JP3688138B2

JP3688138B2 - Silicon impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment and wafer boat using the same

Info

Publication number: JP3688138B2
Application number: JP29151498A
Authority: JP
Inventors: 晃菅野; 雄史堀内
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP2000103677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素質材料及びこれを用いたウェーハボートに係わり、特に高純度かつ高強度であり、さらには均質性、耐熱衝撃性に優れた半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素質材料及びこれを用いたウェーハボートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、炭化珪素（ＳｉＣ）と珪素（Ｓｉ）とを反応焼結させてなるシリコン含浸炭化珪素質材料は緻密性、高純度性および強度が比較的優れていること等から、半導体熱処理用部材、例えば半導体ウェーハ熱処理用ウェーハボート（以下、単にウェーハボートと記す。）、半導体熱処理用炉芯管（以下、単に炉芯管と記す。）等に用いられている。
【０００３】
このウェーハボートや炉芯管等においては、半導体デバイスの高集積化が進み、高純度化の要求が厳しくなり、これらの基材となるシリコン含浸炭化珪素質材料にもより高い高純度化が要求されてきている。
【０００４】
従来のシリコン含浸炭化珪素質材料は高純度基材といわれるものでも、金属不純物含有量として、Ｆｅの含有量が０．２ｐｐｍ以上、ＮｉとＣｕとＮａとＣａとＣｒとＫとの合計含有量が０．２ｐｐｍ以上もあり、上記高純度化の要求に十分に応えることができなかった。
【０００５】
一方、近年半導体ウェーハは３００ｍｍ等に大口径化し、その重量が著しく増加したことに伴い、ウェーハボートの支持体を太くしたり、またこれを両端で挟持する板状体の肉厚を大きくする必要が生じ、また、装置の大型化に伴い炉芯管の肉厚を大きくする必要があり、結果、いずれの半導体熱処理用部材においてもその熱容量が増大する傾向にある。そのため、ウェーハボートにおいては、半導体ウェーハの熱処理時、炉温度の昇降、半導体ウェーハが搭載されたウェーハボートの出し入れ等により半導体ウェーハの支持体に接する部分と接していない部分とで温度差を顕著に生じさせ、この温度差が大口径の半導体ウェーハに反りやスリップを発生させる問題が起きている。また、炉芯管においては、急速な昇降温が十分になされず、生産性を低下せしめるといった問題が起きている。
【０００６】
そこで、従来のシリコン含浸炭化珪素材料を用い、全体的な構造の改良を行うことでウェーハボートの支持体を細くしたり炉芯管を肉薄にする検討がなされているが、従来のシリコン含浸炭化珪素質材料では、急激な熱衝撃もしくは機械的衝撃を受けるとその材料自身にクラックが生じてしまい十分な解決手段が見出されていないのが現状であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、特に大口径半導体ウェーハの熱処理用部材の用途に適する高純度であり高強度かつ耐熱衝撃性に優れたシリコン含浸炭化珪素質材料及びこれを用いたウェーハボートを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、任意の断面において、径８〜５０μｍの炭化珪素粒子が占める割合が１５〜６５％であり、径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子が占める割合が２０〜６０％であり、シリコンの占める割合が１５〜４０％である組織構造を有し、かつ曲げ強度が４５０〜６００ＭＰａであることを特徴とする半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素材料であることを要旨としている。
【０００９】
また、本願請求項２の発明は、任意の断面において、径８〜５０μｍの炭化珪素粒子が占める割合が１５〜６５％であり、径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子が占める割合が２０〜６０％であり、シリコンの占める割合が１５〜４０％である組織構造を有し、かつ曲げ強度が４５０〜６００ＭＰａである半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素材料を用いたことを特徴とするウェーハボートであることを要旨としている。
【００１０】
本願請求項３の発明では、上記ウェーハボートが、複数個の板状体とこの板状体間に設けられた半導体ウェーハを支持する支持溝が設けられた複数個の支持体とを有するものであって、各支持体における支持溝の存在しない中実部の長さ方向に対する垂直断面積の総和が１２０〜３２０ｍｍ^２であることを特徴とする請求項２に記載のウェーハボートであることを要旨としている。
【００１１】
本願請求項４の発明では、上記支持体の個数が３もしくは４個であることを特徴とする請求項３に記載のウェーハボートであることを要旨としている。
【００１２】
本願請求項５の発明では、上記ウェーハボートにおいて、半導体ウェーハをｎ枚搭載可能なウェーハボートの重量Ｗｂ〔ｇ〕が、半導体ウェーハ１枚の重量Ｗｗ〔ｇ〕に対して、０．２５×Ｗｗ×ｎ＞Ｗｂの条件を満たすことを特徴とする請求項２ないし４項のいずれか１項に記載のウェーハボートであることを要旨としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素材料の実施の形態について図１を参照して説明する。
【００１４】
本発明の半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素材料は、例えば、光学顕微鏡や走査型顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた組織観察を行った場合、任意の断面において、径８〜５０μｍの炭化珪素粒子が占める割合が１５〜６５％であり、径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子が占める割合が２０〜６０％であり、シリコンの占める割合が１５〜４０％である組織構造を有することが好ましい。
【００１５】
図１は、本発明品の光学顕微鏡写真であるが、全体が３５０×４５０μｍの視野となっている。図中２１は直径８〜５０μｍの炭化珪素粒子を示し、面内において略均一に点在しており、この各粒子の周囲を直径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子２２が略均一に分散した（実際上は結合した）ＳｉＣの結合組織を有し、そして、これらの空隙をＳｉ２３で充填された（実際上は反応焼結された）全体として均質な構造となっている。
【００１６】
この光学顕微鏡写真において、上記直径８〜５０μｍの炭化珪素粒子２１の占める面積比は全体の２９％であり、直径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子２２の占める面積比は全体の４９％であり、Ｓｉ２３の面積比は全体の２２％になっている。
【００１７】
このような構成のシリコン含浸炭化珪素質材料とすることによって、高純度化を可能せしめ、高強度かつ耐熱衝撃性に優れ、半導体熱処理用材料として好適なものとすることができる。
【００１８】
本発明において、特に重要な構成は、直径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子２２の占める割合であり、これが２０％未満では全体としての均質性が得られず、結果、局部的に脆弱な部分を形成してしまい、半導体ウェーハの如く極薄な材料との接触を持つもしくはその危険性を有する半導体熱処理用材料としては、不適合なものとなる。また、直径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子２２の占める割合が６０％を超えると、耐熱衝撃性が低く、例えば室温と６００℃程度の高温の間で昇降温の熱履歴を受けるような半導体熱処理用部材として用いた場合、この熱衝撃によって基材にクラックが生じ、同部材の交換を余儀なくされてしまう。またこの場合には、直径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子部分を形成するための微粉末原料の純化、あるいは焼成体段階での純化が充分に行われず、結果、不純物を多く含むシリコン含浸炭化珪素質材料となってしまい、半導体熱処理用として不適合なものとなってしまう。
【００１９】
本発明においては、任意の断面において、炭化珪素粒子以外の部分は、実質的に全てシリコン２３によって形成されていることが、その物理特性の均質性の観点から重要な事項となる。シリコン含浸が充分になされず、未含浸部分が存在すると、その部分の局部的強度低下あるいは熱伝導性の低下が生じてしまうためである。
【００２０】
また、本発明においては、シリコン含浸炭化珪素質材料において、その曲げ強度が４５０〜６００ＭＰａ、より好ましくは５００〜６００ＭＰａである。このような曲げ強度とすることによって、半導体熱処理用部材としての低熱容量化を実現せしめることができ、かつ高い耐熱衝撃性をもたらすことができる。
【００２１】
次に、本発明に係わるウェーハボートの実施の形態について第２〜６図を参照して説明する。
【００２２】
図２に示すように、本発明に係わるウェーハボート例えば縦型ウェーハボート１は、ディスク形状の複数個例えば２個の支持板２、３と、この支持板２、３間に設けられ、多数の半導体ウェーハＷを支持するウェーハ支持部４が設けられた複数個例えば４個の支持体５とを有している。
【００２３】
支持板２、３は曲げ強度が４５０〜６００ＭＰａを有するシリコン含浸炭化珪素質材料製で、その板厚は４ｍｍ以下が望ましく、例えば３ｍｍに形成されている。この支持板２、３間には曲げ強度が４５０〜６００ＭＰａを有するシリコン含浸炭化珪素質材料製の４個の支持体５が、開口部６が形成されるように偏倚して接合されている。
【００２４】
この支持体５は例えば直径１０ｍｍの円柱形状をなし、半導体ウェーハＷが搭載され支持される上記ウェーハ支持部４が多数設けられている。図３および図４に示すようにこのウェーハ支持部４は支持体５にウェーハ支持体５の中心点５ｃまで切り込みを入れて形成された溝７を設けることにより例えばその底部に形成されており、半導体ウェーハＷと接触可能な面積は、支持体１個当たり２５ｍｍ^２以下に形成され、４個の支持体全体として１００ｍｍ^２に形成されていることによって、半導体ウェーハＷがウェーハボートからの熱的影響をより受け難い構造となっている。
【００２５】
また、支持体５は上述したように円柱形状に限らず、図５に示すようにウェーハ支持部１０が形成された断面形状が正方形の支持体１１でもよく、またその他の形状でもよい。
【００２６】
上記シリコン含浸炭化珪素材料は、例えば、光学顕微鏡やＳＥＭを用いた組織観察を行った場合、任意の断面における直径８〜５０μｍの炭化珪素粒子の占める面積比は全体の１５〜６５％であり、直径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子の占める面積比は全体の２０〜６０％であり、シリコンの占める面積比が全体の１５〜２５％となっている。
【００２７】
このような構成とすることによって、高純度化を可能せしめ、高強度かつ耐熱衝撃性に優れ、さらにはこれ自身の低熱容量化を実現せしめる半導体ウェーハボートを提供することができる。
【００２８】
また、上記半導体ウェーハボート１は、各支持体における支持溝の存在しない中実部の長さ方向に対する垂直断面積の総和が１２０〜３２０ｍｍ^２である構成となっている。
【００２９】
これによって、半導体ウェーハをウェーハボートに搭載したままの状態で、急激な昇降温となる熱履歴を受けた場合においても、半導体ウェーハが所定温度に昇温されているのにウェーハボートがその温度まで達していない、あるいは逆に半導体ウェーハが所定温度まで降温されているのにウェーハボートがその温度まで低下されておらず、結果、ウェーハボートと接しているウェーハがその温度差を面内で受けることによってそりやスリップが発生してしまうことを効果的に抑制することができる。
【００３０】
上記垂直断面積の総和が１２０ｍｍ^２未満では、ウェーハボートの機械的強度が不十分であり、数回の使用でその形状維持が困難な状態となってしまい、また３２０ｍｍ^２を超えると上記効果が十分に得られ難い。
【００３１】
これをより効果的にするためには、上記支持体の個数を３もしくは４個とすることが好ましく、各支持体における支持溝の存在しない中実部の長さ方向に対する垂直断面積は、４０〜８０ｍｍ^２とすることがより好ましい。
【００３２】
なお、上記ウェーハボート１は、全体としての低熱容量化を図るために、搭載する半導体ウェーハの総重量との関係上、その重量を制限することが好ましく、具体的には、半導体ウェーハＷを１５０枚以上でｎ枚搭載可能な半導体ウェーハボート１の重量Ｗｂ〔ｇ〕は、半導体ウェーハＷ１枚の重量Ｗｗ〔ｇ〕に対して、
【数１】
０．２５×Ｗｗ×ｎ＞Ｗｂ
の条件を満たすように設計される。
【００３３】
例えば８インチの半導体ウェーハＷを１７０枚搭載可能なウェーハボート１ではその重量は例えば１７５０ｇとなるように設計を行う。
【００３４】
次に、本発明に係わるシリコン含浸炭化珪素質材料の製造方法について説明する。
【００３５】
本発明に係わるシリコン含浸炭化珪素質材料の製造方法は、平均粒径が１５〜３５μｍの第１炭化珪素粉末を５０〜７５重量部と、平均粒径が０．５〜２．０μｍの第２炭化珪素粉末を２５〜５０重量部と、さらに平均粒径が０．０１〜０．１μｍの炭素質粉末を外割で３〜８重量部とを混合し、これに有機結合剤を加えて成形し、１８００〜２３００℃において焼成した後、シリコンを含浸してシリコン含浸炭化珪素質材料を得るものである。
【００３６】
第１炭化珪素粉末の平均粒径が１５μｍ未満であると、炭化珪素焼成体の気孔径が全体的に小さくなるため、溶融シリコンの含浸が不安定となり、また含浸されたとしても、含浸された溶融シリコンが冷却され固化した際に体積膨脹する。従って、通常の気孔径では、この膨脹分は外表面に吹き出した状態となるのに対して、この平均粒径を１５μｍ未満にした場合には、炭化珪素焼成体の気孔径が小さくなりすぎ、外表面への吹き出しが良好に行われず、結果としてシリコン含浸体にクラックが発生し易い。
【００３７】
また、第１炭化珪素粉末の平均粒径が３５μｍを超えると、作用等について十分解明されていないが、炭化珪素焼成体の十分な強度が得られず、これに伴いシリコン含浸体の強度も４５０ＭＰａ以上とすることができない。
【００３８】
第１炭化珪素粉末の平均粒径が１５〜３５μｍの場合、最小粒径は６μｍ、最大粒径は５０μｍとすることが好ましく、平均粒径のより好ましい範囲は２０〜３０μｍである。
【００３９】
第２炭化珪素粉末の平均粒径が０．５μｍ未満であると、焼成体の気孔径が全体的に小さくなるため、溶融シリコンの含浸が不安定となり、また含浸されたとしても、含浸された溶融シリコンが冷却され固化した際に体積膨脹する。従って、通常の気孔径では、この膨脹分が外表面に吹き出した状態となるのに対して、この平均粒径を０．５μｍ未満とした場合には、炭化珪素焼成体の気孔径が小さくなりすぎ、外表面への吹き出しが良好に行われず、結果としてシリコン含浸体にクラックが発生し易い。また、この平均粒径が０．５μｍ未満であると、粉末中の不純物を酸洗浄等で除去することが困難となり、結果、Ｆｅ含有率を０．１ｐｐｍ以下とすることができず、結果、半導体熱処理用部材としての適用が実質的に不可能となってしまう。
【００４０】
また、第２炭化珪素粉末の平均粒径が２．０μｍを超えると、上記第１炭化珪素粉末と配合し、この配合原料によるスラリーを得、これによる排泥鋳込（スリップキャスト）した際に、炭化珪素粉末の良好な充填状態が得られず、結果として炭化珪素焼成体の十分な強度が得られず、シリコン含浸体の強度も４５０ＭＰａ以上にすることができない。また、全体として、粒度が大きなものとなるため、排泥鋳込時の排泥面が平滑にならず、良好な表面状態の成形体を製造することができず、加工コストの増大化を招く。
【００４１】
第２炭化珪素粉末の平均粒径が０．５〜２．０μｍの場合、最小粒径は０．１μｍ、最大粒径は５μｍとすることが好ましく、この平均粒径のより好ましい範囲は０．８〜１．５μｍである。
【００４２】
第１炭化珪素粉末と第２炭化珪素粉末の配合割合は、第１炭化珪素粉末が５０重量部未満で第２炭化珪素粉末が５０重量部を超えると、焼成体の気孔径全体的に小さくなるため、溶融シリコンの含浸が困難であり、また含浸されたとしても、含浸された溶融シリコンが冷却され固化した際に体積膨脹し、通常の気孔径では、この膨脹分は外表面に吹き出した状態となるが、第１炭化珪素粉末が５０重量部未満で第２炭化珪素粉末が５０重量部を超えると、気孔径が小さくなりすぎ、外表面への吹き出しが良好に行われず、結果としてシリコン含浸体にクラックが発生する。
【００４３】
第１炭化珪素粉末と第２炭化珪素粉末の配合割合は、第１炭化珪素粉末が７５重量部を超え第２炭化珪素粉末が２５重量部未満であると、排泥鋳込した際に、炭化珪素粉末の良好の充填状態が得られないため、結果として炭化珪素焼成体の十分な強度が得られず、シリコン含浸体の強度も４５０ＭＰａ以上にすることができず、さらに全体として、粒度が大きなものとなるため、排泥鋳込時の排泥面が平滑になるような良好なスリップが得られない。
【００４４】
炭素質粉末の平均粒径が０．０１μｍ未満の場合には、現在では、例えばカーボンブラックのような粉末としての平均粒径が０．０１μｍが市販されているものの中で下限であり、０．０１μｍ未満の微細な粉体を製造し用いたとしても、ＳｉＣ材料の量産性上、メリットが少ない。
【００４５】
また、確認はしてないものの、このような微細な炭素粉末では、粉末の凝集に伴い炭素粉末、ＳｉＣ材料中への良好な分散性が得られないものと推測される。
【００４６】
炭素質粉末の平均粒径が０．１μｍを超える場合には、炭素粉末はシリコンとの反応でＳｉＣ化し、このとき体積膨脹するが、この粒径より大きな炭素粉であると、この部分的膨脹が大きくなり、結果として炭化珪素焼成体にクラックが発生し易くなる。
【００４７】
なお、炭素粉末としては、カーボンブラック、人造黒鉛粉末等が挙げられるが、溶融シリコンとの反応容易性およびスラリー化の容易性等の観点からカーボンブラックが最も好ましい。
【００４８】
炭素粉末の外割配合比率が３重量部未満では、炭化珪素焼成体中の空隙部分に溶融シリコンを十分に含浸させるために、溶融シリコンとのぬれ性が良好な炭素粉末量が少ないため、上記空隙部分の細部まで十分にシリコンが含浸されず、含浸体に未含浸部が部分的に残留してしまい、結果として部分的な強度の低下を招いたり、その他物理特性の不均質部が残存する製品となる。
【００４９】
炭素粉の外割配合比率が８重量部を超えると、炭素粉末の均質な分散ができず、炭化珪素焼成体中に炭素粉末の凝集部分が残ってしまう。結果として、シリコン含浸時に、この凝集部分の中心部までＳｉＣ化されず、未反応カーボンが残存してしまう。これによって、特に熱伝導性において、不均質な製品になってしまう。
【００５０】
上記焼成については、常圧もしくは減圧雰囲気いずれでも実施可能であるが、少なくとも温度を１８００〜２３００℃の範囲とすることが好ましい。
【００５１】
焼成温度が１８００℃未満の場合には、炭化珪素粒子の焼結が進み難くいため、４５０ＭＰａ以上のシリコン含浸体の強度が得られず、２３００℃を超える場合には、結晶成長が顕著になり、ＳｉＣ成分の蒸発による減量もあって、材料強度や破壊靱性が低下する傾向にあるからである。
【００５２】
焼成時の雰囲気は、１０Ｔｏｒｒ以下の真空中が好ましく、０．１Ｔｏｒｒ以下とすることがより好ましい。これによって、常圧での焼成を行った場合に比較し、焼成体における例えばＦｅ、Ｃｕ等の不純物含有量を５０％程度低減することができる。
【００５３】
上述した本発明のシリコン含浸炭化珪素質材料の製造方法によれば、任意の断面において、径８〜５０μｍの炭化珪素粒子が占める割合が１５〜６５％であり、径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子が占める割合が２０〜６０％であり、シリコンが占める割合が１５〜４０％である組織構造を有し、かつ曲げ強度が４５０〜６００ＭＰａであることを特徴とする半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素材料を得ることができる。
【００５４】
次に本発明に係わる半導体ウェーハボート１に用いられるシリコン含浸炭化珪素質材料の製造方法について説明する。
【００５５】
上述の通り、半導体ウェーハボートは、複数個の板状体と、この板状体間に設けられた半導体ウェーハを支持するウェーハ支持溝が設けられた複数個の支持体とを有するものであるが、この製造方法は、上記板状体及び支持体いずれも平均粒径が１５〜３５μｍの第１炭化珪素粉末を５０〜７５重量部と、平均粒径が０．５〜２．０μｍの第２炭化珪素粉末を５０〜２５重量部と、さらに平均粒径が０．０１〜０．１μｍの炭素質粉末を外割で３〜８重量部とを混合し、これに有機結合剤を加えて成形し、１０Ｔｏｒｒ以下の真空中１８００〜２３００℃において焼成した後、上記板状体及び支持体をボート形状に接着成形し、シリコンを含浸してシリコン含浸炭化珪素質材料を得るものである。
【００５６】
この製造方法によれば曲げ強度が４５０〜６００ＭＰａの高強度のシリコン含浸炭化珪素質材料からなる半導体ウェーハボートを製造することができ、その構成部材である支持体を従来より細く構成することができ、また板状体を肉薄にすることができるので、半導体ウェーハボート全体として低熱容量化を図ることができる。
【００５７】
なお、半導体ウェーハをｎ枚搭載可能なウェーハボートの重量Ｗｂ〔ｇ〕が、半導体ウェーハ１枚の重量Ｗｗ〔ｇ〕に対して、０．２５×Ｗｗ×ｎ＞Ｗｂの条件を満たすウェーハボートを製造するためには、例えば搭載する半導体ウェーハの径に従い２枚の板状体の間に配置する４個の支持体の各々の位置を調整し、また搭載する半導体ウェーハの個数により各支持体の長さ及びこれに形成する溝の個数を決定し、さらに板状体の厚さ及び各支持体の径を上記関係式に適合するように設計を行えばよい。
【００５８】
【実施例】
まず初めに、原料とする炭化珪素粉末を充分に酸洗浄し、表１に示されるような重量平均粒子径を有する第１及び第２炭化珪素粉末を得るべく分級を行った。
【００５９】
そして、この第１及び第２炭化珪素粉末を所定の割合にて配合し、さらにこれに純化処理された所定粒径のカーボンブラック粉末を所定量混合し、攪拌した後に、純水と水溶性のアクリル系樹脂を加え、固形物濃度約７０％のスラリーを作成した。次に、このスラリー石膏型中に流し込み排泥鋳込成形し、成形体を乾燥した後に、所定の炉内圧力及び温度にて焼成を行い焼成体を得た。さらにこの焼成体を別の炉に移し、１６００℃の温度にてシリコン含浸を行い、長さ約２５０×幅２５０×厚さ１０ｍｍのシリコン含浸体を得た。
【００６０】
実施例１〜７及び比較例１〜１１は、上記製造方法において明記しない条件について表１に示す通り設定したものである。
【００６１】
この実施例１〜７及び比較例１〜１１の焼成体の気孔率、シリコン含浸体の曲げ強度及び任意の断面にて光学顕微鏡写真による観察を行った際の０．１〜５μｍの炭化珪素粒子の占める割合、８〜５０μｍの炭化珪素粒子の占める割合について、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】

【００６３】
この結果、次の考察が得られた。
【００６４】
実施例１〜３及び比較例１〜３から第１及び第２炭化珪素粉末の配合割合（重量比）を６５：３５とし、平均粒径０．０８５μｍのカーボンブラックの添加割合を外割５重量部で同一とした場合、第１及び第２炭化珪素粉末の平均粒子径を各々１５〜３５μｍ、０．５〜２．０μｍとすることによって、含浸体にクラックが発生することなくかつ５００ＭＰａ以上の曲げ強度を有するシリコン含浸炭化系質材料が得られることが確認された。
【００６５】
実施例２，４，５及び比較例４，５から第１及び第２炭化珪素粉末の平均粒子径を各々２５μｍ、１．０μｍとし、平均粒径０．０８５μｍのカーボンブラックの添加割合を外割５重量部で同一とした場合、第１及び第２炭化珪素粉末の配合割合（重量比）を７５：２５〜５０：５０とすることによって、含浸体にクラックが発生することなくかつ４５０ＭＰａ以上の曲げ強度を有するシリコン含浸炭化系質材料が得られることが確認された。
【００６６】
実施例２，６，７及び比較例６，７から第１及び第２炭化珪素粉末の平均粒子径を各々２５μｍ、１．０μｍとし、これらの配合割合（重量比）を６５：３５とし、カーボンブラックの添加割合を外割５重量部で同一とした場合、カーボンブラックの平均粒子径を０．０１〜０．１μｍとすることによって、含浸体にクラックが発生することなくかつ４８０ＭＰａ以上の曲げ強度を有するシリコン含浸炭化系質材料が得られることが確認された。
【００６７】
実施例２，８，９及び比較例８，９から第１及び第２炭化珪素粉末の平均粒子径を各々２５μｍ、１．０μｍとし、これらの配合割合（重量比）を６５：３５とし、カーボンブラックの平均粒径を０．０８５μｍで同一とした場合、カーボンブラックの添加割合を３〜８重量部とすることによって、含浸体にクラックが発生することなくかつ５００ＭＰａ以上の曲げ強度を有するシリコン含浸炭化系質材料が得られることが確認された。
【００６８】
以上の結果から、平均粒径が１５〜３５μｍの第１炭化珪素粉末を５０〜７５重量部と、平均粒径が０．５〜２．０μｍの第２炭化珪素粉末を２５〜５０重量部と、さらに平均粒径が０．０１〜０．１μｍの炭素質粉末を外割で３〜８重量部とを混合し、これに有機結合剤を加えて成形し、１８００〜２３００℃において焼成した後、シリコンを含浸する半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素質材料の製造方法によって、含浸体にクラックが発生することなくかつ４５０ＭＰａ以上の曲げ強度を有するシリコン含浸炭化系質材料が得られることが確認された。
【００６９】
なお、上記実施例２について、焼成雰囲気のみを常圧にした場合、１０Ｔｏｒｒの減圧にした場合について、同様に実験を行ったところ、シリコン含浸体の曲げ強度は各々５２０ＭＰａ、５３０ＭＰａであり、いずれも４５０ＭＰａ以上の強度が確認された。
【００７０】
次に、上記の実施例１、実施例３、実施例４、実施例５、比較例２及び比較例５のシリコン含浸炭化珪素質材料を用いて表２に示されるような構成の８インチ半導体ウェーハ（５４ｇ／枚、１５０枚搭載）用の縦型ウェーハボートを作成し、各々について次の評価試験を行った。
【００７１】
６００℃に予熱された加熱炉に半導体ウェーハが搭載されたウェーハボートを加熱炉に２００ｍｍ／ｍｉｎの速度で収納し、１５ｍｉｎ経過後、同速度にて加熱炉外に放出し、室温まで冷却することで熱衝撃を与える簡易評価試験を行った。その結果を表２に示す。
【００７２】
【表２】

【００７３】
表２から明らかなように、曲げ強度が少なくとも４５０〜５８０ＭＰａの範囲であり、また、任意の断面における径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子が占める割合が２０〜６０％であるシリコン含浸炭化珪素質材料からなるウェーハボートによれば、室温→６００℃→室温を繰り返す熱衝撃を少なくとも５０回受けてもボート自身に破損が生ずることなく、また、ウェーハボートに搭載した半導体ウェーハにそりやスリップ等の異常が発生することなく使用できることが確認された。
【００７４】
また、本発明のシリコン含浸炭化珪素質材料からなる半導体ウェーハボートにおいては、複数本の支持体における支持溝の存在しない中実部の長さ方向に対する垂直断面積の総和が１２０〜３２０ｍｍ^２であることによって、耐熱衝撃を受けてもボート自身に破損が生ずることなく、また、ウェーハボートに搭載した半導体ウェーハにそりやスリップ等の異常が発生することなく使用できることが確認された。
【００７５】
【発明の効果】
本発明に係わるシリコン含浸炭化珪素質材料は、任意の断面において、径８〜５０μｍの炭化珪素粒子が占める割合が１５〜６５％であり、径０．１〜５μｍの炭化珪素粒子が占める割合が２０〜６０％であり、シリコンが占める割合が１５〜４０％である組織構造を有し、かつ曲げ強度が４５０〜６００ＭＰａであるため、高純度化を可能せしめ、高強度かつ耐熱衝撃性に優れ、また熱容量を低減せしめることができ、半導体熱処理用材料として好適なものとすることができる。
【００７６】
本発明の半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素材料からなるウェーハボートは、ウェーハボート自身の低熱容量化が可能となり熱処理工程におけるウェーハボートから半導体ウェーハへの熱的影響を低減することができ、熱処理工程時の半導体ウェーハのそりやスリップの発生を効果的に防止することができる。
【００７７】
また、本発明のウェーハボートは、複数個の板状体とこの板状体間に設けられた半導体ウェーハを支持する支持溝が設けられた複数個の支持体とを有するものであって、各支持体における支持溝の存在しない中実部の長さ方向に対する垂直断面積の総和が１２０〜３２０ｍｍ^２であるので、半導体ウェーハの熱処理工程において、耐熱衝撃を受けてもボート自身に破損が生ずることなく、また、ウェーハボートに搭載した半導体ウェーハにそりやスリップ等の異常発生を効果的に防止することができる。
【００７８】
ウェーハボートの複数個の支持体は３もしくは４個であるので、大口径の半体ウェーハでも確実かつ安定的に支持されており、ウェーハ支持部と半導体ウェーハとの離間が生じることもなく、熱的影響に変化もないので、処理工程時の半導体ウェーハのそりやスリップの発生を効果的に防止することができる。
【００７９】
本発明のウェーハボートは半導体ウェーハをｎ枚搭載可能な半導体ウェーハボートの重量Ｗｂ〔ｇ〕が、半導体ウェーハ１枚の重量Ｗｗ〔ｇ〕に対して、０．２５×Ｗｗ×ｎ＞Ｗｂの条件を満たすようにしたので、特にウェーハボート全体として低熱容量化することができ、熱応答性も向上し、上記効果をより効果的なものとすることができる。
【００８０】
この半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素質材料は、構成部材を細くあるいは肉薄にできるので、低熱容量の半導体熱処理用治具の製造が可能になり、また、半導体ウェーハへの熱的影響を低減することができる。
【００８１】
さらにこの半導体熱処理用シリコン含浸炭化珪素質材料をウェーハボートに用いた場合には、支持柱を細くでき半導体ウェーハのそりやスリップを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる方法により製造されたシリコン含浸炭化珪素質材料の断面の粒子構造を示す写真。
【図２】本発明に係わる半導体ウェーハボートの斜視図。
【図３】図２Ａ部の拡大図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】本発明に係わる半導体ウェーハボートの他の実施の形態の図４に該当する部分の断面図。
【符号の説明】
１半導体ウェーハボート
２支持板
３支持板
４ウェーハ支持部
５支持体
６開口部
７溝部
１０ウェーハ支持部
１１支持体
Ｗ半導体ウェーハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment andWafer boat using thisIn particular, a silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment having high purity and high strength, and excellent in homogeneity and thermal shock resistance, andWafer boat using thisAbout.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, a silicon-impregnated silicon carbide material obtained by reaction-sintering silicon carbide (SiC) and silicon (Si) has relatively high density, high purity, and strength. For example, they are used for semiconductor wafer heat treatment wafer boats (hereinafter simply referred to as wafer boats), semiconductor heat treatment furnace core tubes (hereinafter simply referred to as furnace core tubes), and the like.
[0003]
  In these wafer boats, furnace core tubes, etc., higher integration of semiconductor devices has progressed, the demand for higher purity has become stricter, and higher purity is also required for silicon-impregnated silicon carbide materials that serve as these substrates. Has been.
[0004]
  Even if the conventional silicon-impregnated silicon carbide material is said to be a high-purity base material, the content of Fe is 0.2 ppm or more as the metal impurity content, and the total content of Ni, Cu, Na, Ca, Cr and K Was 0.2 ppm or more, and it was not possible to sufficiently meet the above requirement for high purity.
[0005]
  On the other hand, in recent years, the diameter of semiconductor wafers has increased to 300 mm, etc., and as the weight has increased significantly, it is necessary to increase the thickness of the plate-like body that supports the wafer boat and to hold it at both ends. In addition, it is necessary to increase the thickness of the furnace core tube as the apparatus becomes larger, and as a result, the heat capacity of any semiconductor heat treatment member tends to increase. Therefore, in the wafer boat, when the semiconductor wafer is heat-treated, the temperature difference between the portion that is in contact with the support of the semiconductor wafer and the portion that is not in contact with the semiconductor wafer is increased or decreased due to the increase or decrease of the furnace temperature, the loading or unloading of the wafer boat on which the semiconductor wafer is mounted As a result, there is a problem that this temperature difference causes warping and slippage in a large-diameter semiconductor wafer. Further, in the furnace core tube, there is a problem that rapid temperature rise / fall is not sufficient and productivity is lowered.
[0006]
  Therefore, the conventional silicon-impregnated silicon carbide material has been studied to make the wafer boat support thinner and the furnace core tube thinner by improving the overall structure. In the case of silicon materials, when the material is subjected to a rapid thermal shock or mechanical shock, the material itself cracks, and no sufficient solution has been found.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention is a silicon-impregnated silicon carbide material having high purity, high strength, excellent thermal shock resistance, and particularly suitable for use as a heat treatment member for large-diameter semiconductor wafers, andWafer boat using thisThe purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention of claim 1 of the present invention is that silicon carbide particles having a diameter of 8 to 50 μm occupy 15 to 65% in any cross section, and silicon carbide having a diameter of 0.1 to 5 μm. Silicon impregnated silicon carbide for semiconductor heat treatment, characterized in that it has a structure in which particles account for 20 to 60%, silicon accounts for 15 to 40%, and bending strength is 450 to 600 MPa The gist is that it is a material.
[0009]
  The invention of claim 2 of the present application isIn any cross section, the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 8 to 50 μm is 15 to 65%, the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 0.1 to 5 μm is 20 to 60%, and the proportion of silicon is A wafer boat using a silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment having a structure of 15 to 40% and a bending strength of 450 to 600 MPaIt is the gist.
[0010]
  In the invention of claim 3 of the present application, the wafer boat has a plurality of plate bodies and a plurality of support bodies provided with support grooves for supporting semiconductor wafers provided between the plate bodies. The total sum of the vertical cross-sectional areas with respect to the length direction of the solid portion where no support groove exists in each support is 120 to 320 mm.²The method according to claim 2, whereinWafer boatIt is the gist.
[0011]
  The invention according to claim 4 of the present application is characterized in that the number of the supports is three or four.Wafer boatIt is the gist.
[0012]
  In the invention of claim 5, the weight Wb [g] of the wafer boat capable of mounting n semiconductor wafers in the wafer boat is 0.25 × Ww with respect to the weight Ww [g] of one semiconductor wafer. 5. The condition according to claim 2, wherein the condition of xn> Wb is satisfied.Wafer boatThat isIt is a summary.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  An embodiment of a silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0014]
  The silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment of the present invention is, for example, a proportion of silicon carbide particles having a diameter of 8 to 50 μm in an arbitrary cross section when a structure observation is performed using an optical microscope or a scanning microscope (SEM). Is preferably 15 to 65%, the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 0.1 to 5 μm is 20 to 60%, and the proportion of silicon is preferably 15 to 40%.
[0015]
  FIG. 1 is an optical micrograph of the product of the present invention, and the entire field of view is 350 × 450 μm. In the figure, reference numeral 21 denotes silicon carbide particles having a diameter of 8 to 50 μm, which are scattered substantially uniformly in the plane, and silicon carbide particles 22 having a diameter of 0.1 to 5 μm are dispersed substantially uniformly around the respective particles. It has a SiC connective structure (actually bonded), and these voids are filled with Si23 (actually sintered by reaction) as a whole in a homogeneous structure.
[0016]
  In this optical micrograph, the area ratio occupied by the silicon carbide particles 21 having a diameter of 8 to 50 μm is 29%, and the area ratio occupied by the silicon carbide particles 22 having a diameter of 0.1 to 5 μm is 49%. The area ratio of Si23 is 22% of the whole.
[0017]
  By using the silicon-impregnated silicon carbide material having such a structure, it is possible to achieve high purity, high strength and excellent thermal shock resistance, and a suitable material for semiconductor heat treatment.
[0018]
  In the present invention, a particularly important structure is the proportion of the silicon carbide particles 22 having a diameter of 0.1 to 5 μm, and if this is less than 20%, the homogeneity as a whole cannot be obtained, and as a result, locally weak parts As a semiconductor heat treatment material having contact with or having a risk of contact with an extremely thin material such as a semiconductor wafer, it is incompatible. Further, when the proportion of the silicon carbide particles 22 having a diameter of 0.1 to 5 μm exceeds 60%, the thermal shock resistance is low, for example, a semiconductor that receives a thermal history of temperature rise and fall between room temperature and a high temperature of about 600 ° C. When used as a heat treatment member, the thermal shock causes a crack in the base material, necessitating replacement of the member. In this case, the fine powder raw material for forming the silicon carbide particle part having a diameter of 0.1 to 5 μm is not sufficiently purified or purified at the fired body stage, and as a result, silicon impregnated carbon containing a large amount of impurities. It becomes a siliceous material and becomes incompatible for semiconductor heat treatment.
[0019]
  In the present invention, it is an important matter from the viewpoint of the homogeneity of the physical characteristics that any part other than the silicon carbide particles is formed of the silicon 23 in any cross section. This is because if the silicon impregnation is not sufficiently performed and there is an unimpregnated portion, the local strength of the portion is lowered or the thermal conductivity is lowered.
[0020]
  In the present invention, the silicon-impregnated silicon carbide material has a bending strength of 450 to 600 MPa, more preferably 500 to 600 MPa. By setting it as such bending strength, the low heat capacity as a semiconductor heat processing member can be implement | achieved, and high thermal shock resistance can be brought about.
[0021]
  Next, an embodiment of the wafer boat according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0022]
  As shown in FIG. 2, a wafer boat, for example, a vertical wafer boat 1 according to the present invention is provided between a plurality of disk-shaped, for example, two support plates 2, 3 and the support plates 2, 3. A plurality of, for example, four supports 5 provided with a wafer support 4 for supporting the semiconductor wafer W are provided.
[0023]
  The support plates 2 and 3 are made of a silicon-impregnated silicon carbide material having a bending strength of 450 to 600 MPa, and the plate thickness is desirably 4 mm or less, for example, 3 mm. Between the support plates 2 and 3, four support bodies 5 made of silicon-impregnated silicon carbide material having a bending strength of 450 to 600 MPa are biased and joined so that an opening 6 is formed.
[0024]
  The support 5 has, for example, a cylindrical shape with a diameter of 10 mm, and is provided with a large number of the wafer support portions 4 on which the semiconductor wafer W is mounted and supported. As shown in FIGS. 3 and 4, the wafer support 4 is formed, for example, at the bottom of the support 5 by providing a groove 7 formed by cutting the support 5 to the center point 5c of the wafer support 5. The area that can contact the semiconductor wafer W is 25 mm per support.²Formed below, 100mm as a whole of four supports²As a result, the semiconductor wafer W is less susceptible to thermal influence from the wafer boat.
[0025]
  Further, the support 5 is not limited to the columnar shape as described above, but may be a support 11 having a square cross-section in which the wafer support portion 10 is formed as shown in FIG.
[0026]
  When the silicon-impregnated silicon carbide material is subjected to, for example, a structure observation using an optical microscope or SEM, the area ratio occupied by silicon carbide particles having a diameter of 8 to 50 μm in an arbitrary cross section is 15 to 65% of the whole, The area ratio occupied by the silicon carbide particles having a diameter of 0.1 to 5 μm is 20 to 60% of the whole, and the area ratio occupied by silicon is 15 to 25% of the whole.
[0027]
  By adopting such a configuration, it is possible to provide a semiconductor wafer boat which can be highly purified, has high strength and excellent thermal shock resistance, and further realizes its own low heat capacity.
[0028]
  Further, the semiconductor wafer boat 1 has a total sum of vertical cross-sectional areas of 120 to 320 mm with respect to the length direction of the solid portion where no support groove exists in each support.²It is the composition which is.
[0029]
  As a result, even if the semiconductor wafer is still mounted on the wafer boat and receives a thermal history that causes a sudden rise and fall, the wafer boat is brought to that temperature even though the semiconductor wafer has been heated to a predetermined temperature. The wafer boat has not been lowered to the predetermined temperature although the semiconductor wafer has been lowered to the predetermined temperature, and the wafer boat in contact with the wafer boat is subject to the temperature difference in the plane. Cause sled and slipdo itCan be effectively suppressed.
[0030]
  The sum of the vertical cross-sectional areas is 120mm²If it is less than 1, the mechanical strength of the wafer boat is insufficient, and it becomes difficult to maintain its shape after several uses.²When the value exceeds 1, the above-mentioned effects are hardly obtained.
[0031]
  In order to make this more effective, the number of the supports is preferably 3 or 4, and the vertical cross-sectional area with respect to the length direction of the solid portion where the support groove does not exist in each support is 40 ~ 80mm²More preferably.
[0032]
  In order to reduce the overall heat capacity, the wafer boat 1 is preferably limited in weight in relation to the total weight of the semiconductor wafers to be mounted. The weight Wb [g] of the semiconductor wafer boat 1 that can be mounted by n or more is larger than the weight Ww [g] of one semiconductor wafer W.
[Expression 1]
    0.25 × Ww × n> Wb
Designed to meet the requirements of
[0033]
  For example, the wafer boat 1 capable of mounting 170 8-inch semiconductor wafers W is designed to have a weight of, for example, 1750 g.
[0034]
  Next, a method for producing a silicon-impregnated silicon carbide material according to the present invention will be described.
[0035]
  In the method for producing a silicon-impregnated silicon carbide material according to the present invention, 50 to 75 parts by weight of a first silicon carbide powder having an average particle size of 15 to 35 μm and a second particle having an average particle size of 0.5 to 2.0 μm. 25 to 50 parts by weight of silicon carbide powder and 3 to 8 parts by weight of carbonaceous powder having an average particle diameter of 0.01 to 0.1 μm are mixed, and an organic binder is added thereto to form. After firing at 1800 to 2300 ° C., silicon is impregnated to obtain a silicon-impregnated silicon carbide material.
[0036]
  When the average particle diameter of the first silicon carbide powder is less than 15 μm, the pore diameter of the silicon carbide fired body is reduced as a whole, so that the impregnation of the molten silicon becomes unstable, and even if impregnated, the impregnation is performed. As the molten silicon cools and solidifies, it expands in volume. Therefore, in the normal pore diameter, this expansion is blown to the outer surface, whereas when the average particle diameter is less than 15 μm, the pore diameter of the silicon carbide fired body becomes too small, Blowing out to the outer surface is not performed well, and as a result, cracks are likely to occur in the silicon-impregnated body.
[0037]
  Further, when the average particle size of the first silicon carbide powder exceeds 35 μm, the action and the like are not sufficiently elucidated, but sufficient strength of the silicon carbide fired body cannot be obtained, and accordingly, the strength of the silicon impregnated body is 450 MPa. It can not be over.
[0038]
  When the average particle size of the first silicon carbide powder is 15 to 35 μm, the minimum particle size is preferably 6 μm and the maximum particle size is preferably 50 μm.Be carefulThe more preferable range of the average particle diameter is 20 to 30 μm.
[0039]
  When the average particle size of the second silicon carbide powder is less than 0.5 μm, the pore size of the fired body becomes smaller overall, so that the impregnation of the molten silicon becomes unstable, and even if impregnated, the impregnation As the molten silicon cools and solidifies, it expands in volume. Therefore, in the normal pore diameter, this expansion is blown out to the outer surface, whereas when the average particle diameter is less than 0.5 μm, the pore diameter of the silicon carbide fired body becomes small. Therefore, the blowout to the outer surface is not performed well, and as a result, cracks are likely to occur in the silicon-impregnated body. Further, if the average particle size is less than 0.5 μm, it becomes difficult to remove impurities in the powder by acid washing or the like, and as a result, the Fe content cannot be reduced to 0.1 ppm or less. Application as a semiconductor heat treatment member becomes substantially impossible.
[0040]
  Moreover, when the average particle diameter of the second silicon carbide powder exceeds 2.0 μm, it is blended with the first silicon carbide powder to obtain a slurry of this blended raw material, and when this is sludge cast (slip cast). As a result, a satisfactory filling state of the silicon carbide powder cannot be obtained, and as a result, sufficient strength of the silicon carbide fired body cannot be obtained, and the strength of the silicon impregnated body cannot be increased to 450 MPa or more. In addition, since the particle size becomes large as a whole, the sludge surface at the time of casting the sludge is not smooth, and it is impossible to produce a molded body having a good surface state, resulting in an increase in processing costs. .
[0041]
  When the average particle size of the second silicon carbide powder is 0.5 to 2.0 μm, the minimum particle size is preferably 0.1 μm and the maximum particle size is preferably 5 μm. 8 to 1.5 μm.
[0042]
  The mixing ratio of the first silicon carbide powder and the second silicon carbide powder is such that when the first silicon carbide powder is less than 50 parts by weight and the second silicon carbide powder exceeds 50 parts by weight, the pore diameter of the fired body is reduced as a whole. Therefore, impregnation of molten silicon is difficult, and even if impregnated, the volume of the impregnated molten silicon expands when it is cooled and solidified. However, when the first silicon carbide powder is less than 50 parts by weight and the second silicon carbide powder is more than 50 parts by weight, the pore diameter becomes too small and the blowout to the outer surface is not performed well, resulting in silicon impregnation. Cracks occur in the body.
[0043]
  The blending ratio of the first silicon carbide powder and the second silicon carbide powder is such that when the first silicon carbide powder exceeds 75 parts by weight and the second silicon carbide powder is less than 25 parts by weight, Since a good filling state of the silicon powder cannot be obtained, as a result, sufficient strength of the silicon carbide fired body cannot be obtained, the strength of the silicon impregnated body cannot be increased to 450 MPa or more, and the overall particle size is large. Therefore, it is not possible to obtain a good slip that makes the mud surface smooth when casting the mud.
[0044]
  When the average particle diameter of the carbonaceous powder is less than 0.01 μm, the average particle diameter of 0.01 μm as a powder such as carbon black is the lower limit among those commercially available. Even if a fine powder of less than 01 μm is manufactured and used, there are few advantages in terms of mass productivity of the SiC material.
[0045]
  In addition, although not confirmed, it is assumed that such fine carbon powder cannot obtain good dispersibility in the carbon powder and SiC material as the powder aggregates.
[0046]
  When the average particle size of the carbonaceous powder exceeds 0.1 μm, the carbon powder is converted to SiC by reaction with silicon and expands in volume at this time. However, if the carbon powder is larger than this particle size, the partial expansion occurs. As a result, cracks are likely to occur in the silicon carbide fired body.
[0047]
  Examples of the carbon powder include carbon black and artificial graphite powder. Carbon black is most preferable from the viewpoints of easy reaction with molten silicon and ease of slurrying.
[0048]
  When the outer ratio of the carbon powder is less than 3 parts by weight, the amount of carbon powder having good wettability with the molten silicon is small in order to sufficiently impregnate the molten silicon in the voids in the silicon carbide fired body. Silicone is not sufficiently impregnated to the details of the void portion, and the unimpregnated portion partially remains in the impregnated body, resulting in a partial decrease in strength and other inhomogeneous portions of physical properties remaining. Become a product.
[0049]
  If the external ratio of the carbon powder exceeds 8 parts by weight, the carbon powder cannot be uniformly dispersed, and agglomerated portions of the carbon powder remain in the silicon carbide fired body. As a result, at the time of silicon impregnation, SiC is not converted to the central portion of the agglomerated portion, and unreacted carbon remains. This leads to a heterogeneous product, especially in terms of thermal conductivity.
[0050]
  The firing can be performed in an atmospheric pressure or a reduced pressure atmosphere, but at least the temperature is preferably in the range of 1800 to 2300 ° C.
[0051]
  When the firing temperature is less than 1800 ° C., the sintering of the silicon carbide particles is difficult to proceed, so that the strength of the silicon impregnated body of 450 MPa or more cannot be obtained, and when it exceeds 2300 ° C., crystal growth becomes significant. This is because there is a weight loss due to evaporation of the SiC component, and the material strength and fracture toughness tend to decrease.
[0052]
  The atmosphere during firing is preferably in a vacuum of 10 Torr or less, and more preferably 0.1 Torr or less. Accordingly, the content of impurities such as Fe and Cu in the fired body can be reduced by about 50% as compared with the case of firing at normal pressure.
[0053]
  According to the method for producing a silicon-impregnated silicon carbide material of the present invention described above, the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 8 to 50 μm in any cross section is 15 to 65%, and carbonization having a diameter of 0.1 to 5 μm. Silicon impregnated carbon for semiconductor heat treatment, characterized in that it has a structure in which silicon particles occupy 20 to 60%, silicon occupies 15 to 40%, and bending strength is 450 to 600 MPa. A silicon material can be obtained.
[0054]
  Next, a method for producing a silicon-impregnated silicon carbide material used in the semiconductor wafer boat 1 according to the present invention will be described.
[0055]
  As described above, the semiconductor wafer boat includes a plurality of plate bodies and a plurality of support bodies provided with wafer support grooves for supporting semiconductor wafers provided between the plate bodies. In this production method, both the plate-like body and the support are 50 to 75 parts by weight of the first silicon carbide powder having an average particle diameter of 15 to 35 μm and the second particle having an average particle diameter of 0.5 to 2.0 μm. 50 to 25 parts by weight of silicon carbide powder and 3 to 8 parts by weight of carbonaceous powder having an average particle diameter of 0.01 to 0.1 μm are mixed, and an organic binder is added to the mixture to form. And after baking at 1800-2300 degreeC in the vacuum of 10 Torr or less, the said plate-shaped body and a support body are adhesive-molded in a boat shape, and a silicon impregnation silicon carbide material is obtained by impregnating silicon.
[0056]
  According to this manufacturing method, it is possible to manufacture a semiconductor wafer boat made of a silicon-impregnated silicon carbide material having a bending strength of 450 to 600 MPa, and the support member, which is a constituent member, can be made thinner than before. In addition, since the plate-like body can be made thin, it is possible to reduce the heat capacity of the entire semiconductor wafer boat.
[0057]
  A wafer boat that satisfies the condition of 0.25 × Ww × n> Wb with respect to the weight Ww [g] of one semiconductor wafer is the weight Wb [g] of the wafer boat capable of mounting n semiconductor wafers. For manufacturing, for example, according to the diameter of the semiconductor wafer to be mounted, the position of each of the four supports disposed between the two plates is adjusted, and the number of semiconductor wafers to be mounted is adjusted according to the number of semiconductor wafers to be mounted. The length and the number of grooves to be formed are determined, and the thickness of the plate-like body and the diameter of each support may be designed so as to conform to the above relational expression.
[0058]
【Example】
  First, the silicon carbide powder as a raw material was sufficiently acid-washed and classified to obtain first and second silicon carbide powders having a weight average particle diameter as shown in Table 1.
[0059]
  Then, the first and second silicon carbide powders are blended at a predetermined ratio, and a predetermined amount of the carbon black powder having a predetermined particle diameter that has been purified is mixed and stirred. Acrylic resin was added to prepare a slurry having a solid concentration of about 70%. Next, the slurry was cast into a slurry gypsum mold, cast into a sludge, dried, and then fired at a predetermined furnace pressure and temperature to obtain a fired body. Further, this fired body was transferred to another furnace and impregnated with silicon at a temperature of 1600 ° C. to obtain a silicon-impregnated body having a length of about 250 × width 250 × thickness 10 mm.
[0060]
  Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 11 are set as shown in Table 1 for conditions not specified in the above production method.
[0061]
  Silicon carbide particles of 0.1 to 5 μm when the porosity of the fired bodies of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 11, the bending strength of the silicon impregnated body, and observation with an optical micrograph at an arbitrary cross section were performed Measurements were made with respect to the proportion of the silicon carbide particles of 8 to 50 μm. The results are shown in Table 1.
[0062]
[Table 1]

[0063]
  As a result, the following consideration was obtained.
[0064]
  From Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the mixing ratio (weight ratio) of the first and second silicon carbide powders was 65:35, and the addition ratio of carbon black having an average particle size of 0.085 μm was 5% by weight. If the average particle size of the first and second silicon carbide powders is 15 to 35 μm and 0.5 to 2.0 μm, respectively, the impregnated body does not crack and is 500 MPa or more. It was confirmed that a silicon-impregnated carbonaceous material having bending strength can be obtained.
[0065]
  From Examples 2, 4, 5 and Comparative Examples 4, 5, the average particle diameters of the first and second silicon carbide powders were 25 μm and 1.0 μm, respectively, and the addition ratio of carbon black having an average particle diameter of 0.085 μm was extrapolated. When it is the same at 5 parts by weight, the mixing ratio (weight ratio) of the first and second silicon carbide powders is set to 75:25 to 50:50, so that cracks are not generated in the impregnated body and 450 MPa or more. It was confirmed that a silicon-impregnated carbonaceous material having bending strength can be obtained.
[0066]
  From Examples 2, 6, 7 and Comparative Examples 6, 7, the average particle sizes of the first and second silicon carbide powders were 25 μm and 1.0 μm, respectively, and the blending ratio (weight ratio) was 65:35, carbon When the black addition ratio is the same at 5 parts by weight, the average particle diameter of the carbon black is 0.01 to 0.1 μm, so that no crack is generated in the impregnated body and the bending strength is 480 MPa or more. It was confirmed that a silicon-impregnated carbonaceous material having the following can be obtained.
[0067]
  The average particle diameters of the first and second silicon carbide powders from Examples 2, 8, 9 and Comparative Examples 8 and 9 were 25 μm and 1.0 μm, respectively, and their blending ratio (weight ratio) was 65:35, and carbon When the average particle size of black is the same at 0.085 μm, the silicon impregnation has a bending strength of 500 MPa or more without causing cracks in the impregnated body by setting the addition ratio of carbon black to 3 to 8 parts by weight. It was confirmed that a carbonaceous material was obtained.
[0068]
  From the above results, the first silicon carbide powder having an average particle size of 15 to 35 μm is 50 to 75 parts by weight, and the second silicon carbide powder having an average particle size of 0.5 to 2.0 μm is 25 to 50 parts by weight. Further, after mixing carbonaceous powder having an average particle size of 0.01 to 0.1 μm with 3 to 8 parts by weight in an external proportion, adding an organic binder to this, and molding and firing at 1800 to 2300 ° C. It was confirmed that a silicon-impregnated carbonaceous material having a bending strength of 450 MPa or more can be obtained without causing cracks in the impregnated body by a method for producing a silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment impregnated with silicon. .
[0069]
  In the case of Example 2 described above, when only the firing atmosphere was set to normal pressure and the pressure was reduced to 10 Torr, the same experiment was conducted. The bending strengths of the silicon impregnated bodies were 520 MPa and 530 MPa, respectively. A strength of 450 MPa or more was confirmed.
[0070]
  Next, an 8-inch semiconductor having a structure as shown in Table 2 using the silicon-impregnated silicon carbide material of the above-described Example 1, Example 3, Example 4, Example 5, Example 2, Comparative Example 2 and Comparative Example 5. Vertical wafer boats for wafers (54 g / sheet, 150 mounted) were prepared, and the following evaluation tests were performed on each.
[0071]
  A wafer boat in which semiconductor wafers are mounted in a heating furnace preheated to 600 ° C. is stored in the heating furnace at a speed of 200 mm / min. After 15 minutes, the wafer boat is discharged outside the heating furnace at the same speed and cooled to room temperature. The simple evaluation test which gives a thermal shock was conducted. The results are shown in Table 2.
[0072]
[Table 2]

[0073]
  As is apparent from Table 2, the silicon-impregnated silicon carbide having a bending strength in the range of at least 450 to 580 MPa and a ratio of silicon carbide particles having a diameter of 0.1 to 5 μm in an arbitrary cross section of 20 to 60%. According to a wafer boat made of a quality material, the boat itself is not damaged even when subjected to a thermal shock that repeats room temperature → 600 ° C. → room temperature at least 50 times, and the semiconductor wafer mounted on the wafer boat is warped, slipped, etc. It was confirmed that it can be used without any abnormalities.
[0074]
  Further, in the semiconductor wafer boat made of the silicon-impregnated silicon carbide material of the present invention, the sum of the vertical cross-sectional areas with respect to the length direction of the solid portion where the support grooves do not exist in the plurality of supports is 120 to 320 mm.²Therefore, it was confirmed that even when subjected to a thermal shock, the boat itself can be used without being damaged, and the semiconductor wafer mounted on the wafer boat can be used without any abnormality such as warpage or slip.
[0075]
【The invention's effect】
  In the silicon-impregnated silicon carbide material according to the present invention, in any cross section, the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 8 to 50 μm is 15 to 65%, and the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 0.1 to 5 μm is Since it has a structure of 20 to 60%, the proportion of silicon is 15 to 40%, and the bending strength is 450 to 600 MPa, it can be highly purified, and has high strength and excellent thermal shock resistance. In addition, the heat capacity can be reduced, and the semiconductor heat treatment material can be made suitable.
[0076]
  The wafer boat made of the silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment of the present invention can reduce the thermal capacity of the wafer boat itself and can reduce the thermal influence from the wafer boat to the semiconductor wafer in the heat treatment process. The occurrence of warping and slipping of the semiconductor wafer can be effectively prevented.
[0077]
  Further, the wafer boat of the present invention includes a plurality of plate bodies and a plurality of support bodies provided with support grooves for supporting semiconductor wafers provided between the plate bodies. The sum total of the vertical cross-sectional areas with respect to the length direction of the solid portion where no support groove exists in the support is 120 to 320 mm²Therefore, in the heat treatment process of semiconductor wafers, even when subjected to thermal shock, the boat itself is not damaged, and the occurrence of abnormalities such as warpage and slips in the semiconductor wafer mounted on the wafer boat is effectively prevented. Can do.
[0078]
  Since there are three or four wafer boat supports, even large-diameter half wafers can be reliably and stably supported.TheIn addition, there is no separation between the wafer support portion and the semiconductor wafer, and there is no change in the thermal influence, so that it is possible to effectively prevent the semiconductor wafer from warping or slipping during the processing step.
[0079]
  In the wafer boat of the present invention, the weight Wb [g] of a semiconductor wafer boat capable of mounting n semiconductor wafers is 0.25 × Ww × n> Wb with respect to the weight Ww [g] of one semiconductor wafer. In particular, the entire wafer boat can be reduced in heat capacity, the thermal responsiveness is improved, and the above effect becomes more effective.be able to.
[0080]
  Since this silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment can make the components thin or thin, it is possible to manufacture a semiconductor heat treatment jig with low heat capacity, and to reduce the thermal influence on the semiconductor wafer. Can do.
[0081]
  Furthermore, when this silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment is used in a wafer boat, the support pillars can be made thin to prevent warping or slipping of the semiconductor wafer.Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a photograph showing a particle structure of a cross section of a silicon-impregnated silicon carbide material produced by a method according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor wafer boat according to the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of a part in FIG. 2A.
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 4 in another embodiment of a semiconductor wafer boat according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor wafer boat
2 Support plate
3 Support plate
4 Wafer support
5 Support
6 opening
7 Groove
10 Wafer support
11 Support
W Semiconductor wafer

Claims

In an arbitrary cross section, the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 8 to 50 μm is 15 to 65%, the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 0.1 to 5 μm is 20 to 60%, and the proportion of silicon is A silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment, characterized by having a structure of 15 to 40% and a bending strength of 450 to 600 MPa.

In an arbitrary cross section, the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 8 to 50 μm is 15 to 65%, the proportion of silicon carbide particles having a diameter of 0.1 to 5 μm is 20 to 60%, and the proportion of silicon is A wafer boat using a silicon-impregnated silicon carbide material for semiconductor heat treatment having a structure of 15 to 40% and a bending strength of 450 to 600 MPa.

The wafer boat includes a plurality of plate bodies and a plurality of support bodies provided with support grooves for supporting semiconductor wafers provided between the plate bodies. 3. The wafer boat according to claim ² , wherein the sum of the vertical cross-sectional areas with respect to the length direction of the solid portion where no groove exists is 120 to 320 mm ² .

4. The wafer boat according to claim 3, wherein the number of the supports is 3 or 4.

In the wafer boat, the weight Wb [g] of a wafer boat capable of mounting n semiconductor wafers satisfies the condition of 0.25 × Ww × n> Wb with respect to the weight Ww [g] of one semiconductor wafer. The wafer boat according to any one of claims 2 to 4, wherein the wafer boat is provided .