WO2008047752A1 - Procédé de maintien d'une plaquette de silicium, dispositif de serrage pour traitement thermique, et plaquette traitée thermiquement - Google Patents

Procédé de maintien d'une plaquette de silicium, dispositif de serrage pour traitement thermique, et plaquette traitée thermiquement Download PDF

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Takayuki Kihara
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Definitions

  • the present invention relates to a method for supporting a silicon wafer and a heat treatment jig for heat treatment while supporting the back surface of the silicon wafer, and a heat treatment wafer obtained thereby.
  • a wafer support (hereinafter referred to as "wafer support”) that supports the wafer at three or four points on the outer periphery of the wafer back surface.
  • "Support boat” a wafer support that supports the wafer at three or four points on the outer periphery of the wafer back surface.
  • the support boat 1 is composed of three or four support columns 3 and an upper top plate 5 and a lower top plate 6 for fixing the support columns 3 in the vertical position, and an opening 2 is provided.
  • Wafer support portions 4 are arranged on the column 3, and after placing a silicon wafer on the support portion 4 from the opening 2 side, it is inserted into a vertical heat treatment furnace and subjected to predetermined heat treatment.
  • a wafer support jig is known in which the contact area between the wafer and the support portion is increased in order to disperse the load of the wafer and reduce the self-weight stress as much as possible.
  • the processing accuracy of the support jig or the contact surface between the wafer and the support part Depending on the groove, the weight of the wafer is concentrated on a specific part of the contact surface, for example, a single point, and this contact point is the origin of slip generation. May be.
  • the wafer support jig in order to avoid such a state where the contact point is the starting point of the occurrence of slipping, the wafer may be controlled so as to contact the entire surface of the support portion in all the grooves. It is difficult as a matter of fact. For this reason, a support jig with a large contact area between the wafer and the support part shows a sufficient slip suppression effect!
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9139352 discloses an invention related to a vertical furnace wafer board that can reduce the generation of stress due to the weight of the wafer. Among them, twelve screws that control the slip of the silicon wafer are disclosed. The critical shear stress when a constant thermal stress is applied to the wafer is calculated by calculation.
  • the crystal orientations 110> and 100> are less prone to slip, and therefore, by holding the wafer in the ⁇ 100> or ⁇ 110> crystal orientation on the (001) wafer backside, It is said that the occurrence of slip can be suppressed.
  • the problem of slip generation is not limited to the batch type vertical heat treatment furnace, but is a process that performs heat treatment by partially supporting the backside of the wafer, such as a single wafer heat treatment furnace or an epitaxial growth treatment furnace. This is a common issue.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to connect a silicon wafer having a crystal orientation of ⁇ 100> or 110>!
  • the stress shear stress
  • the growth of silicon wafers during heat treatment is greatly improved by suppressing slip growth. It is an object of the present invention to provide a silicon wafer supporting method capable of achieving the above, a heat treatment jig used for carrying out this method, and a high quality heat treatment wafer obtained by using these methods and jigs.
  • the present inventor has made extensive studies in order to achieve the above object.
  • the shear stress contributing to the progress of slip varies greatly depending on the position in the circumferential direction, and the position where the wafer is supported (support area) It was found that the shear stress can be kept low and the growth and progress of the slip can be suppressed by properly defining the thickness.
  • the present invention has been made based on such knowledge, and the gist thereof lies in the following (1) silicon wafer support method, (2) heat treatment jig, and (3) heat treatment wafer.
  • the "fan-shaped wafer surface in the range of 40 ° to 60 °” means that the central point of the wafer is the center of the fan, the radius indicating the direction of 40 ° and the radius indicating the direction of 60 °.
  • the fan-shaped wafer surface with the outer periphery of the wafer as the arc-shaped part of the fan is! / This fan-shaped wafer surface is made part of the position to support the wafer.
  • “40 ° to 60 °” means the above-mentioned group. Either the positive direction (here, the counterclockwise direction is the positive direction) or the reverse direction may be used.
  • the "the wafer surface obtained by rotating the fan-shaped wafer surface at a cycle of 90 °" indicates another position for supporting the wafer. That is, the fan-shaped wafer surface obtained by turning (shifting) the fan-shaped wafer surface by 90 ° in the circumferential direction is used as a support position. Since it is rotated in 90 ° cycles (ie, it is shifted 90 ° in the forward or reverse direction), for example, a fan-shaped wafer surface in the range of 40 ° to 60 ° can be moved in either forward or reverse direction. If it is shifted four times, it will overlap the first 40 ° -60 ° range. In other words, there are four wafer support positions (regions) that can keep the shear stress contributing to slip progression low. In the support method of the present invention, the wafer is usually supported at three of these four locations.
  • a silicon-based heat treatment jig configured to support a back surface of a silicon wafer having a crystal orientation of ⁇ 100> or a silicon wafer having a crystal orientation of ⁇ 110>, wherein ⁇ 110>
  • the center of the silicon wafer and the fan-shaped wafer surface in the range of 40 ° to 60 ° with reference to the direction of ⁇ 100> parallel to the surface of the silicon wafer,
  • the fan-shaped wafer surface is supported by the wafer surface rotated at a 90 ° period, and the wafer is in the range of 40 ° to 60 ° with reference to the direction of force and the direction of the wheel in the case of 100> wha.
  • a silicon wafer heat treatment jig comprising: a fan-shaped wafer surface; and a support member that supports the fan-shaped wafer surface by rotating the fan-shaped wafer surface at a cycle of 90 °.
  • the heat-treated wafer is characterized by being heat-treated.
  • the stress which contributes to the progress of slip when the back surface of the silicon wafer having a crystal orientation of ⁇ 100> or ⁇ 110> is supported and heat-treated ( It is possible to reduce the shear stress) and suppress the growth of slip, thereby significantly improving the yield of heat-treated silicon wafers.
  • this supporting method can be easily applied using the silicon wafer heat treatment jig of the present invention, and the high quality of the present invention has few slips and no particularly long slips. Silicon wafers can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a support boat for a semiconductor silicon substrate used in a vertical heat treatment furnace.
  • Figure 2 shows the maximum resolved shear stress at each position on the outer periphery of the wafer for a silicon wafer with a diameter of 300 mm and a crystal orientation of 100>.
  • Figure 3 shows the maximum resolved shear stress at each position on the outer periphery of the wafer for a silicon wafer with a diameter of 300 mm and a crystal orientation of 110>.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention, and illustrates a case where a silicon wafer having a crystal orientation ⁇ 100> is supported at three points.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention, illustrating a case where a silicon wafer having a crystal orientation ⁇ 110> is supported at three points.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the main part of a support member in a four-point support heat treatment jig used in a vertical heat treatment furnace.
  • Fig. 7 is a diagram showing the position where the starting point of slip is given to the silicon wafer in the example, where (a) is a wafer with a crystal orientation of 100> and (b) is a wafer with a crystal orientation of 110>. It is.
  • the silicon wafer support method of the present invention is, as described above, in the case where a silicon wafer with a crystal orientation of ⁇ 100> or a silicon wafer with a crystal orientation of 110> is heat-treated.
  • a silicon wafer with a crystal orientation of ⁇ 100> or a silicon wafer with a crystal orientation of 110> is heat-treated.
  • the center of the silicon wafer and the ⁇ 100> parallel to the surface of the silicon wafer from that point, a range of 40 ° to 60 ° with reference to the direction Is supported by the fan-shaped wafer surface, and the fan-shaped wafer surface rotated at a period of 90 °, and the force is directed to 110 in the case of ⁇ 100> wafer.
  • heat treatment includes heat treatment using a vertical heat treatment board, RTA treatment capable of significantly shortening the heat treatment time, single wafer type epitaxial growth, SOI heat treatment, etc.
  • ; Tc is the temperature at the center of the wafer, especially during the heating process or the cooling process. Te indicates the temperature of the wafer edge).
  • Thermal stress is generated by this temperature difference ⁇ , which contributes to the growth and progress of slip generated in the wafer at the contact point between the wafer and the support portion. In other words, it is the driving force for slip growth and progress.
  • This thermal stress changes with the change in the temperature difference ⁇ in the wafer surface as the interval between wafers mounted on the wafer support in the furnace, and the temperature rise and fall speeds change.
  • the thermal stress generated in the silicon wafer when the heat treatment is performed in this way acts as a shear stress that causes the slip to grow and propagate, and causes slip deformation (shear deformation). As described below, it varies greatly depending on the position of the wafer in the circumferential direction.
  • the slip generated in the silicon wafer moves in three [110] directions on the (111) plane of the silicon crystal.
  • There are four equivalent (111) planes in silicon crystal so there are 12 possible slip systems in total. They can be aggregated into several slip systems.
  • the number of integrated slip systems depends on the crystal orientation of the wafer S. For example, in the case of a silicon wafer with a plane orientation of ⁇ 100, the five slip systems, that is, decomposition in five directions. Shear Stress (stress decomposed in the slip direction on the slip surface) may be considered.
  • the principal stress component in the wafer plane was first obtained by the finite element method, and then, the decomposition shear stress in each direction in which each slip propagated was obtained by decomposing in the slip direction.
  • Figure 2 shows the maximum resolving shear stress at each point on the outer periphery of the wafer during temperature rise for a silicon wafer with a diameter of 300 mm and a crystal orientation of 100> by heat treatment. It is a thing.
  • the decomposition shear stress is the force that is the stress decomposed in the slip direction on the slip surface when slip occurs.
  • the calculated value is referred to as the maximum decomposition shear stress and the crystal orientation is 100 It means the value obtained as a result of the combination of several resolving shear stresses acting respectively at a predetermined position near the outer periphery of the silicon wafer!
  • the horizontal axis is the center point of the wafer and the position of the outer periphery of the wafer expressed as an angle (°) with respect to the ⁇ 110> direction parallel to the surface of the silicon wafer and the direction of the reference. is there.
  • 0 ° indicates the position (reference position) where the direction of the heel and the reference direction intersect the outer periphery of the wafer.
  • 90 ° is the rightmost position of the outer periphery of the wafer and 90 ° is the leftmost position of the outer periphery of the wafer if the wafer is placed horizontally and 0 ° (reference position) is at the front. Represents.
  • the maximum resolving shear stress reaches a maximum at 0 ° (reference position), and reaches a minimum at a position 45 ° away from the position.
  • the stress at the minimum is about 1/2 of the stress at 0 °.
  • the figure shows the half of the wafer (90 ° to 90 °), but the same is true for the other half.
  • the position (angle) at which the decomposition shear stress becomes maximum and the position (angle) at which the decomposition shear stress becomes minimum are shown. Both appear at 90 ° intervals.
  • Fig. 3 shows the maximum resolved shear stress at the outer periphery of the wafer obtained by the finite element method for a silicon wafer having a diameter of 300 mm and a crystal orientation of ⁇ 110>.
  • the maximum resolving shear stress shown is the same as that for wafers with a crystal orientation of 100>. This is the value obtained as a result of a combination of several resolving shear stresses acting on silicon wafers with crystal orientation ⁇ 110>.
  • the horizontal axis is the center point of the wafer and the position of the outer periphery of the wafer expressed as an angle (°) with respect to the ⁇ 100> direction parallel to the surface of the silicon wafer and the direction of the reference. Yes, 0 ° represents the reference position.
  • the maximum resolving shear stress becomes a maximum in the vicinity of the reference position (0 °) (range of 15 ° 15 °).
  • the maximum resolving shear stress is minimized at a position 50 ° away from the reference position (one 50 ° 50 °), and is less than half the stress near the reference position. Indicates the value of.
  • the position (angle) at which the maximum resolving shear stress is maximized appears at a period of 90 °.
  • the minimum position (angle) is at the first –50 ° position
  • the second is 50 ° (therefore the first and second intervals are 100 °)
  • the third is 130 °, as shown. Appears at the position of ° (the second and third interval is 80 °).
  • the next (fourth) is 230 °, and the minimum position (angle) becomes an irregular repetition of 100 ° and 80 °.
  • the center point of the silicon wafer and the surface of the silicon wafer are parallel to the surface of the silicon wafer. ⁇ 100> ueha, with reference to the center point of the silicon wafer and the point 110> from the point.
  • Supporting with a fan-shaped woofer in the range of 40 ° 60 ° or 40 ° 60 ° is at or near the position where the maximum resolving shear stress is minimized
  • the maximum resolving shear stress acting on the slip generated at the contact point between the wafer and the support portion is suppressed as much as possible, and the growth and progress of the slip are suppressed.
  • the position where the maximum resolving shear stress becomes minimum is 45 ° or 45 °, so the specified range (1-40 ° to 1-60 °, or 40 ° to 60 °).
  • the above range of 40 ° to 60 ° corresponds to a position where the maximum cracking stress is minimized or a position showing a value close thereto. Also, any position within the fan-shaped wafer plane is within the range of 40 ° -60 °.
  • the maximum resolving shear stress can be suppressed to a minimum value or a value close thereto.
  • the position where the wafer is supported may be supported by the entire surface of the fan-shaped wafer surface, as long as it is within the fan-shaped wafer surface.
  • the position where the maximum resolving shear stress is minimized (1-50 °, 50 °) is within the specified range (1-40 ° -1-60 °, 40 ° Within ⁇ 60 °).
  • this specified range corresponds to a position where the maximum resolving shear stress is at a minimum or a position where the value is close to it.
  • any silicon wafer having a crystal orientation of 100> or ⁇ 110> in the case of ⁇ 110> wafer, the center point of the silicon wafer is parallel to the surface of the silicon wafer.
  • ⁇ 100> is a fan-shaped eight-sided face in the range of 40 ° to 60 ° with reference to the direction and direction of the force. . If it is supported by a fan-shaped wafer surface in the range of -60 °, the maximum resolving shear stress acting on the slip can be kept low.
  • the other support positions of the silicon wafer may be rotated around the fan-shaped wafer surface at 90 ° intervals in both cases of ⁇ 110> wafer and ⁇ 100> wafer.
  • the wafer surface is supported by supporting the wafer at a position where the maximum resolving shear stress is minimized or at a position where the maximum resolving shear stress is at a minimum, and the maximum resolving shear stress acting on the slip is kept as low as possible.
  • the position where the maximum dissociated shear stress is minimized is 130 ° after 50 ° and 230 ° after that.
  • 130 ° is the lower limit of the specified range (130 ° -150 °)
  • both 130 ° and 230 ° are included in the specified range (130 °-; 150 °, 220 °-240 °) It is.
  • these specified ranges correspond to positions where the maximum resolving shear stress is at a minimum or close to that.
  • any silicon wafer having a crystal orientation of 100> or ⁇ 110> if the fan-shaped wafer surface is supported by the wafer surface rotated at a cycle of 90 °, similarly, The maximum resolving shear stress acting on can be kept low.
  • the wafer may be supported on the entire surface of the wafer surface rotated at the 90 ° cycle as long as it is within the wafer surface rotated at the 90 ° cycle.
  • the more preferable supporting positions of silicon wafers having crystal orientations of 100> and 110> are as follows.
  • a more preferred support position for a silicon orientation of 100> is that it is in the range of 45 ° ⁇ 5 ° (that is, in the range of 50 ° to 40 °), 45 ° ⁇ 5 °, referring to FIG. Range (40 ° to 50 ° range), and this 45 ° ⁇ 5 ° range rotated in the positive direction with 90 ° period, 1 35 ° ⁇ 5 ° range (130 ° to; 140 ° range) , And a range of 225 ° ⁇ 5 ° (a range of 220 ° to 230 °).
  • the more preferable support position of the silicon wafer 8 with a crystal orientation of 100> is based on the center point of the silicon wafer and the direction from that point toward ⁇ 110> parallel to the surface of the silicon wafer.
  • “45 ° earth 5 °” may be in either the forward direction or the reverse direction with respect to the reference. Further, the direction of turning in the 90 ° cycle may be either forward or reverse.
  • a more preferable supporting position of a silicon wafer having a crystal orientation of 110> is represented by an angle in the circumferential direction of the wafer when the position where the maximum resolving shear stress is minimized with reference to FIG.
  • the wafer surface and the fan-shaped wafer surface in the range of 130 ° ⁇ 5 °.
  • the position (angle) at which the local minimum is anomalous repeats between 100 ° and 80 °, so the position (angle) at which the local minimum is next to 50 ° ⁇ 5 ° is 130 °. This is because it becomes (50 ° + 80 °). “50 ° ⁇ 5 °” may be in either the forward or reverse direction with respect to the reference.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment of the method for supporting a silicon wafer according to the present invention, and illustrates a case where a silicon wafer having a crystal orientation of 100> is supported at three points.
  • the crystal orientation of the target silicon wafer is as shown in the figure.
  • the silicon wafer 7 is placed on a wafer support section 4 arranged in a support boat support column (not shown).
  • the hatched area (hatched area) on the surface of wafer 7 is the range of the support position specified in the present invention.
  • the center point of the silicon wafer and the direction from the point to the surface of the silicon wafer 110> The fan-shaped wafer surface in the range of 40 ° to 60 ° with reference to the direction indicated by the broken line in the figure, and the wafer surface obtained by rotating the fan-shaped wafer surface at a 90 ° cycle are shown.
  • FIG. 5 is an explanatory view of another embodiment of the silicon wafer support method of the present invention, in which a silicon wafer with a crystal orientation of 110> is supported at three points. The crystal orientation of silicon wafer is shown in the figure.
  • the hatched portion on the surface of the silicon wafer 7 is within the range of the support position defined in the present invention. As shown in the figure, the three wafer support sections 4 that support the wafer are all defined in the present invention. Within the range of the support position.
  • FIGS. 4 and 5 are an example in which the wafer is supported at three points, and this three-point support method is usually adopted.
  • the present invention is not limited to this, and the support boat according to the present invention may use a support boat that supports four points! /.
  • the silicon wafer center point and its point force are also In the fan-shaped wafer plane in the range of 40 ° to 60 ° with reference to the direction of 100 and not parallel to the surface of the silicon wafer, and the wafer surface obtained by rotating the fan-shaped wafer surface at a 90 ° period
  • the direction is 110 >>
  • the fan-shaped wafer surface in the range of 40 ° -60 ° with reference to the direction of the wafer, and the fan-shaped wafer surface in 90 ° period If it is within the wafer plane rotated in step (3), the decomposition shear stress can be reduced by up to about 50% compared to the case where the support position is outside these ranges. As a result, the growth and progress of slip can be suppressed, and the yield of silicon wafers during heat treatment can be greatly improved.
  • the silicon wafer heat treatment jig of the present invention is a heat treatment jig configured to support the back surface of a silicon wafer having a crystal orientation of ⁇ 100> or ⁇ 110> as described above.
  • ⁇ 110> wafer the center point of the silicon wafer and the direction from the point to ⁇ 100> parallel to the surface of the silicon wafer 18
  • the wafer surface and the fan-shaped wafer surface rotated by 90 ° are supported by the wafer surface, and in the case of 100> wae, the force is directed to 110> and the direction is 40 ° to 60 °.
  • a support member that supports the fan-shaped wafer surface in the range and the wafer surface obtained by rotating the fan-shaped wafer surface at a cycle of 90 °.
  • This heat treatment jig used a silicon wafer having a crystal orientation of 100> or 110>
  • support member refers to a member that contacts and supports a silicon wafer and a member that accompanies the member.
  • the wafer support part 4 for supporting and supporting the silicon wafer, and the wafer support part 4 Is a column 3 arranged in a row.
  • a silicon wafer having a crystal orientation of 100> or 110> is targeted.
  • the center point of the wafer and its point force are applied to the surface of the silicon wafer.
  • the force and direction are 40
  • a fan-shaped wafer surface in a range of ° to 60 ° and a wafer surface obtained by rotating the fan-shaped wafer surface at a period of 90 ° (hereinafter, these wafer surfaces are referred to as “support region defined in the present invention” or simply
  • support region defined in the present invention or simply
  • supporting the wafer in the “specified support area” also reduces the maximum dissociation shear stress acting on the slip generated at the contact point between the wafer and the support portion, and reduces the slip. Suppress growth and progress This is because.
  • the wafer support position may be the entire specified support area as long as it is within the support area specified in the present invention.
  • the wafer support portion 4 for supporting the silicon wafer 7 supports the wafer in the hatched support area defined by the present invention, and the heat treatment jig of the present invention. It constitutes a support member. In this case, a three-point support system that supports the wafer at three locations is adopted.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the main part of the support member in the four-point support heat treatment jig used in the vertical heat treatment furnace.
  • this heat treatment jig is a multi-stage heat treatment jig that can horizontally support a wafer and accommodates several stages in the vertical direction, but Fig. 6 shows only one of them.
  • FIG. Figures 6 (a) to (c) are silicon wafers. Represents the state of support in the specified support area! (d) and (e) are support members (support disks) that can support the wafer in the specified support region.
  • the support member is composed of four struts 8 and four extension arms 9 attached to these struts 8! /.
  • the silicon wafer 7 is inserted into the heat treatment jig from the direction indicated by the white arrow in the figure, and is supported in contact with the four extension arms 9.
  • a fan-shaped region force ⁇ 110> indicated by the symbol S on the surface of silicon wafer 7 the silicon nano, the center point of 7 and the point of silicon wafer If the direction is 100> without parallel to the surface, the direction and direction are ⁇ 100> wafers, and the direction and direction (direction shown by the broken line in the figure in any case) are ⁇ 110>.
  • fan-shaped wafer surfaces in the range of 40 ° to 60 ° (ie —40.
  • the support member is composed of four support columns 8 and two extension arms 9 attached to two of the support columns 8. .
  • the extension arm 9 is attached! /, Na! /, And the two columns 8 are provided with grooves (column grooves) for supporting the wafer.
  • the silicon wafer 7 inserted into the heat treatment jig is indicated by a reference symbol S by a post groove provided in each of the two extension arms 9 and the two posts 8, as shown in the figure. Supported in the specified support area. If a heat treatment jig having a support member configured in this way is used, the maximum decomposition shear stress acting on the slip can be kept low to suppress the progress of the slip, and the heat treatment jig can be slightly simplified and downsized. Can do. [0071] In the heat treatment jig shown in FIG. 6 (c), the support member is the same as the heat treatment jig shown in FIG. 6 (b).
  • the force S is composed of two extension arms 10, and the arrangement of the extension arm 10 and the two struts 8a to which it is attached has been changed. That is, the two columns 8a are arranged so as to be located on both sides of the wafer 7, and the extension arm 10 extends to the inlet side of the wafer. Further, as shown in the A—A arrow view, a columnar protrusion 11 for supporting the back surface of the wafer is formed at the tip of the extension arm 10.
  • the silicon wafer 7 inserted into the heat treatment jig is given a symbol S by a column groove provided in the two columns 8 and a projection 11 formed at the tip of the extension arm 10. It is supported in the prescribed support area shown.
  • the protrusion 11 is provided so that the extension arm 10 does not contact the silicon wafer 7 in a region other than the prescribed support region.
  • the support member shown in FIG. 6 (d) is the support disk 12.
  • columnar protrusions 14 capable of supporting the wafer in the support region defined in the present invention are formed.
  • the support disk 12 is formed with a notch groove 13 that allows the wafer transfer arm on which the silicon wafer is placed to advance and retract.
  • a method may be employed in which a groove is provided in the support column and the support disk 12 is inserted and held in the groove.
  • a silicon wafer (not shown) inserted into a heat treatment jig having such a support member is supported in a prescribed support region by a cylindrical protrusion 14 formed on a support disk 12. Therefore, the progress of slip that is likely to occur in the wafer during heat treatment is suppressed.
  • the support member shown in Fig. 6 (e) is also a support disk 15, and on the surface thereof, a convex support portion 16 is formed which has the same shape as the entire support region of the wafer defined in the present invention. Yes.
  • a heat treatment jig provided with this support member is used, the thermal stress acting on the silicon wafer is dispersed, so that the slip suppression effect is improved. Also, in epitaxic growth When used as a susceptor, a space is partially formed between the backside of the wafer and the susceptor, so that the effect of exhausting the gas staying on the backside of the wafer is enhanced, and the effect of preventing reduction of autodope can be expected.
  • Desirable materials for the support member include quartz, single crystal silicon, polycrystalline silicon, silicon carbide, silicon-impregnated silicon carbide, and the like. What is necessary is just to select suitably about the material of a support member, a shape, etc. according to the thermal environment of the process made into object.
  • the heat-treated wafer of the present invention is a silicon wafer having a crystal orientation of ⁇ 100> or ⁇ 110>.
  • ⁇ 110> wafer the center point of the silicon wafer and the point A fan-shaped wafer surface in the range of 40 ° to 60 ° with respect to the ⁇ 100> direction parallel to the surface of the silicon wafer, and the fan-shaped wafer surface obtained by rotating the fan-shaped wafer surface with a 90 ° period.
  • the heat treatment here means heat treatment using a vertical heat treatment boat, RTA treatment, single wafer type epitaxial growth, SOI heat treatment, and the like.
  • the heat-treated wafer of the present invention is apparently different from a silicon wafer that is supported by a conventional method and subjected to heat treatment. However, since the heat-treated wafer of the present invention is supported and heat-treated by the support region defined as described above, it acts on the slip generated at the contact point between the wafer and the support portion during the heat treatment as described above. The maximum resolving shear stress is kept low, and as a result, slip growth and progress are suppressed.
  • the heat-treated wafer according to the present invention has a feature that there are few slips and there is no particularly long slip as compared with the silicon wafer supported and heat-treated by the conventional support method. Therefore, the use of this heat treatment wafer has the advantage that the yield during device manufacturing can be improved.
  • FIG. 7 shows how the slip start point is given to the silicon wafer in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 In Example 1, for a silicon wafer having a diameter of 200 mm and a crystal orientation of 100>, as shown in Fig. 7 (a), the a point near the reference position (0 °) (shown as al in the figure), and the a point The starting point of slip was given to the position of 90 ° cycle (indicated as a2) (Case 1).
  • the slip start point is also set at the point b (displayed as bl) at a position 45 ° in the circumferential direction from the reference position (0 °) and at a position 90 ° cycle (displayed as b2) from the point b.
  • the position (bl, b2) where the slip start point of case 2 is given corresponds to the wafer support position defined in the present invention.
  • the starting point of the slip was given by making indentations on the outermost surface of the YU-8 using a Vickers hardness tester with a load of 1 kg.
  • the average slip length in case 1 is 12 mm, while the average slip length in case 2 is 6 mm.
  • the slip is It was found that the length could be reduced to half of Case 1. This is presumed to be due to the fact that, in case 2, as described above, the maximum resolving shear stress was suppressed to a low value, and the slip growth was suppressed.
  • Example 2 for a silicon wafer having a diameter of 200 mm and a crystal orientation ⁇ 110> shown in FIG. 7 (b), as in Example 1, c point near the reference position (0 °) (in the figure) Displayed as cl ), And a slip start point at a position 90 ° cycle from point c (denoted c2) (Case 3).
  • the slip start point is also located at the point d (denoted as dl) at a position of 45 ° in the circumferential direction from the reference position (0 °) and at a position with a period of 90 ° from the point d (denoted as d2). Granted (Case 4).
  • the position (dl, d2) to which the slip start point of case 4 is applied corresponds to the wafer support position defined in the present invention.
  • the average slip length in case 3 is 12 mm, whereas the average slip length in case 4 is 6 mm, and the silicon wafer specified in the present invention has a crystal orientation of ⁇ 110>. If a slip starting point is given to the support position, it is presumed that slip growth is suppressed.
  • the silicon wafer support method of the present invention is a method for defining the support position of the wafer during heat treatment in a vertical heat treatment furnace, whereby silicon having a crystal orientation of ⁇ 100> or ⁇ 110>.
  • the yield of silicon wafers that have been heat-treated by reducing the shear stress that contributes to the progress of the slip generated from the contact point between the wafer and the support, and suppressing the growth of the slip. Can be greatly improved.
  • this supporting method can be easily carried out using the silicon wafer heat treatment jig of the present invention.
  • Silicon wafers obtained by these supporting methods and heat treatment jigs have low slip and are of high quality without particularly long slip.
  • the silicon wafer support method, heat treatment jig and heat treatment wafer according to the present invention are widely used for the production of silicon wafers having crystal orientations of 100> and 110> and devices using the same. can do.

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Description

明 細 書
シリコンゥエー八の支持方法、熱処理治具および熱処理ゥエーハ 技術分野
[0001] 本発明は、シリコンゥエーハの裏面を支持して熱処理するときのシリコンゥエーハの 支持方法と熱処理治具、およびそれにより得られる熱処理ゥヱーハに関する。
背景技術
[0002] シリコンゥエーハの製造工程においては、シリコンゥエーハの裏面を支持部材で接 触支持して熱処理を行う工程が多数存在する。例えば、縦型ボートを使用した熱処 理工程、 RTA (Rapid Thermal Annealing)工程、枚葉式ェピタキシャル成長ェ 程、 SOI熱処理工程などであり、これら数多くの熱処理工程において、シリコンゥエー ハの裏面を支持部材で接触支持した状態で各種プロセスが行われている。
[0003] 例えば、バッチ式縦型熱処理炉でシリコンゥエーハを熱処理するに際しては、図 1 に例示するように、ゥヱーハ裏面外周の 3点または 4点でゥヱーハを支持するゥエー ハ支持具（以下、「支持ボート」という）が用いられている。支持ボート 1は、 3本または 4本の支柱 3と、この支柱 3を上下位置でそれぞれ固定する上部天板 5および下部天 板 6から構成されており、開口部 2が設けられている。前記支柱 3にはゥエーハ支持部 4が列設され、開口部 2側からシリコンゥヱーハを支持部 4に載置した後、縦型熱処理 炉に揷入されて所定の熱処理が行われる。
[0004] し力、し、この支持ボートにシリコンゥエーハを載せて熱処理を施すと、ゥエーハと支 持部の接触点に生じるダメージを起点としてシリコンゥエーハ中にスリップと称される 結晶欠陥が発生し、熱処理時に生じる熱応力によりスリップが成長し、進展するため 、ゥエーハの歩留まりが低下するという問題があった。このスリップの成長、進展は、 特に直径 300mm以上のゥエーハでは、その重量に起因して生じる応力（自重応力） によっても引き起こされることがある。
[0005] このような問題を解決する方策として、ゥエーハの荷重を分散させ、かつ自重応力 をできるだけ小さくするために、ゥエーハと支持部の接触面積を大きくしたゥエーハ支 持治具が知られている。 [0006] しかし、この支持治具の各溝（前記図 1に示した支持ボートでは、隣接するゥエーハ 支持部 4の間隙をいう）において、支持治具の加工精度あるいはゥエーハと支持部の 接触面の状態（平坦度や表面粗さ）が異なるため、溝によっては、ゥエーハの自重応 力が接触面の全面ではなぐ特定の部位、例えば一点に集中し、この接触点がスリツ プ発生の起点となることがある。
[0007] ゥエーハ支持治具において、このように接触点がスリップ発生の起点となる状態を 回避するためには、全溝においてゥエーハが支持部の全面で接触するように制御す ればよいが、実際問題として困難である。このため、ゥエーハと支持部の接触面積を 大きくした支持治具は、十分なスリップ抑制効果を示してレ、るとは!/、えなかった。
[0008] 一方、シリコンの結晶はその結晶方位によってスリップの進展に寄与する応力が異 なること力 S知られている。特開平 9 139352号公報には、ゥエーハの自重による応 力発生を低減できる縦型炉用ゥエーハボードに関する発明が開示されているが、そ のなかで、シリコンゥエーハのスリップを支配する 12のすベり系について、一定の熱 応力がゥエーハに加えられたときの臨界せん断応力が計算により求められている。
[0009] それによると、スリップが発生しにくい結晶方位はく 110〉およびく 100〉であり、 したがって、（001)ゥエーハ裏面部のく 100〉またはく 110〉結晶方位でゥエーハ を保持することにより、スリップ発生を抑制することができるとされている。
[0010] し力、し、これを利用してスリップの発生を抑制しょうとしても、ゥエーハ面内での方向 によって結晶方位が異なり、スリップの進展に寄与する応力（せん断応力）が異なる ので、前記のゥエーハと支持部の接触面積を大きくしたゥエーハ支持治具を用いる限 り、スリップの起点になるゥエーハと支持部との接触点を特定できず、スリップの成長 を抑制することは困難である。
[0011] このスリップ発生の問題は、バッチ式縦型熱処理炉に限られる問題ではなぐ枚葉 式の熱処理炉ゃェピタキシャル成長処理炉など、ゥヱーハ裏面を部分的に支持して 熱処理を行うプロセスに共通した課題である。
発明の開示
[0012] 前述の通り、シリコンゥヱ一八の裏面を支持して熱処理を施すと、ゥヱ一八と支持部 の接触点を起点としてシリコンゥエーハ中にスリップが発生し、熱処理時に生じる熱応 力等によりスリップが成長、進展してゥエーハの歩留まりが低下するが、これを効果的 に抑制することは困難であった。
[0013] 本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、結晶 方位が < 100〉のシリコンゥエーハまたはく 110〉のシリコンゥエーハにつ!/、て、ゥェ ーハを支持する位置を規定することによってスリップ進展に寄与する応力（せん断応 力）を最小とし、スリップの成長を抑制して、熱処理におけるシリコンゥエーハの歩留ま りの大幅な向上を達成することができるシリコンゥエーハの支持方法とこの方法の実 施に用いる熱処理治具、およびそれら方法、治具を用いて得られる高品質の熱処理 ゥエーハを提供することにある。
[0014] 本発明者は、上記の目的を達成するために検討を重ねた。その結果、結晶方位が < 110〉またはく 100〉のシリコンゥエーハについて、その円周方向での位置により スリップの進展に寄与するせん断応力が大きく異なること、およびゥヱーハを支持する 位置 (支持領域)を適正に規定することによって、前記せん断応力を低く抑え、スリツ プの成長、進展を抑制し得ることを知見した。
[0015] 本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記（1)のシリコン ゥエーハの支持方法、（2)の熱処理治具、および（3)の熱処理ゥエーハにある。
[0016] (1)結晶方位が < 100〉のシリコンゥエーハまたはく 110〉のシリコンゥエーハを熱 処理するに際し、シリコンゥエーハの裏面を、く 110〉ゥエーハの場合は該シリコンゥ エーハの中心点とその点からシリコンゥエーハの表面に平行な < 100〉に向力、う方向 を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエー ハ面を 90° 周期で回した当該ゥエー八面で支持し、く 100〉ゥエーハの場合はく 1 10〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、およ び前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面で支持することを特徴 とするシリコンゥエーハの支持方法である。
[0017] ここでいう「40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面」とは、ゥエーハの中心点 を扇の要とし、前記 40° の方向を示す半径と 60° の方向を示す半径を有し、ゥエー ハの外周を扇の弧状部分とする扇形のゥエーハ面を!/、う。この扇形のゥエーハ面を、 ゥエーハを支持する位置の一部とするのである。なお、「40° 〜60° 」とは、前記基 準に対して正方向（ここでは反時計回り方向を正方向とする）、逆方向のいずれでも よい。
[0018] 前記「扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面」とは、ゥエーハを支 持するための他の位置を示すものである。すなわち、前記の扇形のゥエーハ面を円 周方向に 90° 回した (移行させた）当該扇形のゥエーハ面を支持位置とするのであ る。 90° 周期で回す（つまり、正方向または逆方向に 90° づっ移行させる）ので、例 えば、 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面を、正逆いずれの方向であっても 、 4回移行させると最初の 40° 〜60° の範囲に重なることになる。つまり、スリップ進 展に寄与するせん断応力を低く抑え得るゥエーハ支持位置 (領域)は 4箇所となる。 なお、本発明の支持方法においては、通常はこれら 4箇所のうちの 3箇所でゥエーハ を支持する。
[0019] (2)結晶方位が < 100〉のシリコンゥエーハまたはく 110〉のシリコンゥエーハの裏 面を支持するように構成されたシリコンゥヱ一八の熱処理治具であって、 < 110〉ゥ エーハの場合は該シリコンゥエーハの中心点とその点からシリコンゥエーハの表面に 平行な < 100〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエー ハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面でゥエーハ を支持し、く 100〉ゥエーハの場合はく 110〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60 ° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回し た当該ゥエーハ面で支持する支持部材を備えることを特徴とするシリコンゥエーハの 熱処理治具である。
[0020] (3)結晶方位が < 100〉のシリコンゥエーハまたは < 110〉の熱処理ゥエーハであつ て、く 110〉ゥエーハの場合は該シリコンゥエーハの中心点とその点からシリコンゥェ 一八の表面に平行な < 100〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある 扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥェーハ 面で支持され、 < 100 >ゥエーハの場合はく 110〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期 で回した当該ゥエーハ面で支持され、熱処理を施されたことを特徴とする熱処理ゥェ ーハである。 [0021] 本発明のシリコンゥエーハの支持方法によれば、結晶方位が < 100〉または < 11 0〉のシリコンゥエーハの裏面を支持して熱処理する際におけるスリップの進展に寄 与する応力（せん断応力）を低下させ、スリップの成長を抑制して、熱処理を施したシ リコンゥエーハの歩留まりを大幅に向上させることができる。
[0022] また、この支持方法は本発明のシリコンゥエーハの熱処理治具を用いて容易に実 施すること力 Sでき、スリップが少なぐ特に長大なスリップが存在しない高品質の本発 明のシリコンゥエーハを提供することができる。
図面の簡単な説明
[0023] 図 1は、縦型熱処理炉に用いられる半導体シリコン基板用の支持ボートの構成例を 示す図である。
図 2は、直径 300mm、結晶方位く 100〉のシリコンゥエーハについて、ゥエーハ外 周部の各位置における最大分解せん断応力を示す図である。
図 3は、直径 300mm、結晶方位く 110〉のシリコンゥエーハについて、ゥエーハ外 周部の各位置における最大分解せん断応力を示す図である。
図 4は、本発明の実施形態の説明図で、結晶方位 < 100〉のシリコンゥエーハを 3 点で支持した場合を例示する図である。
図 5は、本発明の他の実施形態の説明図で、結晶方位 < 110〉のシリコンゥエーハ を 3点で支持した場合を例示する図である。
図 6は、縦型熱処理炉で使用される 4点支持の熱処理治具における支持部材の要 部を模式的に示す図である。
図 7は、実施例において、シリコンゥエーハにスリップの起点を付与する位置を示す 図で、（a)は結晶方位がく 100〉のゥエーハ、 （b)は結晶方位がく 110〉のゥエー ハの場合である。
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下に、本発明のシリコンゥエーハの支持方法、熱処理治具、およびそれにより得 られる熱処理ゥエーハについて具体的に説明する。
[0025] 本発明のシリコンゥエーハの支持方法は、前記のとおり、結晶方位が < 100〉のシ リコンゥエーハまたはく 110〉のシリコンゥエーハを熱処理するに際し、シリコンゥエー ハの裏面を、 < 110〉ゥエーハの場合は該シリコンゥエーハの中心点とその点からシ リコンゥエーハの表面に平行な < 100〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範 囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該 ゥエーハ面で支持し、 < 100 >ゥエーハの場合はく 110〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面で支持する方法である。
[0026] このシリコンゥエーハの支持方法を実施するにあたり、熱処理とは、縦型熱処理ボ ートを使用した熱処理、熱処理時間を著しく短縮できる RTA処理、枚葉式ェピタキシ ャル成長、 SOI熱処理等をいう。これらの処理工程では、シリコンゥエーハの裏面を 支持部材で接触支持した状態で熱処理が行われる力 例えばゥエーハをエッジ部近 傍で支持した場合、ゥエーハの中心近傍とエッジ部近傍とを比較すると、炉壁からの 輻射によって与えられる熱エネルギーが異なるため、特に、昇温処理中あるいは降 温熱処理中にゥエーハ面内に温度差 ΔΤ ( ΔΤ= I Tc -Te | ； Tcはゥエーハ中心 の温度を、 Teはゥエーハエッジの温度を示す）が生じることは避けられな!/、。
[0027] この温度差 ΔΤにより熱応力が発生し、ゥエーハと支持部の接触点においてゥエー ハ内に生じるスリップの成長、進展に寄与する。すなわち、スリップの成長、進展の駆 動力となる。この熱応力は、炉内のゥエーハ支持部に載置するゥエーハの間隔や、昇 温、降温の速度が変化すると、ゥエーハ面内の温度差 ΔΤが変化するので、それに 伴い変化する。
[0028] このように熱処理を施す際にシリコンゥエーハ内に生じる熱応力は、スリップを成長 、進展させ、ずれ変形 (せん断変形）を起こさせるせん断応力として作用するのである 力 このせん断応力は、以下に述べるように、ゥエーハの円周方向での位置によって 大きく異なる。
[0029] シリコンゥエーハにおいて生じる前記のスリップは、シリコン結晶の（111)面上を 3つ の [110]方向に運動する。シリコン結晶には 4つの等価な（111)面が存在するので、 全部で 12のすベり系が考えられる力 それらはいくつかのすべり系に集約できる。集 約されたすベり系の数はゥエーハの結晶方位により異なる力 S、例えば面方位が < 10 0〉のシリコンゥエーハの場合は、 5つのすベり系、つまり 5つの方向への分解せん断 応力（すべり面上のすべり方向に分解した応力）を考慮すればよい。
[0030] そこで、有限要素法により、まずゥエーハ面内における主応力成分を求め、次にす ベり方向に分解することにより、各スリップが進展する各方向における分解せん断応 力を求めた。
[0031] 図 2は、直径 300mm、結晶方位く 100〉のシリコンゥエーハについて、熱処理を 施した場合の昇温中にあるゥエーハ外周部の各点における最大の分解せん断応力 を有限要素法により求めたものである。前述の通り、分解せん断応力はスリップを生 じたときのすベり面上のすべり方向に分解した応力である力 図中では、算出された 値を最大分解せん断応力と記し、結晶方位く 100〉のシリコンゥエーハ外周部近傍 の所定位置において、それぞれ作用する幾つかの分解せん断応力が組み合わされ た結果として得られる値を意味して!/、る。
[0032] 図 2において、横軸はゥエーハの中心点およびその点からシリコンゥエーハの表面 に平行な < 110〉に向力、う方向を基準として角度 (° )で表示したゥエーハ外周部位 置である。 0° は前記く 110〉に向力、う基準の方向がゥエーハの外周部と交差する 位置（基準位置）を表している。 90° は、ゥエーハを水平に、かつ 0° (基準位置）が 手前に位置するように置いた場合であれば、ゥエーハの外周部の最右端位置を、 90° はゥエーハ外周部の最左端位置を表す。
[0033] 図 2に示すように、最大分解せん断応力は、 0° (基準位置）で極大となり、その位 置から 45° 離れた位置で極小となる。極小のときの応力は 0° での応力の 1/2程度 となっている。同図には、ゥエーハの半周（一 90° 〜90° )を示したが、残りの半周 においても同様であり、分解せん断応力が極大となる位置（角度）と極小となる位置（ 角度）はいずれも 90° 周期で現れる。
[0034] なお、熱処理条件の違いによって最大分解せん断応力の前記極大値、極小値、そ れらの現出位置（ゥエーハ外周部位置）は変わらない。これは、次に述べる結晶方位 が < 110〉のシリコンゥエーハにお!/、ても同じである。
[0035] 図 3は、直径 300mm、結晶方位が < 110〉のシリコンゥエーハについて、同様にゥ エーハ外周部位置における最大分解せん断応力を有限要素法により求めたもので ある。図示した最大分解せん断応力は、結晶方位がく 100〉のゥエーハの場合と同 じぐ結晶方位 < 110〉のシリコンゥエーハに作用する幾つかの分解せん断応力の 組み合わせの結果として得られる値である。
[0036] 結晶方位が < 100〉のシリコンゥエーハの場合とはすべり系が異なるので、最大分 解せん断応力のプロフィールは結晶方位 < 100〉のゥエーハの場合とは異なってい る。なお、図 3においては、横軸を 90° 力、ら更に広げてゥエーハの全周（一90° 2 70。 )を示した。
[0037] 図 3において、横軸はゥエーハの中心点およびその点からシリコンゥエーハの表面 に平行な < 100〉に向力、う方向を基準として角度 (° )で表示したゥエーハ外周部位 置であり、 0° は基準位置を表している。
[0038] 図 3に示すように、最大分解せん断応力は、基準位置（0° )の近傍（一 15° 15 ° の範囲）で極大となる。また、この結晶方位がく 110〉のゥエーハの場合は、基準 位置から 50° 離れた位置（一 50° 50° )で最大分解せん断応力が極小となり、基 準位置近傍での応力の 1/2弱の値を示す。
[0039] 図 3から明らかなように、結晶方位がく 110〉のゥエーハの場合は、最大分解せん 断応力が極大となる位置 (角度）は 90° 周期で現れる。一方、極小となる位置 (角度 )は、図示するように、最初は— 50° の位置にあり、二番目は 50° (したがって、最 初と二番目の間隔は 100° )、三番目は 130° (二番目と三番目の間隔は 80° )の 位置に現れる。その次（四番目）は 230° であり、結局、極小となる位置（角度）は 10 0° と 80° の変則的な繰り返しになる。
[0040] 本発明のゥエーハの支持方法において、シリコンゥエーハの裏面を、 < 110〉ゥェ 一八の場合は該シリコンゥエーハの中心点とその点からシリコンゥエーハの表面に平 行なく 100〉に向力、う方向を基準として、 < 100〉ゥエーハの場合は該シリコンゥェ 一八の中心点とその点からく 110〉に向力、う方向を基準として、それぞれ 40° 60 。 の範囲（すなわち、 40° 60° の範囲、または 40° 60° の範囲）にある 扇形のゥヱーハ面で支持することとするのは、前記最大分解せん断応力が極小とな る位置、またはそれに近い値を示す位置でゥエーハを支持することにより、ゥエーハと 支持部の接触点に生じるスリップに作用する最大分解せん断応力を極力低く抑え、 スリップの成長、進展を抑制するためである。 [0041] 結晶方位が < 100〉のシリコンゥヱ一八の場合、最大分解せん断応力が極小とな る位置は 45° 、または 45° であるから、前記規定範囲（一 40° 〜一 60° 、または 40° 〜60° )内に含まれる。すなわち、前記の 40° 〜60° の範囲は、最大分解せ ん断応力が極小となる位置、またはそれに近い値を示す位置に該当する。また、前 記扇形のゥエーハ面内であれば、いずれの位置も 40° 〜60° の範囲内である。
[0042] したがって、この扇形のゥエーハ面でゥエーハを支持すれば、最大分解せん断応力 を極小値またはそれに近い値に抑えることができる。ゥエーハを支持する位置は、前 記扇形のゥエーハ面内であれば任意の位置 (領域）でよぐ扇形のゥエーハ面の全面 で支持してもよい。
[0043] 同様に、結晶方位く 110〉のシリコンゥエーハについても、最大分解せん断応力が 極小となる位置（一 50° 、 50° )は前記規定範囲（一 40° 〜一 60° 、 40° 〜60° )内に含まれる。すなわち、この規定範囲は最大分解せん断応力が極小となる位置、 またはそれに近い値を示す位置に該当する。
[0044] したがって、結晶方位く 100〉、 < 110〉のいずれのシリコンゥエーハにおいても、 < 110〉ゥエーハの場合は該シリコンゥエーハの中心点とその点からシリコンゥエー ハの表面に平行な < 100〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇 形のゥエー八面で、 < 100〉ゥエーハの場合はく 110〉に向力、う方向を基準として 4 0。 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面で支持することとすれば、スリップに作用 する最大分解せん断応力を低く抑えることができる。
[0045] また、本発明のゥエーハ支持方法において、シリコンゥエーハの他の支持位置を、 < 110〉ゥエーハ、 < 100〉ゥエーハのいずれの場合も、前記扇形のゥエーハ面を 9 0° 周期で回した当該ゥエーハ面とするのは、同様に、最大分解せん断応力が極小 となる位置、またはそれに近い値を示す位置でゥエーハを支持し、スリップに作用す る最大分解せん断応力を極力低く抑え、スリップの成長、進展を抑制するためである
〇
[0046] 結晶方位く 100〉のシリコンゥエーハにおいて、 40° 〜60° の範囲、すなわち、
40° 〜一 60° の範囲、または 40° 〜60° の範囲のうち、例えば、基準位置（0 。 )に対して正方向にある 40° 〜60° の範囲を正方向に 90° 周期で回した範囲は 、 130° 〜； 150° 、さらに 220° 〜240° となる。一方、最大分解せん断応力が極小 となる位置は、 45° の次は 135° 、その次は 225° であり、それぞれ前記規定範囲（ 130° -150° 、 220。 -240° )に含まれる。
[0047] また、結晶方位く 110〉のシリコンゥエーハについては、図 3に示すように、最大分 解せん断応力が極小となる位置は、 50° の次は 130° 、その次は 230° で、このう ちの 130° は規定範囲（130° -150° )の下限にはなるものの、 130° 、 230° の いずれも前記規定範囲（130° 〜； 150° 、 220° 〜240° )に含まれる。すなわち、 結晶方位が < 100〉、 < 110〉のいずれのシリコンゥエーハにおいても、これらの規 定範囲は最大分解せん断応力が極小となる位置、またはそれに近い値を示す位置 に該当する。
[0048] したがって、結晶方位く 100〉、 < 110〉のいずれのシリコンゥエーハにおいても、 前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面で支持することとすれば 、同様に、スリップに作用する最大分解せん断応力を低く抑えることができる。ゥエー ハを支持する位置は、前記 90° 周期で回したゥエーハ面内であれば任意の位置 (領 域）でよぐ前記 90° 周期で回したゥエーハ面の全面で支持してもよい。
[0049] ここで、結晶方位く 100〉、く 110〉のシリコンゥエーハについて、より望ましい支 持位置を示すと、以下のようになる。
結晶方位く 100〉のシリコンゥエー八のより望ましい支持位置は、図 2を参照すると 、 一 45° ± 5° の範囲（つまり、 50° 〜一 40° の範囲）、 45° ± 5° の範囲（40 ° 〜50° の範囲）、さらに、この 45° ± 5° の範囲を正方向に 90° 周期で回した、 1 35° ± 5° の範囲（130° 〜； 140° の範囲）、および 225° ± 5° の範囲（220° 〜 230° の範囲）である。
[0050] すなわち、結晶方位く 100〉のシリコンゥエー八のより望ましい支持位置は、該シリ コンゥエーハの中心点およびその点からシリコンゥエーハの表面に平行な < 110〉に 向かう方向を基準として 45° ± 5° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇 形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面である。前記のように、「45° 土 5° 」とは、基準に対して正方向逆方向のいずれでもよい。また、前記の 90° 周期で 回す方向も、正逆いずれでもよい。 [0051] 一方、結晶方位く 110〉のシリコンゥエーハのより望ましい支持位置は、図 3を参照 して最大分解せん断応力が極小となる位置をゥエーハ円周方向の角度で表すと、該 シリコンゥエーハの中心点およびその点からシリコンゥエーハの表面に平行な < 100 〉に向力、う方向を基準として（つまり、 0° を基準として）、 50° ± 5° の範囲にある扇 形のゥエーハ面、および 130° ± 5° の範囲にある扇形のゥエーハ面である。結晶方 位く 110〉のゥエーハでは、極小となる位置（角度）が 100° と 80° の変則的な繰り 返しになるので、 50° ± 5° のつぎに極小となる位置（角度）は 130° (50° + 80° )となるからである。なお、「50° ± 5° 」とは、基準に対して正方向逆方向のいずれ でもよい。
[0052] したがって、結晶方位く 110〉のシリコンゥエーハにおけるより望ましい支持位置を 具体的に示すと、基準に対して、 50° ± 5° 、 ー50° ± 5° 、 130° ± 5° 、 —130 ° ± 5° (230° ± 5° に同じ）である。
[0053] 結晶方位がく 100〉またはく 110〉のシリコンゥエーハを熱処理するに際し、シリ コンゥエーハの裏面を上記のより望まし!/、支持位置で支持すれば、ゥエーハと支持部 の接触点に生じるスリップに作用する最大分解せん断応力が極小となる位置、また はそれに極めて近い値を示す位置でゥエーハを支持することになり、スリップの成長 、進展を一層効果的に抑制することができる。
[0054] 図 4は、本発明のシリコンゥエーハの支持方法についての実施形態の説明図であり 、結晶方位く 100〉のシリコンゥエーハを 3点で支持した場合を例示している。対象 としているシリコンゥエーハの結晶方位は同図中に示すとおりである。
[0055] シリコンゥエーハ 7は支持ボートの支柱（図示せず）に列設されたゥエーハ支持部 4 に載置される。ゥエーハ 7面に斜線を施した範囲（斜線部）は本発明で規定する支持 位置の範囲で、シリコンゥエーハの中心点とその点からシリコンゥエーハの表面に平 行なく 110〉に向かう方向（同図中に破線で示した方向）を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した 当該ゥエーハ面をそれぞれ示す。
[0056] 図 4に示すように、ゥエーハを支持する 3箇所のゥエーハ支持部 4はいずれも本発明 で規定する支持位置 (斜線部）の範囲内にある。 [0057] 図 5は、同じく本発明のシリコンゥエーハの支持方法についての他の実施形態の説 明図であり、結晶方位がく 110〉のシリコンゥエーハを 3点で支持した場合である。シ リコンゥエーハの結晶方位を同図中に示してレ、る。
[0058] シリコンゥエーハ 7面の斜線部は本発明で規定する支持位置の範囲で、同図に示 すように、ゥエーハを支持する 3箇所のゥエーハ支持部 4はいずれも本発明で規定す る支持位置の範囲内にある。
[0059] 前記図 4、図 5に示した実施形態はいずれもゥエーハを 3点で支持した例で、通常 はこの 3点支持方式が採用される。しかし、これに限らず、本発明の支持方法では、 4 点で支持する方式の支持ボートを用いてもよ!/、。
[0060] 以上説明したように、シリコンゥエーハの支持位置力 S、本発明のシリコンゥエーハの 支持方法で規定するように、 < 110〉ゥエーハの場合はシリコンゥエーハの中心点と その点力もシリコンゥエーハの表面に平行なく 100〉に向力、う方向を基準として 40 ° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面内、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面内に、また、く 100〉ゥエーハの場合はく 110〉に向 力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面内、および前記扇 形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面内にあれば、支持位置がこれら の範囲外の場合と比較して、分解せん断応力を最大で 50%程度低減することができ る。これにより、スリップの成長、進展を抑制して、熱処理時におけるシリコンゥエーハ の歩留まりを大幅に向上させることができる。
[0061] 本発明のシリコンゥエーハの熱処理治具は、前記のとおり、結晶方位が < 100〉ま たは < 110〉のシリコンゥエーハの裏面を支持するように構成された熱処理治具であ つて、 < 110〉ゥエーハの場合はシリコンゥエーハの中心点とその点からシリコンゥェ 一八の表面に平行な < 100〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある 扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥェーハ 面でゥエーハを支持し、く 100〉ゥエーハの場合はく 110〉に向力、う方向を基準とし て 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90 ° 周期で回した当該ゥエーハ面で支持する支持部材を備える熱処理治具である。
[0062] この熱処理治具は、結晶方位がく 100〉またはく 110〉のシリコンゥエーハを、縦 型熱処理ボートを使用した熱処理の他、 RTA処理、枚葉式ェピタキシャル成長、 SO I熱処理 (貼合せ処理）等の処理を施す際に、ゥエーハの裏面を支持する熱処理治具 として使用すること力でさる。
[0063] ここでいう「支持部材」とは、シリコンゥエーハを接触支持する部材、およびこれに付 帯する部材を指す。例えば、前記図 1に示したバッチ式縦型熱処理炉で使用する熱 処理治具 (支持ボート 1)の場合であれば、シリコンゥエーハを接触支持するゥエーハ 支持部 4と、このゥエーハ支持部 4が列設されている支柱 3である。
[0064] 本発明の熱処理治具で、結晶方位がく 100〉またはく 110〉のシリコンゥヱーハ を対象に、 < 110〉ゥエーハの場合はゥエーハの中心点とその点力、らシリコンゥエー ハの表面に平行なく 100〉に向力、う方向を基準として、また、く 100〉ゥエーハの場 合は該シリコンゥエーハの中心点とその点から < 110〉に向力、う方向を基準として、 それぞれ 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、およびこの扇形のゥエーハ 面を 90° 周期で回したゥエーハ面（これらのゥエーハ面を、以下、「本発明で規定す る支持領域」、または単に「規定支持領域」ともレ、う）でゥエーハを支持することとする のは、前述したように、ゥエーハと支持部の接触点に生じるスリップに作用する最大分 解せん断応力を低く抑え、スリップの成長、進展を抑制するためである。なお、ゥエー ハの支持位置は、本発明で規定する支持領域内であれば、任意の位置または領域 でよぐ規定支持領域全体でもよい。
[0065] このようなゥエーハ支持が可能となる支持部材を備える熱処理治具の実施形態に ついて、以下に説明する。
前記の図 4または図 5において、シリコンゥエーハ 7を支持するゥエーハ支持部 4は、 斜線を施した本発明で規定する支持領域でゥエーハを支持しており、本発明の熱処 理治具の支持部材を構成するものである。この場合は、ゥエーハを 3箇所で支持する 3点支持方式が採用されている。
[0066] 図 6は、縦型熱処理炉で使用される 4点支持の熱処理治具における支持部材の要 部を模式的に示す図である。この熱処理治具は、図 1に例示したような、ゥエーハを 水平に支持して縦方向に幾段にも収容できる多段構成の熱処理治具であるが、図 6 は、そのうちの任意の一段のみの平面図である。図 6の（a)〜（c)はシリコンゥエーハ を規定支持領域で支持した状態を表して!/、る。 (d)および (e)はゥエーハを規定支持 領域で支持することができる支持部材（サポート円盤)である。
[0067] 縦型熱処理炉で使用される熱処理治具では、 3点支持、 4点支持に関係なぐシリ コンゥエーハを熱処理治具内に揷入できる開口部が少なくとも一箇所設けられている ことが必要であり、図 6の（a)〜（d)に示した熱処理治具では!/、ずれにお!/、てもそのよ うな配慮がなされている。
[0068] 図 6 (a)に示した熱処理治具では、支持部材は 4本の支柱 8とこれら支柱 8に取り付 けられた 4本の延長アーム 9とで構成されて!/、る。
シリコンゥエーハ 7は図中に白抜き矢印で示した方向から熱処理治具内に挿入され 、 4本の延長アーム 9で接触支持される。シリコンゥエーハ 7面に符号 Sを付して示し た一点鎖線の扇形の領域力 < 110〉ゥヱ一八の場合であれば、該シリコンゥヱー ノ、 7の中心点とその点からシリコンゥエーハの表面に平行なく 100〉に向力、う方向、 < 100〉ゥエーハの場合であれば、 < 110〉に向力、う方向（いずれであっても、同図 中に破線で示した方向）を基準として、それぞれ 40° 〜60° の範囲（すなわち、— 4 0。 〜一 60° の範囲、または 40° 〜60° の範囲）にある扇形のゥエーハ面、および 前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面（具体的には、 130° 〜― 150° の範囲、または 130° - 150° の範囲にある扇形のゥエーハ面）である。 図示するように、シリコンゥエーハ 7はこの規定支持領域で支持されるので、スリップに 作用する最大分解せん断応力が低く抑えられ、スリップの進展が抑制される。
[0069] 図 6 (b)に示した熱処理治具では、支持部材は 4本の支柱 8と、そのうちの 2本の支 柱 8に取り付けられた 2本の延長アーム 9とで構成されている。延長アーム 9が取り付 けられて!/、な!/、2本の支柱 8には、ゥエーハを支持するための溝（支柱溝）が設けられ ている。
[0070] 熱処理治具内に挿入されたシリコンゥヱーハ 7は、図示するように、 2本の延長ァー ム 9と 2本の支柱 8にそれぞれ設けられた支柱溝により、符号 Sを付して示した規定支 持領域で支持される。このように構成された支持部材を有する熱処理治具を用いれ ば、スリップに作用する最大分解せん断応力を低く抑えてスリップの進展を抑制でき るとともに、熱処理治具を若干簡素化し、小型化することができる。 [0071] 図 6 (c)に示した熱処理治具では、支持部材は、（b)に示した熱処理治具における と同様、 4本の支柱 8、 8a (そのうちの 2本の支柱 8には、支柱溝が設けられている）と 2本の延長アーム 10とで構成されている力 S、延長アーム 10とそれが取り付けられてい る 2本の支柱 8aの配置が変更されている。すなわち、 2本の支柱 8aがゥエーハ 7の両 側にそれぞれ位置するように配置され、延長アーム 10がゥエーハの揷入口側に延び ている。さらに、 A— A矢視図に示すように、延長アーム 10の先端に、ゥエーハの裏 面を支持するための円柱状の突起 11が形成されてレ、る。
[0072] 熱処理治具内に挿入されたシリコンゥヱーハ 7は、図示するように、 2本の支柱 8に 設けられた支柱溝と、延長アーム 10の先端に形成されている突起 11により、符号 S を付して示した規定支持領域で支持される。突起 11が設けられているのは、延長ァ ーム 10が規定支持領域以外の領域ではシリコンゥエーハ 7に接触しないようにするた めである。
このような構成の支持部材を有する熱処理治具を用いれば、スリップの進展を抑制 できるとともに、シリコンゥエーハの熱処理治具内への揷入がし易くなり、また、熱処理 治具を小型化することができる。
[0073] 図 6 (d)に示した支持部材はサポート円盤 12である。このサポート円盤 12の表面 4 箇所には、ゥエーハを本発明で規定する支持領域で支持することができる円柱状の 突起 14が形成されている。また、サポート円盤 12には、シリコンゥエーハを載せたゥ エーハ移載アームの進行および後退を可能にする切り欠き溝 13が形成されている。 なお、このサポート円盤 12を保持するには、支柱に溝を設けておき、その溝にサボ ート円盤 12を揷入して保持する等の方法が採用できる。
[0074] このような支持部材を備えた熱処理治具内に挿入されたシリコンゥエーハ（図示せ ず）は、サポート円盤 12上に形成されている円柱状の突起 14により規定支持領域で 支持されるので、熱処理の際にゥエーハに生じ易いスリップの進展が抑制される。
[0075] 図 6 (e)に示した支持部材もサポート円盤 15で、その表面には、本発明で規定する ゥエーハの支持領域全体と形状を合致させた凸状の支持部 16が形成されている。
[0076] この支持部材を備える熱処理治具を用いれば、シリコンゥエーハに作用する熱応力 が分散されるので、スリップ抑制効果が向上する。また、ェピタキシャル成長における サセプタとして使用した場合は、ゥエーハ裏面とサセプタ間に部分的に空間部が形 成されるので、ゥエーハ裏面に滞留するガスの排出効果が高まり、オートドープ減少 の防止効果も期待できる。
[0077] 支持部材に望ましい材質としては、石英、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化珪 素、シリコン含浸炭化珪素などが挙げられる。支持部材の材質、形状等については、 対象とする工程の熱環境に応じて適宜選定すればよい。
[0078] 本発明の熱処理ゥエーハは、前記のとおり、結晶方位が < 100〉または < 110〉 のシリコンゥエーハであって、 < 110〉ゥエーハの場合は該シリコンゥエーハの中心 点とその点からシリコンゥエーハの表面に平行な < 100〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエー八面で支持され、く 100〉ゥエーハの場合はく 110〉に向 力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形 のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエー八面で支持され、熱処理を施されたゥ エーハである。
ここでいう熱処理とは、縦型熱処理ボートを使用した熱処理、 RTA処理、枚葉式ェ ピタキシャル成長、 SOI熱処理等をいう。
[0079] 本発明の熱処理ゥエーハは、外見上は、従来の方法で支持され、熱処理を施され たシリコンゥエーハと差異は認められない。しかし、本発明の熱処理ゥエーハは、前記 のように規定された支持領域で支持され、熱処理を施されたものなので、前述したよ うに、熱処理時にゥエーハと支持部の接触点に生じるスリップに作用する最大分解せ ん断応力が低く抑えられ、その結果、スリップの成長、進展が抑制されている。
[0080] そのため、従来の支持方法で支持され、熱処理されたシリコンゥエーハと比較して、 本発明の熱処理ゥエーハはスリップが少なぐ特に長大なスリップが存在しないという 特徴を備えている。したがって、この熱処理ゥエーハを用いれば、デバイス製造時の 歩留りを向上させ得るという利点がある。
実施例
[0081] (実施例 1)
図 7は、本発明の実施例においてシリコンゥエーハにスリップの起点を付与する位 置を示す図である。実施例 1では、直径 200mm、結晶方位がく 100〉のシリコンゥ エーハについて、図 7 (a)に示すように、基準位置（0° )近傍の a点（図中に alと表示 )、および a点から 90° 周期の位置（a2と表示）にスリップの起点を付与した（ケース 1 )。
[0082] また、基準位置（0° )から円周方向に 45° の位置にある b点（blと表示）、および b 点から 90° 周期の位置 (b2と表示）に同じくスリップの起点を付与した（ケース 2)。ケ ース 2のスリップ起点を付与した位置 (bl、 b2)は、本発明で規定するゥエーハ支持 位置に該当する。なお、スリップの起点の付与は、ビッカース硬度計を用いて lkg重 の荷重でゥユー八の最外周部の表面に圧痕を打つことにより行った。
[0083] これらのシリコンゥエーハに熱処理を施した後、 a点、および a点力 90° 周期の位 置を起点として発生し、成長したスリップの長さの最大値を測定した。同様に、 b点、 および b点から 90° 周期の位置を起点とするスリップの長さの最大値を測定した。 ケース 1およびケース 2における最大スリップ長さの平均を表 1に示す。
[0084] [表 1] 表 1
Figure imgf000019_0001
[0085] ケース 1における平均スリップ長さは 12mmであり、これに対しケース 2における平 均スリップ長さは 6mmで、本発明で規定するゥエーハ支持位置にスリップ起点を付 与したケース 2では、スリップ長さをケース 1の半分に低減できることがわかった。これ は、ケース 2では、前述のように、最大分解せん断応力が低い値に抑えられ、スリップ の成長が抑制されたことによるものと推察される。
[0086] (実施例 2)
実施例 2では、図 7 (b)に示す直径 200mm、結晶方位が < 110〉のシリコンゥエー ハについて、実施例 1の場合と同様に、基準位置（0° )近傍の c点（図中に c lと表示 )、および c点から 90° 周期の位置 (c2と表示）にスリップの起点を付与した (ケース 3 )。
[0087] また、基準位置（0° )から円周方向に 45° の位置にある d点（dlと表示）、および d 点から 90° 周期の位置（d2と表示）に同じくスリップの起点を付与した（ケース 4)。ケ ース 4のスリップ起点を付与した位置（dl、 d2)は、本発明で規定するゥエーハ支持 位置に該当する。
測定結果を前記表 1に併せて示す。
[0088] ケース 3における平均スリップ長さは 12mmであり、これに対しケース 4における平 均スリップ長さは 6mmで、結晶方位が < 110〉のシリコンゥエーハにおいても、本発 明で規定するゥエーハ支持位置にスリップ起点を付与した場合、スリップの成長が抑 制されたものと推測される。
産業上の利用の可能性
[0089] 本発明のシリコンゥエーハの支持方法は、縦型熱処理炉内での熱処理時における ゥエーハの支持位置を規定する方法であり、これにより、結晶方位が < 100〉または < 110 >のシリコンゥエーハにつ!/、て、ゥエーハと支持部の接触点を起点として発生 するスリップの進展に寄与するせん断応力を低下させ、スリップの成長を抑制して、 熱処理を施したシリコンゥエーハの歩留まりを大幅に向上させることができる。また、こ の支持方法は本発明のシリコンゥエーハの熱処理治具を用いて容易に実施すること ができる。
[0090] これら支持方法、熱処理治具により得られるシリコンゥエーハは、スリップが少なぐ 特に長大なスリップが存在せず、高品質である。
したがって、本発明のシリコンゥヱ一八の支持方法、熱処理治具および熱処理ゥェ ーハは、結晶方位がく 100〉、 く 110〉のシリコンゥエーノ、、およびそれを用いるデ バイスの製造に広く利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 結晶方位が < 100 >のシリコンゥエーハまたはく 110〉のシリコンゥエーハを熱処 理するに際し、シリコンゥエーハの裏面を、く 110〉ゥエーハの場合は該シリコンゥェ 一八の中心点とその点からシリコンゥエーハの表面に平行な < 100〉に向力、う方向 を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエー ハ面を 90° 周期で回した当該ゥエー八面で支持し、く 100〉ゥエーハの場合はく 1 10〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、およ び前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面で支持することを特徴 とするシリコンゥエーハの支持方法。
[2] 結晶方位が < 100 >のシリコンゥエーハまたはく 110〉のシリコンゥエーハの裏面 を支持するように構成されたシリコンゥヱ一八の熱処理治具であって、
< 110〉ゥエーハの場合は該シリコンゥエーハの中心点とその点からシリコンゥエー ハの表面に平行な < 100〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇 形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面 でゥエーハを支持し、く 100〉ゥエーハの場合はく 110〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面で支持する支持部材を備えることを特徴とするシリコン ゥエーハの熱処理治具。
[3] 結晶方位が < 100〉のシリコンゥエーハまたは < 110〉の熱処理ゥエー八であって
< 110〉ゥエーハの場合は該シリコンゥエーハの中心点とその点からシリコンゥエー ハの表面に平行な < 100〉に向力、う方向を基準として 40° 〜60° の範囲にある扇 形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で回した当該ゥエーハ面 で支持され、く 100〉ゥエーハの場合はく 110〉に向力、う方向を基準として 40° 〜 60° の範囲にある扇形のゥエーハ面、および前記扇形のゥエーハ面を 90° 周期で 回した当該ゥエー八面で支持され、熱処理を施されたことを特徴とする熱処理ゥエー ノヽ。
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