TWI797779B - 直立型熱處理爐處理舟及半導體晶圓的熱處理方法 - Google Patents
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Abstract
議題：提供在對半導體晶圓施以熱處理時，與過去相比，更能夠抑制半導體晶圓發生滑動差排的直立型熱處理爐處理舟及半導體晶圓的熱處理方法。
解決方式：以具備複數支支柱，及連接在各個該複數支支柱，支持上述半導體晶圓的背面的一支以上的支持部，之直立型熱處理爐處理舟，關於各個上述複數支支柱之中的至少一支支柱11，將包含上述處理舟的中心軸O的同時夾在接於上述支柱11的兩個面P1、P2的區域作為第1區域A1，將上述第1區域A1以外的區域作為第2區域A2時，構成為連接上述支柱11的支持部11a，在上述第2區域A2，支持上述半導體晶圓的背面。
Description
本發明係關於直立型熱處理爐處理舟及半導體晶圓的熱處理方法。
在製造作為半導體裝置的基板的矽晶圓等的半導體晶圓的過程，晶圓會經過各式各樣的熱處理步驟。此外，在半導體裝置的製造過程，在氧化、擴散、成膜等步驟，會對作為半導體裝置的基板的半導體晶圓，反覆施以高溫熱處理。作為進行如此的熱處理的爐，存在使熱處理為對象的半導體晶圓的面內方向呈水平地在垂直方向排列複數片進行熱處理的直立型熱處理爐，及使半導體晶圓的面內方向呈垂直地在水平方向排列複數片進行熱處理的臥式熱處理爐。其中，直立型熱處理爐，由於設置空間小，而適於做多量大口徑的半導體基板的熱處理，故一般使用於半導體晶圓的各種熱處理。
直立型熱處理爐，具備：處理舟，其具備複數支柱、及與該複數支柱各個連接的一個以上的支持部；及配置在該處理舟周圍的加熱器。在如此的直立型熱處理爐，導入熱處理對象的半導體晶圓，將半導體晶圓載置在處理舟的支持部，藉由加熱器加熱半導體晶圓，對半導體晶圓施以熱處理。
使用上述直立型熱處理爐，對半導體晶圓進行熱處理時，在半導體晶圓面內發生溫度分佈不均則會產生熱應力，而在半導體晶圓發生滑動差排。滑動差排，由於會成為使半導體裝置的漏電流增加、使半導體晶圓的平坦性惡化的原因，故抑制半導體晶圓在熱處理中發生滑動差排非常重要。
因此至今，有各種抑制半導體晶圓在熱處理中發生滑動差排的處理舟的提案。例如，在專利文獻1，記載一種處理舟，其具備：複數支柱；及支持部，其係可裝卸地安裝在各支柱，並水平的支持被處理物，可有效防止產生滑動差排、污染。
此外，在專利文獻2，記載求得處理舟的位置與半導體晶圓的載置位置的相對位置，與滑動差排的發生量的關係，基於所求關係設定處理舟的位置與半導體晶圓的載置位置的相對位置的初期位置，藉由將載置在處理舟的半導體晶圓從該設定的初期位置在基準值內進行熱處理，可穩定抑制發生滑移的方法。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-241545號公報
[專利文獻2]日本特開2013-110364號公報
[發明所欲解決的問題]
本發明者們研究的結果，發現使用專利文獻1所述處理舟及用於專利文獻2所述方法的處理舟對半導體施以熱處理，則無法充分抑制發生滑動差排。
因此，本發明的目的係提供在對半導體晶圓施以熱處理時，與過去相比，更能夠抑制半導體晶圓發生滑動差排的直立型熱處理爐處理舟及半導體晶圓的熱處理方法。
[用以解決問題的手段]
用於解決上述課題的本發明，係如下所示。
[1]一種直立型熱處理爐處理舟，其係在具備：複數支支柱；及連接在各個該複數支支柱，支持上述半導體晶圓的背面的一支以上的支持部，其特徵在於：
關於各個上述複數支支柱之中的至少一支支柱，將包含上述處理舟的中心軸的同時夾在接於上述支柱的兩個面的區域作為第1區域，將上述第1區域以外的區域作為第2區域時，構成為連接上述支柱的支持部，在上述第2區域，支持上述半導體晶圓的背面。
[2]如[1]之直立型熱處理爐處理舟，其中上述複數支支柱，係由包含上述直立型處理舟的中心軸，同時對垂直於晶圓的填充方向的面，配置在晶圓填充前邊側的兩支第1支柱，及晶圓填充後邊側的一支以上的第2支柱構成，
俯視時，連接在各個上述兩支第1支柱的支持部的晶圓支持區域，相對於上述直立型熱處理處理舟的中心軸，配置在連接上述一支以上的第2支柱的任一支持部的晶圓支持區域的點對稱的位置。
[3]如[1]或[2]之直立型熱處理爐處理舟，其中連接各個上述至少一支支柱的支持部，配置在較上述半導體晶圓的外周之內側，且在裝置加工區域的外側支持上述半導體晶圓的背面。
[4]如[1]~[3]之任何一項之直立型熱處理爐處理舟，其中連接全部上述複數支支柱的支持部，構成為在上述第2區域支持上述半導體晶圓的背面。
[5]如[1]~[4]之任何一項之直立型熱處理爐處理舟，其中上述直立型熱處理爐處理舟，以矽、碳化矽或二氧化矽構成。
[6]一種半導體晶圓的熱處理方法，其特徵在於：將熱處理對象的半導體晶圓載置在上述[1]~[5]之任何一項之直立型熱處理爐處理舟的上述支持部上，對上述半導體晶圓施以熱處理。
[7]如[6]之半導體晶圓的熱處理方法，其中上述半導體晶圓為矽晶圓。
[發明功效]
根據本發明，對半導體晶圓施以熱處理時，與過去相比，更能夠抑制半導體晶圓發生滑動差排。
(處理舟)
以下，參照圖面說明關於本發明的實施形態。本發明的處理舟，其係以具備複數支支柱，及連接在各個該複數支支柱的一支以上的支持部，支持上述半導體晶圓的背面的直立型熱處理爐處理舟。在此，其特徵在於：關於各個上述複數支支柱之中的至少一支支柱，將包含上述處理舟的中心軸的同時夾在接於上述支柱的兩個面的區域作為第1區域，將上述第1區域以外的區域作為第2區域時，構成為連接上述支柱的支持部，在上述第2區域，支持上述半導體晶圓的背面。
如上所述，發現在直立型熱處理爐，使用先前的處理舟對半導體晶圓施以熱處理，則會發生滑移。本發明者們，在研究可抑制半導體晶圓在熱處理中發生滑動差排的處理舟之中，研究具有如圖1所示構造的處理舟。
圖1(a)所示處理舟100，具備：兩支第1支柱11及2支第2支柱12，在各個第1支柱11及第2支柱12，連接支持熱處理對象的半導體晶圓W的背面的複數支持部11a、12a。如圖1(b)所示第1支柱11，係以不妨礙半導體晶圓W的填充，包含直立型處理舟100的中心軸O的同時，對垂直於晶圓填充方向的面P，配置在晶圓填充前邊側的兩支支柱，第2支柱12，係配置在晶圓填充後邊側的支柱。圖1(c)為表示支持部11a支持半導體晶圓W的背面的情形。再者，構成為支持同一半導體晶圓W的支持部11a、12a與半導體晶圓W接觸的表面的高度位置，均為大致相同(即，大致同一平面)。
圖2為表示第1支柱11及支持部11a的細節的圖，(a)為整體圖，(b)為俯視圖。再者，在圖2(b)，Lw表示半導體晶圓W的外周。如圖2(a)所示，連接第1支柱11的支持部11a，構成為在半導體晶圓W載置在支持部11a上時，具有從第1支柱11沿著半導體晶圓W的外周Lw延伸的形狀，在圖2(b)所示區域(晶圓支持區域)Ac，與半導體晶圓W的背面面接觸。
此外，圖3為表示第2支柱12及支持部12a的細節的圖，(a)為整體圖，(b)為俯視圖。再者，在圖3(b)，Lw表示半導體晶圓W的外周。如圖3(a)所示，連接第2支柱12的支持部12a，構成為與專利文獻1及2所述的處理舟同樣，半導體晶圓W載置在支持部12a上時，具有從第2支柱12向載置在支持部12a的半導體晶圓W的中心方向延伸的形狀，在圖3(b)所示晶圓支持區域Ac，與半導體晶圓W的背面面接觸。
再者，將上述處理舟100的熱處理對象的半導體晶圓W載置在支持部11a、12a上時，由於較多的半導體晶圓W的重量會靠在第1支柱11側，故會使半導體晶圓W，以晶圓的重心稍微向第1支柱11側傾斜載置。此外，如圖1(a)所示，在處理舟100的周圍，配置有加熱半導體晶圓W的加熱器13，惟圖1(a)所示加熱器13，為用於模擬所使用的簡易模型，與實際的不同。
本發明者們，將圖1所示處理舟100導入直立型熱處理爐內，對複數片矽晶圓施以熱處理。結果，從幾個形成在矽晶圓外周部的傷發生滑動差排，在其任一，均從位在第1支柱11附近的傷發生滑動差排。
圖4為表示發生滑動差排的矽晶圓的X射線觀察像的一例。在圖4所示矽晶圓，可認為如箭頭所示，在矽晶圓的外周部，形成與支持部11a接觸所形成的傷。然後，僅從位在與第1支柱11最接近的位置的傷，發生滑動差排。
再者，雖未示於圖，關於第2支柱12，雖有認為是第2支柱12的支持部12a與矽晶圓的外周部接觸所形成的傷，但並沒有從此傷發生滑動差排。
本發明者們，受到上述結果，為探究滑動差排僅從位於第1支柱11附近的傷發生的原因，藉由模擬進行熱處理中的矽晶圓的熱傳分析。結果，發現相對於遠離第1支柱11的矽晶圓的區域(例如，支持部11a的尖端部分)的熱應力較小，而來自加熱器13的熱被第1支柱11遮蔽的矽晶圓的區域的熱應力較大。此外，確認支持部12a，並沒有受到如支持部11a的熱應力。
在成為上述第1支柱11的陰影的區域熱應力會變大的理由，可認為是因第1支柱11阻礙來自加熱器13的熱而成為第1支柱11的陰影的區域，與不會被阻礙的區域的邊界附近，矽晶圓的溫度變化會變大。
本發明者們，受到上述熱傳分析的結果，專心研究可抑制熱處理中的半導體晶圓W發生滑動差排的處理舟的形狀。作為使用在直立型熱處理爐的處理舟的構造，難以去除阻礙來自加熱器13的熱的第1支柱11、12。因此，本發明者們，專心研究關於具有如圖1所示的第1支柱11、12，連接第1支柱11、12支持部11a、12a的處理舟100，可抑制發生滑動差排的處理舟的形狀。結果，發現以支持部11a在來自加熱器13的熱在成為第1支柱11的陰影的區域(第1區域)以外的區域(第2區域)，支持半導體晶圓W的背面的構成，非常有效而完成本發明。
再者，在本發明，上述所謂「來自加熱器13的熱在成為第1支柱11的陰影的區域(第1區域)」意指如圖5所示，俯視處理舟時，包含處理舟100的中心軸O的同時，以接於第1支柱11(第2支柱12)的2個面P1、P2所夾的區域(第1區域)A1。
在圖5，藉由支持部11a以區域(第1區域)A1以外的區域(第2區域)A2，使支持部11a支持半導體晶圓W的背面，可抑制在熱處理中從形成在半導體晶圓W的外周部的傷發生滑動差排。
圖6為說明以支持部11a的半導體晶圓W的支持方法的圖。圖6(a)為表示從第1支柱11附近的傷發生滑動差排的第1支柱11，與圖2所示相同。示於圖6(a)的支持部11a，在成為第1支柱11的陰影的第1區域A1，亦支持半導體晶圓W的背面，支持部11a與半導體晶圓W在晶圓支持區域Ac面接觸。相對於此，在示於圖6(b)的支持部21a，大大地去除成為第1支柱21的陰影的部分。藉此，第一支持部21a，在第1區域A1並沒有支持半導體晶圓W的背面，支持部21a與半導體晶圓W，僅在第2區域A2的晶圓支持區域Ac面接觸。如此可避免在熱處理中，支持部21a與半導體晶圓W的熱應力較大的區域接觸，而可抑制在熱處理中從形成在半導體晶圓W的外周部的傷發生滑動差排。
再者，在各個連接在2支第1支柱21的支持部21a的晶圓支持區域Ac，相對於直立型熱處理處理舟100的中心軸O，配置在與一支以上的第2支柱12的任一連接的支持部12a的晶圓支持區域Ac的點對稱的位置為佳。藉此，可將半導體晶圓W的荷重均衡地分散在支持部21a、12a而抑制對特定支持部21a、12a造成過重的負荷，而可進一步抑制發生滑動差排。再者，所謂「在支持部21a的晶圓支持區域Ac，相對於直立型熱處理處理舟100的中心軸O，配置在與一支以上的第2支柱12的任一連接的支持部12a的晶圓支持區域Ac的點對稱的位置」，係如圖7所示，俯視時，在支持部21a的晶圓支持區域Ac，向處理舟100的中心軸O的周圍旋轉180度時，與第2支柱12的任一支持部12a的晶圓支持區域Ac的至少一部分會重複。換言之，意指通過第一支持部21a的晶圓支持區域Ac的某一點及中心軸O的直線，會通過第2支柱12的任一支持部12a的晶圓支持區域Ac。
此外，連接各個至少一個支柱21、12的支持部21a、12a，以配置在較半導體晶圓W的外周之內側，且以裝置加工區域的外側支持半導體晶圓W的背面為佳。在裝置形成步驟，會進行RTA、FLA等的高速升降溫的熱處理，但在裝置加工區域的背面有傷時，可能會發生滑動差排。藉由將支持部21a、12a，配置在較半導體晶圓W的外周之內側，且以裝置加工區域的外側支持半導體晶圓W的背面，防止在裝置加工區域的背面形成傷，可防止發生滑動差排，而可提升良率。
再者，支持的半導體晶圓W的直徑，例如為450mm時，由於晶圓的重量會增加，故對支持部21a、12a的負荷會比直徑為300mm時大。在如此的情形，構成為所有的第1支柱21、12的支持部21a、12a，以在成為第1支柱21、12的陰影的第1區域A1以外的第2區域A2支持半導體晶圓W的背面為佳。藉此，可抑制從半導體晶圓W與支持部21a、12a的接觸所形成的傷發生滑動差排。
此外，半導體晶圓W的直徑，並無特別限定，可例如為150mm以上，300mm以上，具體而言，可為150mm、200mm、300mm、450mm等。處理舟1的各構成，可以對應半導體晶圓W的直徑的尺寸構成。
第1支柱21、12及支持部21a、12a，可以矽、碳化矽或氧化矽構成。
(半導體晶圓的熱處理方法)
接著，說明關於本發明的半導體晶圓的熱處理方法。本發明的半導體晶圓的熱處理方法，其特徵在於：將熱處理對象的半導體晶圓載置在上述本發明的處理舟的支持部上，對上述半導體晶圓施以熱處理。
如上所述，在本發明的處理舟1，第1支柱21的支持部21a，係在成為第1支柱21的陰影的第1區域A1以外的第2區域A2，支持熱處理對象的半導體晶圓W的背面。因此，藉由將上述處理舟1設置在直立型熱處理爐內，在第1支柱21、12的支持部21a、12a上載置熱處理對象的半導體晶圓W做熱處理，可抑制在熱處理中從形成在半導體晶圓W的外周部的傷發生滑動差排。
上述熱處理對象的半導體晶圓，並無特別限定，惟在矽晶圓的情形，適合進行熱處理。
[實施例]
以下說明關於本發明的實施例，惟本發明並非限定於實施例。
(發明例1)
使用具有圖8(a)所示支持部21a的處理舟對矽晶圓(直徑︰200mm)進行熱處理。圖8(a)所示支持部21a，具有類似圖2所示支持部11a的構造，惟構成為僅以存在於第2區域A2的晶圓支持區域Ac支持矽晶圓的背面。此外，如圖8(b)所示，連接在各個第1支柱21的支持部21a的晶圓支持區域Ac，相對於直立型熱處理處理舟1的中心軸O，配置在連接第2支柱12的任一支持部12a的晶圓支持區域Ac的點對稱位置。矽晶圓載置在如此的處理舟的支持部21a、12a上，對110片矽晶圓施以熱處理。具體而言，投入700℃的直立型熱處理爐，以5℃/分的升溫速度升溫至1100℃，保持60分鐘。之後，以2.5℃/分的降溫速度降溫至700℃，從爐內取出。結果，矽晶圓並沒有發生滑動差排。以模擬進行熱傳計算，結果在支持部與矽晶圓的接觸區域的接觸點之中，馮米賽斯應力的最大值為1.22MPa，平均值為1.16MPa。
(發明例2)
與發明例1同樣，對矽晶圓進行熱處理。惟，作為處理舟，使用具有如圖9(a)所示支持部21a的。示於圖9(a)的支持部21a，構成為較圖8(a)所示的，支持更靠矽晶圓的中心側的部分，具體而言，從矽晶圓的外周20~30mm的部分。此外，如圖9(b)所示，連接在各個第1支柱21的支持部21a的晶圓支持區域Ac，相對於直立型熱處理處理舟1的中心軸O，配置在連接第2支柱12的任一支持部12a的晶圓支持區域Ac的點對稱位置。其他的條件均與發明例1相同。結果，矽晶圓沒有發生滑動差排。以模擬進行熱傳計算，結果在支持部與矽晶圓的接觸區域的接觸點之中，馮米賽斯應力的最大值為1.09MPa，平均值為0.98MPa。
(比較例)
與發明例1同樣，對矽晶圓進行熱處理。惟，作為處理舟，使用圖1~3所示處理舟100。在示於圖1~3的處理舟100，成為第1支柱11的陰影的第1區域A1亦支持矽晶圓。其他的條件均與發明例1相同。結果，從成為第1支柱11的陰影的第1區域A1的傷發生滑動差排。以模擬進行熱傳計算，結果在支持部11a與矽晶圓的接觸區域的接觸點之中，馮米賽斯應力的最大值為1.35MPa，平均值為1.23MPa。
根據本發明，對半導體晶圓施以熱處理時，由於與過去相比，更能夠抑制半導體晶圓發生滑動差排，故有用於半導體產業。
1,100:處理舟
11,21:第1支柱
12:第2支柱
11a,12a,21a:支持部
13:加熱器
A1:第1區域
A2:第2區域
Ac:晶圓支持區域
P,P1,P2:面
Lw:半導體晶圓的外周
O:處理舟的中心軸
W:半導體晶圓
圖1為表示所研究的處理舟的構成的圖，(a)為整體圖，(b)為俯視圖，(c)為在(a)的X-X剖面圖。
圖2為表示第1支柱及支持部的細節的圖，(a)為整體圖，(b)為俯視圖。
圖3為表示第2支柱及支持部的細節的圖，(a)為整體圖，(b)為俯視圖。
圖4為發生滑動差排的矽晶圓的X射線觀察像的一例。
圖5為說明在本發明的處理舟，支持半導體晶圓背面的位置的圖。
圖6為說明在支持部的半導體晶圓的支持區域的圖。
圖7為說明在本發明更均衡地支持半導體晶圓的方法的圖。
圖8(a)為使用於發明例1的處理舟的支持部，(b)為處理舟的俯視圖。
圖9(a)為使用於發明例2的處理舟的支持部，(b)為處理舟的俯視圖。
11:第1支柱
11a:支持部
A1:第1區域
A2:第2區域
P1,P2:面
O:處理舟的中心軸
Claims (9)
- 一種直立型熱處理爐處理舟，其係以具備複數支支柱，及連接在各個該複數支支柱，支持上述半導體晶圓的背面的一支以上的支持部，之直立型熱處理爐處理舟，其特徵在於：關於各個上述複數支支柱之中的至少一支支柱，將包含上述處理舟的中心軸的同時夾在接於上述支柱的兩個面的區域作為第1區域，將上述第1區域以外的區域作為第2區域時，構成為連接上述支柱的支持部，僅僅在上述第2區域，支持上述半導體晶圓的背面。
- 如請求項1之直立型熱處理爐處理舟，其中上述複數支支柱，係由包含上述直立型處理舟的中心軸，同時對垂直於晶圓的填充方向的面，配置在晶圓填充前邊側的兩支第1支柱，及晶圓填充後邊側的一支以上的第2支柱構成，俯視時，連接在各個上述兩支第1支柱的支持部的晶圓支持區域，相對於上述直立型熱處理處理舟的中心軸，配置在連接上述一支以上的第2支柱的任一支持部的晶圓支持區域的點對稱的位置。
- 如請求項1之直立型熱處理爐處理舟，其中連接各個上述至少一支支柱的支持部，配置在較上述半導體晶圓的外周之內側，且在裝置加工區域的外側支持上述半導體晶圓的背面。
- 如請求項2之直立型熱處理爐處理舟，其中連接各個上述至少一支支柱的支持部，配置在較上述半導體晶圓的外周之內側，且在裝置加工區域的外側支持上述半導體晶圓的背面。
- 如請求項1至4之任何一項之直立型熱處理爐處理舟，其中連接全部上述複數支支柱的支持部，構成為在上述第2區域支持上述半導體晶圓的背面。
- 如請求項1至4之任何一項之直立型熱處理爐處理舟，其中上述直立型熱處理爐處理舟，以矽、碳化矽或二氧化矽構成。
- 如請求項5之直立型熱處理爐處理舟，其中上述直立型熱處理爐處理舟，以矽、碳化矽或二氧化矽構成。
- 一種半導體晶圓的熱處理方法，其特徵在於：將熱處理對象的半導體晶圓載置在請求項1至7之任何一項之直立型熱處理爐處理舟的上述支持部上，對上述半導體晶圓施以熱處理。
- 如請求項8之半導體晶圓的熱處理方法，其中上述半導體晶圓為矽晶圓。
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