JP2003173982A - 半導体基板用支持治具 - Google Patents

半導体基板用支持治具

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亘 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板用支持治具において、熱処理中の
酸化シリコン膜損失によるスリップ発生を抑制可能にす
ること。 【解決手段】 半導体基板の熱処理時に該半導体基板を
支持し、内部材料がシリコン又はシリコン化合物で形成
された治具であって、前記内部材料１ｂ上の少なくとも
前記半導体基板に接触する表面領域に、酸化シリコン層
１ｃと、該酸化シリコン層上の窒化シリコン膜１ｄとが
設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＲＴＡ（Rapid Th
ermal Annealing）処理や水素アニール等の熱処理をシ
リコン基板等に施す際に、基板を支持するために用いら
れる半導体基板用支持治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイス等のプロセスで行われて
いるシリコン基板等の熱処理（例えば、ＲＴＡ処理や水
素アニール処理等の所定雰囲気における熱処理）におい
て、強度や汚染等の観点からシリコンカーバイト製やシ
リコン製のサポート治具やボートが、基板を支持する治
具として使用されている。
【０００３】例えば、シリコン基板表面に対し、１１０
０〜１２５０℃の高温で短時間の急速加熱・急冷のＲＴ
Ａ処理を所定雰囲気ガス中で施し、内部に過剰の原子空
孔（Vacancy）を凍結する熱処理の場合、枚葉式熱処理
炉においてサポートリングを基板用支持治具として用い
ている。
【０００４】このサポートリングは、例えば内部材料と
してシリコンが用いられ、その表面を酸化させて酸化シ
リコン膜を形成したものが用いられる。この酸化シリコ
ン膜は、内部材料と基板との溶着を防ぐため、また高温
処理時に柔軟性を有するため、クッション機能を持たせ
る目的で形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記支
持治具では、以下のような課題が残されている。すなわ
ち、上記ＲＴＡ処理の高温熱処理では、表面の酸化シリ
コン膜が昇華し、また水素アニールでは、還元により酸
化シリコン膜の分解が生じてしまい、シリコンの内部材
料が露出してしまう場合があった。このため、酸化シリ
コン膜による溶着の防止やクッション機能が損なわれ、
シリコン基板にスリップなどが発生する場合があった。
【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、熱処理中の酸化シリコン膜損失によるスリップ発
生を抑制することができる半導体基板用支持治具を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明
の半導体基板用支持治具は、半導体基板の熱処理時に該
半導体基板を支持し、内部材料がシリコン又はシリコン
化合物で形成された治具であって、前記内部材料上の少
なくとも前記半導体基板に接触する表面領域に、酸化シ
リコン層と、該酸化シリコン層上の窒化シリコン膜（酸
窒化シリコン膜を含む）とが設けられていることを特徴
とする。
【０００８】この半導体基板用支持治具では、内部材料
上の少なくとも半導体基板に接触する表面領域に、酸化
シリコン層と、該酸化シリコン層上の窒化シリコン膜と
が設けられているので、高温状態で酸化シリコン層より
も昇華し難いと共に分解され難い窒化シリコン膜によっ
て酸化シリコン層の昇華及び分解を防ぐことができる。
【０００９】また、本発明の半導体基板用支持治具は、
前記窒化シリコン膜が酸窒化シリコン膜であることが好
ましい。すなわち、この半導体基板用支持治具では、窒
化シリコン膜が酸窒化シリコン膜であるので、Ｓｉ3Ｎ4
のような窒化シリコン膜よりも膨張係数が酸化シリコン
層に近く、剥離等を防止することができる。
【００１０】また、本発明の半導体基板用支持治具は、
前記酸化シリコン層の厚さが０．５ｎｍ以上かつ１００
０ｎｍ以下であり、前記窒化シリコン膜の厚さが０．５
ｎｍ以上かつ１００ｎｍ以下であることが好ましい。す
なわち、この半導体基板用支持治具において、酸化シリ
コン層を０．５ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下の厚さと
したのは、オゾン酸化膜や自然酸化膜のように０．５ｎ
ｍ未満の場合では一部内部材料が露出してクッションの
役割をしなくなるためであり、また１０００ｎｍを越え
ると膨張率の違いにより剥離するおそれがあると共にコ
スト的に高くなるためである。さらに、窒化シリコン膜
の厚さを０．５ｎｍ以上かつ１００ｎｍ以下としたの
は、０．５ｎｍ未満の場合では保護膜としての働きが十
分でなく、また１００ｎｍを越えると膨張率の違いによ
り剥離するおそれがあるためである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体基板用
支持治具の一実施形態を、図１及び図２を参照しながら
説明する。図１にあって、符号１はサポートリング、２
は反応室を示している。
【００１２】図１は、ＲＴＡ処理用の枚葉式熱処理炉内
に設置された本実施形態のサポートリング（半導体基板
用支持治具）１を示すものである。該熱処理炉は、シリ
コン基板（半導体基板）Ｗを載置可能なサポートリング
１と、該サポートリング１を内部に収納した反応室２と
を備えている。なお、反応室２の外部には、シリコン基
板Ｗを加熱するランプ３が配置されている。また、反応
室２には、シリコン基板Ｗの表面にアンモニア（Ｎ
Ｈ3）を主とした雰囲気ガスＧを供給する供給口２ａ及
び供給された雰囲気ガスＧを排出する排出口２ｂが設け
られ、さらに供給口２ａは、雰囲気ガスＧの供給源（図
示略）に接続されている。
【００１３】上記サポートリング１は、円環状に形成さ
れており、内側に段部１ａが設けられ、該段部１ａ上に
シリコン基板Ｗの周縁部を載置するようになっている。
また、サポートリング１は、図２に示すように、内部材
料１ｂがシリコン（Ｓｉ）で形成されており、内部材料
１ｂ上に、ＳｉＯ2層（酸化シリコン層）１ｃと、該Ｓ
ｉＯ2層１ｃ上のＳｉＮＯ膜（酸窒化シリコン膜）１ｄ
とが設けられている。すなわち、Ｓｉ上において、Ｓｉ
Ｏ2／ＳｉＮＯの二層構造が形成されている。
【００１４】なお、ＳｉＯ2層１ｃの厚さは、０．５ｎ
ｍ以上かつ１０００ｎｍ以下であり、ＳｉＮＯ膜１ｄの
厚さは、０．５ｎｍ以上かつ１００ｎｍ以下と設定して
いる。すなわち、ＳｉＯ2層１ｃの厚さを０．５ｎｍ以
上かつ１０００ｎｍ以下としたのは、オゾン酸化膜や自
然酸化膜のように０．５ｎｍ未満の場合では一部シリコ
ンが露出してクッションの役割をしなくなるためであ
り、また１０００ｎｍを越えると膨張率の違いにより剥
離するおそれがあると共にコスト的に高くなるためであ
る。また、ＳｉＮＯ膜１ｄの厚さを０．５ｎｍ以上かつ
１００ｎｍ以下としたのは、０．５ｎｍ未満の場合では
保護膜としての働きが十分でなく、また１００ｎｍを越
えると膨張率の違いにより剥離するおそれがあるためで
ある。
【００１５】上記ＳｉＯ2層１ｃは、内部材料１ｂの表
面を酸化雰囲気中の熱処理により酸化させて形成したも
のである。また、ＳｉＮＯ膜１ｄは、ＳｉＯ2層１ｃ形
成後にアンモニア雰囲気中にて、アニールを行ってＳｉ
Ｏ2層１ｃ表面を酸窒化膜化して形成する。
【００１６】本実施形態では、内部材料１ｂ上の表面領
域に、ＳｉＯ2層１ｃと、該ＳｉＯ2層１ｃ上のＳｉＮＯ
膜１ｄとが設けられているので、高温状態でＳｉＯ2層
１ｃよりも昇華し難いと共に還元作用で分解され難いＳ
ｉＮＯ膜１ｄによってＳｉＯ 2層１ｃの昇華及び分解を
防ぐことができ、スリップを防止することができる。ま
た、ＳｉＮＯ膜１ｄは、Ｓｉ3Ｎ4のような窒化シリコン
膜よりも膨張係数がシリコンの内部材料１ｂに近く、剥
離等を防止することができる。
【００１７】次に、本実施形態の他の例について、図２
及び図３を参照して説明する。図３にあって、符号１１
はシリコンボート、１２は天板部材、１３は底板部材、
１４は支持部材を示している。
【００１８】図３は、水素アニール用のバッチ式縦型熱
処理炉内に設置するシリコンボート（半導体基板用支持
治具）１１を示すものである。シリコンボート１１は、
図３に示すように、シリコン基板（半導体基板）Ｗを複
数枚載置可能になっている。このシリコンボート１１
は、上下に対向して設けられた天板部材１２及び底板部
材１３と、天板部材１２と底板部材１３との間に複数本
互いに平行して上下方向に架設された棒状の支持部材１
４とを備えている。各支持部材１４には、シリコン基板
Ｗの周辺部を挿入可能でシリコン基板Ｗを水平状態に支
持するための支持溝１４ａが複数互いに上下方向に間隔
を空けて形成されている。
【００１９】このシリコンボート１１は、図２に示すよ
うに、内部材料１ｂがシリコンで形成されており、少な
くとも支持溝１４ａにおける内部材料１ｂ上に、上記サ
ポートリング１と同様に、ＳｉＯ2層１ｃと、該ＳｉＯ2
層１ｃ上のＳｉＮＯ膜１ｄとが設けられている。このシ
リコンボート１１でも、ＳｉＯ2層１ｃ上にＳｉＮＯ膜
１ｄが設けられているので、ＳｉＯ2層１ｃの昇華及び
分解を防ぐことができ、スリップを防止することができ
る。
【００２０】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば、上記各実施形態では、ＳｉＮＯ膜をＳｉＯ2層上
に形成しているが、アンモニアとジクロロシランとの雰
囲気にてＳｉＮ膜（Ｓｉ3Ｎ4等の窒化シリコン膜）をＳ
ｉＯ2層上にＣＶＤ成膜して、Ｓｉ／ＳｉＯ2／ＳｉＮの
三層構造としても構わない。
【００２１】また、上記実施形態のサポートリングで
は、ＳｉＯ2層及びＳｉＮＯ膜を内部材料の全表面に設
けているが、内部材料の少なくともシリコン基板に接触
する表面領域、すなわちシリコン基板を載置する段部の
表面にのみ形成してもよい。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明の半導体基板用支持治具によれば、部材料上の少
なくとも半導体基板に接触する表面領域に、酸化シリコ
ン層と、該酸化シリコン層上の窒化シリコン膜とが設け
られているので、高温状態で酸化シリコン層よりも昇華
し難いと共に分解され難い窒化シリコン膜によって酸化
シリコン層の昇華及び分解を防ぐことができる。したが
って、酸化シリコン層による溶着の防止及びクッション
機能を良好に維持することができ、スリップ等の発生を
防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体基板用支持治具の一実施
形態において、熱処理炉内に設置されたサポートリング
を示す概略的な断面図である。
【図２】 本発明に係る半導体基板用支持治具の一実施
形態において、サポートリング又はシリコンボートの表
面領域を示す拡大断面図である。
【図３】 本発明に係る半導体基板用支持治具の一実施
形態における他の例としてシリコンボートを示す全体斜
視図である。
【符号の説明】 １ サポートリング（半導体基板用支持治具） １ａ 段部 １ｂ 内部材料 １ｃ ＳｉＯ2層（酸化シリコン層） １ｄ ＳｉＮＯ膜（窒化シリコン膜） ２ 反応室 １１ シリコンボート（半導体基板用支持治具） Ｗ シリコン基板（半導体基板）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 亘 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 長谷川 健 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F031 CA02 DA13 HA02 HA09 HA10 HA62 MA30 NA01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板の熱処理時に該半導体基板を
    支持し、内部材料がシリコン又はシリコン化合物で形成
    された治具であって、 前記内部材料上の少なくとも前記半導体基板に接触する
    表面領域に、酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上の
    窒化シリコン膜とが設けられていることを特徴とする半
    導体基板用支持治具。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体基板用支持治具
    において、 前記窒化シリコン膜は、酸窒化シリコン膜であることを
    特徴とする半導体基板用支持治具。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の半導体基板用支
    持治具において、 前記酸化シリコン層の厚さは、０．５ｎｍ以上かつ１０
    ００ｎｍ以下であり、 前記窒化シリコン膜の厚さは、０．５ｎｍ以上かつ１０
    ０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体基板用支持治
    具。
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