JPH03130366A - 炭化珪素膜製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体に熱処理を施す拡散炉用の反応管等の
筒状基体の内面に炭化珪素被膜を形成するのに好適に用
いられる炭化珪素膜製造装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕半導体
拡散炉用の反応管としては筒状の炭化珪素質基体の内面
に高純度の炭化珪素被膜を形成したものが好ましいが、
このような反応管を製造する場合、基体内面に高純度炭
化珪素被膜を形成する方法としては、珪素源と炭素源と
を含む原料ガスを基体内に供給し、常圧又は減圧下で加
熱して基体内面に炭化珪素膜を蒸着する化学気相蒸着（
ＣＶＤ）法が通常用いられている。

しかし、このような方法で得られた炭化珪素膜は緻密性
、均一性、均質性に劣り、破損や剥離といった不都合を
生じる場合がある。即ち、拡散炉用反応管などのように
長尺筒状の基体内面に化学気相蒸着法により炭化珪素膜
を形成する場合、加熱下において筒状基体の一端開口部
より原料ガスを供給するが、この場合原料ガスの供給部
付近、即ち一端側はど厚い被膜となり易く１反応条件の
変化が緻密性にも影響し、緻密性、均一性、均質性の高
い被膜を得ることが困難である。このため。

このような方法により被膜を形成した半導体拡散炉用反
応管は、半導体の熱処理中に被膜の破損。

剥離を起こしやすく、不純物の通過や拡散により、内部
の半導体を汚染する場合がある。

このような問題を解決するため、筒状の外殻内に筒状電
極を配し、該筒状電極内に被処理炭化珪素管を配設して
該炭化珪素管内にその一端側から原料ガスを供給し、上
記外殻外周に移動可能に配設されたリング状の誘導加熱
器により筒状電極内を帯域状に誘導加熱すると共に、誘
導加熱器を外殻に沿って移動させることによって加熱帯
域、即ち反応領域を移動させ、原料ガスの供給側の端部
と他端部とで膜厚や緻密性に差が生じるのを防止した被
膜形成装置が提案されている（特公昭６０−６３０４号
公報）。

しかし、このような装置にあっては、加熱部（反応領域
）とガス導入部との距離が変化し、その間の温度分布、
ガス組成（炭素源／珪素源比。

原料ガス／キャリヤーガス比等）の制御が困難であり、
このため膜厚の均一性は得られ易いものの、膜が多層構
造になり易いなど、均質性の点で問題を生じる場合があ
る。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、長尺の筒状
物であっても、その内面全面に均一性。

均質性の優れた高純度炭化珪素膜を確実に形成し得、半
導体拡散炉用の炭化珪素質反応管の製造に好適に用いら
れる炭化珪素膜製造装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を遠戚するため、筒状の被処理物内
面に高純度炭化珪素被膜を化学気相蒸着法によって形成
する装置であって、上記被処理物が収容され、その軸方
向に沿って移動可能に設けられた筒状反応管と、該反応
管の外側にリング状に配設固定されて反応管内に収容さ
れた被処理物を帯域状に部分加熱する加熱機構と、上記
反応管の軸方向に沿って配設固定され、その先端部から
上記反応管内に収容された被処理物内に炭素源と珪素源
とを含む原料ガスを供給するガス供給管と、上記反応管
及びこの反応管と一体に被処理物をその軸方向に沿って
移動させる反応管移動機構とを具備してなることを特徴
とする炭化珪素膜製造装置を提供する。

〔作　用〕

本発明の炭化珪素膜製造装置を用いて筒状の被処理物内
面に炭化珪素被膜を形成する場合、該被処理物を反応管
に収容した後、加熱器により反応管内に収容された被処
理物の一部を帯域状に加熱し、被処理物内の該加熱領域
にガス供給管より炭素源と珪素源とを含む原料ガスを供
給して被処理物内の該領域に炭化珪素膜を気相蒸着させ
ると共に、反応管移動機構を作動させて、反応管をその
軸方向に所定速度で移動させ、これと一体に内部に収容
された被処理物を軸方向に沿って移動させて被処理物内
面全面に炭化珪素膜を形成するものである。なお、この
際反応管内を減圧とすることが好ましい。

而して、本発明の炭化珪素膜製造装置によれば、被処理
物を帯域状に加熱して該処理物内に帯状反応領域を形成
する加熱器と、上記反応領域に原料ガスを供給するガス
供給管とが固定されているので、被膜形成時に両者の距
離が変化することなく、常に一定の条件で加熱反応領域
へ原料ガスを供給することができ、反応管移動機構によ
り反応管と共に被処理物を軸方向に沿って移動させるこ
とによって、被処理物がその一端から他端にかけて順次
上記加熱反応領域を通過し、従って該被処理物の一端部
から他端部へ上記加熱反応領域が移動し、被処理物の内
面全面に亘って一定の加熱条件及び原料供給条件で膜形
成を行うことができる。それ故、長尺の筒状被処理物で
あっても、その内面全面に均一、均質で緻密な炭化珪素
膜を確実に形成することができる。従って、被処理物と
して炭化珪素管を用いることにより、被膜の破損、剥離
といった不都合を生じたり、熱処理中に不純物の通過や
拡散により内部の半導体を汚染するようなことのない半
導体拡散炉用の炭化珪素質反応管を得ることかできる。

以下、本発明の一実施例につき図面を参照して説明する
。

〔実施例〕

図面は１本発明の一実施例に係る炭化珪素膜製造装置を
示すもので、半導体拡散炉用反応管の筒状炭化珪素質基
体の内面に高純度炭化珪素被膜を形成するのに好適に使
用されるものである。この炭化珪素膜製造装置１は、箱
型基台２を具備する。

この基台２内の底壁の一側部には減速モータ３が固定さ
れ、その回転軸の先端にはキアボックス４内に配設され
たカサバ歯車５が取り付けられている。該カサバ歯車５
は他のカサバ歯車６と歯合され、この歯車６にはギアボ
ックス４から上方へ延出する如く立設された能動軸７の
下端が固定され。

減速モータ３の開動により歯車５，６を介して開動軸７
が回転するようになっている。なお、この駆動軸７には
雄ねじ部８が形成されている。また。

基台２内の底壁他側部には開動軸７に対向して支柱９が
立設されている。

１０は支持板で、その互いに対向する両端部にはそれぞ
れ開動リング１１．摺動リング１２が固定されている。

駆動リング１１の内周面には上記駆動軸７の雄ねじ部８
と螺合する雌ねじ部１３が形成され、駆動リング１１が
開動軸７に両ねじ部８．１３が螺合した状態で挿入され
ていると共に、摺動リング１２が支柱９に摺動可能に挿
入されており、駆動軸７の回転により、その回転方向に
応じて駆動リング１１が上下動し、それと一体に支持板
１０が基台２内を上下動し得るようになっている。

上記支持板１０には、その中央部に嵌着孔１４が形成さ
れており、この嵌着孔１４に厚肉リング状の台座１５が
嵌着固定されている。該台座工５の上端面に形成された
リング状凹部には、円筒状反応管１７の下端部が嵌着し
た状態で立設されており、該反応管１７はその上端側が
基台２の土壁に穿設された反応管挿通孔１６から上方へ
突出している。上記反応管１７は石英等から形成されて
おり、また反応管１７内には円筒状の黒鉛電極１８が同
心円状に配設固定され、この電極１８と反応管１７との
間にはカーボン繊維等の断熱材が介装されて断熱Ｍ１９
が形成されている。なお、反応管１７の上端開口部は、
中央部に排気管２０を有する蓋体２１によりＯリング（
図示せず）を介して気密に閉塞されている。また、この
排気管２０は図示していないが真空ポンプに接続され、
該真空ポンプを作動させることにより上記反応管１７内
を減圧にし得るようになっている。更に、反応管１７は
、上記支持板１０に所定間隔離間して立設され、その先
端側が基台２の土壁に穿設された貫通孔２２，２２を通
って上方に突出した２本の支柱２３．２３により腕木２
４．２４を介してしっかりと支持板１０上に固定されて
いる。また、反応管７が挿通された基台２の反応管挿通
孔１６には短軸筒状のコイル支持体２５が嵌着固定され
ており、この支持体２５の内面に反応管１７内の電極１
８を誘導加熱する水冷誘導コイル２６が反応管１７の一
部を取り巻くように配設されている。

また、基台２内の底壁中央部しこは、大径円筒体の上端
面に小径円筒体が形成された台座２７を介して原料ガス
供給管２８が立設されている。このガス供給管２８の先
端部は上記反応管１７の基端部が固定された台座１５の
貫通孔２９を通って反応管１７内に突出し、該先端部か
ら反応管１７内に収容された筒状の被処理物内に供給路
３０から導入された炭素源と珪素源とを含む原料ガスを
供給するようになっている。

次に、上記炭化珪素膜製造装置１を用いて半導体拡散炉
用反応管の筒状炭化珪素質基体（被処理物）３１の内面
に高純度炭化珪素被膜を形成する場合は、蓋体２１を取
った状態で該基体３１を反応管１７内に収容し、蓋体２
１を反応管１７に取り付けてその上端関口部を閉塞した
後、排気管２０から真空ポンプにより反応管１７内の空
気を排出して反応管１７内を減圧する。この減圧状態を
保持したまま、水冷誘導コイル２６に通電することによ
り電極１８の一部（図においては下部）を誘導加熱し、
これによって被処理物の下部を帯域状に加熱すると共に
、ガス供給管２８を通して上記帯域状加熱領域に炭素源
と珪素源とを含む原料ガスを供給する。これにより、被
処理物３１内の下部に炭化珪素膜が蒸着するが、この状
態で減速モータ３を作動させて支持板３を下方へ移動さ
せ、この移動と一体に反応管１７を下方へ移動させて原
料ガスが供給された帯状反応領域を被処理物３１の下端
部から上端部へと所定速度で移動させる。

これによって被処理物３１の内面全面にその下端から上
端へと順次炭化珪素被膜を気相蒸着する。

なお、原料ガスとしては炭素源と珪素源とを含有するも
のであり、具体的にはメチルトリクロロシラン等が好適
に使用され、この際通常はキャリヤーガスとして水素ガ
スが併用される。また、炭素源と珪素源とを別々のガス
から供給することもできる。この場合、ガス供給管２８
を二重構造とすることにより、原料ガスに対して任意の
キャリヤーガス流量が容易に選択できる。また、二種類
の原料ガスを別々に供給することにより、ガス供給管２
８内での反応を防ぐことができ、反応管内へ設定ガス流
量で供給できる等の利点がある。反応管内の加熱温度は
１１００〜１５００℃とすることができ、また反応管内
を１　”　１００Ｔｏｒｒ程度の減圧とすることが好ま
しい。更に、反応管１７の移動速度は、希望する膜厚と
被処理物の大きさ、その他の処理条件とから決定する必
要があるが、５０ａａ／ｈｒ程度とすることが好ましい
。

上記炭化珪素膜製造装置１によれば、反応管１７内の電
極１８を部分的に誘導加熱して被処理物３１内に加熱反
応領域を形成する水冷誘導コイル２６と、上記加熱反応
領域に原料ガスを供給するガス供給管２８とが固定され
ているので、被膜形成時に両者の距離が変化することが
なく、このため常に一定の条件で加熱反応領域に原料ガ
スを供給することができ、反応管１７がその軸方向に沿
って移動することにより、内部に収容された被処理物３
１が一体に移動し、これによって上記加熱反応領域が被
処理物３１の下端部から上端部へと移動し、被処理物３
１の内面全面に亘って一定の加熱条件及び原料供給条件
で膜形成を行なうことができる。それ故、長尺の筒状被
処理物であっても、その内面全面に均一、均質で緻密な
炭化珪素膜を確実に形成することができる。従って、被
処理物３１として炭化珪素管を用いることにより、被膜
の破損、剥離といった不都合を生じたり、熱処理中に不
純物の通過や拡散により内部の半導体を汚染するような
ことのない半導体拡散炉用の炭化珪素質反応管を得るこ
とができる。

なお、本発明の炭化珪素膜製造装置は、上記実施例に限
定されるものではなく、例えば加熱機構を誘導加熱に代
えて抵抗加熱、赤外放射加熱、レーザービーム加熱等の
他の方法による加熱機構とすることや反応管を水平に配
置することなどは何ら差し支えなく、また反応管の移動
機構や各部材の形状及びそれらの配置等も本発明の要旨
の範囲内において種々変更して差し支えない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の炭化珪素膜製造装置によ
れば、長尺筒状の被処理物であってもその内面全面に均
一、均質で緻密な炭化珪素膜を形成することができ、被
処理物として炭化珪素管を用いることにより、被膜の破
損、剥離といった不都合を生じたり、熱処理中に不純物
の通過や拡散により内部の半導体を汚染するようなこと
のない半導体拡散炉用の炭化珪素質反応管を得ることが
できるものである。

以下、実験例を示し、本発明を具体的に説明する。

〔実験例〕

上記実施例において示した炭化珪素膜製造装置ｌを用い
、その黒鉛電極１８内に内径１５０ｍｍφ。

外径１６０画φ、長さ２０００ｒｒｎの炭化珪素管３１
を装填し、蓋体２１で反応管１７の上端開口部を気密に
閉塞した後、排気管２０から真空ポンプにより反応管１
７内の空気を排気して管内を減圧した。次に、水冷誘導
コイル２６に通電して電＋ｌｉ８下部を誘導加熱し、被
処理物３１下部を加熱すると共に、ガス供給管２８から
炭化珪素管３１内に水素ガスを６０００ｆｆＩＱ／ｍｉ
ｎの条件で流入させながら反応管１７内を５０Ｔｏｒｒ
に！ｌ！Ｉ整した。その後、炭化珪素管３１の加熱領域
を１３００℃とし、ガス供給管２８の先端より水素ガス
及びメチルトリクロロシランをそれぞれ６０００　ｆｌ
ＩＱ／ｗｉｎ及び５０　ａｌｌ　／　ｗｉｎの流速で炭
化珪素管３１内に流入させながら、減速モータ３を作動
させて反応管１７を軸方向に沿って下方へ５０ａｎ／ｈ
ｒの速度で移動させ、炭化珪素管３１の内面に炭化珪素
を気相蒸着させて、内面が緻密質の炭化珪素膜で被覆さ
れた炭化珪素質反応管を得た。

上記炭化珪素質反応管において、その被膜の両端部及び
中央部での膜厚は平均８０／ａで、そのバラツキは最大
厚と最小厚との差が１５−であった。

また、被膜の断面を１！察したところ、層状態は認めら
れず、均一、均質な炭化珪素膜であることが確認された
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す断面図である。 １・・・炭化珪素膜製造装置　１７・・・反応管２６・
・・水冷誘導コイル　　　２８・・・ガス供給管３工・
・・被処理物 ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．筒状の被処理物内面に高純度炭化珪素被膜を化学気
   相蒸着法によって形成する装置であって、上記被処理物
   が収容され、その軸方向に沿って移動可能に設けられた
   筒状反応管と、該反応管の外側にリング状に配設固定さ
   れて反応管内に収容された被処理物を帯域状に部分加熱
   する加熱機構と、上記反応管の軸方向に沿って配設固定
   され、その先端部から上記反応管内に収容された被処理
   物内に炭素源と珪素源とを含む原料ガスを供給するガス
   供給管と、上記反応管及びこの反応管と一体に被処理物
   をその軸方向に沿って移動させる反応管移動機構とを具
   備してなることを特徴とする炭化珪素膜製造装置。