JP2748325B2 - 半導体ウェハの加熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体ウエハの加熱処理方法、特にシリコンウエハ中
の酸素析出等をするために主加熱炉に直接、半導体ウエ
ハを出し入れする半導体ウエハの搬送保持具を用いた半
導体ウエハの加熱処理方法に関し、 加熱処理したときに熱応力により発生する転位結晶欠
陥の半導体ウエハの中心部への拡がりを抑制することが
できる半導体ウエハの加熱処理方法の提供を目的とし、 ＜110＞又はこれと等価な方向である一の結晶方位に
ほぼ平行なオリエンテーションフラットを有する結晶面
（100）の半導体ウエハをその周辺部の２箇所以上で支
持した状態で加熱し、処理する半導体ウエハの加熱処理
方法において、前記半導体ウエハの支持部での前記一の
結晶方位又は該一の結晶方位に垂直な方向が該半導体ウ
エハの中心部に向う方向と異なるように前記半導体ウエ
ハを支持することを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体ウエハの加熱処理方法に関するもの
であり、さらに詳しく言えば、シリコンウエハ中の酸素
析出を生じさせる等のために、シリコンウエハを加熱処
理する半導体ウエハの加熱処理方法に関するものであ
る。

近年の半導体装置は、高集積化、微細化、さらにはシ
リコンウエハの大口径化の方向にあり、半導体装置の製
造においては、基板となるウエハの特性、例えば酸素析
出等を、より再現性良く制御されるものが要求されてい
る。

これは、一般にシリコンウエハがCZ法（Czochralski
法）によって引上げられたシリコン単結晶により製作さ
れることから、その結晶引上げ時にルツボから溶け込む
酸素が存在していると考えられるためである。

この酸素は、利用の仕方によっては有益であったり、
又有害となったりする。

この酸素析出制御には、主加熱炉や副加熱炉等を用い
て行う方法も開発されているが、設備増加等が余儀なく
される。仮に、半導体ウエハ熱処理後に副加熱炉を用い
て急冷した場合、半導体ウエハ表面の酸化膜の膜厚制御
を転位結晶欠陥なしに再現性良く制御することまではで
きないという問題がある。

そこで、薄い酸化膜を形成するために、副加熱炉を用
いないで半導体ウエハを載置した搬送保持具を直接主加
熱炉に出し入れした場合であっても、半導体ウエハに発
生する転位結晶欠陥を極力抑制することができる半導体
ウエハの搬送保持具の要望がある。

〔従来の技術〕

第5,6図は、従来例に係る説明図である。

第５図（ａ），（ｂ）は、従来例の半導体ウエハの搬
送保持具に係る説明図を示している。

同図（ａ）はその斜視図であり、図において、半導体
ウエハの搬送保持具は、耐熱性の載置本体部１に複数の
支持部2a〜2cが設けられ、ダミーウエハ5a,5bや複数の
半導体ウエハ４を載置する機能を有している。

同図（ｂ）は、半導体ウエハの搬送保持具の断面図で
ある。

図において、支持部2a〜2cは、半導体ウエハ４を直立
支持させるため90゜毎に載置本体部１に設けられてい
る。また、4aは、半導体ウエハ４のオリエンテーション
フラット部であり、半導体ウエハの結晶構造学上の結晶
方位を明示するものである。

Ｃは、結晶方位を表す軸であり、オリエンテーション
フラット部分と直交する線分を仮に定義したものであ
る。このオリエンテーションフラット部分4aが支持部2c
に位置するように複数の半導体ウエハ４を載置本体部に
載置する。

例えば、酸素析出等の熱処理工程において、この状態
で、半導体ウエハの搬送保持具が直接、主加熱炉等に出
し入れされる。

第６図は、従来例の問題点に係る説明図であり、熱処
理後の半導体ウエハを示す断面図を示している。

図において、6a〜6dは、転位結晶欠陥部分であり、結
晶方位＜100＞面の半導体ウエハ４を、約1200〔℃〕の
主加熱炉から直接、常温雰囲気中に取り出したために発
生したものである。

転位結晶欠陥部分6a〜6cは、搬送保持具の支持部2a〜
2cの影響により発生したものである。これは、支持部2a
のエッジ部と、他の部分とでは放熱量が異なり、そのた
め生じる温度差により発生したものと考えられている。

また、転位結晶欠陥部分6dは、搬送保持具から露出し
た半導体ウエハ４部分に著しく発生している。これは、
載置本体部１の保温効果が良いのに対して露出した半導
体ウエハ４部分が直接、大気に曝されたことにより、急
激にその部分の熱が奪われたため発生したものと考えら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、半導体ウエハ４の上部を露出して載置した搬
送保持具を直接、主加熱炉等に出し入れをすると、第６
図に示すような結晶方位を表す軸Ｃに直交する方向X,及
び平行する方向Ｙに結晶欠陥が増殖される。

このため、半導体ウエハ４の中心部に伝搬される転位
結晶欠陥部6a〜6bと、その上部周辺領域から中心部等に
伝搬する転位結晶欠陥部6dとを発生することがある。

これにより、半導体ウエハ４の転位結晶欠陥部6a〜6d
の影響を回避した領域が少なくなり、該半導体ウエハ４
の生産歩留りが著しく低下するという問題がある。

本発明は、かかる従来例の問題点に鑑みて創作された
ものであり、加熱処理したときに熱応力により発生する
転位結晶欠陥の半導体ウエハの中心部への拡がりを抑制
することができる半導体ウエハの加熱処理方法の提供を
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、＜110＞又はこれと等価な方向である一
の結晶方位にほぼ平行なオリエンテーションフラットを
有する結晶面（100）の半導体ウエハをその周辺部の２
箇所以上で支持した状態で加熱し、処理する半導体ウエ
ハの加熱処理方法において、前記半導体ウエハの支持部
での前記一の結晶方位又は該一の結晶方位に垂直な方向
が該半導体ウエハの中心部に向う方向と異なるように前
記半導体ウエハを支持することを特徴とする半導体ウエ
ハの加熱処理方法によって解決される。

〔作用〕

本発明によれば、支持部12a〜12cでの半導体ウエハ14
の一の結晶方向又は一の結晶方位に垂直な方向が半導体
ウエハ14の中心部に向かう方向と異なるように半導体ウ
エハ14を支持している。結晶面（100）を有する半導体
ウエハ14の場合、一の結晶方位は＜100＞又はこれと等
価な方向であり、一般にこの方向に転位結晶欠陥がはし
る。

このため、仮に、半導体ウエハ14の熱容量と支持部12
a〜12cの熱容量が異なることで熱応力により支持部12a
〜12cに接触している半導体ウエハ14に転位結晶欠陥が
発生した場合、転位結晶欠陥の長さが同じでも、本発明
では転位結晶欠陥の方向が半導体ウエハ14の中心部に向
かわないため、それが半導体ウエハ14の中心部に向かう
場合と比べて半導体ウエハ14の端からの転位結晶欠陥の
発生領域の幅はより狭くなる。

これにより、半導体ウエハ14内の転位結晶欠陥の非発
生領域を従来例に比べて広く確保することができ、製造
歩留りの向上を図ることができる。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施例について説明を
する。

第２図乃至第４図は、本発明の実施例に係る半導体ウ
エハの加熱処理方法に用いられる半導体ウエハの搬送保
持具を説明する図であり、第２図（ａ），（ｂ）は、第
１の実施例に係る半導体ウエハの加熱処理方法に用いら
れる半導体ウエハの搬送保持具の説明図である。

同図（ａ）は、その斜視図及び一部破砕断面図であ
る。図において、21は、載置本体部であり、断面半円凹
形状の石英やセラミックス等の耐熱部材から成る。載置
本体部21は、その据え置きを安定にするため同質材料か
ら成る脚部21aが設けられている。

22a〜22bは、半導体ウエハ24を分離支持する支持部で
あり、第１の実施例では幅方向Ｂについて３箇所、長さ
方向Ａについて複数（最低３箇所が必要）設けられてい
る。

23は、被覆保温手段13の一実施例となる保温カバーで
あり、断面半円凹形状の石英やセラミック等の耐熱部材
から成る。保温カバー23は、本発明の実施例では、幅方
向Ｂの面が両側とも開放されている。従って、半導体ウ
エハ24を載置本体部21に載置する場合、幅方向Ｂの一番
目の支持部と、最後の支持部には、ダミーウエハ25が載
置され、そのダミーウエハ25間に、該半導体ウエハ24が
載置される。これにより、載置本体部21の上部領域から
露出する半導体ウエハ24を覆うことができる。

24は、半導体ウエハであり、酸素析出制御等のために
熱処理がされるものである。25はダミーウエハであり、
本発明の実施例では、半導体ウエハ24と同じ形状の石英
やセラミック基板等を用いる。

同図（ａ）は、支持部22a〜22cと、半導体ウエハ24の
結晶方位を表す軸との関係を説明する断面図である。

図において、支持部22a〜22cは、本発明の実施例では
90゜毎に載置本体部21に設けられている。また、Ｃは、
結晶方位を表す軸であり、第５図において説明したよう
に半導体ウエハのオリエンテーションフラット部分と直
交する部分を仮に定義したものである。l1は支持部22a
の延長線であり、幅方向Ｂを含む面内において、半導体
ウエハ24を載置本体部21に載置したと仮定した場合、そ
の半導体ウエハ24の中心と、支持部22aとを結ぶ線分で
ある。

同様に、l2は支持部22bの延長線,l3は支持部22cの延
長線である。

θ１は各支持部22a〜22bの延長線l1〜l3と、半導体ウ
エハ24の結晶方位を表す軸Ｃとのなす角度（挟角）であ
り、本発明の実施例では狭角θ＝45〔゜〕である。これ
により、例えば結晶方位（100）の半導体ウエハ24が、
載置支持部21に対して、結晶方位を表す軸Ｃと、支持部
22a,22bとを結ぶ線分とが45〔゜〕となる位置に載置す
ることができる。

第３図（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係
る説明図であり、同図（ａ）は、本発明者らの実験結果
に基づく、半導体ウエハ24の酸化膜形成等の熱処理に係
る加熱冷却特性図を示している。

図において、縦軸は処理温度Ｔ〔℃〕であり、半導体
ウエハ24の熱処理をする主加熱炉の炉内温度等である。
横軸は、処理時間ｔ〔分〕であり、半導体ウエハ24の主
加熱炉を出し入れ，及び加熱，冷却等をする時間であ
る。

本発明の実施例に係る実験では、第２図のように結晶
方位（100）の半導体ウエハ24が載置されるが常温状態
に置かれた搬送保持具を、まず窒素雰囲気中、加熱温度
900〔℃〕の加熱炉に搬入し、10分間加熱処理をした。

次いで、加熱炉を1200〔℃〕に上昇させ、同様に10分
間加熱処理をし、その後、加熱炉から直接搬送保持具
を、窒素雰囲気中の常温状態に取り出し急冷処理をし
た。これは、主加熱炉から半導体ウエハ24を副加熱炉に
移動して、急冷処理をする方法に比べて、直接常温雰囲
気中に取り出す急冷処理方法では、半導体ウエハ24の表
面の酸化膜の膜厚制御が容易にできる利点があるためで
ある。

同図（ｂ）は、熱処理後の半導体ウエハ24の転位結晶
欠陥部を説明する図である。

図において、26a〜26cは転位結晶欠陥部であり、支持
部22a〜22cのエッジ部の熱容量差を原因として発生した
ものである。保温カバー23を覆っていた部分の半導体領
域には、殆ど転位結晶欠陥部が見られない。また、転位
結晶欠陥部26a〜26cの伝搬方向は、従来例のような半導
体ウエハ24の中心部に向かわずに、外周方向に沿う状態
になっている。

これにより、半導体ウエハ24の転位結晶欠陥部26a〜2
6bの影響が回避された半導体領域を多く確保することが
可能となった。

第４図は、本発明の第２図の実施例の半導体ウエハの
搬送保持具に係る説明図であり、同図（ａ）はその断面
図を示している。

図において、第１の実施例と異なるのは、第２の実施
例では、支持部を幅方向Ｂに対して二箇所とし、保温カ
バー33を断面Ω形状としたものである。

32a,32bは、支持部であり、載置本体部31に対して、4
5〔゜〕に設けられ、材質等は第１の実施例と同様であ
る。

33は、保温カバーであり、断面Ω形状の石英やセラミ
ックス部材から成る。第１の実施例の保温カバー23が載
置本体部21の上方向から載置されるのに対して、第２の
実施例の保温カバー33は、幅方向Ｂより載置本体部31の
支持部32a,32b領域に、スライドして挿入されるもので
ある。

半導体ウエハ34は、第１の実施例のように載置本体部
31に設けられた支持部32a,32bにダミーウエハ25を両側
にして載置される。

また、半導体ウエハ34の結晶方位を表す軸Ｃと、各支
持部32a,32bの延長線l4,l5とは、挟角θ２＝45〔゜〕に
されている。すなわち、オリエンテーションフラット部
分が、載置本体部31に対して、上部方向に若しくは底部
方向に位置していれば良い。

同図（ｂ）は、熱処理後の半導体ウエハ34の転位結晶
欠陥部を説明する図である。

熱処理条件等は、第１の実施例と同様である。図にお
いて、26d,26eは転位結晶欠陥部であり、支持部22d,22e
のエッジ部の熱容量を原因として発生したものである。
保温カバー33を覆っていた半導体領域には、第１の実施
例と同様に殆ど転位結晶欠陥部が見られない。

これにより、第１の実施例に比べて第２の実施例で
は、半導体ウエハ34の転位結晶欠陥部26d,26eの影響が
回避された半導体領域を、より多く確保することが可能
となった。

このようにして、第1,2の実施例によれば、載置本体
部21や31の上部領域を覆う断面半円凹状や断面Ω形状の
保温カバー23や33が設けられ、半導体ウエハ24や34は、
常にダミーウエハ25間に載置され、かつ支持部22a〜22c
や22d,22eと、該半導体ウエハ24や34の結晶方位を表す
軸Ｃとの関係、すなわちそれ等の挟角θ1,θ２＝45
〔゜〕の位置に載置されている。

このため、半導体ウエハ24や34が載置された当該搬送
保持具が直接、高温雰囲気の主加熱炉に出し入れされた
場合、常に載置本体部21や31,保温カバー23や33及びダ
ミーウエハ25と、半導体ウエハ24や34とで形成される空
間が断熱効果を発揮する。例えば、常温状態から900
〔℃〕程度の加熱雰囲気に移行する急激な温度上昇や、
1200〔℃〕の加熱雰囲気から常温状態に移行する急激な
温度降下等の状態変化から半導体ウエハ24や34を保護す
ることが可能となる。

また、本発明の各実施例では支持部22a〜22eのエッジ
部の熱容量が保温カバー23や33,載置本体部21や31の熱
容量よりも小さいことによる転位結晶欠陥部26a〜26eが
発生しても、それが外周辺領域に伝搬され、従来のよう
に該転位結晶欠陥部26a〜26eが半導体ウエハ４の中心部
に伝搬する事態を無くすことが可能となる。

これにより、半導体ウエハ24や34の転位結晶欠陥部26
a〜26eの影響を回避した半導体領域を、従来例に比べ
て、より多く確保することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、載置本体部に被
覆保温手段を設け、かつ半導体ウエハ載置方法を変える
ことにより、急熱、急冷をする熱処理において、転位結
晶欠陥部の伝搬を最小限に抑制することができる。

これにより、半導体ウエハの生産歩留りの向上を図る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体ウエハの加熱
処理方法の原理を説明するための該加熱処理方法に用い
られる半導体ウエハの搬送保持具の説明図、 第２図（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る
半導体ウエハの加熱処理方法に用いられる半導体ウエハ
の搬送保持具の説明図、 第３図（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る
説明図、 第４図（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施例に係る
半導体ウエハの加熱処理方法に用いられる半導体ウエハ
の搬送保持具の説明図、 第５図（ａ），（ｂ）は、従来例の半導体ウエハの搬送
保持具に係る説明図、 第６図は従来例の問題点に係る説明図である。 （符号の説明） 11……載置本体部、 12a〜12e……支持部、 13……被覆保温手段、 25……ダミーウエハ、 Ａ……長さ方向、 Ｂ……幅方向、 l1〜l5……延長線、 Ｃ……結晶方位を表す軸。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】＜110＞又はこれと等価な方向である一の
   結晶方位にほぼ平行なオリエンテーションフラットを有
   する結晶面（100）の半導体ウエハをその周辺部に２箇
   所以上で支持した状態で加熱し、処理する半導体ウエハ
   の加熱処理方法において、 前記半導体ウエハの支持部での前記一の結晶方位又は該
   一の結晶方位に垂直な方向が該半導体ウエハの中心部に
   向う方向と異なるように前記半導体ウエハを支持するこ
   とを特徴とする半導体ウエハの加熱処理方法。