(57)【要約】【課題】シリコンウェーハを熱処理する際に、ウェーハの直径が３００ｍｍ以上の大口径ウェーハの熱処理において使用される大型のプロセス管においても、その変形を抑制することができるシリコンウェーハの熱処理方法を提供する。【解決手段】直径３００ｍｍの片面が研磨されたウェーハを、縦型ボートに保持して積載して、縦型熱処理炉内に配置された温度が６００℃に保持された石英製のプロセス管内に投入し、プロセス管内の気圧をプロセス管外の気圧より２０〜３００Ｐａの範囲の陽圧下で調整して、プロセス管内の温度を１２００℃まで昇温して、２０時間熱処理を行った。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径３００ｍｍ以上のウェーハを熱処理用治具に積載し、前記熱処理用治具を熱処理炉内に設置された石英製のプロセス管内に投入し、前記プロセス管内の気圧をプロセス管外の気圧より２０〜３００Ｐａの陽圧下に調整して、１１００〜１３００℃の温度領域で熱処理を行うことを特徴とするウェーハの熱処理方法。
【請求項２】
前記プロセス管内の気圧の調整は、前記プロセス管への雰囲気ガスの供給量と排気量の差により行うことを特徴とする請求項１に記載の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、ウェーハの熱処理方法に関し、特に、熱処理装置内のプロセス管の変形を抑制することができるウェーハの熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス形成用基板として用いられるシリコンウェーハ（以下、単に、ウェーハという）は、その製造過程において、様々な熱処理が施される。
【０００３】
例えば、ウェーハの表面に無欠陥層を形成するためのウェーハの熱処理（以下、アニール処理という）を施す場合は、ウェーハを縦型ボート等の熱処理用治具に複数保持して、石英製のプロセス管内に挿入し、６００〜１３００℃の高温まで昇温して行う。なお、プロセス管内には、熱処理の用途に応じて雰囲気ガス（モノシラン、塩酸、水素、アルゴン、酸素、窒素等）を供給口より供給し、供給された雰囲気ガスはプロセス管内を流れ、その排気口よりプロセス管外に排出される。これら使用する雰囲気ガスには、人体等に悪影響を及ぼすガスも用いられているため、一般的に、熱処理装置外に漏らさないことが好ましい。したがって、これらの雰囲気ガスがプロセス管内の排気口に常に流れるように、排気口からプロセス管内を減圧吸引する減圧吸引装置が備え付けられており、一般的に、プロセス管内は減圧環境下に置かれている。
【０００４】
しかしながら、減圧環境下で熱処理を行う場合は、その影響により、プロセス管が変形してしまう問題が生じていた。特に、近年のウェーハの大口径化、すなわち、ウェーハの直径が３００ｍｍ以上への大口径ウェーハの熱処理においては、使用するプロセス管が大型化し、これらの問題が顕著に現れるようになった。
【０００５】
これらの変形は、特に石英の軟化が促進される１１００℃以上の高温下での熱処理においては著しい問題とされており、その変形が大きいと熱処理中にプロセス管に割れ等が発生し、高温で加熱されている雰囲気ガスがプロセス管外、ひいては、熱処理装置外に漏れ出すため、作業者等に対する危険性が非常に高い問題とされている。なお、１１００℃以上の高温下で変形しない高強度の素材として炭化珪素が考えられるが、炭化珪素は不純物濃度が高く、熱処理する際、不純物汚染が問題となる。また、不純物汚染が問題とされず高強度の素材としてシリコン部材が考えられるが、プロセス管は、ウェーハ、及び、熱処理用治具全体を完全に覆うように配設できる程度の大きさが必要となるため、例えば、直径が３００ｍｍ以上のウェーハを熱処理する際には、４００ｍｍ以上の超大型のシリコン製のプロセス管を使用しなければならなく、その製造が困難であり、その製造コストも非常に高いものとなる。
【０００６】
なお、熱処理装置において使用する石英管上部の変形を防止できる技術として、半導体ウェーハを収納するホルダを覆蓋するようにして熱処理のための閉塞空間を形成する石英管を配設し、この外側から熱を付与する熱処理装置であって、石英管の上部に支持治具を係着し、この支持治具を荷重調整器により、石英管の高温領域の自重に相当する荷重を自重方向とは逆向きに付与する熱処理装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、ウェーハの熱処理誘起結晶欠陥の発生を少なくし、ウェーハ表面に形成される酸化膜の耐圧特性を向上させることが可能な方法として、鏡面ウェーハを水素含有雰囲気中５〜２０ａｔｍ、６００〜１３００℃で５分〜１００時間処理することを特徴とするウェーハの熱処理方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平６−１８８２１０号
【特許文献２】特許第２５７９６８０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、石英管上部の変形を防止するものであって、石英管全体の変形を防止するものではなく、また、石英管自体が大型化している今日においては、上記技術では変形防止装置自体も大型化し、製造コストが大きくなるため好ましくない。
【０００９】
また、特許文献２に記載の技術では、アニール温度が１３００℃を超えると石英炉心管等の石英治具、ヒータなどの炉まわりの寿命が大幅に短くなる旨の記載がされているだけで、炉内の圧力による石英炉心管の変形防止に関する技術的手段は記載されておらず、その効果等も示唆もされていない。
【００１０】
そこで、本発明は、シリコンウェーハを高温下、特に、１１００℃以上で熱処理する際に、ウェーハの直径が３００ｍｍ以上の大口径ウェーハの熱処理において使用される大型の石英製のプロセス管においても、高温熱処理時の変形を抑制することができる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】
【００１１】
本発明の一態様によれば、直径３００ｍｍ以上のウェーハを熱処理用治具に積載し、前記熱処理用治具を熱処理炉内に設置された石英製のプロセス管内に投入し、前記プロセス管内の気圧をプロセス管外の気圧より２０〜３００Ｐａの陽圧下に調整して、１１００〜１３００℃の温度領域で熱処理を行うことを特徴とするウェーハの熱処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリコンウェーハを高温下、特に、１１００℃以上で熱処理する際に、ウェーハの直径が３００ｍｍ以上の大口径ウェーハの熱処理において使用される大型の石英製のプロセス管においても、高温熱処理時の変形を抑制することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るウェーハの熱処理方法にて使用されるウェーハの熱処理装置の概念図である。
【００１４】
本発明のウェーハの熱処理方法は、直径３００ｍｍ以上のウェーハを熱処理用治具に積載し、前記熱処理用治具を熱処理炉内に設置された石英製のプロセス管内に投入し、前記プロセス管内の気圧をプロセス管外の気圧より２０〜３００Ｐａの陽圧下に調整して、１１００〜１３００℃の温度領域で熱処理処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
熱処理用治具１は、例えば、公知である縦型ボートを用いて行う。この熱処理用治具１にウェーハＷを複数保持して石英製のプロセス管２内に投入する。次に、プロセス管２の供給口３から用途に応じてガス供給装置４より雰囲気ガスＧをプロセス管２内に供給する。この際、供給制御バルブ５により供給量を調整して供給する。また、これと同時に、プロセス管２内の排気口６に設けられた排気制御バルブ７により雰囲気ガスＧの排気量を調整し、供給量と排気量の差により、プロセス管２内の気圧を制御する。
【００１６】
プロセス管内の気圧はプロセス管外の気圧より２０〜３００Ｐａの範囲の陽圧下で調整することが好ましい。前記気圧が２０Ｐａ未満の場合は、プロセス管がその自重により変形してしまう。また、前記気圧が３００Ｐａを超えると、プロセス管が膨張してしまい好ましくない。
【００１７】
なお、プロセス管２内の気圧は、供給量と排気量の差と、プロセス管２内の気圧との関係を予め評価しておき、その相関図に基づいて供給量、排気量の調整のみで制御してもよく、プロセス管２内外に圧力センサーを設けて、随時測定しながら行ってもよい。ただし、熱処理中のプロセス管２内への圧力センサーの設置は、例えば、１１００℃以上で行うアニール処理では、不純物汚染等の懸念があるため、事前に、供給量と排気量との差と、評価する前者の方法が実務上好ましい。
【００１８】
以上のように、プロセス管内の気圧を、プロセス管外の気圧より２０〜３００Ｐａの範囲の陽圧下で調整することで、直径３００ｍｍ以上のウェーハを１１００℃以上の高温下でアニール処理する際に使用する大型化したプロセス管においても、その自重等による変形が抑制され、かつ、プロセス管の寿命の増加、ひいては、プロセス管の割れ等の発生を抑制することが可能となる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により限定されるものではない。
【００２０】
直径３００ｍｍの片面が研磨されたウェーハを、図１に示す縦型熱処理装置を用いて、温度が６００℃に保持された石英製のプロセス管内に投入し、２０Ｌ／ｍｉｎの流量でＡｒガスを供給しながら排気制御バルブでＡｒガスの排気量を調整することでプロセス管内の気圧を調整し、プロセス管内の気圧とプロセス管外の気圧との差（以下、差圧という）を、表１に示す条件でそれぞれ振って、温度を１２００℃まで昇温して、それぞれ２０時間熱処理を行った。
【００２１】
熱処理後、温度を６００℃まで降温してウェーハを取り出し、その後、プロセス管の変形状況を目視にて確認した。結果を表１に示す。
【表１】
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【００２２】
表１に示すように、差圧を２０〜３００Ｐａに維持することで、プロセス管の変形を抑えることができ、プロセス管の超寿命化につながり、また、プロセス管の割れ等による雰囲気ガスの熱処理炉外への漏れの危険性も激減する。
【００２３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係るウェーハ熱処理装置
【符号の説明】
【００２５】
１：熱処理用治具、  ２：  プロセス管、  ３：供給口、  ４：ガス供給装置、  ５：供給制御バルブ、  ６：排気口、  ７：排気制御バルブ
【図１】
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