JP3897393B2

JP3897393B2 - 高純度炭化珪素質半導体処理部材の製造方法

Info

Publication number: JP3897393B2
Application number: JP09587097A
Authority: JP
Inventors: 毅稲葉; 修一武田; 勝憲佐藤; 豊塩谷
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2017-04-14
Also published as: JPH10287495A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高純度炭化珪素質の半導体処理部材の製造方法に関する。更に詳しくいえば、半導体ウェハの製造時の成膜工程で使用される反応炉内に挿入されるガス導入ノズル、炉芯管、更には炉芯管の中でも特にインナーチューブの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炉芯管などの反応炉内に半導体ウェハを載置して、この反応炉内にノズルから反応ガスを導入して半導体ウェハ上に膜を形成するのに使用されているガス導入ノズルなどの半導体処理部材は、従来から高純度石英ガラスが使用されている。しかし石英ガラスは、耐熱性やフッ硝酸溶液などの洗浄溶液に対する耐蝕性が不十分であるところからその耐用寿命は短かった。そのため、石英ガラス管の代替として、反応焼結ＳｉＣ（特開昭５８−６０５４３）や高純度アルミナ焼結体なども使用されているが、純度面で石英ガラスより劣りまた耐蝕性においても十分ではなかった。
【０００３】
そこで、反応焼結ＳｉＣ管の内外壁に高純度で耐蝕性に優れたＣＶＤーＳｉＣ被膜（ＣＶＤにより形成されたＳｉＣ被膜をＣＶＤ−ＳｉＣ被膜という。）を形成することが提案されているが、ＣＶＤーＳｉＣ被膜を所定の厚さで均一に形成することは実際には困難で、この方法では基材からの不純物の拡散やピンホールの問題とともに、ＣＶＤ被膜の表面粗さが大きいという問題があった。そのため、ガス導入ノズルではノズル内壁に凹凸が生じ、それが原因でノズル内に多くのパーティクルが発生するといった問題があった。
【０００４】
即ち、従来のＳｉＣ製ノズルの内壁は凹凸が多く存在しているために、導入された反応ガスがこの凹凸に当たって流れが不均一となり、その一部はウェハに到達する前に気相中で核成長して、これがパーティクルとなってウェハの成膜工程の歩留まり低下の大きな要因となっていた。
【０００５】
また、炉芯管の場合にも内壁面の凹凸にガスが当たることにより内壁面付近でガスの流れが不均一となり、パーティクルが発生し問題となっていた。特に、図７に示されている反応炉の中のインーナーチューブ２２のような場合には、これがウェハに近接しているために反応ガスの流れの不均一によるパーティクルの発生がウェハの性能に大きく影響し、さらにガスの流れの不均一によりウェハ上に成長させる膜の膜厚にばらつきが生じるという不具合が生じていた。
【０００６】
特開昭５７−１７１２６号には黒鉛質の基材パイプに２mm以上のＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成し、その後、基材の黒鉛質パイプを焼抜き除去して炭化珪素質プロセスチューブを製造する方法が開示されている。この方法は、カーボンパイプ内面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成し、その後カーボンパイプを酸化除去する方法と、カーボンパイプの外面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成し、その後カーボンパイプを酸化除去する方法の二つの方法がある。
【０００７】
これらの中の前者の、カーボンパイプの内面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する方法で、ＣＶＤ−ＳｉＣ単一相の炉芯管やノズルを作成した場合、基材として使用するカーボンは数％の開気孔を有するポーラスな材料であるために、たとえカーボン基材表面を高精度に平坦化加工しても、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の内表面（管の内壁）は、カーボンパイプの内表面粗さに依存してＣＶＤ膜が成長して凹凸形状となり、少なくともＣＶＤ−ＳｉＣ膜内表面が基材のカーボンパイプの内表面粗さよりも平滑となることはなかった。
【０００８】
この状態を図示すると図５の（Ａ）及び（Ｂ）の通りである。図５の（Ａ）で１０はカーボンパイプであり、その内面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜１１を形成する。その後、これを酸化処理して外側のカーボンパイプ１０を焼抜きＣＶＤ−ＳｉＣ単一相の管１３とする。図５の（Ｂ）は、図（Ａ）に示すＣＶＤ−ＳｉＣ単一相の管１３の内壁面の一部（Ｘ）を誇張して拡大し、模式的に示したものである。この（Ｂ）図に示すように、ＣＶＤ−ＳｉＣ被膜は柱状或いは針状に結晶成長して出来るために、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の内表面粗さは、カーボンパイプの内表面粗さに依存し、管１３の内壁面に凹凸が形成されるといった問題があった。
【０００９】
また後者の方法、即ちカーボンパイプの外面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する方法は、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の内表面はカーボンパイプの外表面粗さに直接依存し、少なくともＣＶＤ−ＳｉＣ膜内表面がカーボンパイプの外表面粗さよりも小さくなることはなかった。
【００１０】
この状態を図示すると図６の（Ａ）及び（Ｂ）の通りである。図６の（Ａ）で１５がカーボンパイプであり、その外表面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜１６を形成する。その後、これを酸化して内側のカーボンパイプ１５を焼抜きＣＶＤ−ＳｉＣ単一相の管１７とするものである。図６の（Ｂ）は、図（Ａ）に示すＣＶＤ−ＳｉＣ単一相の管１７の内壁面の一部（Ｙ）を誇張して拡大し、模式的に示したものである。この（Ｂ）図に示すように、カーボンとの界面（接触面）が、管内壁面となるため、カーボンの表面粗さを反映し凹部が生じる。またこれらの方法では、形成されるＣＶＤ−ＳｉＣ膜がカーボンの開気孔に入り込んで密着しているため、ＳｉＣ膜が厚くなると応力が働きクラックが生じてしまい良好な成形体が得られなかった。
【００１１】
こうしたカーボンパイプの表面の粗さの問題を解消するために、表面が平滑で高純度な石英ガラス管の内壁又は外壁にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成した後、フッ化水素酸により石英ガラス管を溶解除去する方法が特開昭５８−１４１５２５号に提案されている。また、耐熱基材表面にＳｉ層を形成し、その表面にＣＶＤ−ＳｉＣ層を形成した後、Ｓｉ層をエッチング除去する方法が特開平４−３２１５１１号に開示されている。
【００１２】
しかし、これらの方法でも石英ガラス管を基材とするものは、石英とＳｉＣとは熱膨脹係数が大きく異なるために、現実的にはＳｉＣ膜にクラックが入って良好な成形体が得られないといった問題があった。また、Ｓｉ層を用いるものは石英ほど膨脹係数に違いはないがこれもクラックが入ってしまうという同様な問題があって、いまだ内表面が十分に平滑な高純度炭化珪素質半導体部材が得られていないのが実情である。
【００１３】
また、管内壁を平滑にするために研削加工を施すと、加工治具からの不純物が内壁に付着し、純度面で処理ウェハに悪影響を及ぼし、また加工中に管が割れ歩留まりが低いという問題があった。さらにガス導入ノズルの場合、ノズル径が小さい場合や複雑形状の場合は研削加工は極めて困難であった。
【００１４】
また、ＣＶＤ−ＳｉＣ単一相の炉芯管の場合は、その厚さが厚いと炉芯管の熱容量が大きく、熱を奪ってしまい炉内の温度が上がりにくいという問題があり、熱容量を小さくして炉内の温度を効率よく昇温するために炉芯管の厚さを出来るだけ薄くすることが求められている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、内表面が平滑でパーティクルの発生を極力少くでき、半導体ウェハの成膜処理が歩留まりよく出来るようにしクラックのない高純度炭化珪素質半導体部材を得ようとするものである。さらに、高純度炭化珪素質炉芯管については、その熱容量を小さくしようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、カーボン基材の外表面に熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を形成し、該熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の表面にＣＶＤによりＳｉＣ膜を形成し、次にカーボン基材と基材表面に形成した熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を酸化除去することを特徴とする高純度炭化珪素質半導体処理部材の製造方法（請求項１）、高純度ＳｉＣ焼結体基材の外表面に熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を形成し、該熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の表面にＣＶＤによりＳｉＣ膜を形成し、次に基材表面に形成した熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を酸化除去し、熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の酸化除去で生じた隙間から高純度ＳｉＣ焼結体基材を除去することを特徴とする高純度炭化珪素質半導体処理部材の製造方法（請求項２）および熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の厚さが３〜８０μｍである請求項１，２いずれかに記載の高純度炭化珪素質半導体処理部材の製造方法（請求項３）である。
【００１７】
本願発明によると、カーボンパイプ又はこれと同形のカーボンロッドなどの基材外表面に、予め熱分解カーボン又はガラス状カーボンの層を形成してこの基材の表面を平滑にし、その上にＣＶＤ−ＳｉＣ膜の筒体を形成し、その後少なくとも熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を焼き抜きするので、得られた管内表面は極めて平滑となり、高純度で高耐蝕性とすることが出来る。
【００１８】
また、この発明では内壁の研削加工を行う必要がなく、そのため内壁が平滑で高純度の複雑形状のガス導入ノズルでも容易に製造することが可能である。カーボン材はＳｉＣと熱膨脹係数が近似しており、従来のようにＣＶＤ−ＳｉＣ膜がカーボンの開気孔に入り込んで密着することもないため、クラックが発生せず良好な成形体が得られる。
【００１９】
さらに、基材に高純度ＳｉＣ焼結体を用いた場合にも、熱分解カーボン層やガラス状カーボン層により基材表面を平滑にでき、熱分解カーボン層やガラス状カーボン層のみを酸化除去できるので基材を再利用することができる。また、本願発明のガス導入ノズル、炉芯管は内壁面が極めて平滑であるので、パーティクルの発生が大幅に減少できる。炉芯管とした場合は、その厚さを薄くし熱容量を小さくでき炉内の温度を効率よく上げることが出来る。
【００２０】
【発明の実施の態様】
まず、カーボンパイプの両端を同一素材の栓で封止する。栓で封止することにより、ＣＶＤによるＳｉＣ膜がカーボンパイプ内面に付着し、カーボンパイプを覆ってしまうことを防止できるため、パイプを酸素気流中で熱処理し焼き抜く効率が向上し好ましい。或いはこれに代わるものとしてこれと同形のカーボンロッドを用意する。
【００２１】
ここに用いるカーボンパイプ又はカーボンロッドは、ガス導入ノズルを作成する場合は外径が３〜５０mmが好ましい。外径が３mm未満では強度が弱くガス導入ノズルに使用できるような長尺パイプの作成が困難である。また外径が５０mmを超える程大きくなるとカーボンとＣＶＤ−ＳｉＣ膜との熱膨脹係数の微妙な違いが無視できなくなりクラックが生じる可能性がある。また、カーボンパイプ、カーボンロッドの断面形状は特に制限されない。
【００２２】
次に、このカーボンパイプ又はカーボンロッドの外表面に、熱分解カーボンの層を形成する。熱分解カーボン層は、例えば１０００℃に保持された反応管の中に上記のカーボンパイプなどを設置し、これにキャリアーガスとしてアルゴンガスと炭化水素（Ｃ_mＨ_n）ガスの混合ガスを導入して、カーボンパイプの表面に形成させる。ここに形成される熱分解カーボン層の厚さは３〜８０μｍが好ましい。
【００２３】
通常は、熱分解カーボン層の厚さが３μｍ未満では熱分解カーボン層が均一に形成できずカーボンパイプ表面を十分に平滑にすることが困難である。また、８０μｍを超える厚さにすると熱分解カーボン層自体のわずかなうねりが積み重なって凹凸が発生してしまう。ここに形成される熱分解カーボン層は、該カーボンの特性からして基材カーボンパイプ表面と平行に層状に堆積されて形成されるので、基材カーボン表面に存在していた気孔、つまり凹状のくぼみは表面が覆われるようにして消失し表面が平滑となる。
【００２４】
この状態は図２に模式的に図示されている。図２で１はカーボンパイプの一部の断面図である。２はカーボンパイプの表面に形成された熱分解カーボン層である。この図に示されるように、カーボンパイプ１の上には、熱分解カーボンが気孔３に沿った形でなく気孔３を覆うようにして形成され、カーボンパイプ１の表面に平滑な熱分解カーボン層２が形成される。
【００２５】
また、熱分解カーボンの代わりにガラス状カーボンを使用しても同様にカーボンパイプの表面に、平滑なガラス状カーボン層を形成することが出来る。カーボンパイプにガラス状カーボン層を形成するには、例えば出発原料である熱硬化樹脂をカーボンパイプ表面に刷毛で塗布するとか、含浸により浸透させた後加熱硬化させ、ついで非酸化性雰囲気中で焼成するなどの一般的な方法により、カーボンパイプの表面に平滑なガラス状カーボン層が形成される。
【００２６】
ガラス状カーボンの場合は図３に示すようになる。図３で５がカーボンパイプの一部の断面図である。６はカーボンパイプの表面に形成されたガラス状カーボン層である。この図に示されるように、カーボンパイプ５の上にガラス状カーボン６が気孔７の凹状のくぼみを充填してふさぐため、その表面が実質的に平滑となるような形で形成される。ここに形成される熱分解カーボン層の厚さも前記と同様に３〜８０μｍが好ましい。ガラス状カーボン層の厚さが３μｍ未満ではガラス状カーボン層の表面を均一に形成できず、カーボンパイプ表面を十分に平滑にすることが困難である。また、８０μｍを超える厚さにするとガラス状カーボン層自体に凹凸が発生してしまう。
【００２７】
ガス導入ノズルを製造する場合、カーボンパイプ又はカーボンロッドは、真っ直ぐなものの外に必要に応じて所定の形状に加工したものでもよい。例えば、図４の（Ａ）に示すように先端１０の一部が曲折したもの、（Ｂ）に示すように基端１１から３方向に分岐した枝管１２₁，１２₂，１２₃を有するもの、図４の（Ｃ）に示すように直管の両端１３₁，１３₂が屈曲したものでもよい。さらに、図示はしてないが一端が封止されて管の側面に複数のガス放出孔を設けたものでもよい。
【００２８】
即ち、カーボンパイプ又はカーボンロッドは、その端部にオス，メスのねじを切って螺合すればその接合が容易な部材であるから、上記のような複雑形状を容易に造ることが可能である。また、こうした複雑形状のカーボンパイプ又はロッドは、その後焼き抜きするので抜去には問題が生じない。
【００２９】
また、従来のガス導入管の製造では内面研削の関係で直管はＲａが１μｍ以下でかつ長さが６００mm以上は困難であったが、本発明ではノズル内面を研削しないために長さに制約を受けない。したがってカーボンパイプ又はカーボンロッドの長さも大幅に長くすることが出来る。
【００３０】
さらに、従来の方法によると一端が封じられたガス導入ノズルでは、研削工具が片側からしか導入できないため３００mm以上の製作は困難であったが、この発明によるとこうした制約もない。
【００３１】
次に、カーボンパイプ又はカーボンロッドの表面に、ＣＶＤ−ＳｉＣ被膜を形成する。ＣＶＤ−ＳｉＣ被膜の形成方法は従来の方法がそのまま適用され、例えばクロロシラン系ガス（ＳｉＨ_nＣｌ_4-n）、炭化水素ガス及び水素の混合ガスを用いて１０００℃以上の温度で熱処理することによって行う。
【００３２】
この膜厚は特に限定されるものではないが、ガス導入ノズルでは通常２００μｍ〜２ｍｍが好ましい。これは経済性とともに、２mmを超えると内部応力が働き、ＳｉＣ膜にクラックが発生する恐れがあるためである。また、２００μｍ未満では部材としての強度を維持させるのに不十分である。
【００３３】
炉芯管の場合は、５００μｍ〜１ｍｍが好ましい。ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の厚さが厚いと炉芯管の熱容量が大きく熱を奪ってしまい炉内の温度が上がりにくいという問題があるため１ｍｍ以下が好ましい。１ｍｍ以下にすることにより炉芯管の熱容量を小さくでき、炉内の温度効率を上げることができる。また、５００μｍ未満では炉芯管として強度を維持させるのに不十分である。
【００３４】
ＣＶＤ被膜を形成した後はパイプの両端を切断して酸素気流中でこれを熱処理し、カーボンパイプ又はカーボンロッドを焼き抜きＣＶＤ−ＳｉＣ単一相の高純度炭化珪素質半導体処理用部材とする。こうして得られた高純度炭化珪素質半導体処理部材の一例が図１に示されている。
【００３５】
請求項２の発明は、上記のカーボン基材の代わりに高純度ＳｉＣ焼結体基材を用いたものである。この基材の外表面に熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を形成し、この熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の外表面にＣＶＤによりＳｉＣ膜を形成するものである。ここにおける熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の形成、その外表面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する工程は上記と同じである。
【００３６】
次に、ＳｉＣ焼結体基材表面に形成した熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を酸化除去する。この工程も上記と同様にして行う。この熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の酸化除去によって、基材とＣＶＤ−ＳｉＣ膜との間に隙間を生じることになる。この隙間を利用して内部のＳｉＣ基材を除去し、ＣＶＤ−ＳｉＣ単一相の高純度炭化珪素質半導体処理部材を製造する。
【００３７】
この工程は図７に示されている。図７で２０はＳｉＣ焼結体基材である。この基材の外表面に熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層２１を形成する。さらに、この熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層２１の外表面に、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜２２を形成する。この状態を図示すると（Ａ）の通りである。次に、ＳｉＣ焼結体基材２０の表面に形成した熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層２１を酸化除去して、ＳｉＣ焼結体基材２０とＣＶＤ−ＳｉＣ膜２２との間に隙間２３を形成する（Ｂ）。この状態で内側のＳｉＣ焼結体基材２０を引き抜いて単一相の高純度炭化珪素質半導体処理部材２４を得る（Ｃ）。
【００３８】
基材として高純度ＳｉＣ焼結体、好ましくはＳｉ含浸ＳｉＣなどの高純度で耐酸化特性に優れ熱分解カーボンやガラス状カーボンと熱膨脹係数が近い基材を用いることにより、熱分解カーボンやガラス状カーボンのみを酸化除去した後の基材を再利用することができる。
【００３９】
【実施例】
（実施例１〜１４，比較例１〜３）
まず、径１０mm、長さ５００mm、肉厚２mmの直管のカーボンパイプを多数準備し、その両端をパイプと同材の栓で封止した。次に、これらのカーボンパイプを３つのグループに分け、その第１のグループのカーボンパイプには、その外表面に熱分解カーボンの層を形成し、また、第２のグループのカーボンパイプには、ガラス状カーボンの層を形成した。さらに、第３のグループのカーボンパイプはそのままのパイプとした。
【００４０】
熱分解カーボン層を上記のカーボンパイプ表面に形成するには、１０００℃に保持された反応管の中に上記のカーボンパイプを設置し、プロパンガスとアルゴンガスの流量比が１対１０の混合ガスを供給することによって形成した。熱分解カーボン層の厚さを変化させるために、処理時間は１０〜３００分の間で変化させた。また、ガラス状カーボンをカーボンパイプ表面に形成するには、両端封止したカーボンパイプの外表面に、フラン樹脂を刷毛で塗布した後２００℃でフラン樹脂を硬化させ、ついで窒素雰囲気中で２０００℃で熱処理した。また、ガラス状カーボンの厚さを変化させるために塗布回数を変化させた。
【００４１】
カーボンパイプの外表面に、熱分解カーボン又はガラス状カーボンの層を形成した２種の処理カーボンパイプと無処理のカーボンパイプ外面に、厚さ約５００μｍのＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成した。ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の形成はＳｉＨ₂Ｃｌ₂とプロパンガスと水素ガスの流量比が３対１対１０の混合ガスを用いて１３００℃で熱処理することによって行った。処理して得たＣＶＤ−ＳｉＣ被覆のカーボンパイプの両端を切断し、これを酸素気流中で熱処理して表面に熱分解カーボン又はガラス状カーボンの層を形成したカーボンパイプを焼き抜き、ＣＶＤ−ＳｉＣ単一相のガス導入ノズルとした。このサイズは径１１mm、長さ５００mm、肉厚０．５mmであった。
【００４２】
カーボンパイプの表面に形成した熱分解カーボン又はガラス状カーボンの厚さと、得られたＣＶＤ−ＳｉＣ単一相のガス導入ノズル内壁面の表面粗さ (Ｒａ JIS B 0601-1976)の関係を接触式表面粗さ計により調べたところ表１の通りであった。
【００４３】
【表１】

【００４４】
表１に示す通り、熱分解カーボン又はガラス状カーボンを予めカーボンパイプの表面に形成しておくと、これを用いて得られるＣＶＤ−ＳｉＣ単一相のガスノズル内壁の表面粗さは、この前処理を行わないカーボンパイプを用いた比較例１と比べて極めて小さくなっていることが明らかである。
【００４５】
さらに、熱分解カーボン又はガラス状カーボンの厚さが２μｍでは、基材カーボンパイプの表面が十分に均一にならないために、カーボンパイプの凹凸がＣＶＤ−ＳｉＣ膜に反映して、得られたＣＶＤ−ＳｉＣ単一相のガスノズルの内表面粗さが１μｍを超えている（実施例１，８）。また、熱分解カーボン又はガラス状カーボンの厚さが８５μｍでは、熱分解カーボン又はガラス状カーボン自体に凹凸が発生して、ＣＶＤ−ＳｉＣ単一相のガスノズルの内表面粗さが１μｍを超えている（実施例７，１４）。こうしたことで、熱分解カーボン又はガラス状カーボンの厚さは３〜８０μｍがより好ましいことが分かる。
【００４６】
上記の表１で示す比較例１、実施例３，６，８，１２のノズル内壁をダイヤモンド工具で切削し平滑にしたノズル（比較例２）、φ１５×５００，ｔ＝２mmの表面無処理のカーボンパイプ内面に上記実施例と同じ条件でＣＶＤ−ＳｉＣ被膜を形成して焼き抜きして得たノズル（寸法は上記と同じ）（比較例３）を用いてウェハ上にＳｉ膜を形成して、その際のパーティクルの数、ウェハの汚染を調べた。
【００４７】
試験装置は、縦型のＬＰＣＶＤ炉を使用した。処理温度は７００℃として、ＳｉＨ₄とＨ2 の混合ガスをガス導入ノズルの内部を通過させて炉内に導入して、治具にスタックしたウェハ上にＳｉ膜を形成させた。
【００４８】
パーティクル量は、散乱光を利用したサーフスキャンにより検出した。また、ウェハの汚染量は、形成したＳｉ膜をフッ硝酸溶液で溶解し、ＩＣＰ−ＭＳにより分析した。これらの結果を表２に示した。
【００４９】
【表２】

【００５０】
表２に示すように、実施例３，６，１２の本発明のガス導入ノズルを用いたものは、いずれも内壁面の粗さが１．０μｍ以下であるのでパーティクルの発生数が少く、Ｓｉ膜中の不純物の量も微量である。
【００５１】
実施例８は、内壁面の粗さはやや増加した１．３μｍのガス導入ノズルを用いたもので、パーティクルの発生がやや多い。よって、Ｒａ１μｍ以下がより好ましいことがわかる。また、比較例２はノズル内壁をダイヤモンド工具で研削したガス導入ノズルを用いたものである。これは内壁粗さが０．５μｍで良好あるが不純物の量が多い。これは研削に際して工具の不純物がノズル内壁に付着したものと考えられる。
【００５２】
比較例１及び３は、無処理のカーボンパイプを用いて作成したガス導入ノズルを用いたものであり内壁面に凹凸が生じ、内壁面の表面粗さが極めて大きいためいずれもパーティクルの発生が非常に多い。
【００５３】
表２の実施例３，１２、比較例２で用いたガス導入ノズルの内壁面の不純物量をグロー放電質量分析法で測定した。分析は、ノズル内壁面から深さ方向５μｍの範囲で行って平均値で求めた。結果は表３の通りであった。
【００５４】
【表３】

【００５５】
表３から明らかなように、比較例２のノズル内壁面の純度は０．１ppm をはるかに超えている。しかし、実施例３、実施例１２のノズル内壁面についてはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒがそれぞれ０．０１ppm 以下であり高純度であった。
【００５６】
（実施例１５，比較例４）
実施例１０と同様の方法で直径２００ｍｍ、長さ１５００ｍｍのカーボン基材に、厚さ１０μｍのガラス状カーボンを形成したもの（実施例１５）と、無処理のカーボンパイプ（比較例４）を準備した。これらのパイプの外表面に厚さ１mmのＣＶＤ−ＳｉＣ被膜を形成し、カーボンパイプを酸素気流中で熱処理してＣＶＤ−ＳｉＣ単一相のインーナーチュ−ブを得た。得られた実施例１５のインナ−チ−ブの内壁面粗さはＲａで０．７μｍと平滑であったが、比較例４のものは内壁面粗さがＲａで３．０μｍであった。
【００５７】
これらのインナ−チュ−ブを前述のＬＰＣＶＤ炉内に図８の３２のようにして配置して、同様の実験を行ってウェハ上にＳｉ膜を形成させた。その結果、比較例４ではＳｉ膜の面内で膜厚にバラツキが見られたが、本発明のインナ−チュ−ブを用いた場合は膜厚にバラツキは見られなかった。
【００５８】
（実施例１６〜１８）
次に、上記の実施例１５と同様な方法でＣＶＤ−ＳｉＣ被膜の厚さを１ｍｍ（実施例１６）、１．５ｍｍ（実施例１７）、２ｍｍ（実施例１８）と変化させ、肉厚の異なるＣＶＤ−ＳｉＣ単一相のインナーチューブを用意した。これらを図７に示す炉内に配置した。
【００５９】
上記装置で、ヒータを５℃／min で昇温させ、その場合の炉内温度を熱電対で測定した。ヒータの加熱温度が７００℃に達した時点から炉内の温度が７００℃で一定になるまでの時間を調査した。その結果は表４に示す通りであった。
【００６０】
【表４】

【００６１】
表４に示す通り、インナーチューブの厚さが薄いほど炉内中心部が均熱に達するまでの時間が短くなることが明らかである。
【００６２】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によると炉芯管やノズル内壁を高純度で平滑に出来るので、ガスの流れを均一に出来て対流などによって生成するパーティクルの発生を大きく低減することが出来るようになった。さらに、インナーチューブの場合にはウェハ上に形成される膜の膜厚にはバラツキが生じることなく均一に形成することも可能となった。
【００６３】
その結果、熱処理されるウェハ表面に堆積するパーティクルも自ずから減少し膜厚のバラツキが減少するため歩留まりの向上を期待することが出来るようになった。さらに、部材自体はクラックがなく耐蝕性のあるＣＶＤ−ＳｉＣ単一相で構成されているので寿命も向上し、さらに研削機械加工を行わなくとも内表面が平滑なガス導入ノズルが得られるため、デバイス製造時のコストの低減と歩留まりの向上を大いに図ることが出来、内壁面が平滑な複雑形状のガス導入ノズルも可能となる。
【００６４】
炉芯管の厚さを薄くし熱容量を小さくし炉内の温度を効率よく上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例になる半導体処理部材の拡大斜視図。
【図２】この発明の一実施例の半導体処理部材において、カーボンパイプの表面に熱分解カーボンの層が形成された状態を模式的に示した部分拡大説明図。
【図３】この発明の一実施例の半導体処理部材において、カーボンパイプの表面にガラス状カーボンの層が形成された状態を模式的に示した部分拡大説明図。
【図４】この発明の一実施例になる異なったガス導入ノズルの断面図で、（Ａ）は先端部が曲折されたもの、（Ｂ）は基端から３方向に分岐した枝管を有するもの、（Ｃ）は直管の両端が屈曲したものである。
【図５】（Ａ）は、カーボンパイプの内面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成し、その後これを酸化処理して外側のカーボンパイプを焼抜きＣＶＤ−ＳｉＣ単一相のパイプとする工程を示した説明図、（Ｂ）は図（Ａ）に示すＣＶＤ−ＳｉＣのパイプの内壁面の一部（Ｘ）を誇張して拡大し、模式的に示したものである。
【図６】（Ａ）は、カーボンパイプの外面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成し、その後これを酸化処理して内側のカーボンパイプを焼抜きＣＶＤ−ＳｉＣ単一相のパイプとする工程を示した説明図、（Ｂ）は図（Ａ）に示すＣＶＤ−ＳｉＣのパイプの内壁面の一部（Ｙ）を誇張して拡大し、模式的に示したものである。
【図７】図７は、この発明のＳｉＣ焼結体基材を用いた場合の工程を示した説明図、
【図８】インナーチューブを有するＬＰＣＶＤ炉の構成を示した説明図。
【符号の説明】
１，５……カーボンパイプ、２……熱分解カーボン層、３，７……気孔、６……ガラス状カーボン、１００……ガス導入ノズル、２０……ＳｉＣ焼結体の基材、２１……熱分解又はガラス状カーボン、２２……ＣＶＤ−ＳｉＣ、２３……隙間
３０……反応炉、３１……アウターチューブ、３２……インナーチューブ、３３……ボート、３４……ヒータ、３５……ウェハ、３６……ボート受。

Claims

カーボン基材の外表面に熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を形成し、該熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の表面にＣＶＤによりＳｉＣ膜を形成し、次にカーボン基材と基材表面に形成した熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を酸化除去することを特徴とする高純度炭化珪素質半導体処理部材の製造方法。
高純度ＳｉＣ焼結体基材の外表面に熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を形成し、該熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の表面にＣＶＤによりＳｉＣ膜を形成し、次に基材表面に形成した熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層を酸化除去し、熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の酸化除去で生じた隙間から高純度ＳｉＣ焼結体基材を除去することを特徴とする高純度炭化珪素質半導体処理部材の製造方法。
熱分解カーボン層又はガラス状カーボン層の厚さが３〜８０μｍである請求項１，２いずれかに記載の高純度炭化珪素質半導体処理部材の製造方法。