特許 7400683 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】2023-12-11

(45)【発行日】2023-12-19

(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 20060101AFI20231212BHJP

【ＦＩ】

H01L21/22 501F

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020170121

(22)【出願日】2020-10-07

(65)【公開番号】P2022061883

(43)【公開日】2022-04-19

【審査請求日】2022-10-11

(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

(72)【発明者】

【氏名】野口 広

(72)【発明者】

【氏名】森下 隆博

【審査官】桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０４９３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０８５７２５（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）

【文献】国際公開第２０２１／２４６０２４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２２

(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、前記ウェーハ群と離間して、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保温ブロックが配置され、前記ウェーハ群よりも炉口側に、前記ウェーハ群と離間して、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保温ブロックが配置され、前記第１及び第２保温ブロックが、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保温ブロックよりも炉奥側に第１ダミーウェーハが、前記第１保温ブロックと前記ウェーハ群との間に第２ダミーウェーハが、前記第２保温ブロックと前記ウェーハ群との間に第３ダミーウェーハが、前記第２保温ブロックよりも炉口側に第４ダミーウェーハが、それぞれ、その主面が前記炉芯管の中心軸に直交するように配置され、前記第１乃至第４ダミーウェーハは、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未満であるシリコンウェーハであり、
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。

【請求項2】

前記炉芯管の中心軸の方向における、前記第１保温ブロックと前記ウェーハ群との距離、及び、前記第２保温ブロックと前記ウェーハ群との距離が、５ｍｍ以上である、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】

前記炉芯管の中心軸の方向における、前記第１保温ブロックと前記第１ダミーウェーハとの距離、前記第１保温ブロックと前記第２ダミーウェーハとの距離、前記第２保温ブロックと前記第３ダミーウェーハとの距離、及び前記第２保温ブロックと前記第４ダミーウェーハとの距離が、２ｍｍ以下である、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】

前記炉芯管の中心軸の方向における、前記第１保温ブロックと前記第１ダミーウェーハとの距離、前記第１保温ブロックと前記第２ダミーウェーハとの距離、前記第２保温ブロックと前記第３ダミーウェーハとの距離、及び前記第２保温ブロックと前記第４ダミーウェーハとの距離が、０ｍｍである、請求項３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】

前記第１乃至第４ダミーウェーハの厚みが１～５ｍｍ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。

【請求項6】

前記第１乃至第４ダミーウェーハの直径が、前記第１及び第２保温ブロックの直径と等しい、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。

【請求項7】

前記第１及び第２保温ブロックの直径が、前記複数枚のシリコンウェーハの直径と等しい、請求項１～６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8】

前記第１及び第２保温ブロックの、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１～７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。

【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、シリコンからなる保温ブロック（ダミーブロック）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行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、本発明者らが検討したところ、複数バッチの熱処理において同一の保温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、すなわち保温ブロックの付近に配置されるシリコンウェーハの金属汚染量が、バッチを経るにつれて顕著に増加することが判明した。金属汚染されたシリコンウェーハは、ライフタイム値が低下するため製品とすることができず、結果として製品歩留まりが不十分となる。そのため、シリコンウェーハの金属汚染を抑制することが望まれる。

【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保温ブロックの付近に配置されるシリコンウェーハの金属汚染を抑制することが可能な、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、本発明者らは鋭意研究を進め、以下の知見を得た。まず、保温ブロックの付近に配置されるシリコンウェーハの金属汚染量の増加の原因は、保温ブロックの金属汚染ではないかと本発明者らは考えた。つまり、複数バッチの熱処理において同一の保温ブロックをくり返し使用した場合、保温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。熱処理時に保温ブロックが加熱される過程で、保温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、保温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、保温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保温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保温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、保温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、保温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保温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、本発明者らは、炉芯管の中心軸方向における保温ブロックの両側に、高清浄度のダミーウェーハを設置することで、保温ブロックから発生した汚染金属を含むガスが、保温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、このような保温ブロックの両側でのダミーウェーハの設置によって、保温ブロックの付近に配置されるシリコンウェーハの金属汚染量の増加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、前記ウェーハ群（ＷＦ）と離間して、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保温ブロック（１８Ａ）が配置され、前記ウェーハ群（ＷＦ）よりも炉口側（Ｈ）に、前記ウェーハ群（ＷＦ）と離間して、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保温ブロック（１８Ｂ）が配置され、
（Ｃ）前記ボート（１６）上の、前記第１保温ブロック（１８Ａ）よりも炉奥側（Ｓ）に第１ダミーウェーハ（２０Ａ）が、前記第１保温ブロック（１８Ａ）と前記ウェーハ群（ＷＦ）との間に第２ダミーウェーハ（２０Ｂ）が、前記第２保温ブロック（１８Ｂ）と前記ウェーハ群（ＷＦ）との間に第３ダミーウェーハ（２０Ｃ）が、前記第２保温ブロック（１８Ｂ）よりも炉口側（Ｈ）に第４ダミーウェーハ（２０Ｄ）が、それぞれ、その主面が前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）に直交するように配置され、前記第１乃至第４ダミーウェーハ（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）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］前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）の方向における、前記第１保温ブロック（１８Ａ）と前記ウェーハ群（ＷＦ）との距離、及び、前記第２保温ブロック（１８Ｂ）と前記ウェーハ群（ＷＦ）との距離が、５ｍｍ以上である、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］前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）の方向における、前記第１保温ブロック（１８Ａ）と前記第１ダミーウェーハ（２０Ａ）との距離、前記第１保温ブロック（１８Ａ）と前記第２ダミーウェーハ（２０Ｂ）との距離、前記第２保温ブロック（１８Ｂ）と前記第３ダミーウェーハ（２０Ｃ）との距離、及び前記第２保温ブロック（１８Ｂ）と前記第４ダミーウェーハ（２０Ｄ）との距離が、２ｍｍ以下である、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］前記炉芯管（１２）の中心軸（Ｘ）の方向における、前記第１保温ブロック（１８Ａ）と前記第１ダミーウェーハ（２０Ａ）との距離、前記第１保温ブロック（１８Ａ）と前記第２ダミーウェーハ（２０Ｂ）との距離、前記第２保温ブロック（１８Ｂ）と前記第３ダミーウェーハ（２０Ｃ）との距離、及び前記第２保温ブロック（１８Ｂ）と前記第４ダミーウェーハ（２０Ｄ）との距離が、０ｍｍである、上記［３］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乃至第４ダミーウェーハ（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）がシリコンウェーハである、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］前記第１乃至第４ダミーウェーハ（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）の厚みが１～５ｍｍの範囲内である、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］前記第１乃至第４ダミーウェーハ（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）の直径が、前記第１及び第２保温ブロック（１８Ａ，１８Ｂ）の直径と等しい、上記［１］～［６］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。

【0017】

［８］前記第１及び第２保温ブロック（１８Ａ，１８Ｂ）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］～［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。

【0018】

［９］前記第１及び第２保温ブロック（１８Ａ，１８Ｂ）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、上記［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。

【0019】

［１０］前記第１及び第２保温ブロック（１８Ａ，１８Ｂ）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］～［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。

【発明の効果】

【0020】

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保温ブロックの付近に配置されるシリコンウェーハの金属汚染を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【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】（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２のＩ－Ｉ断面図である。

【図4】比較例１，２及び発明例１～４における熱処理後のシリコンウェーハのＦｅ汚染量を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

まず、図１及び図２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、炉芯管１２及びヒーター１４を有する。

【0023】

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（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。

【0024】

ヒーター１４は、炉芯管１２の周囲に位置し、炉芯管１２を加熱する。ヒーター１４は、炉芯管１２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。

【0025】

図１及び図２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。

【0026】

なお、図１及び図２には示していないが、炉芯管１２の周囲に、横方向の中心軸を有する円筒形状で石英、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等からなる均熱管を配置し、均熱管の内部に炉芯管１２が位置するようにしてもよい。その場合、ヒーター１４は、炉芯管１２及び均熱管の周囲に位置し、ヒーター１４によって均熱管及び炉芯管１２が加熱される。

【0027】

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（ウェーハ群ＷＦ）を並べて載置し、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を閉める。

【0028】

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。炉芯管１２の外部に位置するポンプによって、ガス排気口１２Ｃを介して炉芯管１２内のガス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。

【0029】

ボート１６は、図１及び図２に加えて図３（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、ここにシリコンウェーハＷＦ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３（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ＷＦ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ＷＦ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。

【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、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。

【0031】

（Ａ）まず、図１及び図２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及び図２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。

【0032】

（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保温ブロック１８Ａ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保温ブロック１８Ｂが配置される。これら第１及び第２保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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。

【0033】

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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂは、シリコンからなることが好ましい。

【0034】

また、同じ観点から、第１及び第２保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂの直径も１５０ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、第１及び第２保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂがポケット１６Ａと接触する範囲は、各保温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。

【0035】

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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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、保温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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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。

【0036】

炉芯管１２の中心軸Ｘの方向における、第１保温ブロック１８Ａとウェーハ群ＷＦとの距離（離間距離）、及び、第２保温ブロック１８Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離（離間距離）は、５ｍｍ以上であることが好ましい。当該距離が５ｍｍ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１０ｍｍ以下であることが好ましい。当該距離が１０ｍｍ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。

【0037】

第１及び第２保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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、くり返し同一の保温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、保温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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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、保温ブロックの金属汚染が懸念される。

【0038】

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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂから発生した汚染金属を含むガスが、保温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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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。

【0039】

（Ｃ）そこで、本発明では、炉芯管１２の中心軸Ｘ方向における第１及び第２保温ブロック１８Ａ，１８Ｂの両側に、高清浄度のダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを設置することが重要である。

【0040】

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保温ブロック１８Ａよりも炉奥側Ｓに第１ダミーウェーハ２０Ａが、第１保温ブロック１８Ａとウェーハ群ＷＦとの間に第２ダミーウェーハ２０Ｂが、第２保温ブロック１８Ｂとウェーハ群ＷＦとの間に第３ダミーウェーハ２０Ｃが、第２保温ブロック１８Ｂよりも炉口側Ｈに第４ダミーウェーハ２０Ｄが、それぞれ、その主面が炉芯管１２の中心軸Ｘに直交するように配置されている。本実施形態では、第１保温ブロック１８Ａから発生する汚染金属を含むガスは、第１及び第２ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ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保温ブロック１８Ｂから発生する汚染金属を含むガスは、第３及び第４ダミーウェーハ２０Ｃ，２０Ｄ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保温ブロック１８Ａ，１８Ｂの付近に配置されるシリコンウェーハの金属汚染を抑制することができる。特に、本実施形態では、炉芯管１２の中心軸Ｘ方向における各保温ブロック１８Ａ，１８Ｂの両側に、ダミーウェーハを設置することが重要である。これにより、各保温ブロックから発生する汚染金属を含むガスの拡散を十分に抑制することができる。

【0041】

汚染金属を含むガスの拡散をより十分に抑制する観点から、炉芯管１２の中心軸Ｘの方向における、第１保温ブロック１８Ａと第１ダミーウェーハ２０Ａとの距離、第１保温ブロック１８Ａと第２ダミーウェーハ２０Ｂとの距離、第２保温ブロック１８Ｂと第３ダミーウェーハ２０Ｃとの距離、及び第２保温ブロック１８Ｂと第４ダミーウェーハ２０Ｄとの距離は、２ｍｍ以下であることが好ましい。なお、これらの距離は「離間距離」を意味する。

【0042】

汚染金属を含むガスの拡散をさらに十分に抑制する観点から、これらの距離は０ｍｍであること、すなわち、第１及び第２ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂは第１保温ブロック１８Ａと接触していることが好ましく、第３及び第４ダミーウェーハ２０Ｃ，２０Ｄは第２保温ブロック１８Ｂと接触していることが好ましい。

【0043】

なお、第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの各々は、１枚のダミーウェーハであってもよいし、互いに間隔を開けて設置された複数枚（例えば２～３枚）のダミーウェーハであってもよい。第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの各々が複数枚のダミーウェーハからなる場合、隣接するダミーウェーハの距離は０～２ｍｍの範囲内とすることが好ましい。

【0044】

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ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、シリコンウェーハであることが好ましい。

【0045】

第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの厚みは、１～５ｍｍの範囲内であることが好ましい。１ｍｍ未満の場合、ダミーウェーハの自立が困難となるおそれがあり、５ｍｍ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。

【0046】

第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの直径は、第１及び第２保温ブロック１８Ａ，１８Ｂの直径と等しいことが好ましい。例えば、第１及び第２保温ブロック１８Ａ，１８Ｂの直径が１５０ｍｍである場合には、第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの直径も１５０ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、各ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ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、各ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄがポケット１６Ａと接触する範囲は、各ダミー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。

【0047】

保温ブロック１８Ａ，１８Ｂの付近に配置される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ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ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。

【0048】

保温ブロック及びダミーウェーハ中の遷移金属元素の濃度は、保温ブロック及びダミーウェーハ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。

【0049】

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ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは常に高清浄度である必要がある。そこで、第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、バッチ毎に高清浄度のダミーウェーハに交換するか、バッチ毎に使用済みダミーウェーハ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、使用済みダミーウェーハ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ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、第１及び第２保温ブロック１８Ａ，１８Ｂ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】

【0050】

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３（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ｐ型シリコンウェーハを１ロット（５０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、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、ウェーハ群を形成した。

【0051】

ボート上の、ウェーハ群よりも炉奥側Ｓに、ウェーハ群と離間して、炉芯管の中心軸と平行な軸を有する円柱形状の第１保温ブロックを配置し、ウェーハ群よりも炉口側Ｈに、ウェーハ群と離間して、炉芯管の中心軸と平行な軸を有する円柱形状の第２保温ブロックを配置した。各保温ブロックは、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、各保温ブロックは、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保温ブロックについて、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。

【0052】

図２に示す第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの設置に関して、以下のとおり６つの条件（比較例１，２及び発明例１～４）を採用した。第１乃至第４ダミーウェーハは、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、直径１５０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのシリコンウェーハであり、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、各ダミーウェーハについて、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。

【0053】

（比較例１）
第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、設置しなかった。第１保温ブロック１８Ａとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、第２保温ブロック１８Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離は、ともに４．２ｍｍとした。

【0054】

（比較例２）
第１及び第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｄは設置せず、第２及び第３ダミーウェーハ２０Ｂ，２０Ｃのみを、各１枚設置した。第２ダミーウェーハ２０Ｂと第１保温ブロック１８Ａとの距離、及び、第３ダミーウェーハ２０Ｃと第２保温ブロック１８Ｂとの距離は、０．１ｍｍとした。第２ダミーウェーハ２０Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、第３ダミーウェーハ２０Ｃとウェーハ群ＷＦとの距離は、ともに４．２ｍｍとした。よって、第１保温ブロック１８Ａとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、第２保温ブロック１８Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離は、０．１＋１．２＋４．２＝５．５ｍｍである。

【0055】

（発明例１）
第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを、各１枚設置した。第１及び第２ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂと第１保温ブロック１８Ａとの距離、及び、第３及び第４ダミーウェーハ２０Ｃ，２０Ｄと第２保温ブロック１８Ｂとの距離は、０．１ｍｍとした。第２ダミーウェーハ２０Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、第３ダミーウェーハ２０Ｃとウェーハ群ＷＦとの距離は、ともに４．２ｍｍとした。よって、第１保温ブロック１８Ａとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、第２保温ブロック１８Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離は、０．１＋１．２＋４．２＝５．５ｍｍである。

【0056】

（発明例２）
第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを、各２枚設置した。第１保温ブロック１８Ａに最も近い第１及び第２ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂと第１保温ブロック１８Ａとの距離、及び、第２保温ブロック１８Ｂに最も近い第３及び第４ダミーウェーハ２０Ｃ，２０Ｄと第２保温ブロック１８Ｂとの距離は、０．１ｍｍとした。隣接するダミーウェーハ間の距離も、０．１ｍｍとした。ウェーハ群に最も近い第２ダミーウェーハ２０Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、ウェーハ群ＷＦに最も近い第３ダミーウェーハ２０Ｃとウェーハ群ＷＦとの距離は、ともに４．２ｍｍとした。よって、第１保温ブロック１８Ａとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、第２保温ブロック１８Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離は、（０．１＋１．２）×２＋４．２＝６．８ｍｍである。

【0057】

（発明例３）
第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを、各３枚設置した。第１保温ブロック１８Ａに最も近い第１及び第２ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂと第１保温ブロック１８Ａとの距離、及び、第２保温ブロック１８Ｂに最も近い第３及び第４ダミーウェーハ２０Ｃ，２０Ｄと第２保温ブロック１８Ｂとの距離は、０．１ｍｍとした。隣接するダミーウェーハ間の距離も、０．１ｍｍとした。ウェーハ群に最も近い第２ダミーウェーハ２０Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、ウェーハ群ＷＦに最も近い第３ダミーウェーハ２０Ｃとウェーハ群ＷＦとの距離は、ともに４．２ｍｍとした。よって、第１保温ブロック１８Ａとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、第２保温ブロック１８Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離は、（０．１＋１．２）×３＋４．２＝８．１ｍｍである。

【0058】

（発明例４）
第１乃至第４ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを、各３枚設置した。第１保温ブロック１８Ａに最も近い第１及び第２ダミーウェーハ２０Ａ，２０Ｂと第１保温ブロック１８Ａとの距離、及び、第２保温ブロック１８Ｂに最も近い第３及び第４ダミーウェーハ２０Ｃ，２０Ｄと第２保温ブロック１８Ｂとの距離は、０ｍｍとした。隣接するダミーウェーハ間の距離は、０．１ｍｍとした。ウェーハ群に最も近い第２ダミーウェーハ２０Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、ウェーハ群ＷＦに最も近い第３ダミーウェーハ２０Ｃとウェーハ群ＷＦとの距離は、ともに４．２ｍｍとした。よって、第１保温ブロック１８Ａとウェーハ群ＷＦとの距離、及び、第２保温ブロック１８Ｂとウェーハ群ＷＦとの距離は、（０．１＋１．２）×３－０．１＋４．２＝８．０ｍｍである。

【0059】

比較例１，２及び発明例１～４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】

［金属汚染量の測定］
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及び最も炉口側のシリコンウェーハを「モニターウェーハ」として、これらのモニターウェーハのＦｅ濃度をＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｏｔｏ－Ｖｏｌｔａｇｅ）法により測定した。結果を図１に示した。

【0061】

図１から明らかなように、発明例１～４では比較例１，２よりもＦｅ汚染量が十分に低く抑制されていた。

【産業上の利用可能性】

【0062】

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】

【0063】

１００ 横型熱処理炉
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保温ブロック
１８Ｈ 第２保温ブロック
２０Ａ 第１ダミーウェーハ
２０Ｂ 第２ダミーウェーハ
２０Ｃ 第３ダミーウェーハ
２０Ｄ 第４ダミーウェーハ
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】