JP2013089820A - 熱処理用ボート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも、前記1組の角形半導体基板の各辺の少なくとも1箇所と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、前記基板固定具は、前記1組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該1組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも1つの第1基板固定具と、前記1組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該1組の角形半導体基板を支持する少なくとも1つの第2基板固定具を、少なくとも有する熱処理用ボート。
【選択図】 図2
Description
また、図12の様に片側の溝底にのみ接触し、もう一方の溝底には接触しない状態で搭載されてしまうと、熱処理によって角形半導体基板に反りが発生した場合に、溝底で固定されていない側のエッジや基板上部側が開いてしまう。この状態でドーパントの拡散熱処理を行うと、反りにより生じた隙間からドーパントが回りこみ、角形半導体基板の裏面に拡散されることとなる。
しかし、締め付け具合が弱いと回り込み抑制効果が不充分となり、締め付け具合が強すぎると締め付け箇所からワレ不良が多発するなど別の問題があった。
本発明の他の側面に係る熱処理用ボートは、同一形状の丸形半導体基板の裏面同士を2枚1組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも1組の当該丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、少なくとも、前記1組の丸形半導体基板の周縁部と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、前記基板固定具は、溝を介して前記1組の丸形半導体基板の中心よりも高い位置から当該1組の丸形半導体基板を中心方向へ加圧する少なくとも1つの第1基板固定具と、前記1組の丸形半導体基板の中心よりも低い位置から当該1組の丸形半導体基板を支持する少なくとも1つの第2基板固定具を、少なくとも有する熱処理用ボートである。
まず、同一形状の角形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、四角形以上の多角形形状を有する半導体基板を固定対象とする。対象となる半導体基板は、必ずしも正方形形状でなくともよく、正方形の頂点となる部分が切り落とされた擬似正方形形状でもよい。また、長方形形状やその頂点となる部分が切り落とされた擬似長方形形状でもよく、六角形や八角形といった形状でもよい。これらの半導体基板は、非熱処理面を裏面とし、裏面が熱処理されないよう同一形状の半導体基板の裏面同士をあらかじめ静電気等によって2枚1組で重ね合わせて、表面を熱処理する。
このような形状の半導体基板を固定する熱処理用ボートは、少なくとも基板固定具と、当該基板固定具を固定し熱処理用ボート自体の機械的強度を保つため、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有する。
基板固定具は、梁の役割を果たすものであり、支持板は、基板固定具の両端に連結されて基板固定具を支持するとともに、熱処理用ボートそのものの機械的強度を保持する側板の役割を果たすものである。
そして、当該基板固定具は、前記1組の角形半導体基板の各辺の少なくとも1箇所と接触する溝を備える。各辺と接触する溝は、好ましくは2箇所以上あれば、角形半導体基板の固定がより容易となる。
前記基板固定具は、溝を介して前記1組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該1組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも1つの第1基板固定具と、前記1組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該1組の角形半導体基板を支持する少なくとも1つの第2基板固定具を、少なくとも有する。第1基板固定具が角形半導体基板の重心よりも高い位置から、非鉛直方向へ角形半導体基板を加圧すると、角形半導体基板も非鉛直方向へ加圧する力が生じる。第2基板固定具は角形半導体基板の重心よりも低い位置にあることから、第1基板固定具と角形半導体基板の加圧の力と自重とを受けとめ、支えることとなる。このような第1基板固定具の上からの加圧と、第2基板固定具の下からの支持によって、角形半導体基板が固定されることとなる。
上記頂点部分が下向きとなるように固定する場合、第1基板固定具が角形半導体基板の少なくとも2辺から角形半導体基板を非鉛直方向に加圧することができ、また、第2基板固定具が角形半導体基板の少なくとも2辺から角形半導体基板を支持することができるため、熱処理用ボートは、角形半導体基板をより確実に固定することができる。
同一形状の丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、真円や楕円等といった丸形の半導体基板を固定対象とする。角形半導体基板と同様に、非熱処理面を裏面とし、裏面が熱処理されないよう同一形状の半導体基板の裏面同士をあらかじめ静電気等によって2枚1組で重ね合わせて、表面を熱処理する。
このような形状の半導体基板を固定する熱処理用ボートは、少なくとも基板固定具と、当該基板固定具を固定し熱処理用ボート自体の機械的強度を保つため、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有する。
そして、当該基板固定具は、前記1組の丸形半導体基板の周縁部と接触する溝を備える。前記基板固定具は、溝を介して前記1組の丸形半導体基板の中心よりも高い位置から当該1組の丸形半導体基板を中心方向へ加圧する少なくとも1つの第1基板固定具と、前記1組の丸形半導体基板の中心よりも低い位置から当該1組の丸形半導体基板を支持する少なくとも1つの第2基板固定具を、少なくとも有する。第1基板固定具が丸形半導体基板の中心よりも高い位置から、丸形半導体基板を中心方向へ加圧すると、丸形半導体基板も中心から外方向へ加圧する力が生じる。第2基板固定具は丸形半導体基板の中心よりも低い位置にあることから、第1基板固定具と角形半導体基板の加圧の力と自重とを受けとめ、支えることとなる。このような第1基板固定具の上からの加圧と第2基板固定具の下からの支持によって、丸形半導体基板が固定されることとなる。
このような熱処理用ボートとしては、第1ボートと第2ボートが上下に2分割されている構造のものや、左右に2分割されている構造のものが考えられ、第1ボート〜第3ボートの3分割に分割されている構造等も取ることができる。
いずれの方法であっても、本発明の熱処理用ボートを用いることで半導体基板を重ね合わせた面側に、意図しないドーパントが拡散することを防ぐことができる。
一方、下部ボート9は、4本の基板固定具(梁)3bと当該基板固定具3b同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具3bの両端に連結される支持板(側板)2bから構成され、4本の基板固定具3bの内側には角形半導体基板の下側の2辺と接触して半導体基板を固定するための溝5a〜5dが設けられている。
続いて、下部ボード9により支持された角形半導体基板7の2つの上辺に、上部ボード8の基板固定具3aの溝5e〜5hを合わせ入れる。
上記構成により、上部ボート8は、自重により基板固定具3aを介して角形半導体基板7を非鉛直方向に加圧し、下部ボート9は、上部ボード8および角形半導体基板7の自重を受け、基板固定具3bを介して角形半導体基板7を支持することとなり、角形半導体基板7が固定される。このように2枚1組の角形半導体基板7がズレることなく固定されれば、ドーパントの裏面への拡散を抑制しつつ、安定した歩留りで拡散熱処理を行うことができる。
一方、下部ボート9は、4本の基板固定具3bと当該基板固定具3b同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具3bの両端に連結される支持板2bから構成され、4本の基板固定具3bの内側には丸形半導体基板の周縁部と接触して半導体基板を固定するための溝5a〜5dが設けられている。
続いて、下部ボード9により支持された丸形半導体基板7の周縁部の上側に、上部ボード8の基板固定具3aの溝5e〜5hを合わせ入れる。
上記構成により、上部ボート8は、自重により基板固定具3aを介して丸形半導体基板7を中心方向に加圧し、下部ボート9は、上部ボード8および丸形半導体基板7の自重を受け、基板固定具3bを介して丸形半導体基板7を支持することとなり、丸形半導体基板7が固定される。このように2枚1組の丸形半導体基板7がズレることなく固定されれば、ドーパントの裏面への拡散を抑制しつつ、安定した歩留りで拡散熱処理を行うことができる。
(実施例1)
まず、角形半導体基板として、一辺の長さが156mmの正方形、厚さ200μm、面方位(100)、CZ法で製造されたボロンドープp型、比抵抗1〜3Ω・cmのラップドウェーハを準備した。
次に上記の角型半導体基板を搭載し拡散熱処理する為、高純度石英を用いて図1に示した様な熱処理用ボート1を作製した。基板を固定する基板固定具(梁)は、長さ172mm直径10mmの円柱を8本用意した。これらの基板固定具の端から16mmの位置に最初の溝の中央が来るように位置合わせし、そこから隣り合う溝同士のピッチが2.5mmとなる様に基板固定具1本あたりに56溝切り込み加工を行った。なお、溝の深さは3.5mm、溝底幅1000μmに加工した。
図2に示した様に、正方形の半導体基板のそれぞれの辺の各2箇所ずつと均等に接触できるよう、溝5aと5b、溝5cと5d、溝5eと5f、溝5gと5hをペアとした。各ペアの溝を有する基板固定具3同士の間隔は78mmとした。次に溝5aと5b及び溝5cと5dが加工された基板固定具3bを、溝5aと5b及び溝5cと5dが90°の角度をなして基板側に向くように支持板(側板)2bで固定して下部ボート9とした。また、溝5eと5f及び溝5gと5hが加工された基板固定具3aを、溝5eと5f及び溝5gと5hが90°の角度をなして基板側に向くように支持板2aで固定して上部ボート8とした。
上記の正方形のp型半導体基板7を、下部ボート9の基板固定具3bの各溝に1つの溝あたり2枚ずつ重ね合わせた状態で搭載し、合計112枚(56組)並べた。p型半導体基板7の自重によって、p型半導体基板7の下側2辺が、下部ボート9の基板固定具3bの溝5a〜5dに固定された。
次に、上記で並べたp型半導体基板7の上側2辺に、上部ボート8の基板固定具3aの溝を合わせて載せた。上部ボート8の自重によってp型半導体基板7の上側2辺が上部ボート8の基板固定具3aの溝5e〜5hに固定された。
次に、外径410mm、内径400mm、長さ3500mm、片側に内径400mmの開口部を持つ石英製炉芯管が搭載された熱処理炉で、拡散熱処理を行った。
熱処理炉は常時830℃にセットし、ボート挿入後、40分間リンのデポジションを行い、続いて17分間ドライブインを行い、ボート取出しを行った。
熱処理時のガス組成は、リンのデポジション中は窒素20L/分と酸素0.3L/分とオキシ塩化リン(POCl3)0.45L/分の混合ガスとし、それ以外の待機中及び蓋開閉時及びボート挿入・取出し時及びドライブイン中は、窒素20L/分と酸素0.3L/分の混合ガスとした。
丸形半導体基板として、直径150mm、厚さ200μm、面方位(100)、CZ法で製造されたボロンドープp型、比抵抗1〜3Ω・cmのラップドウェーハを準備した。
上記の丸形半導体基板を搭載し拡散熱処理する為、高純度石英を用いて図3に示した様な熱処理用ボート1を作製した。基板を固定する基板固定具(梁)は、長さ172mm直径10mmの円柱を8本用意した。これらの基板固定具の端から16mmの位置に最初の溝の中央が来るように位置合わせし、そこから隣り合う溝同士のピッチが2.5mmとなる様に基板固定具1本あたりに56溝切り込み加工を行った。なお、溝の深さは3.5mm、溝底幅1000μmに加工した。
図4に示した様に、上記丸形半導体基板の周縁部と接触できるよう、溝5aと5b、溝5cと5d、溝5eと5f、溝5gと5hをペアとした。溝5a〜5hの向きが丸型半導体基板の中心に向かうように回転させ、各ペアの溝を有する基板固定具3同士の間隔は78mmとした。溝5a〜5dが加工された基板固定具3bを溝5a〜5dが丸型半導体基板の中心に向かう位置関係を保ったまま支持板2bで固定して下部ボート9とした。溝5e〜5hが加工された基板固定具3aを溝5e〜5hが丸型半導体基板の中心に向かう位置関係を保ったまま支持板2aで固定して上部ボート8とした。
上記の丸型のp型半導体基板7を、下部ボート9の基板固定具3bの各溝5a〜5dに1つの溝あたり2枚ずつ重ね合わせた状態で搭載し、合計112枚(56組)並べた。p型半導体基板7の自重によって、下部ボート9の基板固定具3bの溝5a〜5dに固定された。
次に、上記で並べたp型半導体基板7の上側に、上部ボート8の基板固定具3aの溝5e〜5hを合わせて載せた。上部ボート8の自重によってp型半導体基板7の上側が基板固定具3aの溝5e〜5hに固定された。
次に、外径410mm、内径400mm、長さ3500mm、片側に内径400mmの開口部を持つ石英製炉芯管が搭載された熱処理炉で、拡散熱処理を行った。
熱処理炉は常時830℃にセットし、ボート挿入後、40分間リンのデポジションを行い、続いて17分間ドライブインを行い、ボート取出しを行った。
熱処理時のガス組成は、リンのデポジション中は窒素20L/分と酸素0.3L/分とオキシ塩化リン(POCl3)0.45L/分の混合ガスとし、それ以外の待機中及び蓋開閉時及びボート挿入・取出し時及びドライブイン中は、窒素20L/分と酸素0.3L/分の混合ガスとした。
角形半導体基板として、一辺の長さが156mmの正方形、厚さ200μm、面方位(100)、CZ法で製造されたボロンドープp型、比抵抗1〜3Ω・cmのラップドウェーハを準備した。
上記のp型半導体基板を搭載し拡散熱処理する為、高純度石英を用いて図9に示した様な熱処理用ボート100を作製した。基板を固定する基板固定具(梁)は、長さ172mm直径10mmの円柱を4本用意した。これらの基板固定具の端から16mmの位置に最初の溝の中央が来るように位置合わせし、そこから隣り合う溝同士のピッチが2.5mmとなる様に基板固定具1本あたりに56溝切り込み加工を行った。なお、溝の深さは3.5mm、溝底幅1000μmに加工した。
図10に示した様に、正方形のp型半導体基板107の下側の辺を2箇所ずつ、側辺を各1箇所保持できるように梁103a〜103dを調整した。溝105bと溝105cの梁103同士の間隔は78mmとした。溝105aと溝105dの溝の向きが向かい合う様にし、溝底間隔を159mmとした。上記位置関係を保ったまま側板102で固定して一般的な熱処理用ボートとした。
上記の正方形のp型半導体基板107を、下部の梁103c、103dの各溝に1つの溝あたり2枚ずつ重ね合わせた状態で搭載し、合計112枚(56組)並べた。p型半導体基板107の自重によって下側1辺が、溝に固定された。p型半導体基板107の側辺を押し、溝105a側に押し込んで固定した。溝105d側は固定されず、辺から溝底まで約3mmの遊びができた。
次に外径410mm、内径400mm、長さ3500mm、片側に内径400mmの開口部を持つ石英製炉芯管が搭載された熱処理炉で、拡散熱処理を行った。
熱処理炉は常時830℃にセットし、ボート挿入後、40分間リンのデポジションを行い、続いて17分間ドライブインを行い、ボート取出しを行った。
熱処理時のガス組成は、リンのデポジション中は窒素20L/分と酸素0.3L/分とオキシ塩化リン(POCl3)0.45L/分の混合ガスとし、それ以外の待機中及び蓋開閉時及びボート挿入・取出し時及びドライブイン中は、窒素20L/分と酸素0.3L/分の混合ガスとした。
拡散熱処理の終わった半導体基板を、25%HFに4分間浸漬しガラス膜を除去、純水リンスし、乾燥させ、4探針法でシート抵抗測定を行った。シート抵抗測定は、2枚に重ねた半導体基板の開放面側(処理面側)と重ね合わせ面側(裏面側)の両方について測定した。正方形の半導体基板は、向かい合う辺の中央を横断する様に、2mmピッチで測定した。丸形の半導体基板は、ある点から直径150mmを2mmピッチで測定し、これと直交するもう1本の150mmの直線上を2mmピッチで測定した。図中、縦方向、横方向の測定は、それぞれ測定を開始したエッジからの距離が大きくなるにつれて、熱処理時の基板の鉛直方向上方に向かうように測定した。この場合の縦方向とはボードの開口部と1平行な方向であり、横方向とはそれに直交する方向を示す。
表1、図5、図6および図13に、実施例1,実施例2および比較例で得られた基板の開放面側のシート抵抗測定結果を示す。
図8に実施例2の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。一部、測定できない点があった。リンの回り込みによりp型基板がn型に充分反転していない為であると考えられる。
図14に比較例の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。基板エッジ付近は開放面側と同程度のシート抵抗を示す所もあった。これはリンの回り込みがある為であると考えられる。
100 従来の熱処理用ボート
2、2a、2b 支持板(側板)
102 側板
3、3a、3b 基板固定具(梁)
103a、103b、103c、103d 梁
5、5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、105a、105b、105c、105d 溝
7、107 半導体基板
7a 頂点部分
7b 周縁部
8 上部ボート
9 下部ボート
Claims (7)
- 同一形状の角形半導体基板の裏面同士を2枚1組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも1組の当該角形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、
少なくとも、前記1組の角形半導体基板の各辺の少なくとも1箇所と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、
前記基板固定具は、溝を介して前記1組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該1組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも1つの第1基板固定具と、
前記1組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該1組の角形半導体基板を支持する少なくとも1つの第2基板固定具を、
少なくとも有する熱処理用ボート。 - 前記角形半導体基板の頂点部分が下向きとなるように固定する請求項1記載の熱処理用ボート。
- 同一形状の丸形半導体基板の裏面同士を2枚1組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも1組の当該丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、
少なくとも、前記1組の丸形半導体基板の周縁部と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、
前記基板固定具は、溝を介して前記1組の丸形半導体基板の中心よりも高い位置から当該1組の丸形半導体基板を中心方向へ加圧する少なくとも1つの第1基板固定具と、
前記1組の丸形半導体基板の中心よりも低い位置から当該1組の丸形半導体基板を支持する少なくとも1つの第2基板固定具を、
少なくとも有する熱処理用ボート。 - 前記溝の幅が、100μm〜1000μmである請求項1〜請求項3のいずれかに記載の熱処理ボート。
- 前記第1基板固定具を備える第1ボートと、前記第2基板固定具を備える第2ボートからなる請求項1〜請求項4のいずれかに記載の熱処理用ボート。
- 前記第1ボートの自重により前記第1基板固定具が前記半導体基板を加圧し、かつ前記第1ボートの自重および前記半導体基板の自重を受けて前記第2基板固定具が前記半導体基板を支持する請求項5に記載の熱処理用ボート。
- 前記第1ボートと前記第2ボートが上下対称な構造である請求項5または請求項6に記載の熱処理ボート。
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