(57)【要約】【課題】チューブの外部からの金属が混入してウェーハ中のキャリアのライフタイム値が低下するのを防止するウェーハの熱処理方法およびその方法に用いる熱処理装置を提供する。【解決手段】本発明の熱処理装置１は、熱処理するための熱を供給するヒーター１１と、内部でウェーハＷを酸化熱処理するためのチューブ１２と、多数のウェーハＷをセットするウェーハボート１６とを備えており、少なくともチューブ１２の外壁１２ｂに、ＣＶＤ法により形成されたＳｉＣ膜１３ｂが形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
2012004285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化性雰囲気下においてウェーハに熱処理を施すに当たり、少なくとも外壁にＣＶＤ法により炭化珪素膜が被覆された、炭化珪素を焼結してなる反応チューブ内に前記ウェーハを装入して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】
前記反応チューブは、内壁にＣＶＤ法により炭化珪素膜が被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
ウェーハを装填したウェーハボートが載置された反応チューブを外方よりヒーターで前記反応チューブを加熱し、前記反応チューブ内に酸化性ガスを供給して前記ウェーハを酸化処理する熱処理装置において、
前記反応チューブは焼結された炭化珪素からなり、前記反応チューブの少なくとも外壁にＣＶＤ法により炭化珪素膜が被膜されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
前記反応チューブは、内壁にＣＶＤ法により炭化珪素膜が被覆されていることを特徴とする、請求項３に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱処理方法およびその方法に用いる熱処理装置に関し、特に、熱処理を施すウェーハへの金属の混入を防止する熱処理方法およびその方法に用いる熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シリコンウェーハおよびデバイスの製造工程においては様々な熱処理が施される。例えば、シリコンウェーハ表面の高い平坦性が要求される場合には、該シリコンウェーハに対して、例えばアルゴン雰囲気中において１２００℃程度の高温にて熱処理を施す。また、ウェーハ表面から酸素イオンを注入してＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ  ｂｙ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＯＸｉｇｅｎ）ウェーハを製造する際には、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層）を高品質化して絶縁耐圧特性を向上させるために、高酸素濃度雰囲気中において１２００℃程度で熱処理するＩＴＯＸ（ＩｎＴｅｒｎａｌ  ＯＸｉｄａｔｉｏｎ）処理を施す。
【０００３】
上述のような熱処理を行うための装置の１つに、図１に示す横型熱処理装置がある。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂでの断面図である。この熱処理装置１００は、ヒーター１１と、反応チューブ１２と、ウェーハＷを多数セットするためのウェーハボート１６とを備えている。反応チューブ１２は、ガス導入口１４から熱処理の際の雰囲気を導入し、また、ウェーハ投入口１５から多数のウェーハＷをセットしたウェーハボート１６を搬入または搬出するように構成されている。
【０００４】
ここで、反応チューブ１２は、炭化珪素（ＳｉＣ）の微粉末を焼結して形成するのが一般的であり、該焼結ＳｉＣは遊離シリコンを含有している。そのため、ヒーター１１や炉体の周辺部材から鉄や銅、ニッケル等の金属が反応チューブ１２の外壁に付着すると、遊離シリコンを介して反応チューブ１２内を拡散してウェーハＷ中へ容易に混入してしまう。その結果、シリコンのバンドギャップ中に深い準位が形成される。この深い準位はキャリアの再結合中心等として働き、ウェーハＷ中のキャリアのライフタイム値を低下させる等の特性異常を引き起こす。そこで、特許文献１は、ウェーハＷへのこうした金属の混入を防止するために、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）法により、反応チューブ１２の内壁１２ａに、ＳｉＣ膜１３が形成された熱処理装置を提案している。
【０００５】
しかし、ウェーハ投入口１５を介して、ウェーハボート１６の搬入または搬出を繰り返すうちに、ウェーハボート１６の足部と反応チューブ１２の内壁１２ａとの接触箇所にてＳｉＣ膜１３が剥離し、該剥離箇所から金属が混入してウェーハＷを汚染する問題が発生していた。そこで、特許文献２は、ウェーハボート１６と内壁１２ａにＳｉＣ膜１３が形成された反応チューブ１２の間に、ＣＶＤ法により形成したＳｉＣからなるトレイを載置することによりウェーハボート１６とＳｉＣ膜１３との直接的な接触を回避して、ＳｉＣ膜１３の剥離による金属の混入を防止する技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２２１０３８号公報
【特許文献２】特開２００３−１００６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の方法を以てしても、ウェーハ中のキャリアのライフタイム値が予想を超える早い段階で低下する問題が発生しており、このようなキャリアのライフタイム値の低減を防止する熱処理方法および熱処理装置の提案が希求されていた。
【０００８】
そこで、本発明は、反応チューブの外部からの金属が混入してウェーハ中のキャリアのライフタイム値が低下するのを防止する熱処理方法およびその方法に用いる熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者は、特許文献２に記載された熱処理装置において、ウェーハにおけるキャリアのライフタイム値が予想を超えて早く低減する原因について鋭意検討した結果、反応チューブ内で酸化性雰囲気を使用した熱処理を繰り返すことにより、反応チューブの内壁に形成されたＳｉＣ膜が酸化されて薄膜化されて部分的に消失し、反応チューブの外部からウェーハ内に金属が混入することが新たに判明した。そこで、こうした酸化性雰囲気での熱処理に対しても有効な、ウェーハへの金属の混入を防止する方途について検討した結果、反応チューブの内壁ではなく外壁にＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を形成することが肝要であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明のウェーハの熱処理方法は、酸化性雰囲気下においてウェーハに熱処理を施すに当たり、少なくとも外壁にＣＶＤ法により炭化珪素膜が被覆された、炭化珪素を焼結してなる反応チューブ内に前記ウェーハを装入して熱処理を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の熱処理方法において、前記反応チューブは、内壁にＣＶＤ法により炭化珪素膜が被覆されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の熱処理装置は、ウェーハを装填したウェーハボートが載置された反応チューブを外方よりヒーターで前記反応チューブを加熱し、前記反応チューブ内に酸化性ガスを供給して前記ウェーハを酸化処理する熱処理装置において、
前記反応チューブは焼結された炭化珪素からなり、前記反応チューブの少なくとも外壁にＣＶＤ法により炭化珪素膜が被膜されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の熱処理装置において、前記反応チューブは、内壁にＣＶＤ法により炭化珪素膜が被覆されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、少なくとも反応チューブの外壁にＳｉＣ膜が形成されているため、反応チューブの内部で酸化性雰囲気を使用して熱処理を行った場合にも、反応チューブの外壁に形成されたＳｉＣ膜は熱処理により薄膜化されないため、長期間に亘ってウェーハ中のキャリアのライフタイム値を低下させることなく熱処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、従来の熱処理装置の断面を示す図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の熱処理装置の断面を示す図である。
【図３】本発明および従来の熱処理装置を使用した場合のシリコンウェーハにおけるキャリアのライフタイム値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明の酸化性雰囲気下においてウェーハに熱処理を施す熱処理装置は、炭化珪素からなる反応チューブを有する熱処理装置において、前記反応チューブの少なくとも外壁に炭化珪素のＣＶＤ膜を形成してなることを特徴とするものである。図２は、本発明の熱処理装置を示している。ここで、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ’−Ｂ’での断面図である。この熱処理装置１は、ヒーター１１と、反応チューブ１２と、ウェーハボート１６とを備える。
【００１７】
ヒーター１１は、内部でウェーハＷを酸化熱処理するための反応チューブ１２を囲むように設けられており、反応チューブ１２の内部に搬入されたウェーハＷを熱処理するための熱を供給する。ヒーター１１の発熱体としては、例えばカンタル線を使用することができる。
【００１８】
反応チューブ１２は、円筒形状を有しており、ガス導入口１４から熱処理の際の酸化性雰囲気を導入し、また、ウェーハ投入口１５からウェーハＷを搬入または搬出するように構成されている。この反応チューブ１２は、反応焼結法や常圧焼結法等の焼結方法により、ＳｉＣの微粉末にホウ素や炭素等を加えて焼結し、更に強度の向上のためにシリコン含浸させることにより形成されている。そのため、反応チューブ１２本体は、多数の孔を含むポーラス構造を有しており、１０〜１５％程度の遊離シリコンを含有している。該遊離シリコンは、反応チューブ１４の孔の中を自由に動き回るため、ヒーター１１の発熱体や炉体の周辺部材から鉄や銅、ニッケル等の金属が反応チューブ１２の外壁１２ｂに付着すると、遊離シリコンを介して反応チューブ内を拡散してウェーハＷ中へ容易に混入してしまう。
【００１９】
そこで、従来の熱処理装置１００においては、前述したように、反応チューブ１２の内壁１２ａにＳｉＣ膜１３を形成することにより、反応チューブ１２内への金属の混入を回避して、ウェーハＷへの金属の混入を防止するようにしていたが、上述のように、ウェーハＷへ金属が依然として混入し、ウェーハＷ中のキャリアのライフタイム値の低下していたのである。発明者は、ウェーハＷにおけるキャリアのライフタイム値が予想を超えて早く低減する原因について鋭意検討した結果、図１の反応チューブ１２内で酸化性雰囲気を使用した熱処理を繰り返すことにより、反応チューブ１２の内壁１２ａに形成されたＳｉＣ膜１３が酸化されて薄膜化されて消失し、反応チューブ１２の外部からウェーハＷ内に金属が混入することが判明した。そこで、こうした酸化性雰囲気での熱処理に対しても有効な、ウェーハＷへの金属の混入を防止する方途について検討した結果、反応チューブ１２の外壁をＣＶＤ法によるＳｉＣ膜にて被覆することが肝要であることを見出したのである。
【００２０】
そこで、本発明の熱処理装置１においては、反応チューブ１２の外壁１２ｂに、ＣＶＤ法によりＳｉＣ膜１３ｂを形成しており、この点において従来の熱処理装置と相違している。従来の熱処理装置１００においては、反応チューブ１２の内壁１２ａにＳｉＣ膜１３を形成していたのに対して、図２の反応チューブ１２の外壁１２ｂにＳｉＣ膜１３ｂを形成する構成としたことにより、ウェーハＷを酸化性雰囲気中で熱処理することを繰り返し行った場合にも、ＳｉＣ膜１３ｂが酸化されて反応チューブ１２から剥離される可能性が大きく低減され、剥離箇所を介してウェーハＷに金属が混入する可能性を大きく低減することができる。
【００２１】
ここで、ＳｉＣ膜１３ｂの厚さは、６０〜１２０μｍとする。この限定理由は、６０μｍ未満の場合には、反応チューブ装着時のヒーター接触によるＳｉＣ膜剥離や不純物拡散の拡散により長期間に亘って使用できないためであり、１２０μｍを超える場合には、熱衝撃によるＳｉＣ膜剥離やクラックが入り易いためである。
【００２２】
ウェーハボート１６は、多数のウェーハＷを反応チューブ１２へ搬送するためのものであり、例えば直径６インチのウェーハを２００枚程度保持することができ、反応チューブ１２のウェーハ投入口１５から反応チューブ１２内へ載置するように構成されている。ウェーハボート１６はＣＶＤ法によりＳｉＣのＣＶＤ膜単体で構成されている。
【００２３】
このような熱処理装置１により、ウェーハＷを酸化性雰囲気中で熱処理を繰り返し行った場合にも、反応チューブ１２の外壁１２ｂに形成されたＳｉＣ膜１３ｂが酸化されて薄膜化されることはほとんどないため、反応チューブ１２の外部からウェーハＷに鉄や銅、ニッケル等の金属の混入を防止することができ、ウェーハＷ中のキャリアのライフタイム値が低下することを防止できる。
【００２４】
尚、ＳｉＣの微粉末を焼結して得られた反応チューブ１２には、従来よりも濃度は低減されてはいるものの、低濃度の鉄や銅等の金属が含まれている場合がある。そこで、反応チューブ１２の内壁１２ａにもＳｉＣ膜１３ａを形成することにより、チューブ１２に含まれる低濃度の金属がウェーハＷに混入するのを更に防止することができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の熱処理装置１は、反応チューブ１２の内壁１２ａおよび外壁１２ｂの双方に、ＳｉＣ膜１３がＣＶＤ法により形成されている。ここで、反応チューブ１２は常圧焼結法により焼結し、更にシリコンを含浸させることにより形成されており、その内径は２９０ｍｍ、外径は３０５ｍｍである。また、内壁１２ａおよび外壁１２ｂに形成されたＳｉＣ膜１３の厚さは、双方ともに６０μｍである。ウェーハボート１６は、直径１５０ｍｍのシリコンウェーハを２００枚セット可能な溝を有しており、反応チューブ１２に接触する６本の足部を介して反応チューブ１２の内部に載置する構成になっている。ここで、ｎ型３０Ω・ｃｍ規格の直径１５０ｍｍのシリコンウェーハ２００枚をウェーハボート１６にセットし、該ウェーハボート１６を本発明の熱処理装置１（発明例）および従来の熱処理装置１００（比較例）において、水蒸気雰囲気中で１１５０℃にて２時間の熱処理を施した。次いで、光導電率減衰法（マイクロ波ＰＣＤ法）によりシリコンウェーハのライフタイム値を測定した。上述の処理を８７０回繰り返し、各処理において得られたウェーハ中のキャリアのライフタイム値を図３に示す。
【００２６】
図３から分かるように、比較例においては、熱処理の回数が５００回までは３０００μｓｅｃを維持していたが、５００回を超えた辺りからライフタイム値の低下が見られ、８７０回を超えると１５００μｓｅｃ以下まで低下した。一方、発明例においては、比較例においてみられたようなライフタイム値の低下は見られず、８７０回を超えても３０００μｓｅｃを維持している。このように、本発明の熱処理装置１を使用することにより、長期間に亘ってウェーハ中への金属の混入を防止できることが分かる。
【符号の説明】
【００２７】
１，１００  熱処理装置
１１  ヒーター
１２  反応チューブ
１２ａ  内壁
１２ｂ  外壁
１３，１３ａ，１３ｂ  ＳｉＣ膜
１４  ガス導入口
１５  ウェーハ導入口
１６  ウェーハボート
Ｗ  ウェーハ
【図１】
2012004285.tif 000003
【図２】
2012004285.tif 000004
【図３】
2012004285.tif 000005