JP4105640B2 - 熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板等を水平方向に保持して熱処理する熱処理方法に関する。

従来より、例えば半導体基板上に例えば酸化膜等の薄膜を形成したり、半導体基板中に不純物を拡散するために、半導体基板を加熱する熱処理が行われている。この時、例えば図６に示すような熱処理装置が用いられる。

この図６の（ａ）に示す熱処理装置は、バッチ式のホットウォール型の拡散炉と呼ばれ、複数枚の半導体基板１を保持するボート２と、ボート２に保持された半導体基板１を処理する処理室を構成する筐体３と、半導体基板１を加熱するためのヒータ４とにより構成される。また、筐体３には、反応室内へ例えば反応ガスを導入するための導入口５と、反応室から反応ガスを排出するための排出口６とが設けられている。

ここで、半導体基板１は、その端縁部をボート２に設けられている突起部分に載せて水平になるように保持されている。半導体基板１は、例えば図６の（ｂ）に示すように、その端縁部の例えば４か所の保持点７において保持されている。これは、半導体基板１とボート２との間の接触面積を最小限にすることにより、ボート２により吸収される熱輻射の量を低減し、半導体基板１を均一に加熱するためである。また、半導体基板１をボート２上に搭載したりボート２から取り出す時に、半導体基板１を容易に扱えるように、このような構成となっている。このように半導体基板１を水平に保持する部材を一般にサセプタという。

しかし、半導体基板１の自重により、半導体基板１の内部および半導体基板１中の保持点７に、応力が発生する。特に、保持点７は点状であるため、この点に応力が集中する。

半導体基板１の内部に発生する応力σは、次式に基づいて算出することができる。

σ＝（３×（３＋ν）×ｑ×ａ² ）／（８×ｈ² ）…（１）
ここで、νはポアソン比、ｑは単位面積あたりの荷重、ａは半導体基板の半径、ｈは半導体基板の厚さを示している。

図７に、式（１）により算出された、半導体基板の内部に発生する応力と、半導体基板の直径との関係を示す。パラメータとして、半導体基板の厚さを変化させている。半導体基板の直径が大きくなるにしたがって、半導体基板の自重が増加するために、応力が増大する。また、半導体基板の厚さが薄くなると、半導体基板の剛性が低下するために、応力が増加する。

このような応力が半導体基板の内部に存在した状態で、高温の熱処理を行った場合、半導体基板の内部にいわゆるスリップといわれる結晶欠陥が発生する。例えば半導体基板の直径が２００ｍｍの場合には、半導体基板の内部の応力が約５×１０⁶ 程度となるが、このような応力が半導体基板の内部に存在した状態で約１２００℃の熱処理を行うと、自重によるスリップが発生することが知られている。

さらに、半導体基板の直径が大きくなるに従って、図７に示すように、半導体基板内部に発生する応力が大きくなる。一般に、応力が大きいほど、より低い温度でスリップが発生する。

図８は、スリップの発生する温度領域と、半導体基板の直径の関係を示したものである。図中、境界領域として示されている領域は、スリップの発生が応力のみでなく他の要因にも影響されるため、スリップの発生する温度領域がばらつくことを示している。この図に示すように、半導体基板の直径が大きくなると、自重により発生する応力が増大するため、スリップの発生する臨界温度が低下する。すなわち、自重による応力に起因した結晶欠陥の発生は、半導体基板の大口径化に伴い、ますます顕著な問題となる。

このように、従来の熱処理装置および熱処理方法では、半導体基板の自重により半導体基板の内部に応力が発生し、このような応力が存在した状態で熱処理を行うことにより、結晶欠陥が発生するという問題があった。また、半導体基板の大口径化に伴い、半導体基板の自重が増大するため、より低温の熱処理により結晶欠陥が発生してしまうという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、半導体基板を水平に保持して熱処理する時に、半導体基板中に結晶欠陥が発生することを抑制することができる熱処理方法を提供することにある。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の一実施形態によるサセプタは、半導体基板を熱処理する時に前記半導体基板を水平に保持し、このサセプタは、その上に前記半導体基板が搭載された状態で少なくとも熱処理温度において前記半導体基板が平面となるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態によるサセプタは、半導体基板を熱処理する時に前記半導体基板を水平に保持し、このサセプタは、その上に前記半導体基板が搭載された状態で少なくとも熱処理温度において前記半導体基板が平面となるように前記半導体基板の自重による変形を防止する手段を有することを特徴とする。

さらに、本発明の一実施形態によるサセプタは、半導体基板を熱処理する時に前記半導体基板を水平に保持し、このサセプタは、その上に前記半導体基板が搭載された状態で少なくとも熱処理温度において前記半導体基板の内部に応力が発生することを防止する手段を有することを特徴とする。

また、本発明の一実施形態によるサセプタは、半導体基板を熱処理する時に前記半導体基板を水平に保持し、このサセプタは、その上に前記半導体基板が搭載された状態で少なくとも熱処理温度において前記半導体基板が平面となるように半導体基板の中心部分を含む複数箇所において半導体基板を支持する手段により構成されていることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態によるサセプタは、半導体基板を熱処理する時に前記半導体基板を水平に保持し、このサセプタは、弾性体であり、重力に対して上方向に凸状の膜状体により構成されていることを特徴とする。

また、上記のサセプタにおいて、前記サセプタは、前記サセプタの剛性と厚さと直径とにより設定される前記サセプタの周辺部と中心との高さの差を有することが可能である。

また、前述のサセプタにおいて、前記サセプタは、前記半導体基板と同様の材料により形成されており、前記半導体基板より厚い厚さを有することが可能である。

さらに、前述のサセプタにおいて、前記サセプタは、前記半導体基板より剛性の強い材料により形成されていることが可能である。

また、前述のサセプタにおいて、前記サセプタは、その厚さが前記サセプタ面内において不均一であることが可能である。

また、前述のサセプタにおいて、前記サセプタは、空孔部を有することが可能である。

また、前述のサセプタにおいて、前記サセプタは、複数のサセプタ部分により構成されることが可能である。

また、前述のサセプタにおいて、前記サセプタは、前記サセプタの外周部分を構成する第１のサセプタ部分と、この第１のサセプタ部分の内側に設けられ前記第１のサセプタ部分に比べて熱膨脹率の大きい材料により構成される第２のサセプタ部分とにより構成されることが可能である。

さらに、本発明の一実施形態による熱処理装置は、半導体基板を保持する保持手段と、この保持手段に搭載された半導体基板を加熱するためのヒータとを具備し、前記保持手段は前記半導体基板を水平に保持するサセプタを具備し、このサセプタは、その上に前記半導体基板が搭載された状態で少なくとも熱処理温度において前記半導体基板が平面となるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態による熱処理装置は、半導体基板を保持する保持手段と、この保持手段に搭載された半導体基板を加熱するためのヒータとを具備する熱処理装置において、前記保持手段は前記半導体基板を水平に保持するサセプタを具備し、前記サセプタは、弾性体であり、重力に対して上方向に凸状の膜状体により構成されていることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態による熱処理方法は、半導体基板の一表面上にこの半導体基板とに間に引っ張り応力を発生させる膜状体を形成する工程と、この膜状体が形成されている前記半導体基板の表面を重力に対して下方に向けて前記半導体基板が水平となるように前記半導体基板を保持して熱処理を行う工程とを具備することを特徴とする。

さらに、本発明の一実施形態による熱処理方法は、半導体基板の一表面上にこの半導体基板とに間に圧縮応力を発生させる膜状体を形成する工程と、この膜状体が形成されている前記半導体基板の表面を重力に対して上方に向けて前記半導体基板が水平となるように前記半導体基板を保持して熱処理を行う工程とを具備することを特徴とする。

また、前述の熱処理方法において、前記膜状体の形成により前記半導体基板中に発生する応力と前記半導体基板の自重により発生する応力とが等しくなるように前記膜状体の膜厚を設定することも可能である。

また、本発明の一実施形態による熱処理方法は、半導体基板の一表面上にこの半導体基板との間に圧縮応力を発生させる膜状体をＳｉＯ_２、多結晶Ｓｉ、ＳｉＣのいずれかで形成する工程と、この膜状体が形成されている前記半導体基板の表面を重力に対して上方に向けて前記半導体基板が平面となるように前記半導体基板を保持して熱処理を行い、前記膜状体に発生する圧縮応力によって前記半導体基板の自重により発生する応力を相殺する工程とを具備する。

また、本発明の一実施形態による熱処理方法は、上方に凸状に反った膜状体の上面に半導体基板を搭載して熱処理を行い、前記半導体基板が平面となるように前記半導体基板の自重による反りと前記膜状体の反りとを相殺させる。

このように、本発明の一実施形態によるサセプタは、その上に半導体基板が搭載された状態で少なくとも熱処理温度において半導体基板が平面となるように構成されているため、半導体基板を平面状に保持することができる。このため、半導体基板が自重により下方向に変形して半導体基板の内部に応力が発生することを抑制することができる。このため、このように応力が低減された状態で熱処理を行うことにより、半導体基板の内部に結晶欠陥が発生することを防止することができる。

また、本発明の一実施形態によるサセプタは、その上に半導体基板が搭載された状態で少なくとも熱処理温度において半導体基板が平面となるように半導体基板の自重による変形を防止する手段を有するため、半導体基板が自重により下方向に変形して半導体基板の内部に応力が発生することを抑制することができる。このため、このように応力が低減された状態で熱処理を行うことにより、半導体基板の内部に結晶欠陥が発生することを防止することができる。

さらに、本発明の一実施形態によるサセプタは、その上に半導体基板が搭載された状態で少なくとも熱処理温度において半導体基板の内部に応力が発生することを防止する手段を有するため、応力が存在する状態で熱処理を行うことにより、半導体基板の内部に結晶欠陥が発生することを防止することができる。

また、本発明の一実施形態によるサセプタは、その上に半導体基板が搭載された状態で少なくとも熱処理温度において半導体基板が平面となるように半導体基板の中心部分を含む複数箇所において半導体基板を支持する手段により構成されているため、この支持手段を用いて半導体基板が平面になるように半導体基板を支持することができる。このため、半導体基板の内部に応力が発生することを防止することができ、このように応力が低減された状態で熱処理を行うことにより、半導体基板中に結晶欠陥が発生することを防止することができる。

また、本発明の一実施形態によるサセプタは、弾性体であり、重力に対して上方向に凸状の膜状体により構成されているため、このサセプタ上に半導体基板を載せた時に、半導体基板の自重によりサセプタが下方向に変形され、上方向に凸状の形状が平面状にされることにより、半導体基板を平面状に保持することができる。このため、半導体基板の内部に応力が発生することを防止することができ、このように応力が低減された状態で熱処理を行うことにより、半導体基板中に結晶欠陥が発生することを防止することができる。

また、上記のサセプタにおいて、サセプタ上に半導体基板を載せた時のサセプタの変形量は、サセプタの剛性と厚さと直径とに影響されるため、本発明の一実施形態によるサセプタでは、その周辺部と中心との高さの差をサセプタの剛性と厚さと直径とにより設定することにより、このサセプタ上に半導体基板を載せた時に、半導体基板を平面状に保持するようにすることができる。

また、前述のサセプタにおいて、半導体基板と同様の材料により形成され、半導体基板より厚い本発明の一実施形態によるサセプタは、サセプタ上に半導体基板を載せた時のサセプタの変形量を低減することができるため、半導体基板を載せた時にサセプタの内部に発生する応力を低減することができる。これにより、サセプタの信頼性を向上することができる。

さらに、前述のサセプタにおいて、前記半導体基板より剛性の強い材料により形成されている本発明の一実施形態によるサセプタは、サセプタ上に半導体基板を載せた時にサセプタが変形しにくいため、サセプタの膜厚を薄くする必要がある。これにより、サセプタの熱容量を低減することができ、半導体基板を熱処理する時に、サセプタに接触していることに起因して半導体基板が加熱されにくくなる等の悪影響を低減することができる。

また、前述のサセプタにおいて、その厚さが前記サセプタ面内において不均一である本発明の一実施形態によるサセプタは、サセプタの熱容量をサセプタの厚さの差により変化させることができるため、熱処理において生じる可能性のある半導体基板の面内における温度分布を補正し、半導体基板を均一に加熱することが可能となる。

また、前述のサセプタにおいて、空孔部を有する本発明の一実施形態によるサセプタは、半導体基板をサセプタ上に搭載したりサセプタ上から取り外すことを容易にすることができる。

また、前述のサセプタにおいて、複数のサセプタ部分により構成される本発明の一実施形態によるサセプタは、各サセプタ部分の形状により、その剛性を変化させることができるため、サセプタの面内において剛性が不均一な分布を有するようにサセプタを構成することができる。このため、サセプタ上に半導体基板を搭載した時に半導体基板が平面となるように、より微妙な調整を行うことが可能となる。また、各サセプタ部分を個別に製造することができるため、凸形状を容易に形成することができる。さらに、各サセプタ部分ごとに厚さを変化させることができるため、サセプタの厚さを面内において変化させる場合に、このようなサセプタを容易に形成することができる。

さらに、前述のサセプタにおいて、サセプタの外周部分を構成する第１のサセプタ部分と、この第１のサセプタ部分の内側に設けられ第１のサセプタ部分に比べて熱膨脹率の大きい材料により構成される第２のサセプタ部分とにより構成される本発明の一実施形態のサセプタは、熱処理により温度が上昇した時に第２のサセプタ部分が第１のサセプタ部分に比べてより膨脹するため、第２のサセプタ部分が凸形状になる。このような熱膨脹による変形が半導体基板の自重による変形を相殺することにより、熱処理の時に半導体基板を平面状に保持することが可能となる。

さらに、本発明の一実施形態による熱処理装置は、半導体基板を保持する保持手段が半導体基板を水平に保持するサセプタを具備し、このサセプタは、その上に前記半導体基板が搭載されている時に少なくとも熱処理温度において前記サセプタと前記半導体基板との界面が平面となるように構成されているため、半導体基板の内部に応力が発生していない状態で熱処理を行うことができる。これにより、半導体基板の内部に結晶欠陥が発生することを防止することができる。

また、本発明の一実施形態による熱処理装置は、半導体基板を保持する保持手段が半導体基板を水平に保持するサセプタを具備し、このサセプタは、弾性体であり、重力に対して上方向に凸状の膜状体により構成されているため、このサセプタ上に半導体基板を載せた時に、半導体基板の自重によりサセプタが下方向に変形して、半導体基板を平面状に保持することができる。このため、半導体基板の内部に応力が発生することを防止することができ、このように応力が低減された状態で熱処理を行うことにより、半導体基板中に結晶欠陥が発生することを防止することができる。

また、本発明の一実施形態による熱処理方法は、半導体基板の一表面上にこの半導体基板とに間に引っ張り応力を発生させる膜状体を形成するため、この膜状体が形成されている表面が凹状になるように半導体基板が変形する。このため、この膜状体が形成されている表面を重力に対して下方に向けることにより、この膜状体による変形が半導体基板の自重による変形を相殺して、半導体基板が平面状となる。これにより、半導体基板中に応力が発生することを防止され、このような状態で半導体基板を保持して熱処理を行うことにより、半導体基板中に結晶欠陥が発生することを防止することができる。

また、本発明の一実施形態による熱処理方法は、半導体基板の一表面上にこの半導体基板とに間に圧縮応力を発生させる膜状体を形成するため、この膜状体が形成されている表面が凸状になるように半導体基板が変形する。このため、この膜状体が形成されている表面を重力に対して上方に向けることにより、この膜状体による変形が半導体基板の自重による変形を相殺して、半導体基板が平面状となる。これにより、半導体基板中に応力が発生することを防止され、このような状態で半導体基板を保持して熱処理を行うことにより、半導体基板中に結晶欠陥が発生することを防止することができる。

さらに、本発明の一実施形態による熱処理方法では、前述の熱処理方法において、膜状体の形成により半導体基板中に発生する応力と半導体基板の自重により発生する応力とが等しくなるように膜状体の膜厚を設定するため、膜状体の形成による応力が自重による応力を完全に相殺することができる。このため、半導体基板中に応力が全く存在しない状態とすることができ、このような状態で熱処理を行うことにより、結晶欠陥の発生を防止することができる。

本発明によれば、半導体基板の自重による応力の発生を抑制することができるため、半導体基板を熱処理する時に、半導体基板中に結晶欠陥が発生することを抑制することができる熱処理方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態による熱処理装置の、半導体基板１を保持する部分のみを示したものである。例えば筐体またはヒータ等の熱処理装置を構成する他の部分は、例えば図６の（ａ）に示すような構造のものを用いることができる。図１の（ａ）は半導体基板１を載せる前の状態、図１の（ｂ）は半導体基板１を載せた状態を示している。

図１の（ａ）に示すように、本実施の形態による熱処理装置は、ボート２に搭載されたサセプタとして膜状体８を具備し、この膜状体８が上方に凸状に反っていることが特徴である。また、図１の（ｂ）に示すように、この膜状体８上に半導体基板１が載せられた時には、その上に載せられた半導体基板１の重さにより圧されて膜状体８は平面となる。膜状体８の反り量ａは、半導体基板１が水平になるように、以下のようにして調整される。

半導体基板１の自重による反りＷは、半導体基板１の直径と厚さに依存するが、次式を用いて算出することができる。

Ｗ＝（３×（５＋ν）×ｑ×ａ⁴ ）／（１６×（Ｅ／（１−ν））×ｈ³ ）…（２）
ここで、νはポアソン比、ｑは単位面積あたりの荷重、ａは半導体基板の半径、ｈは半導体基板の厚さ、Ｅはヤング率を示している。

図２に、この式を用いて算出された半導体基板の反りと半導体基板の直径との関係を示す。パラメータとして、半導体基板の厚さを変化させている。この図に示すように、例えば、半導体基板の直径が２００ｍｍで半導体基板の厚さが７２５ｍｍの場合に、反りＷは約２５μｍとなる。また、半導体基板の直径が３００ｍｍで半導体基板の厚さが７２５ｍｍの場合には、反りＷが約１２０μｍとなる。

これより、膜状体８を例えばＳｉにより形成し、直径を例えば３００ｍｍとし、厚さを例えば７２５μｍとした場合、図１の（ａ）に示すように、膜状体８のみをボート２上に載せた状態で、膜状体８が反り量ａとして１２０μｍだけ上方に凸状に反るように、膜状体８を形成する。

これは、例えば３００ｍｍの直径と例えば２４０μｍの反りを有する型上に、例えばＣＶＤ（化学気相成長）法により厚さ７２５μｍのＳｉ膜を形成することにより構成することができる。このＳｉ製の膜状体８を上方に凸状となるようにボート２上に載せると、膜状体８の自重により膜状体８の反りは１２０μｍに減少する。

この膜状体８上に、図１の（ｂ）に示すように、直径が例えば３００ｍｍで、厚さが例えば７２５μｍのＳｉ基板１を載せた時には、Ｓｉ基板１が自重により膜状体８を１２０μｍだけ下方に押し下げるため、このＳｉ基板１の自重による反りと膜状体８の反り量ａとが相殺されて、Ｓｉ基板１が平面となる。

このような状態では、膜状体８の内部に大きい応力が発生するが、膜状体８上の半導体基板１は反りのない状態でほぼ水平に保持されるため、半導体基板１の内部には応力はほとんど発生しない。このため、このような状態で高温の熱処理を行った場合、スリップ等の結晶欠陥は発生しない。

上記の実施例では、半導体基板１と同様の材料により、半導体基板１と同様の厚さを有する膜状体８を構成したが、半導体基板１と異なる厚さを有する膜状体８を構成することが可能である。例えば１４５０μｍ、すなわち半導体基板１の２倍の厚さを有する膜状体８を用いた場合には、膜状体８をボート２上に載せた時の膜状体８の反り量ａを、前述の実施例の半分、すなわち６０μｍとすることにより、膜状体８上に半導体基板１を載せた時に、半導体基板１が平面となるようにすることができる。この場合には、半導体基板１を載せた時の膜状体８の変形量が前述の実施例に比べて半分となるため、膜状体８に発生する応力も半減される。このため、膜状体８の内部に結晶欠陥が発生する可能性を低減し、膜状体８の信頼性を向上することができる。

さらに、膜状体８を構成する材料は、例えばＳｉ等の半導体基板１と同様の材料を必ずしも用いる必要はなく、熱処理温度において剛性を有し半導体基板を汚染しない物質であれば他の物質を用いることも可能である。例えば、ＳｉＣは高温で剛性を有し、さらに、Ｓｉに比べて剛性が大きいため、膜状体８の厚さを薄くすることができる。例えば、ＳｉＣを用いて直径３００ｍｍの膜状体を構成する場合、Ｓｉ基板１の自重による１２０μｍの反りを相殺するためには、３６２μｍの膜厚を必要とするが、これは、Ｓｉにより膜状体８を構成する前述の第１の実施例に比べて約半分にすることができる。

このように、膜状体８の膜厚を薄くできる場合には、膜状体８の熱容量を小さくすることができるため、熱処理される半導体基板１の温度を高速に昇温または降温することができる。

このように、膜状体８を構成する材料の例えば弾性率等の特性に従って、膜状体８の厚さと反り量ａとを適宜設定することにより、膜状体８上に半導体基板１を載せた時に半導体基板１が平面となるようにすることができる。

また、膜状体８の厚さは膜状体８の面内において均一である必要はなく、膜状体８は面内において厚い部分と薄い部分とを有することも可能である。一般に、膜状体８の膜厚の厚い部分は、熱容量が大きく、熱輻射をより多く吸収する。このため、膜状体８の面内において膜厚を変化させることにより、熱処理が行われる半導体基板１の面内において生じる温度分布を補正して、半導体基板１を面内において均一に加熱することが可能となる。

例えば、図６に示すように、半導体基板１の周辺にヒータ４が設置されている熱処理装置では、一般に半導体基板１の周辺部分が加熱されやすい。このため、膜状体８の周辺部分の膜厚を厚くすることにより、この部分の熱容量を増大させて、半導体基板１の周辺部分の温度が急速に上昇しないようにすることができる。一方、半導体基板１の上下面に対向するようにヒータが設置される熱処理装置では、熱が半導体基板の周辺部分から放出されるため、周辺部分は加熱されにくい。このため、膜状体８の周辺部分の膜厚を薄くすることにより、この部分の熱容量を減少させて、半導体基板１の周辺部分の温度が上昇しやすいようにすることができる。

さらに、膜状体８は半導体基板１の下面を全面覆うように構成される必要はない。図３は、本発明の第２の実施の形態による熱処理装置の膜状体８の上面図を示している。この図３に示すように、膜状体８は、空孔部を有するように、放射状（ａ）または同心状（ｂ）に膜状体部分を組み合わせて構成したり、螺旋状に膜状体部分を構成することができる。この場合、すべての膜状体部分を一体成形することも可能であるが、複数の膜状体部分をそれぞれ形成した後に、これらの膜状体部分を接着して、膜状体８を形成することも可能である。

ここで、各膜状体部分の例えば幅等の形状を変化させることにより、面内において弾性率を変化させることができる。このようにして、半導体基板１を載せた状態において、半導体基板１がより平面となるように、膜状体８の面内において弾性率を適宜調整することが可能となる。

このような面内における弾性率の調整は、面内において膜厚を変化させることによっても行うことができるが、一体成形により膜状体８を形成する場合には、面内において膜厚を変化させることは困難である。これに対して、本実施の形態では、膜状体部分の形状を変化させることにより、膜状体８の面内における膜厚を均一にした状態で、弾性率を変化させることができる。このように、各膜状体部分をそれぞれ一様の膜厚により形成することができるため、半導体基板１が平面となるように微妙な調整を行うことができる膜状体８を簡単に形成することができる。

また、複数の膜状体部分に分割して膜状体８を形成する場合には、各部品ごとに膜厚を設定できる。このため、前述のように面内において膜厚を変化させる場合にも、簡単に膜状体８を形成することができる。このようにして、半導体基板１がより平面状に保持されるように、面内において弾性率を最適化することができる。さらに、膜状体８の膜厚を面内において簡単に変化させることができるため、前述のように、膜厚を変化させることにより、熱処理中に半導体基板１の面内における温度分布がより均一となるようにすることができる。

また、半導体基板１の下面を全面覆う場合に比べて、熱処理時に膜状体８により吸収される熱輻射の量を低減することができるため、輻射エネルギーを効率的に使用し、また、半導体基板１の温度を速やかに上昇させることができる。

また、複数の膜状体部分を組み合わせて膜状体８を構成することにより、膜状体８の反り量または形状等を容易に調整することが可能となる。

さらに、膜状体８上に半導体基板１を載せる時、および膜状体８から半導体基板１を取り外す時に、本実施の形態では、膜状体８に開口部が存在するため、例えば突き上げピン等を用いて半導体基板１を簡単に着脱することができる。

また、上記の実施の形態のように、膜状体８を複数の膜状体部分から構成する場合に、すべての膜状体部分が同一の材料で構成される必要はない。第３の実施の形態として、異なる物質から形成された膜状体部分を組み合わせて膜状体８を構成する場合について、図４を用いて説明する。図４の（ａ）および（ｂ）は、膜状体８の上面図、図４の（ｃ）および（ｄ）は、膜状体８の側面図を示しており、同図（ｃ）は膜状体８のみがボート２に載せられている場合、同図（ｄ）は膜状体８上に半導体基板１が載せられている場合を示している。

本実施の形態による膜状体８は、例えば石英等の熱膨脹率の小さい物質により形成されている環状部８ａと、例えばＳｉＣ等の熱膨脹率が環状部８ａに使用されている物質よりも大きい物質により形成されている中央部８ｂとにより構成されている。ここで、環状部８ａは熱膨脹率が小さいため、熱処理温度においても膨脹しない。しかし中央部８ｂは環状部８ａに比べて熱膨脹率が大きいため、例えば熱処理温度において膨脹する。しかし、中央部８ｂの外周が環状部８ａにより規定されているため、膨脹した中央部８ｂは、図４の（ｃ）に示すように凸状に反った形状となる。

さらに、例えば膜状体８の上面側を下面側に比べて熱膨脹率の大きい材料により形成する等、上面側が下面側より膨脹するように膜状体８を構成することにより、膜状体８が上方に凸状に反るようにすることができる。

この熱処理温度における反り量ａ´と半導体基板１の自重による反りとが相殺されるように、中央部８ｂを構成する膜状体部分の材料、膜厚、形状等を適宜設定することにより、図４の（ｄ）に示すように、半導体基板１を膜状体８上に載せた時に、半導体基板１が水平となるようにすることができる。

このように、本実施の形態では、熱膨脹率の異なる材料により形成された例えば２つの部分から膜状体８を構成することにより、膜状体８が、熱処理温度において所望の反り量ａを有するようにすることが特徴である。このようにすることにより、常温において凸状に反った膜状体８を形成する必要がなくなる。常温においては、例えば平坦な形状を有する膜状体８を使用することができるため、常温において反り形状を有する膜状体８を形成する場合に比べて、膜状体８を容易に形成することができる。また、膜状体８の保管等の扱いが容易になる。

以上、膜状体８が熱処理装置に設けられている場合について説明したが、次に、第４の実施の形態として、半導体基板１上に膜状体８を形成することにより、半導体基板の内部の応力を低減する方法について、図５を用いて説明する。

図５は、半導体基板１上に膜状体９として例えば窒化膜等が設けられている状態を示す断面図である。この図に示すように、半導体基板１の一方の表面上に、例えばＣＶＤ法を用いて、例えばＳｉ窒化膜９が形成されている。この時、半導体基板１上にＳｉ窒化膜９が形成されることにより、図５の（ａ）に示すように、半導体基板１はＳｉ窒化膜９の形成されている面が凹状となるように反った形状となる。このため、この窒化膜９が形成されている面を下方に向けて半導体基板１をボート２上に載せることにより、窒化膜９による引っ張り応力と半導体基板１の自重による応力とを相殺し、図５の（ｂ）に示すように、半導体基板１を水平状態とすることができる。

一般に、窒化膜９の膜厚が厚い程、引っ張り応力は大きくなる。これを利用して、半導体基板１の自重により半導体基板１の内部に発生する応力を相殺するような応力が発生されるように、窒化膜９の膜厚を適宜設定することもできる。例えば、半導体基板１の直径が３００ｍｍで厚さが７２５μｍの場合には、半導体基板１の自重により半導体基板１の内部に発生する応力は、約９×１０⁷ dyn/cm² 程度となり、この応力を相殺するためには、Ｓｉ窒化膜の厚さを約０．７２５μｍとする必要がある。

また、半導体基板１の自重による応力と窒化膜９による応力とが相殺される時、半導体基板１とＳｉ窒化膜９との界面には大きい応力が局在するが、半導体基板１の内部には応力がほとんど存在しない。このため、このような状態で熱処理を行うことにより、結晶欠陥の発生を抑制することができる。

なお、図５の（ａ）に示すように、例えば窒化膜９が形成されて半導体基板１が反っている状態では、半導体基板１の内部に引っ張り応力が発生しているが、高温状態ではないため、半導体基板１の内部に結晶欠陥が発生することはない。

さらに、本実施の形態の他の例として、Ｓｉ窒化膜９の膜厚を面内において変化させることも可能である。このように窒化膜９の膜厚を変化させることにより、半導体基板１の面内において、応力の分布または温度分布を調整することが可能となる。例えば、低圧ＣＶＤ装置を用いて、温度を８５０℃とし、圧力を０．５Torrとし、ソースガスとしてＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ を１００sccmとＮＨ₃ を１０００sccm導入し、直径２００ｍｍの半導体基板１を３ｍｍの間隔で並べて、Ｓｉ窒化膜９を形成した場合には、半導体基板１の周辺部分におけるＳｉ窒化膜の膜厚が、半導体基板１の中心部分の膜厚に比べて、約３０％程度厚くなる。これにより、半導体基板１の中心部分に比べて周辺部分における応力の補正をより大きくすることができる。また、半導体基板１の自重により発生する応力の面内分布に応じて、窒化膜９の膜厚を面内において適宜変化させることにより、半導体基板１の内部の応力をより低減し、熱処理による結晶欠陥の発生をより抑制することができる。

さらに、上記実施の形態では、Ｓｉ窒化膜９を半導体基板１上に形成したが、半導体基板１上に形成される膜状体９はこれに限らず、引っ張り応力または圧縮応力を発生する物質であれば、他の物質により膜状体９を構成することが可能である。ここで、圧縮応力が発生する場合には、半導体基板１はこの膜状体９が形成された面が凸状に反った形状をなるため、この面を上方に向けてボート上に載せることにより、前述の引っ張り応力の場合と同様の効果を得ることができる。このような圧縮応力を発生する物質として、例えばＳｉＯ₂ 、多結晶シリコン、ＳｉＣ等を用いることが可能である。ただし、ＳｉＯ₂ は、その形成方法により特性が変化する。また、ＳｉＣは、高温まで安定した特性を有するため、特に、高温の熱処理を行う場合には、ＳｉＣを用いることが望ましい。

このように、本実施の形態では、半導体基板１の一方の表面に膜状体９を形成し、この膜状体９に起因して発生する応力により半導体基板１の自重による応力を相殺することが特徴である。このようにして、半導体基板１の内部の応力を低減し、熱処理による結晶欠陥の発生を抑制することができる。

本発明の熱処理装置の第１の実施の形態による膜状体の構造を示す側面図。 半導体基板の自重による半導体基板の反りと半導体基板の直径との関係を示す図。 本発明の熱処理装置の第２の実施の形態による膜状体の構造を示す上面図。 本発明の熱処理装置の第３の実施の形態による膜状体の構造を示す上面図および側面図。 本発明の第４の実施の形態による膜状体の構造を示す側面図。 従来の熱処理装置に構造を示す断面図および半導体基板の上面図。 半導体基板の自重により半導体基板の内部に発生する応力と半導体基板の直径との関係を示す図。 半導体基板の内部にスリップが発生する温度領域と半導体基板の直径との関係を示す図。

符号の説明

１…半導体基板、２…ボート、３…筐体、４…ヒータ、５…ガス導入口、６…ガス排出口、７…保持点、８、９…膜状体。

Claims (11)

1. 上方に凸状に反った膜状体の上面に半導体基板を搭載して熱処理を行い、前記半導体基板が平面となるように前記半導体基板の自重による反りと前記膜状体の反りとを相殺させることを特徴とする熱処理方法。
2. 前記膜状体は、前記膜状体の剛性と厚さと直径とにより設定される前記膜状体の周辺部と中心との高さの差を有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
3. 前記膜状体は、前記半導体基板と同一の材料により形成されており、前記半導体基板より厚い厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
4. 前記膜状体は、前記半導体基板より剛性の強い材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
5. 前記膜状体は、その厚さが前記膜状体面内において不均一であることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
6. 前記膜状体は、空孔部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
7. 前記膜状体は、複数の膜状体部分により構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
8. 前記膜状体は、
   前記膜状体の外周部分を構成する第１の膜状体部分と、
   この第１の膜状体部分の内側に設けられ前記第１の膜状体部分に比べて熱膨脹率の大きい材料により構成される第２の膜状体部分と
   で構成されることを特徴とする請求項７に記載の熱処理方法。
9. 前記膜状体は、弾性体であることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
10. 前記膜状体は、前記半導体基板の中心部分を含む複数箇所において前記半導体基板を保持することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
11. 前記膜状体は、
    前記膜状体の下面部分を構成する第１の膜状体部分と、
    前記膜状体の上面部分を構成し、前記第１の膜状体部分に比べて熱膨脹率の大きい材料により構成される第２の膜状体部分と
    を有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。

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