JP3942317B2

JP3942317B2 - Semiconductor wafer heat treatment holder and heat treatment method

Info

Publication number: JP3942317B2
Application number: JP23444999A
Authority: JP
Inventors: 平辛; 正実天野
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2019-08-20
Also published as: JP2001060559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハ熱処理用保持具に係わり、特に熱処理中に半導体ウェーハに発生するスリップを防止するウェーハ熱処理用保持具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、酸化、拡散等多数の熱処理工程があり、この熱処理工程毎に複数の半導体ウェーハを縦型ウェーハボートに保持し、多数の半導体ウェーハが保持された縦型ウェーハボートを縦型熱処理炉に収納し、加熱して熱処理を行っている。
【０００３】
半導体ウェーハが保持される縦型ウェーハボートは、半導体ウェーハを保持するための多数のスリットを有する棒形状の支持部材を複数本、縦方向に平行に立設した構造になっており、半導体ウェーハは半導体ウェーハの外周部の数点を支持部材のスリットで支持された状態で、縦型熱処理炉で熱処理される。
【０００４】
縦型ウェーハボートの支持部材のスリットで支持された半導体ウェーハは、支持部から自重による応力を受け、さらに熱処理時にはウェーハ面内の温度差によって熱応力を受ける。
【０００５】
これら重畳した応力が半導体ウェーハのシリコン結晶のせん断降伏応力値を越えると、
半導体ウェーハに結晶転位が生じ、結晶の塑性変形であるスリップとなり、半導体ウェーハの品質を低下させる。
【０００６】
なお、半導体ウェーハにスリップを発生させるせん断降伏応力値は高温であるほど小さく、スリップが発生しやすい。
【０００７】
さらに近年、生産性を向上させるため超高温下で熱処理が行われ、また、半導体デバイスの高集積化に伴い半導体ウェーハ１枚あたりのデバイス収率を上げるため、半導体ウェーハの大口径化が進んでおり、熱処理温度の超高温化とウェーハ径の増大により、ウェーハボートの支持部から受ける応力が増大し、スリップ転位が発生しやすくなり、深刻な問題となっている。
【０００８】
そこで、この問題を解決する種々の試みがなされている。
【０００９】
本発明に関連する従来技術として、例えば、特開平５−１５２２２８号公報には、半導体ウェーハよりも大きな円板状のシリコン単結晶、石英もしくはＳｉＣからなる保持部材を、平行に立設された複数本の棒形状支持支柱に設けられた支持部材の支持用溝により支持させ、支持部材上に支持部材よりも小さい半導体ウェーハを保持する方法が開示されている。ここに開示された方法は、支持部材を半導体ウェーハよりも大きく形成することにより、熱処理工程において、半導体ウェーハが支持用溝に接触するのを防止して、半導体ウェーハの破損等を防止するものである。
【００１０】
しかしながら、この発明では、例え円板状の支持部材を用いたとしても、半導体ウェーハと支持部材は面接触となり、半導体ウェーハに局部的な温度低下が起こり、高温熱処理中にスリップが発生することがあった。
【００１１】
また、特開平６−１５１３４７号公報には、半円弧状の支持部材により半導体ウェーハを支持し、縦型炉での熱処理時半導体ウェーハにスリップが発生するのを防止する縦型熱処理炉用ボートが開示されているが、この縦型熱処理炉用ボートは、半円弧形状の支持部材で支持しているため、面積、重量が大きい３００φｍｍの大口径半導体ウェーハ用には適さない。
【００１２】
さらに上述の半円弧形状の支持部材に変えて半導体ウェーハ直径の約０．７倍の直径を有するリング形状の支持部に半導体ウェーハを線接触で支持する構造の縦型熱処理炉用ボートが提案されているが、このボートは半導体ウェーハと支持部の変形により実質的には３点ないし４点支持になってしまい、支持点に応力が集中し、半導体ウェーハのスリップ問題を解決するに至っていない。
【００１３】
また、半導体ウェーハ直径の約０．７倍の直径を有する円周上に３点支持用の支持部を設けた構造の縦型熱処理炉用ボートが提案されているが、支持点に応力が集中し、ウェーハのスリップ問題を解決するに至っていない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、熱処理時保持される半導体ウェーハにスリップが発生しない半導体ウェーハ熱処理用保持具および熱処理方法が要望されている。
【００１５】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、熱処理時保持される半導体ウェーハにスリップが発生しない半導体ウェーハ熱処理用保持具および熱処理方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【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、円板形状の本体と、この本体の上面に本体と同心的に設けられ、かつ前記上面からリング形状に突出した第１支持リングと、この第１支持リングの外側に同心的に形成され、かつ前記上面からリング形状に突出した第２支持リングとを有し、この第２支持リングと第１支持リングの２重リングにより半導体ウェーハを支持する半導体ウェーハ熱処理用保持具であって、
半導体ウェーハが半径Ｒ、ポアソン比νを有し、半径ｂ_１を有する第１支持リングと、
半径ｂ_２を有する第２支持リングとを有し、前記第１支持リングの半径ｂ_１は、前記第２支持リングの半径ｂ_２よりも小さく、かつ
【数５】

【００１７】
（但し、Ｂ_１＝ｂ_１／Ｒ、Ｂ_２＝ｂ_２／Ｒ、ν：半導体ウェーハ材料のポアソン比）
不等式（Ａ）及び（Ｂ）の両方を満足し、前記第１支持リングと前記第２支持リングの支持面は同一平面にあり、この支持面により半導体ウェーハを支持し、
上記Ｂ_１およびＢ_２が
【数６】
０．３＜Ｂ_１＜０．５
０．７＜Ｂ_２＜０．９
であることを特徴とする半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００１８】
本願請求項２の発明では、上記Ｂ_１およびＢ_２が
【数７】
０．３５＜Ｂ_１＜０．４５
０．７５＜Ｂ_２＜０．８５
であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００１９】
本願請求項３の発明では、上記２重リングの断面形状が三角形であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００２０】
本願請求項４の発明では、上記三角形の断面は中空状であることを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００２１】
本願請求項５の発明では、上記２重リングの断面形状が矩形であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００２２】
本願請求項６の発明では、上記矩形の断面は中空であることを特徴とする請求項５に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００２３】
本願請求項７の発明は、円板形状の本体と、この本体の上面に本体と同心的に設けられ、かつ前記上面からリング形状に突出した第１支持リングと、この第１支持リングの外側に同心に形成され、かつ前記上面からリング形状に突出した第２支持リングとを有する半導体ウェーハ熱処理用保持具を用意し、熱処理される半導体ウェーハを第１支持リングと第２支持リングとの２重リングで支持した状態で半導体ウェーハ熱処理用保持具に保持し、しかる後、半導体ウェーハが保持された半導体ウェーハ熱処理用保持具を熱処理装置に収納し、熱処理する半導体ウェーハの熱処理方法であって、、半導体ウェーハが半径Ｒ、ポアソン比νを有し、半径ｂ_１を有する第１支持リングと、半径ｂ_２を有する第２支持リングとを有し、前記第１支持リングの半径ｂ_１は、前記第２支持リングの半径ｂ_２よりも小さく、かつ
【数８】

（但し、Ｂ_１＝ｂ_１／Ｒ、Ｂ_２＝ｂ_２／Ｒ、ν：半導体ウェーハ材料のポアソン比）
不等式（Ａ）及び（Ｂ）の両方を満足し、前記第１支持リングと前記第２支持リングの支持面は同一平面にあり、この支持面により半導体ウェーハを支持することを特徴とする半導体ウェーハ熱処理方法であることを要旨としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具および熱処理方法の一実施の形態について添付図面に基づき説明する。
【００２５】
図１に示すように本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用治具、例えば枚葉式ウェーハボート１は、外周にリング状の立上部２を有する円板形状の本体３と、この本体３に同心的に設けられ、本体３からリング形状に突出し、内側に位置する第１支持リング４と、本体３から突出し、第１支持リング４の外側に同心に形成されて２重リング形状をなす第２支持リング５とを有している。
【００２６】
枚葉式ウェーハボート１は半導体ウェーハＳｂを第１支持リング４と第２支持リング５との２重リングにより支持し、従来と同様にして熱処理を行なう。
【００２７】
また、半導体ウェーハＳｂを支持する第１支持リング４は半径がｂ_１であり、第２支持リング５の半径がｂ_２であり、かつ、両支持リング４、５は、同一高さ（同一平面）の支持面４ｓ、５ｓを有しており、支持面４ｓと支持面５ｓのみが半導体ウェーハＳｂと接触し、枚葉式ウェーハボート１の他の部位は接触せず、半導体ウェーハＳｂと本体３間にギャップｐが形成され、半導体ウェーハＳｂが均一に加熱されるようになっている。
【００２８】
枚葉式ウェーハボート１は、例えば、高純度で耐熱性を有する燒結ＳｉＣにより一体的に形成され、その表面にはさらに高純度化するために、ＣＶＤによりＳｉＣ膜が被覆されている。
【００２９】
図７に模式的に示すように、円板形状の半導体ウェーハＳｂが半径ｂの支持リングにより水平に保持されたとき、半導体ウェーハＳｂは自重により撓む。半導体ウェーハＳｂの半径ｒにおける撓み量ｗは、次式により表示される（ｗが正となるとき、支持リング面より低く撓んでいることを意味する）。
【００３０】
【数９】

【００３１】
これに対し、同一支持面にある２つの支持リングによる２重リング支持の場合では、図１に模式的に示すように、半導体ウェーハＳｂは、一方の支持リングにより支持される場合、他方の支持リングの位置での撓みは正にならないと、他方の支持リングで半導体ウェーハＳｂを支持することが実現しない。
【００３２】
すなわち、一方の支持リングの半径が決められたら、他方の支持リングの半径は、一義的にある範囲に拘束される。
【００３３】
ここで、第１支持リング（内側支持リング）４の半径をｂ_１、第２支持リング（外側支持リング）５の半径をｂ_２（ｂ_１＜ｂ_２）とする場合、ｂ_１とｂ_２の以下の関係により規定される。
【００３４】
【数１０】

但し、Ｂ_１＝ｂ_１／Ｒ、Ｂ_２＝ｂ_２／Ｒ
【００３５】
半導体ウェーハＳｂの原料であるシリコンのポアソン比νは０．３であるので、式（Ａ）および式（Ｂ）からＢ_１およびＢ_２は図６に示すような範囲の値をとることができる。
【００３６】
第１支持リング４の半径ｂ_１は、半導体ウェーハＳｂの半径Ｒに対して、すなわち、Ｂ_１（＝ｂ_１／Ｒ）は、０より大きく０．７より小さく、かつ、第２支持リング５の半径ｂ_２は、半導体ウェーハＳｂの半径Ｒに対して、すなわち、Ｂ_２（＝ｂ_２／Ｒ）は、０．６６より大きく１．０より小さい範囲で、２重支持が可能である。２つの第１支持リング４と第２支持リング５にかかる荷重をバランスよくとるためには、Ｂ_１は０．３より大きく０．５より小さく、かつ、Ｂ_２は、０．７より大きく０．９より小さい範囲に第１支持リング４と第２支持リング５の半径を選択することが好ましい。
【００３７】
さらには、Ｂ_１は０．３５より大きく０．４５より小さく、かつ、Ｂ_２は、０．７５より大きく０．８５より小さい範囲で第１支持リング４と第２支持リング５の半径を選択することが最も好ましい。
【００３８】
例えば、半導体ウェーハ熱処理用保持具１を用いて、直径２００ｍｍ（Ｒ＝１００ｍｍ）、３００ｍｍ（Ｒ＝１５０ｍｍ）および４００ｍｍ（Ｒ＝２００ｍｍ）の半導体ウェーハＳｂを保持する場合には、表１で示すように第１支持リング４の半径ｂ_１と第２支持リング５の半径ｂ_２が決定される。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１からも明らかなように、直径３００ｍｍ（Ｒ＝１５０ｍｍ）の半導体ウェーハＳｂを保持する半導体ウェーハ熱処理用保持具１の最も好ましい第１支持リング４の半径ｂ_１と第２支持リング５の半径ｂ_２は、５２．５＜ｂ_１＜６７．５、１１２．５＜ｂ_２＜１２７．５であることがわかる。
【００４１】
なお、図４に示す他の実施形態の半導体ウェーハ熱処理用保持具６のように、本体７から突出する第１支持リング８と第２支持リング９の形状は、上記実施形態のように断面形状が三角形に限らず、台形等を含む矩形でもよく、この場合には、支持面８ｓ、９ｓは平面状になるが、実際の半導体ウェーハＳｂの支持は支持面のそれぞれの側の角部８ｃ、９ｃで行われる。
【００４２】
また、三角形、矩形の断面形状の第１支持リングと第２支持リングは、中空形状に限らず、中実形状であってもよい。
【００４３】
さらに、第１支持リングと第２支持リングは必ずしも完全なリング形状でなくてもよく、部分的に不連続であっても、実質的にリング形状をなしていればよい。
【００４４】
次に本発明に係わる熱処理方法について説明する。
【００４５】
図１および図２に示すように、半導体ウェーハＳｂを第１支持リング４と第２支持リング５に支持させ、半導体ウェーハ熱処理用保持具１で同心的に保持し、半導体ウェーハＳｂが保持された半導体ウェーハ熱処理用保持具１を、図５に示すように、枚葉式ウエーハ熱処理装置１１の装置本体１２内に収納する。
【００４６】
しかる後、発熱体１３により石英ガラス窓１４を介して半導体ウェーハＳｂを加熱し、
熱処理用ガスをガス供給口１５から、ガス分配板１６を介してガスを加熱室１７に供給して、半導体ウェーハＳｂを熱処理し、ガスを排気口１８から排出して、半導体ウェーハＳｂの熱処理を行う。
【００４７】
この熱処理工程において、半導体ウェーハＳｂは半導体ウェーハ熱処理用保持具１の第１支持リング４の支持面４ｓと第２支持リング５の支持面５ｓで支持され、さらには、第１支持リング４の半径ｂ_１と第２支持リング５の半径ｂ_２が特定範囲に規定され、例えば、半導体ウェーハＳｂは式（Ａ）、式（Ｂ）を満足する半径ｂ_１、ｂ_２を有する第１支持リング４と第２支持リング５により支持されているので、半導体ウェーハＳｂに撓みが生じず、従って、半導体ウェーハＳｂに応力の発生がなく、撓みによる応力と熱処理による熱応力との重畳によりスリップが生じることもない。
【００４８】
また、枚葉式ウェーハボート１の円板形状の本体３には、第１支持リング４と第２支持リング５とが同心的に設けられているので、本体３の剛性が増し、本体３を薄くすることができ、枚葉式ウェーハボート１の熱追従性を向上させることができ、半導体ウェーハＳｂの均一加熱性が向上し、さらに生産性の向上にも寄与できる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具によれば、熱処理時保持される半導体ウェーハにスリップが発生しない半導体ウェーハ熱処理用保持具を提供することができる。
【００５０】
すなわち、円板形状の本体と、この本体の上面に本体と同心的に設けられ、かつ上面からリング形状に突出した第１支持リングと、この第１支持リングの外側に同心的に形成され、かつ上面からリング形状に突出した第２支持リングとを有し、半導体ウェーハを第１支持リングと第２支持リングとの２重リングで支持する半導体ウェーハ熱処理用保持具であるので、超高温加熱時等においても、半導体ウェーハに撓みが生じず、従って、半導体ウェーハに応力の発生がなく、撓みによる応力と熱処理による熱応力との重畳によりスリップが生じることもなく、さらに本体の剛性が増し、本体を薄くすることができ、半導体ウェーハ熱処理用保持具の熱追従性を向上させることができ、半導体ウェーハの均一加熱性が向上し、さらに生産性の向上にも寄与でき、枚葉式ウェーハボートに適する半導体ウェーハ熱処理用保持具を提供することができる。
【００５１】
また、半導体ウェーハ熱処理用保持具に設けられた第１支持リングの半径と第２支持リングの半径は不等式（Ａ）、（Ｂ）を満足し、第１支持リングと第２支持リングの支持面は同一平面にあり、この支持面により半導体ウェーハを支持するので、半導体ウェーハにかかる応力を緩和することができ、保持時、スリップが発生しない半導体ウェーハ熱処理用保持具を提供することができる。
【００５２】
また、Ｂ_１（＝ｂ_１／Ｒ）およびＢ_２（＝ｂ_２／Ｒ）が、０＜Ｂ_１＜０．７、０．６６＜Ｂ_２＜１．０であるので、半導体ウェーハにかかる応力を緩和することができる。
【００５３】
また、Ｂ_１およびＢ_２が、０．３＜Ｂ_１＜０．５、０．７＜Ｂ_２＜０．９であるので、
半導体ウェーハにかかる応力を確実に緩和することができる。
【００５４】
また、Ｂ_１およびＢ_２が、０．３５＜Ｂ_１＜０．４５、０．７５＜Ｂ_２＜０．８５であるので、半導体ウェーハにかかる応力をさらに確実に緩和することができる。
【００５５】
また、２重リングの断面形状が三角形であるので、支持面の熱容量を減じることができ、半導体ウェーハにスリップが発生するのを防止できる。
【００５６】
また、三角形の断面は中空状であるので、さらに支持面の熱容量を減じることができ、
半導体ウェーハにスリップが発生するのを防止できる。
【００５７】
また、２重リングの断面形状が矩形であるので、さらに本体の剛性を増すことができる。
【００５８】
また、矩形の断面は中空であるので、本体の剛性を増しながら、支持面の熱容量を減じることができ、半導体ウェーハにスリップが発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具の断面図。
【図２】本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具の平面図。
【図３】本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具で半導体ウェーハを保持した状態の模式図。
【図４】本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具に設けられた第１支持リングの半径と第２支持リングの半径の範囲を示す説明図。
【図５】本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具の他の実施形態の断面図。
【図６】本発明に係わる半導体ウェーハ熱処方法を説明する説明図。
【図７】１重支持リングで半導体ウェーハを支持した場合の撓み状態を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
１枚葉式ウェーハボート
２立上部
３本体
４第１支持リング
４ｓ支持面
５第２支持リング
５ｓ支持面
６半導体ウェーハ熱処理用保持具
７本体
８第１支持リング
８ｓ支持面
９第２支持リング
９ｓ支持面
１１枚葉式ウェーハ熱処理装置
１２装置本体
１３発熱体
１４石英ガラス窓
１５ガス供給口
１６ガス分配板
１７加熱室
１８ガスを排気口
Ｓｂ半導体ウェーハ
ｐギャップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor wafer heat treatment holder, and more particularly to a wafer heat treatment holder that prevents slip generated in a semiconductor wafer during heat treatment.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of a semiconductor device, there are a number of heat treatment processes such as oxidation and diffusion. A plurality of semiconductor wafers are held in a vertical wafer boat for each heat treatment process, and a vertical wafer boat holding a number of semiconductor wafers is provided. It is housed in a vertical heat treatment furnace and heated for heat treatment.
[0003]
A vertical wafer boat that holds semiconductor wafers has a structure in which a plurality of bar-shaped support members having a large number of slits for holding semiconductor wafers are erected in parallel in the vertical direction. Heat treatment is performed in a vertical heat treatment furnace with several points on the outer periphery of the semiconductor wafer being supported by the slits of the support member.
[0004]
The semiconductor wafer supported by the slit of the support member of the vertical wafer boat receives stress due to its own weight from the support portion, and further receives thermal stress due to a temperature difference in the wafer surface during heat treatment.
[0005]
When these superimposed stresses exceed the shear yield stress value of the silicon crystal of the semiconductor wafer,
Crystal dislocation occurs in the semiconductor wafer, resulting in slip, which is plastic deformation of the crystal, and degrades the quality of the semiconductor wafer.
[0006]
It should be noted that the shear yield stress value that causes slip in the semiconductor wafer is smaller as the temperature is higher, and slip is likely to occur.
[0007]
Furthermore, in recent years, heat treatment is performed at an ultra-high temperature in order to improve productivity, and in order to increase the device yield per semiconductor wafer as semiconductor devices are highly integrated, the diameter of semiconductor wafers has been increased. As the heat treatment temperature becomes extremely high and the wafer diameter increases, the stress received from the support portion of the wafer boat increases, and slip dislocation tends to occur, which is a serious problem.
[0008]
Therefore, various attempts have been made to solve this problem.
[0009]
As a conventional technique related to the present invention, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-152228, a plurality of holding members made of a disk-like silicon single crystal, quartz, or SiC larger than a semiconductor wafer are installed in parallel. A method is disclosed in which a semiconductor wafer smaller than the support member is held on the support member by being supported by the support groove of the support member provided on the rod-shaped support column of the book. The method disclosed here is to prevent the semiconductor wafer from being damaged by preventing the semiconductor wafer from contacting the support groove in the heat treatment process by forming the support member larger than the semiconductor wafer. is there.
[0010]
However, in this invention, even if a disk-shaped support member is used, the semiconductor wafer and the support member are in surface contact, a local temperature drop occurs in the semiconductor wafer, and slip may occur during high-temperature heat treatment. there were.
[0011]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-151347 discloses a vertical heat treatment furnace boat that supports a semiconductor wafer by a semicircular arc-shaped support member and prevents the semiconductor wafer from slipping during heat treatment in the vertical furnace. Although disclosed, this vertical heat treatment furnace boat is supported by a semicircular arc-shaped support member, and therefore is not suitable for a large-diameter semiconductor wafer having a large area and weight of 300 mm.
[0012]
Furthermore, a vertical heat treatment furnace boat having a structure in which a semiconductor wafer is supported by line contact on a ring-shaped support portion having a diameter of about 0.7 times the diameter of the semiconductor wafer is proposed instead of the semicircular arc-shaped support member described above. However, this boat is substantially supported by three to four points due to deformation of the semiconductor wafer and the support portion, and stress is concentrated on the support point, and the slip problem of the semiconductor wafer has not been solved.
[0013]
In addition, a vertical heat treatment furnace boat having a structure in which a support portion for supporting three points is provided on a circumference having a diameter approximately 0.7 times the diameter of a semiconductor wafer has been proposed, but stress is concentrated on the support points. However, the wafer slip problem has not been solved.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, there is a demand for a semiconductor wafer heat treatment holder and a heat treatment method that do not cause slip in the semiconductor wafer held during heat treatment.
[0015]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor wafer heat treatment holder and a heat treatment method in which slip does not occur in a semiconductor wafer held during heat treatment.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 of the present application is a disc-shaped main body , and a first support ring that is provided concentrically with the main body on the upper surface of the main body and projects from the upper surface into a ring shape And a second support ring formed concentrically on the outside of the first support ring and projecting in a ring shape from the upper surface , and a semiconductor formed by a double ring of the second support ring and the first support ring. A semiconductor wafer heat treatment holder for supporting a wafer,
A first support ring in which the semiconductor wafer has a radius R, a Poisson's ratio ν, and a radius b ₁ ;
A second support ring having a radius b ₂ , wherein the radius b ₁ of the first support ring is smaller than the radius b ₂ of the second support ring, and

[0017]
(B ₁ = b ₁ / R, B ₂ = b ₂ / R, ν: Poisson's ratio of semiconductor wafer material)
Both the inequalities (A) and (B) are satisfied, the support surfaces of the first support ring and the second support ring are in the same plane, and the semiconductor wafer is supported by this support surface,
B ₁ and B ₂ above are
0.3 <B ₁ <0.5
0.7 <B ₂ <0.9
The gist of the present invention is a holder for heat treatment of a semiconductor wafer.
[0018]
In the invention of claim 2 of the present application, B ₁ and B ₂ are
0.35 <B ₁ <0.45
0.75 <B ₂ <0.85
The gist of the present invention is the holder for heat treatment of a semiconductor wafer according to claim 1 .
[0019]
The gist of the invention of claim 3 is the semiconductor wafer heat treatment holder according to

claim

1 or 2 , wherein the double ring has a triangular cross-sectional shape.
[0020]
The invention of claim 4 of the present application is summarized as the semiconductor wafer heat treatment holder according to claim 3 , wherein the triangular cross section is hollow.
[0021]
The gist of the invention of claim 5 is the semiconductor wafer heat treatment holder according to

claim

1 or 2 , wherein the double ring has a rectangular cross-sectional shape.
[0022]
The gist of the invention of claim 6 is the semiconductor wafer heat treatment holder according to claim 5 , wherein the rectangular cross section is hollow.
[0023]
The invention of claim 7 includes a disc-shaped main body, a first support ring provided concentrically with the main body on the upper surface of the main body and projecting in a ring shape from the upper surface, and an outer side of the first support ring. A semiconductor wafer heat treatment holder having a second support ring formed concentrically and projecting in a ring shape from the upper surface , and the semiconductor wafer to be heat treated is divided into two of the first support ring and the second support ring. A semiconductor wafer heat treatment method of holding a semiconductor wafer heat treatment holder holding a semiconductor wafer in a state where it is supported by a heavy ring, and then storing the semiconductor wafer heat treatment holder in a heat treatment apparatus. A semiconductor wafer having a radius R, a Poisson's ratio ν, a first support ring having a radius b _1, and a second support ring having a radius b ₂ ; The radius b ₁ of the ring is smaller than the radius b ₂ of the second support ring, and

(B ₁ = b ₁ / R, B ₂ = b ₂ / R, ν: Poisson's ratio of semiconductor wafer material)
Both the inequality (A) and (B) are satisfied, and the support surfaces of the first support ring and the second support ring are in the same plane, and the semiconductor wafer is supported by the support surface. The gist is that it is a heat treatment method.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS An embodiment of a semiconductor wafer heat treatment holder and a heat treatment method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0025]
As shown in FIG. 1, a semiconductor wafer heat treatment jig according to the present invention, for example, a single wafer boat 1, includes a disc-shaped main body 3 having a ring-shaped upright portion 2 on the outer periphery, and a concentric structure with the main body 3. A first support ring 4 that protrudes in a ring shape from the main body 3 and is located on the inner side, and a second support that protrudes from the main body 3 and is concentrically formed on the outer side of the first support ring 4 to form a double ring shape And a ring 5.
[0026]
The single wafer boat 1 supports the semiconductor wafer Sb by a double ring of a first support ring 4 and a second support ring 5 and performs heat treatment in the same manner as in the prior art.
[0027]
The first support ring 4 that supports the semiconductor wafer Sb has a radius b ₁ , the second support ring 5 has a radius b ₂ , and both the support rings 4 and 5 have the same height (same plane). ), And only the support surface 4s and the support surface 5s are in contact with the semiconductor wafer Sb, and the other parts of the single wafer wafer boat 1 are not in contact with each other, and the semiconductor wafer Sb and the main body 3 are in contact with each other. A gap p is formed between them, and the semiconductor wafer Sb is heated uniformly.
[0028]
The single wafer boat 1 is integrally formed of sintered SiC having high purity and heat resistance, for example, and the surface thereof is covered with a SiC film by CVD in order to further increase the purity.
[0029]
As schematically shown in FIG. 7, when the disk-shaped semiconductor wafer Sb is held horizontally by the support ring having the radius b, the semiconductor wafer Sb bends by its own weight. The deflection amount w of the semiconductor wafer Sb at the radius r is expressed by the following equation (when w is positive, it means that the deflection is lower than the support ring surface).
[0030]
[Equation 9]

[0031]
On the other hand, in the case of double ring support by two support rings on the same support surface, as schematically shown in FIG. 1 , when the semiconductor wafer Sb is supported by one support ring, the other support is provided. If the bending at the position of the ring does not become positive, it is not possible to support the semiconductor wafer Sb with the other support ring.
[0032]
That is, once the radius of one support ring is determined, the radius of the other support ring is uniquely constrained to a certain range.
[0033]
Here, when the radius of the first support ring (inner support ring) 4 is b ₁ and the radius of the second support ring (outer support ring) 5 is b ₂ (b ₁ <b ₂ ), b ₁ and b ₂ Is defined by the following relationship.
[0034]
[Expression 10]

However, B ₁ = b ₁ / R, B ₂ = b ₂ / R
[0035]
Since the Poisson's ratio ν of silicon which is the raw material of the semiconductor wafer Sb is 0.3, B ₁ and B ₂ can take values in the range shown in FIG. 6 from the formulas (A) and (B). .
[0036]
The radius b ₁ of the first support ring 4 is relative to the radius R of the semiconductor wafer Sb, that is, B ₁ (= b ₁ / R) is greater than 0 and less than 0.7, and the second support ring 5 The radius b ₂ of the semiconductor wafer Sb can be supported twice with respect to the radius R of the semiconductor wafer Sb, that is, B ₂ (= b ₂ / R) is larger than 0.66 and smaller than 1.0. To take a well-balanced load applied two first support ring 4 to the second support ring 5, _{B 1} is less than 0.5 greater than 0.3, and, _{B 2} is greater than 0.7 0 It is preferable to select the radii of the first support ring 4 and the second support ring 5 in a range smaller than .9.
[0037]
Further, the radius of the first support ring 4 and the second support ring 5 is selected in a range where B ₁ is larger than 0.35 and smaller than 0.45 and B ₂ is larger than 0.75 and smaller than 0.85. Most preferably.
[0038]
For example, when the semiconductor wafer heat treatment holder 1 is used to hold a semiconductor wafer Sb having a diameter of 200 mm (R = 100 mm), 300 mm (R = 150 mm), and 400 mm (R = 200 mm), as shown in Table 1. the radius b ₁ of the first support ring 4 radius b ₂ of the second support ring 5 is determined.
[0039]
[Table 1]

[0040]
As is clear from Table 1, the most preferable radius b ₁ of the first support ring 4 and the radius of the second support ring 5 of the holder for heat treating a semiconductor wafer 1 holding the semiconductor wafer Sb having a diameter of 300 mm (R = 150 mm). b ₂ _is found to be _{52.5 <b 1 <67.5,112.5 <b} 2 <127.5.
[0041]
In addition, like the semiconductor wafer heat treatment holder 6 of another embodiment shown in FIG. 4, the shapes of the first support ring 8 and the second support ring 9 protruding from the main body 7 are cross-sectional shapes as in the above embodiment. Is not limited to a triangle but may be a rectangle including a trapezoid or the like. In this case, the support surfaces 8s and 9s are planar, but the actual support of the semiconductor wafer Sb is supported by the corners 8c on the respective sides of the support surface. Done in 9c.
[0042]
Further, the first support ring and the second support ring having a triangular or rectangular cross-sectional shape are not limited to a hollow shape, and may be a solid shape.
[0043]
Furthermore, the first support ring and the second support ring do not necessarily have to be completely ring-shaped, and may be partially discontinuous or substantially ring-shaped.
[0044]
Next, the heat treatment method according to the present invention will be described.
[0045]
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor wafer Sb is supported by the first support ring 4 and the second support ring 5 and concentrically held by the semiconductor wafer heat treatment holder 1, and the semiconductor wafer Sb is held. The semiconductor wafer heat treatment holder 1 is housed in the apparatus main body 12 of the single wafer heat treatment apparatus 11 as shown in FIG.
[0046]
Thereafter, the semiconductor wafer Sb is heated by the heating element 13 through the quartz glass window 14,
A gas for heat treatment is supplied from the gas supply port 15 to the heating chamber 17 through the gas distribution plate 16 to heat-treat the semiconductor wafer Sb, and a gas is discharged from the exhaust port 18 to heat-treat the semiconductor wafer Sb. Do.
[0047]
In this heat treatment step, the semiconductor wafer Sb is supported by the support surface 4s of the first support ring 4 and the support surface 5s of the second support ring 5 of the semiconductor wafer heat treatment holder 1, and the radius of the first support ring 4 is further increased. The radius b _{2 of} b ₁ and the second support ring 5 is defined within a specific range. For example, the semiconductor wafer Sb has the radii b ₁ and b ₂ that satisfy the expressions (A) and (B). And the second support ring 5, the semiconductor wafer Sb is not bent, and therefore, no stress is generated in the semiconductor wafer Sb, and slip is generated due to superposition of the stress caused by the deflection and the thermal stress caused by the heat treatment. Nor.
[0048]
Further, since the disc-shaped main body 3 of the single wafer boat 1 is provided with the first support ring 4 and the second support ring 5 concentrically, the rigidity of the main body 3 increases, The thickness can be reduced, the thermal followability of the single wafer boat 1 can be improved, the uniform heating property of the semiconductor wafer Sb can be improved, and the productivity can also be improved.
[0049]
【The invention's effect】
According to the semiconductor wafer heat treatment holder according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor wafer heat treatment holder in which no slip occurs in the semiconductor wafer held during the heat treatment.
[0050]
That is, a disc-shaped main body, a first support ring provided concentrically with the main body on the upper surface of the main body and projecting in a ring shape from the upper surface, and formed concentrically on the outer side of the first support ring, And a second support ring that protrudes in a ring shape from the upper surface, and is a semiconductor wafer heat treatment holder that supports the semiconductor wafer with a double ring of the first support ring and the second support ring. Even at times, there is no bending of the semiconductor wafer, so there is no generation of stress in the semiconductor wafer, no slip is generated due to the superposition of the stress due to bending and the thermal stress due to heat treatment, and the rigidity of the main body is further increased. The main body can be thinned, the heat followability of the semiconductor wafer heat treatment holder can be improved, the uniform heating of the semiconductor wafer can be improved, and the productivity can be improved. Also contributes to, it is possible to provide a semiconductor wafer heat-treating holder suitable for single wafer boat.
[0051]
Further, the radius of the first support ring and the radius of the second support ring provided in the semiconductor wafer heat treatment holder satisfy the inequalities (A) and (B), and the support surfaces of the first support ring and the second support ring. Since the semiconductor wafer is supported by the support surface, the stress applied to the semiconductor wafer can be relieved, and a semiconductor wafer heat treatment holder that does not generate a slip during holding can be provided.
[0052]
In addition, since B ₁ (= b ₁ / R) and B ₂ (= b ₂ / R) are 0 <B ₁ <0.7 and 0.66 <B ₂ <1.0, it is applied to the semiconductor wafer. Stress can be relaxed.
[0053]
Also, since B ₁ and B ₂ are 0.3 <B ₁ <0.5 and 0.7 <B ₂ <0.9,
The stress applied to the semiconductor wafer can be reliably relieved.
[0054]
Further, _{B 1} and _{B 2} _are, because it is _{0.35 <B 1 <0.45,0.75 <B} 2 <0.85, it is possible to more reliably relieve the stress applied to the semiconductor wafer.
[0055]
In addition, since the cross-sectional shape of the double ring is a triangle, the heat capacity of the support surface can be reduced, and slippage can be prevented from occurring in the semiconductor wafer.
[0056]
In addition, since the triangular cross section is hollow, the heat capacity of the support surface can be further reduced,
Slip can be prevented from occurring in the semiconductor wafer.
[0057]
Moreover, since the cross-sectional shape of the double ring is rectangular, the rigidity of the main body can be further increased.
[0058]
In addition, since the rectangular cross section is hollow, the heat capacity of the support surface can be reduced while increasing the rigidity of the main body, and it is possible to prevent the semiconductor wafer from slipping.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor wafer heat treatment holder according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a semiconductor wafer heat treatment holder according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a state in which a semiconductor wafer is held by a semiconductor wafer heat treatment holder according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing a range of a radius of a first support ring and a radius of a second support ring provided in a holder for heat treatment of a semiconductor wafer according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of another embodiment of a semiconductor wafer heat treatment holder according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a semiconductor wafer heat treatment method according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a bent state when a semiconductor wafer is supported by a single support ring.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single wafer type wafer boat 2 Upright part 3 Main body 4 1st support ring 4s Support surface 5 2nd support ring 5s Support surface 6 Holder 7 for semiconductor wafer heat processing Main body 8 1st support ring 8s Support surface 9 2nd support ring 9s Support surface 11 Single wafer heat treatment device 12 Device body 13 Heating element 14 Quartz glass window 15 Gas supply port 16 Gas distribution plate 17 Heating chamber 18 Gas exhaust port Sb Semiconductor wafer p Gap

Claims

A disc-shaped main body, a first support ring provided concentrically with the main body on the upper surface of the main body and projecting in a ring shape from the upper surface, formed concentrically on the outer side of the first support ring, and A second support ring projecting in a ring shape from the upper surface, and a semiconductor wafer heat treatment holder for supporting a semiconductor wafer by a double ring of the second support ring and the first support ring,
A first support ring in which the semiconductor wafer has a radius R, a Poisson's ratio ν, and a radius b ₁ ;
A second support ring having a radius b ₂ , the radius b ₁ of the first support ring being smaller than the radius b ₂ of the second support ring, and

(B ₁ = b ₁ / R, B ₂ = b ₂ / R, ν: Poisson's ratio of semiconductor wafer material)
Both the inequalities (A) and (B) are satisfied, the support surfaces of the first support ring and the second support ring are in the same plane, and the semiconductor wafer is supported by this support surface,
B ₁ and B ₂ above

A holder for heat treatment of a semiconductor wafer.

B ₁ and B ₂ above

The holder for heat-treating a semiconductor wafer according to claim 1, wherein:

The semiconductor wafer heat treatment holder according to claim 1 or 2, wherein the double ring has a triangular cross-sectional shape.

The semiconductor wafer heat-treating holder according to claim 3, wherein the triangular cross section is hollow.

The semiconductor wafer heat treatment holder according to claim 1 or 2, wherein the double ring has a rectangular cross-sectional shape.

6. The semiconductor wafer heat treatment holder according to claim 5, wherein the rectangular cross section is hollow.

A disk-shaped main body, a first support ring provided concentrically with the main body on the upper surface of the main body and projecting in a ring shape from the upper surface; formed concentrically on the outer side of the first support ring; and A semiconductor wafer heat treatment holder having a second support ring projecting in a ring shape from the upper surface is prepared, and the semiconductor wafer is supported by a double ring of the first support ring and the second support ring. A semiconductor wafer heat treatment method in which a semiconductor wafer heat treatment holder on which a semiconductor wafer is held is accommodated in a heat treatment apparatus and heat treated, and the semiconductor wafer has a radius R and a Poisson's ratio. has a [nu, has a first support ring having a radius b _1, and a second support ring having a radius b _2, the radius b ₁ of the first support ring, said Smaller than the radius b ₂ of the second support ring, and

(B ₁ = b ₁ / R, B ₂ = b ₂ / R, ν: Poisson's ratio of semiconductor wafer material)
Both the inequality (A) and (B) are satisfied, and the support surfaces of the first support ring and the second support ring are in the same plane, and the semiconductor wafer is supported by the support surface. Heat treatment method.