特許 7380872 横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/22 20060101AFI20231108BHJP

   H01L 21/225 20060101ALI20231108BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20231108BHJP

   C30B 29/06 20060101ALI20231108BHJP

   C30B 33/02 20060101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

H01L21/22 501F

H01L21/225 Q

H01L21/324 G

C30B29/06 Z

C30B33/02

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022528450

(86)(22)【出願日】2021-03-18

(86)【国際出願番号】 JP2021011241

(87)【国際公開番号】W WO2021246024

(87)【国際公開日】2021-12-09

【審査請求日】2022-05-18

(31)【優先権主張番号】P 2020097915

(32)【優先日】2020-06-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】桑野 嘉宏

【審査官】桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－０８５７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１２６２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３２９６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０４９３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０２７５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３４０５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－００５２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０５９６０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２２

Ｈ０１Ｌ ２１／２２５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

Ｃ３０Ｂ ２９／０６

Ｃ３０Ｂ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、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１×１０ ^１１ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ 以上であるシリコンからなり、
（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１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、Ｎｉ及びＣｕの濃度がそれぞれ５×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であるシリコンからなり、
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。

【請求項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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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１～３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。

【請求項5】

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１～４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。

【請求項6】

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５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。

【請求項7】

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５又は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。

【請求項8】

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５～７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。

【請求項9】

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１～８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。

【請求項10】

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１～９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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平３－８５７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、Ｎｉ及びＣｕの濃度がそれぞれ５×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0011】

［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。

【0012】

［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。

【0013】

［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。

【0014】

［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。

【0015】

［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。

【0016】

［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。

【0017】

［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。

【0018】

［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。

【0019】

［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。

【0020】

［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１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0021】

［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。

【0022】

［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。

【発明の効果】

【0023】

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。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】（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。

【図5】（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。

【発明を実施するための形態】

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

（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。

【0035】

（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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となると、ダミーブロックの金属汚染が懸念される。

【0041】

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。

【0042】

（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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

（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。

【0047】

（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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、Ｎｉ及びＣｕの濃度がそれぞれ５×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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５×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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５×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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１×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である。

【0054】

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。

【0055】

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。

【実施例】

【0056】

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。

【0057】

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２×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で、Ｎｉ濃度は１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で、Ｃｕ濃度は５×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0058】

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１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、Ｎｉ濃度及びＣｕ濃度はそれぞれ５×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、それぞれが測定の検出下限値未満であった。

【0059】

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。

【0060】

［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。

【0061】

【表1】

【0062】

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。

【産業上の利用可能性】

【0063】

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。

【符号の説明】

【0064】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】