JP3649597B2 - 化学蒸着法SiC膜の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は化学蒸着法SiC膜の製造方法に係わり、特にSiC膜の結晶粒子の方向を制御する化学蒸着法SiC膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来半導体製造において熱処理工程には、半導体製造用化学蒸着法(CVD)SiC膜被覆熱処理治具が使用されている。
【0003】
この熱処理治具に被覆されるCVDSiC膜として2種類が知られている。
【0004】
第1の種類のSiC膜は、SiOおよびCOを1720℃の処理温度で反応させ、基材上にSiC膜を被覆(堆積)したものなどである。主にβ型(3C)SiC構造の粒子であるが、一部α型(6H,15R,21R)結晶を含む多結晶であり、結晶粒径は大きく、透明度が高い。
【0005】
第2の種類のSiC膜は、SiCl4およびC3H8、H2を1200℃の処理温度で反応させ、カーボンまたはSiC−Si含浸焼結体上にSiC膜を被覆したものなどである。β型(3C)以外にα型(2H)の結晶を含む多結晶であり、結晶粒径は小さく、透明度が低い。
【0006】
またCVDSiC膜は処理温度が低く、原料ガス濃度が高い場合、SiC膜の断面から見た微細構造はコーン状になり、処理温度が高く、原料ガス濃度が低い場合は塊状になる。
【0007】
SiC膜がCVDされる基材についても2種類に大別することができる。
【0008】
第1の種類の基材は表面が平坦な場合である。この平坦な基材にSiC膜を被覆させる場合、まず基材表面に核が形成され、この核を起点として粒子は成長していく。この成長した粒子がコーン状の場合、粒界は基材から膜表面に向かって直線的に存在しているため、このSiC膜が被覆された熱処理治具を用いた場合、基材から不純物が拡散しやすいといった問題がある。また、粒界の方向が同一のため、特定の方向に対してはSiC膜の強度が小さくなり、割れやすくなる。
【0009】
一方、塊状粒子のSiC膜を被覆した場合、コーン状粒子の場合と異なり、粒界はランダムに入り組んだ状態となり、SiC膜が基材から剥離してしまう問題がある。また微細構造は不均質であるため、部分的に大きな粒界等が存在し、不純物が拡散しやすい部分や強度の小さい部分が残る。
【0010】
第2の種類の基材は表面に凹凸が存在する場合である。図5(A)、(B)および(C)に示すようにケミカルエッチングにより基板30の表面31に凹凸32を付けたものが知られており、この凹凸を付した基材30がSiC−Si含浸成形体の場合には基材30の表面31のSiをエッチングして凹凸32が付けられる。この基材30にSiC膜33を被覆すると、基材30の凹凸32のために粒子が様々な方向に成長し、入り組んだ微細構造を作ることができるが、粒子の入り組み方は基材30の凹凸32に左右されるため不均質である。
【0011】
基材としてSiC−Si含浸焼結体を用いる場合、SiC−Si含浸焼結体の表面のSiをケミカルエッチングし、表面を粗くしてからSiC膜を被覆する方法が知られている。この方法によりSiC膜は基材とよく噛み合い(なじみ)、剥離しにくくなる。また、基材の凹凸によってSiC粒子が様々な方向に成長し、粒界の入り組んだSiC膜ができるため、不純物の拡散を抑え、強度を大きくすることが可能である。
【0012】
基材としてカーボンを用いる場合はケミカルエッチングができないため、凹凸を付けることは行われていない。SiC膜は平坦なカーボン上にコーティングされる。この場合SiC膜は基材表面に形成された微結晶を核として成長し、配向性をもっている。
【0013】
また、基材がSiC焼結体の場合も同様にケミカルエッチングができないため、凹凸を付けることは行われない。しかし、SiC−Si含浸焼結体に比べ気孔率が高いため、基材表面に数μmの凹凸があり、この凹凸のある基材表面にSiC膜をコーティングしている。よって、SiC粒子が様々な方向に成長し、粒界の入り組んだSiC膜が形成される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ケミカルエッチングをSiC−Si含浸焼結体に行う場合、Si部分だけがエッチングされるため、上述した図5に示されるように基材30の凹凸32は不規則で不均質になり、SiC膜33の微細構造も不均質になり、また粒界が基材30の平坦部30pから膜表面34に向かって直線的につながって成長する。その結果、不純物の拡散しやすい部分や強度の小さい部分がまだ残ってしまう。
【0015】
また、基材の凹凸形成にケミカルエッチングを用いる場合には、基材がSiC−Si含浸焼結体のようなケミカルエッチング可能な材料に限定され、カーボン、SiC焼結体等には適用できないという問題がある。
【0016】
さらに、従来の平坦なカーボン基材にコーティングしたSiC膜は配向性があるため、不純物が拡散し易く、強度が小さくなるおそれがあった。また、基材がSiC焼結体の場合には、表面に凹凸があるため、この凹凸が小さいため、SiC膜との噛み合わせが弱く剥離し易いという問題がある。さらに、粒子の成長方向が大きく変わらないため、不純物が拡散し易く、強度が小さくなるおそれがあった。
【0017】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、不純物の拡散およびSiC膜の剥離を防止でき、かつ多くの基材にも被覆可能なCVDSiC膜の製造方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項1の発明は、基材の表面に規則正しく配列された四角錐の凹凸をつけ、この基材に化学蒸着法でSiC膜を被覆し、四角錐の凹凸でSiC膜の粒子の方向を制御する化学蒸着法SiC膜の製造方法であることを要旨としている。
【0019】
本願請求項2の発明では上記SiC膜が均質に入り組んだ微細構造であることを特徴とする請求項1に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法であることを要旨としている。
【0020】
本願請求項3の発明では上記基材の凹凸は機械加工で形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法であることを要旨としている。
【0021】
本願請求項4の発明では上記基材の凹凸は一方方向に延伸し断面が三角形状の溝条と突条で形成されたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法であることを要旨としている。
【0022】
本願請求項5の発明では上記基材のSiC膜に凹凸をつけ、さらに化学蒸着法SiC膜を被覆して多層被覆とすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法であることを要旨としている。
【0023】
本願請求項6の発明では上記基材はSiC−Si含浸焼結体、カーボン、SiC焼結体から選択された一部材であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法であることを要旨としている。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる化学蒸着法(CVD)SiC膜の製造方法について添付図面を参照して説明する。
【0025】
本発明に係わるCVDSiC膜の製造方法により、図1に示すようなCVDSiC膜を製造するには、図2(A)、(B)および(C)に示すように基材1の表面2を略々10〜30μm機械加工して規則正しく凹凸3をつけた後、この基材1上にCVDSiC膜4を略々100μm形成するものである。
【0026】
基材1にはSiC膜4との緻密性、純度を考慮してカーボン、SiC焼結体(反応焼結、自焼結)、SiC−Si含浸焼結体などが用いられる。
【0027】
基材1の凹凸3は例えば一方向に平行に多数形成され断面が逆三角形形状である略々10〜30μmの溝条3cとこの溝条3cとは逆の三角形形状の断面を有する突条3mで形成され、この凹凸3の形成はSiC膜4を汚染しないように高純度のダイヤモンドカッターが用いられる。
【0028】
凹凸3は機械的に形成されるので規則正しく、ケミカルエッチングにより凹凸を付けた場合のように、凹凸が不規則になることがない。
【0029】
凹凸3が設けられた基材1へのSiC膜4の形成は、常法により行われ、例えば原料ガスとして、それぞれ標準状態で四塩化珪素(SiCl4、テトラクロルシラン)ガス、プロパン(C3H8)ガス、水素(H2)ガスを用いる。
【0030】
SiC膜4の基材1への被覆工程において、基板1には凹凸3が規則正しく形成されているので、粒界は突条3mの傾斜面3tから略々30〜50μm成長し均質に入り組んで略々100μmの微細構造のSiC膜4が形成される。
【0031】
従って、凹凸3により粒子の成長方向を制御することができ、基材から膜表面に向かって直線的につながっているような部分をなくすることができる。
【0032】
その結果として、図1に示すように粒界が規則正しく互い違いになったSiC膜4を強制的に作ることができる。なお、凹凸3は規則正しく形成されていれば突条3mの頂部に幅狭の平坦部が存在してもよいが、突条3mの頂部に平坦部が存在しないように切削すれば、粒界が基材から膜表面に向かって直線的につながっている部分がなくなって、SiC膜の密着性にさらにむらがなくなり、SiC膜が一層剥離しにくい構造にすることができる。
【0033】
本発明に係わるCVDSiC膜の製造方法の他の実施の形態について説明する。
【0034】
第2の実施の形態として、図3に示すように基板10のCVDSiC膜11を多層被覆する場合に応用し、1層目のSiC膜12を被覆後、この膜12表面を機械加工して凹凸13をつけてから2層目のSiC膜14を被覆する。なお、同様に膜表面に凹凸をつけて3層目以降も被覆し多層被膜を形成してもよい。この方法によれば従来のCVDSiC膜より不純物が拡散しにくく、強度の高い多層被覆のCVDSiC膜を作ることができる。
【0035】
第3の実施の形態として、図4に示すように基材20の切削方向を2方向(XY方向)に切削したので、凸部が四角錐21となり、結晶を立体的に成長させることができる。また、立体的に互い違い形状に結晶を成長させたので、CVDSiC膜の強度をより向上させることができる。
【0036】
【発明の効果】
基材表面に規則正しく配列された四角錐の凹凸を形成ことにより、SiC膜の結晶の成長方向を制御することが可能になり、SiC膜の基板への密着性にむらがなくなり、剥離を防止できる。
【0037】
また、基材表面に規則正しく凹凸を形成することにより、SiC膜の結晶の成長方向を制御することが可能になって、粒子が均質に入り組んだ微細構造のSiC膜を形成することができ、SiC膜の基板への密着性にむらがなくなり、剥離を防止できる。
【0038】
さらに、凹凸を断面が三角形状の溝条と突条で形成することにより、CVDSiC膜を規則正しく互い違いの構造にすることができ、不純物が拡散しやすい部分をなくし、さらにSiC膜の膜強度のむらをなくして膜全体の強度を増し割れを防止できる。
【0039】
凹凸を規則正しく配列された四角錐にすることにより、結晶を立体的かつ互い違いに成長させることができるので、SiC膜強度を一層高めることができる。
【0040】
機械加工により規則正しくかつ容易に基材に凹凸を形成することができ、さらにSiC−Si含浸焼結体のようなケミカルエッチングが可能な材料だけでなく、カーボン等その他の基材にも凹凸が付けられ、かつケミカルエッチングに比べ、加工時間及び人件費等を抑えることが可能になった。
【0041】
SiC膜に凹凸を付けさらに化学蒸着法SiC膜を被覆して多層被覆とすることにより、従来のCVDSiC膜より不純物が拡散しにくく、強度の高い多層被覆のCVDSiC膜を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わる化学蒸着法SiC膜の製造方法のより製造された化学蒸着SiC膜の歪み方向の断面を示す模式図。
【図2】 本発明に係わる化学蒸着法SiC膜の製造方法の説明図。
【図3】 本発明に係わる化学蒸着法SiC膜の製造方法の他の実施の形態説明図。
【図4】 本発明に係わる化学蒸着法SiC膜の製造方法の他の実施の形態説明図説明図。
【図5】 従来の化学蒸着法SiC膜の製造方法の説明図。
【符号の説明】
1 基材
2 基材表面
3 凹凸
3c 溝条
3m 突条
3t 傾斜面
4 SiC膜
10 基板
11 CVDSiC膜
12 1層目のSiC膜
13 凹凸
14 2層目のSiC膜
20 基材
21 四角錐
Claims (6)
- 基材の表面に規則正しく配列された四角錐の凹凸をつけ、この基材に化学蒸着法でSiC膜を被覆し、四角錐の凹凸でSiC膜の粒子の方向を制御する化学蒸着法SiC膜の製造方法。
- 上記SiC膜が均質に入り組んだ微細構造であることを特徴とする請求項1に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法。
- 上記基材の凹凸は機械加工で形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法。
- 上記基材の凹凸は一方方向に延伸し断面が三角形状の溝条と突条で形成されたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法。
- 上記基材のSiC膜に凹凸をつけ、さらに化学蒸着法SiC膜を被覆して多層被覆とすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法。
- 上記基材はSiC−Si含浸焼結体、カーボン、SiC焼結体から選択された一部材であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の化学蒸着法SiC膜の製造方法。
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