WO2022137851A1 - 縦型熱処理炉用熱処理ボートおよび半導体ウェーハの熱処理方法 - Google Patents

縦型熱処理炉用熱処理ボートおよび半導体ウェーハの熱処理方法 Download PDF

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靖史 行本
辰己 草場
昭彦 清水
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Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment boat for a vertical heat treatment furnace and a heat treatment method for a semiconductor wafer.
  • the furnaces for performing such heat treatment include a vertical heat treatment furnace in which a plurality of semiconductor wafers to be heat-treated are arranged vertically so that the in-plane direction is horizontal, and a vertical heat treatment furnace in which the semiconductor wafers are vertically oriented in the in-plane direction.
  • a horizontal heat treatment furnace that heat-treats a plurality of sheets side by side in the horizontal direction.
  • the vertical heat treatment furnace is generally used for various heat treatments of semiconductor wafers because the installation space is small and it is suitable for heat-treating a large amount of semiconductor substrates having a large diameter.
  • the vertical heat treatment furnace includes a heat treatment boat having a plurality of columns, one or more support portions connected to each of the plurality of columns, and a heater arranged around the heat treatment boat.
  • a semiconductor wafer to be heat-treated is introduced into such a vertical heat treatment furnace, the semiconductor wafer is placed on a support portion of a heat treatment boat, and the semiconductor wafer is heated by a heater to perform heat treatment on the semiconductor wafer.
  • Patent Document 1 includes a plurality of columns and a support portion that is detachably attached to each column and supports the object to be processed horizontally, and is a heat treatment boat capable of effectively preventing slip dislocation and contamination. Is described.
  • Patent Document 2 the relationship between the relative position between the position of the heat treatment boat and the mounting position of the semiconductor wafer and the amount of slip dislocation generated is obtained, and based on the obtained relationship, the position of the heat treatment boat and the semiconductor wafer are obtained.
  • the initial position of the position relative to the mounting position of the semiconductor wafer and mounting the semiconductor wafer on the heat treatment boat so that it is within the reference value from the set initial position, the generation of slip is stabilized. The method that can be suppressed is described.
  • an object of the present invention is a heat treatment boat for a vertical heat treatment furnace and a heat treatment method for a semiconductor wafer, which can suppress the occurrence of slip dislocations in the semiconductor wafer when heat treatment is performed on the semiconductor wafer. Is to propose.
  • the present invention that solves the above problems is as follows.
  • a heat treatment boat for a vertical heat treatment furnace which comprises a plurality of columns and one or more support portions connected to each of the plurality of columns and supporting the back surface of the semiconductor wafer.
  • a region including the central axis of the heat treatment boat and sandwiched between two surfaces in contact with the columns is defined as a first region, and the first region is defined as the first region.
  • a vertical heat treatment furnace characterized in that a support portion connected to the support column is configured to support the back surface of the semiconductor wafer in the second region when a region other than the second region is used as the second region.
  • the plurality of columns include two first columns arranged on the front side of wafer filling with respect to a plane including the central axis of the vertical heat treatment boat and perpendicular to the wafer filling direction, and a wafer. It consists of one or more second columns placed on the back side of the filling.
  • the wafer support area in the support portion connected to each of the two first columns is one or more of the second columns with respect to the central axis of the heat treatment boat for vertical heat treatment.
  • the support portion connected to each of the at least one support column is arranged so as to support the back surface of the semiconductor wafer inside the outer periphery of the semiconductor wafer and outside the device processing region.
  • the heat treatment boat for a vertical heat treatment furnace according to [1] or [2].
  • the semiconductor wafer to be heat-treated is placed on the support portion of the heat treatment boat for the vertical heat treatment furnace according to any one of the above [1] to [5], and the semiconductor wafer is heat-treated.
  • a method for heat-treating a semiconductor wafer which comprises applying the heat treatment.
  • the present invention when a semiconductor wafer is heat-treated, it is possible to suppress the occurrence of slip dislocations on the semiconductor wafer as compared with the conventional case.
  • FIG. 1 It is a figure explaining the method of supporting a semiconductor wafer in a more balanced manner in this invention.
  • (A) is a support portion of the heat-treated boat used in Invention Example 1, and (b) is a top view of the heat-treated boat.
  • (A) is a support portion of the heat-treated boat used in Invention Example 2, and (b) is a top view of the heat-treated boat.
  • the heat treatment boat according to the present invention is a heat treatment boat for a vertical heat treatment furnace including a plurality of columns and one or more support portions connected to each of the plurality of columns to support the back surface of the semiconductor wafer.
  • a region including the central axis of the heat-treated boat and sandwiched between two surfaces in contact with the columns is set as a first region, and the first region is used.
  • the support portion connected to the support column is configured to support the back surface of the semiconductor wafer in the second region.
  • the present inventors have studied a heat treatment boat having a structure as shown in FIG. 1 while studying a heat treatment boat capable of suppressing the occurrence of slip dislocations in a semiconductor wafer during heat treatment.
  • the heat treatment boat 100 shown in FIG. 1A includes two first columns 11 and two second columns 12, and each of the first column 11 and the second column 12 is heat-treated. A plurality of support portions 11a and 12a that support the back surface of the target semiconductor wafer W are connected.
  • the first support column 11 includes the central axis O of the vertical heat treatment boat 100 and is formed on the surface P perpendicular to the wafer filling direction so as not to interfere with the filling of the semiconductor wafer W.
  • the support column is arranged on the front side in the wafer filling direction
  • the second support column 12 is a support column arranged on the back side in the wafer filling direction.
  • FIG 1C shows how the support portion 11a supports the back surface of the semiconductor wafer W.
  • the height positions of the surfaces of the support portions 11a and 12a that support the same semiconductor wafer W in contact with the semiconductor wafer W are all configured to be substantially the same (that is, substantially one surface).
  • FIG. 2A and 2B are views showing the details of the first support column 11 and the support portion 11a, where FIG. 2A is an overall view and FIG. 2B is a top view.
  • Lw indicates the outer circumference of the semiconductor wafer W.
  • the support portion 11a connected to the first support column 11 is connected to the semiconductor wafer W from the first support column 11 when the semiconductor wafer W is placed on the support portion 11a. It has a shape extending along the outer peripheral Lw.
  • the support portion 11a is configured to make surface contact with the back surface of the semiconductor wafer W in the region (wafer support region) Ac shown in FIG. 2B.
  • FIG. 3A and 3B are views showing the details of the second support column 12 and the support portion 12a, where FIG. 3A is an overall view and FIG. 3B is a top view.
  • Lw indicates the outer circumference of the semiconductor wafer W.
  • the semiconductor wafer W is placed on the support portion 12a in the same manner as in the heat treatment boats described in Patent Documents 1 and 2.
  • the wafer has a shape extending from the second support column 12 toward the center of the semiconductor wafer W mounted on the support portion 12a.
  • the support portion 12a is configured to be in surface contact with the back surface of the semiconductor wafer W in the wafer support region Ac shown in FIG. 3B.
  • the semiconductor wafer W to be heat-treated When the semiconductor wafer W to be heat-treated is placed on the support portions 11a and 12a on the heat treatment boat 100, the weight of the semiconductor wafer W is heavier on the first column 11 side. Therefore, the semiconductor wafer W is placed on the first column 11 side with the center of gravity of the wafer slightly tilted (shifted).
  • a heater 13 for heating the semiconductor wafer W is arranged around the heat treatment boat 100, but the heater 13 shown in FIG. 1A is for simulation. It is a simple model used for, and is different from the actual one.
  • the present inventors introduced the heat treatment boat 100 shown in FIG. 1 into a vertical heat treatment furnace, and heat-treated a plurality of silicon wafers. As a result, slip dislocations were generated from scratches formed on the outer peripheral portions of some silicon wafers, and in any of these, slip dislocations were generated from scratches located near the first column 11.
  • FIG. 4 shows an example of an X-ray observation image of a silicon wafer in which slip dislocations have occurred.
  • scratches considered to have been formed by contact with the support portion 11a are formed on the outer peripheral portion of the silicon wafer. Then, slip dislocations occur only from the scratches at the position closest to the first support column 11.
  • the second strut 12 has a scratch on the outer peripheral portion of the silicon wafer, which is considered to be formed by contact with the support portion 12a of the second strut 12, but slips from this scratch. No dislocation occurred.
  • the present inventors conducted heat transfer analysis of the silicon wafer during heat treatment by simulation in order to investigate the cause of slip dislocations generated only from scratches located near the first column 11. rice field.
  • the thermal stress of the region of the silicon wafer away from the first support column 11 (for example, the tip portion of the support portion 11a farthest from the support column 11) is relatively small, whereas the heat from the heater 13 is the second. It was found that the thermal stress in the region of the silicon wafer blocked by the column 11 of 1 was large. Further, it was confirmed that the support portion 12a was not as hotly stressed as the support portion 11a.
  • the reason why the thermal stress increases in the region behind the first column 11 is that the area behind the first column 11 where the heat from the heater 13 is blocked by the first column 11 is not disturbed. It is considered that the temperature change of the silicon wafer becomes large near the boundary with the region.
  • the present inventors have diligently studied the shape of the heat treatment boat capable of suppressing the occurrence of slip dislocations on the semiconductor wafer W during the heat treatment.
  • the structure of the heat treatment boat used in the vertical heat treatment furnace it is difficult to remove the first columns 11 and 12 that block the heat from the heater 13. Therefore, the present inventors have slip dislocations in the heat treatment boat 100 having the first columns 11 and 12 as shown in FIG. 1 and the support portions 11a and 12a connected to the first columns 11 and 12.
  • the support portion 11a supports the back surface of the semiconductor wafer W in a region (second region) other than the region (first region) where the heat from the heater 13 is behind the first support column 11. He found that the composition was extremely effective, and completed the present invention.
  • the above-mentioned "region where the heat from the heater 13 is behind the first support column 11 (first region)" is, as shown in FIG. 5, when the heat treatment board is viewed from above. It means a region (first region) A1 including the central axis O of the heat treatment boat 100 and sandwiched between the two surfaces P1 and P2 in contact with the first support column 11 (second support column 12).
  • the support portion 11a supports the back surface of the semiconductor wafer W in a region (second region) A2 other than the region (first region) A1, whereby the outer periphery of the semiconductor wafer W is supported during the heat treatment. It is possible to suppress the occurrence of slip dislocations from the scratches formed on the portions.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method of supporting the semiconductor wafer W by the support portion 11a.
  • FIG. 6A shows the first support column 11 in which slip dislocation has occurred from a scratch in the vicinity of the first support column 11, and is similar to that shown in FIG. 2.
  • the support portion 11a shown in FIG. 6A supports the back surface of the semiconductor wafer W even in the first region A1 behind the first support column 11, and the support portion 11a and the semiconductor wafer W support the wafer. Surface contact in region Ac.
  • the support portion 21a shown in FIG. 6B the portion behind the first support column 21 is largely removed.
  • the first support portion 21a does not support the back surface of the semiconductor wafer W in the first region A1, and the support portion 21a and the semiconductor wafer W are in the wafer support region Ac located only in the second region A2. Face contact. In this way, it is possible to avoid contact between the support portion 21a and the region of large thermal stress in the semiconductor wafer W during the heat treatment, and slip dislocations are generated from the scratches formed on the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W during the heat treatment. It can be suppressed.
  • the wafer support region Ac in the support portion 21a connected to each of the two first columns 21 has one or more second columns 12 with respect to the central axis O of the heat treatment boat 100 for vertical heat treatment. It is preferable that the wafer support region 12a connected to any of the above is arranged at a point-symmetrical position of the wafer support region Ac. As a result, the load of the semiconductor wafer W is distributed to the support portions 21a and 12a in a well-balanced manner to suppress a large load from being applied to the specific support portions 21a and 12a, and further suppress the occurrence of slip dislocations. be able to.
  • wafer support in the support portion 12a in which the wafer support region Ac in the support portion 21a is connected to any one of one or more second columns 12 with respect to the central axis O of the heat treatment boat 100 for vertical heat treatment means that, as shown in FIG. 7, the wafer support area Ac in the support portion 21a is rotated 180 degrees around the central axis O of the heat treatment boat 100. This means that at least a part of the wafer support region Ac in the support portion 12a of any of the second columns 12 overlaps with the wafer support region Ac. In other words, it means that a straight line passing through a certain point of the wafer support region Ac of the first support portion 21a and the central axis O passes through the wafer support region Ac in any of the support portions 12a of the second support column 12. ing.
  • the support portions 21a and 12a connected to each of the at least one support column 21 and 12 are arranged so as to support the back surface of the semiconductor wafer W inside the outer circumference of the semiconductor wafer W and outside the device processing region. It is preferable to have.
  • heat treatment for raising and lowering the temperature at high speed such as RTA and FLA is performed, but if there is a scratch on the back surface of the device processing region, slip dislocation may occur.
  • the support portions 21a and 12a support the back surface of the semiconductor wafer W inside the outer periphery of the W of the semiconductor wafer and outside the device processing region to prevent scratches from being formed on the back surface of the device processing region. It is possible to prevent slip dislocations from occurring, and it is possible to improve the yield.
  • the weight of the wafer increases, so that the load on the support portions 21a and 12a becomes larger than when the diameter is 300 mm.
  • the support portions 21a and 12a of all the first columns 21 and 12 are semiconductor wafers in the second region A2 other than the first region A1 which is behind the first columns 21 and 12. It is preferable to configure it so as to support the back surface of W. As a result, it is possible to further suppress the occurrence of slip dislocations from the scratches formed by the contact between the semiconductor wafer W and the support portions 21a and 12a.
  • the diameter of the semiconductor wafer W is not particularly limited, and may be, for example, 150 mm or more, 300 mm or more, and specifically, 150 mm, 200 mm, 300 mm, 450 mm, or the like.
  • Each configuration of the heat treatment boat 1 can be configured with dimensions corresponding to the diameter of the semiconductor wafer W.
  • the first columns 21, 12 and the support portions 21a, 12a can be made of silicon, silicon carbide, or silicon oxide.
  • the method for heat-treating a semiconductor wafer according to the present invention is characterized in that the semiconductor wafer to be heat-treated is placed on the support portion of the heat-treated boat according to the present invention and the heat treatment is performed on the semiconductor wafer.
  • the support portion 21a of the first support column 21 is to be heat-treated in the second region A2 other than the first region A1 which is behind the first support column 21. Supports the back surface of the semiconductor wafer W of. Therefore, the heat treatment boat 1 is installed in a vertical heat treatment furnace, and the semiconductor wafer W to be heat-treated is placed on the support portions 21a and 12a of the first columns 21 and 12 to perform heat treatment. It is possible to suppress the occurrence of slip dislocations from scratches formed on the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W.
  • the semiconductor wafer to be heat-treated is not particularly limited, but the heat treatment can be preferably performed in the case of a silicon wafer.
  • FIG. 8A A silicon wafer (diameter: 200 mm) was heat-treated using a heat-treated boat having the support portion 21a shown in FIG. 8 (a).
  • the support portion 21a shown in FIG. 8A has a structure similar to that of the support portion 11a shown in FIG. 2, but the silicon wafer is formed only in the wafer support region Ac existing in the second region A2. It is configured to support the back surface. Further, as shown in FIG. 8B, the wafer support region Ac in the support portion 21a connected to each of the first support columns 21 is the second with respect to the central axis O of the heat treatment boat 1 for vertical heat treatment.
  • Silicon wafers were placed on the support portions 21a and 12a of such a heat treatment boat, and 110 silicon wafers were heat-treated. Specifically, the mixture was placed in a vertical heat treatment furnace at 700 ° C., heated to 1100 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min, and held for 60 minutes. Then, the temperature was lowered to 700 ° C. at a temperature lowering rate of 2.5 ° C./min, and the temperature was taken out from the furnace. As a result, no slip dislocation occurred on the silicon wafer. When the electric heat calculation by simulation was performed, the maximum value of Mises stress was 1.22 MPa and the average value was 1.16 MPa in the contact point in the contact region between the support portion and the silicon wafer.
  • FIG. 9A The support portion 21a shown in FIG. 9A is a portion closer to the center of the silicon wafer than that shown in FIG. 8A, specifically, a portion 20 to 30 mm from the outer periphery of the silicon wafer. It is configured to support. Further, as shown in FIG. 9B, the wafer support region Ac in the support portion 21a connected to each of the first support columns 21 is the second with respect to the central axis O of the heat treatment boat 1 for vertical heat treatment.
  • the present invention when a semiconductor wafer is heat-treated, it is possible to suppress the occurrence of slip dislocations in the semiconductor wafer as compared with the conventional case, which is useful in the semiconductor industry.

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Abstract

半導体ウェーハに対して熱処理を施す際に、従来よりも半導体ウェーハにスリップ転位が発生するのを抑制することができる縦型熱処理用熱処理ボートおよび半導体ウェーハの熱処理方法を提案する。複数本の支柱と、該複数本の支柱の各々に接続され、半導体ウェーハの裏面を支持する１つ以上の支持部とを備える縦型熱処理炉用熱処理ボートにおいて、複数本の支柱のうちの少なくとも１本の支柱１１の各々について、熱処理ボートの中心軸Ｏを含むとともに支柱１１に接する２つの面Ｐ１、Ｐ２に挟まれた領域を第１の領域Ａ１とし、第１の領域Ａ１以外の領域を第２の領域Ａ２としたとき、支柱１１に接続させた支持部１１ａが第２の領域Ａ２において半導体ウェーハの裏面を支持するように構成されていることを特徴とする。

Description

縦型熱処理炉用熱処理ボートおよび半導体ウェーハの熱処理方法
　本発明は、縦型熱処理炉用熱処理ボートおよび半導体ウェーハの熱処理方法に関する。
　半導体デバイスの基板であるシリコンウェーハなどの半導体ウェーハを製造するプロセスでは、ウェーハは様々な熱処理工程を経る。また、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体デバイスの基板である半導体ウェーハに対して、酸化、拡散、成膜などの工程において、高温の熱処理を繰り返し施す。こうした熱処理を行う炉としては、熱処理対象の半導体ウェーハをその面内方向が水平となるように垂直方向に複数枚並べて熱処理を行う縦型熱処理炉と、半導体ウェーハをその面内方向が垂直となるように水平方向に複数枚並べて熱処理を行う横型熱処理炉とが存在する。中でも、縦型熱処理炉は、設置スペースが小さく、大口径の半導体基板を多量に熱処理するのに適しているため、半導体ウェーハの各種熱処理に一般的に用いられている。
　縦型熱処理炉は、複数の支柱と、該複数の支柱の各々に接続された１つ以上の支持部とを備える熱処理ボートと、該熱処理ボートの周囲に配置されたヒーターとを備える。こうした縦型熱処理炉に熱処理対象の半導体ウェーハを導入して熱処理ボートの支持部に半導体ウェーハを載置し、ヒーターにより半導体ウェーハを加熱することによって半導体ウェーハに対して熱処理を施す。
　上記縦型熱処理炉を用いて半導体ウェーハに対して熱処理を行う際に、半導体ウェーハ面内に温度分布の不均一が生じると熱応力が発生し、半導体ウェーハにスリップ転位が発生しうる。スリップ転位は、半導体デバイスにおけるリーク電流の増加や半導体ウェーハの平坦性を悪化させる原因となるため、熱処理中に半導体ウェーハにスリップ転位が発生するのを抑制することが肝要である。
　そこでこれまで、熱処理中に半導体ウェーハにスリップ転位が発生するのを抑制する様々な熱処理ボートが提案されている。例えば、特許文献１には、複数の支柱と、各支柱に着脱可能に装着され、被処理物を水平に支持する支持部とを備え、スリップ転位や汚染の発生を効果的に防止できる熱処理ボートが記載されている。
　また、特許文献２には、熱処理ボートの位置と半導体ウェーハの載置位置との相対位置と、スリップ転位の発生量との関係を求め、求めた関係に基づいて、熱処理ボートの位置と半導体ウェーハの載置位置との相対位置の初期位置を設定し、該設定した初期位置から基準値内になるように半導体ウェーハを熱処理ボートに載置して熱処理を行うことによって、スリップの発生を安定して抑制することができる方法について記載されている。
特開２００４－２４１５４５号公報 特開２０１３－１１０３６４号公報
　本発明者らが検討した結果、特許文献１に記載された熱処理ボートおよび特許文献２に記載された方法に用いる熱処理ボートを用いて半導体ウェーハに熱処理を施すと、スリップ転位の発生を十分に抑制できないことが判明した。
　そこで、本発明の目的は、半導体ウェーハに対して熱処理を施す際に、従来よりも半導体ウェーハにスリップ転位が発生するのを抑制することができる縦型熱処理炉用熱処理ボートおよび半導体ウェーハの熱処理方法を提案することにある。
　上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］複数本の支柱と、該複数本の支柱の各々に接続され、前記半導体ウェーハの裏面を支持する１つ以上の支持部とを備える縦型熱処理炉用熱処理ボートにおいて、
　前記複数本の支柱のうちの少なくとも１本の支柱の各々について、前記熱処理ボートの中心軸を含むとともに前記支柱に接する２つの面に挟まれた領域を第１の領域とし、前記第１の領域以外の領域を第２の領域としたとき、前記支柱に接続させた支持部が前記第２の領域において前記半導体ウェーハの裏面を支持するように構成されていることを特徴とする縦型熱処理炉用熱処理ボート。
［２］前記複数本の支柱は、前記縦型熱処理ボートの中心軸を含むとともにウェーハ充填方向に垂直な面に対して、ウェーハ充填手前側に配置された２本の第１の支柱と、ウェーハ充填奥側に配置された１本以上の第２の支柱とからなり、
　上面視にて、前記２本の第１の支柱の各々に接続された支持部におけるウェーハ支持領域が、前記縦型熱処理用熱処理ボートの中心軸に対して、前記１本以上の第２の支柱のいずれかに接続された支持部におけるウェーハ支持領域の点対称な位置に配置されている、前記［１］に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボート。
［３］前記少なくとも１本の支柱の各々に接続された支持部は、前記半導体ウェーハの外周より内側、かつデバイス加工領域の外側で前記半導体ウェーハの裏面を支持するように配置されている、前記［１］または［２］に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボート。
［４］前記複数本の支柱の全てに接続された支持部が、前記第２の領域において前記半導体ウェーハの裏面を支持するように構成されている、前記［１］～［３］のいずれか一項に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボート。
［５］前記縦型熱処理炉用熱処理ボートがシリコン、炭化シリコンまたは二酸化シリコンで構成されている、前記［１］～［４］のいずれか一項に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボート。
［６］前記［１］～［５］のいずれか一項に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボートの前記支持部上に熱処理対象の半導体ウェーハを載置して前記半導体ウェーハに対して熱処理を施すことを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法。
［７］前記半導体ウェーハはシリコンウェーハである、前記［６］に記載の半導体ウェーハの熱処理方法。
　本発明によれば、半導体ウェーハに対して熱処理を施す際に、従来よりも半導体ウェーハにスリップ転位が発生するのを抑制することができる。
検討した熱処理ボートの構成を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ａ）におけるＸ－Ｘ断面図である。 第１の支柱および支持部の詳細を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は上面図である。 第２の支柱および支持部の詳細を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は上面図である。 スリップ転位が発生したシリコンウェーハのＸ線観察像の一例である。 本発明による熱処理ボートにおいて、半導体ウェーハの裏面を支持する位置を説明する図である。 支持部における半導体ウェーハの支持領域を説明する図である。 本発明において半導体ウェーハをよりバランスよく支持する方法を説明する図である。 （ａ）は発明例１において使用した熱処理ボートの支持部、（ｂ）は熱処理ボートの上面図である。 （ａ）は発明例２において使用した熱処理ボートの支持部、（ｂ）は熱処理ボートの上面図である。
（熱処理ボート）
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明による熱処理ボートは、複数本の支柱と、該複数本の支柱の各々に接続され、半導体ウェーハの裏面を支持する１つ以上の支持部とを備える縦型熱処理炉用熱処理ボートである。ここで、上記複数本の支柱のうちの少なくとも１本の支柱の各々について、熱処理ボートの中心軸を含むとともに支柱に接する２つの面に挟まれた領域を第１の領域とし、第１の領域以外の領域を第２の領域としたとき、支柱に接続させた支持部が第２の領域において半導体ウェーハの裏面を支持するように構成されていることを特徴とする。
　上述のように、縦型熱処理炉において従来の熱処理ボートを使用して半導体ウェーハに対して熱処理を施すと、依然としてスリップが発生することが判明した。本発明者らは、熱処理中に半導体ウェーハにおいてスリップ転位が発生するのを抑制できる熱処理ボートを検討する中で、図１に示したような構造を有する熱処理ボートを検討した。
　図１（ａ）に示した熱処理ボート１００は、２本の第１の支柱１１および２本の第２の支柱１２を備え、第１の支柱１１および第２の支柱１２の各々には、熱処理対象の半導体ウェーハＷの裏面を支持する複数の支持部１１ａ、１２ａが接続されている。図１（ｂ）に示すように、第１の支柱１１は、半導体ウェーハＷの充填の妨げとならないように、縦型熱処理ボート１００の中心軸Ｏを含むとともにウェーハ充填方向に垂直な面Ｐに対して、ウェーハ充填方向の手前側に配置された支柱であり、第２の支柱１２は、ウェーハ充填方向の奥側に配置された支柱である。図１（ｃ）は、支持部１１ａが半導体ウェーハＷの裏面を支持する様子を示している。なお、同一の半導体ウェーハＷを支持する支持部１１ａ、１２ａの半導体ウェーハＷと接触する表面の高さ位置は、全て略同一（すなわち、略面一）に構成されている。
　図２は、第１の支柱１１および支持部１１ａの詳細を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は上面図である。なお、図２（ｂ）において、Ｌｗは半導体ウェーハＷの外周を示している。図２（ａ）に示すように、第１の支柱１１に接続された支持部１１ａは、半導体ウェーハＷが支持部１１ａ上に載置された際に、第１の支柱１１から半導体ウェーハＷの外周Ｌｗに沿って延びる形状を有している。そして、支持部１１ａは、図２（ｂ）に示した領域（ウェーハ支持領域）Ａｃにおいて、半導体ウェーハＷの裏面と面接触するように構成されている。
　また、図３は、第２の支柱１２および支持部１２ａの詳細を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は上面図である。なお、図３（ｂ）において、Ｌｗは半導体ウェーハＷの外周を示している。図３（ａ）に示すように、第２の支柱１２に接続された支持部１２ａは、特許文献１および２に記載された熱処理ボートと同様に、半導体ウェーハＷが支持部１２ａ上に載置された際に、第２の支柱１２から支持部１２ａに載置される半導体ウェーハＷの中心方向に延びる形状を有している。そして、支持部１２ａは、図３（ｂ）に示したウェーハ支持領域Ａｃにおいて、半導体ウェーハＷの裏面と面接触するように構成されている。
　なお、上記熱処理ボート１００に熱処理対象の半導体ウェーハＷを支持部１１ａ、１２ａ上に載置した際に、第１の支柱１１側に半導体ウェーハＷの重量がより多く掛かる。そのため、半導体ウェーハＷは、第１の支柱１１側にわずかにウェーハの重心が傾斜して（ずれて）載置されることになる。なお、図１（ａ）に示すように、熱処理ボート１００の周囲には、半導体ウェーハＷを加熱するヒーター１３が配置されているが、図１（ａ）に示したヒーター１３は、シミュレーションのために使用した簡易的にモデル化したものであり、実際のものとは異なる。
　本発明者らは、図１に示した熱処理ボート１００を縦型熱処理炉内に導入し、複数枚のシリコンウェーハに対して熱処理を施した。その結果、幾つかのシリコンウェーハの外周部に形成された傷からスリップ転位が発生し、そのいずれにおいても、第１の支柱１１付近に位置する傷からスリップ転位が発生した。
　図４は、スリップ転位が発生したシリコンウェーハのＸ線観察像の一例を示している。図４に示したシリコンウェーハにおいては、矢印で示すように、シリコンウェーハの外周部に、支持部１１ａとの接触によって形成されたと考えられる傷が形成されている。そして、第１の支柱１１に最も近い位置の傷のみから、スリップ転位が発生している。
　なお、図には示さないが、第２の支柱１２については、シリコンウェーハの外周部に第２の支柱１２の支持部１２ａとの接触により形成されたと考えられる傷があるが、この傷からスリップ転位は発生しなかった。
　本発明者らは、上記の結果を受けて、スリップ転位が第１の支柱１１の近くに位置する傷のみから発生する原因を究明すべく、シミュレーションによって熱処理中のシリコンウェーハの伝熱解析を行った。その結果、第１の支柱１１から離れたシリコンウェーハの領域（例えば、支柱１１から最も離れた支持部１１ａの先端部分）の熱応力は比較的小さいのに対して、ヒーター１３からの熱が第１の支柱１１によって遮られるシリコンウェーハの領域の熱応力が大きいことが判明した。また、支持部１２ａには支持部１１ａほど熱応力が掛かっていないことが確認された。
　上記第１の支柱１１の陰となる領域において熱応力が大きくなる理由としては、第１の支柱１１によってヒーター１３からの熱が妨げられる第１の支柱１１の陰となる領域と、妨げられない領域との境界付近で、シリコンウェーハの温度変化が大きくなるためと考えられる。
　本発明者らは、上記伝熱解析の結果を受けて、熱処理中に半導体ウェーハＷにスリップ転位が発生するのを抑制できる熱処理ボートの形状について鋭意検討した。縦型熱処理炉において使用する熱処理ボートの構造として、ヒーター１３からの熱を妨げる第１の支柱１１、１２を除去することは困難である。そこで、本発明者らは、図１に示したような第１の支柱１１、１２を有し、第１の支柱１１、１２に支持部１１ａ、１２ａが接続された熱処理ボート１００において、スリップ転位の発生を抑制することができる熱処理ボートの形状について鋭意検討した。その結果、ヒーター１３からの熱が第１の支柱１１の陰になる領域（第１の領域）以外の領域（第２の領域）で、支持部１１ａが半導体ウェーハＷの裏面を支持するように構成することが極めて有効であることを見出し、本発明を完成させたのである。
　なお、本発明において、上記「ヒーター１３からの熱が第１の支柱１１の陰になる領域（第１の領域）」とは、図５に示すように、熱処理ボードを上面視した際に、熱処理ボート１００の中心軸Ｏを含むとともに第１の支柱１１（第２の支柱１２）に接する２つの面Ｐ１、Ｐ２に挟まれた領域（第１の領域）Ａ１を意味している。
　図５において、支持部１１ａが領域（第１の領域）Ａ１以外の領域（第２の領域）Ａ２で支持部１１ａが半導体ウェーハＷの裏面を支持することによって、熱処理中に半導体ウェーハＷの外周部に形成された傷からスリップ転位が発生するのを抑制することができる。
　図６は、支持部１１ａによる半導体ウェーハＷの支持方法を説明する図である。図６（ａ）は、第１の支柱１１付近の傷からスリップ転位が発生した第１の支柱１１を示しており、図２に示したものと同様のものである。図６（ａ）に示した支持部１１ａは、第１の支柱１１の陰となる第１の領域Ａ１においても、半導体ウェーハＷの裏面を支持し、支持部１１ａと半導体ウェーハＷとがウェーハ支持領域Ａｃにおいて面接触する。これに対して、図６（ｂ）に示した支持部２１ａにおいては、第１の支柱２１の陰となる部分が大きく除去されている。これにより、第１の支持部２１ａは、第１の領域Ａ１において半導体ウェーハＷの裏面を支持せず、支持部２１ａと半導体ウェーハＷとは、第２の領域Ａ２のみにあるウェーハ支持領域Ａｃにおいて面接触する。こうして、熱処理中に支持部２１ａと半導体ウェーハＷにおける熱応力の大きな領域との接触を回避することができ、熱処理中に半導体ウェーハＷの外周部に形成された傷からスリップ転位が発生するのを抑制することができる。
　なお、２本の第１の支柱２１の各々に接続された支持部２１ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃが、縦型熱処理用熱処理ボート１００の中心軸Ｏに対して、１本以上の第２の支柱１２のいずれかに接続された支持部１２ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃの点対称な位置に配置されていることが好ましい。これにより、半導体ウェーハＷの荷重を支持部２１ａ、１２ａにバランスよく分散させて特定の支持部２１ａ、１２ａに大きな荷重が負荷されるのを抑制して、スリップ転位が発生するのをさらに抑制することができる。なお、「支持部２１ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃが、縦型熱処理用熱処理ボート１００の中心軸Ｏに対して、１本以上の第２の支柱１２のいずれかに接続された支持部１２ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃの点対称な位置に配置されている」とは、図７に示すように、上面視にて、支持部２１ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃを熱処理ボート１００の中心軸Ｏの周りに１８０度回転させた際に、第２の支柱１２のいずれかの支持部１２ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃと少なくとも一部が重複することを意味している。換言すれば、第１の支持部２１ａのウェーハ支持領域Ａｃのある点および中心軸Ｏを通る直線が、第２の支柱１２のいずれかの支持部１２ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃを通ることを意味している。
　また、少なくとも１つの支柱２１、１２の各々に接続された支持部２１ａ、１２ａは、半導体ウェーハＷの外周より内側、かつデバイス加工領域の外側で半導体ウェーハＷの裏面を支持するように配置されていることが好ましい。デバイス形成工程においては、ＲＴＡ、ＦＬＡなどの高速に昇降温させる熱処理を行うが、デバイス加工領域の裏面に傷が存在する場合には、スリップ転位が発生するおそれがある。支持部２１ａ、１２ａが、半導体ウェーハのＷ外周より内側、かつデバイス加工領域の外側で半導体ウェーハＷの裏面を支持することにより、デバイス加工領域の裏面に傷が形成されるのを防止して、スリップ転位が発生するのを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。
　なお、支持する半導体ウェーハＷの直径が、例えば４５０ｍｍのような場合には、ウェーハの重量が増すため、直径が３００ｍｍの場合よりも支持部２１ａ、１２ａへの負荷が大きくなる。このような場合には、全ての第１の支柱２１、１２の支持部２１ａ、１２ａが、第１の支柱２１、１２の陰となる第１の領域Ａ１以外の第２の領域Ａ２において半導体ウェーハＷの裏面を支持するように構成することが好ましい。これにより、半導体ウェーハＷと支持部２１ａ、１２ａとの接触によって形成された傷からスリップ転位が発生するのをさらに抑制することができる。
　また、半導体ウェーハＷの直径は、特に限定されず、例えば１５０ｍｍ以上、３００ｍｍ以上とすることができ、具体的には１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどとすることができる。熱処理ボート１の各構成は、半導体ウェーハＷの直径に応じた寸法で構成することができる。
　第１の支柱２１、１２および支持部２１ａ、１２ａは、シリコン、炭化シリコンまたは酸化シリコンで構成することができる。
（半導体ウェーハの熱処理方法）
　次に、本発明による半導体ウェーハの熱処理方法について説明する。本発明による半導体ウェーハの熱処理方法は、上述した本発明による熱処理ボートの支持部上に熱処理対象の半導体ウェーハを載置して上記半導体ウェーハに対して熱処理を施すことを特徴とする。
　上述のように、本発明による熱処理ボート１においては、第１の支柱２１の支持部２１ａは、第１の支柱２１の陰となる第１の領域Ａ１以外の第２の領域Ａ２において、熱処理対象の半導体ウェーハＷの裏面を支持する。そのため、上記熱処理ボート１を縦型熱処理炉内に設置し、第１の支柱２１、１２の支持部２１ａ、１２ａ上に熱処理対象の半導体ウェーハＷを載置して熱処理することにより、熱処理中に半導体ウェーハＷの外周部に形成された傷からスリップ転位が発生するのを抑制することができる。
　上記熱処理対象の半導体ウェーハは、特に限定されないが、シリコンウェーハの場合に熱処理を好適に行うことができる。
　以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。
（発明例１）
　図８（ａ）に示した支持部２１ａを有する熱処理ボートを用いてシリコンウェーハ（直径：２００ｍｍ）に対して熱処理を施した。図８（ａ）に示した支持部２１ａは、図２に示した支持部１１ａに類似した構造を有しているが、第２の領域Ａ２に存在するウェーハ支持領域Ａｃのみにてシリコンウェーハの裏面を支持するように構成されている。また、図８（ｂ）に示すように、第１の支柱２１の各々に接続された支持部２１ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃが、縦型熱処理用熱処理ボート１の中心軸Ｏに対して、第２の支柱１２のいずれかに接続された支持部１２ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃの点対称な位置に配置されている。こうした熱処理ボートの支持部２１ａ、１２ａ上にシリコンウェーハを載置し、１１０枚のシリコンウェーハに対して熱処理を施した。具体的には、７００℃の縦型熱処理炉に投入し、５℃／分の昇温速度で１１００℃まで昇温し、６０分間保持した。その後、２．５℃／分の降温速度で７００℃まで降温し、炉内から取り出した。その結果、シリコンウェーハにスリップ転位は発生しなかった。シミュレーションによる電熱計算を行ったところ、支持部とシリコンウェーハとの接触領域における接触点の中でミーゼス応力の最大値は１．２２ＭＰａであり、平均値は１．１６ＭＰａとなった。
（発明例２）
　発明例１と同様に、シリコンウェーハに対して熱処理を施した。ただし、熱処理ボートとしては、図９（ａ）に示すような支持部２１ａを有するものを用いた。図９（ａ）に示した支持部２１ａは、図８（ａ）に示したものよりも、シリコンウェーハのより中心側の部分、具体的には、シリコンウェーハの外周から２０～３０ｍｍの部分を支持するように構成されている。また、図９（ｂ）に示すように、第１の支柱２１の各々に接続された支持部２１ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃが、縦型熱処理用熱処理ボート１の中心軸Ｏに対して、第２の支柱１２のいずれかに接続された支持部１２ａにおけるウェーハ支持領域Ａｃの点対称な位置に配置されている。その他の条件は、発明例１と全て同じである。その結果、シリコンウェーハにスリップ転位は発生しなかった。シミュレーションによる電熱計算を行ったところ、支持部とシリコンウェーハとの接触領域における接触点の中でミーゼス応力の最大値は１．０９ＭＰａであり、平均値は０．９８ＭＰａとなった。
（比較例）
　発明例１と同様に、シリコンウェーハに対して熱処理を施した。ただし、熱処理ボートとしては、図１～３に示した熱処理ボート１００を用いた。図１～３に示した熱処理ボート１００では、第１の支柱１１の陰になる第１の領域Ａ１においてもシリコンウェーハを支持する。その他の条件は、発明例１と全て同じである。その結果、第１の支柱１１の陰になる第１の領域Ａ１における傷からスリップ転位が発生した。シミュレーションによる電熱計算を行ったところ、支持部１１ａとシリコンウェーハとの接触領域における接触点の中でミーゼス応力の最大値は１．３５ＭＰａであり、平均値は１．２３ＭＰａとなった。
　本発明によれば、半導体ウェーハに対して熱処理を施す際に、従来よりも半導体ウェーハにスリップ転位が発生するのを抑制することができるため、半導体産業において有用である。
１，１００　熱処理ボート
１１，２１　第１の支柱
１２　第２の支柱
１１ａ，１２ａ，２１ａ　支持部
１３　ヒーター
Ａ１　第１の領域
Ａ２　第２の領域
Ａｃ　ウェーハ支持領域
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２　面
Ｌｗ　半導体ウェーハの外周
Ｏ　熱処理ボートの中心軸
Ｗ　半導体ウェーハ
 

Claims (7)

  1. 　複数本の支柱と、該複数本の支柱の各々に接続され、前記半導体ウェーハの裏面を支持する１つ以上の支持部とを備える縦型熱処理炉用熱処理ボートにおいて、
    　前記複数本の支柱のうちの少なくとも１本の支柱の各々について、前記熱処理ボートの中心軸を含むとともに前記支柱に接する２つの面に挟まれた領域を第１の領域とし、前記第１の領域以外の領域を第２の領域としたとき、前記支柱に接続させた支持部が前記第２の領域において前記半導体ウェーハの裏面を支持するように構成されていることを特徴とする縦型熱処理炉用熱処理ボート。
  2. 　前記複数本の支柱は、前記縦型熱処理ボートの中心軸を含むとともにウェーハ充填方向に垂直な面に対して、ウェーハ充填手前側に配置された２本の第１の支柱と、ウェーハ充填奥側に配置された１本以上の第２の支柱とからなり、
    　上面視にて、前記２本の第１の支柱の各々に接続された支持部におけるウェーハ支持領域が、前記縦型熱処理用熱処理ボートの中心軸に対して、前記１本以上の第２の支柱のいずれかに接続された支持部におけるウェーハ支持領域の点対称な位置に配置されている、請求項１に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボート。
  3. 　前記少なくとも１本の支柱の各々に接続された支持部は、前記半導体ウェーハの外周より内側、かつデバイス加工領域の外側で前記半導体ウェーハの裏面を支持するように配置されている、請求項１または２に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボート。
  4. 　前記複数本の支柱の全てに接続された支持部が、前記第２の領域において前記半導体ウェーハの裏面を支持するように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボート。
  5. 　前記縦型熱処理炉用熱処理ボートがシリコン、炭化シリコンまたは二酸化シリコンで構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボート。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の縦型熱処理炉用熱処理ボートの前記支持部上に熱処理対象の半導体ウェーハを載置して前記半導体ウェーハに対して熱処理を施すことを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法。
  7. 　前記半導体ウェーハはシリコンウェーハである、請求項６に記載の半導体ウェーハの熱処理方法。
     
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