JPH06275481A - シリコンウエハ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路形成面を上側に位置づけてウエハを水平
状態で熱処理するときに回路形成面に加わる熱変形によ
る圧縮応力を可及的減少させる。 【構成】 シリコンウエハ１１を、鏡面１２（回路形成
面）を凸曲面として断面略弓状に湾曲形成した。熱変形
は、鏡面１２の曲率を増大させる方向に生じるが、変形
方向は重力の作用する方向とは逆であるので、重力によ
って緩和される。鏡面１２を上側に位置づけて熱処理す
ると、鏡面１２に加わる熱変形による圧縮応力が減少す
る。このため、シリコンウエハ１１の結晶の品質が低下
し難い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路形成面を上方へ向
けて熱処理が施されるシリコンウエハに関し、特にその
初期形状に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＭＯＳＬＳＩやバイポーラＬＳＩ
等の半導体装置は、酸化工程，拡散工程，アニール工程
等の多くの熱処理工程を経てシリコンウエハ（以下、単
にウエハという）からなる半導体基板に回路を形成して
いた。これらの熱処理工程は、横型電気炉または縦型電
気炉を使用して行われるが、何れの電気炉を用いる場合
であってもウエハを出し入れする際のウエハの変形が問
題となっている。すなわち、ウエハの回路形成面が圧縮
応力を受けるような凹形状に変形すると、回路形成面に
微小欠陥が発生し、シリコン結晶の品質が低下してしま
うのである。なお、回路形成面が引張り応力を受けて凸
形状になった場合には、その逆と異なりシリコン結晶が
損なわれることはない。

【０００３】このウエハの変形は、ウエハを電気炉に対
して出し入れするときにウエハ支持用石英ボートに触れ
ているウエハ周辺部と、加熱された電気炉内ガスに晒さ
れるウエハ中央部とで温度差が生じることに起因する熱
変形である。その変形時間は数分間継続し、変形量は、
０．１mm〜１mm程度に達する。しかも、この変形量は、
ウエハの直径が大きくなればなるほど急激に大きくな
り、後述するように縦型電気炉を使用する場合の方が横
型電気炉を使用する場合より大きくなる。

【０００４】前記縦型電気炉は、一般に横型電気炉に較
べて炉内の温度制御を行い易い関係から炉の全長を比較
的短くすることができるという利点があるため、ウエハ
の熱処理はこの縦型電気炉を用いることが多い。ところ
が、炉の全長が短くなるために炉口から均熱領域までの
温度勾配が大きくなり、ウエハが急速に昇温されて熱変
形を起こし易くなってしまう。この熱変形を抑制するた
め、従来ではウエハを電気炉に対して出し入れするする
速度を遅くし、ウエハをなるべくゆっくり昇温させるよ
うにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、ウエハの出
し入れ速度を遅くする前記手法を採ると、時間が必要以
上に長くかかり過ぎるため、熱処理を迅速に行うことが
できなくなってしまうという問題が生じる。このため、
ウエハの出し入れ速度を低下させずにウエハの変形を抑
制する別の方法が必要となっていた。

【０００６】この不具合を解消するために発明者らは縦
型電気炉でのウエハの変形現象をより詳細に調べ、ウエ
ハの変形は温度勾配が大きいことに起因して生じるとい
うことの他に、ウエハに加わる重力も一つの因子である
ことを見出した。これを図４および図５によって説明す
る。

【０００７】図４は従来のシリコンウエハを縦型電気炉
用石英ボートに載置させた状態を示す断面図、図５は従
来のシリコンウエハが重力によって変形している状態を
示す断面図である。これらの図において、１はウエハ、
２は縦型電気炉用石英ボートである。この石英ボート２
は、水平状態のウエハ１を間隔をおいて多数上下に重ね
るように支持する構造で、ウエハ周縁部の複数箇所（３
〜４箇所）を支承部２ａによって支承するように構成さ
れている。また、ウエハ１は回路形成面としての鏡面仕
上げされた鏡面１ａを上方へ向けると共に裏面１ｂを下
方へ向けて石英ボート２に支承されている。

【０００８】縦型電気炉では、ウエハ１は図４に示すよ
うに鏡面１ａを上方へ向けて石英ボート２に載置され
る。このように石英ボート２にウエハ１を載置させる
と、各ウエハ１は周縁部の３〜４箇所で支えられるた
め、図５に示すようにウエハ１自体の重量で鏡面１ａが
僅かながら（６インチウエハの場合では１０μｍ〜１５
μｍ）凹面になる。これは、ウエハ１は略平坦に形成さ
れており、ウエハ中央部が下方へ撓むからである。

【０００９】この状態で熱処理を行うと、縦型電気炉に
対する出し入れの途中で凹面の曲率を増大させる方向に
ウエハ１が熱変形を起こすようになる。この熱変形の方
向は重力によるウエハ１の反りの方向と重なるので、ウ
エハ１の変形量はより一層多くなってしまう。すなわ
ち、鏡面１ａに加えられる圧縮応力が熱変形によって増
大され、シリコン結晶が低品質になってしまう。

【００１０】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、回路形成面を上側に位置づけてウエ
ハを水平状態で熱処理するときに、回路形成面に加わる
熱変形による圧縮応力を可及的減少させることを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るシリコンウ
エハは、回路形成面を凸曲面として断面略弓状に湾曲形
成したものである。

【００１２】

【作用】熱変形は、回路形成面の曲率を増大させる方向
に生じるが、この変形方向は重力の作用する方向とは逆
であるので、重力によって緩和される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２に
よって詳細に説明する。図１は本発明に係るシリコンウ
エハの縦断面図、図２は本発明に係るシリコンウエハを
縦型電気炉用石英ボートに載置させた状態を示す断面図
である。これらの図において前記図４および図５で説明
したものと同一もしくは同等部材については、同一符号
を付し詳細な説明は省略する。

【００１４】これらの図において、１１は本発明に係る
シリコンウエハで、このウエハ１１は、回路形成面とし
ての鏡面１２を凸曲面とすると共に裏面１３を凹曲面と
して断面略弓状に湾曲形成されている。このウエハ１１
における周縁に対する中央部の偏在寸法Ｄは、外径を６
インチとした場合では２０μｍに設定した。なお、図１
は、重力の影響が少なくなるようにウエハ１１を鉛直方
向に沿わせて立てた状態を示している。

【００１５】ウエハ１１をこのように断面略弓状に形成
するには、例えば、ウエハ素材を研磨してウエハ１１を
形成するときに、ウエハ素材を断面弓状に削り込むこと
によって行う。

【００１６】このように構成されたウエハ１１を縦型電
気炉用石英ボート２に載置させてウエハ１１の周縁部の
３〜４箇所が支承されると、図２に示すようにウエハ１
１は重力によって下方へ向けて撓み、鏡面１２の曲率は
図１の状態に較べて小さくなる。このときのウエハ中央
部の偏在寸法ｄは、外径６インチのウエハ１１の場合に
は５μｍ〜１０μｍとなる。

【００１７】そして、この状態でウエハ１１を石英ボー
ト２と共に縦型電気炉（図示せず）に対して出し入れす
ると、ウエハ１１は凸形状の曲率が増大する方向（上
方）に熱変形する。ところが、この変形方向は重力方向
とは逆であるため、ウエハ１１を変形させようとする熱
応力は重力によって相殺されるか、あるいは大幅に減少
される。すなわち、重力によって熱変形が緩和されるこ
とになるから、熱変形の量が少なくなる。なお、ウエハ
１１の鏡面１２が引張り応力を受けて凸形状になった場
合は、シリコン結晶の品質が損なわれることがない。

【００１８】ウエハ中央部の前記偏在寸法Ｄを初期状態
で２０μｍとした場合、他工程へ影響が及ぶことが考え
られるが、実質的には問題はない。例えば、最も影響を
受け易い露光工程では、ウエハ１１を真空吸着によって
露光装置に位置決め固定させることによって鏡面１２を
殆ど平坦面とすることができ、結果的に露光性能が損な
われることがない。

【００１９】したがって、鏡面１２（回路形成面）を上
側に位置づけてウエハ１１を水平状態で熱処理するとき
には、ウエハ１１の熱変形は重力によって緩和されるか
ら、鏡面１２に加わる熱変形による圧縮応力が減少する
ことになる。

【００２０】なお、実際のＬＳＩ製造工程ではウエハ表
面に被着する酸化シリコン膜や導電性膜によりウエハは
若干の反りを生じる。このため、実際のウエハの初期形
状は、上述した各種成膜工程に依存した反りを考慮の
上、決定することが望ましい。すなわち、断面略弓状で
あればよく、断面円弧状に形成したり、部分的に曲率を
変化させてもよい。

【００２１】また、図１および図２に示した前記実施例
では、ウエハを断面弓状に湾曲形成するに当たり研磨に
よって行う例を示したが、ウエハの裏面にウエハより熱
膨張率の大きな膜を被着させて行うこともできる。この
例を図３によって説明する。

【００２２】図３はウエハの裏面に熱膨張率の大きな膜
を被着させた他の例を示す断面図である。同図において
前記図１および図２で説明したものと同一もしくは同等
部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。図３において、１４はウエハ１１より熱膨張率の大
きな膜としての窒化シリコン膜である。この窒化シリコ
ン膜１４はウエハ１１の裏面１３に全域にわたって被着
されている。

【００２３】この窒化シリコン膜１４を裏面１３に被着
させるには、従来周知のＣＶＤ法（化学気相成長法）に
よって行う。ＣＶＤ法によって外径６インチのウエハ１
１の裏面１３に窒化シリコン膜１４を０．１μｍ前後の
厚みをもって成膜させると、冷却後にはウエハ１１は中
央部の偏在寸法Ｄが２０μｍ程度となるように湾曲する
ことになる。ＬＳＩ製造工程の全てにわたって窒化シリ
コン膜１４を被着させておけば、前記図２に示したよう
に縦型電気炉用石英ボートにウエハ１１を載置させたと
きでもウエハ１１は中央部の偏在寸法が５μｍ〜１０μ
ｍで鏡面１２側に凸となる形状を保ち続け、所望の効果
を得ることができる。

【００２４】なお、本実施例では窒化シリコン膜１４を
裏面１３に被着させたが、裏面１３に被着させる膜の材
質はウエハ１１より熱膨張率の大きければ適宜変更する
ことができる。

【００２５】さらに、上述した各実施例では外径６イン
チ（約１５０mm）のシリコンウエハを用いたが、外径８
インチ（約２００mm）や１２インチ（約３００mm）のシ
リコンウエハでも本発明を適用できるということはいう
までもない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るシリコ
ンウエハは、回路形成面を凸曲面として断面略弓状に湾
曲形成したため、熱変形は、回路形成面の曲率を増大さ
せる方向に生じるが、この変形方向は重力の作用する方
向とは逆であるので、重力によって緩和される。

【００２７】したがって、回路形成面を上側に位置づけ
てシリコンウエハを水平状態で熱処理すると、シリコン
ウエハの熱変形は重力によって緩和されるから、回路形
成面に加わる熱変形による圧縮応力が減少する。このた
め、シリコンウエハの表面に微小な欠陥が生じたり、シ
リコンウエハ端部が欠けたり、スリップが発生したりす
ることを抑えることができる。その結果、歩留りや信頼
性を向上させることができる。また、スリップが生じた
シリコンウエハは場合によっては割れることがあり、破
片の飛散、ダストの発生によって他のシリコンウエハに
悪影響を及ぼす恐れがあったが、本発明のシリコンウエ
ハを使用することによってこのような不具合が解消され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシリコンウエハの縦断面図であ
る。

【図２】本発明に係るシリコンウエハを縦型電気炉用石
英ボートに載置させた状態を示す断面図である。

【図３】ウエハの裏面に熱膨張率の大きな膜を被着させ
た他の例を示す断面図である。

【図４】従来のシリコンウエハを縦型電気炉用石英ボー
トに載置させた状態を示す断面図である。

【図５】従来のシリコンウエハが重力によって変形して
いる状態を示す断面図である。

【符号の説明】

２ 縦型電気炉用石英ボート １１ シリコンウエハ １２ 鏡面 １４ 窒化シリコン膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路形成面を上方へ向けて熱処理が施さ
   れるシリコンウエハにおいて、回路形成面を凸曲面とし
   て断面略弓状に湾曲形成したことを特徴とするシリコン
   ウエハ。