JP3642446B2 - 半導体ウエハ処理具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハに加熱を伴うデポジションや拡散等の処理を施す際に用いられる均熱（ライナー）管，炉芯管，ボート，フォーク等の高純度ＳｉＣ焼結体からなる半導体ウエハ処理具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高純度ＳｉＣ焼結体からなる半導体ウエハ処理具としては、例えば均熱管と炉芯管を兼ねたＳｉ−ＳｉＣ系プロセスチューブが知られている。このプロセスチューブは、一般に、原料となるＳｉＣ（炭化珪素）粉の酸洗浄，成形，純化処理，高純度Ｓｉ（金属珪素）の含浸及び最終の酸処理といった工程を経て製造されるものであり、半導体ウエハへの不純物拡散のための高温加熱，冷却のサイクルにおいても十分な耐熱衝撃性と機械的強度を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高純度ＳｉＣ焼結体からなる半導体ウエハ処理具では、石英ガラスからなる炉芯管等と比較し、高純度といわれるものでも汚染源となる不純物の含有量が多く、半導体ウエハに悪影響を与え易いので、必ずしも純度の点で十分満足のいくものといえない。
すなわち、従来の高純度ＳｉＣ焼結体からなる半導体ウエハ処理具は、その製造に際し、高純度Ｓｉを含浸する前に高温でＣｌ₂ ，ＨＣｌ等のガス又は酸の液を流すことにより純化処理が行われるが、長時間に亘って純化処理を行っても表層部が純化されるだけであり、内部の不純物を完全に除去することができず、高純度のものを得ることが困難である。
特に、原料のＳｉＣ粒子の内部に封じ込められている不純物は、その後の清浄化処理でもこれを除去することは極めて困難である。
このため、加熱を伴う各種処理時に、半導体ウエハ処理具におけるＳｉＣ焼結体の内部に残存している不純物が拡散して放出され、半導体ウエハを汚染し、その歩留まりを低下させる原因となっている。
かかる不具合を解消するため、ＳｉＣ成形体を１６００℃以上の温度で不活性ガスをキャリアーガスとしハロゲン又はハロゲン化水素の雰囲気中で処理して高純度化し、その後高純度Ｓｉを含浸してＳｉ−ＳｉＣ系半導体ウエハ処理具を得る試みがなされている。
しかし、上記処理を高温で行うと、純化の効果は向上するが、ＨＣｌによりＳｉＣ粒子のＳｉがエッチングされる。そして、その後のＳｉの含浸に伴って生成するＳｉＣ粒子が体積膨張を起こし、クラックが発生して成形体の強度が低下したり、あるいは成形体に反りを生じる等の不具合がある。
又、Ｆｅ（鉄）やＡｌ（アルミニウム）の除去が不十分であると焼結体の密度が低くなり、強度が低下する不具合もある。
そこで、本発明は、高強度、かつ緻密で高純度のＳｉＣ焼結体からなる半導体ウエハ処理具を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の半導体ウエハ処理具は、菱面体晶系（１５Ｒ）が１５％以上で、六方晶系（２Ｈ，４Ｈ，６Ｈ）が８５％以下の結晶構造を有する高純度ＳｉＣ焼結体からなることを特徴とする。
第２の半導体ウエハ処理具は、第１のものにおいて、前記高純度ＳｉＣ焼結体に高純度Ｓｉを含浸したことを特徴とする。
又、第３の半導体ウエハ処理具は、第２のものにおいて、前記高純度Ｓｉが含浸された高純度ＳｉＣ焼結体にＣＶＤ法による高純度で緻密なＳｉＣ膜をコーティングしたことを特徴とする。
一方、前記六方晶系のうち、４Ｈの結晶が１％以下であることが好ましい。
又、前記高純度ＳｉＣ焼結体のＦｅ含有量が０．１ppm 以下で、Ａｌ含有量が１０ppm 以下であることが好ましい。
【０００５】
しかして、第１の半導体ウエハ処理具は、アチソン（Ａｃｈｅｓｏｎ）法によって合成されたＳｉＣから、炉芯部の高温で合成された箇所のα−ＳｉＣと、炉芯部から離れた比較的低温で合成された箇所のβ−ＳｉＣを採取し、粉砕して得られたＳｉＣ粉末原料をそれぞれ高温のハロゲン又はハロゲン化水素雰囲気中で純化処理し、その後、これらのＳｉＣ粉末原料とカーボンブラックとを所要の割合で混合し、これにフェノールレジンを添加して混練し、成形後焼成し、更に上記純化処理を施して製造される。
第２の半導体ウエハ処理具は、第１のものと同様に製造した高純度ＳｉＣ焼結体に同様の純化処理を施した後高純度Ｓｉを含浸して製造される。
又、第３の半導体ウエハ処理具は、第２のものと同様に製造した高純度Ｓｉ含浸高純度ＳｉＣ焼結体にＣＶＤ法により高純度で緻密なＳｉＣ膜をコーティングして製造される。
【０００６】
ＳｉＣ焼結体の結晶構造のうち、菱面体晶系（１５Ｒ）は、螺旋転位を介して成長する結晶構造であるから転位芯や積層欠陥を多数含み、これらが拡散パスとなって不純物の短回路拡散を誘起し、１５％以上含有していると、その製造時におけるＳｉＣ焼結体の純化処理に際し、ＳｉＣ粒子の内部に封じ込められているＦｅやＡｌ等の不純物を、ＳｉＣ粒子のＳｉがエッチングされない１５００〜１６００℃程度の温度でもＨＣｌ雰囲気下で容易に除去できる。一方、１５％未満の含有であると、拡散パスが少なくなるため、Ｆｅ，Ａｌ等の不純物元素がＳｉＣ粒子の表面へ外方拡散することが難しくなり、純化処理によって純度が上がらないだけでなく、焼結体の密度も上がらない。
なお、上記の点は、原料のＳｉＣ粉末の段階での純化処理でも同様であり、原料の段階においては、特に、菱面体晶系（１５Ｒ）が２０％以上含有することが好ましい。
ＳｉＣ焼結体中の菱面体晶系（１５Ｒ）の結晶構造は、１５〜４０％、六方晶系（２Ｈ，４Ｈ，６Ｈ）の結晶構造が６０〜８５％であることが好ましい。
ＳｉＣ焼結体中の六方晶系（２Ｈ，４Ｈ，６Ｈ）の結晶構造のうち、４Ｈの結晶にはＡｌが固溶し易く、又、４Ｈの結晶中のＡｌはＨＣｌ雰囲気下でも除去し難いので、１％以下となるようにする。１％を超えると、焼結体中のＡｌ濃度が非常に高くなる。
なお、４Ｈの結晶が１％以下のＳｉＣ原料は、合成温度を高くする（２２００℃以上）ことによって得られる。
又、高純度ＳｉＣ焼結体のＦｅ含有量が０．１ppm を超え、かつＡｌ含有量が１０ppm を超えると、半導体ウエハの処理時に半導体ウエハを汚染し、その歩留まりを低下させる。
高純度ＳｉＣ焼結体のＦｅ，Ａｌ含有量は、上記上限値より低いほど望ましい。
【０００７】
しかして、半導体ウエハ処理具の製造に際し、ＳｉＣ粉末の段階でＨＣｌ雰囲気下における純化処理を経て焼成すると、焼結体の密度が高くなる。
又、成形体の段階で同様の純化処理を行うと、純化効果が更に向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的な実施例と比較例を用いて説明する。
実施例１〜３，比較例１〜３
珪石とコークスを原料とし、アチソン法によってＳｉＣを合成後、炉芯に近い高温部（２２００℃以上）で合成された箇所からα−ＳｉＣ、及び炉芯部から離れた比較的低温（２２００℃未満）で合成された箇所からβ−ＳｉＣを、ＳｉＣ結晶の菱面体晶系（１５Ｒ）がそれぞれ表１に示す割合となるように採取し、粉砕して粒度４０〜２００μｍの各ＳｉＣ粉末原料を得た。各ＳｉＣ粉末原料の菱面体晶系（１５Ｒ）以外の結晶構造は、六方晶系（２Ｈ，４Ｈ，６Ｈ）であった。
各ＳｉＣ粉末原料をそれぞれＨＣｌ雰囲気中において１６００℃の温度で、１時間の純化処理を行ったところ、各ＳｉＣ粉末原料のＦｅ濃度は、表１に示すようになった。
次に、各ＳｉＣ粉末原料とカーボンブラックとを重量比１００：７の割合で混合し、これらにフェノールレジンをそれぞれ外割で１２wt％添加して混練し、成形後焼成して均熱管，炉芯管，ボート，及び物性測定用サンプル（外径５０mm，高さ５０mm）を得た。
各物性測定用サンプルの菱面体晶系（１５Ｒ）の含有率，Ｆｅ含有量，曲げ強さ及び密度は、それぞれ表１に示すようになった。
なお、４Ｈ結晶の含有率については、後述の表２に示すが、各ＳｉＣ焼結体中の菱面体晶系以外の結晶構造は、上記４Ｈ結晶を含む六方晶系であった。
【０００９】
【表１】

【００１０】
表１から、本発明に係る実施例１〜３のＳｉＣ焼結体は、菱面体晶系（１５Ｒ）が１５％以上であると、Ｆｅの含有量を０．１ppm 以下、曲げ強さを１４０〜１５０MPa 及び密度を２．５〜２．６にし得ることがわかる。
【００１１】
次いで、上述した各均熱管，炉芯管及びボートにＳｉＣ粉末原料の場合と同様な純化処理を施した後、それぞれの均熱管，炉芯管及びボートに高純度Ｓｉを含浸し、その後、ＣＶＤ法により高純度で緻密なＳｉＣ膜（膜厚１００μｍ）をコーティングした。
高純度で緻密なＳｉＣ膜をコーティングした各均熱管，炉芯管及びボートを用い、８インチのシリコンウエハを１２５０℃の温度で、ＨＣｌ＋Ｏ₂ ガス中で２０時間処理した後、１２５０℃の温度で１時間アニール処理を行い、処理したシリコンウエハの特性を測定したところ、Ａｌ濃度，ライフタイム（Ｌｉｆｅ Ｔｉｍｅ）及びＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ ＳｔａｃｋｉｎｇＦａｕｌｔ）は、表２に示すようになった。
【００１２】
【表２】

【００１３】
表２から、本発明に係る実施例１〜３のＳｉＣ膜をコーティングしたＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体からなる均熱管等の半導体ウエハ処理具によれば、シリコンウエハのＡｌ含有量が０．３ppm 以下、ライフタイムが４８０〜５４０μsec 、ＯＳＦが零となることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の半導体ウエハ処理具によれば、ＳｉＣ焼結体の結晶構造のうちの菱面体晶系（１５Ｒ）が、螺旋転位を介して成長する結晶構造であって転位芯や積層欠陥を多数含み、これらが拡散パスとなって不純物の短回路拡散を誘起し、ＳｉＣ焼結体製造時におけるＳｉＣ焼結体の純化処理に際し、ＳｉＣ粒子の内部に封じ込められているＦｅやＡｌ等の不純物を、ＳｉＣ粒子のＳｉがエッチングされない１５００〜１６００℃程度の温度でもＨＣｌ雰囲気下で容易除去できるので、高強度、かつ緻密で高純度とすることができ、ひいては半導体ウエハの汚染を大幅に低減でき、かつ加工の際にチッピングを生じ難く、高精度で微細な加工を施すことができる。
第２の半導体ウエハ処理具によれば、第１のものの作用効果の他、ＳｉＣ焼結体の空隙が高純度Ｓｉで充填されるので、不純物ガスの吸蔵を防止することができる。
又、第３の半導体ウエハ処理具によれば、第２のものの作用効果の他、高純度Ｓｉを含浸した高純度ＳｉＣ焼結体が高純度で緻密なＳｉＣ膜でコーティングされるので、使用後の洗浄等による損傷を受け難くなり、耐用性を高めることができる。

Claims (5)

1. 菱面体晶系（１５Ｒ）が１５％以上で、六方晶系（２Ｈ，４Ｈ，６Ｈ）が８５％以下の結晶構造を有する高純度ＳｉＣ焼結体からなることを特徴とする半導体ウエハ処理具。
2. 前記高純度ＳｉＣ焼結体に高純度Ｓｉを含浸したことを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ処理具。
3. 前記高純度Ｓｉが含浸された高純度ＳｉＣ焼結体にＣＶＤ法による高純度で緻密なＳｉＣ膜をコーティングしたことを特徴とする請求項２記載の半導体ウエハ処理具。
4. 前記六方晶系のうち、４Ｈの結晶が１％以下であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の半導体ウエハ処理具。
5. 前記高純度ＳｉＣ焼結体のＦｅ含有量が０．１ppm 以下で、Ａｌ含有量が１０ppm 以下であることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の半導体ウエハ処理具。