(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン単結晶インゴットを切削加工して形成され、変形が抑制され、耐久性を有する半導体基板熱処理用部材を提供する。【解決手段】シリコン単結晶からなる半導体基板熱処理用部材において、部材に作用する応力方向を［００１］方向（Ａ＝０度、Ｄ＝０度）に働かせた場合の分解せん断応力の方位因子であるシュミット因子が最小になる角度、Ａ方向に４５度、Ｄ方向に５４．７度から±１５°の範囲以内になるように、シリコン単結晶インゴット２を切削加工した部材を用いた。【選択図】図２
2007088051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶からなる半導体基板熱処理用部材において、
前記部材に作用する応力の分解せん断応力の方位因子であるシュミット因子が最小になる角度から±１５°の範囲以内になるように、前記シリコン単結晶のインゴットを切削加工した部材が用いられていることを特徴とする半導体基板熱処理用部材。
【請求項２】
複数の構成部材から形成され、かつ前記各構成部材に作用する応力の分解せん断応力の方位因子であるシュミット因子が最小になる角度から±１５°の範囲以内になるように、前記シリコン単結晶のインゴットを切削加工した構成部材が用いられていることを特徴とする請求項１記載の半導体基板熱処理用部材。
【請求項３】
１０００℃〜１３００℃の還元性雰囲気または不活性雰囲気中での熱処理に用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された半導体基板熱処理用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体基板熱処理用部材に関し、より詳細には、シリコン単結晶製の半導体基板熱処理用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコンウエハを熱処理するために、例えば、縦型ウエハボード、横型ウエハボード、サセプター、ホルダー等が半導体基板熱処理用部材として用いられている。この半導体基板熱処理用部材は種々の材質で形成されるが、例えば、シリコン単結晶製のものが知られている。
このシリコン単結晶製の半導体基板熱処理用部材は、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶（００１）インゴットを切削加工した部材を用いて形成されている。
そして、この半導体基板熱処理用部材はシリコンウエハの熱処理、例えばアニ−ル処理等の高温熱処理に用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記シリコン単結晶製の半導体基板熱処理用部材を熱処理に用いた場合、半導体基板熱処理用部材に塑性変形が生じることがあった。
特に、半導体基板熱処理用部材が用いられる環境が高温であるほど、また積載するシリコンウエハの重さが大きいほど、半導体基板熱処理用部材には変形が生じ易く、耐久性に欠けるという技術的課題があった。
【０００４】
そこで、上記課題を解決するために、本願発明者らは、半導体基板熱処理用部材が塑性変形を起こすメカニズムについて鋭意研究し、本発明を完成するに至った。
即ち、半導体基板熱処理用部材にシリコンウエハを積載すると、その重さが半導体基板熱処理用部材に外力として作用し、半導体基板熱処理用部材の内部には応力が生じる。そして、その応力が半導体基板熱処理用部材を構成するシリコン単結晶のすべり系に対して分解せん断応力が作用する。その結果、分解せん断応力が降伏応力を超えたときに、そのすべり系においてすべり変形が起こり、半導体基板熱処理用部材は塑性変形を起こすというメカニズムを解明し、本願発明を想到したものである。
【０００５】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、シリコン単結晶インゴットを切削加工して形成され、変形が抑制され、耐久性を有する半導体基板熱処理用部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するためになされた本発明にかかる半導体基板熱処理用部材は、シリコン単結晶からなる半導体基板熱処理用部材において、前記部材に作用する応力の分解せん断応力の方位因子であるシュミット因子が最小になる角度から±１５°の範囲以内になるように、前記シリコン単結晶のインゴットを切削加工した部材が用いられていることを特徴としている。
【０００７】
このような方向で切削加工された部材にあっては、すべり面に対する分解せん断応力が小さくなり、その結果、部材に大きな応力が生じても塑性変形が抑制される。また、前記したように塑性変形が抑制されるため、この半導体基板熱処理用部材は耐久性が有り、長期間使用することができる。
特に、シュミット因子が最小になる角度から±１５°の範囲以内になるように、シリコン単結晶インゴットを切削加工した部材が用いられていれば、従来の方向で切削加工した単結晶シリコンのシュミット因子を上回る事はない。また、±１５°を超える場合には従来の単結晶シリコン部材よりもシュミット因子は大きくなり、すべり変形は起こり易くなってしまう。
【０００８】
ここで、複数の構成部材から形成され、かつ前記各構成部材に作用する応力の分解せん断応力の方位因子であるシュミット因子が最小になる角度から±１５°の範囲以内になるように、前記シリコン単結晶のインゴットを切削加工した構成部材が用いられていることが望ましい。
半導体基板熱処理用部材の中には、単一の部材で形成されている場合と、複数の構成部材から形成されている場合がある。そして、複数の構成部材から形成されている場合には、前記各構成部材に作用する応力の分解せん断応力の方位因子であるシュミット因子が最小になる角度から±１５°の範囲以内になるように、シリコン単結晶のインゴットを切削加工し、各構成部材を形成するのが好ましい。
このように製作された各構成部材は塑性変形が抑制されるため、半導体基板熱処理用部材としても塑性変形が抑制される。
【０００９】
また、前記半導体基板熱処理用部材は、１０００℃〜１３００℃の還元性雰囲気または不活性雰囲気中での熱処理に用いられることが好ましい。
本発明にかかる半導体基板熱処理用部材は、外力に対する応力以外に、熱応力による塑性変形も抑制するものであり、高温の熱処理環境においても好適に用いることができる。
通常、アニール工程等では還元性雰囲気または不活性雰囲気中で１０００℃〜１３００℃の範囲で熱処理がなされるが、このような工程に、本発明にかかる半導体基板熱処理用部材を用いても変形することがない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シリコン単結晶インゴットを切削加工して形成された、変形が抑制され、耐久性を有する半導体基板熱処理用部材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、図１ないし図４に基づいて説明する。
前記したように、半導体基板熱処理用部材にシリコンウエハを積載すると、その重さが半導体基板熱処理用部材に外力として作用し、半導体基板熱処理用部材の内部には応力が生じる。そして、その応力が半導体基板熱処理用部材を構成するシリコン単結晶のすべり系に対して分解せん断応力が作用する。
その結果、分解せん断応力が降伏応力を超えたときに、そのすべり系においてすべり変形が起こり、半導体基板熱処理用部材は塑性変形を起こす。
【００１２】
具体的に説明すると、例えば、シリコン単結晶の原子配列はダイヤモンド型結晶の原子配列をとっている。このダイヤモンド型結晶構造にあっては、すべり面は｛１１１｝で等価な｛１１１｝面は４つあり、各｛１１１｝面上に等価な＜１１０＞方向が３つあるから、独立なすべり系は１２個あることになる。
【００１３】
次に、分解せん断応力τとすべり面との関係について図１に基づいて説明する。図１に示すように、試料１の引張り軸がすべり面の法線およびすべり方向となす角をそれぞれα及びβ、試料１の垂直断面積をＡ、外力Ｆ（Ｆ＝σＡ、ここでσは垂直応力）とすると、分解剪断応力τは、すべり面の面積はＡ／ｃｏｓαであり、外力のすべり方向への成分がＦｃｏｓβであるから、
τ＝Ｆｃｏｓβ／（Ａ／ｃｏｓα）＝σｃｏｓαｃｏｓβ・・・ （１）で表される。
【００１４】
次に、外力Ｆがシリコン単結晶に作用する場合、上述の１２個のすべり系の中で、式τ＝Ｆｃｏｓβ／（Ａ／ｃｏｓα）＝σｃｏｓαｃｏｓβを最大にするすべり系の｜ｃｏｓαｃｏｓβ｜を求める。
ここで、τを最大にするすべり系の｜ｃｏｓαｃｏｓβ｜は、シュミット（Ｓｃｈｍｉｄ）因子と呼ばれる。
即ち、シュミット因子の大きなすべり系ほどその分解せん断応力が大きく、すなわちすべり変形しやすい。各々のすべり系に働く分解せん断応力のうちシュミット因子が最大のすべり系を主すべり系と呼ばれ、それ以外を２次すべり系と呼ばれている。
【００１５】
そこで、熱処理中にシリコン単結晶製の半導体熱処理部材にかかる応力方向を求め、そのときの主すべり系の方位因子であるシュミット因子を計算し、シュミット因子が最小になるような結晶方位に、シリコン単結晶インゴットを切削加工する。このように切削加工することにより、主すべり系に作用する分解せん断応力を小さくできる。
そして、この切削加工された部材で半導体熱処理部材を構成すれば、搭載するシリコンウエハの重量が大きくても、塑性変形を抑制でき、耐久性を有する半導体基板熱処理用部材を得ることができる。
【実施例】
【００１６】
以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれら実施例の記載によって何ら限定されるものではない。
〔実施例１〕
例えば、図２のようにチョクラルスキー法（ＣＺ）により育成されたシリコン単結晶（００１）のインゴットに図１のように応力方向を［００１］方向（Ａ＝０度、Ｄ＝０度）に働かせた場合の各々のすべり系に働くシュミット因子（図３）と、応力方向を図２のように（００１）軸からＡ度方向にＤ度傾け、個々のすべり系のシュミット因子が最小になる場合（図４）を計算で求め、比較した。
【００１７】
ここで、図３及び図４について、具体的に説明する。図３は、前記した応力方向を［００１］方向（Ａ＝０〜９０度、Ｄ＝０度）に作用させ、各々のすべり系に働くシュミット因子の最大値を示した図であって、縦軸にシュミット因子の最大値、横軸にＡ角を０度から９０度なす角度を示している（図３）。計算結果を示した図３から明らかなように、Ａ角を回転してもＤ角を変えなければシュミット因子ＳはＡ角に関係なく０．４１の値をとる。従来の単結晶シリコン部材は上記及び図３の様に使用していた。
また、図２のＡ角を０度から９０度、Ｄ角を０度から９０度傾けていったときに主すべり系に働くシュミット因子が最小になるＡ角及びＤ角を計算で求めたところ、Ａ角を４５度、Ｄ角を５４．７度傾けた場合にシュミット因子は０．２７といかなる場合よりも最小となった。その計算結果を図４に示す。
【００１８】
その結果、図４のようにＡ度方向に４５度、Ｄ方向に５４．７度傾けた方向に応力方向を傾けた場合、シュミット因子Ｓは最小で０．２７（−）となり、図３のように応力方向を傾けなかった場合のシュミット因子Ｓの０．４１（−）に比べ、約３５％小さくなる事が解った。
【００１９】
本計算結果を元に、実際にシリコン単結晶（００１）インゴット２を＜００１＞方向に沿って切削加工した棒状の部材と、シリコン単結晶（００１）インゴット２をＡ度方向に４５度、Ｄ方向に５４．７度傾けた結晶方位でシリコン単結晶（００１）インゴット２を切削加工した棒状の部材を作製した。尚、この棒状の部材は、横寸法が１ｃｍ、縦寸法が１ｃｍ、高さ寸法が１５ｃｍの四角柱に製作した。
【００２０】
作製した部材は、実際に１０００℃以上の高温雰囲気中で１時間、四角柱の高さ方向の軸線に沿って、上面及び下面に圧縮力１５Ｋｇを作用させ、応力試験を行なった。
その結果、＜００１＞方向に沿って切削加工した棒状部材は変形したが、Ａ度方向に４５度、Ｄ方向に５４．７度傾けた結晶方位で切削加工した棒状部材に変形は見られなかった。
【００２１】
〔実施例２〕
次に、Ｄ角は５４．７に固定し、Ａ方向の角度を４５度から±５度、±１０度、±１５度および±２０度ずらしたサンプルを用意し、同様の試験を行なった。その結果、Ａ方向の角度を４５度から±５度、および±１０度、および±１５度ずらしたサンプルは変形しなかったが、±１５度および±２０度ずらしたサンプルは変形した。
【００２２】
以上の結果から、Ａ方向及びＤ方向ともに１５°程度ずれた範囲内で切削加工した棒状部材でも変形は、確認されなかった。
【００２３】
尚、上記実施形態にあって、例えば、サセプターのような単一の部材で形成されている半導体基板熱処理用部材を前提として説明した。
しかしながら、半導体基板熱処理用部材の中には、例えば縦型ウエハボートのように複数の構成部材から形成されている場合がある。
この場合、構成部材毎に作用する応力の分解せん断応力の方位因子であるシュミット因子が最小になる角度から±１５°の範囲以内になるように、シリコン単結晶インゴットを切削加工し形成するのが望ましい。これは、構成部材によっては応力方向が異なる場合があるためであり、前記切削加工した各構成部材を用いて、半導体基板熱処理用部材を組立てることによって、半導体基板熱処理用部材全体の変形も抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明にかかる半導体熱処理用部材は、半導体基板の製造分野において広く用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は分解せん断応力τとすべり面との関係を説明する図である。
【図２】図２は、シリコン単結晶（００１）のインゴットに応力を［００１］方向に作用させた場合を示す図である。
【図３】図３は、図２において、Ｄの角度を０度とし、Ａの角度を変化させた場合の各々のすべり系に働くシュミット因子の最大値を示す図である。
【図４】図４は、図２において、Ｄの角度を５４．７度とし、Ａの角度を変化させた場合の各々のすべり系に働くシュミット因子の値の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      試料
２      シリコン単結晶インゴット
【図１】
2007088051.tif 000003
【図２】
2007088051.tif 000004
【図３】
2007088051.tif 000005
【図４】
2007088051.tif 000006