JP2024104002A - 炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法及び化合物半導体成長装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】炭化タンタル被覆膜中の不純物濃度を低減できる炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法及びその製造方法により製造した炭化タンタル被覆炭素材料を使用した化合物半導体成長装置を提供する。【解決手段】本発明は、炭素を主成分とする炭素基材１２と、炭素基材１２の少なくとも一部を被覆する炭化タンタル被覆膜１１とを含む炭化タンタル被覆炭素材料１０の製造方法であって、加熱したタンタル含有金属と塩素含有ガスとの反応により塩化タンタルガスを生成する第１の工程と、第１の工程で生成した塩化タンタルガスを炭化水素含有ガスと反応させることで炭素基材の表面に炭化タンタル被覆膜を形成する第２の工程とを含む。本発明の化合物半導体成長装置は、本発明の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法により製造された炭化タンタル被覆炭素材料を使用することを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、炭素基材表面に炭化タンタル被覆膜を被覆した炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法及びその製造方法により製造した炭化タンタル被覆炭素材料を使用した化合物半導体成長装置に関する。
炭化タンタル、炭化ニオブ、などの炭化物は、融点が高く、化学的安定性、強度、靭性及び耐食性に優れている。このため、炭化物で炭素基材をコーティングすることにより、炭素基材の耐熱性、化学的安定性、強度、靭性、耐食性などの特性を改善することができる。炭素基材表面に炭化物膜を被覆した炭化物被覆炭素材料、特に炭化タンタル被覆炭素材料は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などの化合物半導体の作製装置の部材として用いられている。
特に上記のような化合物半導体単結晶の作製では、炭化タンタル被覆炭素材料によって構成された部材を、２０００℃以上の環境下に曝すことがある。（非特許文献１）このような環境下では、融点が高い炭化タンタルも、非常に微量ながらも昇華し、消耗する（非特許文献２）。また、欠陥の少ない化合物半導体単結晶を作製するためには、結晶成長時の不純物濃度管理が重要である。そのため、こうした環境下で用いる炭化タンタル被覆炭素材料には、炭化タンタル被覆膜中の不純物濃度が低いことが求められる。
一方で、炭化タンタルの作製には、浸炭法、焼結法、化学気相体積法（ＣＶＤ法）といった製法が挙げられるが、膜厚制御が可能で、かつ炭素材料の露出が少ないという観点から、ＣＶＤ法が有利である。ＣＶＤ法の場合、炭化タンタルの成長源として、塩化タンタルガスと炭化水素ガスの混合ガスを用いることが知られている（特許文献１）。
「ＳｉＣ単結晶の昇華成長 成長パラメーターと欠陥の発生」，ＦＥＤジャーナル，Ｖｏｌ．１１，ｐ１１～１５（２０００），インターネット＜URL：https://sicalliance.jp/data/doc/1502344086_doc_5_0.pdf＞
「カーバイドコーティング」，モメンティブ・テクノロジーズ・ジャパン株式会社のホームページ，インターネット＜URL：https://www.momentivetech.co.jp/products/carbide-coatings/＞
ＣＶＤ法にて上記炭化タンタル被覆膜を炭素基材に形成する場合、塩化タンタルガスを供給する方法としては、粒や粉といった粒子状のＴａＣｌ５固体を熱して昇華させる手法が挙げられる（以下、昇華法と呼ぶ）。この手法では、既に精製されたＴａＣｌ５固体を用いることができ、炭化タンタル被覆膜中の不純物濃度を上げる要因となる原料純度を高くすることができる。
一方で、ＴａＣｌ５固体は著しく吸湿するため、秤量に影響を与える。さらにＣｌ元素含有環境下にて水分が存在し、加熱するため、配管等の反応系内が腐食されやすい。加えて工程終了後に原料充填部分を大気開放する場合、微量の塩素が環境中に放出されるため、工具や設備等の反応系外も腐食されやすい。
したがって、ＴａＣｌ５固体を取り扱う際は、真空引きや不活性ガスの充填等で十分に水分を除去したグローブボックス等の環境下等で取り扱う必要があり、ハンドリング性に欠ける。また、原料の保管や反応系内への導入の際に、ＴａＣｌ５固体と大気の接触を完全に断つのは難しい。そのため、反応系内や反応系外の設備が腐食され、設備由来の不純物元素が反応系内に混入し、炭化タンタル被覆膜に取り込まれる。
これらの観点から、昇華法を用いた炭化タンタル被覆膜中の不純物濃度を低減するのは難しい。設備や工具に用いられる鋼材に含まれることの多いＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ及びＭｏの炭化タンタル被覆膜における元素濃度は特に重要で、これらの元素の塩化物は沸点が３００℃以下と低いため、ＴａＣｌ５固体を加熱して塩化タンタルガスを発生させる工程において塩化タンタルガスに混入しやすい。
そこで、本発明は、炭化タンタル被覆膜中の不純物濃度を低減できる炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法及びその製造方法により製造した炭化タンタル被覆炭素材料を使用した化合物半導体成長装置を提供することを目的とする。
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、昇華法により得られた塩化タンタルガスを用いるよりも、加熱したタンタル含有金属に塩素含有ガスを供給して得られた塩化タンタルガスを用いた方が（以下、反応法と呼ぶ）、炭化タンタル被覆膜中の不純物濃度が低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］炭素を主成分とする炭素基材と、前記炭素基材の少なくとも一部を被覆する炭化タンタル被覆膜とを含む炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法であって、加熱したタンタル含有金属と塩素含有ガスとの反応により塩化タンタルガスを生成する第１の工程と、前記第１の工程で生成した塩化タンタルガスを炭化水素含有ガスと反応させることで炭素基材の表面に炭化タンタル被覆膜を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［２］前記タンタル含有金属の加熱温度が２００～８００℃であることを特徴とする上記［１］に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［３］前記第１の工程は、８０ｋＰａ ａｂｓ以下の圧力下で、前記タンタル含有金属を前記塩素含有ガスと反応させることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［４］前記タンタル含有金属として、９９．９重量％以上のタンタル含有率を有するタンタル含有金属を用いることを特徴とする上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［５］前記タンタル含有金属として、粒の最大径が０．５～２０ｍｍである粒子状もしくは砕石状のタンタル含有金属を用いることを特徴とする上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［６］前記第１の工程では、前記タンタル含有金属は容器に保持され、前記容器の素材の少なくとも一部分が石英であることを特徴とする上記［１］～［５］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［７］前記炭化水素含有ガスとして、メタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスからなる群から選択される少なくとも１種のアルカンガスを含むガスを使用することを特徴とする上記［１］～［６］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［８］上記［１］～［７］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法により製造された炭化タンタル被覆炭素材料を使用することを特徴とする化合物半導体成長装置。
［１］炭素を主成分とする炭素基材と、前記炭素基材の少なくとも一部を被覆する炭化タンタル被覆膜とを含む炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法であって、加熱したタンタル含有金属と塩素含有ガスとの反応により塩化タンタルガスを生成する第１の工程と、前記第１の工程で生成した塩化タンタルガスを炭化水素含有ガスと反応させることで炭素基材の表面に炭化タンタル被覆膜を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［２］前記タンタル含有金属の加熱温度が２００～８００℃であることを特徴とする上記［１］に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［３］前記第１の工程は、８０ｋＰａ ａｂｓ以下の圧力下で、前記タンタル含有金属を前記塩素含有ガスと反応させることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［４］前記タンタル含有金属として、９９．９重量％以上のタンタル含有率を有するタンタル含有金属を用いることを特徴とする上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［５］前記タンタル含有金属として、粒の最大径が０．５～２０ｍｍである粒子状もしくは砕石状のタンタル含有金属を用いることを特徴とする上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［６］前記第１の工程では、前記タンタル含有金属は容器に保持され、前記容器の素材の少なくとも一部分が石英であることを特徴とする上記［１］～［５］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［７］前記炭化水素含有ガスとして、メタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスからなる群から選択される少なくとも１種のアルカンガスを含むガスを使用することを特徴とする上記［１］～［６］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
［８］上記［１］～［７］のいずれか１つに記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法により製造された炭化タンタル被覆炭素材料を使用することを特徴とする化合物半導体成長装置。
本発明によれば、炭化タンタル被覆膜中の不純物濃度を低減できる炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法及びその製造方法により製造した炭化タンタル被覆炭素材料を使用した化合物半導体成長装置を提供することができる。特に、炭化タンタル被覆膜中のＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、及びＭｏの元素濃度が少なく、半導体単結晶成長部材として使用する場合に好適である。
また、昇華法において、塩化タンタルガス供給量の律速段階は、塩化タンタル固体の昇華である。一方、反応法では、塩化タンタルガス供給量の律速段階は、加熱したタンタル含有金属と塩素の反応である。本発明によれば、塩素ガス流量の増大、加熱温度の上昇により反応性を上げることで、昇華法よりも多くの塩化タンタルを供給することができ、炭化タンタル被覆膜の１時間当たり成膜厚さを増加することができる。
さらに、昇華法でタンタル源となる塩化タンタル固体は、常温常圧の大気圧下で吸湿し、劣化しやすい。そのため、真空引きや不活性ガスの充填等で十分に水分を除去したグローブボックス等の環境下で、塩化タンタル固体を取り扱う必要がある。一方で、本発明の場合、タンタル源となるタンタル含有金属は常温常圧の大気圧下で吸湿しない。そのため、タンタル源の秤量といったハンドリングの観点から、本発明によれば、作業者の手間が削減される。
［炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法］
図を参照して、本発明の一実施形態の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法を説明する。本発明は、炭素を主成分とする炭素基材と、炭素基材の少なくとも一部を被覆する炭化タンタル被覆膜とを含む炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法であり、加熱温度で加熱したタンタル含有金属と塩素含有ガスとの反応により塩化タンタルガスを生成する第１の工程と、第１の工程で生成した塩化タンタルガスを炭化水素含有ガスと反応させることで炭素基材の表面に炭化タンタル被覆膜を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする。
図を参照して、本発明の一実施形態の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法を説明する。本発明は、炭素を主成分とする炭素基材と、炭素基材の少なくとも一部を被覆する炭化タンタル被覆膜とを含む炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法であり、加熱温度で加熱したタンタル含有金属と塩素含有ガスとの反応により塩化タンタルガスを生成する第１の工程と、第１の工程で生成した塩化タンタルガスを炭化水素含有ガスと反応させることで炭素基材の表面に炭化タンタル被覆膜を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法の対象となる炭化タンタル被覆炭素材料１０は、炭素を主成分とする炭素基材１２と、炭素基材１２の少なくとも一部を被覆する炭化タンタル被覆膜１１とを含む。炭化タンタル被覆炭素材料１０は、炭化タンタル被覆膜１１のない同種同形状の炭素材料に比べて高温下での耐久性が高く、化合物半導体単結晶の成長装置、及び化合物半導体基板の成長装置に、好適に使用することができる。
図１に示すように、炭化タンタル被覆炭素材料１０は、炭素基材１２と、炭素基材１２の少なくとも一部を被覆する炭化タンタル被覆膜１１とを含む炭化タンタル被覆炭素材料であり、炭化タンタル被覆膜１１が、ＴａＣやＴａ２ＣをはじめとするＴａとＣの化合物で形成されていることを特徴とする。
炭素基材１２は炭素を主成分とする基材である。炭素基材１２の材料には、例えば、等方性黒鉛、押出成形黒鉛、熱分解黒鉛、炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）等が挙げられる。炭素基材１２の形状や特性は特に限定されず、用途などに応じて任意形状に加工したものを用いることができる。
炭素基材１２の熱膨張係数は、好ましくは０．２～９．３×１０－６／℃である。炭素基材１２の熱膨張係数が０．２～９．３×１０－６／℃であると、炭化タンタル被覆炭素材料の表面におけるマイクロクラックの発生をさらに抑制することができる。このような観点から、炭素基材１２の熱膨張係数は、より好ましくは３．０～９．３×１０－６／℃であり、さらに好ましくは５．８～６．５×１０－６／℃である。
（第１の工程）
第１の工程では、加熱したタンタル含有金属と塩素含有ガスとの反応により塩化タンタルガスを生成する。
図２は、本発明の一実施形態における炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法の第１の工程を実施する加熱装置２１の概略図である。加熱装置２１は容器２３、ヒーター２４、第１工程原料配管２５、第１工程生成物供給配管２６、及びパージ配管２７から構成され、容器２３にタンタル含有金属２２を充填することができる。
第１の工程では、加熱したタンタル含有金属と塩素含有ガスとの反応により塩化タンタルガスを生成する。
図２は、本発明の一実施形態における炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法の第１の工程を実施する加熱装置２１の概略図である。加熱装置２１は容器２３、ヒーター２４、第１工程原料配管２５、第１工程生成物供給配管２６、及びパージ配管２７から構成され、容器２３にタンタル含有金属２２を充填することができる。
図２に示すように、本発明の一実施形態における炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法の第１の工程にて使用するタンタル含有金属は、容器２３に充填され、ヒーター２４により加熱される。ヒーター２４の加熱方式は抵抗加熱と誘導加熱が採用できる。図２では断熱材、配管の弁、流量計等は描写を省略するが、これらを適宜設置することで、電力消費の抑制や導入ガスの制御が可能である。
タンタル含有金属を第１の工程にて加熱するとき、加熱温度は好ましくは２００～８００℃である。タンタル含有金属の加熱温度が２００℃以上であると、タンタル含有金属と塩素含有ガスとの反応を十分に進行させることができ、塩化タンタルガスを十分に生成させることができる。タンタル含有金属の加熱温度が８００℃以下であると、配管などの金属製設備が著しく腐食されてしまうことを抑制できる。このような観点から、タンタル含有金属の加熱温度は、より好ましくは３００～７００℃であり、さらに好ましくは２００～６００℃である。
第１の工程では、負圧下、特に８０ｋＰａ ａｂｓ以下の圧力下で、タンタル含有金属を塩素含有ガスと反応させることが好ましい。具体的には、タンタル含有金属を加熱するとき、容器２３の内圧を負圧に保持することが望ましい。減圧することによって、第１の工程にて生成した塩化タンタルがガスとして存在しやすくなり、配管内での塩化タンタル固化及び配管の閉塞を防ぐことができる。特に容器２３内の圧力を８０ｋＰａ ａｂｓ以下とすると、塩化タンタルガスの固化及び配管の閉塞が起こらないため、好ましい。このような観点から、タンタル含有金属を塩素含有ガスと反応させるときの圧力は、より好ましくは７０ｋＰａ ａｂｓ以下であり、さらに好ましくは６０ｋＰａ ａｂｓ以下である。タンタル含有金属を塩素含有ガスと反応させるときの圧力の範囲の下限値は、特に限定されないが、通常、５ｋＰａ ａｂｓである。
タンタル含有金属として、９９．９重量％以上のタンタル含有率を有するタンタル含有金属を用いることが望ましい。タンタル純度が低く、タンタル以外の金属元素がタンタル含有金属に混入している場合、塩素ガスと反応して、タンタル以外の金属元素が反応炉内に導入される。そのため、炭化タンタル被覆膜中の不純物濃度が増し、炭化タンタル被覆炭素材料は、半導体単結晶成長部材としては低品質となる。したがって、タンタル含有金属のタンタル含有率が９９．９重量％以上であると、炭化タンタル被覆炭素材料の品質をさらに向上させることができる。
タンタル含有金属として、粒の最大径が０．５～２０ｍｍである砕石状もしくは粒子状のタンタル含有金属を用いることが好ましい。すなわち、タンタル含有金属の粒の最大径が０．５～２０ｍｍであることが好ましい。粒の最大径が０．５ｍｍ以上の粉末状タンタル含有金属を用いると、導入する塩素ガスによって物理的に吹き飛ばされて反応炉内まで到達してしまい、その結果、不均一な炭化タンタル膜を生じることを抑制することができる。また、粒の最大径が２０ｍｍ以下の砕石状タンタル含有金属を用いると、容器充填前の秤量時に、狙った重量に調節することが容易となる。さらに、容器へ充填する際に空隙率が小さくなり、加熱が必要となる体積を低減することができ、電源の数を低減することができる。このような観点から、タンタル含有金属の粒の最大径は、より好ましくは１～１０ｍｍであり、さらに好ましくは２～５ｍｍである。なお、タンタル含有金属の粒の最大径は、タンタル含有金属の中から２０個のタンタル含有金属を無作為に選択し、選択した２０個のタンタル含有金属の最大径を、ノギスを使用してそれぞれ測定し、測定した最大径の平均値をタンタル含有金属の最大径とする。
第１の工程で使用する塩素含有ガスには、例えば、塩化水素ガス、塩素ガス、ＴａＣｌ５ガス、ＮｂＣｌ５ガス等が挙げられる。これらの塩素含有ガスは１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて使用することができる。これらの塩素含有ガスの中で、塩化水素ガス及び塩素ガスが好ましく、塩素ガスがより好ましい。
第１の工程にて使用する、タンタル含有金属２２を保持する容器２３の素材の少なくとも一部分が石英であることが好ましい。タンタル含有金属２２を充填する容器２３は塩素に曝されるため、前述の不純物濃度低減の観点から、容器素材には塩素で腐食されないことが求められる。こうした素材の例として、インコネルやハステロイといったニッケル系合金、石英等が挙げられるが、ニッケル系合金を容器素材として用いると、タンタル含有金属の温度測定に放射温度計を用いることができなくなる。その場合は熱電対を用いて温度管理をすることになるが、この場合、熱電対を取り付ける位置とタンタル含有金属２２の充填具合によって、温度にバラつきが生じ、管理が難しくなる。そのため、少なくとも一部分が石英によって構成された容器２３にタンタル含有金属２２を充填することが望ましい。これにより、放射温度計を用いて石英部分からタンタル含有金属２２の温度を直接測定することができる。
第１の工程にて使用する加熱装置２１には、容器２３と並列した、パージ配管２７が設置されることが好ましい。パージ配管２７は第１工程原料供給配管２５と第１工程生成物供給配管２６を繋ぐように設置される。ＳＵＳなどの一般的な配管材料に塩素を流すと、温度環境によっては配管が腐食されることがある。また、塩素含有ガスを流した配管を大気開放すると、大気中の水分と塩素含有ガスが反応して塩化水素が生成し、さらに腐食が進行する。これは配管内部で起こるため、外観からは判断が付かず、不純物の要因と推定することも難しい。
そこで、この配管腐食の対策として、第１工程原料供給配管２５、容器２３、及び第１工程生成物供給配管２６に塩素含有ガスを流した後、容器２３を大気開放する場合、第１工程原料供給配管２５、パージ配管２７、及び第１工程生成物供給配管２６に不活性ガスを流入することができる。これにより、第１工程原料供給配管２５及び第１工程生成物供給配管２６には、容器２３を大気開放する場合でも不活性ガスを流入し続けることが可能であり、塩素に曝された配管内部と大気中の水分の接触を避けることができる。
そこで、この配管腐食の対策として、第１工程原料供給配管２５、容器２３、及び第１工程生成物供給配管２６に塩素含有ガスを流した後、容器２３を大気開放する場合、第１工程原料供給配管２５、パージ配管２７、及び第１工程生成物供給配管２６に不活性ガスを流入することができる。これにより、第１工程原料供給配管２５及び第１工程生成物供給配管２６には、容器２３を大気開放する場合でも不活性ガスを流入し続けることが可能であり、塩素に曝された配管内部と大気中の水分の接触を避けることができる。
図２に示すように、加熱装置２１を構成する容器２３は、第１工程原料供給配管２５と第１工程生成物供給配管２６と接続することができる。これにより、第１工程原料供給配管２５から塩素含有ガスを導入し、容器２３内部でヒーター２４に加熱されたタンタル含有金属２２と塩素含有ガスが反応し、塩化タンタルが生じる。生じた塩化タンタルは第１工程生成物供給配管２６を通じて反応炉に供給される。
（第２の工程）
第２の工程では、第１の工程で生成した塩化タンタルガスを炭化水素含有ガスと反応させることで炭素基材の表面に炭化タンタル被覆膜を形成する。
第２の工程では、第１の工程で生成した塩化タンタルガスを炭化水素含有ガスと反応させることで炭素基材の表面に炭化タンタル被覆膜を形成する。
図３は、炭素基材１２に炭化タンタル被覆膜１１を形成して炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製する設備の概略である。なお、図３における配置は一例であり、例えば加熱装置２１の向きや反応炉３１に対する各配管の接続位置が異なる形態に関しても、本発明の一実施形態の一部に含まれる。
例えば、図３に示す第１工程生成物供給配管２６から供給される塩化タンタルガス及び炭化水素含有ガスを反応炉３１において１０００～２５００℃の高温減圧下で反応させ、炭素基材１２上に炭化タンタル被覆膜１１を形成する。
炭化水素含有ガスとして、メタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスからなる群から選択される少なくとも１種のアルカンガスを含むガスを用いることが好ましく、ガスの高い拡散性の観点から、メタンガスを含むガスを用いることがより好ましい。炭化水素含有ガスにおける、メタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスからなる群から選択される少なくとも１種のアルカンガスの割合は、好ましくは７０体積％以上であり、より好ましくは８０体積％以上であり、さらに好ましくは９０体積％以上であり、よりさらに好ましくは９５体積％以上である。なお、炭化水素含有ガスにおける、メタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスからなる群から選択される少なくとも１種のアルカンガスの割合の範囲の上限値は、例えば１００体積％である。
加熱装置２１は反応炉３１に対して複数機設置しても良い。これにより、反応炉３１に供給する塩化タンタルの流量を増やすことができ、１時間当たりに形成する炭化タンタル被覆膜１１の厚さが増加するため、コスト面で優れる。
本発明の一実施形態の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法は、本発明の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法の一例であり、本発明の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法を限定しない。
［化合物半導体成長装置］
本発明の化合物半導体成長装置は、本発明の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法により製造された炭化タンタル被覆炭素材料を使用することを特徴とする。上述したように、本発明の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法により製造された炭化タンタル被覆炭素材料は不純物濃度が低い。したがって、本発明の化合物半導体成長装置によれば、従来の炭化タンタル被覆炭素材料を使用した化合物半導体成長装置に比べて、化合物半導体中の欠陥をさらに低減することができる。
本発明の化合物半導体成長装置は、本発明の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法により製造された炭化タンタル被覆炭素材料を使用することを特徴とする。上述したように、本発明の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法により製造された炭化タンタル被覆炭素材料は不純物濃度が低い。したがって、本発明の化合物半導体成長装置によれば、従来の炭化タンタル被覆炭素材料を使用した化合物半導体成長装置に比べて、化合物半導体中の欠陥をさらに低減することができる。
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下のようにして、実施例１～２１、及び比較例１の炭化タンタル被覆炭素材料を作製した。
（実施例１）
先ず、反応炉３１内に、炭素基材１２を載置した。炭素基材１２として等方性黒鉛で作成した円筒部材を用いた。炭素基材１２の表面粗さＲａは５．０μｍであった。
次に、反応炉３１内を加熱し、炭素基材１２を１０００℃に加熱した。これと同時に加熱装置２１のヒーター２４を加熱し、あらかじめ容器２３内に充填しておいたタンタル含有金属２２を２００℃に加熱した。加熱の方法は誘導加熱である。容器２３内の圧力は７８ｋＰａ ａｂｓにし、タンタル含有金属２２には、タンタル重量％が９９．９％、粒の最大径が７．０ｍｍのものを用いた。タンタル含有金属２２の粒の最大径は、粒を２０個ほど無作為に抽出して、その各々の最大径の平均値を算出することにより導出した。
また、容器２３は石英製のものを使用し、温度管理として放射温度計による測温を採用した。
続いて、第１工程原料供給配管２５を通じて塩素含有ガスを容器２３に導入し、塩化タンタルを発生させ、発生した塩化タンタルを、第１工程生成物供給配管２６を通じて反応炉３１内に導入した。同時に、反応炉３１内には炭化水素ガス供給配管３２から、メタンガスを主成分とするガスを導入した。加えて、調整ガス源３４からＡｒガスを導入した。なお、塩素含有ガスとして、塩素ガスを使用した。
導入ガスは、塩素含有ガス中の塩素ガス、炭化水素含有ガス中のメタンガス及びＡｒガスがそれぞれ０．１ＳＬＭ、１．０ＳＬＭ及び１．０ＳＬＭとなるように制御した。
本例では調整ガス源からキャリアガスとしてＡｒガスを導入しているが、複数の調整ガス源３４を接続して運用することも可能であり、ガス種としては、特にＮ２ガス、Ａｒガスをはじめとする不活性ガスや、塩化タンタルガスの分解速度を低減するＨ２ガスが例として挙げられる。
上記の状態を１時間保持し、炭素基材１２上に炭化タンタル被覆膜１１を形成し、実施例１の炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製した。
（実施例１）
先ず、反応炉３１内に、炭素基材１２を載置した。炭素基材１２として等方性黒鉛で作成した円筒部材を用いた。炭素基材１２の表面粗さＲａは５．０μｍであった。
次に、反応炉３１内を加熱し、炭素基材１２を１０００℃に加熱した。これと同時に加熱装置２１のヒーター２４を加熱し、あらかじめ容器２３内に充填しておいたタンタル含有金属２２を２００℃に加熱した。加熱の方法は誘導加熱である。容器２３内の圧力は７８ｋＰａ ａｂｓにし、タンタル含有金属２２には、タンタル重量％が９９．９％、粒の最大径が７．０ｍｍのものを用いた。タンタル含有金属２２の粒の最大径は、粒を２０個ほど無作為に抽出して、その各々の最大径の平均値を算出することにより導出した。
また、容器２３は石英製のものを使用し、温度管理として放射温度計による測温を採用した。
続いて、第１工程原料供給配管２５を通じて塩素含有ガスを容器２３に導入し、塩化タンタルを発生させ、発生した塩化タンタルを、第１工程生成物供給配管２６を通じて反応炉３１内に導入した。同時に、反応炉３１内には炭化水素ガス供給配管３２から、メタンガスを主成分とするガスを導入した。加えて、調整ガス源３４からＡｒガスを導入した。なお、塩素含有ガスとして、塩素ガスを使用した。
導入ガスは、塩素含有ガス中の塩素ガス、炭化水素含有ガス中のメタンガス及びＡｒガスがそれぞれ０．１ＳＬＭ、１．０ＳＬＭ及び１．０ＳＬＭとなるように制御した。
本例では調整ガス源からキャリアガスとしてＡｒガスを導入しているが、複数の調整ガス源３４を接続して運用することも可能であり、ガス種としては、特にＮ２ガス、Ａｒガスをはじめとする不活性ガスや、塩化タンタルガスの分解速度を低減するＨ２ガスが例として挙げられる。
上記の状態を１時間保持し、炭素基材１２上に炭化タンタル被覆膜１１を形成し、実施例１の炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製した。
作製した炭化タンタル被覆炭素材料１０の元素分析に関して、グロー放電質量分析法（以下ＧＤＭＳ）を用いた解析を行った。ＧＤＭＳでは、固体の炭化タンタル被覆膜に対して高感度で微量元素分析を行うことができるため、この分析手法を選択している。ＧＤＭＳ分析では、炭化タンタル被覆膜表面から炭素基材へ向かって繰り返しスパッタを行ない、試料から放出される元素の質量分析を行っている。そのため、スパッタ回数が小さい場合に検出される元素ほど炭化タンタル被覆膜のうち最表面側に、スパッタ回数が大きい場合に検出される元素ほど炭化タンタル被覆膜のうち炭素材材料側に分布していると言える。
本件のＧＤＭＳ分析では、Ｃ元素濃度が上昇し始める際のスパッタ回数（Xfin.とする）にて深度が炭素基材に到達したと判断することとした。また、スパッタ１回目で検出される元素は炭化タンタル被覆膜の最表面に、Xfin.-１回目のスパッタで検出される元素は炭化タンタル被覆膜の炭素基材近傍に、位置していると考えられる。
そこで、後述により求められる炭化タンタル被覆膜の膜厚TTaC μmを用いて、測定時のスパッタ分解能をTTaC / (Xfin.-１) μｍとし、スパッタX回目で測定される元素の炭化タンタル被覆膜中の位置は、最表面からTTaC×X / (Xfin.-１) μｍであるとした。
本件のＧＤＭＳ分析では、Ｃ元素濃度が上昇し始める際のスパッタ回数（Xfin.とする）にて深度が炭素基材に到達したと判断することとした。また、スパッタ１回目で検出される元素は炭化タンタル被覆膜の最表面に、Xfin.-１回目のスパッタで検出される元素は炭化タンタル被覆膜の炭素基材近傍に、位置していると考えられる。
そこで、後述により求められる炭化タンタル被覆膜の膜厚TTaC μmを用いて、測定時のスパッタ分解能をTTaC / (Xfin.-１) μｍとし、スパッタX回目で測定される元素の炭化タンタル被覆膜中の位置は、最表面からTTaC×X / (Xfin.-１) μｍであるとした。
ＧＤＭＳを上記のように深さ方向に関して実施する場合、分析初期は不純物濃度が高くなる。これは、サンプルをハンドリングする際に付着する不純物であると考えられる。同様に、分析の深度が炭素基材に達した場合は、炭素基材由来の不純物元素が検出される。また、ＧＤＭＳ分析においてスパッタされる炭化タンタルの表面は、深さ方向に一様ではなく、スパッタ径縁部に近いほど浅く、中心部に近いほど深くなる。そのため、例えば炭化タンタルの最表面から１μｍに相当する分析をしたつもりでも、実際は最表面から１μｍの間に含まれる元素を検知している。
そこで本発明におけるＧＤＭＳの評価では、炭化タンタル被覆膜のうち、最表面から炭素基材方向へ厚さ５μｍに相当するスパッタ回数、及び、炭化タンタル被覆膜と炭素基材の界面から最表面方向へ５μｍに相当するスパッタ回数、での検出元素に関して、評価対象外とし、上記を除いた部分の平均値を炭化タンタル被覆膜に含まれる元素濃度とした。
これにより、最表面に付着していて炭化タンタル膜内部に位置していない不純物元素、及び炭素基材由来の不純物元素の影響を除外し、炭化タンタル膜中に含まれる元素について議論が可能である。つまり、半導体単結晶成長用部材として用いる場合に、消耗する炭化タンタル膜に合わせて放出される可能性のある不純物元素に関して、検討することが可能である。
これにより、最表面に付着していて炭化タンタル膜内部に位置していない不純物元素、及び炭素基材由来の不純物元素の影響を除外し、炭化タンタル膜中に含まれる元素について議論が可能である。つまり、半導体単結晶成長用部材として用いる場合に、消耗する炭化タンタル膜に合わせて放出される可能性のある不純物元素に関して、検討することが可能である。
作製した炭化タンタル被覆炭素材料１０を切断して、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、炭化タンタル被覆膜１１の膜厚を測定した。また、単位時間当たりに形成した炭化タンタル被覆膜１１の厚さを算出した。
（実施例２）
タンタル含有金属２２の加熱温度を４００℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２の加熱温度を４００℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例３）
タンタル含有金属２２の加熱温度を６００℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２の加熱温度を６００℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例４）
タンタル含有金属２２の加熱温度を８００℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２の加熱温度を８００℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例５）
タンタル含有金属２２の加熱温度を１８０℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２の加熱温度を１８０℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例６）
タンタル含有金属２２の加熱温度を８２０℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２の加熱温度を８２０℃にすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例７）
容器２３の内の圧力を１２ｋＰａ ａｂｓにすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
容器２３の内の圧力を１２ｋＰａ ａｂｓにすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例８）
容器２３の内の圧力を４２ｋＰａ ａｂｓにすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
容器２３の内の圧力を４２ｋＰａ ａｂｓにすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例９）
容器２３の内の圧力を８５ｋＰａ ａｂｓにすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
容器２３の内の圧力を８５ｋＰａ ａｂｓにすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１０）
容器２３の内の圧力を９０ｋＰａ ａｂｓにすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
容器２３の内の圧力を９０ｋＰａ ａｂｓにすることを除き、実施例１と同様の操作を行い、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１１）
タンタル含有金属２２として、タンタル含有率が９９．０重量％のものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２として、タンタル含有率が９９．０重量％のものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１２）
タンタル含有金属２２として、タンタル含有率が９５．０重量％のものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２として、タンタル含有率が９５．０重量％のものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１３）
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が０．４ｍｍのものを使用した。このとき粒径の調整として、０．４ｍｍ穴のふるいを用いることで、タンタル含有金属２２の最大径を調整した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が０．４ｍｍのものを使用した。このとき粒径の調整として、０．４ｍｍ穴のふるいを用いることで、タンタル含有金属２２の最大径を調整した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１４）
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が０．６ｍｍのものを使用した。このとき粒径の調整として、０．６ｍｍ穴のふるいを用いることで、タンタル含有金属２２の最大径を調整した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が０．６ｍｍのものを使用した。このとき粒径の調整として、０．６ｍｍ穴のふるいを用いることで、タンタル含有金属２２の最大径を調整した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１５）
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が３．８ｍｍのものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が３．８ｍｍのものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１６）
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が１９ｍｍのものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が１９ｍｍのものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１７）
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が２３ｍｍのものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
タンタル含有金属２２として、粒の最大径が２３ｍｍのものを使用した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１８）
容器２３の材質がハステロイであるものを容器２３として使用した。このとき熱電対による温度管理を実施し、容器２３の温度の温度をタンタル含有金属２２の温度とした。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
容器２３の材質がハステロイであるものを容器２３として使用した。このとき熱電対による温度管理を実施し、容器２３の温度の温度をタンタル含有金属２２の温度とした。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例１９）
反応炉３１内に導入する炭化水素ガスとしてエタンを主成分とするガスを選択した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
反応炉３１内に導入する炭化水素ガスとしてエタンを主成分とするガスを選択した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例２０）
反応炉３１内に導入する炭化水素ガスとしてプロパンを主成分とするガスを選択した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
反応炉３１内に導入する炭化水素ガスとしてプロパンを主成分とするガスを選択した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（実施例２１）
反応炉３１内に導入する炭化水素ガスとしてブタンを主成分とするガスを選択した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
反応炉３１内に導入する炭化水素ガスとしてブタンを主成分とするガスを選択した。その他に関しては実施例１と同じ手順で、炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
（比較例１）
実施例１における、タンタル含有金属２２の代わりとして五塩化タンタル（５Ｎ）粉体を容器２３に充填し、塩素ガスの代わりとしてＡｒガスを用い、その他は実施例１と同じ手順で、比較例１の炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
実施例１における、タンタル含有金属２２の代わりとして五塩化タンタル（５Ｎ）粉体を容器２３に充填し、塩素ガスの代わりとしてＡｒガスを用い、その他は実施例１と同じ手順で、比較例１の炭化タンタル被覆炭素材料１０を作製し、評価した。
＜評価結果１＞
実施例１～４、７～８、１１～１２、１４～１６及び１８～１９と比較例１について、炭化タンタル被覆膜１１の１時間当たりの形成膜厚さと、ＧＤＭＳにより得られた炭化タンタル被覆膜中のＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ及びＭｏ元素濃度について、表１にまとめた。
実施例１～４、７～８、１１～１２、１４～１６及び１８～１９と比較例１について、炭化タンタル被覆膜１１の１時間当たりの形成膜厚さと、ＧＤＭＳにより得られた炭化タンタル被覆膜中のＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ及びＭｏ元素濃度について、表１にまとめた。
実施例１～４、７～８、１１～１２、１４～１６及び１８～１９と比較例１を比較すると、実施例１～４、７～８、１１～１２、１４～１６及び１８～１９の方が、炭化タンタル被覆膜１１の１時間当たりの形成膜厚さが大きい。これは、昇華法を採用した比較例１に対して、反応法を採用した実施例１～４、７～８、１１～１２、１４～１６及び１８～１９の方が、第１の工程において生成する塩化タンタルガス量が多く、第２の工程に多くの塩化タンタルガスを供給することができるからである。また不純物濃度も実施例１と比較例１で大きな差は見られず、実施例１で作製した炭化タンタル被覆炭素材料１０は、半導体単結晶成長部材の品質としては比較例１で示した炭化タンタル被覆炭素材料１０と同程度であると言える。
＜評価結果２＞
実施例１～６に関する評価について述べる。結果を表２に示す。実施例１～４では、タンタル含有金属２２の温度はそれぞれ２００、４００、６００及び８００℃であり、第１工程生成物供給配管２６には閉塞が起こらず、第１工程生成物供給配管２６の劣化も確認されなかった。一方で実施例５では、タンタル含有金属２２の温度が１８０℃であり、第１工程生成物供給配管２６が閉塞した。また、実施例６では、タンタル含有金属２２の温度が８２０℃であり、第１工程生成物供給配管２６に劣化が確認された。
これらの結果から、安定して設備を運用するためにはタンタル含有金属の温度が２００～８００℃であることが適当である。
実施例１～６に関する評価について述べる。結果を表２に示す。実施例１～４では、タンタル含有金属２２の温度はそれぞれ２００、４００、６００及び８００℃であり、第１工程生成物供給配管２６には閉塞が起こらず、第１工程生成物供給配管２６の劣化も確認されなかった。一方で実施例５では、タンタル含有金属２２の温度が１８０℃であり、第１工程生成物供給配管２６が閉塞した。また、実施例６では、タンタル含有金属２２の温度が８２０℃であり、第１工程生成物供給配管２６に劣化が確認された。
これらの結果から、安定して設備を運用するためにはタンタル含有金属の温度が２００～８００℃であることが適当である。
＜評価結果３＞
実施例１及び７～１０に関する評価について述べる。結果を表３に示す。実施例１、７及び８では、容器２３内の圧力がそれぞれ７８、１２及び４２ｋＰａ ａｂｓであり、第１工程生成物供給配管２６は閉塞しなかった。一方で実施例９及び１０では、容器２３内の圧力がそれぞれ８５ｋＰａ ａｂｓ及び９５ｋＰａ ａｂｓであり、第１工程生成物供給配管２６が閉塞した。
これらの結果から、安定して設備を運用するためには、容器２３内の圧力は８０ｋＰａ ａｂｓ以下であることが好ましい。
実施例１及び７～１０に関する評価について述べる。結果を表３に示す。実施例１、７及び８では、容器２３内の圧力がそれぞれ７８、１２及び４２ｋＰａ ａｂｓであり、第１工程生成物供給配管２６は閉塞しなかった。一方で実施例９及び１０では、容器２３内の圧力がそれぞれ８５ｋＰａ ａｂｓ及び９５ｋＰａ ａｂｓであり、第１工程生成物供給配管２６が閉塞した。
これらの結果から、安定して設備を運用するためには、容器２３内の圧力は８０ｋＰａ ａｂｓ以下であることが好ましい。
＜評価結果４＞
実施例１、１１及び１２に関する評価について述べる。実施例１、１１及び１２では、タンタル含有金属２２として、タンタル含有率がそれぞれ９９．９、９９．０及び９５．０重量％のものを使用しており、それぞれ炭化タンタル被覆膜中から得られたＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏの合計の元素濃度は表４の通りであった。
このことから、タンタル含有金属２２のタンタル純度が高いほど、炭化タンタル被覆膜１１に含まれる不純物濃度は低く、半導体単結晶成長部材としては好適であると言える。
実施例１、１１及び１２に関する評価について述べる。実施例１、１１及び１２では、タンタル含有金属２２として、タンタル含有率がそれぞれ９９．９、９９．０及び９５．０重量％のものを使用しており、それぞれ炭化タンタル被覆膜中から得られたＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏの合計の元素濃度は表４の通りであった。
このことから、タンタル含有金属２２のタンタル純度が高いほど、炭化タンタル被覆膜１１に含まれる不純物濃度は低く、半導体単結晶成長部材としては好適であると言える。
＜評価結果５＞
実施例１及び１３～１７に関する評価について述べる。これらの実施例では、粒の最大径が異なるタンタル含有金属２２を用いている。第１の工程において塩素含有ガスを導入中において、特に実施例１３では、粉状のタンタル含有金属２２が激しく舞い上がる様子が見られた。そのためタンタル含有金属２２を適切に加熱することができずに、塩化タンタルガスが生成せず、第２の工程において炭化タンタル被覆膜１１がほとんど形成しなかった。
また実施例１７では、タンタル含有金属２２の粒の最大径が大きいために、秤量により特定の重量に合わせることが難しかった。また、容器２３内でのタンタル含有金属２２の充填率が悪く、全体を加熱するために広範囲を加熱する必要があり、効率が悪かった。
一方で実施例１及び１４～１６では、適切にタンタル含有金属２２が加熱されて、第１の工程において塩化タンタルガスが生成し、第２の工程において炭化タンタル被覆１１が形成した。これらの結果を纏めると表５のようになり、タンタル含有金属２２の粒の最大径は０．５～２０ｍｍが適切であると判断できる。
（評価基準）
○：タンタル含有金属が舞い上がる様子が見られず、秤量により特定の重量に合わせることが容易であった。
×：タンタル含有金属が舞い上がる様子が見られたか、又は、秤量により特定の重量に合わせることが難しかった。
実施例１及び１３～１７に関する評価について述べる。これらの実施例では、粒の最大径が異なるタンタル含有金属２２を用いている。第１の工程において塩素含有ガスを導入中において、特に実施例１３では、粉状のタンタル含有金属２２が激しく舞い上がる様子が見られた。そのためタンタル含有金属２２を適切に加熱することができずに、塩化タンタルガスが生成せず、第２の工程において炭化タンタル被覆膜１１がほとんど形成しなかった。
また実施例１７では、タンタル含有金属２２の粒の最大径が大きいために、秤量により特定の重量に合わせることが難しかった。また、容器２３内でのタンタル含有金属２２の充填率が悪く、全体を加熱するために広範囲を加熱する必要があり、効率が悪かった。
一方で実施例１及び１４～１６では、適切にタンタル含有金属２２が加熱されて、第１の工程において塩化タンタルガスが生成し、第２の工程において炭化タンタル被覆１１が形成した。これらの結果を纏めると表５のようになり、タンタル含有金属２２の粒の最大径は０．５～２０ｍｍが適切であると判断できる。
（評価基準）
○：タンタル含有金属が舞い上がる様子が見られず、秤量により特定の重量に合わせることが容易であった。
×：タンタル含有金属が舞い上がる様子が見られたか、又は、秤量により特定の重量に合わせることが難しかった。
＜評価結果６＞
実施例１及び１８に関する評価について述べる。結果を表６に示す。実施例１及び１８では、容器２３の素材として、それぞれ石英とハステロイを用いており、それに伴い測温方法としてそれぞれ放射温度計と熱電対を用いている。実施例１では放射温度計によりタンタル含有金属２２の温度を直接計測できるが、実施例１８では容器２３に接触した熱電対を通して温度を計測するため、タンタル含有金属２２の温度を直接計測することが不可能である。また、同じ制御方法であったにも関わらず実施例１８の方が、温度ブレが大きく、制御面から実施例１の方が優れていることが分かる。
実施例１及び１８に関する評価について述べる。結果を表６に示す。実施例１及び１８では、容器２３の素材として、それぞれ石英とハステロイを用いており、それに伴い測温方法としてそれぞれ放射温度計と熱電対を用いている。実施例１では放射温度計によりタンタル含有金属２２の温度を直接計測できるが、実施例１８では容器２３に接触した熱電対を通して温度を計測するため、タンタル含有金属２２の温度を直接計測することが不可能である。また、同じ制御方法であったにも関わらず実施例１８の方が、温度ブレが大きく、制御面から実施例１の方が優れていることが分かる。
＜評価結果７＞
実施例１及び１９～２１に関する評価について述べる。実施例１及び１９～２１では、それぞれメタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスを主成分とした炭化水素含有ガスを用いており、得られた炭化タンタル被覆膜１１のＸＲＤ測定結果から、その結晶構造のうち少なくとも９９％がＴａＣであることが分かった。これを纏めると表７のようになり、本発明においてはメタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスを炭化水素含有ガスとして用いることができる。
実施例１及び１９～２１に関する評価について述べる。実施例１及び１９～２１では、それぞれメタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスを主成分とした炭化水素含有ガスを用いており、得られた炭化タンタル被覆膜１１のＸＲＤ測定結果から、その結晶構造のうち少なくとも９９％がＴａＣであることが分かった。これを纏めると表７のようになり、本発明においてはメタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスを炭化水素含有ガスとして用いることができる。
１０ 炭化タンタル被覆炭素材料
１１ 炭化タンタル被覆膜
１２ 炭素基材
２１ 加熱装置
２２ タンタル含有金属
２３ 容器
２４ ヒーター
２５ 第１工程原料供給配管
２６ 第１工程生成物供給配管
２７ パージ配管
２８ バルブ
３１ 反応炉
３２ 炭化水素含有ガス供給配管
３３ 排気配管
３４ 調整ガス源
３５ 台座
１１ 炭化タンタル被覆膜
１２ 炭素基材
２１ 加熱装置
２２ タンタル含有金属
２３ 容器
２４ ヒーター
２５ 第１工程原料供給配管
２６ 第１工程生成物供給配管
２７ パージ配管
２８ バルブ
３１ 反応炉
３２ 炭化水素含有ガス供給配管
３３ 排気配管
３４ 調整ガス源
３５ 台座
Claims (8)
- 炭素を主成分とする炭素基材と、前記炭素基材の少なくとも一部を被覆する炭化タンタル被覆膜とを含む炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法であって、
加熱したタンタル含有金属と塩素含有ガスとの反応により塩化タンタルガスを生成する第１の工程と、
前記第１の工程で生成した塩化タンタルガスを炭化水素含有ガスと反応させることで炭素基材の表面に炭化タンタル被覆膜を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。 - 前記タンタル含有金属の加熱温度が２００～８００℃であることを特徴とする請求項１に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
- 前記第１の工程は、８０ｋＰａ ａｂｓ以下の圧力下で、前記タンタル含有金属を前記塩素含有ガスと反応させることを特徴とする請求項１に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
- 前記タンタル含有金属として、９９．９重量％以上のタンタル含有率を有するタンタル含有金属を用いることを特徴とする請求項１に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
- 前記タンタル含有金属として、粒の最大径が０．５～２０ｍｍである粒子状もしくは砕石状のタンタル含有金属を用いることを特徴とする請求項１に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
- 前記第１の工程では、前記タンタル含有金属は容器に保持され、
前記容器の素材の少なくとも一部分が石英であることを特徴とする請求項１に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。 - 前記炭化水素含有ガスとして、メタンガス、エタンガス、プロパンガス及びブタンガスからなる群から選択される少なくとも１種のアルカンガスを含むガスを使用することを特徴とする請求項１に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法。
- 請求項１～７のいずれか１項に記載の炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法により製造された炭化タンタル被覆炭素材料を使用することを特徴とする化合物半導体成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023007990A JP2024104002A (ja) | 2023-01-23 | 2023-01-23 | 炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法及び化合物半導体成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2023007990A JP2024104002A (ja) | 2023-01-23 | 2023-01-23 | 炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法及び化合物半導体成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024104002A true JP2024104002A (ja) | 2024-08-02 |
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ID=91971763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023007990A Pending JP2024104002A (ja) | 2023-01-23 | 2023-01-23 | 炭化タンタル被覆炭素材料の製造方法及び化合物半導体成長装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2024104002A (ja) |
-
2023
- 2023-01-23 JP JP2023007990A patent/JP2024104002A/ja active Pending
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