表面にポリシリコン膜を再形成す
ることによって、容易かつ安価にダミーウエハを再生す
ることかできる。しかも、再生されたダミーウエハは、
新品のダミーウエハと同様な金属汚染物質の捕捉能力を
有するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体熱処理用ダミーウエハの側方断
面図である。

【図２】処理時における半導体ウエハのＣｕ汚染濃度を
表した図である。

【図３】一般的な縦型熱処理炉の概略断面説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ダミーウエハ ２ シリコンウエハ ３ 酸化膜 ４ ポリシリコン膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体熱処理炉に配設されるウエハボ−
   トに載置される半導体熱処理用ダミーウエハにおいて、 シリコン基体と、前記シリコン基体の表面に形成された
   酸化膜と、前記酸化膜の表面に形成されたポリシリコン
   膜とを備えることを特徴とする半導体熱処理用ダミーウ
   エハ。
2. 【請求項２】 シリコン基体の表面に形成される酸化膜
   の膜厚は、１００〜５００ｎｍであり、前記酸化膜の表
   面に形成されるポリシリコン膜の膜厚は、３００〜２０
   ００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載された
   半導体熱処理用ダミーウエハ。
3. 【請求項３】 シリコン基体と、前記シリコン基体の表
   面に形成された酸化膜と、前記酸化膜の表面に形成され
   たポリシリコン膜とを備える半導体熱処理用ダミーウエ
   ハの再生方法において、 半導体熱処理炉に配設され、金属汚染物質を捕捉した半
   導体熱処理用ダミーウエハのポリシリコン膜をアルカリ
   エッチング処理もしくは塩素系ガスによるケミカルドラ
   イエッチング処理により除去する工程と、前記酸化膜の
   表面にポリシリコン膜を再形成する工程とを含むことを
   特徴とする半導体熱処理用ダミーウエハの再生方法。
4. 【請求項４】 ポリシリコン膜を除去した後、酸エッチ
   ング処理により酸化膜を除去してシリコン基体とする工
   程と、前記シリコン基体の表面に酸化膜を形成すると共
   に前記酸化膜の表面にポリシリコン膜を再形成する工程
   とを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体熱処
   理用ダミーウエハの再生方法。