JP4255019B2 - 熱処理用部材 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造プロセスのうち加熱を伴う工程で使用される熱処理用部材に関する。

半導体製造プロセスのうちで加熱を伴う工程、例えば、ＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure-Chemical Vapor Deposition：低圧ＣＶＤ）によるＳｉ₃Ｎ₄（窒化ケイ素）膜デポ工程においては、基材表面が多結晶のＳｉＣ（炭化ケイ素）によりコーティングされている熱処理用部材が用いられている。

従来、この種の熱処理用部材としては、ウェーハと接触する面や高い精度が求められる箇所に機械加工を施して極めて凹凸の少ない面とした基材表面が多結晶のＳｉＣによりコーティングされているもの、あるいは凹凸加工を施した基材表面が多結晶のＳｉＣによりコーティングされているものが知られている。

しかし、従来の熱処理用部材では、半導体ウェーハへのＬＰ−ＣＶＤによるＳｉ₃Ｎ₄膜デポ工程に使用する際、基材表面が平滑な前者の場合、冷熱サイクルによりＳｉ₃Ｎ₄デポ膜に多結晶のＳｉＣ膜との熱膨張係数の違いによって引張応力が発生し、堆積するＳｉ₃Ｎ₄デポ膜の累積膜厚が小さいうちにクラックが発生してその剥がれやずれによるダストが半導体デバイスの歩留まりを低下させてしまう不具合がある。
かかる不具合に対処するため、デバイスメーカーでは、熱処理用部材のデポ膜除去洗浄タイミングを早めて使用しているため、製造装置の実稼働時間が比較的短い。

一方、基材表面が凹凸である後者では、前者よりデポ膜除去洗浄タイミングを幾分遅くはできるものの、炉内パーティクルの突発により、堆積するＳｉ₃Ｎ₄デポ膜の累積膜厚を９μｍを超えて大きくすることは困難である。
かような炉内パーティクルの突発は、Ｓｉ₃Ｎ₄デポ膜の累積膜厚が９μｍを超えた際に、基材表面の凸部又は凹部と対応する部分のデポ膜に大きなクラックが発生し、パーティクルが非常に多くなるものである。
特開平４−３５８０６８号公報 特開２０００−０６４０４８号公報

本発明は、堆積するデポ膜の累積膜厚を格段に大きくし得る熱処理用部材の提供を課題とする。

本発明の熱処理用部材は、基材表面が多結晶のＳｉＣによりコーティングされている熱処理用部材であって、コーティング表面が、基部の最大直径２０〜１００μｍ、１ｍｍ²当たり１５０〜３５００個の密度で存在する、多結晶ＳｉＣの表面部である丘状凸部により凹凸形状をなすように設けられていることを特徴とする。

一方、前記コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子が最大粒径２〜１０μｍであることが好ましい。

又、前記コーティング膜の厚さが３０〜１００μｍであることが好ましい。

本発明の熱処理用部材によれば、堆積するデポ膜の各部に発生する応力が均等に分散されるので、デポ膜の累積膜厚を格段に大きくすることができ、ひいては熱処理用部材のデポ膜除去洗浄に要する時間を低減することができる。

一方、コーティング膜を形成するＳｉＣ単結晶粒子が最大粒径２〜１０μｍであることにより、ＳｉＣ単結晶粒子と対応する部分のデポ膜に発生する応力が集中することがないので、デポ膜の累積膜厚をより一層大きくすることができる。

基材としては、Ｓｉ含浸ＳｉＣ焼結体（反応焼結ＳｉＣ）、自焼結ＳｉＣ、カーボン、その他が用いられる。
基材表面は、平滑であっても、凹凸であってもよいが、凹凸である場合、凸部の大きさは、丘状凸部の大きさの同等以下とする。

丘状凸部は、円錐状の多結晶ＳｉＣの表面部であって、ほぼ半球状を呈するものであり、その基部の最大直径が、２０μｍ未満であると、許容される累積膜厚は従来技術並（＜１５μｍ）である。一方、１００μｍを超えると、許容される累積膜厚は１５〜２０μｍが上限となる。
丘状凸部の基部の最大直径は、４０〜７０μｍがより好ましい。
ここで、基部とは、丘状凸部の裾をいう。

丘状凸部の１ｍｍ²当たりに存在する密度が、１５０個未満であると、許容される累積膜厚は従来技術並（＜１５μｍ）となる。一方、３５００個を超えても許容される累積膜厚は従来技術並（＜１５μｍ）となる。
丘状凸部の１ｍｍ²当たりに存在する密度は、４００〜２０００個がより好ましい。

一方、コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大粒径が、２μｍ未満であると、許容される累積膜厚を飛躍的に大きくすることは難しい。一方、１０μｍを超えると、突発的にパーティクル量が増えることがある。
コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大直径は、７〜９μｍがより好ましい。

又、コーティング膜の厚さが、３０μｍ未満であると、ＣＶＤＳｉＣ膜の特性が長続きしない。一方、１００μｍを超えても性能は更に向上することがない。
コーティング膜の厚さは、３０〜８０μｍがより好ましい。
ここで、コーティング膜の厚さとは、基材表面が平滑な場合、（コーティング膜の凹部の厚さ＋コーティング膜の凸部の厚さ）÷２をいい、基材表面に凹凸がある場合、（断面の最大厚さ＋断面の最小厚さ）÷２をいう。

図１、図２及び図３は、それぞれ本発明に係る熱処理用部材の実施例１を示す表面の粒子構造の顕微鏡写真、図１の部分拡大顕微鏡写真及び図２の部分拡大顕微鏡写真である。

この熱処理用部材は、表面粗さＲａを０．１μｍ程度に表面を平滑にしたＳｉ（金属シリコン）含浸ＳｉＣ焼結体を基材とし、その表面が多結晶のＳｉＣによりコーティングされているものである。
そして、コーティング表面が、前記基部の最大直径２０〜１００μｍ、１ｍｍ²当たり１５０〜３５００個の密度（ｎ＝１０での範囲、以下同じ）で存在するほぼ半球状の丘状凸部により凹凸形状をなすように設けられており、コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大粒径が２〜１０μｍであり、又、コーティング膜の厚さ（（凹部の厚さ＋凸部の厚さ）÷２）が５０〜６０μｍであるものである。

上述した熱処理用部材を製造するには、先ず、ＳｉＣ仮焼体をＳｉと反応焼結させた後に、研削加工を施して表面が表面粗さＲａが０．１μｍ程度の平滑なＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体を基材とする。
次に、基材表面にＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣをコーティングするのであるが、ＣＶＤ初期段階において、原料供給濃度を大きく（対キャリアーモル比で１．５〜５倍と）し、コーティング表面が、基部の最大直径２０〜９０μｍ、１ｍｍ²当たり２００〜１００００個の密度で存在するほぼ半球状の丘状凸部により凹凸形状をなすようにした後、定常の原料供給濃度に戻してＣＶＤし、最終的なコーティング表面が、基部の最大直径２０〜１００μｍ、１ｍｍ²当たり１５０〜３５００個の密度で存在するほぼ半球状の丘状凸部により凹凸形状をなすと共に、コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大粒径が２〜１０μｍであり、かつ、コーティング膜の厚さが３０〜１００μｍであるようにする。
なお、ＣＶＤ条件は、以下の通りである。
温度：１２００℃
ガス（定常）：ＳｉＣｌ₄（四塩化ケイ素）＋Ｃ₃Ｈ₈（プロパン）＋Ｈ₂（水素）＝３＋１＋２０ｓｌｍ

ここで、上述した熱処理用部材を用いて、ＬＰ−ＣＶＤによるＳｉ₃Ｎ₄膜デポ工程を行ったところ、Ｓｉ₃Ｎ₄デポ膜の許容累積膜厚は、表１に示すように、２０μｍ以上となり、又、ＬＰ−ＣＶＤの炉内におけるＳｉ₃Ｎ₄パーティクル量は、表１に示すように、少なかった。

図４及び図５は、それぞれ本発明に係る熱処理用部材の実施例２を示す表面の粒子構造の顕微鏡写真及び図４の部分拡大顕微鏡写真である。

この熱処理用部材は、前記基部の最大直径１０〜１００μｍ、１ｍｍ²当たり１００〜１０００個の密度で存在する丘状凸部により表面が凹凸形状をなすように設けられたＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体を基材とし、その表面が多結晶のＳｉＣによりコーティングされているものである。
そして、コーティング表面が、基部の最大直径７０〜８０μｍ、１ｍｍ²当たり２００〜１０００個の密度で存在するほぼ半球状の丘状凸部により凹凸形状をなすように設けられており、コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大粒径が２〜１０μｍであり、又、コーティング膜の厚さ（断面の最大厚さ＋断面の最小厚さ）が、４０〜５０μｍであるものである。

上述した熱処理用部材を製造するには、先ず、ＳｉＣ仮焼体にＳｉを含浸した後、染み出したＳｉをグラインダーで除去し、しかる後に、その表面を、＃１８００のＳｉＣ砥粒を用い、１ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で全面サンドブラスト処理し、表面が、基部の最大直径１０〜１００μｍ、１ｍｍ²当たり１００〜１０００個の密度で存在するほぼ半球状の丘状凸部により凹凸形状をなすＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体を基材とする。
次に、基材表面にＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣをコーティングし、コーティング表面が、基部の最大直径２０〜１００μｍ、１ｍｍ²当たり２００〜２５００個の密度で存在するほぼ半球状の丘状凸部により凹凸形状をなすと共に、コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大粒径が２〜１０μｍで、かつ、コーティング膜の厚さが３０〜１００μｍであるようにする。
なお、ＣＶＤ条件は、以下の通りである。
温度：１２５０℃
ガス：ＳｉＣｌ₄＋Ｃ₃Ｈ₈＋Ｈ₂＝３＋１＋２０ｓｌｍ

ここで、上述した熱処理用部材を用いて、ＬＰ−ＣＶＤによるＳｉ₃Ｎ₄膜デポ工程を行ったところ、Ｓｉ₃Ｎ₄デポ膜の許容累積膜厚は、表１に示すように、２０μｍを超え、又、ＬＰ−ＣＶＤの炉内におけるＳｉ₃Ｎ₄パーティクル量は、表１に示すように、少なかった。
（比較例１）

図６及び図７は、比較のための熱処理用部材の比較例１を示す表面の粒子構造の顕微鏡写真及び図６の部分拡大顕微鏡写真である。

この熱処理用部材は、表面粗さＲａが０．１μｍ程度に表面を平滑にしたＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体を基材とし、その表面が多結晶のＳｉＣによりコーティングされているものである。
そして、コーティング表面が、基部の最大直径９０〜１４０μｍ、１ｍｍ²当たり２〜５個の密度で存在するほぼ半球状の丘状凸部によりまばらな凸形状をなすように設けられており、コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大粒径が１〜５μｍであり、又、コーティング膜の厚さ（丘状凸部を除く部分の厚さ）が、４０〜６０μｍであるものである。

上述した熱処理用部材を製造するには、先ず、実施例１と同様に、ＳｉＣ仮焼体にＳｉを含浸した後、染み出したＳｉをグラインダーで除去し、しかる後に、研削加工を施して表面が表面粗さＲａが０．１μｍ程度の平滑なＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体を基材とする。
次に、基材表面にＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣをコーティングし、コーティング表面が、基部の最大直径９０〜１４０μｍ、１ｍｍ²当たり５０〜１３０個の密度で存在するほぼ半球状の丘状凸部によりまばらな凸形状をなすと共に、コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大粒径が１５〜２０μｍで、かつ、丘状凸部の部分を除くコーティング膜の厚さが６０〜７０μｍであるようにする。
なお、ＣＶＤ条件は、以下の通りである。
温度：１２５０℃
ガス：ＳｉＣｌ₄＋Ｃ₃Ｈ₈＋Ｈ₂＝３＋１＋２０ｓｌｍ

ここで、上述した熱処理用部材を用いて、ＬＰ−ＣＶＤによるＳｉ₃Ｎ₄膜デポ工程を行ったところ、Ｓｉ₃Ｎ₄デポ膜の許容累積膜厚は、表１に示すように、１５〜２０μｍとなり、又、ＬＰ−ＣＶＤの炉内におけるＳｉ₃Ｎ₄パーティクル量は、表１に示すように、少なかった。
（比較例２）

図８及び図９は、比較のための熱処理用部材の比較例２を示す表面の粒子構造の顕微鏡写真及び図８の部分拡大顕微鏡写真である。

この熱処理用部材は、表面粗さＲａが０．１μｍ程度に表面を平滑にしたＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体を基材とし、その表面が多結晶のＳｉＣによりコーティングされているものである。
そして、コーティング表面が、基部の最大直径１０〜２０μｍ、１ｍｍ²当たり５０〜１２０個の密度で存在するほぼ半球状の丘状凸部により凹凸形状をなすように設けられており、コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大粒径が８〜２０μｍであり、又、コーティング膜の厚さ（（凹部の厚さ＋凸部の厚さ）÷２）が５０〜６０μｍであるものである。

上述した熱処理用部材を製造するには、先ず、実施例１と同様に、ＳｉＣ仮焼体にＳｉを含浸した後、染み出したＳｉをグラインダーで除去し、しかる後に、研削加工を施して表面が表面粗さＲａが０．１μｍ程度の平滑なＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体を基材とする。
次に、基材表面にＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣをコーティングし、コーティング表面が、基部の最大直径１０〜２０μｍ、１ｍｍ²当たり３５００〜１２０００個の密度で存在するほぼ半球状の丘状凸部により凹凸形状をなすと共に、コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子の最大直径が８〜２０μｍであり、かつ、コーティング膜の厚さが４０〜５０μｍであるようにする。
なお、ＣＶＤ条件は、以下の通りである。
温度：１２００℃
ガス：ＳｉＣｌ₄＋Ｃ₃Ｈ₈＋Ｈ₂＝３＋１．１＋２０ｓｌｍ

ここで、上述した熱処理用部材を用いて、ＬＰ−ＣＶＤによるＳｉ₃Ｎ₄膜デポ工程を行ったところ、Ｓｉ₃Ｎ₄デポ膜の許容累積膜厚は、表１に示すように、１５μｍ未満となり、又、ＬＰ−ＣＶＤの炉内におけるＳｉ₃Ｎ₄パーティクル量は、表１に示すように、多かった。

本発明に係る熱処理用部材の実施例１を示す表面の粒子構造の顕微鏡写真である。 図１の部分拡大顕微鏡写真である。 図２の部分拡大顕微鏡写真である。 本発明に係る熱処理用部材の実施例２を示す表面の粒子構造の顕微鏡写真である。 図４の部分拡大顕微鏡写真である。 比較のための熱処理用部材の比較例１を示す表面の粒子構造の顕微鏡写真である。 図６の部分拡大顕微鏡写真である。 比較のための熱処理用部材の比較例２を示す表面の粒子構造の顕微鏡写真である。 図８の部分拡大顕微鏡写真である。

Claims (3)

1. 基材表面が多結晶のＳｉＣによりコーティングされている熱処理用部材であって、コーティング表面が、基部の最大直径２０〜１００μｍ、１ｍｍ²当たり１５０〜３５００個の密度で存在する、多結晶ＳｉＣの表面部である丘状凸部により凹凸形状をなすように設けられていることを特徴とする熱処理用部材。
2. 前記コーティング膜の多結晶ＳｉＣを構成するＳｉＣ単結晶粒子が最大粒径２〜１０μｍであることを特徴とする請求項１記載の熱処理用部材。
3. 前記コーティング膜の厚さが３０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の熱処理用部材。
   

Images