JPH0385725A - ウェーハの熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ウェーハの熱処理方法に関するもので、さら
に詳しくは、熱拡散炉の石英またはＳＩＣチューブ内に
ウェーハを設置し、当該ウエーノ）に熱処理を施す際、
その均熱長を有効に利用することが可能なウェーハの熱
処理方法に関するものである。

［従来の技術］ ウェーハへの不純物の熱拡散は、通常デポジションとド
ライブインの２段階で行なわれている。

このうちドライブインにあっては、例えば表面に不純物
含有のガラス層が形成されたＳｉウェーハをＮ２もしく
は０２あるいはそれらの混合ガスの雰囲気の下で所定温
度（工ＯＯＯ〜１３００℃程度）で熱処理し、上記ガラ
ス層中に含まれる不純物をＳｉウェーハ内に拡散させる
ようになっている。

第５図にはこのドライブインに使用される熱拡散炉が示
されている。

この熱拡散炉は、ＳｉＣまたは石英からなる横長のチュ
ーブ１を備えている。このチューブ１は、ウェーハ４（
第３図および第４図参照）の出入れのため一端が開放さ
れた構造となっており、チューブｌの周囲にはヒータ２
が配置されている。このヒータ２は、例えば、チューブ
１の中央部に配されるメインヒータとその両側に配され
る２台の補助ヒータとから構成されている。また、チュ
ーブ１の奥側にはガス導入管３が連結されており、この
ガス導入管３を通じてＮ２および０２ガスの導入がされ
るようになっている。

而して、上記チューブ１内に被処理物であるウェーハ４
を仕込むにあたっては、第３図に示すようにウェーハ４
を隙間なく重ね合わせて団塊状にしてボート５に載せ、
その状態でチューブ１内に押し込んでいる。この際、ボ
ート５によっては第４図に示すようにウェーハ４の両側
の支えがないものがあるので、ウェーハ４の両端と必要
に応しウェーハ４の中央とに支え用のブロック６を入れ
る場合がある。

３ そうして、例えばＮ２と少量の０２の雰囲気の下で約１
０００−１３００℃程度に加熱してウェーハ４に熱処理
を施してドライブインを行なっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記のような熱拡散炉では、チューブｌ内の
温度分布はウェーハ４を仕込まない状態（第５図）とウ
ェーハ４を仕込んだ状態とで異なる。

即ち、ウェーハ４を仕込まない状態での主ヒータ及び補
助ヒータの調節により作られた均熱領域にウェーハ４を
仕込んだ場合、仕込まれたウェーハ４群の両端近傍でウ
ェーハ４の温度が下がり（ウェーハ４の降下温度は最大
で均熱温度例えば１２００℃に対し１０〜２０℃に及ぶ
。）、ウェーハ４群全体の処理温度が均一でなくなり、
ウェーハ４への不純物拡散深さが不均一となり歩留りの
低下が起こる。つまり、団塊状となった一群のウェーハ
４をチューブｌ内に仕込むと、温度分布が略均−とみら
れる部分の長さ、いわゆる均熱長が短くなる。その結果
、ウェーハ４を仕込まない状態での均熱領域全域に亘っ
てウェーハ４を仕込むことはできないこととなり、２０
〜３０％の均熱処理領域が無駄となってしまう。

このような問題は第３図に示すような支えのあるボート
５を用いた場合のみならず、第４図に示すように両側に
支えがなくボート５とは別体の支え用ブロック６を設置
するボー１−５を用いた場合にも生ずる。

ところで、熱拡散炉の全長は２０００＋＋ｙ＋＋であり
、これに対して、ウェーハを仕込まないときの均熱長は
高々８００ｍｍに過ぎず、なぜウェーハ４が仕込まれる
ことによってウェーハ４の両端近傍で降温するか理解に
苦しむが、ウェーハ４群の両端面からの炉外への熱輻射
損失がその大きな原因と推測される。なお、因みに、チ
ューブ１内にガスが常温で流入されることの影響につい
ては、これまでの経験によると、この雰囲気ガスによる
冷却現象はほとんど無視し得ることが判っている。

なお、かかる均熱長の減少を防ぐために、熱拡散炉の両
端の補助ヒータのみの発熱量を上げることが考えられる
が、この解決方法は部分的な高温部の発生を防ぐことが
できず、このため均熱化に逆行する。第６図には、熱拡
散炉の両端の補助ヒータの発熱量を上げた後に、熱拡散
炉のウェーハを仕込まない状態における均熱長全域に亘
ってウェーハ４をフル充填した時の、炉内温度プロファ
イルが実線で示されている。なお、破線は、補助ヒータ
調節前の、ウェーハを仕込まない状態における均熱プロ
ファイルを示している。この第６図からは、熱拡散炉の
両端の補助ヒータの発熱量を上げた後に、熱拡散炉のウ
ェーハを仕込まない状態における均熱長全域に亘ってウ
ェーハ４をフル充填した場合、均熱領域両側において部
分的に高温部が生じているのが判る。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、ウェーハ
を仕込んだ状態でのチューブ内の均熱長の伸張が図れ、
もって熱処理効率の向上と均一拡散および歩留りの向上
を同時に図り得る熱処理方法を提供することを目的とし
ている。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。

［課題を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。

即ち１本発明は、上記百的を達成するため、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、チューブ内の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、または
雰囲気ガス流出側では密接もしくは離間して、チューブ
径より僅かに小さい保温ブロックを配するようにしたも
のである。また、上記発明において、保温ブロックの材
質を高純度シリコンとしたものである。

［作用］ 上記した発明によれば、チューブ内のウェーハ群の両端
外方に保温ブロックが設置されているので、当該ウェー
ハ群の両端近傍の直接熱輻射損失を起こさず、従って温
度降下が妨げられる。また保温ブロックとして高純度シ
リコンブロックを用いることによって、ウェーハの意図
せざる汚染を防ぐと同時に、ウェーハからの輻射の通過
を遮る効果を期待できる。

その結果、ウェーハ全体に亘って均一な熱処理が行なえ
ることとなり、均一な拡散により、歩留りの高いウェー
ハ熱処理が可能となる。

保温ブロック形状は、円柱状であるのが好ましく、その
外径はチューブの内径よりやや小さく、雰囲気ガスを流
すに十分な間隙を残すように選ばれる。その長さは、外
径の工／２以上であるのが良い。ウェーハ群の端部と保
温ブロックの相対する面の間隔は、雰囲気ガス流入側で
少なくとも１０＋ｎｍは必要であり、雰囲気ガス流出側
では密接してもよく、また面間隔の最大間隔は特に厳密
な制限はない。このように保温ブロックの形状、位置を
選択することによって、ウェーハを仕込まない均熱長は
、ウェーハをフルに充填しても、最外端ウェーハの降温
は均熱温度が１０００〜１３００℃の範囲で０．５℃に
過ぎない。

［実施例］ 以下、本発明に係るウェーハの熱処理方法の実施例を説
明する。

第１図には実施例の熱拡散炉及び主要付属装置の一部が
示されている。

この熱拡散炉は、ＳｉＣまたは石英からなる横長のチュ
ーブ１（例えば内径６インチ）を備えている。このチュ
ーブ１は、その一端が開放構造となっており、奥側の端
にはガス導入管３が連結され、そこからはＮ２および０
２ガスが導入できるようになっている。また、チューブ
エの周囲にはヒータ２が配されている。このヒータ２は
、例えば、チューブ１−の中央部に配されるメインヒー
タとその両側に配される補助ヒータとから構成されてい
る。また、チューブｌ内の雰囲気ガス流入側のウェーハ
４（直径５インチ）群外方に、１５ＩＩＴ１１の間隔を
おいて耐熱性でかつ単結晶シリコン（高純度シリコン）
すなわちウェーハ汚染の可能性が少な８ い材料からなる保温ブロック７ｂが設置され、また同し
材料の保温ブロック７ａが雰囲気ガス流出側のウェーハ
４群外方に密接して設置されている（シリコンブロック
は外径５インチ、長さ５インチのものを用いた）。　な
お、この実施例においては、チューブ１内のウェーハ４
を仕込まない状態での均熱領域−杯にウェーハ４が配さ
れている。

熱拡散炉中の均熱長は炉長２０００ｍｍに対し、その中
央部８００＋ａｍについて、通常均熱長が保証されてい
るが、炉の製作条件の差、経時変化あるいは拡散チュー
ブの選択など、種々の条件でウェーハを充填しないとき
の温度設定は種々に変化する。本発明の場合は、上記均
熱長の雰囲気ガス流入側で中央の均熱温度に対し、エル
２℃プラス、また雰囲気流出側で２〜１０℃マイナスに
設定される。このように設定することにより、ウェーハ
を充填し、且つ本発明のシリコンブロックを設置すれば
、ウェーハ群の温度を全長に亘って±０゜５℃の範囲に
設定することが可能となる。

次に、ウェーハ４の仕込み方法を説明すれば、不純物を
含んだガラス層を形成したウェーハ４を第３図に示すよ
うに隙間なくボート５上に並設し、その状態でチューブ
１内に押し入れる。このとき、ウェーハ４と雰囲気ガス
流入側に配した保温ブロック７ｂとの間隔が１５ｍｍ程
度以」―離れるようレニする。なお、この場合、間隙を
１０　ｎｕ未満とするとウェーハ４を仕込んだ状態での
均熱長が短くなる。

そして、Ｎ２および少量の０２ガス雰囲気、１０ＱＱ−
１３００°Ｃ程度の温度で熱処理する。すると、ガラス
層内に含まれた不純物がウェーハ４内に拡散されること
になる。

このようにすれば、実際に、チューブ１内にウェーハ４
を仕込んだ際、ウェーハの口径、仕込み枚数に関係なく
チューブｌ内に何も仕込まない状態での均熱領域をその
まま保持することができることとなる。つまり、保温ブ
ロックを用いない従来に比へて、実質的に均熱長を延ば
すことができるのでウェーハ４の処理枚数を増やすこと
ができる。

比較のために、上記のようにウェーハを仕込まないとき
に均熱長部の両端で第２図破線のように調節した後、シ
リコンブロックを用いずウェーハを仕込むと、第２図に
実線で示すように、均熱長の中心から雰囲気ガス流入及
び流出方向にそれぞれ３３０乃至３５０ｍｍの位置で中
央の均熱温度１２００′Ｃに対し、０．５°Ｃ以上の冷
却が起こり、均熱長両端即ち４００ｍｍの位置で５〜１
０℃の温度降下が起こる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

上記実施例ではウェーハ４を支えブロック６（第４図）
によって支持しないものについて説明したが、支えブロ
ック６を用いるものにも本発明は適用できる。

支えブロックの外方にそれとは離して実施例のブロック
７ｂを設置すれば、上記と同じ理由によ１ って均熱長の拡大が図れることになる。

また、上記実施例では、ドライブインの場合について説
明したが、ドライブインに限定されず、デポジション、
酸化工程その他にも本発明を適用できる。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

即ち、本発明は、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
のウェーハを仕込まない状態における均熱領域において
、雰囲気ガス流入側に、当該領域から少なくとも１０ｍ
ｎ＋以上離し、且つ雰囲気ガス流出側で密接または離間
してチューブ径よりわずかに小さい保温ブロックを配す
るようにしたので、ウェーハからの熱損失が制限され、
仕込まれたウェーハ群の両端近傍のウェーハの降温か妨
げられ、熱拡散においては、全ウェーハに２一 ついて均一拡散が可能となり、歩留りの高いつ工−ハが
得られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱処理方法の実施に用いられる熱
処理炉の縦断面図および炉内温度分布を示すグラフ、 第２図は保温ブロックを入れない状態の熱処理炉の縦断
面図および炉内温度分布を示すグラフ。 第３図はウェーハを仕込む際に用いられるボートの縦断
面図、 第４図はウェーハを仕込む際に用いられる他のボートの
縦断面図、 第５図は熱拡散に用いられる熱処理炉の縦断面図および
ウェーハを仕込まない状態の炉内温度分布を示すグラフ
、 第６図は従来の熱拡散に用いられた熱処理炉の縦断面図
と、補助ヒータの加熱を強めた場合の炉内温度分布を示
すグラフである。 工・・・・チューブ、２・・・・ヒータ、３・・・・ガ
ス導入管、４・・・・ウェーハ、７ａ、７ｂ・・・・保
温ブロック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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、チューブ内のウェーハを
   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。 ２、上記チューブ内のウェーハを仕込まない状態におけ
   る均熱領域の全域に亘って、上記ウェーハを配し、熱処
   理を行なうようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   ウェーハの熱処理方法。 ３、保温ブロックの材質が高純度シリコンであることを
   特徴とする請求項１又は請求項２記載のウェーハの熱処
   理方法。