JP2004107699A - 保護膜の成膜方法及び同方法により保護膜を成膜した部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】保護膜への金属付着にともなうピンホールの生起を防止可能とした保護膜の成膜方法及び同方法により保護膜を成膜した部材を提供する。
【解決手段】部材となる基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜するに際し、前記保護膜中に炭素を過剰に含ませて成膜する。特に、保護膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%とする。また、保護膜は、膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜する。
部材となる基材表面に保護膜を成膜するに際し、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて形成する保護膜を成膜する。特に、第1炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜し、第2炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めながら成膜する。また、中間炭素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上とする。
【選択図】 図1
【解決手段】部材となる基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜するに際し、前記保護膜中に炭素を過剰に含ませて成膜する。特に、保護膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%とする。また、保護膜は、膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜する。
部材となる基材表面に保護膜を成膜するに際し、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて形成する保護膜を成膜する。特に、第1炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜し、第2炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めながら成膜する。また、中間炭素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上とする。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保護膜の成膜方法及び同方法により保護膜を成膜した部材に関するものであり、特に、炭化珪素を含有する保護膜の成膜方法及び同方法により保護膜を成膜した部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、CZ(チョクラルスキー)法による単結晶製造装置に用いられる黒鉛るつぼや黒鉛ヒーター、あるいは、半導体装置製造工程で使用する気相成長装置において用いられるサセプターのように、高温下で使用されるとともに清浄度が要求される部材には、黒鉛、ポリシリコン、あるいは炭化珪素質焼結体等によって所定形状に成形した基材の表面に、炭化珪素膜からなる保護膜の成膜を行なっている。
【0003】
以下において、気相成長装置を使用する際に用いるサセプターを代表例として説明すると、サセプターでは、黒鉛を用いて上面に半導体基板を載設するための凹部を1つまたは複数形成した基材を構成し、同基材に対してCVD法等により緻密質の炭化珪素膜を30〜300μm程度の厚みで成膜している。
【0004】
なお、基材上に炭化珪素膜を成膜した場合には、基材と炭化珪素膜との熱膨張率の違いによって炭化珪素膜には微細な亀裂が生じ、基材からの剥離が生じることが知られている。
【0005】
特に気相成長装置での処理中にサセプターから炭化珪素膜が剥離した場合には、剥離した炭化珪素膜片が半導体基板に付着して問題となるだけでなく、基材に含有されていた不純物がガス化して剥離部分から拡散することにより気相成長装置の密封反応容器内を汚染し、気相成長によって半導体基板上に成膜した膜中に不純物が取り込まれ、半導体基板の品質を低下させるおそれがあった。
【0006】
かかる不具合を解消すべく、基材上面に炭化珪素膜を成膜する場合には、基板上面にあらかじめカーボン膜あるいは基材と同質素材の被膜を成膜し、次いで炭化珪素膜を成膜する際に、はじめは炭化珪素の含有率が低い条件で成膜を開始し、徐々に炭化珪素の含有率を高め、最表面部分は炭化珪素による成膜とすることにより基材と炭化珪素膜との密着性を向上させ、炭化珪素膜の剥離を防止可能とすることが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
【0007】
【特許文献1】
特許第2622609号明細書
【0008】
【特許文献2】
特公平07−033579号公報
【0009】
【特許文献3】
特開平07−315967号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように基材表面を炭化珪素膜で被覆した場合であっても、サセプターの使用中に半導体基板等を介してサセプター表面に金属が付着した場合には、以下の問題を生じていた。
【0011】
すなわち、炭化珪素膜に金属が付着した状態でサセプターを気相成長装置により400℃以上に加熱すると、炭化珪素膜は金属と結合することにより容易にシリサイド化し、かかるシリサイドは塩化水素ガスが存在する環境下において塩化金属の形による昇華を生起することにより、炭化珪素膜にピンホールを生起するという問題があった。
【0012】
炭化珪素膜にピンホールが生起されると、気相成長時に同ピンホールから基材中の不純物がガス化して拡散するため、気相成長装置の密封反応容器内が不純物によって汚染され、気相成長によって半導体基板上に成膜した膜中に不純物が取り込まれ、半導体基板の品質を低下させるおそれがあった。
【0013】
そこで、昇華による炭化珪素膜の減少に対応すべく炭化珪素膜の膜厚を大きくした場合には、ピンホールの生起は抑制できるものの、炭化珪素膜表面の荒れが増加することにより炭化珪素膜としては望ましくなく、しかも、基材との熱膨張率の違いによる炭化珪素膜の剥離や、被膜内部の応力による炭化珪素膜へのマイクロクラックの生起等の問題が生じ易くなるため、炭化珪素膜の膜厚を大きくすることはできなかった。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明の保護膜の成膜方法では、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜する成膜方法において、前記保護膜中に炭素を過剰に含ませて成膜することとした。また、保護膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%として成膜すること、さらには、保護膜は膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜することにも特徴を有するものである。さらには、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して保護膜を成膜すること、あるいは、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて保護膜を形成することにも特徴を有するものである。
【0015】
また、本発明の保護膜の成膜方法では、基材表面に保護膜を成膜する成膜方法において、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて形成する保護膜を成膜することとした。また、第1炭化珪素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜し、第2炭化珪素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めながら成膜すること、さらには、中間炭素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜することにも特徴を有するものである。さらには、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して保護膜を成膜すること、あるいは、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて第1炭化珪素膜及び第2炭化珪素膜を形成することにも特徴を有するものである。
【0016】
また、本発明の保護膜を成膜した部材では、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜した部材において、保護膜中に炭素を過剰に含ませて成膜を行なった部材とした。また、保護膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%としたこと、さらには、保護膜は膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜したことにも特徴を有するものである。
【0017】
また、本発明の保護膜を成膜した部材は、基材表面に、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて保護膜を形成した部材とした。また、第1炭化珪素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜し、第2炭化珪素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めて成膜したこと、さらには、中間炭素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜したことにも特徴を有するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の保護膜の成膜方法及び同方法により保護膜を成膜した部材では、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜することにより保護膜中の炭化珪素によって基材からの不純物の拡散を防止するだけでなく、成膜する保護膜中に炭素を過剰に含ませておくことにより保護膜中の珪素の量を相対的に減少させ、保護膜に金属が付着した場合でも、シリサイド化が容易に生起しないようにしているものであり、仮にシリサイド化を生起した場合でも、シリサイド化部分の体積を小さくすることでピンホールの発生を防ぐものである。
【0019】
以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下においては、黒鉛からなる基材の表面に保護膜を成膜したサセプターについて説明するが、基材は黒鉛に限定するものではなく、ポリシリコンあるいは炭化珪素質焼結体等であってもよい。
【0020】
また、炭化珪素を含んだ保護膜において、保護膜中に炭素を過剰に含ませた状態の指標として次に定義する過剰炭素濃度を用いることにする。
【0021】
【式1】
【0022】
一般に、炭化珪素膜は、シリコン(Si)と炭素(C)が1:1で化合しているため、純粋な炭化珪素膜では過剰炭素濃度は0mol%である。そして、保護膜中の過剰炭素を極めて高くすることにより、同保護膜の過剰炭素濃度は100mol%、すなわち純炭素膜に近づくこととなる。
【0023】
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図であり、図2は、同サセプター表面に成膜した保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【0024】
サセプターは、基材10である黒鉛を用いて所定形状に形成し、その後、CVD(化学的気相成長)法によって基材10の表面に保護膜20を成膜している。保護膜20を成膜する場合には、はじめに基材10の表面を洗浄やエッチングによって純化処理し、次いで、基材10をCVD装置の反応炉内に挿入し、基材を1000〜1500℃に加熱して反応炉内に珪素原料ガスとしてSiCl4と、炭素原料ガスとしてC3H8を送給することにより基材10の表面に保護膜20を成膜している。なお、反応炉内に送給する珪素原料ガスと炭素原料ガスとの量を調整することにより、所定の過剰炭素濃度とした保護膜20を成膜可能としている。
【0025】
第1の実施形態では、保護膜20は、図2に示すように、基材10の表面から所定の距離だけ離隔した部分での過剰炭素の平均濃度が約25mol%となるように成膜している
このように保護膜20に過剰炭素を含有させたことによって、保護膜20中の珪素の量が相対的に減少し、保護膜20に金属が付着した場合でもシリサイド化を容易に生起しないようにすることができ、仮にシリサイド化が生起された場合であっても、シリサイド化部分の体積を極めて小さいものとすることができ、保護膜20にピンホールが生起されることを防止できる。
【0026】
また、付着した金属が過剰炭素と反応してカーバイドを形成した場合には、金属シリサイドとは異なり、塩化水素ガスが存在する環境下においても塩化金属の形による昇華を生起しないため、保護膜20にピンホールが生起されることを確実に防止できる。
【0027】
なお、付着した金属が炭素とは反応せずに金属単体で存在した場合には、この金属に起因するピンホールが生起されることはなく、この金属は塩化水素ガスが存在する環境下で塩化金属の形で昇華することにより、一般的に用いられている塩化水素ガスによるサセプターのエッチング工程で容易に除去することができる。
【0028】
また、保護膜20中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度は10〜90mol%であることが望ましい。過剰炭素濃度が10mol%より小さい場合には、従来の保護膜とあまりかわらず、保護膜20に付着した金属が保護膜20と容易にシリサイド化を生じ、保護膜20にピンホールを生起するおそれがある。
【0029】
一方、過剰炭素濃度が90mol%より大きい場合には、保護膜20中の炭化珪素の量が少ないことにより基材10からの不純物の拡散を防止できない場合がある。
【0030】
そこで、過剰炭素濃度を10〜90mol%とすることによって、保護膜20におけるピンホールの生起を抑止する効果を十分なものとする一方で、基材10からの不純物の拡散を確実に防止できる。
【0031】
なお、保護膜20はCVD装置で形成していることによって、保護膜20に過剰に含まれる炭素の発塵が生じるおそれはない。
【0032】
上記説明において、「過剰炭素の平均濃度」とは、過剰炭素を加えて形成した膜全体における過剰炭素の平均の濃度である。
【0033】
(第2の実施形態)
図3は、第2の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図であり、図4は、同サセプター表面に成膜した保護膜20’の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【0034】
本実施形態では、第1の実施形態とは異なり、保護膜20’の過剰炭素の濃度を一定とするのではなく、基材10と接合する部分には過剰炭素の濃度をほぼ0mol%とした炭化珪素膜21を成膜し、この炭化珪素膜21を所定厚み(図3ではd’)だけ成膜した後、保護膜20’の表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高め、保護膜20’の表面では過剰炭素の濃度をほぼ100mol%とした過剰炭素膜22を成膜し、炭化珪素膜21と過剰炭素膜22とからなる保護膜20’としているものである。
【0035】
すなわち、上記したように、CVD装置によって基材10の表面に保護膜20’を成膜する際に、はじめは過剰炭素濃度がほぼ0mol%の炭化珪素膜21を成膜すべく反応炉内に珪素原料ガスと炭素原料ガスとの送給を行ない、炭化珪素膜21が所定の膜厚寸法に達したところで次第に珪素原料ガスの送給割合を低減させ、最終的には炭素原料ガスのみを送給することにより過剰炭素の濃度を漸次高めた過剰炭素膜22を成膜し、保護膜20’表面では過剰炭素の濃度をほぼ100mol%としている。
【0036】
他の実施形態として、保護膜20’中の過剰炭素の平均濃度が10〜90mol%であるかぎり、図5にタイプ1として示すように、過剰炭素の濃度を保護膜の成膜開始から成膜終了までほぼ一定に増大させながら保護膜20’を成膜してもよいし、タイプ1のようにほぼ一定に増大させるのではなくタイプ2のように所要の曲線状に増大させながら保護膜を成膜してもよい。
【0037】
また、保護膜20’の表面は、保護膜20’中の過剰炭素の平均濃度が10〜90mol%であるかぎり、必ずしも過剰炭素の濃度をほぼ100mol%とする必要はなく、例えば図5にタイプ3として示すように、過剰炭素の濃度を増大させながら表面側でほぼ50mol%の濃度として保護膜を成膜してもよい。ただし、保護膜20’の表面では、過剰炭素濃度はできるだけ高い方が望ましい。
【0038】
このようにして基材10の表面部分には高濃度の炭化珪素領域を形成することにより、基材からの不純物の拡散を防止する一方で、保護膜20’の表面部分では高濃度の過剰炭素濃度領域を形成することによりサセプターに付着した金属によるシリサイド化を確実に抑止し、仮にシリサイド化が生じた場合であってもシリサイド化部分の体積を極力小さくすることができ、ピンホールの生起を確実に防止できる。
【0039】
しかも、保護膜20’の表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜することによって、保護膜20’に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止でき、基材10からの保護膜20’の剥離を防止できる。
【0040】
そのうえ、基材10の表面に接合させた保護膜20’の高濃度の炭化珪素領域を、保護膜20’の表面部分における高濃度の過剰炭素濃度領域で被覆することにより、基材10への保護膜20’の密着不良を生起しにくくすることができ、保護膜20’の密着性を向上させることができる。
【0041】
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図であり、図7は、同サセプター表面に成膜した保護膜20”の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【0042】
図6及び図7に示すように、本実施形態の保護膜20”は、基材10の表面に第1炭化珪素膜23と、中間炭素膜24と、第2炭化珪素膜25とを順次重合させて形成し、第1炭化珪素膜23と、中間炭素膜24と、第2炭化珪素膜25との3層構造からなる保護膜20”としているものである。
【0043】
すなわち、上記したように、CVD装置によって基材10の表面に保護膜20”を成膜する際に、はじめは過剰炭素濃度がほぼ0mol%の炭化珪素膜を成膜すべく反応炉内に珪素原料ガスと炭素原料ガスとの送給を行なって第1炭化珪素膜23を成膜し、この第1炭化珪素膜23の膜厚寸法がd1に達したところで珪素原料ガスの送給を停止し、炭素原料ガスのみを送給することにより過剰炭素濃度をほぼ100mol%とした中間炭素膜24を成膜し、この中間炭素膜24の膜厚寸法がd2に達したところで珪素原料ガスの送給を再開し、過剰炭素濃度がほぼ0mol%の炭化珪素膜を成膜すべく珪素原料ガスと炭素原料ガスとの送給を行なって第2炭化珪素膜25を成膜し、この第2炭化珪素膜25の膜厚寸法がd3に達したところで珪素原料ガス及び炭素原料ガスの送給を停止して保護膜20”を形成している。
【0044】
このように保護膜20”を第1炭化珪素膜23と、中間炭素膜24と、第2炭化珪素膜25の3層構造とすることにより、仮に表層の第2炭化珪素膜25に金属が付着した場合には、同金属が第2炭化珪素膜25と反応することにより金属シリサイドを形成し、第2炭化珪素膜25にはピンホールが形成されることがあるものの、かかるピンホールが基材10にまで達することを中間炭素膜24及び第1炭化珪素膜23によって防止できるので、保護膜20”にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。
【0045】
中間炭素膜24はCVD装置によって形成しているので、基材10のように不純物を含んでおらず、第2炭化珪素膜25にピンホールが生起された場合であっても中間炭素膜24から不純物の拡散が生じることはない。
【0046】
中間炭素膜24は、第2炭化珪素膜25にピンホールが生起された場合に、このピンホールの成長を抑止するために、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上としていることが望ましい。
【0047】
過剰炭素の平均濃度を90mol%以上とすることにより、第2炭化珪素膜25より進入してきた金属があった場合には、中間炭素膜24によってこの金属によるシリサイド化を確実に抑止し、仮にシリサイド化した場合であってもシリサイド化部分の体積を極力小さくすることができるので、ピンホールの成長を確実に抑止できる。
【0048】
他の実施形態として、図8に示すように、第1炭化珪素膜23は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜し、第2炭化珪素膜25は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めながら成膜してもよい。
【0049】
このようにすることによって、保護膜20”に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止でき、保護膜20”が基材10から剥離することを防止できる。
【0050】
上述した実施の形態では、保護膜20,20’,20”の形成に珪素原料ガスと炭素原料ガスとを用いているが、原料ガスには炭化珪素膜及び炭素膜を形成可能なガスであれば何を使用してもよい。また、成膜条件も炭化珪素膜及び炭素膜が形成可能な条件であればどのような条件でもよい。
【0051】
また、上述した実施の形態では、保護膜20,20’,20”の形成において、CVD法における炭素原料ガスの供給量を制御することにより炭化珪素膜形成中に過剰炭素濃度領域を形成しているが、保護膜20,20’、及び第1炭化珪素膜23、第2炭化珪素膜25の形成においては、CVD法においてあらかじめ炭化珪素膜を形成し、その後、この炭化珪素膜にイオン注入法によって炭素原子を注入し、その後、注入した炭素原子を熱拡散法によって活性化させて過剰炭素濃度領域を形成してもよい。
【0052】
また、炭化珪素膜(SiC)に関しては、その配向性によってα−SiCと、β−SiCとがあるが、そのどちらであってもよい。なお、α−SiCの方が耐蝕性の点で好ましい。
【0053】
【発明の効果】
請求項1記載の発明よれば、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜するに際し、前記保護膜中に炭素を過剰に含ませて成膜することによって、保護膜中の珪素の量を相対的に減少させることができ、保護膜中の炭化珪素により基材からの不純物の拡散を防止する一方で、保護膜に金属が付着した場合にシリサイド化を容易に生起しないようにすることができ、また、仮にシリサイド化を生起した場合であってもシリサイド化部分の体積を小さくすることができるので、保護膜にピンホールが生起されることを防止できる。従って、保護膜にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。
【0054】
特に、保護膜に付着した金属が保護膜中の過剰な炭素と反応しカーバイドを形成した場合には、金属シリサイドとは異なり、塩化水素ガスが存在する環境下においても塩化金属の形による昇華を生起しないため、保護膜にピンホールが生起されることを確実に防止できる。なお、付着した金属が炭素とは反応せずに金属単体で存在した場合には、この金属に起因するピンホールが生起されることはなく、この金属は塩化水素ガスが存在する環境下で塩化金属の形で昇華することにより容易に除去することができる。
【0055】
請求項2記載の発明よれば、保護膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%として成膜することによって、保護膜におけるピンホールの生起を抑止する効果を十分なものとする一方で、基材からの不純物の拡散を確実に防止できる。
【0056】
請求項3記載の発明よれば、保護膜は、膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜することによって、保護膜に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止して、基材からの保護膜の剥離が生じることを防止できる。
【0057】
請求項4記載の発明よれば、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して保護膜を成膜することによって、形成した保護膜に内部応力を生起しにくくすることができ、保護膜を基材表面に強固に接合させることができる。また、保護膜をCVD形成することによって、表面の過剰炭素濃度を上げても発塵が生じない。
【0058】
請求項5記載の発明よれば、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて保護膜を形成することによって、極めて容易に過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%に調整した保護膜を形成することができる。
【0059】
請求項6記載の発明よれば、基材表面に保護膜を成膜するに際し、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて形成する保護膜を成膜することによって、表層の第2炭化珪素膜に金属が付着した場合には、同金属が第2炭化珪素膜と反応することにより金属シリサイドを形成し、第2炭化珪素膜にはピンホールが形成されることがあるものの、かかるピンホールが基材にまで達することを第1炭化珪素膜によって防止できるので、保護膜にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。特に、ピンホールの成長を中間炭素膜によって抑止できるので、第1炭化珪素膜にピンホールが生起されることを確実に防止できる。
【0060】
請求項7記載の発明よれば、第1炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜し、第2炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めながら成膜することによって、保護膜に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止して、基材からの保護膜の剥離が生じることを防止できる。
【0061】
請求項8記載の発明よれば、中間炭素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜することによって、保護膜に金属が付着した場合に生起されるピンホールの成長を中間炭素膜によって確実に抑止できる。
【0062】
請求項9記載の発明よれば、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して保護膜を成膜することによって、請求項4記載の発明と同様に、形成した保護膜に内部応力を生起しにくくすることができ、保護膜を基材表面に強固に接合させることができる。また、保護膜をCVD形成することによって、表面の過剰炭素濃度を上げても発塵が生じない。
【0063】
請求項10記載の発明よれば、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて第1炭化珪素膜及び第2炭化珪素膜を形成することによって、第1炭化珪素膜及び第2炭化珪素膜における過剰炭素の平均濃度の調整を容易に行なうことができ、所望の過剰炭素の平均濃度となった第1炭化珪素膜及び第2炭化珪素膜を容易に得ることができる。
【0064】
請求項11記載の発明よれば、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜した部材において、前記保護膜中には炭素を過剰に含ませて成膜したことによって、保護膜中の珪素の量を相対的に減少させることができ、請求項1記載の発明と同様に、保護膜中の炭化珪素により基材からの不純物の拡散を防止する一方で、保護膜に金属が付着した場合にシリサイド化を容易に生起しないようにすることができ、また、仮にシリサイド化を生起した場合であってもシリサイド化部分の体積を小さくすることができるので、保護膜にピンホールが生起されることを防止できる。従って、保護膜にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。
【0065】
特に、保護膜に付着した金属が保護膜中の過剰な炭素と反応しカーバイドを形成した場合には、金属シリサイドとは異なり、塩化水素ガスが存在する環境下においても塩化金属の形による昇華を生起しないため、保護膜にピンホールが生起されることを確実に防止できる。なお、付着した金属が炭素とは反応せずに金属単体で存在した場合には、この金属に起因するピンホールが生起されることはなく、この金属は塩化水素ガスが存在する環境下で塩化金属の形で昇華することにより容易に除去することができる。
【0066】
請求項12記載の発明よれば、保護膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%としたことによって、請求項2記載の発明と同様に、保護膜におけるピンホールの生起を抑止する効果を十分なものとする一方で、基材からの不純物の拡散を確実に防止できる。
【0067】
請求項13記載の発明よれば、保護膜は、膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜したことによって、請求項3記載の発明と同様に、保護膜に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止して、基材からの保護膜の剥離が生じることを防止できる。
【0068】
請求項14記載の発明よれば、基材表面に、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて保護膜を形成したことによって、請求項4記載の発明と同様に、表層の第2炭化珪素膜に金属が付着した場合には、同金属が第2炭化珪素膜と反応することにより金属シリサイドを形成し、第2炭化珪素膜にはピンホールが形成されることがあるものの、かかるピンホールが基材にまで達することを第1炭化珪素膜によって防止できるので、保護膜にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。特に、ピンホールの成長を中間炭素膜によって抑止できるので、第1炭化珪素膜にピンホールが生起されることを確実に防止できる。
【0069】
請求項15記載の発明よれば、第1炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜し、第2炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めて成膜したことによって、請求項5記載の発明と同様に、保護膜に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止して、基材からの保護膜の剥離が生じることを防止できる。
【0070】
請求項16記載の発明よれば、中間炭素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜したことによって、請求項6記載の発明と同様に、保護膜に金属が付着した場合に生起されるピンホールの成長を中間炭素膜によって確実に抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図である。
【図2】保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【図3】第2の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図である。
【図4】保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【図5】他の実施形態における保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【図6】第3の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図である。
【図7】保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【図8】他の実施形態における保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【符号の説明】
10 基材
20,20’,20” 保護膜
21 炭化珪素膜
22 過剰炭素膜
23 第1炭化珪素膜
24 中間炭素膜
25 第2炭化珪素膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、保護膜の成膜方法及び同方法により保護膜を成膜した部材に関するものであり、特に、炭化珪素を含有する保護膜の成膜方法及び同方法により保護膜を成膜した部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、CZ(チョクラルスキー)法による単結晶製造装置に用いられる黒鉛るつぼや黒鉛ヒーター、あるいは、半導体装置製造工程で使用する気相成長装置において用いられるサセプターのように、高温下で使用されるとともに清浄度が要求される部材には、黒鉛、ポリシリコン、あるいは炭化珪素質焼結体等によって所定形状に成形した基材の表面に、炭化珪素膜からなる保護膜の成膜を行なっている。
【0003】
以下において、気相成長装置を使用する際に用いるサセプターを代表例として説明すると、サセプターでは、黒鉛を用いて上面に半導体基板を載設するための凹部を1つまたは複数形成した基材を構成し、同基材に対してCVD法等により緻密質の炭化珪素膜を30〜300μm程度の厚みで成膜している。
【0004】
なお、基材上に炭化珪素膜を成膜した場合には、基材と炭化珪素膜との熱膨張率の違いによって炭化珪素膜には微細な亀裂が生じ、基材からの剥離が生じることが知られている。
【0005】
特に気相成長装置での処理中にサセプターから炭化珪素膜が剥離した場合には、剥離した炭化珪素膜片が半導体基板に付着して問題となるだけでなく、基材に含有されていた不純物がガス化して剥離部分から拡散することにより気相成長装置の密封反応容器内を汚染し、気相成長によって半導体基板上に成膜した膜中に不純物が取り込まれ、半導体基板の品質を低下させるおそれがあった。
【0006】
かかる不具合を解消すべく、基材上面に炭化珪素膜を成膜する場合には、基板上面にあらかじめカーボン膜あるいは基材と同質素材の被膜を成膜し、次いで炭化珪素膜を成膜する際に、はじめは炭化珪素の含有率が低い条件で成膜を開始し、徐々に炭化珪素の含有率を高め、最表面部分は炭化珪素による成膜とすることにより基材と炭化珪素膜との密着性を向上させ、炭化珪素膜の剥離を防止可能とすることが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
【0007】
【特許文献1】
特許第2622609号明細書
【0008】
【特許文献2】
特公平07−033579号公報
【0009】
【特許文献3】
特開平07−315967号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように基材表面を炭化珪素膜で被覆した場合であっても、サセプターの使用中に半導体基板等を介してサセプター表面に金属が付着した場合には、以下の問題を生じていた。
【0011】
すなわち、炭化珪素膜に金属が付着した状態でサセプターを気相成長装置により400℃以上に加熱すると、炭化珪素膜は金属と結合することにより容易にシリサイド化し、かかるシリサイドは塩化水素ガスが存在する環境下において塩化金属の形による昇華を生起することにより、炭化珪素膜にピンホールを生起するという問題があった。
【0012】
炭化珪素膜にピンホールが生起されると、気相成長時に同ピンホールから基材中の不純物がガス化して拡散するため、気相成長装置の密封反応容器内が不純物によって汚染され、気相成長によって半導体基板上に成膜した膜中に不純物が取り込まれ、半導体基板の品質を低下させるおそれがあった。
【0013】
そこで、昇華による炭化珪素膜の減少に対応すべく炭化珪素膜の膜厚を大きくした場合には、ピンホールの生起は抑制できるものの、炭化珪素膜表面の荒れが増加することにより炭化珪素膜としては望ましくなく、しかも、基材との熱膨張率の違いによる炭化珪素膜の剥離や、被膜内部の応力による炭化珪素膜へのマイクロクラックの生起等の問題が生じ易くなるため、炭化珪素膜の膜厚を大きくすることはできなかった。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明の保護膜の成膜方法では、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜する成膜方法において、前記保護膜中に炭素を過剰に含ませて成膜することとした。また、保護膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%として成膜すること、さらには、保護膜は膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜することにも特徴を有するものである。さらには、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して保護膜を成膜すること、あるいは、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて保護膜を形成することにも特徴を有するものである。
【0015】
また、本発明の保護膜の成膜方法では、基材表面に保護膜を成膜する成膜方法において、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて形成する保護膜を成膜することとした。また、第1炭化珪素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜し、第2炭化珪素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めながら成膜すること、さらには、中間炭素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜することにも特徴を有するものである。さらには、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して保護膜を成膜すること、あるいは、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて第1炭化珪素膜及び第2炭化珪素膜を形成することにも特徴を有するものである。
【0016】
また、本発明の保護膜を成膜した部材では、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜した部材において、保護膜中に炭素を過剰に含ませて成膜を行なった部材とした。また、保護膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%としたこと、さらには、保護膜は膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜したことにも特徴を有するものである。
【0017】
また、本発明の保護膜を成膜した部材は、基材表面に、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて保護膜を形成した部材とした。また、第1炭化珪素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜し、第2炭化珪素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めて成膜したこと、さらには、中間炭素膜は膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜したことにも特徴を有するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の保護膜の成膜方法及び同方法により保護膜を成膜した部材では、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜することにより保護膜中の炭化珪素によって基材からの不純物の拡散を防止するだけでなく、成膜する保護膜中に炭素を過剰に含ませておくことにより保護膜中の珪素の量を相対的に減少させ、保護膜に金属が付着した場合でも、シリサイド化が容易に生起しないようにしているものであり、仮にシリサイド化を生起した場合でも、シリサイド化部分の体積を小さくすることでピンホールの発生を防ぐものである。
【0019】
以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下においては、黒鉛からなる基材の表面に保護膜を成膜したサセプターについて説明するが、基材は黒鉛に限定するものではなく、ポリシリコンあるいは炭化珪素質焼結体等であってもよい。
【0020】
また、炭化珪素を含んだ保護膜において、保護膜中に炭素を過剰に含ませた状態の指標として次に定義する過剰炭素濃度を用いることにする。
【0021】
【式1】
【0022】
一般に、炭化珪素膜は、シリコン(Si)と炭素(C)が1:1で化合しているため、純粋な炭化珪素膜では過剰炭素濃度は0mol%である。そして、保護膜中の過剰炭素を極めて高くすることにより、同保護膜の過剰炭素濃度は100mol%、すなわち純炭素膜に近づくこととなる。
【0023】
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図であり、図2は、同サセプター表面に成膜した保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【0024】
サセプターは、基材10である黒鉛を用いて所定形状に形成し、その後、CVD(化学的気相成長)法によって基材10の表面に保護膜20を成膜している。保護膜20を成膜する場合には、はじめに基材10の表面を洗浄やエッチングによって純化処理し、次いで、基材10をCVD装置の反応炉内に挿入し、基材を1000〜1500℃に加熱して反応炉内に珪素原料ガスとしてSiCl4と、炭素原料ガスとしてC3H8を送給することにより基材10の表面に保護膜20を成膜している。なお、反応炉内に送給する珪素原料ガスと炭素原料ガスとの量を調整することにより、所定の過剰炭素濃度とした保護膜20を成膜可能としている。
【0025】
第1の実施形態では、保護膜20は、図2に示すように、基材10の表面から所定の距離だけ離隔した部分での過剰炭素の平均濃度が約25mol%となるように成膜している
このように保護膜20に過剰炭素を含有させたことによって、保護膜20中の珪素の量が相対的に減少し、保護膜20に金属が付着した場合でもシリサイド化を容易に生起しないようにすることができ、仮にシリサイド化が生起された場合であっても、シリサイド化部分の体積を極めて小さいものとすることができ、保護膜20にピンホールが生起されることを防止できる。
【0026】
また、付着した金属が過剰炭素と反応してカーバイドを形成した場合には、金属シリサイドとは異なり、塩化水素ガスが存在する環境下においても塩化金属の形による昇華を生起しないため、保護膜20にピンホールが生起されることを確実に防止できる。
【0027】
なお、付着した金属が炭素とは反応せずに金属単体で存在した場合には、この金属に起因するピンホールが生起されることはなく、この金属は塩化水素ガスが存在する環境下で塩化金属の形で昇華することにより、一般的に用いられている塩化水素ガスによるサセプターのエッチング工程で容易に除去することができる。
【0028】
また、保護膜20中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度は10〜90mol%であることが望ましい。過剰炭素濃度が10mol%より小さい場合には、従来の保護膜とあまりかわらず、保護膜20に付着した金属が保護膜20と容易にシリサイド化を生じ、保護膜20にピンホールを生起するおそれがある。
【0029】
一方、過剰炭素濃度が90mol%より大きい場合には、保護膜20中の炭化珪素の量が少ないことにより基材10からの不純物の拡散を防止できない場合がある。
【0030】
そこで、過剰炭素濃度を10〜90mol%とすることによって、保護膜20におけるピンホールの生起を抑止する効果を十分なものとする一方で、基材10からの不純物の拡散を確実に防止できる。
【0031】
なお、保護膜20はCVD装置で形成していることによって、保護膜20に過剰に含まれる炭素の発塵が生じるおそれはない。
【0032】
上記説明において、「過剰炭素の平均濃度」とは、過剰炭素を加えて形成した膜全体における過剰炭素の平均の濃度である。
【0033】
(第2の実施形態)
図3は、第2の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図であり、図4は、同サセプター表面に成膜した保護膜20’の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【0034】
本実施形態では、第1の実施形態とは異なり、保護膜20’の過剰炭素の濃度を一定とするのではなく、基材10と接合する部分には過剰炭素の濃度をほぼ0mol%とした炭化珪素膜21を成膜し、この炭化珪素膜21を所定厚み(図3ではd’)だけ成膜した後、保護膜20’の表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高め、保護膜20’の表面では過剰炭素の濃度をほぼ100mol%とした過剰炭素膜22を成膜し、炭化珪素膜21と過剰炭素膜22とからなる保護膜20’としているものである。
【0035】
すなわち、上記したように、CVD装置によって基材10の表面に保護膜20’を成膜する際に、はじめは過剰炭素濃度がほぼ0mol%の炭化珪素膜21を成膜すべく反応炉内に珪素原料ガスと炭素原料ガスとの送給を行ない、炭化珪素膜21が所定の膜厚寸法に達したところで次第に珪素原料ガスの送給割合を低減させ、最終的には炭素原料ガスのみを送給することにより過剰炭素の濃度を漸次高めた過剰炭素膜22を成膜し、保護膜20’表面では過剰炭素の濃度をほぼ100mol%としている。
【0036】
他の実施形態として、保護膜20’中の過剰炭素の平均濃度が10〜90mol%であるかぎり、図5にタイプ1として示すように、過剰炭素の濃度を保護膜の成膜開始から成膜終了までほぼ一定に増大させながら保護膜20’を成膜してもよいし、タイプ1のようにほぼ一定に増大させるのではなくタイプ2のように所要の曲線状に増大させながら保護膜を成膜してもよい。
【0037】
また、保護膜20’の表面は、保護膜20’中の過剰炭素の平均濃度が10〜90mol%であるかぎり、必ずしも過剰炭素の濃度をほぼ100mol%とする必要はなく、例えば図5にタイプ3として示すように、過剰炭素の濃度を増大させながら表面側でほぼ50mol%の濃度として保護膜を成膜してもよい。ただし、保護膜20’の表面では、過剰炭素濃度はできるだけ高い方が望ましい。
【0038】
このようにして基材10の表面部分には高濃度の炭化珪素領域を形成することにより、基材からの不純物の拡散を防止する一方で、保護膜20’の表面部分では高濃度の過剰炭素濃度領域を形成することによりサセプターに付着した金属によるシリサイド化を確実に抑止し、仮にシリサイド化が生じた場合であってもシリサイド化部分の体積を極力小さくすることができ、ピンホールの生起を確実に防止できる。
【0039】
しかも、保護膜20’の表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜することによって、保護膜20’に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止でき、基材10からの保護膜20’の剥離を防止できる。
【0040】
そのうえ、基材10の表面に接合させた保護膜20’の高濃度の炭化珪素領域を、保護膜20’の表面部分における高濃度の過剰炭素濃度領域で被覆することにより、基材10への保護膜20’の密着不良を生起しにくくすることができ、保護膜20’の密着性を向上させることができる。
【0041】
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図であり、図7は、同サセプター表面に成膜した保護膜20”の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【0042】
図6及び図7に示すように、本実施形態の保護膜20”は、基材10の表面に第1炭化珪素膜23と、中間炭素膜24と、第2炭化珪素膜25とを順次重合させて形成し、第1炭化珪素膜23と、中間炭素膜24と、第2炭化珪素膜25との3層構造からなる保護膜20”としているものである。
【0043】
すなわち、上記したように、CVD装置によって基材10の表面に保護膜20”を成膜する際に、はじめは過剰炭素濃度がほぼ0mol%の炭化珪素膜を成膜すべく反応炉内に珪素原料ガスと炭素原料ガスとの送給を行なって第1炭化珪素膜23を成膜し、この第1炭化珪素膜23の膜厚寸法がd1に達したところで珪素原料ガスの送給を停止し、炭素原料ガスのみを送給することにより過剰炭素濃度をほぼ100mol%とした中間炭素膜24を成膜し、この中間炭素膜24の膜厚寸法がd2に達したところで珪素原料ガスの送給を再開し、過剰炭素濃度がほぼ0mol%の炭化珪素膜を成膜すべく珪素原料ガスと炭素原料ガスとの送給を行なって第2炭化珪素膜25を成膜し、この第2炭化珪素膜25の膜厚寸法がd3に達したところで珪素原料ガス及び炭素原料ガスの送給を停止して保護膜20”を形成している。
【0044】
このように保護膜20”を第1炭化珪素膜23と、中間炭素膜24と、第2炭化珪素膜25の3層構造とすることにより、仮に表層の第2炭化珪素膜25に金属が付着した場合には、同金属が第2炭化珪素膜25と反応することにより金属シリサイドを形成し、第2炭化珪素膜25にはピンホールが形成されることがあるものの、かかるピンホールが基材10にまで達することを中間炭素膜24及び第1炭化珪素膜23によって防止できるので、保護膜20”にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。
【0045】
中間炭素膜24はCVD装置によって形成しているので、基材10のように不純物を含んでおらず、第2炭化珪素膜25にピンホールが生起された場合であっても中間炭素膜24から不純物の拡散が生じることはない。
【0046】
中間炭素膜24は、第2炭化珪素膜25にピンホールが生起された場合に、このピンホールの成長を抑止するために、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上としていることが望ましい。
【0047】
過剰炭素の平均濃度を90mol%以上とすることにより、第2炭化珪素膜25より進入してきた金属があった場合には、中間炭素膜24によってこの金属によるシリサイド化を確実に抑止し、仮にシリサイド化した場合であってもシリサイド化部分の体積を極力小さくすることができるので、ピンホールの成長を確実に抑止できる。
【0048】
他の実施形態として、図8に示すように、第1炭化珪素膜23は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜し、第2炭化珪素膜25は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めながら成膜してもよい。
【0049】
このようにすることによって、保護膜20”に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止でき、保護膜20”が基材10から剥離することを防止できる。
【0050】
上述した実施の形態では、保護膜20,20’,20”の形成に珪素原料ガスと炭素原料ガスとを用いているが、原料ガスには炭化珪素膜及び炭素膜を形成可能なガスであれば何を使用してもよい。また、成膜条件も炭化珪素膜及び炭素膜が形成可能な条件であればどのような条件でもよい。
【0051】
また、上述した実施の形態では、保護膜20,20’,20”の形成において、CVD法における炭素原料ガスの供給量を制御することにより炭化珪素膜形成中に過剰炭素濃度領域を形成しているが、保護膜20,20’、及び第1炭化珪素膜23、第2炭化珪素膜25の形成においては、CVD法においてあらかじめ炭化珪素膜を形成し、その後、この炭化珪素膜にイオン注入法によって炭素原子を注入し、その後、注入した炭素原子を熱拡散法によって活性化させて過剰炭素濃度領域を形成してもよい。
【0052】
また、炭化珪素膜(SiC)に関しては、その配向性によってα−SiCと、β−SiCとがあるが、そのどちらであってもよい。なお、α−SiCの方が耐蝕性の点で好ましい。
【0053】
【発明の効果】
請求項1記載の発明よれば、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜するに際し、前記保護膜中に炭素を過剰に含ませて成膜することによって、保護膜中の珪素の量を相対的に減少させることができ、保護膜中の炭化珪素により基材からの不純物の拡散を防止する一方で、保護膜に金属が付着した場合にシリサイド化を容易に生起しないようにすることができ、また、仮にシリサイド化を生起した場合であってもシリサイド化部分の体積を小さくすることができるので、保護膜にピンホールが生起されることを防止できる。従って、保護膜にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。
【0054】
特に、保護膜に付着した金属が保護膜中の過剰な炭素と反応しカーバイドを形成した場合には、金属シリサイドとは異なり、塩化水素ガスが存在する環境下においても塩化金属の形による昇華を生起しないため、保護膜にピンホールが生起されることを確実に防止できる。なお、付着した金属が炭素とは反応せずに金属単体で存在した場合には、この金属に起因するピンホールが生起されることはなく、この金属は塩化水素ガスが存在する環境下で塩化金属の形で昇華することにより容易に除去することができる。
【0055】
請求項2記載の発明よれば、保護膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%として成膜することによって、保護膜におけるピンホールの生起を抑止する効果を十分なものとする一方で、基材からの不純物の拡散を確実に防止できる。
【0056】
請求項3記載の発明よれば、保護膜は、膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜することによって、保護膜に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止して、基材からの保護膜の剥離が生じることを防止できる。
【0057】
請求項4記載の発明よれば、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して保護膜を成膜することによって、形成した保護膜に内部応力を生起しにくくすることができ、保護膜を基材表面に強固に接合させることができる。また、保護膜をCVD形成することによって、表面の過剰炭素濃度を上げても発塵が生じない。
【0058】
請求項5記載の発明よれば、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて保護膜を形成することによって、極めて容易に過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%に調整した保護膜を形成することができる。
【0059】
請求項6記載の発明よれば、基材表面に保護膜を成膜するに際し、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて形成する保護膜を成膜することによって、表層の第2炭化珪素膜に金属が付着した場合には、同金属が第2炭化珪素膜と反応することにより金属シリサイドを形成し、第2炭化珪素膜にはピンホールが形成されることがあるものの、かかるピンホールが基材にまで達することを第1炭化珪素膜によって防止できるので、保護膜にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。特に、ピンホールの成長を中間炭素膜によって抑止できるので、第1炭化珪素膜にピンホールが生起されることを確実に防止できる。
【0060】
請求項7記載の発明よれば、第1炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜し、第2炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めながら成膜することによって、保護膜に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止して、基材からの保護膜の剥離が生じることを防止できる。
【0061】
請求項8記載の発明よれば、中間炭素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜することによって、保護膜に金属が付着した場合に生起されるピンホールの成長を中間炭素膜によって確実に抑止できる。
【0062】
請求項9記載の発明よれば、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して保護膜を成膜することによって、請求項4記載の発明と同様に、形成した保護膜に内部応力を生起しにくくすることができ、保護膜を基材表面に強固に接合させることができる。また、保護膜をCVD形成することによって、表面の過剰炭素濃度を上げても発塵が生じない。
【0063】
請求項10記載の発明よれば、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて第1炭化珪素膜及び第2炭化珪素膜を形成することによって、第1炭化珪素膜及び第2炭化珪素膜における過剰炭素の平均濃度の調整を容易に行なうことができ、所望の過剰炭素の平均濃度となった第1炭化珪素膜及び第2炭化珪素膜を容易に得ることができる。
【0064】
請求項11記載の発明よれば、基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜した部材において、前記保護膜中には炭素を過剰に含ませて成膜したことによって、保護膜中の珪素の量を相対的に減少させることができ、請求項1記載の発明と同様に、保護膜中の炭化珪素により基材からの不純物の拡散を防止する一方で、保護膜に金属が付着した場合にシリサイド化を容易に生起しないようにすることができ、また、仮にシリサイド化を生起した場合であってもシリサイド化部分の体積を小さくすることができるので、保護膜にピンホールが生起されることを防止できる。従って、保護膜にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。
【0065】
特に、保護膜に付着した金属が保護膜中の過剰な炭素と反応しカーバイドを形成した場合には、金属シリサイドとは異なり、塩化水素ガスが存在する環境下においても塩化金属の形による昇華を生起しないため、保護膜にピンホールが生起されることを確実に防止できる。なお、付着した金属が炭素とは反応せずに金属単体で存在した場合には、この金属に起因するピンホールが生起されることはなく、この金属は塩化水素ガスが存在する環境下で塩化金属の形で昇華することにより容易に除去することができる。
【0066】
請求項12記載の発明よれば、保護膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%としたことによって、請求項2記載の発明と同様に、保護膜におけるピンホールの生起を抑止する効果を十分なものとする一方で、基材からの不純物の拡散を確実に防止できる。
【0067】
請求項13記載の発明よれば、保護膜は、膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜したことによって、請求項3記載の発明と同様に、保護膜に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止して、基材からの保護膜の剥離が生じることを防止できる。
【0068】
請求項14記載の発明よれば、基材表面に、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて保護膜を形成したことによって、請求項4記載の発明と同様に、表層の第2炭化珪素膜に金属が付着した場合には、同金属が第2炭化珪素膜と反応することにより金属シリサイドを形成し、第2炭化珪素膜にはピンホールが形成されることがあるものの、かかるピンホールが基材にまで達することを第1炭化珪素膜によって防止できるので、保護膜にピンホールが生起されることによって生じていた不具合を解消できる。特に、ピンホールの成長を中間炭素膜によって抑止できるので、第1炭化珪素膜にピンホールが生起されることを確実に防止できる。
【0069】
請求項15記載の発明よれば、第1炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜し、第2炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めて成膜したことによって、請求項5記載の発明と同様に、保護膜に内部応力を生起することや密着不良を生起することを抑止して、基材からの保護膜の剥離が生じることを防止できる。
【0070】
請求項16記載の発明よれば、中間炭素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜したことによって、請求項6記載の発明と同様に、保護膜に金属が付着した場合に生起されるピンホールの成長を中間炭素膜によって確実に抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図である。
【図2】保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【図3】第2の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図である。
【図4】保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【図5】他の実施形態における保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【図6】第3の実施形態におけるサセプターの表面部分の拡大断面図である。
【図7】保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【図8】他の実施形態における保護膜の厚み方向における過剰炭素濃度の濃度分布を示した濃度分布図である。
【符号の説明】
10 基材
20,20’,20” 保護膜
21 炭化珪素膜
22 過剰炭素膜
23 第1炭化珪素膜
24 中間炭素膜
25 第2炭化珪素膜
Claims (16)
- 基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜する成膜方法において、
前記保護膜中に炭素を過剰に含ませて成膜することを特徴とする保護膜の成膜方法。 - 前記保護膜は、膜中の前記炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%として成膜することを特徴とする請求項1記載の保護膜の成膜方法。
- 前記保護膜は、膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の保護膜の成膜方法。
- 前記保護膜は、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して成膜することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の保護膜の成膜方法。
- 前記保護膜は、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の保護膜の成膜方法。
- 基材表面に保護膜を成膜する保護膜の成膜方法において、
第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて形成する保護膜を成膜することを特徴とする保護膜の成膜方法。 - 前記第1炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めながら成膜し、前記第2炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めながら成膜することを特徴とする請求項6記載の保護膜の成膜方法。
- 前記中間炭素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の保護膜の成膜方法。
- 前記保護膜は、化学的気相成長法により炭素原料ガス流量と珪素原料ガス流量の比を制御して成膜することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の保護膜の成膜方法。
- 前記第1炭化珪素膜及び前記第2炭化珪素膜は、成膜した炭化珪素膜に炭素イオンをイオン注入し、注入した前記炭素イオンを活性化させて形成することを特徴とする請求項7記載の保護膜の成膜方法。
- 基材表面に炭化珪素を含んだ保護膜を成膜した部材において、
前記保護膜中には炭素を過剰に含ませて成膜したことを特徴とする保護膜を成膜した部材。 - 前記保護膜は、膜中の前記炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を10〜90mol%としたことを特徴とする請求項11記載の保護膜を成膜した部材。
- 前記保護膜は、膜表面に向けて過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜したことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の保護膜を成膜した部材。
- 基材表面に、第1炭化珪素膜と、中間炭素膜と、第2炭化珪素膜とを順次重合させて保護膜を形成したことを特徴とする保護膜を成膜した部材。
- 前記第1炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次高めて成膜し、前記第2炭化珪素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の濃度を漸次低めて成膜したことを特徴とする請求項14記載の保護膜を成膜した部材。
- 前記中間炭素膜は、膜中の炭化珪素に対する過剰炭素の平均濃度を90mol%以上として成膜したことを特徴とする請求項14または請求項15に記載の保護膜を成膜した部材。
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2002
- 2002-09-13 JP JP2002268909A patent/JP2004107699A/ja active Pending
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