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半導(dǎo)體晶圓制程使用熱處理爐的滑移位錯(cuò)問(wèn)題
時(shí)間: 2020-06-02 16:38:38
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作為半導(dǎo)體基板來(lái)使用的單晶硅晶圓承受的高溫的熱能，而導(dǎo)致硅結(jié)晶構(gòu)造偏移數(shù)公厘到數(shù)公分的長(zhǎng)度,與支撐構(gòu)件接觸的部分會(huì)發(fā)生被稱(chēng)為滑移位錯(cuò)。
熱處理技術(shù)被用于各種半導(dǎo)體制程中，已成為基本且重要的技術(shù)。對(duì)于作為半導(dǎo)體基板來(lái)使用的單晶硅晶圓，為了改質(zhì)結(jié)晶質(zhì)量、擴(kuò)散雜質(zhì)、或在表層部分形成薄膜構(gòu)造等目的，而實(shí)施熱處理。被載置于這樣的支撐構(gòu)件上的單晶硅晶圓，例如在氬氣或氧氣的氛圍下進(jìn)行熱處理。已知在該熱處理時(shí)，從與支撐構(gòu)件接觸的部分會(huì)發(fā)生被稱(chēng)為滑移位錯(cuò)転位，slip dislocat1n)的缺陷。滑移位錯(cuò)是由于下述原因所形成的缺陷：以單晶硅晶圓接觸到支撐構(gòu)件時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械性損傷作為起點(diǎn)，再加上晶圓本身的重量所導(dǎo)致的應(yīng)力、熱變形時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，進(jìn)一步加上所承受的高溫的熱能，而導(dǎo)致硅結(jié)晶構(gòu)造偏移數(shù)公厘到數(shù)公分的長(zhǎng)度。
作為用于實(shí)施熱處理的熱處理裝置，廣泛使用一種將多片晶圓隔開(kāi)規(guī)定的間隔并且同時(shí)處理這些晶圓的批次式的裝置。特別是，以將晶圓支撐成水平的狀態(tài)下將晶圓縱向配置的類(lèi)型，被稱(chēng)為縱型爐。另外，以接近垂直的角度豎立的狀態(tài)下橫向配置的類(lèi)型，被成為橫型爐。
隨著近年來(lái)晶圓的大直徑化，大多采用縱型爐。在熱處理爐內(nèi)支撐晶圓的支撐構(gòu)件被稱(chēng)為晶舟，一般是采用石英制(石英晶舟)、或在SiC(碳化硅)材料的表面上實(shí)施了CVD-SiC覆蓋(化學(xué)氣相沉積碳化硅覆蓋)而成的SiC制晶舟(SiC晶舟)。特別是在高溫?zé)崽幚碇校瑢?duì)熱的耐久度高的SiC制的支撐構(gòu)件被廣泛使用。雖然支撐構(gòu)件的形狀有各種形狀，但是作為縱型爐用的支撐構(gòu)件，一般是使用下述形狀的支撐構(gòu)件:利用兩片板狀構(gòu)件(頂板和底板)，將三根或四根垂直的支柱連結(jié)在一起，且在支柱的一部分形成有水平方向的溝。晶圓被載置且支撐于這些溝的水平面上。 
在使用了縱型爐的情況下，相較于橫型爐，由于晶圓本身的重量被分散，晶圓面內(nèi)的熱分布的均勻性也較好，因此滑移位錯(cuò)有被限制住的傾向。但是，即便是在使用了縱型爐的情況下，特別是在使用了SiC制的支撐構(gòu)件的情況下，有時(shí)仍然會(huì)發(fā)生許多滑移位錯(cuò)。進(jìn)一步，即便在所使用的支撐構(gòu)件是基于同樣的設(shè)計(jì)并制作而成的情況下，各個(gè)支撐構(gòu)件的滑移位錯(cuò)的發(fā)生狀況相異，且即便在支撐構(gòu)件的使用初期沒(méi)有發(fā)生滑移位錯(cuò)的情況下，由于長(zhǎng)時(shí)間使用，支撐構(gòu)件也有可能發(fā)生滑移位錯(cuò)。
將多片半導(dǎo)體晶圓各自水平地載置于以碳化硅覆蓋的支撐構(gòu)件上，并在縱型熱處理爐內(nèi)實(shí)行熱處理，其中，該熱處理方法的特征在于，將所述支撐構(gòu)件，在一條件或二條件中的任一種條件的熱處理中持續(xù)使用了一定期間后，在所述一條件和二條件中的另一種條件的熱處理中持續(xù)使用一定期間，以此方式將所述支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件切換來(lái)進(jìn)行熱處理;并且，所述一條件的熱處理，是以1000°c以上的溫度，在含有稀有氣體且不含有氧氣的氛圍下進(jìn)行的熱處理;所述二條件的熱處理，是以1000°c以上的溫度，在含有氧氣且不含有稀有氣體的氛圍下進(jìn)行的熱處理。
由于是將支撐構(gòu)件，在一條件(1000°C以上，含有稀有氣體且不含有氧氣的氛圍)、或二條件(1000°c以上，含有氧氣且不含有稀有氣體的氛圍)中的任一種條件的高溫?zé)崽幚碇谐掷m(xù)使用了一定期間之后，在所述一條件和二條件中的另一種條件的高溫?zé)崽幚碇谐掷m(xù)使用一定期間，以此方式將支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件切換來(lái)進(jìn)行熱處理，因此，能夠限制用于載置半導(dǎo)體晶圓的支撐構(gòu)件的表面的形狀變化，從而能夠以低成本來(lái)限制滑移位錯(cuò)。縱型熱處理爐具有反應(yīng)室，在反應(yīng)室的內(nèi)部配置有支撐構(gòu)件(晶圓晶舟)。在反應(yīng)室的周?chē)O(shè)置有加熱器。
能將多片半導(dǎo)體晶圓W各自水平地載置于支撐構(gòu)件上。例如，能夠在構(gòu)成支撐構(gòu)件的支柱的側(cè)面，沿水平方向形成溝槽，并將該溝槽的下表面設(shè)為晶圓支撐面。晶圓支撐面例如能設(shè)成:形成于圓柱形的支柱上的半圓形的支撐面、或是形成于方柱形狀的支柱上的長(zhǎng)方形的支撐面。支撐構(gòu)件，至少在該晶圓支撐面上被耐熱性高的Si C覆蓋，從而能夠防止在熱處理中發(fā)生晶圓的金屬污染的情況。SiC例如是以CVD(化學(xué)氣相沉積)來(lái)覆蓋。
支撐構(gòu)件以能從縱型中取出的方式來(lái)設(shè)置。因此，可將支撐構(gòu)件13在載置有晶圓W的狀態(tài)下配置于縱型中，也能將支撐構(gòu)件從縱型爐中取出。
熱處理時(shí)，一邊經(jīng)由氣體導(dǎo)入管將氣體導(dǎo)入反應(yīng)室，一邊通過(guò)加熱器來(lái)加熱晶圓W。被導(dǎo)入的氣體從上方向下方流動(dòng)并從氣體排氣管15被排出至外部。
這種熱處理方法的熱處理?xiàng)l件中，有一條件和二條件，且這些條件與所使用的支撐構(gòu)件的組合會(huì)被決定。具體而言，以下述方式來(lái)切換支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件:在一條件或二條件中的任一種條件的高溫?zé)崽幚碇校掷m(xù)使用了支撐構(gòu)件—定期間后，在另一種條件的熱處理中，持續(xù)使用支撐構(gòu)件—定期間。此時(shí)，在相同的縱型爐中，可以一邊持續(xù)使用相同的支撐構(gòu)件一邊改變熱處理?xiàng)l件，由此來(lái)切換支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件。或者，也可以一邊利用相同的熱處理?xiàng)l件持續(xù)進(jìn)行熱處理，一邊將所使用的支撐構(gòu)件更換成已在其他條件下被使用過(guò)的支撐構(gòu)件，由此來(lái)切換支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件。像這樣，通過(guò)切換支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件來(lái)實(shí)行熱處理，能夠如以下詳述地那樣限制滑移位錯(cuò)。
一條件的熱處理，是以1000°C以上的溫度，在含有稀有氣體且不含有氧氣的氛圍下進(jìn)行的熱處理。二條件的熱處理，是以1000°c以上的溫度，在含有氧氣且不含有稀有氣體的氛圍下進(jìn)行的熱處理。一條件的氛圍的代表例是氬氣氛圍(Ar氣體100% )。二條件的氛圍的代表例是氧氣氛圍(O2氣體100%)。熱處理溫度若是不到1000°C，由于滑移位錯(cuò)的發(fā)生會(huì)被限制，因此無(wú)法充分獲得本發(fā)明的效果。另一方面，通過(guò)設(shè)成1350°C以下的溫度，能夠切實(shí)地防止滑移位錯(cuò)大幅地增加，因此優(yōu)選。
隨著近年來(lái)晶圓的大直徑化，大多采用縱型爐。在熱處理爐內(nèi)支撐晶圓的支撐構(gòu)件被稱(chēng)為晶舟，一般是采用石英制(石英晶舟)、或在SiC(碳化硅)材料的表面上實(shí)施了CVD-SiC覆蓋(化學(xué)氣相沉積碳化硅覆蓋)而成的SiC制晶舟(SiC晶舟)。特別是在高溫?zé)崽幚碇校瑢?duì)熱的耐久度高的SiC制的支撐構(gòu)件被廣泛使用。雖然支撐構(gòu)件的形狀有各種形狀，但是作為縱型爐用的支撐構(gòu)件，一般是使用下述形狀的支撐構(gòu)件:利用兩片板狀構(gòu)件(頂板和底板)，將三根或四根垂直的支柱連結(jié)在一起，且在支柱的一部分形成有水平方向的溝。晶圓被載置且支撐于這些溝的水平面上。
將多片半導(dǎo)體晶圓各自水平地載置于以碳化硅覆蓋的支撐構(gòu)件上，并在縱型熱處理爐內(nèi)實(shí)行熱處理，其中，該熱處理方法的特征在于，將所述支撐構(gòu)件，在一條件或二條件中的任一種條件的熱處理中持續(xù)使用了一定期間后，在所述一條件和二條件中的另一種條件的熱處理中持續(xù)使用一定期間，以此方式將所述支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件切換來(lái)進(jìn)行熱處理;并且，所述一條件的熱處理，是以1000°c以上的溫度，在含有稀有氣體且不含有氧氣的氛圍下進(jìn)行的熱處理;所述二條件的熱處理，是以1000°c以上的溫度，在含有氧氣且不含有稀有氣體的氛圍下進(jìn)行的熱處理。
由于是將支撐構(gòu)件，在一條件(1000°C以上，含有稀有氣體且不含有氧氣的氛圍)、或二條件(1000°c以上，含有氧氣且不含有稀有氣體的氛圍)中的任一種條件的高溫?zé)崽幚碇谐掷m(xù)使用了一定期間之后，在所述一條件和二條件中的另一種條件的高溫?zé)崽幚碇谐掷m(xù)使用一定期間，以此方式將支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件切換來(lái)進(jìn)行熱處理，因此，能夠限制用于載置半導(dǎo)體晶圓的支撐構(gòu)件的表面的形狀變化，從而能夠以低成本來(lái)限制滑移位錯(cuò)。縱型熱處理爐具有反應(yīng)室，在反應(yīng)室的內(nèi)部配置有支撐構(gòu)件(晶圓晶舟)。在反應(yīng)室的周?chē)O(shè)置有加熱器。
能將多片半導(dǎo)體晶圓W各自水平地載置于支撐構(gòu)件上。例如，能夠在構(gòu)成支撐構(gòu)件的支柱的側(cè)面，沿水平方向形成溝槽，并將該溝槽的下表面設(shè)為晶圓支撐面。晶圓支撐面例如能設(shè)成:形成于圓柱形的支柱上的半圓形的支撐面、或是形成于方柱形狀的支柱上的長(zhǎng)方形的支撐面。支撐構(gòu)件，至少在該晶圓支撐面上被耐熱性高的Si C覆蓋，從而能夠防止在熱處理中發(fā)生晶圓的金屬污染的情況。SiC例如是以CVD(化學(xué)氣相沉積)來(lái)覆蓋。
支撐構(gòu)件以能從縱型中取出的方式來(lái)設(shè)置。因此，可將支撐構(gòu)件13在載置有晶圓W的狀態(tài)下配置于縱型中，也能將支撐構(gòu)件從縱型爐中取出。
熱處理時(shí)，一邊經(jīng)由氣體導(dǎo)入管將氣體導(dǎo)入反應(yīng)室，一邊通過(guò)加熱器來(lái)加熱晶圓W。被導(dǎo)入的氣體從上方向下方流動(dòng)并從氣體排氣管15被排出至外部。
這種熱處理方法的熱處理?xiàng)l件中，有一條件和二條件，且這些條件與所使用的支撐構(gòu)件的組合會(huì)被決定。具體而言，以下述方式來(lái)切換支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件:在一條件或二條件中的任一種條件的高溫?zé)崽幚碇校掷m(xù)使用了支撐構(gòu)件—定期間后，在另一種條件的熱處理中，持續(xù)使用支撐構(gòu)件—定期間。此時(shí)，在相同的縱型爐中，可以一邊持續(xù)使用相同的支撐構(gòu)件一邊改變熱處理?xiàng)l件，由此來(lái)切換支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件。或者，也可以一邊利用相同的熱處理?xiàng)l件持續(xù)進(jìn)行熱處理，一邊將所使用的支撐構(gòu)件更換成已在其他條件下被使用過(guò)的支撐構(gòu)件，由此來(lái)切換支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件。像這樣，通過(guò)切換支撐構(gòu)件與熱處理?xiàng)l件來(lái)實(shí)行熱處理，能夠如以下詳述地那樣限制滑移位錯(cuò)。
一條件的熱處理，是以1000°C以上的溫度，在含有稀有氣體且不含有氧氣的氛圍下進(jìn)行的熱處理。二條件的熱處理，是以1000°c以上的溫度，在含有氧氣且不含有稀有氣體的氛圍下進(jìn)行的熱處理。一條件的氛圍的代表例是氬氣氛圍(Ar氣體100% )。二條件的氛圍的代表例是氧氣氛圍(O2氣體100%)。熱處理溫度若是不到1000°C，由于滑移位錯(cuò)的發(fā)生會(huì)被限制，因此無(wú)法充分獲得本發(fā)明的效果。另一方面，通過(guò)設(shè)成1350°C以下的溫度，能夠切實(shí)地防止滑移位錯(cuò)大幅地增加，因此優(yōu)選。
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