JP7354898B2 - 排ガス処理方法および炭化珪素多結晶ウエハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス処理方法および炭化珪素多結晶ウエハの製造方法に関する。詳しくは、複数の炭化珪素多結晶基板を互いに隙間を空けて積層する方向に配列する縦型配列構造の基板処理装置等を用いて、炭化珪素多結晶ウエハを製造する方法および排出される排ガスの処理方法に関するものである。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、２．２～３．３ｅＶの広い禁制帯幅を有するワイドバンドギャップ半導体であり、その優れた物理的、化学的特性から、例えば、高周波電子デバイス、高耐圧かつ高出力電子デバイス、青色から紫外にかけての短波長光デバイス等をはじめとして、炭化珪素によるデバイス（半導体素子）作製の研究開発が盛んに行われている。ＳｉＣデバイスの実用化を進めるにあたっては、高品質のＳｉＣエピタキシャル成長のために大口径の炭化珪素基板を製造することが求められている。現在、その多くは、種結晶を用いた昇華再結晶法（改良レーリー法、改良型レーリー法等と呼ばれる）やCVD法（化学的気相蒸着法）等で製造されている。

ＣＶＤ法を利用する炭化珪素基板の製造方法は、原料ガスを気相反応させ、基材面上に炭化珪素生成物を析出させて被膜を生成した後、基材を除去するものであり、緻密で高純度の炭化珪素基板を得ることができる。また、基材は切削や研磨等により除去されるが、基材に炭素材を用いると空気中で熱処理することにより除去できる。

特許文献１には、ＣＶＤ法による炭化珪素基板の製造方法として、基材の表面に化学蒸着法により炭化珪素膜を形成し、その後前記基材を除去して得られた炭化珪素基板の両面に、更に炭化珪素膜を形成することを特徴とする、化学蒸着法による炭化珪素基板の製造方法が提案されている。

また、非特許文献１や２には、Ｓｉ粒子の発生を抑制し、高速にＳｉＣを成膜するために、珪素系の原料ガスとしてクロロシラン系ガス、例えばSiCl₄、SiHCl₃等を用いることが提案されている。原料ガス中のクロロシラン系ガスのうち、成膜対象となる基板にＳｉＣとなって析出する量は一部であり、大部分はＳｉＣとならずに廃棄ガスとして排気される。そして、廃棄ガスの温度の低下とともに、クロロシラン系ガスは高次のクロロシランポリマーとなって、排気配管等に析出し、これにより排気配管等が閉塞するおそれがある。

高次のクロロシランポリマーは、配管を閉塞するだけではなく、大気中の水分により加水分解し、例えば非特許文献３に示すように、不完全な加水分解物が爆発性化合物を形成するおそれのあることが知られている。そのため、高次のクロロシランポリマーが付着した排気配管等や部品の取り扱い方法や、これらの洗浄には注意が必要である。

そのため、特許文献２では、メチルトリクロロシランガスを原料として使用してSiCを生成させる成膜装置において、成膜装置から排出された排気ガスの温度を低下させずに750℃～850℃に保持して、これを排気ガス処理装置（改質炉）内に導入し、さらにクロロシラン系ガスを含む排気ガスにクロロメタンガスを添加して反応させることが開示されている。これにより、排気ガス中のSiCl₂系ガスをSiCl₄、SiHCl₃、CH₃SiCl₃やC₂H₃SiCl₃等に改質することができるため、排気ガス温度を低下させても高次のクロロシランポリマーの生成を抑制することができることが開示されている。さらに、特許文献２では、排気ガスが排気ガス処理装置内で固体SiCとして析出すること、そして固体SiCを形成することが、高次のクロロシランポリマーの生成の低減に有効であることが記載されている。

特開平８－１８８４０８号公報 ＷＯ２０１８/００８６４２

平井敏雄・後藤孝・梶利彦 窯業協会誌Vol.91、No11、（1983） 503 石田夕起 J. Vac. Soc. Jpn. Vol. 54, No. 6,（2011） 346 三菱マテリアル株式会社四日市工場 高純度多結晶シリコン製造施設 爆発火災事故調査報告書 http://www.mmc.co.jp/corporate/ja/01/01/14-0612a.pdf

しかしながら、特許文献２の方法では、排気ガス中のクロロシラン系ガスを全て固体SiCにすることはできておらず、高次のクロロシランポリマーが排気配管等へ析出することで、排気配管等が閉塞してしまうことを、完全には防止することができないおそれがある。また、排気ガス中にSiCl₄、SiHCl₃、CH₃SiCl₃やC₂H₃SiCl₃等の気化温度の高く、可燃性かつ有害なクロロシラン系ガスを含むため、低温の回収装置で排気ガスを回収することが必要という問題がある。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み、高次のクロロシランポリマーが排気配管等に析出することを防止し、排気配管等が閉塞することを抑制することのできる、排ガス処理方法および炭化珪素多結晶ウエハの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の排ガス処理方法は、化学蒸着により炭化珪素多結晶を成膜する成膜室から排出される、塩素含有珪素源ガスを含有する排ガスを、炭化珪素析出板を備える、室内温度が１４００Ｋ～１８００Ｋの排ガス処理室へ導入する排ガス導入工程と、前記炭化珪素析出板へ接触する前記排ガス中の炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉを、１．１～２．０：１に制御するモル比制御工程と、前記モル比制御工程後の前記排ガスを、前記炭化珪素析出板で反応させて、炭化珪素を析出させる炭化珪素析出工程と、を含む。

本発明であれば、高次のクロロシランポリマーが排気配管等に析出することを防止し、排気配管等が閉塞することを抑制することのできる、排ガス処理方法および炭化珪素多結晶ウエハの製造方法を提供することができる。

炭化珪素多結晶ウエハの製造装置１０００の上面からみた断面を示す概略図である。 第１面１１０を成膜室１１０の内部から見た正面概略図である。 第２面１２０を成膜室１１０の内部から見た正面概略図である。 基板ホルダー５００の模式図である。 混合ガスの噴出について説明する模式図である。 排ガス処理装置９００ａ、９００ｂの上面からみた断面を示す概略図である。 炭化珪素多結晶ウエハの製造装置２０００の断面概略図である。 炭化珪素多結晶ウエハの製造装置３０００の上面からみた断面を示す概略図である。 炭化珪素析出板９４３の模式図である。 排ガス処理装置９００ｄ、９００ｅの上面からみた断面を示す概略図である。

本発明者らは上記のような課題を解決するために鋭意検討を行ったところ、例えばホットウォール式のCVD装置において、SiCの成膜室に隣接してＳｉＣ析出板を有するガス処理装置を設け、このガス処理装置に成膜室から排出される排気ガスを導入し、排気ガスに炭素源ガスを適宜添加して、ガス処理装置中のＣ/Ｓｉガス濃度比を1.1以上2.0以下に制御し、その後排気ガスをＳｉＣ析出板で反応させることで、固体SiCを形成することによって、高次のクロロシランポリマーが排気配管等に析出することを防止し、排気配管等が閉塞することを抑制できることを見出した。

以下、本発明の排ガス処理方法および炭化珪素多結晶ウエハの製造方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されない。

〈炭化珪素多結晶ウエハの製造装置１０００〉
図１に、本発明の排ガス処理方法および炭化珪素多結晶ウエハの製造方法に用いることのできる、炭化珪素多結晶ウエハの製造装置の一実施形態として、製造装置１０００の上面からみた断面を示す概略図を示す。製造装置１０００は、成膜室１００と、混合ガス噴出口２００と、混合ガス排出口３００と、ヒータ４００と、基板ホルダー５００と、排ガス処理装置９００を備える。

〈成膜室１００〉
成膜室１００は、第１面１１０と、第１面１１０と対向する第２面１２０と、第１面１１０と第２面１２０とをつなぐ４つの側面１３０からなる直方体状の内形を有する。直方体状の内形とすることで、複数の基板６００を成膜室１００に設置した場合において、基板と基板との間の隙間と基板と側面１３０との間の隙間の形状が同一または近似とすることができる。そのため、基板と基板との間を流れる混合ガスと同様に、側面１３０と基板との間を流れる混合ガスも、混合ガス噴出口２００から混合ガス排出口３００へ向かって均一に流すことができる。その結果として、基板に対して均一でばらつきの少ない膜を成膜することができる。

例えば、成膜室１００の内形が直方体状ではなく、筒状の場合には、基板と基板との間の隙間と基板と側面１３０との間の隙間の形状が大きく異なるため、基板と基板との間を流れる混合ガスと、側面１３０と基板との間を流れる混合ガスとが均一に流れなくなる。その結果として、基板と基板との間で成膜した膜と、基板と側面１３０との間で成膜した膜が不均一となり、基板間でばらつきの大きい膜が成膜されるおそれがある。

なお、成膜室１００の内形は、基板ホルダー５００と基板ホルダー５００に保持された基板６００が入る大きさがあればよく、成膜に関与しない混合ガスが混合ガス噴出口２００から混合ガス排出口３００へ向かって流れて、成膜室１００から排出されてしまうような余分な空間をできるだけ設けないことが好ましい。

また、成膜室１００は黒鉛製であることが好ましい。黒鉛であれば直方体状への加工が容易であり、また、成膜時に不活性雰囲気下とすることで、高温となる成膜条件に十分な耐久性を持つことができる。

〈混合ガス噴出口２００〉
混合ガス噴出口２００は、成膜室１００の第１面１１０またはその近傍にあり、原料ガスおよびキャリアガスを含む混合ガスを前記成膜室１００に噴出する。混合ガス噴出口２００は複数あることが好ましいが、１つであってもよい。混合ガス噴出口２００が複数あることにより、１つのみの場合と比べて成膜室１００へ混合ガスをより均一に噴出することができる。混合ガス噴出口２００の一例としては、混合ガスが流通する混合ガス導入管２１０において、混合ガスが噴出される開口端部に相当する。そして、混合ガス噴出口２００は、第１面１１０にあってもよく、図１に示すように第１面１１０の近傍であって、成膜室１００の内部側や、混合ガスのガス漏れが無いことを前提として成膜室１００の外部にあってもよい。近傍は、例えば第１面１１０から２０ｍｍ程度が目安となる。なお、混合ガス噴出口２００の温度を制御できるよう、混合ガス導入管２１０を適宜加熱できるヒータや冷却できるクーラー等の温度制御手段を備えてもよい。

図２に、第１面１１０を成膜室１１０の内部から見た正面概略図を示す。図２では、第１面１１０に４個の混合ガス噴出口２００が、一列に配置されている。４個の混合ガス噴出口２００が並ぶ方向は、基板ホルダー５００において基板６００が並んで積層される方向と一致させることができる。各混合ガス噴出口２００のそれぞれから、混合ガスを均等に排出することが可能である。混合ガス噴出口２００の内径は、混合ガス噴出口２００の数や噴出条件によって最適のものを用いればよく、混合ガスの噴出に問題が無ければ特に限定されないが、例えば１０ｍｍ～２５ｍｍの範囲に設定することができる。また、隣接する混合ガス噴出口２００同士の距離は、混合ガス噴出口２００の数や噴出条件によって最適のものを用いればよく、混合ガスの噴出に問題が無ければ特に限定されないが、例えば２ｍｍ～１６ｍｍの範囲に設定することができる。また、第１面１１０には、混合ガス噴出口２００が複数の行と複数の列とによって配置されていてもよい。

〈混合ガス排出口３００〉
混合ガス排出口３００は、成膜室１００の第２面１２０またはその近傍にあり、混合ガスを成膜室１００から排出する。混合ガス排出口３００の一例としては、混合ガスが成膜室１００の外部へ排出されるために流通する混合ガス排出管３１０において、混合ガスが排出される開口端部に相当する。そして、混合ガス排出口３００は、第２面１２０にあってもよく、図１に示すように第２面１２０の近傍であって、成膜室１００の内部側や、混合ガスのガス漏れが無いことを前提として成膜室１００の外部にあってもよい。近傍は、例えば第２面１２０から２０ｍｍ程度が目安となる。なお、炭化珪素等が混合ガス排出口３００や混合ガス排出管３１０において析出しないよう、混合ガス排出口３００や混合ガス排出管３１０を温度制御するべく、適宜加熱できるヒータや冷却できるクーラー等の温度制御手段を備えてもよい。

図３に、第２面１２０を成膜室１００の内部から見た正面概略図を示す。図３では、第２面１２０の中央に１個の混合ガス排出口３００が配置されている。混合ガス排出口３００は、炭化珪素等が多少成膜しても混合ガスを問題なく排出できれば、１個であってもよく、複数あってもよいが、炭化珪素等が多少成膜しても混合ガスを問題なく排出できるよう、第２面の一辺の１/５～１/２程度の開口直径を持つものが好ましい。

〈ヒータ４００〉
ヒータ４００は、成膜室１００の４つの側面１３０を囲み、成膜室１００を加熱する。ヒータ４００を制御することによって、成膜室１００の温度を基板に膜を成膜させるのに適した温度に制御することができる。ヒータ４００としては、熱ＣＶＤ法に有用なヒータを用いることができ、例えば筒状のカーボンヒータやカンタルヒータを用いることができる。

〈基板ホルダー５００〉
図４に基板ホルダー５００の模式図を示す。図４（ａ）が基板６００を保持した基板ホルダー５００の側面図であり、図４（ｂ）が成膜室１００の内部において第１面１１０側から見た基板ホルダー５００の正面図である。基板ホルダー５００は、複数の基板６００を、基板６００同士を非接触で等間隔に積層して保持可能であり、成膜室１００の第１面１１０と第２面１２０との間において、基板６００の成膜対象面６１０を成膜室１００の側面１３０と平行に設置可能である。

図４において、基板ホルダー５００は、上保持棒５１０と下保持棒５２０によって基板６００を上下の２か所より挟んで保持することができ、上保持棒５１０と下保持棒５２０のいずれも基板６００を保持するための溝５１１、５２１を有するものである。ただし、基板ホルダーとしてはこれに限定されず、上下に加えて前後にも保持棒を有し、３か所または４か所で基板を保持することができる。

基板ホルダー５００は、例えば上保持棒５１０と下保持棒５２０のいずれもが、成膜室１００の側面１３０のうち、上側面１３０ａと下側面１３０ｂとそれぞれ密接していることで、成膜に関与しない混合ガスが大量に混合ガス噴出口２００から混合ガス排出口３００へ向かって流れて、成膜室１００から大量に排出されてしまうことを防止することができる。

なお、図４（ｂ）では、基板６００の成膜対象面６１０は成膜室１００の側面１３０のうち、左側面１３０ｃと右側面１３０ｄと平行に設置されており、上側面１３０ａおよび下側面１３０ｂと垂直に設置されている。ただし、基板ホルダー５００の形状を変えることにより、基板６００の成膜対象面６１０が左側面１３０ｃと右側面１３０ｄと垂直に設置され、上側面１３０ａおよび下側面１３０ｂと平行に設置されることもできる。すなわち、基板６００は、垂直方向に積層してもよく、水平方向に積層してもよい。ただし、成膜対象面６１０が混合ガス噴出口２００に面するように、成膜対象面６１０を第１面１１０および第２面１２０と平行となるように基板６００を設置すると、基板の間に混合ガスが均一に流れなくなるため、好ましくない。

また、基板６００の成膜対象面６１０と左側面１３０ｃとの隙間の幅７００、および右側面１３０ｄとの隙間の幅７１０が、等間隔に積層した基板６００間のそれぞれの隙間の幅７２０と同一であると、これらの隙間を混合ガスが均一に流れるため、基板間や同一成膜対象面において、厚みのバラツキの少ない膜を成膜することができる。

〈混合ガスの噴出速度〉
図５に、混合ガスの噴出について説明する模式図を示す。混合ガスにおける分子同士の衝突を無視した場合の混合ガスの広がりを模式的に示したものであり、混合ガスに加圧等せずに第１面の混合ガス噴出口２００から自然に拡散する場合の拡散速度をＶｄ、混合ガスを加圧等して混合ガス噴出口２００から噴出する場合の噴出速度をＶｇとする。

拡散速度Ｖｄが噴出速度Ｖｇよりも速い場合、混合ガス８００の拡散がゆっくりと進むため（図５（ａ））、原料ガスの成膜室１００への供給量が少なくなり、成膜速度が遅くなるおそれがある。混合ガス噴出口２００が混合ガスによって成膜しないように、成膜室１００において基板６００と混合ガス噴出口２００との距離をある程度設けることで混合ガス噴出口の温度を低温（例えば１２００Ｋ以下）に制御しようとすると、混合ガス８００が基板６００へ到達するまでに距離があるため、より成膜に時間がかかることとなる。

この点を考慮して、製造装置１０００では、混合ガス噴出口２００から噴出される混合ガスの噴出速度を、前記混合ガスの拡散速度よりも早くすることができるものである。すなわち、噴出速度Ｖｇを拡散速度Ｖｄよりも早くすることで（図５（ｂ））、混合ガス８１０が混合ガス噴出口２００より強制的に排出される。これにより、成膜室１００において基板６００と混合ガス噴出口２００との距離をある程度設けた場合であっても、成膜速度の低下を抑えることができる。すなわち、従来法と同等の成膜速度を維持しつつ、混合ガス噴出口２００が混合ガスによって成膜して口径が小さくなっていくことや、混合ガス噴出口２００が塞がってしまうことを防止することができる。

噴出速度Ｖｇを拡散速度Ｖｄよりも早くするべく、混合ガス８１０を混合ガス噴出口２００より強制的に排出することは、例えば、ガス量をレギュレータやコンプレッサ、吸引装置等の噴出速度制御手段により調整することで可能である。例えば、噴出速度Ｖｇを０．４ｍ／秒以上とすることで、従来法と同等の成膜速度を維持しつつ、混合ガス噴出口２００が混合ガスの成膜によって口径が小さくなっていくことや、混合ガス噴出口２００が塞がってしまうことを容易に防止することができる。さらに、噴出速度Ｖｇが１ｍ／秒以上であれば、従来法よりも成膜速度を明確に早めることが可能であり、成膜処理時間をより効果的に短縮することができる。また、本発明の製造装置１０００において、複数の混合ガス噴出口２００が設けられる場合、基板ホルダー５００が保持可能な基板６００の枚数と、混合ガス噴出口２００の口数との比は、１：０．４～１．５であることが好ましい。基板ホルダー５００が保持可能な基板６００の枚数と、混合ガス噴出口２００の口数との比は、１：０．４～１．５であれば、上記のガス速度やガス流量の均一性を満足しつつ、成膜速度の低下を防止することができる。

製造装置１０００において、混合ガス噴出口２００と基板ホルダー５００との最短距離は、１５０ｍｍ以上であることが好ましい。混合ガス８１０の噴出速度やガス流量、混合ガス噴出口２００の口数によっても、最適な最短距離は異なるものの、上記の最短距離が１５０ｍｍ以上であれば、成膜室１００における基板６００周辺の成膜温度よりも、混合ガス噴出口２００周辺の温度を十分に下げることができる。これにより、混合ガス噴出口２００が混合ガスの成膜によって口径が小さくなっていくことや、混合ガス噴出口２００が塞がってしまうことを容易に防止することができる。

〈排ガス処理装置９００〉
排ガス処理装置９００は、成膜室１００から排出される排ガスを処理する装置であり、具体的には、成膜室１００の下流に配置され、排ガス処理装置９００内で排ガス中の塩素含有珪素源ガスと炭素とを反応させて、炭化珪素を析出させる装置である。排ガス処理装置９００内で排ガス中の珪素を炭化珪素として回収することにより、排ガス中の珪素を希釈することができる。そのため、排気配管３５０等の、排ガス処理装置９００の下流にあり、排ガス処理装置９００から排出される排気ガスを製造装置１０００の外部へ排出する設備に高次のクロロシランポリマーが析出することを防止し、設備の内部が閉塞することを抑制することができる。

排ガス処理装置９００は、その内部を炭化珪素の析出に適した温度に調製できるよう、ヒータ４００に囲まれて配置されることが好ましい。

［排ガス処理装置の実施形態１］
図６に、排ガス処理装置９００ａ、９００ｂの上面からみた断面を示す概略図を示す。図６（ａ）には、排ガス処理装置９００の一態様として排ガス処理装置９００ａを示し、図６（ｂ）には、排ガス処理装置９００ａとは異なる態様の排ガス処理装置９００ｂを示す。

排ガス処理装置９００ａは、箱状の筐体９１０ａを有し、成膜室１００から排出される排ガスを筐体９１０ａ内部へ導入する排ガス導入口９２０ａと、排ガスを筐体９１０ａ内部から外部へ排出する排ガス排出口９３０ａを備える。例えば、排ガス導入口９２０ａが図１に示す混合ガス排出管３１０と直接接続することにより、成膜室１００から排出される排ガスを排ガス処理装置９００ａに導入することができる。また、排ガス排出口９３０ａが図１に示す排気配管３５０と直接接続することにより、排ガス処理装置９００ａから排気配管３５０へ排ガスを排出することができる。

そして、排ガス処理装置９００ａは、筐体９１０ａの内部に炭素源ガスを導入することのできる炭素源ガス導入管９５０ａを備えることができる。これにより、炭化珪素を効率的に析出させることができるよう、排ガス中の炭素と珪素の含有量を調製することができる。なお、排ガス処理装置９００ａは、排ガス中の炭素と珪素の含有量を検出する検出手段や、排ガス処理装置９００ａ内部を炭化珪素の析出に好適な温度に制御できるよう、温度測定手段やヒータ４００の制御手段を備えていてもよい。

また、筐体９１０ａの内部には、炭化珪素を析出させる板として、複数の炭化珪素析出板９４０ａを備える。塩素含有珪素源ガスと炭素から化学蒸着により炭化珪素が生成する反応は、固体表面のみで起こるため、排ガスから効率良く炭化珪素を生成するためには、排ガスを固体表面に効率的に衝突させることが好ましい。そこで、排ガスを炭化珪素析出板９４０ａの表面に効率的に衝突させて、炭化珪素析出板９４０ａの表面に炭化珪素を効率的に析出させることができるよう、複数の炭化珪素析出板が排ガスの流通を阻害するように筐体９１０ａの内部に配置されていることが好ましい。

例えば、排ガス処理装置９００ａの場合には、筐体９１０ａ内部の中央に形成された板状の炭化珪素析出板９４１ａと、筐体９１０ａの内壁より突出するように形成された板状の炭化珪素析出板９４２ａを備える。炭化珪素析出板９４１ａ、９４２ａのいずれも、それらの長手方向が排ガス導入口９２０ａより侵入する排ガスの侵入方向と平行となるように配置されている。そして、炭化珪素析出板９４１ａ、９４２ａが排ガス導入口９２０ａから排ガス排出口９３０ａへ向けて交互に配置されている。

図６（ａ）では、炭化珪素析出板９４１ａは３つ備えられているが、排ガス処理装置９００の設置態様により任意の数を備えることができ、３つに限定されない。炭化珪素析出板９４１ａが１つであっても排ガスより炭化珪素を析出させることが可能であり、２つ以上備えられていることが好ましく、４よつ以上備えられていることがより好ましい。

一方、図６（ｂ）に示す排ガス処理装置９００ｂの場合には、筐体９１０ａ内部の中央に形成された炭化珪素析出板９４１ｂと、筐体９１０ａの内壁より突出するように形成された板状の炭化珪素析出板９４２ｂを備える。排ガス処理装置９００ａとは異なり、炭化珪素析出板９４１ｂは中央部が排ガス排出口９３０ａの方へ屈曲したくの字状の断面を有し、排ガス排出口９３０ａから排ガス導入口９２０ａへ向けて広がるテーパー状となっている。また、炭化珪素析出板９４２ｂは炭化珪素析出板９４２ａと同様に板状であるものの、先端が排ガス導入口９２０ａの方へ傾くように傾斜して設置されている。これにより、筐体９１０ａの内部に侵入した排ガスが通り抜けられずに留まりやすくなる領域Ａができるため、排ガス処理装置９００ａの場合よりも排ガスの流通がより阻害されることで、炭化珪素析出板９４０ｂの表面に炭化珪素をより効率的に析出させることができる。

なお、排ガス処理装置９００ｂは、排ガス処理装置９００ａと同様に、箱状の筐体９１０ａ、排ガス導入口９２０ａ、排ガス排出口９３０ａ、および炭素源ガス導入管９５０ａを備える。

［排ガス処理装置の実施形態２］
また、図１の製造装置１０００では、成膜室１００に隣接する箱状の筐体９１０ａを有する排ガス処理装置９００について例示したが、これに限定されず、箱状の排ガス処理装置９００を設置する場所が無い場合には、例えば、製造装置の空いた空間に対応する形状に排ガス処理装置９００を設けてもよい。

例えば、図７に示す製造装置２０００は、成膜室１００の外部を覆うように排ガス処理装置９００ｃが設けられており、排ガス処理装置９００ｃの末端に排気配管３５０ａが設置されている（図７（ａ））。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡＡ’断面図であり、排ガス処理装置９００ｃは、成膜室１００の外部を覆い、セラミック炉芯管１３００の内部にある外筒１１００に覆われている。

図７（ｃ）は、図７（ａ）の領域Ｒにおける排ガス処理装置９００ｃの断面図である。排ガス処理装置９００ｃは、排ガスが通過する空間９６０と、排ガスを遮断する壁９７０ａ、ｂとが交互に配置されている。図７（ｄ）は、図７（ｃ）のＢＢ’断面図であり、図７（ｅ）は、図７（ｃ）のＣＣ’断面図である。図７（ｄ）、図７（ｅ）に示すように、壁９７０ａ、ｂには排ガスが通過できる通過口９８０ａ、９８０ｂが設けられている。排ガス流通が滞るように、通過口９８０ａが壁９７０ａの左右端部付近に設けられているのに対し、通過口９８０ｂが壁９７０ｂの上下端部付近に設けられている。

排ガス処理装置９００ｃを排ガスが通過することにより、空間９６０の内壁や通過口９８０ａ、９８０ｂの内壁に炭化珪素を析出させることができる。

炭化珪素析出板９４０ａ、９４０ｂの面積は、炭化珪素の析出速度（すなわち塩素含有珪素源ガスの消費速度）で変わるが、炭化珪素の析出に好適な温度として排ガス処理装置９００の内部の温度を１４００Ｋ～１８００Ｋとする場合には、炭化珪素の成膜速度として５０～１００μｍ／ｈｒまたはそれ以上の成膜速度での成膜が期待できる。成膜速度が５０μm/ｈｒの場合、塩素含有珪素源ガスの消費量は４モル/平方メータ/ｈｒであり、成膜速度が１００μm/ｈｒの場合の塩素含有珪素源ガスの消費量は８モル/平方メータ/ｈｒに相当するので、排ガス中の塩素含有珪素源ガスの全量を処理可能な面積の炭化珪素析出板９４０ａ、９４０ｂを排ガス処理装置９００が有すれば、塩素含有珪素源ガスの全量を炭化珪素として回収する処理が可能になる。なお、成膜室１００中で炭化珪素が成膜されるため、排ガス中の塩素含有珪素源ガスの濃度は原料ガス中の塩素含有珪素源ガスの濃度よりは少なくなる。

［排ガス処理装置の実施形態３］
図９に炭化珪素析出板９４３の模式図を示す。図９（ａ）は、炭化珪素析出板９４３の側面断面図であり、図９（ｂ）は、炭化珪素析出板９４３の斜視図である。また、図１０に、排ガス処理装置９００ｄ、９００ｅの上面からみた断面を示す概略図を示す。

塩素含有珪素源ガスと炭素から化学蒸着により炭化珪素を生成する反応は、固体表面でのみ起きる。そのため、排ガスから効率良く炭化珪素を生成するためには、排ガスを固体表面に効率的に衝突させることが好ましい。このような観点から、炭化珪素析出板９４０ａ、９４０ｂは、それらの表面を固体表面として炭化珪素を析出させる態様の析出板であるが、一方で、炭化珪素析出板９４３は、内部に充填された炭素粒子の表面を固体表面として炭化珪素を析出させる態様の析出板である。

〈炭化珪素析出板９４３〉
炭化珪素析出板９４３は、炭素粒子１０が充填された中空の内部空間９４３ａと、排ガスが流通する方向Ｄ１において内部空間９４３ａよりも上流にあり、排ガスが流通する方向Ｄ１と交差するおもて面９４３ｂと、排ガスが流通する方向Ｄ１において内部空間９４３ａよりも下流にあり、排ガスが流通する方向Ｄ１と交差するうら面９４３ｃを備える。そして、おもて面９４３ｂには、排ガスを内部空間９４３ａへ導入する導入口９４３ｄが設けられており、うら面９４３ｃには、排ガスを内部空間９４３ａから排出する排出口９４３ｅが設けられている。

炭化珪素析出板９４３は、その筐体９４３ｆが炭化珪素析出板９４１ａと同形状であってもよく、異なる形状であってもよい。図９の場合、炭化珪素析出板９４３の筐体９４３ｆが円柱形状であり、おもて面９４３ｂおよびうら面９４３ｃが円形で、内部空間９４３ａの半径がＲであり、内部空間９４３ａの高さがＨである。ただし、排ガス処理装置の内部形状に応じて、炭化珪素析出板９４３の筐体９４３ｆの形状は任意に変更可能である。例えば、円柱形状に代えて多角柱形状であってもよい。

導入口９４３ｄおよび排出口９４３ｅの大きさは、炭素粒子１０が内部空間９４３ａより外部へ流出することを抑制できるよう、炭素粒子１０の平均粒径（Ｄ_５０）２ｒ（ここで、ｒは炭素粒子１０の半径）より小さいことが好ましい。特に、排出口９４３ｅから排ガスと共に炭素粒子１０が排出されないよう、排出口９４３ｅの大きさは炭素粒子１０の粒径の下限値未満であることが好ましい。

また、導入口９４３ｄおよび排出口９４３ｅは、排ガスの導入や排出が用意となるように複数設けられていることが好ましい。さらに、導入口９４３ｄや排出口９４３ｅが設けられた円形板状のおもて面９４３ｂおよびうら面９４３ｃに代えて、炭素粒子１０が内部空間９４３ａより外部へ流出しない大きさの目開きのカーボン製のメッシュを用いてもよい。さらに、排ガスの導入および排出がされて、炭素粒子１０の流出が防止できるのであれば、おもて面９４３ｂおよびうら面９４３ｃに代えて、カーボン製のフェルトを用いてもよい。

排ガス処理装置は、その設置態様により、炭化珪素析出板９４３を任意の数を備えることができる。例えば、図１０（ａ）に示す排ガス処理装置９００ｄのように炭化珪素析出板９４３を１つのみ備えてもよく、図１０（ｂ）に示す排ガス処理装置９００ｅのように炭化珪素析出板９４３を複数備えてもよい。

また、炭化珪素析出板９４３は交換可能であり、炭素粒子１０で炭化珪素を十分に析出させた炭化珪素析出板９４３を新品の炭化珪素析出板９４３に交換し、排ガスの処理を継続することが可能である。

さらに、炭化珪素析出板９４３は、内部空間９４３ａの高さＨを増減させてもよい。高さＨを増減させる場合、好ましくは１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下がよい。なお、図１０（ｂ）に示す排ガス処理装置９００ｅのように炭化珪素析出板９４３を複数備える場合には、それぞれの円柱の高さＨの合計が、１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることが好ましい。

炭化珪素析出板９４３を１つ用いるのであれば内部空間９４３ａの高さＨの合計、複数の炭化珪素析出板９４３を用いるのであれば高さＨの合計が１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲内であれば、内部空間９４３ａにある炭素粒子１０に炭化珪素を効率よく析出させることができる。高さＨまたは高さＨの合計が１０ｍｍより小さい場合、炭素粒子１０の表面積として炭化珪素の析出に必要な表面積が十分にないことで、炭化珪素の析出が不十分であることにより、高次のクロロシランポリマーが排気配管等に析出することを防止できず、排気配管等が閉塞することを抑制できないおそれがある。また、高さＨまたは高さＨの合計が２００ｍｍより大きい場合、排ガスが流通する方向Ｄ１において上流にある炭素粒子１０に炭化珪素が析出される一方で、下流にある炭素粒子１０に炭化珪素が析出しないことで、炭素粒子１０が十分に利用されない場合がある。

（炭素粒子１０）
炭素粒子１０の平均粒径（Ｄ_５０）は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。平均粒径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であれば、内部空間９４３ａにある炭素粒子１０に炭化珪素を効率よく析出させることができる。平均粒径が１ｍｍより小さい場合は、排ガスの流れることによる抵抗（流体抵抗）が大きくなりすぎて炭化珪素の析出する効率が低下する場合があり、平均粒径１０ｍｍより大きい場合、炭素粒子１０の表面積として炭化珪素の析出に必要な表面積が十分確保できないことで、炭化珪素の析出が不十分であることにより、高次のクロロシランポリマーが排気配管等に析出することを防止できず、排気配管等が閉塞することを抑制できないおそれがある。

内部空間９４３ａにある炭素粒子１０に炭化珪素をより効率よく析出させることを考慮すると、平均粒径（Ｄ_５０）が２．０ｍｍであり、Ｄ１０～Ｄ９０の範囲が０．５ｍｍ～２．６ｍｍの炭素粒子１０を使用することが好ましい。さらに、流体抵抗が大きくなると炭化珪素の析出する効率が低下することを考慮し、例えば呼び径１０（ＡＳＴＭ：目開き２ｍｍ）の篩を用いて平均粒径未満の炭素粒子１０を除去して、粒径が２．０ｍｍ～２．３ｍｍの炭素粒子１０を用いることが好ましい。

また、炭素粒子１０の嵩密度、即ち内部空間９４３ａにおける炭素粒子の充填率は４０体積％より大きく６０体積％以下が好ましい。充填率が４０体積％より大きく６０体積％以下であれば、内部空間９４３ａにある炭素粒子１０に炭化珪素を効率よく析出させることができる。析出効率を考えた場合、充填率が４０体積％より小さい場合は、残部の炭素粒子１０間の隙間の合計体積が内部空間９４３ａに対して６０体積％より多くなってしまい、炭素粒子１０と接触しない排ガスが排出口９４３ｅより排出されるおそれがあり、炭化珪素の析出が不十分であることにより、高次のクロロシランポリマーが排気配管等に析出することを防止できず、排気配管等が閉塞することを抑制できないおそれがある。また、充填率が６０体積％より大きい場合には、流体抵抗が大きくなりすぎて炭化珪素の析出する効率が低下するおそれがある。

ここで、炭素粒子１０は可能な限り粒径がそろっていることが好ましい。炭素粒子１０の粒径が揃っていない場合には、炭化珪素が炭素粒子１０の表面に析出することにより炭化珪素を含めた粒径が変化するため、流体抵抗が大きくなりすぎる場合や、内部空間９４３ａで部分的に利用されない炭素粒子１０が生じる場合がある。具体的には、粒径が２．０ｍｍ～２．３ｍｍの炭素粒子１０を用いれば、流体抵抗が大きくなりすぎることを防止し、内部空間９４３ａに充填された炭素粒子１０の表面へ炭化珪素を無駄なく効率的に析出させることができる。

炭化珪素の効率的な析出に十分な内部空間９４３ａに充填された炭素粒子１０の比表面積（単位体積あたりの表面積）は、炭化珪素の析出速度（塩素含有珪素源ガスの消費速度）で変わる。例えば、炭化珪素を析出させる際の温度が１４００Ｋ～１８００Ｋの場合では、炭化珪素の成膜速度が５０～１００μｍ／ｈｒ以上となることが期待できる。ここで、炭化珪素の成膜速度が５０μｍ／ｈｒの場合には、塩素含有珪素源ガスの消費量は４モル／平方メータ／ｈｒに相当し、炭化珪素の成膜速度が１００μｍ／ｈｒの場合には、塩素含有珪素源ガスの消費量は８モル／平方メータ／ｈｒに相当する。この塩素含有珪素源ガスの消費量を考慮して、原料ガス中に含まれる塩素含有珪素源ガスを全量処理可能な比表面積以上の比表面積を、内部空間９４３ａに充填された炭素粒子１０が有すれば、炭化珪素を析出させることにより塩素含有珪素源ガスを全量処理可能である。成膜室１００中で炭化珪素膜が成膜されるため、排ガス中の塩素含有珪素源ガスの量は、原料ガスの塩素含有珪素源ガスの量よりは少ないためである。

炭素粒子１０を用いた炭化珪素析出板９４３の場合、炭素粒子１０の表面における炭化珪素の析出は排ガスが流通する方向Ｄ１に面する領域で起きる。例えば、図１０（ａ）の領域１１で示すように、炭素粒子１０の表面において、炭化珪素の析出は排ガスが流通する方向Ｄ１に面する上流側の半面で生じやすい。これを考慮すると、炭素粒子１０の比表面積は、炭化珪素析出板９４３のおもて面９４３ｂの内部空間９４３ａの表面９４３ｇの面積（πＲ^２）の２倍以上であることが好ましい。

例えば炭化珪素析出板９４３の円柱状の内部空間９４３ａの半径をＲ、高さをＨとし、炭素粒子１０の半径をｒ、内部空間９４３ａに充填された炭素粒子１０の相対嵩密度をＣ（０＜Ｃ＜１）とすると、内部空間９４３ａに充填された炭素粒子１０の個数Ｎは、［数１］に示す以下の式により算出することができる。

そして、内部空間９４３ａに充填された炭素粒子１０の表面積の合計（全表面積）は、［数２］に示す以下の式により算出することができる。

また、炭素粒子１０の比表面積は、炭化珪素析出板９４３のおもて面９４３ｂの内部空間９４３ａの表面９４３ｇの面積（πＲ^２）の２倍以上であることが好ましいことを考慮すると、全表面積は、２πＲ²以上であることが好ましい。この場合、炭素粒子１０の半径ｒは、［数３］から導かれる［数４］に示す式により算出することができる。

なお、炭素粒子１０として用いることができる活性炭等は、実際には細孔を有するために、実際の比表面積は炭素粒子１０の粒子形状を基に算出した場合よりも大きくなるが、炭素粒子１０の表面に炭化珪素が成膜することで細孔がなくなる。そのため、炭素粒子１０の比表面積は、ガス吸着に炭素粒子を用いる場合の比表面積を基にするのではなく、炭素粒子１０の粒子形状から求めた表面積で計算することが、より好ましい。

なお、炭化珪素析出板９４３を用いた場合は、炭素粒子１０の表面のみならず、炭化珪素析出板９４３の表面に炭化珪素が析出してもよい。例えば、おもて面９４３ｂの表面において炭化珪素が析出することが想定される。

排ガス処理装置９００を構成する各部材は、使用環境に耐えられるよう黒鉛製であることが好ましい。黒鉛であれば排ガス処理装置の任意の形状への加工が容易であり、また、排ガス処理時に不活性雰囲気下とすることで、高温となる成膜条件に十分な耐久性を持つことができる。なお、排ガス処理装置９００に炭化珪素が十分に析出したら、排ガス処理装置９００を新品に交換することで、引き続き高次のクロロシランポリマーが排気配管３５０等に析出することを防止し、排気配管３５０等が閉塞することを抑制することができる。

（その他の構成）
本発明の一実施形態の製造装置１０００は、上記の構成の他、更なる構成を備えていてもよい。例えば、図１に示すように、成膜室１００が内部に挿入された、例えばカーボン製の円筒状の外筒１１００、外筒１１００の内部において成膜室１００を第１面１１０の外部から固定する保持治具１２００、外筒１１００が内部に挿入され、外筒１１００との間にＡｒガス等の不活性ガスを流通させるセラミック炉芯管１３００、外筒１１００およびセラミック炉芯管１３００をそれらの両端において固定する固定フランジ１４００、成膜室１００を外筒１１００およびセラミック炉芯管１３００と共に内部に収める筐体１５００を備えてもよい。また、未図示ではあるが、成膜室１００の室内の温度や第１面１００の温度、混合ガス噴出口２００の温度を測定することのできる温度計等の温度測定手段、ヒータ４００の発熱を制御するスイッチ等の制御手段や発熱させるための電源等を備えることができる。

［排ガス処理方法］
次に、本発明の排ガス処理方法の一例として、製造装置１０００を用いる排ガス処理方法について説明する。本発明の排ガス処理方法は、以下に説明する排ガス導入工程と、モル比制御工程と、炭化珪素析出工程と、を含む。

〈排ガス導入工程〉
本工程は、化学蒸着により炭化珪素多結晶を成膜する成膜室１００から排出される、塩素含有珪素源ガスを含有する排ガスを、複数の炭化珪素析出板を備える、室内温度が１４００Ｋ～１８００Ｋの排ガス処理室（製造装置１０００においては排ガス処理装置９００）へ導入する工程である。

排ガス中には、以下に説明する炭化珪素の原料ガスとなる塩素含有珪素源ガスおよび炭素源ガスと、さらにこれらの原料ガスを運搬する役目を持つアルゴンガスやヘリウムガス等の希ガスや水素ガス等のキャリアガスが含まれ、更に適宜窒素ガス等のドーパントガスやアルゴンガスを含んでもよい。

（塩素含有珪素源ガス）
塩素含有珪素源ガスとしては、熱ＣＶＤ法による炭化珪素のＣＶＤ成長に用いられるものであれば、特に制限はない。例えば、クロロシランガスとして、ＳｉＨ₃Ｃｌ、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を混合したものを好適に用いることができる。また、これらのクロロシランの単量体のみならず、２量体のガスを用いることもできる。

（炭素源ガス）
炭素源ガスとしては、塩素含有珪素源ガスと同様に公知のものを用いることができ、一般的には炭化水素ガスを使用することができる。例えば、常温付近でガス状態であってハンドリングする上で好都合であることから、炭素数が５以下の飽和炭化水素、又は、炭素数が５以下の不飽和炭化水素からなる炭素源ガスであるのがよく、これらの１種又は２種以上を混合したものを好適に用いることができる。特に、炭素数が５以下の炭化水素から選ばれた１種または２種以上であり、メタン、エタン、プロパン、ブタンやこれらに類似する炭化水素ガスを、適宜炭素源ガスとして用いることができる。また、芳香族炭化水素等のガスも使用可能ではあるが、一般に分解速度が遅く、カーボンの凝集体を作りやすいので注意が必要である。また、炭素源ガスのキャリアガスとしては、ガス同士の反応を抑えることができることから、水素を用いるのが好ましい。

（室内温度）
排ガス処理室の室内温度は１４００Ｋ～１８００Ｋとすることで、排ガス中の塩素含有珪素源ガスを効果的に炭化珪素へ変換することができる。室内温度が１４００Ｋ未満の場合には、炭化珪素への変換が不十分となり、高次のクロロシランポリマーが排気配管３５０等に析出することで、排気配管３５０等が閉塞するおそれがある。また、室内温度が１８００Ｋより高いと、炭化珪素の化学蒸着に好適な温度よりも高くなってしまうことにより、炭化珪素への変換量が低下するおそれがある。なお、排ガス処理室の室内温度は、ヒータ４００を用いて制御することができる。

〈モル比制御工程〉
本工程は、炭化珪素析出板へ接触する前の排ガス中の炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉを、１．１～２．０：１に制御する工程である。炭化珪素析出板９４０ａ、９４０ｂや、炭化珪素析出板９４３の内部にある炭素粒子１０等の固体表面に吸着する速度は、塩素含有珪素源ガスの方が炭素源ガスよりも早く、特にＣＨ_４ガスは吸着速度が遅い。そのため、排ガス中の炭素の量が珪素の量よりも多い方が、炭化珪素の生成量が多くなる。その一方で、排ガス処理室の室内温度が１０００℃（１２７３．１５Ｋ）以上の温度の場合には、塩素含有珪素源ガスの蒸気圧が無視できなくなり、成膜室１００の原料ガス組成として塩素含有珪素源ガスよりも炭素源ガスを過剰にすると、炭化珪素多結晶膜の組成比として炭素が過剰になるため、成膜室１００内において炭素量を過剰にすることは難しい。ただし、排ガス処理室内では、塩素含有珪素源ガスが炭化珪素に変換されればよいので、排ガス中のガス組成として炭素源ガスを塩素含有珪素源ガスよりも過剰にすることができる。

そこで、炭化珪素析出板９４０ａ、９４０ｂ、９４３等へ接触する前の排ガス中の炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉを、１．１～２．０：１に制御することで、塩素含有珪素源ガスを炭化珪素へ効率よく変換することができる。モル比Ｃ：Ｓｉが＜１．１：１の場合には、固体表面への吸着速度は塩素含有珪素源ガスの方が炭素源ガスよりも速いため、塩素含有珪素源ガスと炭素源ガスのガス量のバランスが悪くなり、効率的に炭化珪素へ変換することができないおそれがある。また、モル比Ｃ：Ｓｉが＞２．０：１の場合には、排ガス中の塩素含有珪素源ガスの濃度が薄くなり、塩素含有珪素源ガスが炭化珪素析出板９４０ａ、９４０ｂや、炭化珪素析出板９４３の内部にある炭素粒子１０等へ効果的に衝突しないことで、効率的に炭化珪素へ変換することができないおそれがある。なお、排ガス中の炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉは、排ガス中の炭素と珪素の含有量を検出する検出手段を用いて制御することができる。

モル比制御工程において、炭化珪素析出板へ接触する前の排ガスに対し、炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉが１．１～２．０：１となるように、炭素源ガスを混合してもよい。成膜室１００から排出された排気ガス中の、炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉが１．１～２．０：１であれば、炭素源ガスを混合することは必須ではない。ただし、排ガス中の炭素が少ない場合には、例えば炭素源ガス導入管９５０ａより排ガス処理室内へ炭素源ガスを導入し、炭化珪素析出板９４０ａ、９４０ｂ、９４３等へ接触する前の排ガス中の炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉを、１．１～２．０：１に調製することができる。
なお、炭素源ガスとしては、上記の炭素源ガスの項目で説明したガスを使用することができる。また、炭素源ガスを導入することによって排ガス処理室の室内温度が１４００Ｋ未満に低下しないよう、排ガス処理室へ導入する前の炭素源ガスを温めておくことができる。例えば、ヒータ４００を用いて炭素源ガス導入管９５０ａを加熱することにより、炭素源ガスを温めることができる。

〈炭化珪素析出工程〉
本工程は、モル比制御工程後の排ガスを、炭化珪素析出板で反応させて、炭化珪素を析出させる工程である。例えば、排ガスを炭化珪素析出板９４０ａ、９４０ｂ等へ衝突させて、炭化珪素析出板９４０ａ、９４０ｂ等の表面に炭化珪素を析出させることができる。また、排ガスを炭化珪素析出板９４３の内部にある炭素粒子１０へ衝突させて、炭素粒子１０の表面に炭化珪素を析出させることができる。炭化珪素を析出させた結果として、高次のクロロシランポリマーが排気配管３５０等に析出することを防止し、排気配管３５０等が閉塞することを抑制できる。

（その他の工程）
本発明の排ガス処理方法は上記の工程以外にも、他の工程を含むことができる。例えば、排ガスを排ガス処理室から排気配管３５０へ排出する工程や、上記した排ガス処理室へ導入する前の炭素源ガスを温める工程が挙げられる。

［炭化珪素多結晶ウエハの製造方法］
次に、本発明の炭化珪素多結晶ウエハの製造方法について説明する。本発明の炭化珪素多結晶ウエハの製造方法は、本発明の排ガス処理方法を含む。排ガス処理方法については上記したとおりであり、説明は省略する。

本発明の炭化珪素多結晶ウエハの製造方法は、本発明の排ガス処理方法の他、成膜工程等、炭化珪素多結晶ウエハを製造するための工程を含むことができる。以下、本発明の炭化珪素多結晶ウエハの製造方法の一例として、製造装置１０００を用いる炭化珪素多結晶ウエハの製造方法について説明する。

（成膜工程）
成膜工程は、成膜室１００において、基板ホルダー５００に基板６００同士を非接触で等間隔に積層され、かつ、成膜対象面６１０を側面１３０と平行に設置された複数の基板６００に対し、複数の混合ガス噴出口２００から混合ガス８１０を成膜室１００に噴出すると共に、混合ガス排出口３００から混合ガス８１０を成膜室１００から排出して、混合ガス８１０を成膜対象面６１０と平行な方向に流通させて、基板６００に膜を成膜する工程である。このように成膜すれば、基板間や同一成膜対象面において、厚みのバラツキの少ない膜を成膜することができる。

また、基板６００の成膜対象面６１０と左側面１３０ｃとの隙間の幅７００、および右側面１３０ｄとの隙間の幅７１０が、等間隔に積層した基板６００間のそれぞれの隙間の幅７２０と同一であると、これらの隙間を混合ガスが均一に流れるため、基板間や同一成膜対象面において、より厚みのバラツキの少ない膜を成膜することができる。

例えば、図５を用いて説明したように、混合ガス噴出口２００から噴出される混合ガス８１０の噴出速度Ｖｇを、混合ガス８１０の拡散速度Ｖｄよりも早くすることが好ましい。

炭化珪素多結晶ウエハの製造方法においては、炭化珪素の原料となる塩素含有珪素源ガスと炭素源ガスが原料ガスとなり、原料ガスとさらにこれらの原料ガスを運搬する役目を持つアルゴンガスやヘリウムガス等の希ガスや水素ガス等のキャリアガスを混合したものが、混合ガス８１０となる。混合ガス８１０は更に適宜窒素ガス等のドーパントガスやアルゴンガスを含んでもよい。塩素含有珪素源ガスや炭素源ガス、キャリアガス等については、排ガス処理方法においてした説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。

さらに、炭化珪素多結晶膜を成膜する場合には、塩素含有珪素源ガスにおける珪素原子数に対する炭素源ガスにおける炭素原子数の比（Ｃ／Ｓｉ）が重要であり、Ｃ／Ｓｉを０．７～１．３に制御することにより、基板６００に炭化珪素多結晶の薄膜をエピタキシャル成長させることが容易となり、成長速度を大きくすることができて生産性の向上に繋がる。Ｃ／Ｓｉが０．７～１．３から外れた場合には、珪素原子と炭素原子の存在割合のバランスが悪くなることで、炭化珪素多結晶の成膜が困難となるおそれや、成膜速度が遅くなるおそれ、成膜に関与しない原料ガスが増えて無駄になるおそれがある。例えば、Ｃ／Ｓｉが０．７未満であると、未反応のＳｉが金属状態で膜に付着（ドロップレット）してしまうおそれがあり、欠陥発生の原因となる。また、Ｃ／Ｓｉが１．３を超えると、バンチングと呼ばれる表面段差が発生するおそれがあり、デバイスを作製する上で悪影響を与えることがある。より好ましくは、Ｃ／Ｓｉを０．８～１．２とする。

炭化珪素多結晶薄膜の成長速度は1０μｍ／時間～７０μｍ／時間とするのが好適であり、その際の塩素含有珪素源ガスについては、上記で好適な例として挙げた塩素含有珪素源ガスの濃度が１体積％～１０体積％になるようにするのがよく、好ましくは２体積％～４体積％であるのがよい。一方の炭素源ガスについては、好適な例として挙げた炭素源ガスの濃度が０．０１体積％～１体積％以下になるようにするのがよく、好ましくは０．０２体積％～０．０６体積％であるのがよい。なお、この濃度範囲は、一例としてＣ₃Ｈ₈の場合について例示したものであり、この濃度範囲を目安として、他の炭素源ガスを用いる場合には、カーボン（C）の量で等量となるように変更すればよい。例えば、炭素源ガスとしてメタン（ＣＨ_４）を用いる場合には、この濃度範囲の上限値及び下限値をそれぞれ３倍にすればよい。

また、炭化珪素多結晶薄膜の成長圧力については、成長温度と同様、炭化珪素薄膜をＣＶＤ成長させる際の一般的な条件をそのまま採用することができる。例えば、成長圧力を１０，０００Ｐａ～１１０，０００Ｐａの範囲とするのがよい。

また、本発明の炭化珪素多結晶ウエハの製造方法では、複数のＳｉ基板又はＣ基板を基板６００とし、その成膜対象面６１０のそれぞれに炭化珪素多結晶薄膜を成長させることができる。一度の成膜処理における基板６００の枚数については、特に制限はないが、５～１０枚の基板から２０枚～３０枚、またはそれ以上の数の基板６００まで、同時に成膜させることができる。

そして、基板６００のそれぞれの表面に成長させる炭化珪素多結晶薄膜の膜厚については、適宜設定することができ、特に制限はないが、一般的には０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲の膜厚に設定することができる。

また、本発明の炭化珪素多結晶ウエハの製造方法においては、炭化珪素多結晶薄膜をＣＶＤ成膜させる際の成長温度は１４００Ｋ以上１８００Ｋ以下の範囲にするのがよい。本発明では、結晶系が３Ｃの炭化珪素多結晶ウエハの製造を主目的としており、一般に、成長温度が１８００Ｋより高い温度では、炭化珪素の成膜においてエピタキシャル成長が起こる場合があり、結晶系が４Ｈの六方晶が３Ｃと共に成膜されるおそれがある。また、成長温度が１４００Ｋより低いと、炭化珪素の成長速度が遅くなり、厚い膜を作成するのに適していない条件となるおそれがある。炭化珪素の成膜において、温度が高くなると成長速度が速くなることから、結晶系が３Ｃの炭化珪素多結晶を高速成膜（１０μｍ／Ｈｒ以上）できるよう、成長温度は上記のように１４００K以上１８００Ｋ以下の範囲にするのがよい。

（その他の工程）
本発明の炭化珪素多結晶ウエハの製造方法は、上記した成膜工程や排ガス処理方法以外にも、他の工程を含むことができる。例えば、基板ホルダー５００に基板６００同士を非接触で等間隔に積層して、基板６００を基板ホルダー５００に設置する工程や、基板６００を設置した基板ホルダー５００を成膜室１００に設置する工程、製造装置１０００を成膜できる状態に立ち上げる工程、成膜工程後に成膜室１００を冷却する工程、成膜後の基板を成膜室１００から取り出す工程等が挙げられる。

[実施例]
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の内容に制限されるものではない。

［実施例１］
基板６００として、直径４インチ（１００ｍｍ）、厚み１ｍｍの炭素基板を９枚用意した。図１に示す炭化珪素多結晶ウエハの製造装置１０００を用いて、熱ＣＶＤ法により、基板６００の成膜対象面６１０となる両面に炭化珪素多結晶膜を成膜し、炭化珪素多結晶ウエハを製造した。炭化珪素多結晶ウエハを製造後、排ガス処理装置９００の下流に配置された排気配管３５０の内部を観察し、高次のクロロシランポリマー等の排ガス中の塩素含有珪素源ガスに起因する付着物の有無を確認した。

〈炭化珪素多結晶ウエハの製造装置１０００〉
外筒１１００は黒鉛製の両端坩堝から形成された筒状の形状であり、セラミック炉芯管１３００に挿入されたものである。セラミック炉芯管１３００および外筒１１００の両端は金属製の固定フランジ１４００で密閉され、黒鉛材料の酸化防止のために、内部にＡｒガスが導入されている。そして、外筒１１００の内部に成膜室１００が保持冶具１２００で固定されている。黒鉛製の混合ガス導入管２１０は、成膜室１００の内部に混合ガス噴出口２００が位置するように、保持治具１２００および第１面１００に挿入されて設置される。そして、黒鉛製の混合ガス排出管３１０は、成膜室１００の内部に混合ガス排出口３００が位置するように、第２面１２０に挿入されて設置される。成膜室１００から排出される排ガスは、混合ガス排出管３１０を介して排ガス導入口９２０ａより筐体９１０ａの内部へ導入され、筐体９１０ａの内部から排ガス排出口９３０ａを介して排気配管３５０へ排出される。また、セラミック炉芯管１３００を囲む円筒状の黒鉛製ヒータ４００が設置されており、さらに、成膜室１００および排ガス処理装置９００ａを外筒１１００およびセラミック炉芯管１３００と共に内部に収める筐体１５００を備える。そして、成膜室１００に供給された混合ガス８１０は、排気配管３５０に接続された未図示の真空ポンプを用いて製造装置１０００から外部へ排出可能である。

製造装置１０００において、セラミック炉芯管１３００の寸法は外径２１０ｍｍ、内径１９０ｍｍで厚みは均一であり、長さが７００ｍｍである。外筒１１００は外径１８０ｍｍ、内径１７０ｍｍで厚みは均一であり、長さが７００ｍｍである。また、成膜室１００は、外形が１１８ｍｍ角で長さが３２０ｍｍの直方体状であり、内形が１１０ｍｍ角で長さが３１２ｍｍの直方体状であり、厚みは均一である。

（ガス噴出口２００）
図２に示すように、第１面１１０に内径が１２ｍｍの混合ガス噴出口２００が１列に４個配置されている。４つの混合ガス噴出口２００は、管中心で２２ｍｍの等間隔に配置されている。また、混合ガス噴出口２００の列は、第１面１１０における幅方向（列と直交する方向）の中央部に配置されている。

（排ガス処理装置９００ａ）
実施例１では、排ガス処理装置として図６（ａ）に示す黒鉛製の排ガス処理装置９００ａを使用した。排ガス処理装置９００ａは、筐体９１０ａの外形が１１８ｍｍ角で長さが３２０ｍｍの直方体状であり、内形が１１０ｍｍ角で長さが３１２ｍｍの直方体状であり、厚みは均一である。また、筐体９１０ａ内部の中央に並列して等間隔に３枚設置された板状の炭化珪素析出板９４１ａは縦１１０ｍｍ、横９０ｍｍであり、厚みは４ｍｍで均一である。そして、筐体９１０ａの内壁より突出するように等間隔で形成され、炭化珪素析出板９４１ａの間に配置された板状の炭化珪素析出板９４２ａは、縦１１０ｍｍ、横４５ｍｍであり、厚みは４ｍｍで均一である。また、排ガス導入口９２０ａおよび排ガス排出口９３０ａの開口径は５６ｍｍであり、混合ガス排出管３１０および排気配管３５０の内径と同一である。なお、炭素源ガス導入管９５０ａの内径は１０ｍｍとした。

（基板６００の設置）
図４に示す態様のように、９枚の基板６００を基板ホルダー５００に設置した。基板６００は、溝５１１および溝５２１によって基板ホルダー５００に固定された状態で、成膜室１００に設置した。図４（ｂ）に示す態様のように、基板ホルダー５００の上保持棒５１０は、上側面１３０ａとの間に混合ガス８１０が侵入しないように上側面１３０ａと密接させ、下保持棒５２０は、下側面１３０ｂとの間に混合ガス８１０が侵入しないように下側面１３０ｂと密接させた。基板６００の成膜対象面６１０と左側面１３０ｃとの隙間の幅７００、右側面１３０ｄとの隙間の幅７１０および、等間隔に積層した基板６００間のそれぞれの隙間の幅７２０と同一とし、それぞれ１０ｍｍとした。なお、混合ガス噴出口２００と基板ホルダー５００との最短距離は、１５０ｍｍとした。

（炭化珪素多結晶膜の成膜）
黒鉛材料の酸化防止のために、外筒１１００およびセラミック炉芯管１３００との間、および筐体１５００内にＡｒガスを流した。そして、未図示の真空ポンプによって成膜室１００内を真空排気した後、混合ガス導入管２１０を使って水素ガスを毎分２００ｃｍ³の流量で成膜室１００へ導入しながら、成膜室１００内の圧力を大気圧（１０１，３２５Ｐａ）に調整した。その後、圧力を一定に保ちながら、第１面１１０の温度を１１００Ｋ以下、および混合ガス噴出口２００の温度を１２００Ｋ以下に維持しつつ、成膜室１００内の温度を１５５０Ｋまで上げた。そして、成膜室１００へ導入する水素ガスの流量を毎分３．０リットルまで増加させた。その状態を３分間保持した後、この水素ガスへＳｉＣｌ₄ガスを毎分０．３リットル、ＣＨ_４ガスを毎分０．３リットル、窒素ガスを毎分１．０リットル、水素ガスを毎分１．０リットル混合して混合ガス８１０とし、Ｖｇ＞Ｖｄの状態で基板６００へ炭化珪素多結晶膜の熱ＣＶＤによる成膜を開始した。

成膜温度および、排ガス処理温度すなわち排ガス処理装置９００ａの内部温度を１７００Ｋとし、排ガスのガス処理効率を8モル／平方メータ／ｈｒとした、原料ガスのＳｉＣｌ₄を０．３リットル／分導入するので、塩素含有珪素源ガスの導入量は０．８モル／ｈｒであった。排ガスの処理に必要な炭化珪素析出板９４１ａおよび炭化珪素析出板９４２ａの面積は、０．１平方メートルとなった。また、炭化珪素析出板９４１ａおよび炭化珪素析出板９４２ａへ接触する排ガス中の炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉが１．３３：１となるように、炭素源ガス導入管９５０ａより排ガス処理装置９００ａへＣＨ_４ガスを０．１リットル／分導入した。炭素源ガス導入管９５０ａより排ガス処理装置９００ａへ導入したＣＨ_４ガスは、純度１００％のＣＨ_４ガスであり、キャリアガスは使用しなかった。

成膜処理を10時間行った後、混合ガス８１０の供給やヒータ４００による加熱を止めて基板６００を室温まで冷却後、基板ホルダー５００より炭化珪素多結晶膜が成膜した基板６００を取り出した。炭化珪素は正常に成膜され、成膜に問題はなかった。また、成膜後の排気配管３５０の内部を観察し、高次のクロロシランポリマー等の排ガス中の塩素含有珪素源ガスに起因する付着物の有無を確認したところ、塩素含有珪素源ガスに起因する付着物は無かった。なお、炭素源ガスが過剰量となったことにより、炭素源ガスの分解物であるススが、排気配管３５０の内部に少量付着していたが、排気配管３５０が閉塞するような量のススではなかった。

[実施例２]
排ガス処理装置９００ａに代えて排ガス処理装置９００ｄを使用した他は、実施例１と同様に炭化珪素多結晶ウエハの製造装置１０００を使用し、同様の方法および条件で成膜処理を行って成膜後の排気配管３５０の内部を観察した。

（排ガス処理装置９００ｄ）
実施例２では、排ガス処理装置として図１０（ａ）に示す黒鉛製の排ガス処理装置９００ｄを使用した。排ガス処理装置９００ｄは、筐体９１０ａの外径が１７６ｍｍで長さが３２０ｍｍの円柱体状であり、内径が１６８ｍｍで長さが３１２ｍｍの円柱体状であり、厚みは均一である。炭化珪素析出板９４３は筐体９１０ａの内壁に密接して固定されており、筐体９４３ｆの外径が１６８ｍｍで高さ５８ｍｍ、内部空間９４３ａの半径Ｒは８０ｍｍ、高さ５０ｍｍである。内部空間９４３ａには炭素粒子１０として活性炭（大阪ガス株式会社製球状白鷺Ｘ７０００Ｈ－３（粒径０．５００～２．３６０ｍｍ）を使用した。活性炭の粒径２．３ｍｍ、内部空間９４３ａに充填された活性炭の充填率を５０体積％とすると、充填された活性炭の表面積の合計は３．１５ｍ²となり、おもて面９４３ｂの面積（０．０８ｍ×０．０８ｍ×π＝０．２ｍ²）の２倍以上となり、炭素粒子１０の比表面積はおもて面９４３ｂの面積より十分大きい。なお、導入口９４３ｄおよび排出口９４３ｅは円形であり、活性炭が通過できないよう直径０．５ｍｍ未満とした。

また、排ガス導入口９２０ａおよび排ガス排出口９３０ａの開口径は５６ｍｍであり、混合ガス排出管３１０および排気配管３５０の内径と同一である。なお、炭素源ガス導入管９５０ａの内径は１０ｍｍとした。

成膜を１０時間行った後、混合ガス８１０の供給やヒータ４００による加熱を止めて基板６００を室温まで冷却後、基板ホルダー５００より炭化珪素多結晶膜が成膜した基板６００を取り出した。炭化珪素は正常に成膜され、成膜に問題はなかった。また、成膜後の排気配管３５０の内部を観察し、高次のクロロシランポリマー等の排ガス中の塩素含有珪素源ガスに起因する付着物の有無を確認したところ、塩素含有珪素源ガスに起因する付着物は無かった。

［比較例１］
原料ガス中のＳｉＣｌ_４ガスの導入量を毎分０．４リットルとし、炭素源ガス導入管９５０ａより排ガス処理装置９００ａへＣＨ_４ガスを導入しない以外は、実施例１と同様の方法で成膜処理を行って成膜後の排気配管３５０の内部を観察した。炭化珪素析出板９４１ａおよび炭化珪素析出板９４２ａへ接触する排ガス中の炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉは、１：１であった。炭化珪素は正常に成膜され、成膜に問題はなかったものの、原料の塩素含有珪素源ガスに起因する付着物が排気配管３５０の内部に約５０ｇ付着していた。なお、排気配管３５０の内部におけるススの付着は認められなかった。

[比較例２]
原料ガス中のＳｉＣｌ₄ガスの導入量を毎分０．４リットルとし、炭素源ガス導入管９５０ａより排ガス処理装置９００ｄへＣＨ₄ガスを導入しない以外は、実施例２と同様の方法で成膜処理を行って成膜後の排気配管３５０の内部を観察した。炭素粒子１０へ接触する排ガス中の炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉは、１：１であった。炭化珪素は正常に成膜され、成膜に問題はなかったものの、原料の塩素含有珪素源ガスに起因する付着物が排気配管３５０の内部に約２ｇ付着していた。なお、排気配管３５０の内部におけるススの付着は認められなかった。

［従来例］
排ガス処理装置９００を備えておらず、排ガスが混合ガス排出管３１０より製造装置の外部へ排出される他は、製造装置１０００と同構成である炭化珪素多結晶ウエハの製造装置３０００（図８）を使用し、実施例と同様の条件で成膜処理を行って、成膜後の混合ガス排出管３１０の内部を観察した。炭化珪素は正常に成膜され、成膜に問題はなかったものの、原料の塩素含有珪素源ガスに起因する付着物が混合ガス排出管３１０の内部に約１１０ｇ付着していた。また、排気配管３５０の内部には、多量のススの付着も認められた。

［まとめ］
以上、実施例において示したように、本発明の排ガス処理方法および炭化珪素多結晶ウエハの製造方法であれば、炭化珪素多結晶ウエハを問題なく製造しつつ、高次のクロロシランポリマーが排気配管等に析出することを防止し、排気配管等の閉塞を抑制できることが確認できた。

１０ 炭素粒子
１１ 領域
１００ 成膜室
１１０ 第１面
１２０ 第２面
１３０ 側面
１３０ａ 上側面
１３０ｂ 下側面
１３０ｃ 左側面
１３０ｄ 右側面
２００ 混合ガス噴出口
２１０ 混合ガス導入管
３００ 混合ガス排出口
３１０ 混合ガス排出管
３５０ 排気配管
４００ ヒータ
５００ 基板ホルダー
５１０ 上保持棒
５１１ 溝
５２０ 下保持棒
５２１ 溝
６００ 基板
６１０ 成膜対象面
８００ 混合ガス
８１０ 混合ガス
９００ 排ガス処理装置
９００ａ 排ガス処理装置
９００ｂ 排ガス処理装置
９００ｃ 排ガス処理装置
９００ｄ 排ガス処理装置
９００ｅ 排ガス処理装置
９１０ａ 筐体
９２０ａ 排ガス導入口
９３０ａ 排ガス排出口
９４０ａ 炭化珪素析出板
９４０ｂ 炭化珪素析出板
９４１ａ 炭化珪素析出板
９４１ｂ 炭化珪素析出板
９４２ａ 炭化珪素析出板
９４２ｂ 炭化珪素析出板
９４３ 炭化珪素析出板
９４３ａ 内部空間
９４３ｂ おもて面
９４３ｃ うら面
９４３ａ 内部空間
９４３ｄ 導入口
９４３ｃ うら面
９４３ａ 内部空間
９４３ｅ 排出口
９４３ｆ 筐体
９４３ｇ 表面
９５０ａ 炭素源ガス導入管
９６０ 空間
９７０ａ 壁
９７０ｂ 壁
９８０ａ 通過口
９８０ｂ 通過口
１０００ 製造装置
１１００ 外筒
１２００ 保持治具
１３００ セラミック炉芯管
１４００ 固定フランジ
１５００ 筐体
２０００ 製造装置
３０００ 製造装置
Ｄ１ 方向
Ｈ 高さ
Ｒ 半径
Ｖｇ 噴出速度
Ｖｄ 拡散速度

Claims (6)

1. 化学蒸着により炭化珪素多結晶を成膜する成膜室から排出される、塩素含有珪素源ガスを含有する排ガスを、炭化珪素析出板を備える、室内温度が１４００Ｋ～１８００Ｋの排ガス処理室へ導入する排ガス導入工程と、
   前記炭化珪素析出板へ接触する前記排ガス中の炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉを、１．１～２．０：１に制御するモル比制御工程と、
   前記モル比制御工程後の前記排ガスを、前記炭化珪素析出板で反応させて、炭化珪素を析出させる炭化珪素析出工程と、
   を含む、排ガス処理方法。
2. 前記炭化珪素析出工程は、前記排ガスを前記炭化珪素析出板へ衝突させて、当該炭化珪素析出板の表面に炭化珪素を析出させる工程である、請求項１に記載の排ガス処理方法。
3. 前記炭化珪素析出板は、
   炭素粒子が充填された中空の内部空間と、
   前記排ガスが流通する方向において前記内部空間よりも上流にあり、前記排ガスが流通する方向と交差するおもて面と、
   前記排ガスが流通する方向において前記内部空間よりも下流にあり、前記排ガスが流通する方向と交差するうら面と、
   前記おもて面に設けられた前記排ガスを前記内部空間へ導入する導入口と、
   前記うら面に設けられた前記排ガスを前記内部空間から排出する排出口を備え、
   前記炭化珪素析出工程は、前記排ガスを前記炭素粒子へ衝突させて、当該炭素粒子の表面に炭化珪素を析出させる工程である、請求項１に記載の排ガス処理方法。
4. 前記炭素粒子の比表面積は、前記おもて面の面積の２倍以上である、請求項３に記載の排ガス処理方法。
5. 前記モル比制御工程において、前記炭化珪素析出板へ接触する前の前記排ガスに対し、炭素と珪素のモル比Ｃ：Ｓｉが１．１～２．０：１となるように、炭素源ガスを混合する、請求項１～４のいずれかに記載の排ガス処理方法。
6. 請求項１～５のいずれかに記載の排ガス処理方法を含む、炭化珪素多結晶ウエハの製造方法。

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