WO2021246024A1 - 横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment method for a silicon wafer using a horizontal heat treatment furnace.
  • the steps of thermally diffusing a dopant such as phosphorus and boron into a silicon wafer are a step of adhering a dopant to the surface layer of the silicon wafer (deposition) and a step of diffusing the dopant adhering to the surface layer into the inside of the silicon wafer (drive-in). ) And.
  • a horizontal heat treatment furnace heat diffusion furnace
  • a boat in which a plurality of silicon wafers are arranged side by side so that the main surface is orthogonal to the central axis of the core tube is placed in a cylindrical core tube having a central axis in the horizontal direction. Heat treatment is applied to the silicon wafer in the pipe.
  • Patent Document 1 "wafers are arranged side by side in a tube of a heat diffusion furnace so that the main surface is orthogonal to the longitudinal direction of the tube, and when the wafer is heat-treated in that state, the wafer is not charged in the tube.
  • On both sides of the soaking area in the state on the atmosphere gas inflow side, at least 10 mm away from the area, and on the atmosphere gas outflow side, closely or separatedly, heat-retaining blocks slightly smaller than the tube diameter should be arranged.
  • a method for heat-treating a wafer (claim 1), which is characterized by the above. Further, Patent Document 1 describes that "the material of the heat insulating block is high-purity silicon (claim 3)".
  • the same dummy block is repeatedly used in the heat treatment of a plurality of batches, it is arranged in the vicinity of the silicon wafers located at both ends of the plurality of silicon wafers in each batch, that is, the dummy block. It has been found that the lifetime value of the silicon wafer to be manufactured decreases significantly with the passage of batches.
  • the present invention can improve the product yield by suppressing a decrease in the lifetime value of the silicon wafer arranged in the vicinity of the dummy block installed for temperature uniformity in the wafer installation area. It is an object of the present invention to provide a heat treatment method for a silicon wafer using a horizontal heat treatment furnace.
  • the present inventor considered that the cause of the decrease in the lifetime value of the silicon wafer placed near the dummy block was the metal contamination of the dummy block. That is, when the same dummy block is repeatedly used in the heat treatment of a plurality of batches, it is considered that metal contamination (Fe, Ni, Cu, etc.) from the furnace core tube or the like gradually accumulates in the dummy block. In the process of heating the dummy block during the heat treatment, gas containing a contaminated metal is generated from the dummy block. The gas containing the contaminated metal diffuses and is supplied to the silicon wafer arranged near the dummy block. As a result, it is considered that the silicon wafer arranged in the vicinity of the dummy block is also contaminated with metal and the lifetime value is lowered.
  • metal contamination Fe, Ni, Cu, etc.
  • the dummy block is not economical to replace every time in the heat treatment of multiple batches. It is also conceivable that after the heat treatment of each batch, the dummy block is subjected to a high cleanliness treatment (etching treatment with a mixed acid solution of hydrofluoric acid and nitric acid) to remove the contaminated metal from the dummy block. It is not realistic in terms of operation. That is, since the dummy block is a relatively thick block, it is expensive to make a large etching tank so that it can be accommodated, and when a dummy block having a large thickness and a large surface area is etched, a liquid is formed during etching. The reason is that the temperature may rise too high.
  • the present inventor has generated from the dummy block by installing an additional block having a size larger than that of the dummy block and the silicon wafer and having high cleanliness between the dummy block and a plurality of silicon wafers.
  • the idea was to prevent gas containing contaminated metals from diffusing toward silicon wafers placed near the dummy block.
  • the installation of such an additional block can suppress the decrease in the lifetime value of the silicon wafer arranged in the vicinity of the dummy block.
  • a lid (12A) is provided at one end of the furnace core tube (12), and a gas introduction port (12B) is provided at the other end of the furnace core tube (12).
  • a horizontal heat treatment furnace (100) having a gas exhaust port (12C) provided on the furnace wall near the lid (12A) of the furnace core tube (12) was prepared.
  • the side of the furnace core tube (12) closer to the lid (12A) is the furnace port side (H), and the side of the furnace core tube (12) closer to the gas introduction port (12B) is the furnace inner side (S).
  • the lid (12A) was opened, and the boat (16) was arranged in the furnace core tube (12) so as to be in the following states (A) to (C).
  • a plurality of silicon wafers are arranged on the boat (16) so that the main surface is orthogonal to the central axis (X) of the furnace core tube (12) to form a wafer group (WF).
  • Dummy block (18S) is arranged, and a second columnar shape having an axis parallel to the central axis (X) of the furnace core tube (12) on the furnace opening side (H) with respect to the wafer group (WF).
  • a dummy block (18H) is placed, (C) The first additional block (20S) between the first dummy block (18S) and the wafer group (WF) on the boat (16), and the second dummy block (18H) and the above.
  • At least one of the second additional blocks (20H) is arranged between the wafer group (WF) and the first and second additional blocks (20S, 20H).
  • the projected shape on the virtual surface perpendicular to the central axis (X) includes the first and second dummy blocks (18S, 18H) and the projected shapes of the plurality of silicon wafers on the virtual surface. It has a columnar shape having an axis parallel to the central axis (X) of the furnace core tube (12), and (ii) the concentration of Fe is less than 1 ⁇ 10 11 atoms / cm 3 , and the concentrations of Ni and Cu are high. Each is less than 5 ⁇ 10 10 atoms / cm 3 and Close the lid (12A) and The gas is introduced into the furnace core tube (12) from the gas introduction port (12B), and the gas is exhausted from the gas exhaust port (12C) while being exhausted from the heater (14) to the furnace core tube (12). Is heated to heat the plurality of silicon wafers (WF).
  • the portion above the boat (16) is 5 mm from the radius of the plurality of silicon wafers.
  • the width of the first and second additional blocks (20S, 20H) along the central axis (X) of the furnace core tube (12) is within the range of 10 to 20 mm, the above [1].
  • At least one of the fourth additional blocks (22H) is arranged on the furnace opening side (H) with respect to 18H), and the third and fourth additional blocks (22S, 22H) are the above (i) and (ii).
  • the method for heat-treating a silicon wafer using the horizontal heat treatment furnace according to any one of the above [1] to [5].
  • the portion above the boat (16) is 5 mm from the radius of the plurality of silicon wafers.
  • the width of the third and fourth additional blocks (22S, 22H) along the central axis (X) of the furnace core tube (12) is within the range of 10 to 20 mm, the above [6].
  • the first and second dummy blocks (18S, 18H) are made of silicon having a concentration of Fe, Ni, or Cu of 1 ⁇ 10 11 atoms / cm 3 or more.
  • the width of the first and second dummy blocks (18S, 18H) along the central axis (X) of the furnace core tube (12) is within the range of 40 to 75 mm, the above [1].
  • the decrease in the lifetime value of the silicon wafer arranged in the vicinity of the dummy block installed for temperature uniformity in the wafer installation area is suppressed. , Product yield can be improved.
  • (A) is a front view of the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H
  • (A) is a cross-sectional view perpendicular to the furnace central axis X of the boat 16
  • (B) is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1
  • (C) is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. be.
  • the horizontal heat treatment furnace 100 has a soaking tube 10, a furnace core tube 12, and a heater 14.
  • the heat soaking tube 10 is a cylindrical tube having a central axis in the lateral direction, and a door 10A is provided at one end thereof, and a diameter smaller than the inner diameter of the heat soaking tube 10 is provided at the other end.
  • the opening 10B to have is provided.
  • a suction port 10C is provided on the furnace wall near the door 10A of the heat soaking tube 10.
  • the material of the heat soaking tube 10 can be made of quartz, silicon carbide (SiC), or the like.
  • the furnace core tube 12 is a cylindrical tube having a central axis X in the lateral direction, and is located inside the heat soaking tube 10.
  • a lid 12A is provided at one end of the furnace core tube 12, and a gas introduction port 12B is provided at the other end. Further, a gas exhaust port 12C is provided on the furnace wall near the lid 12A of the furnace core tube 12.
  • the connecting portion (throttle portion) between the tube body of the furnace core tube 12 and the gas introduction port 12B is fitted to the opening portion 10B of the heat soaking tube 10, whereby the furnace core tube 12 can be attached to the heat soaking tube 10. It is fixed.
  • the inner diameter of the furnace core tube 12 (tube body) is generally in the range of 160 to 360 mm.
  • the material of the furnace core tube 12 can be made of quartz, silicon carbide (SiC) or the like. In addition, in FIGS. No need.
  • the heater 14 is located around the furnace core tube 12 and the heat equalizing tube 10, and heats the furnace core tube 12 and the heat equalizing tube 10.
  • the heater 14 may be composed of a main heater arranged in the central portion of the furnace core tube 12 and the heat soaking tube 10, and two auxiliary heaters arranged on both sides thereof.
  • furnace port side H the side closer to the lid 12A of the furnace core tube 12
  • furnace back side the side closer to the gas inlet 12B of the furnace core tube 12
  • S the side closer to the gas inlet 12B of the furnace core tube 12
  • a silicon wafer when a silicon wafer is heat-treated, a plurality of silicon wafers are placed side by side on a boat 16 to form a wafer group WF, and the heat equalizing tube 10 is connected to the door 10A.
  • the lid 12A of the furnace core tube 12 is opened, and the boat 16 is put into the furnace core tube 12 from the furnace port side H of the furnace core tube 12. After that, the lid 12A of the furnace core tube 12 and the door 10A of the heat soaking tube 10 are closed.
  • gas is introduced into the furnace core tube 12 from the gas introduction port 12B, and the heat equalizing tube 10 and the furnace core tube 12 are heated by the heater 14 while exhausting the gas from the gas exhaust port 12C.
  • Heat treatment is applied to the silicon wafer (wafer group WF).
  • the gas introduced into the furnace core tube 12 contains a trace amount of oxygen (0.1 to 2% by volume), and the balance is Ar. It has a composition consisting of.
  • the atmosphere of the space inside the heat soaking tube 10 and outside the furnace core tube 12 is air.
  • the atmospheric gas in the furnace core tube 12 is discharged through the gas exhaust port 12C.
  • an atmospheric gas flows in the furnace core tube 12 from the furnace inner side S toward the furnace mouth side H.
  • the atmospheric temperature in the furnace core tube 12 can be in the range of 1200 to 1350 ° C., and the temperature in this range can be maintained for 10 to 250 hours.
  • the boat 16 has a pocket 16A formed of a semi-cylindrical recess, with reference to FIGS. 5A in addition to FIGS. 1 to 3, in which a plurality of silicon wafers are stored.
  • the boat 16 is arranged in the furnace core tube 12 so that its longitudinal direction coincides with the central axis X direction of the furnace core tube 12.
  • the cross-sectional shape of the pocket 16A perpendicular to the longitudinal direction of the boat 16 is a semicircular shape having the same radius of curvature as the radius of the silicon wafer to be accommodated, for example, the diameter of the silicon wafer is 150 mm. If, the radius of curvature is 75 mm.
  • the material of the boat 16 can be made of silicon carbide (SiC).
  • FIGS. 1 to 3 First, as shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of silicon wafers having the same diameter are arranged on the boat 16 so that the main surface is orthogonal to the central axis X of the furnace core tube 12. Form a group WF.
  • the arrangement of a plurality of silicon wafers is not particularly limited as long as each wafer is arranged so as not to fall over. For example, one lot (for example, 50 wafers) of silicon wafers can be arranged so that the main surfaces of adjacent silicon wafers are in contact with each other.
  • FIGS. 1 to 3 show an example in which four lots of silicon wafers are arranged.
  • the silicon wafer group WF of each lot is stored in the pocket 16A without collapsing.
  • the arrangement is not limited to this, and all the silicon wafers to be stored in the pocket 16A may be arranged so that the main surfaces of the silicon wafers adjacent to each other are in contact with each other.
  • the lower half of each silicon wafer is in contact with and supported by the pocket 16A, and the upper half is located above the upper end of the pocket 16A, that is, above the boat 16.
  • the range in which the silicon wafer contacts the pocket 16A is not limited to the lower half unless the uprightness of each wafer is hindered.
  • a cylindrical first dummy block 18S having an axis parallel to the central axis X of the furnace core tube 12 is provided on the inner side S of the furnace from the wafer group WF, separated from the wafer group WF.
  • a cylindrical second dummy block 18H having an axis parallel to the central axis X of the furnace core tube 12 is arranged on the furnace opening side H of the wafer group WF, away from the wafer group WF.
  • the silicon wafers located at both ends of the plurality of silicon wafers have insufficient diffusion of impurities.
  • the soaking length in the furnace core tube 12 can be lengthened, and the temperature of the wafer installation area in the furnace core tube 12 is uniform. Can be achieved.
  • the first and second dummy blocks 18S and 18H are preferably made of silicon from the viewpoint of sufficiently equalizing the temperature of the wafer installation area in the furnace core tube 12.
  • the diameters of the first and second dummy blocks 18S and 18H are equal to the diameters of the plurality of silicon wafers constituting the wafer group WF.
  • the diameter of the silicon wafer is 150 mm
  • the diameters of the first and second dummy blocks 18S and 18H are also 150 mm.
  • the lower halves of the first and second dummy blocks 18S and 18H are in contact with and supported by the pocket 16A, and the upper half is located above the upper end of the pocket 16A. That is, it is located above the boat 16.
  • the range in which the first and second dummy blocks 18S and 18H come into contact with the pocket 16A is not limited to the lower half unless the uprightness of each dummy block is hindered.
  • the width of the first and second dummy blocks 18S and 18H along the central axis X of the furnace core tube 12 is 40 mm or more. It is preferable to have. On the other hand, if the dummy block is too long, the productivity is deteriorated because the product processing area is reduced in the soaking length. Therefore, the central shaft of the furnace core tube 12 of the first and second dummy blocks 18S and 18H.
  • the width along X is preferably 75 mm or less.
  • the distance (separation distance) between the first dummy block 18S and the wafer group WF and the distance (separation distance) between the second dummy block 18H and the wafer group WF in the direction of the central axis X of the furnace core tube 12 is 11 mm.
  • the above is preferable. This is because if the distance is less than 11 mm, there is a concern that the wafer group WF as a product may be contaminated. Further, the distance is preferably 30 mm or less. This is because if the distance exceeds 30 mm, the number of silicon wafers to be installed is limited and productivity is hindered.
  • the heat treatment in the heat treatment of a plurality of batches, is repeated without replacement or high cleanliness treatment (etching treatment with a mixed acid solution of hydrofluoric acid and nitric acid). Use the same dummy block. The reason is as described above. In that case, it is considered that metal contamination from the furnace core tube and the like gradually accumulates in the dummy block.
  • the concentrations of Fe, Ni and Cu when at least one of the concentrations of Fe, Ni and Cu is 1 ⁇ 10 11 atoms / cm 3 or more, or the concentration of all transition metal elements becomes When the value is 1 ⁇ 10 11 atoms / cm 3 or more, there is a concern about metal contamination of the dummy block.
  • the gas containing a contaminated metal generated from the first and second dummy blocks 18S and 18H becomes a dummy block as the batch passes. It will be diffused and supplied toward the silicon wafer arranged in the vicinity of. As a result, the silicon wafers arranged in the vicinity of the first and second dummy blocks 18S and 18H are also contaminated with metal, and the lifetime value is lowered. Since a silicon wafer WF having a lifetime value equal to or less than a predetermined value cannot be made into a product, the product yield becomes insufficient.
  • FIG. 2 One embodiment is shown in FIG.
  • a first additional block 20S is arranged between the first dummy block 18S and the wafer group WF on the boat 16, and a second additional block 20S is arranged between the second dummy block 18H and the wafer group WF. 20H is arranged.
  • the gas containing the contaminated metal generated from the first dummy block 18S is blocked by the first additional block 20S, so that it becomes difficult to supply the gas toward the wafer group WF.
  • the gas containing the contaminated metal generated from the second dummy block 18H is blocked by the second additional block 20H, it becomes difficult to supply the gas toward the wafer group WF.
  • first additional block 20S and the second additional block 20H may be installed, but it is preferable to install both of them from the viewpoint of further improving the product yield.
  • FIG. 3 Another embodiment is shown in FIG. In FIG. 3, in addition to the first additional block 20S and the second additional block 20H, the third additional block 22S is arranged on the boat 16 on the furnace inner side S from the first dummy block 18S, and the second dummy block is arranged.
  • the fourth additional block 22H is arranged on the furnace mouth side H rather than the 18H.
  • the gas containing a contaminated metal generated from the first dummy block 18S is likely to be trapped in the space between the first additional block 20S and the third additional block 22S. Further, the gas containing the contaminated metal generated from the second dummy block 18H is likely to be trapped in the space between the second additional block 20H and the fourth additional block 22H.
  • the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H need to be larger in size than the first and second dummy blocks 18S, 18H and a plurality of silicon wafers.
  • the projection shapes of the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H on the virtual surface perpendicular to the central axis X of the furnace core tube 12 are the first and second dummy blocks 18S, 18H and the like. It is necessary to have a columnar shape that includes the projected shape of a plurality of silicon wafers on the virtual surface and has an axis parallel to the central axis X of the furnace core tube 12.
  • the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H have a shape satisfying the following conditions.
  • the portion below the upper end of the pocket 16A (lower half in the present embodiment) is stored in the pocket 16A. Therefore, in the projected shapes of the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, and 22H on the virtual surface, the portion below the upper end of the pocket 16A has the same radius of curvature as the radius of the plurality of silicon wafers. Has.
  • the portion above the upper end of the pocket 16A that is, the portion above the boat 16 (the upper half in the present embodiment) is It exerts a function of suppressing the diffusion of gas containing contaminated metals. Therefore, in the projected shapes of the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, and 22H on the virtual surface, the portion above the boat 16 has a radius of curvature R larger than the radius of the plurality of silicon wafers. Has.
  • the radius of curvature R of the portion is preferably larger than the radius of a plurality of silicon wafers by 5 mm or more. Further, from the viewpoint of avoiding the danger that the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H come into contact with the furnace core tube 12 when the boat 16 is carried in and out, the radius of curvature R of the portion is plural. It is preferably larger in the range of 25 mm or less than the radius of one silicon wafer.
  • the width W of the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H along the central axis X of the furnace core tube 12 is preferably 10 mm or more, preferably 15 mm. The above is more preferable. In this case, it becomes easy to handle when the additional block is subjected to the high cleanliness treatment. Further, the width W of the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H along the central axis X of the furnace core tube 12 may be smaller than the width of the first and second dummy blocks 18S, 18H. It is preferable, specifically, it is preferably 20 mm or less.
  • the economic burden of exchanging the additional block for each batch can be reduced, the etching tank can be easily manufactured, and the risk of the liquid temperature rising during etching can be avoided, so that each batch can be used. It is also easy to apply a high cleanliness treatment to the additional block after the heat treatment.
  • the distance (separation distance) between the first dummy block 18S and the first additional block 20S and the second dummy block 18H and the second additional block in the direction of the central axis X of the furnace core tube 12 The distance (separation distance) from 20H is preferably 0 mm or more and 5 mm or less. When the distance is 5 mm or less, the effect of the first additional block 20S and the second additional block 20H can be obtained more reliably.
  • the distance (separation distance) between the first additional block 20S and the wafer group WF and the distance between the second additional block 20H and the wafer group WF in the direction of the central axis X of the furnace core tube 12 The (separation distance) is preferably 1 mm or more and 5 mm or less.
  • the distance (separation distance) from 22H is preferably 0 mm or more and 5 mm or less. When the distance is 5 mm or less, the effect of the third additional block 22S and the fourth additional block 22H can be obtained more reliably.
  • the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H are preferably made of silicon.
  • the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H need to have high cleanliness, and specifically, the concentration of Fe is 1 ⁇ 10. It should be less than 11 atoms / cm 3 and the concentrations of Ni and Cu should be less than 5 ⁇ 10 10 atoms / cm 3 respectively, more preferably the concentrations of Fe, Ni and Cu should be less than 5 ⁇ 10 10 atoms / cm respectively. Less than 3 , more preferably the concentration of all transition metal elements is less than 5 ⁇ 10 10 atoms / cm 3, respectively, and most preferably the concentration of all transition metal elements is less than 1 ⁇ 10 10 atoms / cm 3, respectively. Is.
  • the concentration of the transition metal element in the dummy block and the additional block can be obtained by dissolving the surface layer portion of each block with an acid or the like and measuring the element concentration contained in the solution by ICP-MS or the like.
  • the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H must always have high cleanliness. Therefore, the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, and 22H are replaced with high-cleanliness blocks for each batch, or the transition metal elements are removed to the used blocks for each batch. Apply processing. Specifically, the transition metal element is removed from the additional block by an etching treatment with a mixed acid solution of hydrofluoric acid and nitric acid. As described above, the first to fourth additional blocks 20S, 20H, 22S, 22H are smaller in size than the first and second dummy blocks 18S, 18H, so that high cleanliness is easy.
  • a horizontal heat treatment furnace having the structure shown in FIG. 1 was prepared.
  • the inner diameter of the furnace core tube made of SiC is 220 mm.
  • a boat having the structure shown in FIG. 5 (A) was prepared.
  • the boat pocket is a semi-cylindrical recess with a radius of 75 mm.
  • Seven lots (350 sheets) of silicon wafers with a diameter of 150 mm with phosphorus glass adhered to the surface layer are prepared, and the main surface of the silicon wafers is orthogonal to the central axis of the furnace core tube, and the silicon wafers are adjacent to each other for each lot.
  • the wafers were placed on a boat so that the main surfaces were in contact with each other to form a group of wafers.
  • a cylindrical first dummy block having an axis parallel to the central axis of the furnace core tube is placed on the inner side S of the furnace from all the silicon wafers (wafer group) on the boat, and all the silicon wafers (wafer group) are arranged. ),
  • a cylindrical second dummy block having an axis parallel to the central axis of the furnace core tube was arranged on the furnace port side HS.
  • Each dummy block is a cylindrical silicon block having a diameter of 150 mm and a width of 40 mm, and is cut out from a single crystal silicon ingot manufactured by the CZ method. However, each dummy block has already been used repeatedly in a plurality of batches of heat treatment without replacement or cleaning.
  • the concentration of the transition metal element was measured for the dummy block used under the same conditions by the method described above, the Fe concentration was 2 ⁇ 10 11 atoms / cm 3 and the Ni concentration was 1 ⁇ 10 11 atoms / cm.
  • the Cu concentration was less than 5 ⁇ 10 10 atoms / cm 3 (only Cu was below the lower limit of detection).
  • the distance between the first dummy block and the wafer group (separation distance) and the distance between the second dummy block and the wafer group (separation distance) in the direction of the central axis of the furnace core tube are both 25.3 mm. did.
  • Each additional block is a silicon block cut out from a single crystal silicon ingot manufactured by the CZ method, and is subjected to the above-mentioned high-cleanliness treatment. Therefore, when the concentration of the transition metal element was measured for each additional block by the method described above, the Fe concentration was less than 1 ⁇ 10 11 atoms / cm 3 , and the Ni concentration and the Cu concentration were 5 ⁇ 10 10 atoms / cm 3, respectively. Less than, each below the lower limit of detection for measurement.
  • the boat was placed in the furnace core tube and heat-treated in the drive-in process.
  • the gas introduced into the furnace core tube contained 0.5% by volume of oxygen, and the balance was Ar.
  • the atmospheric temperature in the heat soaking tube was set to 1300 ° C., and the temperature was maintained at this temperature for 230 hours.
  • the heat treatment method for a silicon wafer using the horizontal heat treatment furnace of the present invention can be suitably applied to the diffusion heat treatment of dopants such as phosphorus and boron from the surface layer of the silicon wafer to the inside.

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Abstract

ウェーハ設置領域の温度均一化のために設置するダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハのライフタイム値の低下を抑制して、製品歩留まりを向上させることが可能な、横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法を提供する。本発明の横型熱処理炉１００を用いたシリコンウェーハの熱処理方法は、円筒形状の炉芯管１２内にボート１６を配置し、その際、ボート１６上の、第１ダミーブロック１８Ｓとウェーハ群ＷＦとの間に第１追加ブロック２０Ｓ、及び、第２ダミーブロック１８Ｈとウェーハ群ＷＦとの間に第２追加ブロック２０Ｈ、のうち少なくとも一方を配置する。

Description

横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法
　本発明は、横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法に関するものである。
　シリコンウェーハ中にリン、ボロン等のドーパントを熱拡散する工程は、シリコンウェーハの表層にドーパントを付着させる工程（デポジション）と、表層に付着したドーパントをシリコンウェーハの内部に拡散させる工程（ドライブイン）とを含む。このドライブイン工程には、一般的に、横型熱処理炉（熱拡散炉）が用いられる。横型熱処理炉では、横方向の中心軸を有する円筒形状の炉芯管内に、主面が炉芯管の中心軸に直交するように複数枚のシリコンウェーハを並べて配置したボートを入れて、炉芯管内でシリコンウェーハに熱処理を施す。この際、炉芯管の中心軸方向における複数枚のシリコンウェーハの両側に、シリコンからなるダミーブロック（保温ブロック）を配置して、炉芯管内でのウェーハ設置領域の温度均一化を図る技術が知られている。
　特許文献１には、「熱拡散炉のチューブ内に、主面がチューブの長手方向に直交するようにウェーハを並設し、その状態でウェーハに熱処理を施すにあたり、チューブ内にウェーハを仕込まない状態における均熱領域の両側において、雰囲気ガス流入側では、当該領域から少なくとも１０ｍｍ以上離して、また雰囲気ガス流出側では、密接または離間して、チューブ径よりわずかに小さい保温ブロックをそれぞれ配するようにしたことを特徴とするウェーハの熱処理方法（請求項１）」が記載されている。また、特許文献１には、「保温ブロックの材質が高純度シリコンであること（請求項３）」が記載されている。
特開平３－８５７２５号公報
　しかしながら、本発明者が検討したところ、複数バッチの熱処理において同一のダミーブロックをくり返し使用した場合、各バッチにおける複数枚のシリコンウェーハのうち両端部分に位置するシリコンウェーハ、すなわちダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハのライフタイム値が、バッチを経るにつれて顕著に低下することが判明した。
　上記課題に鑑み、本発明は、ウェーハ設置領域の温度均一化のために設置するダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハのライフタイム値の低下を抑制して、製品歩留まりを向上させることが可能な、横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決すべく、本発明者は鋭意研究を進め、以下の知見を得た。まず、ダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハのライフタイム値の低下の原因は、ダミーブロックの金属汚染ではないかと本発明者は考えた。つまり、複数バッチの熱処理において同一のダミーブロックをくり返し使用した場合、ダミーブロックには炉芯管等からの金属汚染（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ等）が徐々に蓄積すると考えられる。熱処理時にダミーブロックが加熱される過程で、ダミーブロックから汚染金属を含むガスが発生する。この汚染金属を含むガスが拡散して、ダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハに供給される。その結果、ダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハも金属汚染され、ライフタイム値が低下するものと考えられる。
　しかしながら、複数バッチの熱処理においてダミーブロックを毎回交換することは経済的ではない。また、各バッチの熱処理後にダミーブロックに高清浄度化処理（フッ酸と硝酸との混酸液等によるエッチング処理）を施して、ダミーブロックから汚染金属を除去することも考えられるが、以下の理由で操業上現実的ではない。すなわち、ダミーブロックは比較的厚いブロックであるため、これを収容できるようにエッチング槽を大きく作製するのに費用がかかることや、厚みが大きく表面積が大きいダミーブロックをエッチング処理すると、エッチング中に液温が上がりすぎるおそれがあることが、理由として挙げられる。
　そこで、本発明者は、ダミーブロックと複数枚のシリコンウェーハとの間に、ダミーブロック及びシリコンウェーハよりもサイズが大きく、かつ、高清浄度の追加ブロックを設置することで、ダミーブロックから発生した汚染金属を含むガスが、ダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハに向かって拡散するのを抑制するとの着想を得た。そして、種々の実験の結果、このような追加ブロックの設置によって、ダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハのライフタイム値の低下を抑制できることが確認された。
　上記知見に基づき完成した本発明の要旨構成は以下のとおりである。
　［１］横方向の中心軸（Ｘ）を有する円筒形状の炉芯管（１２）と、前記炉芯管（１２）の周囲に位置し前記炉芯管（１２）を加熱するヒーター（１４）と、を有し、前記炉芯管（１２）の片方の端部には蓋（１２Ａ）が設けられ、前記炉芯管（１２）の他方の端部にはガス導入口（１２Ｂ）が設けられ、前記炉芯管（１２）の前記蓋（１２Ａ）の付近の炉壁にガス排気口（１２Ｃ）が設けられた横型熱処理炉（１００）を用意し、
　前記炉芯管（１２）の前記蓋（１２Ａ）に近い方を炉口側（Ｈ）とし、前記炉芯管（１２）の前記ガス導入口（１２Ｂ）に近い方を炉奥側（Ｓ）としたとき、前記蓋（１２Ａ）を開けて、前記炉芯管（１２）内に、以下の（Ａ）～（Ｃ）の状態となるようにボート（１６）を配置し、
　　（Ａ）前記ボート（１６）上に、主面が前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）に直交するように複数枚のシリコンウェーハが並べられて、ウェーハ群（ＷＦ）を形成し、
　　（Ｂ）前記ボート（１６）上の、前記ウェーハ群（ＷＦ）よりも炉奥側（Ｓ）に、前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）と平行な軸を有する円柱形状の第１ダミーブロック（１８Ｓ）が配置され、前記ウェーハ群（ＷＦ）よりも炉口側（Ｈ）に、前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）と平行な軸を有する円柱形状の第２ダミーブロック（１８Ｈ）が配置され、
　　（Ｃ）前記ボート（１６）上の、前記第１ダミーブロック（１８Ｓ）と前記ウェーハ群（ＷＦ）との間に第１追加ブロック（２０Ｓ）、及び、前記第２ダミーブロック（１８Ｈ）と前記ウェーハ群（ＷＦ）との間に第２追加ブロック（２０Ｈ）、のうち少なくとも一方が配置され、前記第１及び第２追加ブロック（２０Ｓ，２０Ｈ）は、（ｉ）前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）に垂直な仮想面への投影形状が、前記第１及び第２ダミーブロック（１８Ｓ，１８Ｈ）並びに前記複数枚のシリコンウェーハの前記仮想面への投影形状を包含し、前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）と平行な軸を有する柱形状であり、かつ、（ｉｉ）Ｆｅの濃度が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、Ｎｉ及びＣｕの濃度がそれぞれ５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、
　前記蓋（１２Ａ）を閉め、
　前記ガス導入口（１２Ｂ）から前記炉芯管（１２）内にガスを導入し、前記ガス排気口（１２Ｃ）から前記ガスを排気しつつ、前記ヒーター（１４）により前記炉芯管（１２）を加熱することで、前記複数枚のシリコンウェーハ（ＷＦ）に熱処理を施す、
横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［２］前記（Ｃ）において、前記第１及び第２追加ブロック（２０Ｓ，２０Ｈ）の両方が配置される、上記［１］に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［３］前記第１及び第２追加ブロック（２０Ｓ，２０Ｈ）がシリコンからなる、上記［１］又は［２］に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［４］前記第１及び第２追加ブロック（２０Ｓ，２０Ｈ）の前記仮想面への投影形状のうち、前記ボート（１６）よりも上方の部分は、前記複数枚のシリコンウェーハの半径よりも５ｍｍ以上大きな曲率半径を有する、上記［１］～［３］のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［５］前記第１及び第２追加ブロック（２０Ｓ，２０Ｈ）の、前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）に沿った幅が、１０～２０ｍｍの範囲内である、上記［１］～［４］のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［６］前記（Ｃ）において、前記ボート（１６）上の、前記第１ダミーブロック（１８Ｓ）よりも炉奥側（Ｓ）に第３追加ブロック（２２Ｓ）、及び、前記第２ダミーブロック（１８Ｈ）よりも炉口側（Ｈ）に第４追加ブロック（２２Ｈ）、のうち少なくとも一方が配置され、前記第３及び第４追加ブロック（２２Ｓ，２２Ｈ）は、前記（ｉ）及び（ｉｉ）を満たす、上記［１］～［５］のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［７］前記（Ｃ）において、前記第３及び第４追加ブロック（２２Ｓ，２２Ｈ）の両方が配置される、上記［６］に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［８］前記第３及び第４追加ブロック（２２Ｓ，２２Ｈ）がシリコンからなる、上記［６］又は［７］に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［９］前記第３及び第４追加ブロック（２２Ｓ，２２Ｈ）の前記仮想面への投影形状のうち、前記ボート（１６）よりも上方の部分は、前記複数枚のシリコンウェーハの半径よりも５ｍｍ以上大きな曲率半径を有する、上記［６］～［８］のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［１０］前記第３及び第４追加ブロック（２２Ｓ，２２Ｈ）の、前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）に沿った幅が、１０～２０ｍｍの範囲内である、上記［６］～［９］のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［１１］前記第１及び第２ダミーブロック（１８Ｓ，１８Ｈ）が、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＣｕの濃度のいずれかが１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であるシリコンからなる、上記［１］～［１０］のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［１２］前記第１及び第２ダミーブロック（１８Ｓ，１８Ｈ）の直径が、前記複数枚のシリコンウェーハ（ＷＦ）の直径と等しい、上記［１］～［１１］のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　［１３］前記第１及び第２ダミーブロック（１８Ｓ，１８Ｈ）の、前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）に沿った幅が、４０～７５ｍｍの範囲内である、上記［１］～［１２］のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
　本発明の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法によれば、ウェーハ設置領域の温度均一化のために設置するダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハのライフタイム値の低下を抑制して、製品歩留まりを向上させることができる。
比較例によるシリコンウェーハの熱処理方法を説明するための、横型熱処理炉１００の縦断面図である。 本発明の一実施形態によるシリコンウェーハの熱処理方法を説明するための、横型熱処理炉１００の縦断面図である。 本発明の他の実施形態によるシリコンウェーハの熱処理方法を説明するための、横型熱処理炉１００の縦断面図である。 （Ａ）は、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈの正面図であり、（Ｂ）は、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈの側面図である。 （Ａ）は、ボート１６の炉中心軸Ｘに垂直な断面図であり、（Ｂ）は、図１のＩ－Ｉ断面図であり、（Ｃ）は、図２のＩＩ－ＩＩ断面図である。
　まず、図１、図２及び図３を参照して、本発明の実施形態及び比較例によるシリコンウェーハの熱処理方法に共通して用いられる横型熱処理炉１００の構造について説明する。横型熱処理炉１００は、均熱管１０、炉芯管１２、及びヒーター１４を有する。
　均熱管１０は、横方向の中心軸を有する円筒形状の管であり、その片方の端部には扉１０Ａが設けられ、その他方の端部には、均熱管１０の内径よりも小さな直径を有する開口部１０Ｂが設けられている。また、均熱管１０の扉１０Ａ付近の炉壁には、吸引口１０Ｃが設けられている。均熱管１０の材質は、石英、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等からなるものとすることができる。
　炉芯管１２は、横方向の中心軸Ｘを有する円筒形状の管であり、均熱管１０の内側に位置する。炉芯管１２の片方の端部には蓋１２Ａが設けられ、他方の端部にはガス導入口１２Ｂが設けられる。また、炉芯管１２の蓋１２Ａ付近の炉壁には、ガス排気口１２Ｃが設けられている。炉芯管１２の管本体とガス導入口１２Ｂとの連結部（絞り部）が、均熱管１０の開口部１０Ｂに嵌合しており、これにより、炉芯管１２は均熱管１０に対して固定されている。炉芯管１２（管本体）の内径は、一般的に１６０～３６０ｍｍの範囲内である。炉芯管１２の材質は、石英、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等からなるものとすることができる。なお、図１～３では、炉芯管１２の外側に均熱管１０が位置する例を示したが、炉芯管１２は均熱管の役割を兼ねてもよいため、均熱管１０は必ずしも設置する必要はない。
　ヒーター１４は、炉芯管１２及び均熱管１０の周囲に位置し、炉芯管１２及び均熱管１０を加熱する。ヒーター１４は、炉芯管１２及び均熱管１０の中央部に配置されるメインヒーターと、その両側に配置される２台の補助ヒーターとから構成されてもよい。
　図１～３に示すように、本明細書において、炉芯管１２の蓋１２Ａに近い方を「炉口側Ｈ」とし、炉芯管１２のガス導入口１２Ｂに近い方を「炉奥側Ｓ」と表記する。
　本発明の実施形態によるシリコンウェーハの熱処理方法では、シリコンウェーハに熱処理を施す際に、ボート１６に複数枚のシリコンウェーハを並べて載置してウェーハ群ＷＦを形成し、均熱管１０の扉１０Ａと炉芯管１２の蓋１２Ａを開けて、炉芯管１２の炉口側Ｈからボート１６を炉芯管１２内に入れる。その後、炉芯管１２の蓋１２Ａと均熱管１０の扉１０Ａを閉める。
　その後、ガス導入口１２Ｂから炉芯管１２内にガスを導入し、ガス排気口１２Ｃから当該ガスを排気しつつ、ヒーター１４により均熱管１０及び炉芯管１２を加熱することで、複数枚のシリコンウェーハ（ウェーハ群ＷＦ）に熱処理を施す。表層に付着したドーパントをシリコンウェーハの内部に拡散させるドライブイン工程を行う場合、炉芯管１２内に導入されるガスは、微量の酸素（０．１～２体積％）を含み、残部がＡｒからなる組成を有する。均熱管１０の内部かつ炉芯管１２の外側の空間の雰囲気は、空気である。均熱管１０の吸引口１０Ｃからポンプによって当該空間の空気を強制吸引することによって、炉芯管１２内の雰囲気ガスがガス排気口１２Ｃを介して排出される。その結果、炉芯管１２内には、炉奥側Ｓから炉口側Ｈに向かって雰囲気ガスの流れが生じる。ドライブイン工程の場合、炉芯管１２内の雰囲気温度は１２００～１３５０℃の範囲とすることができ、この範囲の温度に１０～２５０時間保持することができる。
　ボート１６は、図１～３に加えて図５（Ａ）を参照して、半円筒形の凹部からなるポケット１６Ａを有し、ここに複数枚のシリコンウェーハが収納される。ボート１６は、その長手方向が炉芯管１２の中心軸Ｘ方向と一致するように炉芯管１２内に配置される。図５（Ａ）に示すように、ボート１６の長手方向に垂直なポケット１６Ａの断面形状は、収容するシリコンウェーハの半径と同じ曲率半径を有する半円形状であり、例えばシリコンウェーハの直径が１５０ｍｍである場合には、当該曲率半径は７５ｍｍとなる。ボート１６の材質は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなるものとすることができる。
　本発明の実施形態によるシリコンウェーハの熱処理方法では、炉芯管１２内にボート１６を配置する際に、以下の（Ａ）～（Ｃ）の状態を満たすようにする。
　（Ａ）まず、図１～３に示すように、ボート１６上に、主面が炉芯管１２の中心軸Ｘに直交するように、同一直径の複数枚のシリコンウェーハが並べられて、ウェーハ群ＷＦを形成する。複数枚のシリコンウェーハの並べ方は、各ウェーハが倒れないように配置される限り特に限定されない。例えば、１ロット（例えば５０枚）のシリコンウェーハを、互いに隣接するシリコンウェーハの主面同士が接するように並べることができる。図１～３では、４ロットのシリコンウェーハを配置する例を示している。なお、ポケット１６の長手方向に垂直な仕切り板（図示せず）をポケット１６Ａ内に等間隔で設けることによって、各ロットのシリコンウェーハ群ＷＦが倒れることなくポケット１６Ａ内に収納される。ただし、この並べ方に限定されることはなく、ポケット１６Ａ内に収納する全てのシリコンウェーハを、互いに隣接するシリコンウェーハの主面同士が接するように並べてもよい。本実施形態において、各シリコンウェーハの下半分はポケット１６Ａに接触して支持され、上半分はポケット１６Ａの上端よりも上方に位置し、つまりボート１６よりも上方に位置する。ただし、シリコンウェーハがポケット１６Ａと接触する範囲は、各ウェーハの直立が阻害されない限り、下半分には限定されない。
　（Ｂ）ボート１６上の、ウェーハ群ＷＦよりも炉奥側Ｓに、ウェーハ群ＷＦと離間して、炉芯管１２の中心軸Ｘと平行な軸を有する円柱形状の第１ダミーブロック１８Ｓが配置され、ウェーハ群ＷＦよりも炉口側Ｈに、ウェーハ群ＷＦと離間して、炉芯管１２の中心軸Ｘと平行な軸を有する円柱形状の第２ダミーブロック１８Ｈが配置される。これら第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈがない場合、炉芯管１２内のウェーハ設置領域の中心軸Ｘ方向両端部分で炉内雰囲気温度が低下して、炉芯管１２内の均熱長が短くなる。その場合、複数枚のシリコンウェーハのうち両端部分に位置するシリコンウェーハでは、不純物の拡散が不十分となってしまう。これに対して、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈを配置することによって、炉芯管１２内の均熱長を長くすることができ、炉芯管１２内でのウェーハ設置領域の温度均一化を図ることができる。
　炉芯管１２内でのウェーハ設置領域の温度均一化を十分に図る観点から、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈは、シリコンからなることが好ましい。
　また、同じ観点から、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈの直径は、ウェーハ群ＷＦを構成する複数枚のシリコンウェーハの直径と等しいことが好ましい。例えばシリコンウェーハの直径が１５０ｍｍである場合には、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈの直径も１５０ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、図５（Ｂ）に示すように、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈの下半分はポケット１６Ａに接触して支持され、上半分はポケット１６Ａの上端よりも上方に位置し、つまりボート１６よりも上方に位置する。ただし、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈがポケット１６Ａと接触する範囲は、各ダミーブロックの直立が阻害されない限り、下半分には限定されない。
　炉芯管１２内でのウェーハ設置領域の温度均一化を十分に図る観点から、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈの、炉芯管１２の中心軸Ｘに沿った幅は、４０ｍｍ以上であることが好ましい。他方で、ダミーブロックが長すぎると、均熱長の中で製品処理の領域が少なくなる等生産性が悪くなるため、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈの、炉芯管１２の中心軸Ｘに沿った幅は、７５ｍｍ以下であることが好ましい。
　炉芯管１２の中心軸Ｘの方向における、第１ダミーブロック１８Ｓとウェーハ群ＷＦとの距離（離間距離）、及び、第２ダミーブロック１８Ｈとウェーハ群ＷＦとの距離（離間距離）は、１１ｍｍ以上であることが好ましい。当該距離が１１ｍｍ未満の場合、製品となるウェーハ群ＷＦに汚染の懸念があるからである。また、当該距離は３０ｍｍ以下であることが好ましい。当該距離が３０ｍｍ超えの場合、製品となるシリコンウェーハの設置数が制限され、生産性が阻害されるからである。
　第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈに関して、本実施形態では、複数バッチの熱処理において、交換や高清浄度化処理（フッ酸と硝酸との混酸液等によるエッチング処理）をすることなく、くり返し同一のダミーブロックを使用する。その理由は、既述のとおりである。その場合、ダミーブロックには炉芯管等からの金属汚染が徐々に蓄積すると考えられる。第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈのシリコン中において、少なくともＦｅ、Ｎｉ、及びＣｕの濃度のいずれかが１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となると、あるいは、全ての遷移金属元素の濃度がそれぞれ１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となると、ダミーブロックの金属汚染が懸念される。
　この場合、図１に示す比較例によるシリコンウェーハの熱処理方法では、複数バッチの熱処理において、バッチを経るにつれて、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈから発生した汚染金属を含むガスが、ダミーブロックの付近に配置されるシリコンウェーハに向かって拡散して供給されるようになる。その結果、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈの付近に配置されるシリコンウェーハも金属汚染され、ライフタイム値が低下してしまう。所定値以下のライフタイム値のシリコンウェーハＷＦは製品とすることができないため、製品歩留まりが不十分となる。
　（Ｃ）そこで、本発明では、ダミーブロックと複数枚のシリコンウェーハとの間に、ダミーブロック及びシリコンウェーハよりもサイズが大きく、かつ、高清浄度の追加ブロックを設置することが重要である。
　その一実施形態を図２に示す。図２において、ボート１６上の、第１ダミーブロック１８Ｓとウェーハ群ＷＦとの間には第１追加ブロック２０Ｓが配置され、第２ダミーブロック１８Ｈとウェーハ群ＷＦとの間には第２追加ブロック２０Ｈが配置されている。本実施形態では、第１ダミーブロック１８Ｓから発生する汚染金属を含むガスは、第１追加ブロック２０Ｓによって遮られるため、ウェーハ群ＷＦに向かって供給されにくくなる。また、第２ダミーブロック１８Ｈから発生する汚染金属を含むガスは、第２追加ブロック２０Ｈによって遮られるため、ウェーハ群ＷＦに向かって供給されにくくなる。その結果、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈの付近に配置されるシリコンウェーハのライフタイム値の低下を抑制して、製品歩留まりを向上させることができる。なお、第１追加ブロック２０Ｓ及び第２追加ブロック２０Ｈは、どちらか一方を設置してもよいが、製品歩留まりをより向上させる観点からは、両方設置することが好ましい。
　他の実施形態を図３に示す。図３においては、第１追加ブロック２０Ｓ及び第２追加ブロック２０Ｈに加えて、ボート１６上の、第１ダミーブロック１８Ｓよりも炉奥側Ｓに第３追加ブロック２２Ｓが配置され、第２ダミーブロック１８Ｈよりも炉口側Ｈに第４追加ブロック２２Ｈが配置されている。本実施形態では、第１ダミーブロック１８Ｓから発生する汚染金属を含むガスは、第１追加ブロック２０Ｓと第３追加ブロック２２Ｓとの間の空間に閉じ込められやすくなる。また、第２ダミーブロック１８Ｈから発生する汚染金属を含むガスは、第２追加ブロック２０Ｈと第４追加ブロック２２Ｈとの間の空間に閉じ込められやすくなる。その結果、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈの付近に配置されるシリコンウェーハのライフタイム値の低下をより確実に抑制することができる。なお、第３追加ブロック２２Ｓ及び第４追加ブロック２２Ｈは、どちらか一方を設置してもよいが、製品歩留まりをより向上させる観点からは、両方設置することが好ましい。
　第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈは、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈ並びに複数枚のシリコンウェーハよりもサイズが大きいことが必要である。具体的には、炉芯管１２の中心軸Ｘに垂直な仮想面への第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈの投影形状が、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈ並びに複数枚のシリコンウェーハの前記仮想面への投影形状を包含し、炉芯管１２の中心軸Ｘと平行な軸を有する柱形状であることが必要である。図４（Ａ），（Ｂ）及び図５（Ｃ）を参照して、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈは、以下の条件を満たす形状を有する。
　（ｉ－１）第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈのうち、ポケット１６Ａの上端よりも下方の部分（本実施形態では下半分）は、ポケット１６Ａに収納される。このため、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈの前記仮想面への投影形状のうち、ポケット１６Ａの上端よりも下方の部分は、複数枚のシリコンウェーハの半径と同じ曲率半径を有する。
　（ｉ－２）第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈのうち、ポケット１６Ａの上端よりも上方の部分、つまりボート１６よりも上方の部分（本実施形態では上半分）は、汚染金属を含むガスの拡散を抑える機能を発揮する。このため、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈの前記仮想面への投影形状のうち、ボート１６よりも上方の部分は、複数枚のシリコンウェーハの半径よりも大きな曲率半径Ｒを有する。汚染金属を含むガスの拡散を抑える効果を十分に得る観点から、当該部分の曲率半径Ｒは、複数枚のシリコンウェーハの半径よりも５ｍｍ以上大きいことが好ましい。また、ボート１６の搬入及び搬出の際に第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈが炉芯管１２に接触する危険性を回避する観点から、当該部分の曲率半径Ｒは、複数枚のシリコンウェーハの半径よりも２５ｍｍ以下の範囲で大きいことが好ましい。
　図４（Ｂ）を参照して、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈの、炉芯管１２の中心軸Ｘに沿った幅Ｗは、１０ｍｍ以上であることが好ましく、１５ｍｍ以上であることがより好ましい。この場合、追加ブロックに高清浄度化処理を施す際のハンドリングが容易となるからである。また、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈの、炉芯管１２の中心軸Ｘに沿った幅Ｗは、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈの幅よりも小さいことが好ましく、具体的には、２０ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、ダミーブロックに比べて追加ブロックを毎バッチ交換する際の経済的負担を減らすことができ、また、エッチング槽の作製が容易でエッチング中の液温上昇のおそれも回避できることから、各バッチの熱処理後に追加ブロックに高清浄度化処理を施すことも容易である。
　図２及び図３において、炉芯管１２の中心軸Ｘの方向における、第１ダミーブロック１８Ｓと第１追加ブロック２０Ｓとの距離（離間距離）、及び、第２ダミーブロック１８Ｈと第２追加ブロック２０Ｈとの距離（離間距離）は、０ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。当該距離が５ｍｍ以下であれば、第１追加ブロック２０Ｓ及び第２追加ブロック２０Ｈによる効果をより確実に得ることができる。
　図２及び図３において、炉芯管１２の中心軸Ｘの方向における、第１追加ブロック２０Ｓとウェーハ群ＷＦとの距離（離間距離）、及び、第２追加ブロック２０Ｈとウェーハ群ＷＦとの距離（離間距離）は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
　図２及び図３において、炉芯管１２の中心軸Ｘの方向における、第１ダミーブロック１８Ｓと第３追加ブロック２２Ｓとの距離（離間距離）、及び、第２ダミーブロック１８Ｈと第４追加ブロック２２Ｈとの距離（離間距離）は、０ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。当該距離が５ｍｍ以下であれば、第３追加ブロック２２Ｓ及び第４追加ブロック２２Ｈによる効果をより確実に得ることができる。
　炉芯管１２内でのウェーハ設置領域の温度均一化を阻害しない観点から、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈは、シリコンからなることが好ましい。
　複数枚のシリコンウェーハの金属汚染を防ぐ観点から、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈは、高清浄度である必要があり、具体的には、Ｆｅの濃度が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、Ｎｉ及びＣｕの濃度がそれぞれ５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である必要があり、より好ましくはＦｅ、Ｎｉ及びＣｕの濃度がそれぞれ５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、さらに好ましくは全ての遷移金属元素の濃度がそれぞれ５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、最も好ましくは全ての遷移金属元素の濃度がそれぞれ１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である。
　ダミーブロック及び追加ブロック中の遷移金属元素の濃度は、各ブロックの表層部を酸等で溶解して、溶解液に含まれる元素濃度をＩＣＰ－ＭＳ等で測定することにより、求めることができる。
　本実施形態では、複数バッチの熱処理において、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈは常に高清浄度である必要がある。そこで、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈは、バッチ毎に高清浄度のブロックに交換するか、バッチ毎に使用済みブロックに遷移金属元素を除去するための高清浄度化処理を施す。具体的には、フッ酸と硝酸との混酸液等によるエッチング処理によって、追加ブロックから遷移金属元素を除去する。既述のように、第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈは、第１及び第２ダミーブロック１８Ｓ，１８Ｈよりも小サイズであるため、高清浄度化が容易である。
　図１に示す構造を有する横型熱処理炉を用意した。ＳｉＣからなる炉芯管の内径は２２０ｍｍである。また、図５（Ａ）に示す構造のボートを用意した。ボートのポケットは、半径が７５ｍｍの半円筒形の凹部である。表層にリンガラスを付着させた直径１５０ｍｍのシリコンウェーハを７ロット（３５０枚）用意して、主面が炉芯管の中心軸に直交するように、かつ、ロット毎に互いに隣接するシリコンウェーハの主面同士が接するように、ボート上に載置して、ウェーハ群とした。
　ボート上の、全てのシリコンウェーハ（ウェーハ群）よりも炉奥側Ｓに、炉芯管の中心軸と平行な軸を有する円柱形状の第１ダミーブロックを配置し、全てのシリコンウェーハ（ウェーハ群）よりも炉口側ＨＳに、炉芯管の中心軸と平行な軸を有する円柱形状の第２ダミーブロックを配置した。各ダミーブロックは、直径１５０ｍｍ、幅４０ｍｍの円柱形状のシリコンブロックであり、ＣＺ法により製造した単結晶シリコンインゴットから切り出したものである。ただし、各ダミーブロックは、すでに複数バッチの熱処理において交換や洗浄をすることなく、くり返し使用されたものである。そのため、同等の条件で使用済みのダミーブロックについて、既述の方法で遷移金属元素の濃度を測定したところ、Ｆｅ濃度は２×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３で、Ｎｉ濃度は１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３で、Ｃｕ濃度は５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満（Ｃｕのみ検出下限値未満）であった。なお、炉芯管の中心軸の方向における、第１ダミーブロックとウェーハ群との距離（離間距離）、及び、第２ダミーブロックとウェーハ群との距離（離間距離）は、ともに２５．３ｍｍとした。
　表１に示すように、比較例１及び発明例１～６において、図３に示す第１乃至第４追加ブロック２０Ｓ，２０Ｈ，２２Ｓ，２２Ｈの設置有無を種々変更した。各追加ブロックの形状及び寸法は図４（Ａ），（Ｂ）に示すとおりであり、図４（Ａ）に示す下半分の曲率半径は７５ｍｍであり、上半分の曲率半径Ｒは表１に示し、図４（Ｂ）に示す幅Ｗは表１に示した。なお、各追加ブロックを設置する場合、各追加ブロックと、当該追加ブロックに最近接のダミーブロックとの距離（離間距離）は、１．２ｍｍとした。各追加ブロックは、ＣＺ法により製造した単結晶シリコンインゴットから切り出したシリコンブロックであり、これに対して既述の高清浄度化処理を行ったものである。そのため、各追加ブロックについて、既述の方法で遷移金属元素の濃度を測定したところ、Ｆｅ濃度は１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、Ｎｉ濃度及びＣｕ濃度はそれぞれ５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、それぞれが測定の検出下限値未満であった。
　比較例１及び発明例１～６において、ボートを炉芯管内に入れて、ドライブイン工程の熱処理を行った。炉芯管内に導入するガスは、酸素０．５体積％を含み、残部がＡｒからなる組成とした。均熱管内の雰囲気温度は１３００℃とし、この温度に２３０時間保持した。
　［ライフタイムの測定］
　熱処理の後、全てのシリコンウェーハのうち最も炉奥側のシリコンウェーハを「モニターウェーハＳ１」、最も炉口側のシリコンウェーハを「モニターウェーハＨ１」として、これらのモニターウェーハのライフタイムを一般的なμ－ＰＣＤ法により測定した。比較例１のライフタイムを基準とした相対値を表１に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から明らかなように、発明例１～６では比較例よりもライフタイム値が大きかった。
　本発明の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法は、シリコンウェーハの表層から内部へのリン、ボロン等のドーパントの拡散熱処理に好適に適用することができる。
　１００　　横型熱処理炉
　　１０　　均熱管
　　１０Ａ　扉
　　１０Ｂ　開口部
　　１０Ｃ　吸引口
　　１２　　炉芯管
　　１２Ａ　蓋
　　１２Ｂ　ガス導入口
　　１２Ｃ　ガス排気口
　　１４　　ヒーター
　　１６　　ボート
　　１６Ａ　ポケット
　　１８Ｓ　第１ダミーブロック（保温ブロック）
　　１８Ｈ　第２ダミーブロック（保温ブロック）
　　２０Ｓ　第１追加ブロック（遮蔽ブロック）
　　２０Ｈ　第２追加ブロック（遮蔽ブロック）
　　２２Ｓ　第３追加ブロック（遮蔽ブロック）
　　２２Ｈ　第４追加ブロック（遮蔽ブロック）
　　　　Ｓ　炉奥側（ガス流入側）
　　　　Ｈ　炉口側（ガス流出側）
　　　ＷＦ　ウェーハ群（複数枚のシリコンウェーハ）
　　　　Ｘ　炉芯管の中心軸

Claims (13)

  1. 　横方向の中心軸を有する円筒形状の炉芯管と、前記炉芯管の周囲に位置し前記炉芯管を加熱するヒーターと、を有し、前記炉芯管の片方の端部には蓋が設けられ、前記炉芯管の他方の端部にはガス導入口が設けられ、前記炉芯管の前記蓋の付近の炉壁にガス排気口が設けられた横型熱処理炉を用意し、
    　前記炉芯管の前記蓋に近い方を炉口側とし、前記炉芯管の前記ガス導入口に近い方を炉奥側としたとき、前記蓋を開けて、前記炉芯管内に、以下の（Ａ）～（Ｃ）の状態となるようにボートを配置し、
    　　（Ａ）前記ボート上に、主面が前記炉芯管の中心軸に直交するように複数枚のシリコンウェーハが並べられて、ウェーハ群を形成し、
    　　（Ｂ）前記ボート上の、前記ウェーハ群よりも炉奥側に、前記炉芯管の中心軸と平行な軸を有する円柱形状の第１ダミーブロックが配置され、前記ウェーハ群よりも炉口側に、前記炉芯管の中心軸と平行な軸を有する円柱形状の第２ダミーブロックが配置され、
    　　（Ｃ）前記ボート上の、前記第１ダミーブロックと前記ウェーハ群との間に第１追加ブロック、及び、前記第２ダミーブロックと前記ウェーハ群との間に第２追加ブロック、のうち少なくとも一方が配置され、前記第１及び第２追加ブロックは、（ｉ）前記炉芯管の中心軸に垂直な仮想面への投影形状が、前記第１及び第２ダミーブロック並びに前記複数枚のシリコンウェーハの前記仮想面への投影形状を包含し、前記炉芯管の中心軸と平行な軸を有する柱形状であり、かつ、（ｉｉ）Ｆｅの濃度が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、Ｎｉ及びＣｕの濃度がそれぞれ５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、
    　前記蓋を閉め、
    　前記ガス導入口から前記炉芯管内にガスを導入し、前記ガス排気口から前記ガスを排気しつつ、前記ヒーターにより前記炉芯管を加熱することで、前記複数枚のシリコンウェーハに熱処理を施す、
    横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  2. 　前記（Ｃ）において、前記第１及び第２追加ブロックの両方が配置される、請求項１に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  3. 　前記第１及び第２追加ブロックがシリコンからなる、請求項１又は２に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  4. 　前記第１及び第２追加ブロックの前記仮想面への投影形状のうち、前記ボートよりも上方の部分は、前記複数枚のシリコンウェーハの半径よりも５ｍｍ以上大きな曲率半径を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  5. 　前記第１及び第２追加ブロックの、前記炉芯管の中心軸に沿った幅が、１０～２０ｍｍの範囲内である、請求項１～４のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  6. 　前記（Ｃ）において、前記ボート上の、前記第１ダミーブロックよりも炉奥側に第３追加ブロック、及び、前記第２ダミーブロックよりも炉口側に第４追加ブロック、のうち少なくとも一方が配置され、前記第３及び第４追加ブロックは、前記（ｉ）及び（ｉｉ）を満たす、請求項１～５のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  7. 　前記（Ｃ）において、前記第３及び第４追加ブロックの両方が配置される、請求項６に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  8. 　前記第３及び第４追加ブロックがシリコンからなる、請求項６又は７に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  9. 　前記第３及び第４追加ブロックの前記仮想面への投影形状のうち、前記ボートよりも上方の部分は、前記複数枚のシリコンウェーハの半径よりも５ｍｍ以上大きな曲率半径を有する、請求項６～８のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  10. 　前記第３及び第４追加ブロックの、前記炉芯管の中心軸に沿った幅が、１０～２０ｍｍの範囲内である、請求項６～９のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  11. 　前記第１及び第２ダミーブロックが、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＣｕの濃度のいずれかが１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であるシリコンからなる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  12. 　前記第１及び第２ダミーブロックの直径が、前記複数枚のシリコンウェーハの直径と等しい、請求項１～１１のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
  13. 　前記第１及び第２ダミーブロックの、前記炉芯管の中心軸に沿った幅が、４０～７５ｍｍの範囲内である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法。
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