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    半導體晶圓制程使用熱處理爐的滑移位錯問題

    時間: 2020-06-02 16:38:38 瀏覽次數:
    簡介:作為半導體基板來使用的單晶硅晶圓承受的高溫的熱能,而導致硅結晶構造偏移數公厘到數公分的長度,與支撐構件接觸的部分會發生被稱為滑移位錯。
           熱處理技術被用于各種半導體制程中,已成為基本且重要的技術。對于作為半導體基板來使用的單晶硅晶圓,為了改質結晶質量、擴散雜質、或在表層部分形成薄膜構造等目的,而實施熱處理。被載置于這樣的支撐構件上的單晶硅晶圓,例如在氬氣或氧氣的氛圍下進行熱處理。已知在該熱處理時,從與支撐構件接觸的部分會發生被稱為滑移位錯転位,slip dislocat1n)的缺陷?;莆诲e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件時所產生的機械性損傷作為起點,再加上晶圓本身的重量所導致的應力、熱變形時所產生的應力,進一步加上所承受的高溫的熱能,而導致硅結晶構造偏移數公厘到數公分的長度。
    半導體單晶硅晶圓
           作為用于實施熱處理的熱處理裝置,廣泛使用一種將多片晶圓隔開規定的間隔并且同時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下將晶圓縱向配置的類型,被稱為縱型爐。另外,以接近垂直的角度豎立的狀態下橫向配置的類型,被成為橫型爐。
           隨著近年來晶圓的大直徑化,大多采用縱型爐。在熱處理爐內支撐晶圓的支撐構件被稱為晶舟,一般是采用石英制(石英晶舟)、或在SiC(碳化硅)材料的表面上實施了CVD-SiC覆蓋(化學氣相沉積碳化硅覆蓋)而成的SiC制晶舟(SiC晶舟)。特別是在高溫熱處理中,對熱的耐久度高的SiC制的支撐構件被廣泛使用。雖然支撐構件的形狀有各種形狀,但是作為縱型爐用的支撐構件,一般是使用下述形狀的支撐構件:利用兩片板狀構件(頂板和底板),將三根或四根垂直的支柱連結在一起,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。
           半導體晶圓
          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,晶圓面內的熱分布的均勻性也較好,因此滑移位錯有被限制住的傾向。但是,即便是在使用了縱型爐的情況下,特別是在使用了SiC制的支撐構件的情況下,有時仍然會發生許多滑移位錯。進一步,即便在所使用的支撐構件是基于同樣的設計并制作而成的情況下,各個支撐構件的滑移位錯的發生狀況相異,且即便在支撐構件的使用初期沒有發生滑移位錯的情況下,由于長時間使用,支撐構件也有可能發生滑移位錯。
          將多片半導體晶圓各自水平地載置于以碳化硅覆蓋的支撐構件上,并在縱型熱處理爐內實行熱處理,其中,該熱處理方法的特征在于,將所述支撐構件,在一條件或二條件中的任一種條件的熱處理中持續使用了一定期間后,在所述一條件和二條件中的另一種條件的熱處理中持續使用一定期間,以此方式將所述支撐構件與熱處理條件切換來進行熱處理;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行的熱處理。
          由于是將支撐構件,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熱處理中持續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熱處理中持續使用一定期間,以此方式將支撐構件與熱處理條件切換來進行熱處理,因此,能夠限制用于載置半導體晶圓的支撐構件的表面的形狀變化,從而能夠以低成本來限制滑移位錯??v型熱處理爐具有反應室,在反應室的內部配置有支撐構件(晶圓晶舟)。在反應室的周圍設置有加熱器。
          能將多片半導體晶圓W各自水平地載置于支撐構件上。例如,能夠在構成支撐構件的支柱的側面,沿水平方向形成溝槽,并將該溝槽的下表面設為晶圓支撐面。晶圓支撐面例如能設成: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方形的支撐面。支撐構件,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生晶圓的金屬污染的情況。SiC例如是以CVD(化學氣相沉積)來覆蓋。
    支撐構件以能從縱型中取出的方式來設置。因此,可將支撐構件13在載置有晶圓W的狀態下配置于縱型中,也能將支撐構件從縱型爐中取出。
    熱處理時,一邊經由氣體導入管將氣體導入反應室,一邊通過加熱器來加熱晶圓W。被導入的氣體從上方向下方流動并從氣體排氣管15被排出至外部。
          這種熱處理方法的熱處理條件中,有一條件和二條件,且這些條件與所使用的支撐構件的組合會被決定。具體而言,以下述方式來切換支撐構件與熱處理條件:在一條件或二條件中的任一種條件的高溫熱處理中,持續使用了支撐構件—定期間后,在另一種條件的熱處理中,持續使用支撐構件—定期間。此時,在相同的縱型爐中,可以一邊持續使用相同的支撐構件一邊改變熱處理條件,由此來切換支撐構件與熱處理條件?;蛘?,也可以一邊利用相同的熱處理條件持續進行熱處理,一邊將所使用的支撐構件更換成已在其他條件下被使用過的支撐構件,由此來切換支撐構件與熱處理條件。像這樣,通過切換支撐構件與熱處理條件來實行熱處理,能夠如以下詳述地那樣限制滑移位錯。
          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,由于滑移位錯的發生會被限制,因此無法充分獲得本發明的效果。另一方面,通過設成1350°C以下的溫度,能夠切實地防止滑移位錯大幅地增加,因此優選。
    半導體晶圓制程使用熱處理爐的滑移位錯問題

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