TW202201499A - 使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法 - Google Patents

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Abstract

提供使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，抑制配置在為了晶圓設置區域的溫度平均化設置的虛設塊附近之矽晶圓的壽命值下降，能夠提高製品良率。使用本發明的橫型熱處理爐100之矽晶圓的熱處理方法，在圓筒狀爐芯管12內配置小船16，在那之際，至少是小船16上的第1虛設塊18S與晶圓群WF之間配置第1追加塊20S以及第2虛設塊18H與晶圓群WF之間配置第2追加塊20H其中一方。

Description

使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法
本發明係關於使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法。
矽晶圓中熱擴散磷、硼等摻雜物的步驟，包含矽晶圓表層上附著摻雜物的步驟(沉積)以及擴散表層上附著的摻雜物至矽晶圓內部的步驟(驅入)。此驅入步驟中，一般，使用橫型熱處理爐(熱擴散爐)。橫型熱處理爐中，在具有橫方向中心軸的圓筒狀爐芯管內，主面垂直於爐芯管中心軸，放入排列配置複數枚矽晶圓的小船，爐芯管內對矽晶圓施行熱處理。在此之際，爐芯管的中心軸方向上複數枚矽晶圓兩側，配置矽構成的虛設塊(保溫塊)，達到爐芯管內的晶圓設置區域溫度均勻化的技術是眾所周知的。
專利文獻1中，記載「矽晶圓的熱處理方法(請求項1)，其特徵在於：熱擴散爐的管內，主面垂直於管的長邊方向，並設晶圓，其狀態下對晶圓施行熱處理時，管內不裝入晶圓的狀態下，在均熱區域兩側，環境氣體流入側，離上述區域至少10mm以上，還有環境氣體流出側，密接或離間，分別配置比管徑小一點的保溫塊」。又，專利文獻1中，記載「保溫塊的材質是高純度矽(請求項3)。 [先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開平成3年第85725號公報
[發明所欲解決的課題]
但是，本發明者研討後，查明複數批次的熱處理中重複使用同一虛設區域時，各批次中複數枚矽晶圓中位於兩端部分的矽晶圓，即配置在虛設塊附近的矽晶圓壽命值隨著批次顯著下降。
有鑑於上述課題，本發明的目的在於提供使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，抑制配置在為了晶圓設置區域的溫度平均化設置的虛設塊附近之矽晶圓的壽命值下降，能夠提高製品良率。 [用以解決課題的手段]
為了解決上述課題，本發明者進行專心研究，得到以下見解。首先，虛設塊附近配置的矽晶圓壽命值下降的原因，本發明者認為應為虛設塊的金屬污染。即，複數批次的熱處理中，重複使用同一虛設塊時，認為虛設塊中慢慢積累來自爐芯管的金屬污染(Fe、Ni、Cu等)。熱處理時加熱虛設塊的過程中，從虛設塊產生包含污染金屬的氣體。包含此污染金屬的氣體擴散，供給至配置在虛設塊附近的矽晶圓。結果，認為配置在虛設塊附近的矽晶圓也被金屬污染，壽命值下降。
但是，複數批次的熱處理中每次交換虛設塊是不經濟的。又，也考慮各批次的熱處理後對虛設塊施行高清淨度化處理(氟酸與硝酸的混酸液等的蝕刻處理)，從虛設塊除去污染金屬，但由於以下理由，在操作上不實際。即，作為理由舉例來說，因為虛設塊是較厚的塊，為了可以容納虛設塊，製作大的蝕刻槽要花費用，或蝕刻厚度大且表面積大的虛設塊時，蝕刻中液溫恐怕過度上升。
於是，本發明者得到構思，係在虛設塊與複數枚矽晶圓之間，藉由設置尺寸比虛設塊與矽晶圓更大且高清淨度的追加塊，抑制包含從虛設塊產生的污染金屬之氣體向配置在虛設塊附近的矽晶圓擴散。於是，各種實驗結果，透過這樣的追加塊設置，確認可以抑制配置在虛設塊附近的矽晶圓壽命值下降。
根據上述見解完成的本發明要旨構成如下。 [1]使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法， 準備橫型熱處理爐(100)，包括：圓筒狀爐芯管(12)，具有橫方向的中心軸(X)；以及加熱器(14)，位於上述爐芯管(12)周圍，加熱上述爐芯管(12)；在上述爐芯管(12)一端部設置蓋子(12A)，上述爐芯管(12)的另一端部設置氣體導入口(12B)，上述爐芯管(12)的上述蓋子(12A)附近的爐壁上設置氣體排氣口(12C)； 以接近上述爐芯管(12)的上述蓋子(12A)的一側作為爐口側(H)，以接近上述爐芯管(12)的上述氣體導入口(12B)的一側作為爐尾側(S)時，打開上述蓋子(12A)，上述爐芯管(12)內，配置小船(16)成為以下(A)〜(C)的狀態； (A) 上述小船(16)上，主面與上述爐芯管(12)的中心軸(X)垂直，排列複數枚矽晶圓，形成晶圓群(WF)； (B) 上述小船(16)上，比上述晶圓群(WF)更爐尾側(S)，配置具有與上述爐芯管(12)的中心軸(X)平行的軸之圓柱狀第1虛設塊(18S)，比上述晶圓群(WF)更爐口側(H)，配置具有與上述爐芯管(12)的中心軸(X)平行的軸之圓柱狀第2虛設塊(18H)； (C) 上述小船(16)上，至少是上述第1虛設塊(18S)與上述晶圓群(WF)之間配置第1追加塊(20S)以及上述第2虛設塊(18H)與上述晶圓群(WF)之間配置第2追加塊(20H)其中一方，上述第1及第2追加塊(20S, 20H)，(i)往垂直於上述爐芯管(12)中心軸(X)的假想面之投影形狀，包含上述第1及第2虛設塊(18S, 18H)及上述複數枚矽晶圓往上述假想面之投影形狀，係具有與上述爐芯管(12)中心軸(X)平行的軸之柱形狀，而且(ii)Fe的濃度未達1×1011 atoms/cm3 (原子/立方厘米)，Ni及Cu的濃度分別未達5×1010 atoms/cm3 ； 關閉上述蓋子(12A)； 從上述氣體導入口(12B)導入氣體至上述爐芯管(12)內，從上述氣體排氣口(12C)排出上述氣體的同時，藉由以上述加熱器(14)加熱上述爐芯管，對上述複數枚矽晶圓(WF)施行熱處理。
[2]上述[1]中所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，在上述(C)中，配置上述第1追加及第2追加塊(20S, 20H)兩方。
[3]上述[1]或[2]中所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述第1追加及第2追加塊(20S, 20H)以矽構成。
[4]上述[1]至[3]中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述第1追加及第2追加塊(20S, 20H)往上述假想面的投影形狀中，比上述小船(16)更上方的部分，具有比上述複數枚矽晶圓半徑更大5mm(毫米)以上的曲率半徑。
[5]上述[1]至[4]中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述第1追加及第2追加塊(20S, 20H)沿著上述爐芯管12的中心軸(X)之寬度，在10〜20mm(毫米)的範圍內。
[6]上述[1]至[5]中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述(C)中，上述小船(16)上，至少是比上述第1虛設塊(18S)更爐尾側(S)配置第3追加塊(22S)以及比第2虛設塊(18H)更爐口側(H)配置第4追加塊(22H)其中一方，上述第3及第4追加塊(22S, 22H)滿足上述(i)及(ii)。
[7]上述[6]所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述(C)中，配置上述第3及第4追加塊(22S, 22H)兩方。
[8]上述[6]及[7]所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述第3及第4追加塊(22S, 22H)以矽構成。
[9]上述[6]至[8]中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述第3及第4追加塊(22S, 22H)往上述假想面的投影形狀中，比上述小船(16)更上方的部分，具有比上述複數枚矽晶圓半徑更大5mm(毫米)以上的曲率半徑。
[10]上述[6]至[9]中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述第3及第4追加塊(22S, 22H)沿著上述爐芯管12的中心軸(X)之寬度，在10〜20mm(毫米)的範圍內。
[11]上述[1]至[10]中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述第1及第2虛設塊(18S, 18H)以Fe、Ni及Cu其中任一濃度是1×1011 atoms/cm3 以上的矽構成。
[12]上述[1]至[11]中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述第1及第2虛設塊(18S, 18H)的直徑與上述複數枚矽晶圓(WF)的直徑相等。
[13]上述[1]至[12]中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中，上述第1及第2虛設塊(18S, 18H)沿著上述爐芯管12的中心軸(X)之寬度，在40〜75mm(毫米)的範圍內。 [發明效果]
根據本發明的使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，抑制為了晶圓設置區域溫度均勻化設置的虛設塊附近配置的矽晶圓之壽命值降低，可以提高製品良率。
首先，參照圖1、圖2及圖3，說明關於本發明實施形態及比較例的矽晶圓的熱處理方法共同使用的橫型熱處理爐100構造。橫型熱處理爐100，具有均熱管10、爐芯管12以及加熱器14。
均熱管10，係具有橫方向中心軸的圓筒狀管，在其一端部設置門扇10A，在其另一端部，設置具有比均熱管10內徑更小直徑的開口部10B。又，均熱管10的門扇10A附近的爐壁上，設置吸引口10C。均熱管10的材質可以以石英、碳化矽(SiC)等構成。
爐芯管12，係具有橫方向中心軸X的圓筒狀管，位於均熱管10內側。在爐芯管12的一端部設置蓋子12A，在另一端部設置氣體導入口12B。又，爐芯管12的蓋子12A附近的爐壁上，設置氣體排氣口12C。爐芯管12的管本體與氣體導入口12B間的連結部(光圈部)，嵌合均熱管10的開口部10B，藉此，爐芯管12對均熱管10固定。爐芯管12(管本體)內徑，一般在160〜360mm的範圍內。爐芯管12的材質可以以石英、碳化矽(SiC)等構成。又，圖1〜3中，顯示均熱管10位於爐芯管12外側的例，但因為爐芯管12也可以兼均熱管的作用，不一定要設置均熱管10。
加熱器14，位於爐芯管12及均熱管10的周圍，加熱爐芯管12及均熱管10。加熱器14，以配置於爐芯管12及均熱管10的中央部的主加熱器以及配置於其兩側的2台輔助加熱器構成也可以。
如圖1〜3所示，本說明書中，標記接近爐芯管12的蓋子12A的一側為「爐口側H」，接近爐芯管12的氣體導入口12B的一側為「爐尾側S」。
根據本發明實施形態之矽晶圓的熱處理方法中，對矽晶圓施行熱處理之際，小船16上排列裝載複數枚矽晶圓形成晶圓群WF，打開均熱管10的門扇10A與爐芯管12的蓋子12A，從爐芯管12的爐口側H放入小船16至爐芯管12內。之後，關閉爐芯管12的蓋子12A與均熱管10的門扇10A。
之後，從氣體導入口12B導入氣體至爐芯管12內，從氣體排氣口12C排出上述氣體的同時，藉由以加熱器14加熱均熱管10及爐芯管12，對複數枚矽晶圓(晶圓群WF)施行熱處理。實行擴散表層上附著的摻雜物至矽晶圓內部的驅入步驟時，導入爐芯管12內的氣體，包含微量的氧(0.1〜2體積%)，剩餘部分具有以Ar構成的組成。均熱管10的內部且爐芯管12的外側空間環境是空氣。透過從均熱管10的吸引口10C以泵強制吸引上述空間的空氣，爐芯管12內的環境空氣經由氣體排氣口12C排出。結果爐芯管12內，從爐尾側S向爐口側H產生環境氣體流。驅入步驟時，爐芯管12內的環境溫度可以為1200〜1350℃的範圍，此範圍的溫度中可以保持10〜250小時。
小船16，參照圖1〜3還有圖5(A)，具有半圓筒形的凹部構成的凹處16A，在此收納複數枚矽晶圓。小船16，其長邊方向與爐芯管12的中心軸X方向一致，配置在爐芯管12內。如圖5(A)所示，垂直於小船16的長邊方向之凹處16A的剖面形狀，係具有與收容的矽晶圓半徑相同曲率半徑之半圓形狀，例如，矽晶圓的直徑是150mm時，上述曲率半徑為75mm。小船16的材質，可以以碳化矽(SiC)構成。
本發明的實施形態之矽晶圓的熱處理方法中，爐芯管12內配置小船16之際，滿足以下的(A)〜(C)的狀態。
(A)首先，如圖1〜3所示，小船16上，主面垂直於爐芯管12的中心軸X，排列相同直徑的複數枚矽晶圓，形成晶圓群WF。複數枚矽晶圓的排列方式，只要配置以免各晶圓倒下，不特別限定。例如，1批量(例如50枚)的矽晶圓，可以排列使互相鄰接的矽晶圓主面之間相接。圖1〜3中，顯示配置4批量的矽晶圓之例。又，透過在凹處16A內等間隔設置垂直於凹處16長邊方向的隔板(未圖示)，各批量的矽晶圓群WF不倒下，收納至凹處16A內。但是，不限定於此排列方式，排列收納至凹處16A內的全部矽晶圓，使互相鄰接的矽晶圓主面之間相接也可以。本實施形態中，各矽晶圓下半部分接觸凹處16A受支撐，上半部分位於比凹處16A上端更上方，即，位於比小船16更上方。但是，矽晶圓與凹處16A接觸的範圍，只要不妨礙各晶圓直立，不限定於下半部分。
(B)小船16上，在比晶圓群WF更爐尾側S，與晶圓群WF離間，配置具有與爐芯管12的中心軸X平行的軸之圓柱狀第1虛設塊18S，在比晶圓群WF更爐口側H，與晶圓群WF離間，配置具有與爐芯管12的中心軸X平行的軸之圓柱狀第2虛設塊18H。沒有這些第1及第2虛設塊18S、18H時，在爐芯管12內晶圓設置區域的中心軸X方向兩端部分爐內環境溫度下降，爐芯管12內的均熱長變短。此時，複數枚矽晶圓中位於兩端部分的矽晶圓內，不純物的擴散變得不充分。相對於此，透過配置第1及第2虛設塊18S、18H，可以加長爐芯管12內的均熱長，可以達到在爐芯管12內晶圓設置區域的溫度均勻化。
根據充分達到爐芯管12內晶圓設置區域的溫度均勻化的觀點，第1及第2虛設塊18S、18H理想是以矽構成。
又，根據相同的觀點，第1及第2虛設塊18S、18H的直徑，理想是與構成晶圓群WF的複數枚矽晶圓之直徑相等。例如，矽晶圓的直徑是150mm時，第1及第2虛設塊18S、18H的直徑理想也是150mm。本實施形態中，如圖5(B)所示，第1及第2虛設塊18S、18H的下半部分接觸凹處16A受支撐，上半部分位於比凹處16A上端更上方，即，位於比小船16更上方。但是，第1及第2虛設塊18S、18H與凹處16A接觸的範圍，只要不妨礙各晶圓直立，不限定於下半部分。
根據充分達到爐芯管12內晶圓設置區域溫度均勻化的觀點，第1及第2虛設塊18S、18H沿著爐芯管12的中心軸X的寬度，理想是40mm以上。另一方面，虛設塊過長時，因為均熱長之中製品處理的區域變少等生產性變差，第1及第2虛設塊18S、18H沿著爐芯管12的中心軸X的寬度，理想是75mm以下。
爐芯管12的中心軸X方向中，第1虛設塊18S與晶圓群WF的距離(離間距離)以及第2虛設塊18H與晶圓群WF的距離(離間距離)，理想是11mm以上。上述距離未達11mm時，成為製品的晶圓群WF有污染的憂慮。又，上述距離理想是30mm以下。因為，上述距離超過30mm時，成為製品的晶圓的設置數受限制，妨礙生產性。
關於第1及第2虛設塊18S、18H，本實施形態中，複數批次的熱處理中，不進行交換、高清淨度化處理(氟酸與硝酸的混酸液等的蝕刻處理)，重複使用同一虛設塊。其理由與已述相同。在那時候，認為虛設塊中慢慢積累來自爐芯管的金屬污染。第1及第2虛設塊18S、18H的矽中，至少Fe、Ni及Cu其中任一濃度為1×1011 atoms/cm3 以上時，或全部遷移金屬元素的濃度分別為1×1011 atoms/cm3 以上時，憂慮虛設塊的金屬污染。
在此情況下，圖1所示的比較例之矽晶圓的熱處理方法中，複數批次的熱處理中，隨著經過批次，包含從第1及第2虛設塊18S、18H產生的污染金屬之氣體，向配置在虛設塊附近的矽晶圓擴散供給。結果，配置在第1及第2虛設塊18S、18H附近的矽晶圓也受金屬污染，壽命值下降。因為壽命值在既定值以下的晶圓群WF不能成為製品，製品良率變不足。
(C)於是，本發明中，虛設塊與複數枚矽晶圓之間，設置尺寸比虛設塊及矽晶圓更大且高清淨度的追加塊很重要。
圖2中顯示其中一實施形態。圖2中，小船16上，第1虛設塊18S與晶圓群WF之間配置第1追加塊20S，第2虛設塊18H與晶圓群WF之間配置第2追加塊20H。本實施形態中，包含從第1虛設塊18S產生的污染金屬之氣體，因為利用第1追加塊20S遮擋，變得難以向晶圓群WF供給。又，包含從第2虛設塊18H產生的污染金屬之氣體，因為利用第2追加塊20H遮擋，變得難以向晶圓群WF供給。結果，抑制配置在第1及第2虛設塊18S、18H附近的矽晶圓之壽命值下降，可以提高製品良率。又，第1追加塊20S及第2追加塊20H，設置任一方都可以，但根據更提高製品良率的觀點，理想是設置兩方。
圖3中顯示另一實施形態。圖3中，除了第1追加塊20S及第2追加塊20H之外，小船16上，比第1虛設塊18S更爐尾側S再配置第3追加塊22S，比第2虛設塊18H更爐口側H再配置第4追加塊22H。本實施形態中，包含從第1虛設塊18S產生的污染金屬之氣體，變得容易關在第1追加塊20S與第3追加塊22S之間的空間裏面。又，包含從第2虛設塊18H產生的污染金屬之氣體，變得容易關在第2追加塊20H與第4追加塊22H之間的空間裏面。結果，可以更確實抑制配置在第1及第2虛設塊18S、18H附近的矽晶圓之壽命值下降。又，第3追加塊22S及第4追加塊22H，設置任一方都可以，但根據更提高製品良率的觀點，理想是設置兩方。
第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H，需要比第1及第2虛設塊18S、18H及複數枚矽晶圓更大的尺寸。具體地，往垂直於爐芯管12中心軸X的假想面之第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H的投影形狀，包含第1及第2虛設塊18S、18H及複數枚矽晶圓往上述假想面之投影形狀，必須具有與爐芯管12中心軸X平行的軸之柱形狀。參照圖4(A)、(B)及圖5(C)，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H，具有滿足以下條件的形狀。
(i－1)第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H中，比凹處16A上端更下方的部分(本實施形態中下半部分)，收納在凹處16A中。因此，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H往上述假想面之投影形狀中，比凹處16A上端更下方的部分，具有與複數枚矽晶圓半徑相同的曲率半徑。
(i－2)第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H中，比凹處16A上端更上方的部分，即比小船16更上方的部分(本實施形態中上半部分)，發揮抑制包含污染金屬的氣體擴散之機能。因此，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H往上述假想面之投影形狀中，比小船16更上方的部分，具有比複數枚矽晶圓半徑更大的曲率半徑R。根據充分得到抑制包含污染金屬的氣體擴散效果之觀點，上述部分的曲率半徑R，理想是比複數枚矽晶圓半徑更大5mm以上。又，小船16的搬入及搬出之際，根據迴避第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H接觸爐芯管12的危險性之觀點，上述部分的曲率半徑R，理想是比複數枚矽晶圓半徑更大25mm以下的範圍。
參照圖4(B)，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H沿著爐芯管12中心軸X的寬度W，理想是10mm以上，更理想是15mm以上。因為，在此情況下，對追加塊施行高清淨度化處理之際的操作變得容易。又，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H沿著爐芯管12中心軸X的寬度W，理想是比第1及第2虛設塊18S、18H的寬度更小，具體地，理想是20mm以下。在此情況下，相較於虛設塊，可以減少每批次交換追加塊之際的經濟負擔，又，由於蝕刻槽的製作容易也可以迴避蝕刻中液溫上升的憂慮，各批次的熱處理後也容易對追加塊施行高清淨度處理。
圖2及3中，爐芯管12的中心軸X方向中，第1虛設塊18S與第1追加塊20S的距離(離間距離)以及第2虛設塊18H與第2追加塊20H的距離(離間距離)，理想是0mm以上5mm以下。上述距離5mm以下的話，可以更確實得到第1追加塊20S及第2追加塊20H的效果。
圖2及圖3中，爐芯管12的中心軸X方向中，第1追加塊20S與晶圓群WF的距離(離間距離)以及第2追加塊20H與晶圓群WF的距離(離間距離)，理想是1mm以上5mm以下。
圖2及圖3中，爐芯管12的中心軸X方向中，第1虛設塊18S與第3追加塊22S的距離(離間距離)以及第2虛設塊18H與第4追加塊22H的距離(離間距離)，理想是0mm以上5mm以下。上述距離5mm以下的話，可以更確實得到第3追加塊22S及第4追加塊22H的效果。
根據不妨礙爐芯管12內晶圓設置區域溫度均勻化的觀點，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H理想是由矽構成。
根據防止複數枚矽晶圓金屬污染的觀點，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H，必須高清淨度。具體地，Fe的濃度未達1×1011 atoms/cm3 ，Ni及Cu的濃度必須分別未達5×1010 atoms/cm3 ，更理想是Fe、Ni及Cu的濃度分別未達5×1010 atoms/cm3 ，又更理想是全部遷移金屬元素濃度分別未達5×1010 atoms/cm3 ，最理想是全部遷移金屬元素濃度分別未達1×1010 atoms/cm3 。
虛設塊及追加塊中的遷移金屬元素濃度，透過以酸等溶解各塊的表層部，再以ICP－MS等測量溶解液內包含的元素濃度，可以求出。
本實施形態中，複數批次的熱處理中，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H，必須總是高清淨度。於是，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H，每批次換成高清淨度的塊，或是對每批次使用完畢的塊施行除去遷移金屬元素的高清淨度化處理。具體地，透過氟酸與硝酸的混酸液等的蝕刻處理，從追加塊除去遷移金屬元素。如已述，第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H，因為尺寸比第1及第2虛設塊18S, 18H更小，容易高清淨度化。 [實施例]
準備具有圖1所示的構造之橫型熱處理爐。以SiC構成的爐芯管內徑是220mm。又，準備圖5(A)所示構造的小船。小船的凹處，係半徑75mm的半圓筒形凹部。準備表層上附著磷玻璃的直徑150mm矽晶圓7批量(350枚)，主面垂直於爐芯管中心軸且每批量互相鄰接的矽晶圓主面之間相接，裝載在小船上，成為晶圓群。
小船上，比全部矽晶圓(晶圓群)更爐尾側S，配置具有與爐芯管的中心軸平行的軸之圓柱狀第1虛設塊，比全部矽晶圓(晶圓群)更爐口側HS，配置具有與爐芯管的中心軸平行的軸之圓柱狀第2虛設塊。各虛設塊，係直徑150mm、寬40mm的圓柱狀矽塊，從利用CZ法製造的單晶矽錠切出。但是，各虛設塊，不是已在複數批次的熱處理中交換、洗淨，而是重複使用。因此，關於同等條件下使用完畢的虛設塊，利用已述的方法測量遷移金屬元素濃度後，Fe濃度是2×1011 atoms/cm3 、Ni濃度是1×1011 atoms/cm3 、Cu濃度未達5×1010 atoms/cm3 (只有Cu未達檢出下限值)。又，爐芯管的中心軸方向中，第1虛設塊與晶圓群的距離(離間距離)以及第2虛設塊與晶圓群的距離(離間距離)，都是25.3mm。
如表1所示，比較例1及發明例1~6中，各式各樣改變圖3所示的第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H的設置有無。各追加塊的形狀及尺寸如圖4(A)、(B)所示，圖4(A)所示的下半部分的曲率半徑是75mm，上半部分的曲率半徑R顯示在表1，圖4(B)所示的寬W顯示在表1。又，設置各追加塊的情況下，各追加塊與最接近上述追加塊的虛設塊的距離(離間距離)，為1.2mm。各追加塊，係從利用CZ法製造的單晶矽錠切出的矽塊。相對於此，實行已述的高清淨度化處理。因此，關於各追加塊，利用已述的方法測量遷移金屬元素濃度後，Fe濃度未達1×1011 atoms/cm3 、Ni濃度及Cu濃度分別未達5×1010 atoms/cm3 ，各自未達測量的檢出下限值。
比較例1及發明例1~6中，放入小船至爐芯管內，實行驅入步驟的熱處理。導入爐芯管內的氣體，包含氧0.5體積%，剩餘部分為以Ar構成的組成。均熱管內的環境溫度為1300℃，此溫度中保持230小時。
[壽命的測量] 熱處理後，全部矽晶圓中最爐尾側的矽晶圓作為「監控晶圓S1」，最爐口側的矽晶圓作為「監控晶圓H1」，利用一般的μ－PCD法測量這些監控晶圓的壽命。顯示以比較例1的壽命為基準的相對值在表1。
[表1]
區分 追加塊 壽命相對值
20S 20H 22S 22H R(mm) W(mm) 爐尾側S1 爐口側H1
比較例 無 無 無 無 － － 1 1
發明例1 有 有 無 無 90 20 2.5 2.3
發明例2 有 有 無 無 85 20 2.6 2.3
發明例3 有 有 無 無 80 20 2.7 2.4
發明例4 有 無 無 無 90 20 2.7 1.6
發明例5 無 有 無 無 90 20 2.0 2.4
發明例6 有 有 有 有 90 15 2.3 2.0
根據表1很清楚地，發明例1~6中壽命值比比較例更大。 [產業上的利用可能性]
使用本發明的橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，正好應用於磷、硼等摻雜物從矽晶圓的表層往內部的擴散熱處理。
100:橫型熱處理爐 10:均熱管 10A:門扇 10B:開口部 10C:吸引口 12:爐芯管 12A:蓋子 12B:氣體導入口 12C:氣體排氣口 14:加熱器 16:小船 16A:凹處 18S:第1虛設塊(保溫塊) 18H:第2虛設塊(保溫塊) 20S:第1追加塊(遮蔽塊) 20H:第2追加塊(遮蔽塊) 22S:第3追加塊(遮蔽塊) 22H:第4追加塊(遮蔽塊) S:爐尾側(氣體流入側) H:爐口側(氣體流出側) WF:晶圓群(複數枚矽晶圓) X:爐芯管的中心軸
[圖1]係用以說明比較例的矽晶圓的熱處理方法之橫型熱處理爐100的縱剖面圖； [圖2]係用以說明本發明一實施形態的矽晶圓的熱處理方法之橫型熱處理爐100的縱剖面圖； [圖3]係用以說明本發明另一實施形態的矽晶圓的熱處理方法之橫型熱處理爐100的縱剖面圖； [圖4](A)係第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H的正面圖，(B)係第1至第4追加塊20S、20H、22S、22H的側面圖；以及 [圖5](A)係小船16垂直於爐中心軸X的剖面圖，(B)係圖1的I－I剖面圖，(C)係圖2的II－II剖面圖。
100:橫型熱處理爐
10:均熱管
10A:門扇
10B:開口部
10C:吸引口
12:爐芯管
12A:蓋子
12B:氣體導入口
12C:氣體排氣口
14:加熱器
16:小船
16A:凹處
18S:第1虛設塊(保溫塊)
18H:第2虛設塊(保溫塊)
20S:第1追加塊(遮蔽塊)
20H:第2追加塊(遮蔽塊)
S:爐尾側(氣體流入側)
H:爐口側(氣體流出側)
WF:晶圓群(複數枚矽晶圓)
X:爐芯管的中心軸

Claims (13)

  1. 一種使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法， 準備橫型熱處理爐，包括：圓筒狀爐芯管，具有橫方向的中心軸；以及加熱器，位於上述爐芯管周圍，加熱上述爐芯管；在上述爐芯管一端部設置蓋子，上述爐芯管的另一端部設置氣體導入口，上述爐芯管的上述蓋子附近的爐壁上設置氣體排氣口； 以接近上述爐芯管的上述蓋子的一側作為爐口側，以接近上述爐芯管的上述氣體導入口的一側作為爐尾側時，打開上述蓋子，上述爐芯管內，配置小船成為以下(A)〜(C)的狀態； (A)上述小船上，主面與上述爐芯管的中心軸垂直，排列複數枚矽晶圓，形成晶圓群； (B)上述小船上，比上述晶圓群更爐尾側，配置具有與上述爐芯管的中心軸平行的軸之圓柱狀第1虛設塊，比上述晶圓群更爐口側，配置具有與上述爐芯管的中心軸平行的軸之圓柱狀第2虛設塊； (C)上述小船上，至少是上述第1虛設塊與上述晶圓群之間配置第1追加塊以及上述第2虛設塊與上述晶圓群之間配置第2追加塊其中一方，上述第1及第2追加塊，(i)往垂直於上述爐芯管中心軸的假想面之投影形狀，包含上述第1及第2虛設塊及上述複數枚矽晶圓往上述假想面之投影形狀，係具有與上述爐芯管中心軸平行的軸之柱形狀，而且(ii)Fe的濃度未達1×1011 atoms/cm3 (原子/立方厘米)，Ni及Cu的濃度分別未達5×1010 atoms/cm3 ； 關閉上述蓋子； 從上述氣體導入口導入上述氣體至上述爐芯管內，從上述氣體排氣口排出上述氣體的同時，藉由以上述加熱器加熱上述爐芯管，對上述複數枚矽晶圓施行熱處理。
  2. 如請求項1所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，在上述(C)中， 配置上述第1追加及第2追加塊兩方。
  3. 如請求項1或2所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述第1追加及第2追加塊以矽構成。
  4. 如請求項1或2所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述第1追加及第2追加塊往上述假想面的投影形狀中，比上述小船更上方的部分，具有比上述複數枚矽晶圓半徑更大5mm(毫米)以上的曲率半徑。
  5. 如請求項1或2所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述第1追加及第2追加塊沿著上述爐芯管的中心軸之寬度，在10〜20mm(毫米)的範圍內。
  6. 如請求項1所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述(C)中，上述小船上，至少是比上述第1虛設塊更爐尾側配置第3追加塊以及比第2虛設塊更爐口側配置第4追加塊其中一方，上述第3及第4追加塊滿足上述(i)及(ii)。
  7. 如請求項6所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述(C)中，配置第3及第4追加塊兩方。
  8. 如請求項6或7所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述第3及第4追加塊以矽構成。
  9. 如請求項6或7所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述第3及第4追加塊往上述假想面的投影形狀中，比上述小船更上方的部分，具有比上述複數枚矽晶圓半徑更大5mm(毫米)以上的曲率半徑。
  10. 如請求項6或7所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述第3及第4追加塊沿著上述爐芯管的中心軸之寬度，在10〜20mm(毫米)的範圍內。
  11. 2、6或7中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述第1及第2虛設塊以Fe、Ni及Cu其中任一濃度是1×1011 atoms/cm3 以上的矽構成。
  12. 2、6或7中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述第1及第2虛設塊的直徑與上述複數枚矽晶圓的直徑相等。
  13. 2、6或7中任一項所述之使用橫型熱處理爐之矽晶圓的熱處理方法，其中， 上述第1及第2虛設塊沿著上述爐芯管的中心軸之寬度，在40〜75mm(毫米)的範圍內。
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