JP2001358086A - ウェーハの熱処理方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば1300℃以上の高温下でシリコン単結晶
ウェーハを複数枚積載して熱処理を施す際に、ウェーハ
内のスリップ転位欠陥の発生防止できる熱処理方法と装
置の提供。 【解決手段】 支持板11上に熱処理を施すシリコン単結
晶ウェーハより径が小さい載置用のシリコンウェーハ10
を介して、その上に被熱処理シリコン単結晶ウェーハ1
を1枚又は多数積載して熱処理するか、中央部に同心円
状凸部12を設けたウェーハ状又はリング形状の支持板13
を用いることにより、従来からの量産規模の熱処理にお
いても、量産効率を何ら疎外することなく、ウェーハに
スリップ転位が発生するのを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、縦型熱
処理炉等で積層載置したシリコン単結晶ウェーハを熱処
理する方法の改良に係り、該ウェーハの中央部にのみに
接触するシリコンウェーハ等の円板状凸部あるいはリン
グ状凸部を設けた熱処理装置を用いることにより、積層
載置したウェーハ内にスリップ転位欠陥が発生するのを
防止したウェーハの熱処理方法とその装置に関する。

【0002】

【従来の技術】一般に、シリコン単結晶ウェーハなどの
半導体ウェーハは、ウェーハ製造工程及びデバイス工程
にて複数枚同時に熱処理(バッチ処理)が施される。使用
される熱処理炉としては縦型や横型方式があり、縦型炉
の場合、半導体ウェーハ1を縦方向に複数の溝部3を有す
る熱処理ボート2に載せて熱処理を施す構成になってい
る(図2A参照)。

【0003】しかし、ボート2の支持溝部3において、ウェー
ハ1を載置した際の最大自重応力が生じ、図3に示すごと
く、ウェーハ1内にスリップ転位欠陥5が発生する問題が
ある。

【0004】かかる欠陥の抑制手段として、熱処理に際して
シリコン単結晶ウェーハ1の下部にウェーハの反りを防
止するため、図2Aに示すごとく、ダミーウェーハまたは
リング形状の支持板4を用い、これに載置して自重応力
を低減させてスリップ発生を抑制する方法(特開平9-509
67号、特開平10-270369号)が数多く提案されている。

【0005】一般に、シリコン単結晶ウェーハに対して1200
℃以上の熱処理を行う際に用いられる支持板として、高
温強度に優れたSiC(シリコンカーバイト)製の支持板を
用いることは効果的で、特に自重応力が大きい200mmφ
以上のシリコン単結晶ウェーハ、あるいは複数枚積載し
たシリコン単結晶ウェーハの熱処理に用いると有効であ
る。

【0006】

【発明が解決しようとする課題】しかし、例えば1300℃
以上の高温下でシリコン単結晶ウェーハを複数枚積載し
て熱処理を施す場合、ウェーハ1が全面接触するように
支持して作製したシリコン単結晶ウェーハでは、X線ト
ポグラフ装置を用いて、ウェーハ内のスリップ転位欠陥
発生の調査を行ったところ、スリップの発生頻度は高く
なることが判明した。

【0007】この発明は、上述の高温下でシリコン単結晶ウ
ェーハを複数枚積載して熱処理を施す際に、ウェーハ内
のスリップ転位欠陥の発生防止できる熱処理方法とその
装置の提供を目的としている。

【0008】

【課題を解決するための手段】発明者らは、前記問題の
原因を考察、調査した結果、1300℃以上の高温下での熱
処理では、複数枚積載したシリコン単結晶ウェーハある
いは200mmφ以上の径の単一のシリコン単結晶ウェーハ
に対し、前述のようなSiC製の平状支持板を用いると、
図2Bに示すごとく、シリコン単結晶ウェーハ1の自重に
よりSiC製の平状支持板4は下方向凹状に反り、これによ
ってシリコン単結晶ウェーハ1の外周端で局所的な接触
支持になり、図3に示すようにシリコン単結晶ウェーハ1
外周端を起点としてスリップ転位欠陥5が多発すること
を確認した。

【0009】さらにここで、SiC製平状支持板の厚みを1mm以
上増加させて、スリップ転位の発生防止を図ったとこ
ろ、逆に支持板の厚み増加に伴う熱容量増加によりシリ
コン単結晶ウェーハとSiC製平状支持板間での温度勾配
が大きくなり、スリップ転位が発生した。

【0010】そこで発明者らは、高温熱処理によるスリップ
の発生防止可能な支持方法の条件出しを種々検討した結
果、支持板上に熱処理を施すシリコン単結晶ウェーハよ
り径が小さいシリコンウェーハを載置し、その上に熱処
理を施すシリコン単結晶ウェーハを1枚あるいは2枚以上
積載した状態で熱処理を行うことで、スリップの抑制が
可能であることを知見し、この発明を完成した。

【0011】すなわち、この発明は、1枚又は積層した被処
理ウェーハを熱処理するに際して、被処理ウェーハのウ
ェーハ外径より小さな外径を有するリング状又は円板状
凸部上に載置することを特徴とするウェーハの熱処理方
法である。

【0012】また、この発明は、1枚又は積層した被熱処理
ウェーハを載置支持する手段を有する装置であって、被
処理ウェーハの外径より小径のリング状又は円板状の凸
部からなる載置部を有することを特徴とするウェーハの
熱処理装置である。

【0013】

【発明の実施の形態】この発明は、簡易的には図1Aに示
すごとく、被処理シリコン単結晶ウェーハ1より径が小
さい載置用ウェーハ10を載置する、すなわち被処理ウェ
ーハ1の中央部を支持して単数又は複数を積層載置する
ことにより、高温熱処理時にウェーハ1外周端を起点と
して発生するスリップ転位欠陥を抑制することを特徴と
する。

【0014】発明者らは、被熱処理ウェーハ径が200mmφの
場合、その下部に載置するシリコン単結晶製の載置用ウ
ェーハ径を100〜150mmφ間で適正調査を行ったところ、
150mmφ未満の径では、該ウェーハが積載方向に突起し
て変形するためスリップ転位が多発し、150mmφでは同
様な変形はなく、スリップ転位は発生しないことが判明
した。

【0015】該熱処理ウェーハ径が200mmφの場合、下部に
載置するシリコンウェーハ径は150mmφが好ましい。ま
た、被熱処理ウェーハ径が300mmφの場合も同様の結果
が得られ、下部に載置する載置用ウェーハ径は200mmφ
が好ましい。従って、載置用ウェーハの外径は、被処理
ウェーハの外径より小径で該半径をより大きな外径を有
することが必要で、特に被熱処理ウェーハの外径の2/3
〜3/4の外径を有するものが好ましい。

【0016】この発明において、被熱処理シリコン単結晶ウ
ェーハより径が小さい載置用の単結晶あるいは多結晶の
シリコンウェーハは、ある一定使用回数を連続して熱処
理に供すると変形し、その上部に積載したシリコン単結
晶ウェーハのスリップ発生要因となる。そのため載置用
のシリコンウェーハは定期的、例えば5回使用後に新規
変換して使用する必要性がある。

【0017】そこで、被熱処理シリコン単結晶ウェーハ下部
に設置する、前記の載置用シリコンウェーハの代わり
に、耐高温材質、例えばSiC製の支持板あるいはリング
で用いたところ、その径はウェーハ径が200mmφの場
合、150〜195mmφ(被処理ウェーハ外径の75%〜97.5%)が
好ましいことを知見した。

【0018】一方、載置用の異種のシリコンウェーハを積載
して熱処理を行う場合では、熱処理前後にウェーハ積載
・分離工程があり、機械にて自動積載及び分離を行う
と、工程の機構が煩雑になる欠点がある。

【0019】そこで、量産時の支持方法を検討したところ、
シリコン単結晶ウェーハの支持用平板の形状を一体型に
変更することで同様の効果が得られることを知見した。
詳述すると、例えば図1Bに示すごとく、ウェーハ状又は
リング形状の支持板13の中央部を、熱処理を施す被熱処
理シリコン単結晶ウェーハ1より小さい径で同心円状凸
部12に隆起させた形状とすることで、ウェーハ積載・分
離工程において工程増の何らの要因とはならない。

【0020】ここで、被熱処理シリコン単結晶ウェーハ径が
200mmφの場合、上記の支持板11の中央部の凸部12径の
適正調査を行った結果、その径は150〜195mmφ(被処理
ウェーハ外径の75%〜97.5%)が好ましいことを知見し
た。なお、凸部12高さは特に限定しないが、前述のごと
く高いとスリップ転位の発生の要因となる。

【0021】この発明において、熱処理装置は、簡易的には
径が小さい単結晶また多結晶シリコンからなる載置用ウ
ェーハを支持板に載せた構成を採用することができる。
この載置用ウェーハの支持手段には、単なる支持板の
他、採用する移載方法や手段に応じて適宜その構成を変
更できる。

【0022】また、熱処理装置は、前述の同心円状凸部やリ
ング状凸部を中央部に設けた支持板の他、採用する移載
方法や手段に応じて選定される種々の支持具、支持装置
に前記の同心円状凸部やリング状凸部を設けて、同部に
被熱処理シリコン単結晶ウェーハを単数又は複数載置で
きる構成を採用できる。

【0023】要するに、1200℃以上でシリコン単結晶ウェー
ハの熱処理を行う場合、簡易的には径が小さい単結晶ま
た多結晶シリコンウェーハからなる支持板あるいはSiC
製の支持板あるいはリングを使用することが有効であ
り、長期的な例えば、量産時の熱処理には図1Bに示すよ
うな、段付き支持板を具備した熱処理装置の使用が有効
である。

【0024】

【実施例】実施例1 図1Aに示すごとく、外径200mmφのSiC製支持板11の上
に、載置用ウェーハ10として外径150mmφシリコン単結
晶ウェーハを載置した後、複数枚の200mmφシリコン単
結晶ウェーハ1を載置して、1300℃、2時間の熱処理を行
った。

【0025】この発明による熱処理方法にて作製したシリコ
ン単結晶ウェーハでは、X線トポグラフ装置を用いて、
ウェーハ内のスリップ転位欠陥発生の調査を行ったとこ
ろ、複数枚積載したシリコン単結晶ウェーハは全てスリ
ップ転位欠陥が観察されなかった。

【0026】実施例2 耐熱強度に優れた外径200mmφSiC製リング状支持板にお
いて、その中央部を150mmφ同心円状に凸部に1mm隆起さ
せた一体型支持板を作製した。この支持板に複数枚の20
0mmφシリコン単結晶ウェーハを載置して、1300℃、2時
間の熱処理を行った。

【0027】この発明による熱処理方法にて作製したシリコ
ン単結晶ウェーハでは、X線トポグラフ装置を用いて、
ウェーハ内のスリップ転位欠陥発生の調査を行ったとこ
ろ、複数枚積載したシリコン単結晶ウェーハは全てスリ
ップ転位欠陥が観察されなかった。

【0028】比較例 複数枚の外径200mmφシリコン単結晶ウェーハを、外径2
00mmφSiC製支持板上に載置して、1300℃、2時間の熱処
理を行った。従来の熱処理方法にて作製したシリコン単
結晶ウェーハは、X線トポグラフ装置を用いて、ウェー
ハ内のスリップ転位欠陥発生の調査を行ったところ、複
数枚積載したシリコン単結晶ウェーハの下部側ウェーハ
に、図3に示すようにウェーハ1外周端を起点とするスリ
ップ転位欠陥5が発生しているのを観察した。

【0029】

【発明の効果】この発明は、シリコン単結晶ウェーハ、
特に自重応力の大きい外径が200mmφ以上のシリコン単
結晶ウェーハを単数又は積層してこれを1200℃以上の高
温下で所要の熱処理を行うに際し、支持板上に小径の載
置用シリコンウェーハを介して被処理ウェーハを載置す
るため、被処理ウェーハにスリップ転位が発生するのを
防止できる。

【0030】また、この発明は、図1Bに示すような中央部に
同心円状凸部を設けたウェーハ状又はリング形状の支持
板を備えた熱処理装置を使用することにより、従来から
の量産規模の熱処理においても、量産効率を何ら疎外す
ることなく、ウェーハにスリップ転位が発生するのを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】この発明によるシリコン単結晶ウェーハの熱処
理方法を示すウェーハと支持板の組み合わせを示す説明
図であり、Aは、支持板の上に載置用の小径のシリコン
単結晶ウェーハを介して複数枚積載したシリコン単結晶
ウェーハを示し、Bは、シリコン単結晶ウェーハと中央
部凸状の段付きSiC製支持板との組み合わせを示す。

【図2】Aは、シリコン単結晶ウェーハの熱処理に際して
縦型熱処理ボートを使用した場合のウェーハと支持板の
組み合わせを示す説明図である。Bは、熱処理に際して
複数枚を積載したシリコン単結晶ウェーハとその下部に
設置し支持板の組み合わせを示す説明図である。

【図3】シリコン単結晶ウェーハのX線トポグラフに観察
した際に見られるスリップ転位の概略説明図である。

【符号の説明】

1 ウェーハ 2 ボート 3 溝部 4 支持板 5 スリップ転位欠陥 10 載置用ウェーハ 11,13 支持板 12 凸部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 被処理ウェーハの外径より小径のリング
   状又は円板状の凸部上に1枚又は積層した被処理ウェー
   ハを載置して熱処理するウェーハの熱処理方法。
2. 【請求項2】 1枚又は積層した被熱処理ウェーハを載置
   支持する手段を有する装置であって、被処理ウェーハの
   外径より小径のリング状又は円板状の凸部からなる載置
   部を有するウェーハの熱処理装置。
3. 【請求項3】 載置のための円板状凸部が、シリコンウ
   ェーハまたはSiCウェーハである請求項2に記載のウェー
   ハの熱処理装置。
4. 【請求項4】 SiC製円板状の支持手段に載置部を一体成
   形した請求項2に記載のウェーハの熱処理装置。