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JPH09139352A - 縦型炉用ウェーハボート - Google Patents

縦型炉用ウェーハボート

Info

Publication number
JPH09139352A
JPH09139352A JP29700495A JP29700495A JPH09139352A JP H09139352 A JPH09139352 A JP H09139352A JP 29700495 A JP29700495 A JP 29700495A JP 29700495 A JP29700495 A JP 29700495A JP H09139352 A JPH09139352 A JP H09139352A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wafer
boat
support
vertical
back surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29700495A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomohisa Kitano
友久 北野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP29700495A priority Critical patent/JPH09139352A/ja
Priority to US08/747,086 priority patent/US5779797A/en
Priority to KR1019960053631A priority patent/KR100235078B1/ko
Publication of JPH09139352A publication Critical patent/JPH09139352A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハの自重による応力発生を抑制する。 【解決手段】 ウェーハ８の主面に対しほぼ垂直に立て
られた複数本の支柱９に設けられた支持棒１０がウェー
ハ中心から周辺側にウェーハ半径の２／３の距離だけ片
寄った位置でウェーハ裏面部の＜１００＞あるいは＜１
１０＞結晶方位を保持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、縦型熱処理装置に
具備するウェーハボート、特に縦型拡散炉，縦型気相成
長炉に具備する縦型用ウェーハボートに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、縦型拡散炉及び気相成長炉に具備
する縦型用ウェーハボートは、ウェーハと接する保持部
において、ウェーハとボートの支持部との熱伝導の差に
伴ってウェーハに熱歪みが加わり、結晶欠陥を生じさせ
てしまうという問題があった。この問題を解決するた
め、ウェーハボートには、３点あるいは４点でウェーハ
を保持する構造とし、ウェーハを支持する支持部がボー
ト支柱から棒状に突き出し、且つウェーハ周辺端部及び
ウェーハ周辺裏面がそれぞれボート支柱と支持部とで面
接触するようにしたボートが使用されている（特公昭６
１−１９１０１５号参照）。
【０００３】またウェーハの厚みより若干厚い溝がボー
ト支柱に形成され、その溝部にウェーハ周辺端部及びウ
ェーハ裏面周辺が面接触して支持されるウェーハボート
が使用されている。
【０００４】一方、ウェーハボートへのウェーハを出し
入れする際に、ウェーハボートの支持部とウェーハ周辺
部の接触面積が大きいために、ウェーハ周辺部に微小な
傷が入ったり、熱伝導の差異から接触部分において、ウ
ェーハに結晶欠陥を発生させるという問題があった。こ
の問題を解決するウェーハボートが特開平２−１７６３
３号及び特開平２−１０２５２３号に開示されており、
このウェーハボートは図８に示すように、ウェーハ主面
にほぼ垂直に立てられた複数本の支柱９に支持棒１０を
横向きに取付け、支持棒１０でウェーハ８の端部より約
１ｃｍ離れたウェーハ裏面１１を点接触あるいは線接触
することにより、ウェーハ８を保持するようになってい
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ウェーハの
大口径化に伴い、特に約３０ｃｍ（１２インチ）サイズ
以上のウェーハになってくるとウェーハの自重によって
ウェーハが撓み、ついにはスリップ等の結晶欠陥が発生
する。図９は、１２００℃の雰囲気中でウェーハ周辺部
を保持した際に、自重によりウェーハに加わる最大の応
力をウェーハ径及びウェーハ厚みを変化させて計算した
ものである。計算に用いたプログラムはＡＮＹＳＩＳで
あり、有限要素法によるものである。
【０００６】通常用いられている厚さ０．７ｍｍの６イ
ンチサイズのウェーハでは０．０２３５Ｋｇｆ／ｍｍ2
の最大応力が発生するが、同じ厚みで１２インチサイズ
のウェーハになると、０．０９４Ｋｇｆ／ｍｍ2の最大
応力となる。１２インチサイズのウェーハで６インチサ
イズのウェーハと同じ自重による応力値に抑制するため
には、３ｍｍ程度の厚みを必要とすることがわかり、経
済的にもウェーハ搬送等の生産面においても非現実的で
ある。このようにウェーハ自重による結晶欠陥が発生す
ることが、従来の技術で述べたウェーハとボートの支持
部との熱伝導の差に伴う結晶欠陥の発生より深刻な問題
である。
【０００７】したがって、ウェーハ自重による結晶欠陥
の発生を抑制するのに適したウェーハボートの開発が不
可欠である。この際に、ウェーハ面内の温度差による熱
応力によって発生するスリップ抑制にも注意を払う必要
がある。
【０００８】本発明の目的は、ウェーハが大口径約３０
ｃｍ（１２インチ）サイズになっても、通常のウェーハ
厚さで自重による応力を低減でき、かつ熱応力の影響を
受けにくい縦型炉用ウェーハボートを提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る縦型炉用ウェーハボートは、複数本の
支柱と、支持棒とを有し、ウェーハを上下に間隔を置い
て複数段に保持する縦型炉用ウェーハボートであって、
複数本の支柱は、ウェーハの周辺位置でウェーハ主面に
ほぼ垂直に立上って設けられたものであり、支持棒は、
前記支柱に横向きに設けられ、ウェーハ半径の２／３の
距離だけウェーハ中心から周辺部に片寄った位置でウェ
ーハ裏面を支持するものである。
【００１０】またウェーハは、（００１）ウェーハであ
り、前記支持棒は、ウェーハ裏面部の＜１００＞或いは
＜１１０＞結晶方位で支持するものである。
【００１１】また前記支持棒は、ウェーハ裏面に点接触
して支持するものである。
【００１２】また前記支持棒は、ウェーハ裏面に線接触
して支持するものである。
【００１３】また前記支持棒は、ウェーハ裏面に面接触
して支持するものである。
【００１４】本発明においては、ウェーハ主面にほぼ垂
直に立てられた複数本の支柱と該各支柱に設けた支持棒
にてウェーハ裏面を支持する位置は、ウェーハ半径
（ｒ）の２／３の距離だけウェーハの中心から周辺側に
片寄った位置に設定し、その位置でウェーハ裏面を保持
することにより、ウェーハ自重による応力を低減させて
いる。以下にその根拠を示す。図１０は、１２００℃の
雰囲気中にて厚さ０．７ｍｍの約３０ｃｍ（１２イン
チ）サイズのウェーハをウェーハ裏面の様々な位置で保
持した際の最大応力を示したものである。計算に用いた
プログラムはＡＮＹＳＩＳであり、有限要素法によるも
のである。
【００１５】ウェーハ周辺部を保持した場合には、前述
した通り０．０９４Ｋｇｆ／ｍｍ2の最大応力がかか
る。ウェーハ半径の１／３の距離だけウェーハの中心か
ら周辺側に片寄った位置でウェーハを保持した場合に
は、０．１１２Ｋｇｆ／ｍｍ2の最大応力が発生し、ウ
ェーハ周辺部を保持した場合より大きな応力が発生す
る。一方、ウェーハ半径の２／３の距離だけウェーハの
中心から周辺側に片寄った位置でウェーハを保持した場
合には、０．０２８Ｋｇｆ／ｍｍ2の最大応力となり、
ウェーハ自重による応力が抑制された状態となる。
【００１６】通常、均一な円盤形状の重心は円の中心よ
り半径の２／３離れた位置にあり、この重心位置で支持
することにより、自重による応力を極小にすることがで
きる。上述した計算結果が示す通り、厚さ０．７ｍｍの
約３０ｃｍ（１２インチ）サイズのウェーハにおいて
も、ウェーハ半径の２／３の距離だけウェーハ中心から
周辺側に離れた領域を保持することにより、ウェーハ自
重による最大応力を、現状のウェーハ周辺部を保持して
いる約１５ｃｍ（６インチ）サイズのウェーハの自重に
よる応力値（０．０２３５Ｋｇｆ／ｍｍ2）近くまで低
減することが可能となる。
【００１７】一方、ウェーハ自重による応力のウェーハ
ボートの支持位置依存性をＸ線回折法を用いて、実験の
立場から検証した。線源としてはＣｕを用い、モノクロ
メータとして反りが無視できる厚さ１ｃｍの（００１）
シリコン結晶を用いた。モノクロメータ結晶とウェーハ
ボート支持位置に置かれた（００１）ウェーハ間で、
（＋，−）の平行配置を設置することにより、歪みに敏
感なＸ線回折光学系を構築した。
【００１８】本光学系を用いて、ウェーハからの（４０
０）反射によるロッキングカーブを測定し、そこから得
られる半値幅を求めた。図１１は、求められた半値幅の
ボート支持位置依存性を示す。ウェーハボート支持位置
がウェーハ半径の２／３の距離だけウェーハ中心から周
辺側に片寄った位置で半値幅が約２５ｃｍ（１０イン
チ）と極小となっている。ウェーハボート支持位置がウ
ェーハ半径の２／３の距離だけウェーハ中心から周辺側
に片寄った位置から更に離れると半値幅が増加してお
り、自重による歪み量が増加していることを示してい
る。この結果は、ウェーハ半径の２／３の距離だけウェ
ーハ中心から周辺側に片寄った位置を支持することによ
って、ウェーハ自重による歪みを最小にすることができ
ることを示しており、自重によるスリップ抑制に効果を
発揮する。今回の結果は、厚さ０．７μｍのウェーハに
対する結果であるが、ウェーハの厚さが変化すると半値
幅の値は変化するが、半値幅が極小となるウェーハボー
ト支持位置はウェーハ半径の２／３の距離だけウェーハ
中心から周辺側に片寄った位置であることには変わらな
い。
【００１９】本発明においては、（００１）ウェーハ主
面にほぼ垂直に立てられた複数本の支柱と該各支柱に設
けた支持棒が（００１）ウェーハ裏面部の＜１００＞あ
るいは＜１１０＞結晶方位でウェーハを保持することに
より、スリップ発生を抑制する。以下にその根拠を示
す。
【００２０】熱応力は、入出炉時にウェーハ面内に温度
差が生じると発生する。その際に、熱応力が臨界せん断
応力ｆを越えると、スリップが発生する。一方、シリコ
ン製ウェーハのスリップは１２のすべり系に支配されて
おり、熱応力Ｆがすべり系に及ぼす効果は次式で与えら
れる。 ｆ＝Ｆｃｏｓα・ｃｏｓβ ここで、αは熱応力とすべり面の法線のなす角度、βは
熱応力とすべり方向とのなす角度である。熱応力Ｆとし
ては、接線方向の応力σが支配的となるため、この応力
が働いたときに、１２のすべり系に対して各ウェーハ結
晶方位でのｃｏｓα・ｃｏｓβを計算した（図１２）。
【００２１】その結果、ウェーハの＜１１０＞及び＜１
００＞結晶方位でこの値が最小となる。ある一定の熱応
力がウェーハに加えられたときに、最もｆの値を越えに
くい結晶方位、言い換えればスリップが発生しにくい結
晶方位といえる。従って、ここを支持することが望まれ
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
にして詳細に説明する。
【００２３】（実施形態１）図１は本発明の実施形態１
を示す縦断面図である。図１において、縦型の抵抗加熱
炉１内に設置された反応管は、内外２重の外管２及び内
管３から構成されており、これらは架台４に保持されて
いる。内管３には反応ガス供給のためのノズル５が設け
られている。ボート６は、内管３内に縦軸のまわりに回
転可能に設置され、ボート６には（００１）ウェーハ８
が上下任意の間隔をあけて保持されている。
【００２４】図２は、図１中に破線で囲まれた領域Ａを
拡大した縦断面図であり、ボート支持部の構成をより詳
細に説明するものである。（００１）ウェーハ８を保持
するボート６は、複数本の支柱９と、支持棒１０とを有
している。複数本の支柱９は、ウェーハ８の周辺位置で
ほぼ垂直に立上って設けられており、支持棒１０は各支
柱９から内方のウェーハ側に向けて横方向に張り出して
設けられている。支持棒１０の内端には丸みを帯びた突
部１２が形成されている。支持棒１０の突部１２は、ウ
ェーハ半径の２／３の距離だけ（００１）ウェーハの中
心から周辺部に片寄ったウェーハ裏面１１に点接触して
保持するようになっている。
【００２５】図３は図２の平面図であるが、ウェーハ半
径の２／３の距離だけ（００１）ウェーハ中心から周辺
部に片寄った（００１）ウェーハ裏面の＜０１（バー，
反位）０＞，＜１（バー，反位）００＞，＜１１０＞結
晶方位の３箇所を支柱９に設置された支持棒１０の突部
１２で保持する。
【００２６】本発明に係るウェーハボートを用いて、約
３０ｃｍ（１２インチ）サイズのウェーハ８を２０ｍｍ
の等間隔で２０枚を上下に積み重ね、ランピングレート
１０℃／ｍｉｎで１１００℃、窒素中で熱処理を施し
た。従来のウェーハボートを用いた場合、ウェーハのボ
ートに保持された部分において３０ｍｍ以上のスリップ
が多数発生したが、本実施形態１に係る縦型用ウェーハ
ボートを用いると、ウェーハのボートに保持された部分
においてスリップは発生していないことが分かった。
【００２７】（実施形態２）図４は、図１中に破線で囲
まれた領域Ａを拡大した縦断面図であり、実施形態２に
係わるボート支持部の構成をより詳細に説明するもので
ある。（００１）ウェーハ８を保持するボート６には、
支柱９より支持棒１０が内方のウェーハ側に向けて横方
向に張り出して設けられており、ウェーハ半径２／３の
距離だけウェーハ中心から周辺側に片寄った位置でウェ
ーハ裏面１１を支持する支持棒１０の表面が丸みを帯び
弧状になった線条部１３となっており、線条部１３をウ
ェーハ裏面１１に線接触させてウェーハ８を保持してい
る。その他の構成は図２に示した実施形態１と同じであ
る。
【００２８】図５は、図４の平面図である。本実施形態
２では、（００１）ウェーハ中心から周辺側にウェーハ
半径の２／３の距離だけ片寄った位置で（００１）ウェ
ーハ裏面の＜０１（バー，反位）０＞，＜１（バー，反
位）００＞，＜１１０＞結晶方位の３箇所を支柱９に設
置された支持棒１０の線条部１３で保持するようになっ
ている。本ウェーハボートを用いて、約３０ｃｍ（１２
インチ）サイズのウェーハ８を２０ｍｍの等間隔で２０
枚を上下に積み重ね、ランピングレート１５℃／ｍｉｎ
で１１００℃、窒素中で熱処理を施した。従来のウェー
ハボートを用いた場合、ウェーハのボートに保持された
部分において３０ｍｍ以上のスリップが多数発生した
が、本実施形態の縦型用ウェーハボートを用いると、ウ
ェーハのボートに保持された部分においてスリップは発
生していないことが分かった。
【００２９】（実施形態３）図６は、図１中に破線で囲
まれた領域Ａを拡大した縦断面図であり、実施形態３に
係わるボート支持部の構成をより詳細に説明するもので
ある。ウェーハ８を保持するボート６には、支柱９より
支持棒１０が内方のウェーハ側に向けて横方向に張り出
して設けられており、ウェーハ中心から周辺側にウェー
ハ半径２／３の距離だけ片寄った位置でウェーハ裏面１
１に面接触する環状のリング１４が支持棒１０の内端に
渡って設けられており、支持棒１０のリング１４がウェ
ーハ裏面に面接触してウェーハを保持するようになって
いる。
【００３０】図７は、図６の平面図であるが、ウェーハ
中心からウェーハ半径２／３の距離だけ周辺側に片寄っ
た位置でウェーハ裏面を支柱９に設置された支持棒１０
のリング１４で保持する。本ウェーハボートを用いて、
約３０ｃｍ（１２インチ）サイズのウェーハ８を２０ｍ
ｍの等間隔で２０枚を充填して、ランピングレート２０
℃／ｍｉｎで１１００℃、窒素中で熱処理を施した。従
来のウェーハボートを用いた場合、ウェーハのボートに
保持された部分において３０ｍｍ以上のスリップが多数
発生したが、本実施形態の縦型用ウェーハボートを用い
ると、ウェーハのボートに保持された部分においてスリ
ップは発生していないことが分かった。
【００３１】尚、実施形態では、縦型拡散炉を対象とし
たが、気相成長炉の縦型ウェーハボートにも同様に適用
することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ウ
ェーハが大口径化された際のウェーハ自重による応力発
生を抑制し、熱応力の影響を受けにくくすることがで
き、縦型拡散炉及び縦型気相成長炉における熱処理時に
ウェーハとボートとの接触部分での結晶欠陥の発生を防
止することができる。その結果、結晶欠陥によるデバイ
ス特性への影響が削除され、デバイスの歩留り向上に著
しい効果をもたらすことができる。
【００３３】さらにウェーハ裏面部の＜１００＞あるい
は＜１１０＞結晶方位でウェーハを保持することによ
り、支持部分でのスリップ発生を抑制することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための縦型拡散炉
（気相成長炉）を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態１を説明するための縦型用ウ
ェーハボートを示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態１を説明するための縦型用ウ
ェーハボートを示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態２を説明するための縦型用ウ
ェーハボートを示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態２を説明するための縦型用ウ
ェーハボートを示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態３を説明するための縦型用ウ
ェーハボートを示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態３を説明するための縦型用ウ
ェーハボートを示す平面図である。
【図８】従来の縦型用ウェーハボートを説明する縦断面
図である。
【図９】ウェーハ自重による最大応力のウェーハ径及び
厚み依存性を示す図である。
【図１０】厚み０．７ｍｍの１２インチサイズのウェー
ハの自重による最大応力の保持位置依存性を示す図であ
る。
【図１１】回折Ｘ線半値幅のボート位置依存性を示す図
である。
【図１２】接線応力に対する各すべり系のｃｏｓα・ｃ
ｏｓβ値を示す図である。
【符号の説明】
１ 抵抗加熱炉 ２ 外管 ３ 内管 ４ 架台 ５ ノズル ６ ボート ７ ウェーハ ８ （００１）ウェーハ ９ 支柱 １０ 支持棒 １１ ウェーハ裏面 １２ 突部 １３ 線条部 １４ リング

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数本の支柱と、支持棒とを有し、ウェ
    ーハを上下に間隔を置いて複数段に保持する縦型炉用ウ
    ェーハボートであって、 複数本の支柱は、ウェーハの周辺位置でウェーハ主面に
    ほぼ垂直に立上って設けられたものであり、 支持棒は、前記支柱に横向きに設けられ、ウェーハ半径
    の２／３の距離だけウェーハ中心から周辺部に片寄った
    位置でウェーハ裏面を支持するものであることを特徴と
    する縦型炉用ウェーハボート。
  2. 【請求項２】 ウェーハは、（００１）ウェーハであ
    り、 前記支持棒は、ウェーハ裏面部の＜１００＞或いは＜１
    １０＞結晶方位で支持するものであることを特徴とする
    請求項１に記載の縦型炉用ウェーハボート。
  3. 【請求項３】 前記支持棒は、ウェーハ裏面に点接触し
    て支持するものであることを特徴とする請求項２に記載
    の縦型炉用ウェーハボート。
  4. 【請求項４】 前記支持棒は、ウェーハ裏面に線接触し
    て支持するものであることを特徴とする請求項２に記載
    の縦型炉用ウェーハボート。
  5. 【請求項５】 前記支持棒は、ウェーハ裏面に面接触し
    て支持するものであることを特徴とする請求項２に記載
    の縦型炉用ウェーハボート。
JP29700495A 1995-11-15 1995-11-15 縦型炉用ウェーハボート Pending JPH09139352A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29700495A JPH09139352A (ja) 1995-11-15 1995-11-15 縦型炉用ウェーハボート
US08/747,086 US5779797A (en) 1995-11-15 1996-11-13 Wafer boat for vertical diffusion and vapor growth furnace
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