JP5527902B2 - シリコンウェーハの熱処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェーハの熱処理方法に関し、特に、中性子照射（ＮＴＤ：Neutron Transmutation Doping）を施したシリコンウェーハの抵抗率回復を目的とする熱処理や、シリコンウェーハの基板極表面や基板内部のＣＯＰ（Crystal Originated Particle）等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減させてデバイス特性の向上を図ることを目的とする熱処理を同時に行うことができるシリコンウェーハの熱処理方法に関する。
半導体デバイスは、ＩＣ（集積回路）と、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等のディスクリート素子とに大別される。いずれも、主に、シリコンウェーハ（以下、単に、ウェーハともいう）を基板材料として製造されるが、そのデバイス形成領域は、ＩＣの場合には基板の極表面に限られるのに対して、ディスクリート素子の場合は、基板の厚さ方向全体を用いる点で相違する。
従って、特に、シリコンウェーハをディスクリート素子用として使用する場合には、デバイス特性向上のため、基板の極表面のみならず、基板内部のＣＯＰ等を低減させることが要求されている。
従って、特に、シリコンウェーハをディスクリート素子用として使用する場合には、デバイス特性向上のため、基板の極表面のみならず、基板内部のＣＯＰ等を低減させることが要求されている。
このような要求に際し、特許文献１では、シリコンウェーハを少なくとも２枚以上積層して一群となし、一群以上のシリコンウェーハを垂直方向にスタック配置し、前記一群のウェーハを水平もしくは一方側を水平より上方へ傾斜させて熱処理する方法が開示されており、また、本方法において、ウェーハ最下層に高温強度に優れた材質、例えばＳｉ、ＳｉＣ、セラミックス、アルミナ等の円板もしくはリングを設置することにより転位又はスリップを発生させることがないこと、酸素単独、もしくは酸素含有雰囲気で熱処理するとウェーハ同士の接着が防止されること、必要に応じて熱処理するウェーハが研磨処理されていない、あるいは仕上げ研磨処理されていないものを用いた場合は、特にウェーハ同士の接着が防止されることが記載されている。
また、特許文献２では、ＣＺ法により製造されたウェーハに対して酸化処理を行う工程と、前記ウェーハを複数枚積み重ねる工程と、前記複数枚積み重ねられたウェーハに対して、少なくとも１３００℃近傍の温度で超高温熱処理を行うことにより、各ウェーハ中に存在するボイド欠陥を消滅させる工程とを含む欠陥消滅方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１、２に記載の方法は、積層するウェーハ数を多くすればするほど積層するウェーハへの自重応力が増加するため、ウェーハブロックの最下部のウェーハのみならず、積層したウェーハ相互間においてもスリップ転位が発生する場合があり、また、当該自重応力の増加によりウェーハ相互間が接着される可能性も高くなり、これらを防止するためには更なる改良が必要であった。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、積層するウェーハ数を多くした場合でも、積層したウェーハ相互間においてスリップ転位の発生を抑制することができ、また、積層したウェーハ相互間の接着を抑制し、剥離性を高め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ことを目的とする。
本発明に係るシリコンウェーハ熱処理方法は、シリコンウェーハの平面全体にシリカパウダーを散布させて、該シリコンウェーハの平面同士を複数枚積層してウェーハブロックを形成し、該ウェーハブロックの最下部のシリコンウェーハの平面のみを第１熱処理用部材の一面上に全面支持させて該ウェーハブロックを水平保持させると共に、第２熱処理用部材により前記水平保持させたウェーハブロックの外周囲全体を囲繞させて、１２７０℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で熱処理を行うことを特徴とする。
少なくとも前記ウェーハブロックの最上部のシリコンウェーハをダミーウェーハとしてウェーハブロックを形成することが好ましい。
前記最高到達温度における熱処理時間は、５分以上１０時間以下であることが好ましい。
本発明によれば、積層するウェーハ数を多くした場合でも、積層したウェーハ相互間においてスリップ転位の発生を抑制することができ、また、積層したウェーハ相互間の接着を抑制し、剥離性を高めることができるシリコンウェーハの熱処理方法が提供される。
以下、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法について、実施の形態及び実施例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法に使用される熱処理炉の一例を示す概念図である。図２は、図１に示す熱処理炉をＡ−Ａ線で切った時の縦断面を示す概念図である。また、図３は、図２に示す熱処理用部材をＢ−Ｂ線で切った時の縦断面を示す概念図である。
図１は、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法に使用される熱処理炉の一例を示す概念図である。図２は、図１に示す熱処理炉をＡ−Ａ線で切った時の縦断面を示す概念図である。また、図３は、図２に示す熱処理用部材をＢ−Ｂ線で切った時の縦断面を示す概念図である。
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、例えば、図１に示すように、水平状態に配置され、一側にプロセスガスＰＡが導入されるプロセスガス導入口１０ａが設けられ、他側に炉口１０ｂが設けられた炉本体１０と、前記炉口１０ｂを閉塞する閉塞体１５と、前記炉本体１０内を加熱する加熱体２０とを備える横型熱処理炉１が用いられ、熱処理用部材３０を用いて複数のシリコンウェーハを前記炉本体１０内に保持して、好ましくは、前記複数のシリコンウェーハを保持した熱処理用部材３０を炉本体１０内の水平方向に複数保持して１２７０℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で熱処理を行う。
前記熱処理用部材３０による複数のシリコンウェーハの保持は、図３に示すように、シリコンウェーハＷの平面全体にシリカパウダーを散布させて、該シリコンウェーハＷの平面同士を複数枚積層してウェーハブロックＷＢを形成し、該ウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷＵの平面のみを第１熱処理用部材３２の一面上に全面支持させて該ウェーハブロックＷＢを水平保持させると共に、第２熱処理用部材３４により前記水平保持させたウェーハブロックＷＢの外周囲全体を囲繞させて行う。
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、このような方法により複数のシリコンウェーハを保持して熱処理を行うため、積層するウェーハ数を多くした場合でも、積層したウェーハ相互間においてスリップ転位の発生を抑制することができ、また、積層したウェーハ相互間の接着を抑制し、剥離性を高めることができる。
詳しくは、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、シリコンウェーハＷの平面全体にシリカパウダーを散布させて、該シリコンウェーハＷの平面同士を複数枚積層してウェーハブロックＷＢを形成しているため、積層するウェーハ数を多くした場合でも、当該シリカパウダーによって積層したウェーハ相互間の直接的な接着を抑制することができる。
なお、シリカパウダーの散布をその一部のみ（例えば、ウェーハ中心部のみやウェーハ外周部のみ）に行った場合は、自重応力が大きいため、シリカパウダーを散布していない部分が直接的に接着してしまい、剥離性が悪化するため好ましくない。
また、該ウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷＵの平面のみを第１熱処理用部材３２の一面上に全面支持させて該ウェーハブロックＷＢを水平保持させると共に、第２熱処理用部材３４により前記水平保持させたウェーハブロックＷＢの外周囲全体を囲繞させて熱処理を行うため、当該平面の外周部のみをリング状に支持する場合や、外周部のみを点支持する場合（すなわち、上記特許文献１に記載された支持の場合）よりも、ウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷＵを含むウェーハブロックＷＢの積層方向及びウェーハブロックＷＢを構成するシリコンウェーハＷの面内径方向の熱均一性を図ることができる。従って、積層されたシリコンウェーハＷの各々における熱変形ばらつきを抑制することができるため、積層するウェーハ数を多くした場合でも、ウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷＵを含むウェーハブロックＷＢ全体においてスリップ転位の発生を抑制することができる。
詳しくは、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、シリコンウェーハＷの平面全体にシリカパウダーを散布させて、該シリコンウェーハＷの平面同士を複数枚積層してウェーハブロックＷＢを形成しているため、積層するウェーハ数を多くした場合でも、当該シリカパウダーによって積層したウェーハ相互間の直接的な接着を抑制することができる。
なお、シリカパウダーの散布をその一部のみ（例えば、ウェーハ中心部のみやウェーハ外周部のみ）に行った場合は、自重応力が大きいため、シリカパウダーを散布していない部分が直接的に接着してしまい、剥離性が悪化するため好ましくない。
また、該ウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷＵの平面のみを第１熱処理用部材３２の一面上に全面支持させて該ウェーハブロックＷＢを水平保持させると共に、第２熱処理用部材３４により前記水平保持させたウェーハブロックＷＢの外周囲全体を囲繞させて熱処理を行うため、当該平面の外周部のみをリング状に支持する場合や、外周部のみを点支持する場合（すなわち、上記特許文献１に記載された支持の場合）よりも、ウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷＵを含むウェーハブロックＷＢの積層方向及びウェーハブロックＷＢを構成するシリコンウェーハＷの面内径方向の熱均一性を図ることができる。従って、積層されたシリコンウェーハＷの各々における熱変形ばらつきを抑制することができるため、積層するウェーハ数を多くした場合でも、ウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷＵを含むウェーハブロックＷＢ全体においてスリップ転位の発生を抑制することができる。
また、前記熱処理は１２７０℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で行う。
前記最高到達温度が１２７０℃未満である場合には、シリコンウェーハ内（極表面及び内部）のＣＯＰ等を消滅させる効果が低いため好ましくない。前記最高到達温度がシリコンの融点を超える場合には、シリコンウェーハＷが溶解してしまうため好ましくない。
前記最高到達温度が１２７０℃未満である場合には、シリコンウェーハ内（極表面及び内部）のＣＯＰ等を消滅させる効果が低いため好ましくない。前記最高到達温度がシリコンの融点を超える場合には、シリコンウェーハＷが溶解してしまうため好ましくない。
また、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、このような温度範囲内で熱処理を行うため、中性子照射（ＮＴＤ：Neutron Transmutation Doping）を施したシリコンウェーハの抵抗率回復を目的とする熱処理、及びシリコンウェーハの基板極表面や基板内部のＣＯＰ（Crystal Originated Particle）等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減させてデバイス特性の向上を図ることを目的とする熱処理の両方の効果を有する熱処理を行うことができる。
好ましくは、シリコンウェーハ内（極表面及び内部）のＣＯＰ等を確実に消滅させる観点から、前記最高到達温度は、１３００℃以上シリコンの融点以下であることが好ましい。
また、前記最高到達温度の上限値は使用する熱処理炉や熱処理用部材の寿命等の観点から、１３４０℃以下であることが好ましい。
また、前記最高到達温度の上限値は使用する熱処理炉や熱処理用部材の寿命等の観点から、１３４０℃以下であることが好ましい。
次に、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法に使用される熱処理用部材３０について具体的態様を説明する。
図４は、ウェーハブロックＷＢを保持した状態の熱処理用部材３０を斜視方向から見た概念図であり、図５は、熱処理用部材３０にウェーハブロックＷＢを保持する態様を説明するための概念図である。
図４は、ウェーハブロックＷＢを保持した状態の熱処理用部材３０を斜視方向から見た概念図であり、図５は、熱処理用部材３０にウェーハブロックＷＢを保持する態様を説明するための概念図である。
本発明のシリコンウェーハの熱処理方法に使用される熱処理用部材３０は、図４に示すように、ウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷｕの平面のみを一面上に全面支持させて該ウェーハブロックＷＢを水平保持する第１熱処理用部材３２と、前記第１熱処理用部材３２の一面に対向する対向面に設けられ、前記第１熱処理用部材３２の一面を炉本体１０内で水平保持するための水平保持部材３６と、前記第１熱処理用部材３２の一面上に設けられ、前記水平保持させたウェーハブロックＷＢの外周囲全体を囲繞させる第２熱処理用部材３４と、前記第２熱処理用部材３４を前記第１熱処理用部材３２の一面上に着脱可能に支持するための支持ピン３８と、を備える。
支持ピン３８は、例えば、図６に示すように、円柱形状のものや、ピン形状のものが用いられる。
第１熱処理用部材３２、第２熱処理用部材３４、水平保持部材３６及び支持ピン３８は、Ｓｉ又はＳｉＣで構成されている。
支持ピン３８は、例えば、図６に示すように、円柱形状のものや、ピン形状のものが用いられる。
第１熱処理用部材３２、第２熱処理用部材３４、水平保持部材３６及び支持ピン３８は、Ｓｉ又はＳｉＣで構成されている。
前記熱処理用部材３０にウェーハブロックＷＢを水平保持する場合は、図５に示すように、第１熱処理用部材３２の一面における所定位置に、ウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷＵの平面のみを全面支持させてウェーハブロックＷＢを水平保持させた後、前記水平保持させたウェーハブロックの外周囲全体を囲繞するように第２熱処理用部材３４を前記第１熱処理用部材３２の一面上の支持ピン３８の間に着脱可能に支持することで行う。
少なくとも前記ウェーハブロックＷＢの最上部のシリコンウェーハＷＴをダミーウェーハとしてウェーハブロックＷＢを形成することが好ましい。
ウェーハブロックＷＢの上方には、熱処理用部材３０が設けられておらず、直接的に加熱体２０の熱の影響を受けるため、ウェーハブロックＷＢの上方（特に、最上部のシリコンウェーハＷＴ）においてはウェーハブロックＷＢの積層方向の熱均一性が阻害される場合があるため、ウェーハブロックＷＢの上方（特に、最上部のシリコンウェーハＷＴ）とその下方のシリコンウェーハＷとの間で熱変形ばらつきが生じるため、ウェーハブロックＷＢの上方（特に、最上部のシリコンウェーハＷＴ）に、スリップが発生する場合がある。
従って、以上の構成とすることで、製品へのスリップの発生を抑制することができるため、製品歩留向上に寄与することができる。
ウェーハブロックＷＢの上方には、熱処理用部材３０が設けられておらず、直接的に加熱体２０の熱の影響を受けるため、ウェーハブロックＷＢの上方（特に、最上部のシリコンウェーハＷＴ）においてはウェーハブロックＷＢの積層方向の熱均一性が阻害される場合があるため、ウェーハブロックＷＢの上方（特に、最上部のシリコンウェーハＷＴ）とその下方のシリコンウェーハＷとの間で熱変形ばらつきが生じるため、ウェーハブロックＷＢの上方（特に、最上部のシリコンウェーハＷＴ）に、スリップが発生する場合がある。
従って、以上の構成とすることで、製品へのスリップの発生を抑制することができるため、製品歩留向上に寄与することができる。
なお、第１熱処理用部材３０の一面と接触するウェーハブロックＷＢの最下部のシリコンウェーハＷＵにスリップ転位が発生する場合には、当該最下部のシリコンウェーハＷＵもダミーウェーハとしてウェーハブロックＷＢを形成することが好ましい。
ウェーハブロックＷＢは、積層前の各々のシリコンウェーハＷの平面全体に周知の方法（例えば、スポンジにシリカパウダーをまぶして散布）によりシリカパウダーを散布させて、該シリコンウェーハＷの平面同士を貼り合わせて複数枚積層していくことで形成することができる。
前記シリカパウダーの平均粒径は、１０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。
前記シリカパウダーの平均粒径が１０μｍ未満である場合には、積層前の各々のシリコンウェーハの平面全体にシリカパウダーを付着させる際、シリカパウダーの飛散が大きくなるため、作業性が低下する場合がある。前記平均粒径が８０μｍを超える場合には、シリカパウダーを構成するシリカ粒子間に空隙が発生し、この空隙からウェーハブロックＷＢの上方のウェーハ相互間にはプロセスガスＰＡが流入しやすくなるため、ウェーハブロックＷＢの積層方向の熱均一性が阻害される場合があり、スリップ転位が発生する場合がある。
前記シリカパウダーの平均粒径が１０μｍ未満である場合には、積層前の各々のシリコンウェーハの平面全体にシリカパウダーを付着させる際、シリカパウダーの飛散が大きくなるため、作業性が低下する場合がある。前記平均粒径が８０μｍを超える場合には、シリカパウダーを構成するシリカ粒子間に空隙が発生し、この空隙からウェーハブロックＷＢの上方のウェーハ相互間にはプロセスガスＰＡが流入しやすくなるため、ウェーハブロックＷＢの積層方向の熱均一性が阻害される場合があり、スリップ転位が発生する場合がある。
前記ウェーハブロックＷＢの外周囲全体を囲繞させる第２熱処理用部材３４の内壁とウェーハブロックＷＢの外周との距離Ｄ１（図３参照）は、積層するシリコンウェーハＷの直径の３％以上６％以下であることが好ましい。すなわち、シリコンウェーハＷの直径が１５０ｍｍである場合には、距離Ｄ１は、４ｍｍ以上９ｍｍ以下であることが好ましい。
前記距離Ｄ１がシリコンウェーハＷの直径の３％未満である場合には、図５に示すように、第２熱処理用部材３４を第１熱処理用部材３２の一面上に設置する際に、ウェーハブロックＷＢの外周部と第２熱処理用部材３４の内壁とが接触し、ウェーハブロックＷＢを構成するシリコンウェーハＷの外周部や第２熱処理用部材３４の内壁に欠けが生じる場合がある。前記距離Ｄ１がシリコンウェーハＷの直径の６％を超える場合には、第２熱処理用部材３４の内壁とウェーハブロックＷＢの外周との間にプロセスガスＰＡが流入しやすくなるため、ウェーハブロックＷＢの積層方向及びウェーハブロックＷＢを構成するシリコンウェーハＷの面内径方向の熱均一性が阻害される場合があり、スリップ転位が発生する場合がある。
前記距離Ｄ１がシリコンウェーハＷの直径の３％未満である場合には、図５に示すように、第２熱処理用部材３４を第１熱処理用部材３２の一面上に設置する際に、ウェーハブロックＷＢの外周部と第２熱処理用部材３４の内壁とが接触し、ウェーハブロックＷＢを構成するシリコンウェーハＷの外周部や第２熱処理用部材３４の内壁に欠けが生じる場合がある。前記距離Ｄ１がシリコンウェーハＷの直径の６％を超える場合には、第２熱処理用部材３４の内壁とウェーハブロックＷＢの外周との間にプロセスガスＰＡが流入しやすくなるため、ウェーハブロックＷＢの積層方向及びウェーハブロックＷＢを構成するシリコンウェーハＷの面内径方向の熱均一性が阻害される場合があり、スリップ転位が発生する場合がある。
前記ウェーハブロックＷＢの高さＷＤと、第２熱処理用部材３４の高さＵＤとの差Ｄ２（図３参照）は、０ｍｍ以上であること、すなわち、高さＷＤと高さＵＤは、ＷＤ≦ＵＤの関係を満たすことが好ましい。
前記関係がＷＤ＞ＵＤとなる場合には、前記ウェーハブロックＷＢの上方が第２熱処理用部材３４に囲繞されない状態となるため、ウェーハブロックＷＢの積層方向の熱均一性が阻害される場合があり、スリップ転位が発生する場合がある。
前記関係がＷＤ＞ＵＤとなる場合には、前記ウェーハブロックＷＢの上方が第２熱処理用部材３４に囲繞されない状態となるため、ウェーハブロックＷＢの積層方向の熱均一性が阻害される場合があり、スリップ転位が発生する場合がある。
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、少なくとも前記ウェーハブロックＷＢの最上部のシリコンウェーハＷＴをダミーウェーハとしてウェーハブロックＷＢを形成し、かつ、前記ウェーハブロックＷＢの高さＷＤと、第２熱処理用部材３４の高さＵＤを、ＷＤ≦ＵＤの関係を満たすようにすることがより好ましい。
このような構成とすることで、ウェーハブロックＷＢの積層方向の熱均一性を確実に保つことができるため好ましい。
このような構成とすることで、ウェーハブロックＷＢの積層方向の熱均一性を確実に保つことができるため好ましい。
図７は、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法に使用される熱処理炉の他の一例を示す概念図である。図８は、図７に示す熱処理炉をＣ−Ｃ線で切った時の縦断面を示す概念図である。また、図９は、図８に示す熱処理用部材をＤ−Ｄ線で切った時の縦断面を示す概念図である。
図７から図９で説明するシリコンウェーハの熱処理方法は、前述した第２熱処理用部材３４が第２熱処理用部材３４Ａに置き換えられた構成を有している。その他は、上述した図１から図６に示す構成と同様であるため説明を省略する。
前記第２熱処理用部材は、前記第２熱処理用部材の上端から縦方向下方に向かって長軸を有し、かつ前記縦方向と垂直する水平方向に短軸を有する長方形形状のスリット（図番５０）が、前記第２熱処理用部材の周面方向に複数設けられていることが好ましい。
図７から図９で説明するシリコンウェーハの熱処理方法は、前述した第２熱処理用部材３４が第２熱処理用部材３４Ａに置き換えられた構成を有している。その他は、上述した図１から図６に示す構成と同様であるため説明を省略する。
前記第２熱処理用部材は、前記第２熱処理用部材の上端から縦方向下方に向かって長軸を有し、かつ前記縦方向と垂直する水平方向に短軸を有する長方形形状のスリット（図番５０）が、前記第２熱処理用部材の周面方向に複数設けられていることが好ましい。
このようなスリット５０を前記第２熱処理用部材３４Ａの周面方向に複数設けることで、熱処理中、ウェーハブロックＷＢの周面と前記第２熱処理部材３４Ａの内面との間にプロセスガスＰＡを供給することができ、かつ、ウェーハブロックＷＢの周面方向にプロセスガスＰＡのガス流れを作ることができる。
従って、ウェーハブロックＷＢの積層方向における温度差をより小さくすることができるため、積層したウェーハ相互間においてスリップ転位の発生を抑制することができる。
従って、ウェーハブロックＷＢの積層方向における温度差をより小さくすることができるため、積層したウェーハ相互間においてスリップ転位の発生を抑制することができる。
なお、前記スリット５０が単数で構成されている場合は、前記ウェーハブロックＷＢの周面方向のガス流れを作ることが難しく、ウェーハブロックＷＢの積層方向における温度差をより小さくすることが難しい。
前記スリット５０は、前記第２熱処理用部材３４Ａの周面方向全周に渡って所定の間隔を有して等間隔で複数設けられていることがより好ましい。
このような構成とすることで確実に前記ウェーハブロックＷＢの周面方向のガス流れを作ることができる。
前記スリット５０は、前記第２熱処理用部材３４Ａの周面方向全周に渡って所定の間隔を有して等間隔で複数設けられていることがより好ましい。
このような構成とすることで確実に前記ウェーハブロックＷＢの周面方向のガス流れを作ることができる。
前記スリット５０の長さＳＤ１は、第２熱処理用部材３４Ａの高さＵＤの２０％以上７０％以下であることが好ましい。
前記長さＳＤ１が前記高さＵＤの２０％未満である場合には、当該スリット５０から導入されたプロセスガスＰＡがウェーハブロックＷＢの積層方向における周面全体に供給されにくい場合があり、この場合はプロセスガスＰＡが供給される位置とされない位置とで温度差が生じ、スリップ転位の発生を抑制することが難しい場合がある。前記長さＳＤ１が前記高さＵＤの７０％を超える場合には、第２熱処理用部材３４Ａとしての強度低下につながる場合がある。
前記スリット５０の幅ＳＤ２は、好ましくは、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
前記長さＳＤ１が前記高さＵＤの２０％未満である場合には、当該スリット５０から導入されたプロセスガスＰＡがウェーハブロックＷＢの積層方向における周面全体に供給されにくい場合があり、この場合はプロセスガスＰＡが供給される位置とされない位置とで温度差が生じ、スリップ転位の発生を抑制することが難しい場合がある。前記長さＳＤ１が前記高さＵＤの７０％を超える場合には、第２熱処理用部材３４Ａとしての強度低下につながる場合がある。
前記スリット５０の幅ＳＤ２は、好ましくは、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
前記最高到達温度における熱処理時間は、５分以上１０時間以下であることが好ましい。
前記熱処理時間が５分未満である場合には、基板極表面や基板内部のＣＯＰ等を低減させる効果が低い場合がある。前記熱処理時間が１０時間を超える場合には、熱処理時間が長くなるため生産性が低下する場合があり、また、スリップ転位の発生やウェーハ内への金属不純物の汚染等、他の問題が発生する場合がある。
前記熱処理時間が５分未満である場合には、基板極表面や基板内部のＣＯＰ等を低減させる効果が低い場合がある。前記熱処理時間が１０時間を超える場合には、熱処理時間が長くなるため生産性が低下する場合があり、また、スリップ転位の発生やウェーハ内への金属不純物の汚染等、他の問題が発生する場合がある。
前記熱処理に使用されるプロセスガスＰＡは、酸素分圧が８０％以上の酸素含有ガス又は酸素１００％ガスを用いることが好ましく、前記酸素含有ガスにおける酸素以外のガスはアルゴンガスであることが好ましい。
このような構成とすることで、積層したウェーハ相互間における接着を更に防止することができると共に、窒化膜などの形成が無いため好ましい。
このような構成とすることで、積層したウェーハ相互間における接着を更に防止することができると共に、窒化膜などの形成が無いため好ましい。
前記ウェーハブロックＷＢを形成するシリコンウェーハＷは、ラップドウェーハ（周知のシリコンウェーハ加工工程におけるラッピング処理後のウェーハ）又はエッチドウェーハ（周知のシリコンウェーハ加工工程におけるラッピング処理後行われるエッチング処理（酸エッチング、アルカリエッチングの両方を含む）後のウェーハ）を用いることが好ましい。
このような構成とすることで、積層したウェーハ相互間における接着を更に防止することができる。
このような構成とすることで、積層したウェーハ相互間における接着を更に防止することができる。
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、直径４インチ（１００ｍｍ±５ｍｍ）〜６インチ（１５０ｍｍ±５ｍｍ）のシリコンウェーハに好適に適用することができる。
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、下記実施例により限定解釈されるものではない。
（実施例１）
直径１５０．５ｍｍ、厚さ１１３０μｍのラップドウェーハを１５枚用意し、当該ラップドウェーハに対して、希ＨＦ洗浄及びＳＣ−１洗浄を行って、ラップドウェーハの表面に付着したラップ用砥粒を除去した。
その後、積層するラップドウェーハの平面全体に平均粒径５１．９μｍのシリカパウダーを散布させた後に、当該ラップドウェーハの平面同士を各々積層してウェーハブロックを形成した。
次に、形成したウェーハブロックを図３に示すような態様（ＷＤ＜ＵＤ）にて熱処理用部材３０に保持して、６５０℃で保持された図１に示すような横型熱処理炉１の炉本体１０内にウェーハブロックを配置して、プロセスガスＰＡとして酸素１００％ガスを用い、プロセスガス流量を５リットル／分として、１３０６℃（最高到達温度）まで昇温して、当該最高到達温度を１時間保持して熱処理を行った。その後、６５０℃まで降温した後、熱処理用部材３０を炉本体１０内から取り出し、更に、常温（２５℃）まで冷却した後、ウェーハブロックを熱処理用部材３０から取り出した。
得られたウェーハブロックに対してウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。剥離性については、作業者が積層したウェーハ同士を手で容易に剥離できる場合を「○」とし、剥離用治具等を用いても剥離できない場合を「×」として評価した。また、スリップ転位の発生状況については、Ｘ線トポグラフにより評価を行い、ウェーハ全面の一部にでもスリップ転位が確認された場合を「×」とし、確認されなかった場合を「○」として評価した。
直径１５０．５ｍｍ、厚さ１１３０μｍのラップドウェーハを１５枚用意し、当該ラップドウェーハに対して、希ＨＦ洗浄及びＳＣ−１洗浄を行って、ラップドウェーハの表面に付着したラップ用砥粒を除去した。
その後、積層するラップドウェーハの平面全体に平均粒径５１．９μｍのシリカパウダーを散布させた後に、当該ラップドウェーハの平面同士を各々積層してウェーハブロックを形成した。
次に、形成したウェーハブロックを図３に示すような態様（ＷＤ＜ＵＤ）にて熱処理用部材３０に保持して、６５０℃で保持された図１に示すような横型熱処理炉１の炉本体１０内にウェーハブロックを配置して、プロセスガスＰＡとして酸素１００％ガスを用い、プロセスガス流量を５リットル／分として、１３０６℃（最高到達温度）まで昇温して、当該最高到達温度を１時間保持して熱処理を行った。その後、６５０℃まで降温した後、熱処理用部材３０を炉本体１０内から取り出し、更に、常温（２５℃）まで冷却した後、ウェーハブロックを熱処理用部材３０から取り出した。
得られたウェーハブロックに対してウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。剥離性については、作業者が積層したウェーハ同士を手で容易に剥離できる場合を「○」とし、剥離用治具等を用いても剥離できない場合を「×」として評価した。また、スリップ転位の発生状況については、Ｘ線トポグラフにより評価を行い、ウェーハ全面の一部にでもスリップ転位が確認された場合を「×」とし、確認されなかった場合を「○」として評価した。
（実施例２）
直径１５０．５ｍｍ、厚さ６００μｍのラップドウェーハを３０枚用意し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
直径１５０．５ｍｍ、厚さ６００μｍのラップドウェーハを３０枚用意し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
（実施例３）
使用するシリカパウダーとして平均粒径２５．３μｍのものを用い、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
使用するシリカパウダーとして平均粒径２５．３μｍのものを用い、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
（実施例４）
使用するシリカパウダーとして平均粒径２５．３μｍのものを用い、その他は実施例２と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
使用するシリカパウダーとして平均粒径２５．３μｍのものを用い、その他は実施例２と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
（実施例５）
直径１５０．５ｍｍ、厚さ１１３０μｍのラップドウェーハを３０枚用意し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
直径１５０．５ｍｍ、厚さ１１３０μｍのラップドウェーハを３０枚用意し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
（実施例６）
直径１５０．５ｍｍ、厚さ６００μｍのラップドウェーハを６０枚用意し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
直径１５０．５ｍｍ、厚さ６００μｍのラップドウェーハを６０枚用意し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
（比較例１）
シリカパウダーを積層するラップドウェーハの平面の外周部のみ（ウェーハ最外周から３０ｍｍの範囲のみ）にシリカパウダーを散布し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
シリカパウダーを積層するラップドウェーハの平面の外周部のみ（ウェーハ最外周から３０ｍｍの範囲のみ）にシリカパウダーを散布し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
（比較例２）
シリカパウダーを積層するラップドウェーハの平面の中央部のみ（ウェーハ中心から半径３０ｍｍの円状の範囲のみ）にシリカパウダーを散布し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
シリカパウダーを積層するラップドウェーハの平面の中央部のみ（ウェーハ中心から半径３０ｍｍの円状の範囲のみ）にシリカパウダーを散布し、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
（比較例３）
熱処理用部材３０のうち、第２熱処理用部材３４を用いず、ウェーハブロックの崩れ防止のため、炉本体１０のプロセスガス導入口１０ａから導入されるプロセスガスＰＡの直接的な接触を防止する板状のプロセスガス整流板を、ウェーハブロックのプロセスガス導入口１０ａ側及び炉口１０ｂ側にそれぞれ設置し、ウェーハブロックの炉本体１０の内壁方向には当該整流板を設置せず（すなわち、第２熱処理用部材３４によりウェーハブロックの外周囲全体を囲繞させず）、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
熱処理用部材３０のうち、第２熱処理用部材３４を用いず、ウェーハブロックの崩れ防止のため、炉本体１０のプロセスガス導入口１０ａから導入されるプロセスガスＰＡの直接的な接触を防止する板状のプロセスガス整流板を、ウェーハブロックのプロセスガス導入口１０ａ側及び炉口１０ｂ側にそれぞれ設置し、ウェーハブロックの炉本体１０の内壁方向には当該整流板を設置せず（すなわち、第２熱処理用部材３４によりウェーハブロックの外周囲全体を囲繞させず）、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
（比較例４）
積層する前のラップドウェーハに酸化処理を施して平面を含むウェーハ全体に厚さ１μｍの酸化膜を形成したのち、シリカパウダーを用いず、当該ラップドウェーハの平面同士を各々積層して、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
積層する前のラップドウェーハに酸化処理を施して平面を含むウェーハ全体に厚さ１μｍの酸化膜を形成したのち、シリカパウダーを用いず、当該ラップドウェーハの平面同士を各々積層して、その他は実施例１と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
以上、実施例１から６及び比較例１から４におけるウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を表１にまとめて示す。
表１に示すように、積層するラップドウェーハの平面全体にシリカパウダーを散布させた場合（実施例１〜６）には、剥離性が良好であり、スリップ転位の発生も認められなかった。ただし、積層数を約２倍に増やした場合（実施例５、６）には、ウェーハブロックの最上層のシリコンウェーハにスリップ転位の発生が認められた。
また、シリカパウダーを平面全体に散布しない場合（比較例１、２）には、散布していない部分が接着してしまい剥離性が悪いことが認められた。また、ウェーハブロックの外周囲全体を囲繞させない場合（比較例３）は、積層したウェーハのほとんどでスリップ転位の発生が認められた。また、酸化膜を全面に形成して積層した場合（比較例４）においてもウェーハ全体が接着してしまい剥離性が悪いことが認められた。なお、比較例１、２、４については、ウェーハ同士の剥離が困難であったため、スリップ転位の評価は行わなかった。
また、シリカパウダーを平面全体に散布しない場合（比較例１、２）には、散布していない部分が接着してしまい剥離性が悪いことが認められた。また、ウェーハブロックの外周囲全体を囲繞させない場合（比較例３）は、積層したウェーハのほとんどでスリップ転位の発生が認められた。また、酸化膜を全面に形成して積層した場合（比較例４）においてもウェーハ全体が接着してしまい剥離性が悪いことが認められた。なお、比較例１、２、４については、ウェーハ同士の剥離が困難であったため、スリップ転位の評価は行わなかった。
（実施例７）
図８に示すような第２熱処理用部材３４Ａ（スリット５０の長さＳＤ１を高さＵＤの４０％、幅ＳＤ２を１０ｍｍとし、かつ、第２熱処理用部材３４Ａの周面方向全周に渡って等間隔で計４つ（言い換えれば、第２熱処理用部材３４Ａを上面から見たときに９０度間隔で計４つ）を用いて、その他は実施例５と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
図８に示すような第２熱処理用部材３４Ａ（スリット５０の長さＳＤ１を高さＵＤの４０％、幅ＳＤ２を１０ｍｍとし、かつ、第２熱処理用部材３４Ａの周面方向全周に渡って等間隔で計４つ（言い換えれば、第２熱処理用部材３４Ａを上面から見たときに９０度間隔で計４つ）を用いて、その他は実施例５と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
（実施例８）
実施例７と同様の第２熱処理用部材３４Ａを用いて、その他は実施例６と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
実施例７と同様の第２熱処理用部材３４Ａを用いて、その他は実施例６と同様な方法により熱処理を行い、ウェーハブロックを得た。得られたウェーハブロックに対して実施例１と同様な方法でウェーハ相互間の剥離性及びスリップ転位の発生状況を評価した。
その結果、実施例７、８共に、ウェーハ相互間の剥離性が「○」となり、更に、ウェーハブロックの最上層のシリコンウェーハにもスリップ転位の発生が認められない「○」となった。よって、前記第２熱処理用部材３４Ａは更なるスリップ転位の抑制効果があることが認められた。
３０ 熱処理用部材
３２ 第１熱処理用部材
３４ 第２熱処理用部材
３２ 第１熱処理用部材
３４ 第２熱処理用部材
Claims (3)
- シリコンウェーハの平面全体にシリカパウダーを散布させて、該シリコンウェーハの平面同士を複数枚積層してウェーハブロックを形成し、該ウェーハブロックの最下部のシリコンウェーハの平面のみを第１熱処理用部材の一面上に全面支持させて該ウェーハブロックを水平保持させると共に、第２熱処理用部材により前記水平保持させたウェーハブロックの外周囲全体を囲繞させて、１２７０℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で熱処理を行うことを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。
- 少なくとも前記ウェーハブロックの最上部のシリコンウェーハをダミーウェーハとしてウェーハブロックを形成することを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。
- 前記最高到達温度における熱処理時間は、５分以上１０時間以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。
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