JPH0532458A - 半導体熱処理装置および半導体熱処理装置用高純度炭化珪素質部材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体熱処理装置用ＳｉＣ質部材を高純度化
し、熱処理されるＬＳＩやＶＬＳＩ等の製品歩留りを向
上せしめる。 【構成】α−ＳｉＣ粉末の粒子径を４４μｍ以下、平均
粒子径を２〜２５μｍとして混酸と純水で洗浄すること
により高純度の粉末とすることができ、この粉末の焼結
体に高純度のシリコンを溶融含浸せしめた部材は、鉄の
含有量が５ｐｐｍ以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子製造工程の中
で、シリコンウエハーの酸化、ドーピング元素の拡散、
薄膜形成等の工程に用いられる、拡散炉、ＣＶＤ炉をは
じめとする半導体熱処理装置の均熱管、反応管、ボー
ト、カンチレバー、サセプタ等の高純度炭化珪素質部材
とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子製造工程で用いられる熱処理
装置用部材では、部材中に含まれている不純物元素が、
処理されるシリコンウエハーや半導体素子を汚染して欠
陥を生ぜしめ、製品歩留りが低下する原因となる。不純
物の汚染を防いで製品の歩留りを向上させるため、半導
体熱処理装置には高純度の石英ガラス質部材または高純
度の炭化珪素質部材が用いられている。

【０００３】熱処理装置用部材の材質として、石英ガラ
スは純度の高いものが容易に製造できるので、従来から
多用されているが、熱処理温度を1100℃以上に上げると
軟化して変形したり、失透（結晶化）して亀裂が生じる
ことがある他、曲げ強度が約6kg/mm² と小さいため破損
し易く、耐用が短いという欠点を有している。

【０００４】一方、炭化珪素質部材では、石英ガラス質
部材のように高純度のものが得られていないが、1200℃
以上の高温下で安定であり、室温および高温における曲
げ強度が20kg/mm²以上と大きいものが得られ、変形する
心配がなく、破損しにくく、かつ耐用も良いという長所
を有している。拡散炉用部材などとして使用されてい
る、主としてα型炭化珪素（以下α-SiCと略称する）と
シリコンからなる従来の炭化珪素質焼結体の製造方法
は、例えば特公昭54-10825号公報に開示されている。

【０００５】α-SiCの粉体は研磨材として広く使用され
ているので、狭い粒度範囲に分級された粉体が市販され
ており、炭化珪素質焼結体の原料には、これらの粉体の
うち緑色をした純度の高いものを選んで使用する。

【０００６】α-SiCは酸などの腐食性物質に対する耐食
性が特に優れた物質であって、フッ酸、塩酸、硝酸はも
ちろん、これらの混酸に対しても十分な耐食性がある。
α-SiC粉末の精製にはこの性質を利用し、特開昭55−15
8622に記載されているようにα-SiC原料粉末をフッ酸と
硝酸の混酸および純水で洗浄して高純度化する。この方
法によれば 15ppmレベルの不純物を含むα-SiC原料粉末
を得ることができる。そうして、このレベルに精製され
たα-SiCが拡散炉用の炭化珪素質部材の製造に使用され
ている。

【０００７】しかしＬＳＩや超ＬＳＩ等、製造する半導
体素子の集積度が増大するにつれて、不純物元素による
被処理素子の汚染は、製品の歩留りに大きく影響するた
め、不純物元素による汚染の心配のない、更に高純度の
熱処理装置用部材を使いたいという強い要望がある。

【０００８】このための一つの対策として、特開昭63-2
57218 号公報や特開平1-282152号公報には、炭化珪素質
部材の表面にＣＶＤ法により高純度で緻密な膜を形成
し、この皮膜を不純物拡散を阻止するバリヤとして利用
し、不純物元素による製品の汚染を防ぐ方法が開示され
ている。この方法は有効な方法ではあるが、ピンホール
のない皮膜を形成することは容易でなく、皮膜の剥離が
生じることもあって炭化珪素質部材中に含まれている不
純物の拡散を完全に阻止することは困難である。

【０００９】また、ＣＶＤ装置の内部に存在する不純物
元素をＣＶＤ皮膜中に取り込むこともあり、高集積度の
ＬＳＩの製造においては依然として不純物元素の汚染に
よる歩留り低下の問題が切実である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は拡散炉等の半
導体熱処理装置用炭化珪素質部材に起因するウエハーや
半導体素子の不純物元素による汚染を防ぎ、製品歩留り
を更に向上し得る半導体熱処理装置および半導体熱処理
装置用高純度炭化珪素質部材とその製造方法を提供しよ
うとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体熱処理装
置用高純度炭化珪素質部材は、主としてα-SiCとシリコ
ンからなる半導体熱処理装置用炭化珪素質部材であっ
て、部材を構成するα-SiCの結晶粒子径が44μm 以下
で、その重量平均結晶粒子径が 2〜25μm の範囲にあ
り、シリコンがα-SiCの結晶粒子間を充たしており、か
つ部材中に含まれる不純物である鉄が5ppm以下であるこ
とを特徴とする。

【００１２】本発明の半導体熱処理装置用高純度炭化珪
素質部材の好ましい態様では、部材中に含まれる鉄が2.
5ppm以下である。

【００１３】炭化珪素の結晶にはα-SiCとβ型炭化珪素
（以下β-SiCという）の２つの結晶相が知られている。
これらのうち、気相合成やシリカとカーボンの反応など
により合成されるβ-SiCでは、比較的純度の高い微粉末
が得られ、焼結体の原料に純度の高い粉末を使用すれ
ば、焼結された部材の結晶粒子の内部に不純物を取り込
むことがほとんどなく、洗浄して高純度化することも比
較的容易である。しかし、β-SiC粉末は粒子が細か過ぎ
るため成形が困難である他、成形しても気孔率が大きい
成形体しか得られず、焼結助剤を使用しない高純度炭化
珪素質部材の焼成では焼成収縮をほとんど伴わないの
で、強度の大きい焼結体が得られない。

【００１４】さらに、微細な結晶粒子からなる細かい気
孔を有する焼結体の場合には、溶融シリコンの含浸が困
難であるという問題点も抱えている。また、β-SiCは、
α-SiCと比べて酸に対する耐食性に劣り、繰り返し酸洗
浄を行う必要がある拡散炉用部材においては耐久性が劣
るという欠点がある。これらの理由からβ-SiCよりα-S
iCの方が半導体熱処理装置用部材にはより適した材料で
ある。

【００１５】不純物である鉄の含有量が僅かである炭化
珪素質部材では他の不純物の含有量も同時に僅かであ
り、半導体熱処理装置に高純度炭化珪素質部材を使用す
ることによって、半導体熱処理装置中で処理されるウエ
ハーや半導体素子の製品の歩留りを更に向上せしめるこ
とが可能であるとともに、熱処理装置の耐用も石英ガラ
ス質部材と比べてはるかに良好である。

【００１６】本発明の半導体熱処理装置用高純度炭化珪
素質部材の製造方法は、主としてα-SiC結晶粒子とシリ
コンからなる半導体熱処理装置用炭化珪素質部材の製造
方法であって、α-SiC原料を粉砕して分級し、粒子径が
44μm 以下で、重量平均粒子径が 2〜25μm の範囲にあ
る粉末を、フッ酸と硝酸の混酸および純水で洗浄して粉
末中の不純物である鉄を5ppm以下にし、この粉末に有機
結合剤を加えて成形し、1500〜2300℃において焼成した
後、高純度のシリコンを溶融含浸することを特徴とす
る。

【００１７】アチソン法で合成されたα-SiCを粉砕して
分級された原料粉末の粒子は、ほとんどα-SiCの単結晶
粒からなっている。本発明の半導体熱処理装置用高純度
炭化珪素質部材の製造方法においては、α-SiC粉末の粒
子径を44μm 以下と従来より細かくすることにより、α
-SiC粉末粒子中の不純物がフッ酸と硝酸の混酸などによ
る洗浄で溶かし出し易い状態になることを見つけ、さら
に高純度の粉末とすることを可能にした。純水としては
通常イオン交換水、あるいは蒸留水が使用される。

【００１８】本発明にいうところの半導体熱処理装置用
部材を具体的に例示すると、ウエハ−処理工程の中で用
いられる酸化炉、拡散炉、ＣＶＤ炉等に用いられる均熱
管、反応管、ボート等のウエハー治具、カンチレバー、
サセプタ等である。特公昭54-10825号公報に記載されて
いる半導体拡散炉用炭化珪素質部材の従来の製造方法で
は、たとえば実施例に記載されているように、平均粒径
が 0.1〜8μm のα-SiC粉末50重量％と平均粒径が30〜1
70 μm のα-SiC粉末50重量％を出発原料として用い、
これを成形して焼結したものに高純度のシリコンを溶融
含浸、あるいは含浸と同時に焼結体中に残留しているカ
ーボンをシリコンと反応させ炭化珪素化（この焼結プロ
セスは反応焼結と呼ばれる）して製造される。

【００１９】しかしこのような従来の粒度構成のα-SiC
粉末原料を用いる場合には、十分にα-SiCの原料粉末や
焼結体の洗浄処理を行っても最終的に得られる炭化珪素
質焼結体の純度に限度があることが判明した。出発原料
であるα-SiCの結晶は、通常アチソン法と呼ばれる方法
により合成されている。アチソン法では、通常珪砂と石
油コークスを原料とし、混合した原料を間接式電気抵抗
炉で2200〜2500℃に加熱することにより、 SiO₂＋3C→SiC ＋2CO 等の反応によって炭化珪素が合成される。この反応温度
が2100℃より高いことにより炭化珪素の結晶はすべてこ
の温度領域で安定なα-SiCになる。

【００２０】得られるα-SiCは多数の粗い結晶が固まっ
た塊状のものとして得られる。これを半導体熱処理装置
用部材を製造する原料として使用する場合には、粉砕し
て分級し、更にフッ酸と硝酸の混酸などを用いて鉄をは
じめとする不純物元素を溶かし出し、次いで純水で洗浄
することにより精製する。本発明者らが調べたところ、
粉砕工程で導入された粒子の表面に付着している不純物
元素は比較的容易に除去できるが、結晶粒界や結晶粒子
の内部に取り込まれた不純物は混酸と純水で洗浄しても
除去することがほとんどできず、これらの残留不純物
は、その後の焼成やシリコン含浸工程で焼結体の内部に
おいて拡散し、焼結体中に残留していることが分かっ
た。

【００２１】従って、鉄濃度が5ppm以下、さらには2.5p
pm以下という高純度の半導体熱処理装置用炭化珪素質部
材を得るためには、単に純度の高いα-SiC原料を選んで
用いるだけでは不十分であり、この除去し難い、結晶粒
界や結晶の内部に存在する不純物を除去する必要があ
る。この事実を確認するには、また製造方法を確立する
には、後述する新たな分析手法の開発とその利用が必要
であった。

【００２２】種々検討を行った結果、この結晶の内部に
存在する不純物の多くは結晶の内部に形成された空隙の
表面に付着していることが分かった。α-SiC原料粉末の
最大粒度を44μm 以下とし、重量平均粒子径を25μm 以
下となるように砕いてやると、大部分の結晶粒界や結晶
の内部に形成された空隙の表面に存在する鉄などの不純
物元素が結晶粒子の表面に剥き出しとなり、混酸と純水
による洗浄によって除去が可能となることをつきとめ
た。

【００２３】α-SiC粉末の重量平均粒子径を 2μm 以下
に細かくすると、純度については混酸を使用する洗浄に
よって鉄の含有量を5ppm以下にできるが、粉砕工程で原
料中に混入する不純物の濃度が高くなり、5ppm以下の不
純物濃度の原料粉末とするための洗浄に手間がかかる。
また、粉末の粒子が細かいと成形体の焼成前における生
加工性が不良であり、焼成体の気孔組織が細かくなり、
シリコンの含浸が困難になるので好ましくない。

【００２４】逆に、α-SiC原料粉末の重量平均粒子径を
25μmより大きくすると、原料粉末を最大粒子径44μm
で分級するとき篩を通過しない粉末が多く残って原料粉
末の使用できる割合が低下する他、粉末の成形性、特に
排泥鋳込の場合に排泥面（成形体の内側）の平滑度が低
下し、これによって曲げ強度などの材料物性が劣化する
ので好ましくない。

【００２５】不純物の鉄を除去する工程では、他の不純
物元素の多くも同時に除去される。その理由は、洗浄に
使用するフッ酸と硝酸の混酸がほとんどの不純物元素を
溶解するとともに、α-SiC結晶がほとんどの不純物元素
を結晶の内部に固溶せず、不純物が結晶粒界あるいは結
晶の表面のみに存在していることによる。半導体拡散炉
用部材の成形、焼成および高純度シリコンの含浸工程
は、α-SiC粉末の純度のレベルを極力劣化させないよう
に注意して行う必要がある。しかし、出発原料であるα
-SiC粉末の純度を高くすることが最も重要である。

【００２６】半導体熱処理装置用炭化珪素質部材を製造
するための成形方法としては、製品の形状に応じて泥漿
鋳込成形法、アイソスタチックプレス法、押出成形法な
どを採用できるが、いずれの成形方法を使用する場合に
も、粒度分布の幅が広い方が成形性が良好であり、成形
体の密度も高くできるので都合が良い。本発明の半導体
熱処理装置用高純度炭化珪素質部材の製造方法の好まし
い態様では、成形を排泥鋳込成形法で行う。

【００２７】本発明の高純度炭化珪素質部材の製造方法
で使用する原料粉末は、排泥鋳込成形法用の泥漿として
特に適した粒度分布を有している。すなわち、使い易く
安定な泥漿となり、排泥鋳込成形法を適用することによ
って、他の成形法より密度の大きい成形体が得られ、生
成形体が薄肉であってもハンドリングや生加工に必要十
分な強度を有しており、多様な形状の薄肉のチューブや
長尺寸法の成形品が容易に得られ、原料であるα-SiC粉
末の粒径を44μm以下としたことにより、固体粒子の懸
濁液である泥漿中のα-SiC粉末の沈降速度が小さく、部
分による肉厚の差の小さい成形体を得られるなどの利点
がある。

【００２８】本発明の半導体熱処理装置用高純度炭化珪
素質部材の製造方法によって得られる部材は高強度であ
って、薄肉にしても十分な強度があり、半導体熱処理装
置全体を軽量化して使い易い装置とすることができる。
比較的厚肉の形状を有するサセプタ、ボートなどの成形
では、アイソスタチックプレス法が好ましく使用でき
る。

【００２９】また、各種形状の成形体を作るのに成形体
を生加工するが、この場合にもある程度粗い粉末が存在
している方が加工性が良い。原料を高純度化するのに適
した粒度であること、製造における成形性、生加工性お
よび得られる焼結体の材料物性を考慮するとき、α-SiC
原料粉末として特に好適な重量平均粒子径の範囲は 3〜
15μm である。

【００３０】焼成後、焼結体の気孔に含浸される高純度
シリコンの量は、焼結体の気孔率が小さいと閉じた気孔
が増えてシリコンの含浸が困難となるので、通常 7重量
％以上シリコンが含浸されるようにするのが好ましい。
焼結体のシリコンの含有量は35重量％以下、より好まし
くは25重量％以下とすることによって高い曲げ強度など
の好ましい物性を確保するこができる。

【００３１】本発明の半導体熱処理装置用高純度炭化珪
素質部材の製造方法では、有機質の結合剤は使用する
が、焼結助剤なしで焼結されるので、焼結は主として表
面拡散あるいは蒸発と凝縮の機構によって進行すること
になり、粒子と粒子との間の間隔が縮まず、焼成収縮が
ほとんどないという特徴がある。従って気孔率の小さい
緻密な焼結体を得るためには密度の大きい成形体を得る
必要がある。

【００３２】有機質の結合剤としては、フェノール樹
脂、ポリ酢酸ビニルエマルジョン、アクリル樹脂エマル
ジョンなどが好ましく使用でき、フェノール樹脂を結合
剤として用いるときは、焼成体中にカーボンが残留する
ことになり、このカーボンはシリコンを含浸するときシ
リコンと反応してβ-SiCに変わる。

【００３３】α-SiC粉末からなる成形体の焼成工程で
は、次のシリコン含浸工程でハンドリングできる強度が
得られればよいという意味で、焼成温度は低くてもかま
わないが、1500℃以上で焼成することによりハンドリン
グに十分な強度が得られる。しかし、特にカーボンが残
留するフェノール樹脂のような結合剤を用いた場合、焼
成温度を1000℃程度とすることも可能である。焼成を21
00℃以上で行うと結晶成長（再結晶と呼ばれる）が進行
するようになり、結晶粒子が成長することにより焼結体
の組織が変化してくる。この際、材料の特性が徐々に劣
化するが、2300℃までは焼成温度を上げても結晶の成長
は著しくない。しかし2300℃より更に温度を上げると、
結晶成長が顕著になり、炭化珪素成分の蒸発による減量
もあって材料強度や破壊靭性が低下する傾向がある。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基いて更に詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定さ
れるものではない。α-SiC粉末の高純度化処理を種々の
粒度を有するα-SiC粉末について試み、処理した粉末の
純度を分析した結果を表１に示した。すなわち、α-SiC
粉末をフッ酸と硝酸（２：１）の混酸中に投入して５時
間撹拌し、次いで純水で洗浄する操作を３回繰り返し
た。それぞれの洗浄を行った後の粉末中の鉄をフッ酸と
硝酸の混酸中で煮沸して溶出し、得られた溶液中の鉄を
原子吸光分析法により定量分析した。

【００３５】ただし、微量の不純物を定量するため、試
薬は通常使用されている特級試薬の代わりに、分析用の
高純度試薬のフッ酸と硝酸（いずれも不純物が1ppb以下
のもの）を用いた。ここで、平均粒子径とは、粒度分布
を積算重量分布で求め、50重量％の位置の粒子径を読み
取った値である。

【００３６】表１の分析結果によれば、粉砕して分級し
た後のα-SiC粉末は粒子径が小さいものの方が不純物を
多く含み、粉砕時に不純物の混入が多いことが分かる。
しかし、洗浄を繰り返すことにより、この分析方法によ
る分析値は粒度に関係なく一定の純度レベルに落ち着
く。

【００３７】従って、原料粉末の粒子径が細いと不純物
濃度は大きくなるが、粉砕工程で導入された不純物は混
酸と純水で洗浄することにより除去が可能である。しか
し、このJIS R6124 に基く炭化珪素中の不純物の分析方
法は、粒子表面に存在する不純物元素のみを溶出し、酸
で煮沸して溶出し得た不純物を分析する方法であって、
α-SiCの結晶粒界や結晶の内部に存在する不純物元素ま
で溶解して分析しているわけではない。あくまでもα-S
iC粉末粒子表面の不純物元素を分析しているに過ぎない
ことは以下の検討の結果から明らかになった。

【００３８】α-SiC粒子を分解して、その内部に存在す
る不純物元素の全て、あるいは大部分の不純物元素を溶
解して分析することができれば、真の純度、もしくは真
の純度に近い分析値が得られるはずである。一般に炭化
珪素の結晶粒子を分解する方法としてはアルカリ溶融が
行われるが、溶融に用いる試薬および溶融に用いる容器
に由来する不純物が極微量の不純物の定量の妨げになる
ことが多い。

【００３９】これらの欠点を補うことができる分解方法
として、加圧分解法の適用を試みた。すなわち、α-SiC
の粉末をフッ酸と硝酸の混酸とともに耐食性のある容器
（フッソ樹脂製のものを用いる）に収容して密閉し、耐
圧容器中で加熱することにより容器内部の圧力を高め、
α-SiCの結晶粒子の分解を促進する。この方法を適用す
るとα-SiC粒子の全分解も可能であるが、50％以上の分
解を行うことにより、分析される不純物元素量が真の含
有量に近付いて飽和し、全分解までしなくても不純物量
を高い精度で分析できることが以下の検討により判明し
た。

【００４０】まず、表１に示されたすでに３回の混酸洗
浄を行ったα-SiC粉末、すなわちJIS 法による分析でい
ずれも同等の純度を有するとされたα-SiC粉末を加圧分
解法によって分解し、原子吸光分析法により溶液中の不
純物元素である鉄を分析した。なお、加圧分解は完全に
は行わず、分解の程度は各々50〜60％となるようにし、
得られた鉄の分析結果を表２に示した。

【００４１】表２から分かるように、α-SiC粉末は従来
の混酸による洗浄方法では溶解できなかった不純物であ
る鉄をα-SiC粒子の内部に含有しており、粒子径が大き
いものほど不純物である鉄を粒子の内部に多く含有して
いることが分かる。逆に考えれば、ある値、例えば44μ
m より最大粒子径を小さくしておけば、粒子の内部に存
在している不純物元素が粒子の表面に剥き出され、混酸
による洗浄で除去が可能になることが分かる。

【００４２】この粒子径はアチソン法で合成されたα-S
iC結晶の平均の粒子径より顕著に小さい粒子径である。
不純物元素がどのような状態でα-SiC粉末粒子中に含ま
れているかを明らかにするため、α-SiC粉末粒子をＸ線
マイクロアナライザーで調べたところ、粒子の内部に存
在する鉄を主とする不純物元素は、主として結晶粒子の
内部に存在する空隙の表面に付着していることが分かっ
た。

【００４３】これらの結果から、α-SiC粉末粒子を44μ
m 以下の粒子径に砕いてやると、これらの結晶粒子内部
にある空隙のほとんどすべてが粒子表面に剥き出され、
混酸による洗浄で不純物元素の除去が可能になることが
説明できる。以上の考察においては、不純物元素である
鉄について論じたが、これは鉄がα-SiC原料の製造段階
から部材の製造に至るプロセスで最も混入し易い不純物
元素であり、かつ半導体素子の製造工程で最も排除すべ
き不純物元素の一つであることによる。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】実施例１ 325 メッシュの篩で分級された最大粒子径44μm 、平均
粒子径 8μm のα-SiC粉末をフッ酸と硝酸（２：１）の
混酸および純水で洗浄して得られた鉄の含有量が2.1ppm
の原料粉末に、純水と水溶性のフェノール樹脂を加え、
固形分濃度約80重量％の泥漿を得た。次に、この泥漿を
縦長の石膏型中に流し込んで 4mm程度の肉を形成させた
後、内部に残留している泥漿を排出し（排泥鋳込成形法
という）、外径310mm 、内径302mm 、長さ1780mmの円筒
状をした成形体を得た。この成形体の上部と下部におけ
る肉厚の差は0.5mm と小さかった。

【００４７】成形体を乾燥後、不活性雰囲気とした電気
炉中において2000℃で焼成した。次に焼結体を別の電気
炉に移し、真空中1800℃において、半導体単結晶の原料
として使用されている高純度シリコンを溶融含浸せし
め、含浸と同時に焼結体中に残留しているカーボンをシ
リコンと反応せしめて炭化珪素（この場合にはβ-SiCが
生成する）化し、すべての気孔が高純度シリコンで満た
された焼結体を得た。この後さらに混酸と純水で洗浄し
たものが半導体拡散炉のライナー管として使用される。
この焼結体から小片を切りとって、前述の加圧分解分析
法で分析したところ、鉄の含有量は2.2ppmであった。

【００４８】実施例２ 特注の篩を用いて分級した、最大粒子径30μm 、平均粒
子径 4.5μm のα-SiC粉末をフッ酸と硝酸（１：２）の
混酸および純水で洗浄し、鉄が1.8ppmのα-SiC粉末を得
た。このα-SiC粉末にポリ酢酸ビニルのエマルジョン水
溶液を結合剤として加えて造粒した。この造粒粉末を15
00kg/cm²でアイソスタチックプレス成形し、50mm×50mm
×1000mmの棒状成形体を得た。

【００４９】次に、この成形体を生加工して外径14mmの
柱状体とし、実施例１で用いた泥漿を接着剤として用い
て接着加工し、ウエハー用ボートの形状にした。加工後
の成形体につき、実施例１と同条件で焼成およびシリコ
ン含浸を行った。次いでダイヤモンドホイールで切り込
み加工を行って、シリコンウエハーを保持するための1m
m幅の溝を形成し、さらに混酸と純水で洗浄してウエハ
ー用ボートを得た。

【００５０】このウエハー用ボートから切り取った小片
について、前述の加圧分解分析法で鉄の含有量を分析し
たところ、1.2ppmであった。鉄の分析と同時に、同じ試
料溶液で他の不純物元素の含有量を分析したところ、Ni
は0.5ppm、Cuは0.1ppm、Caは2ppm、NaとK はいずれも1p
pm以下という結果を得た。

【００５１】実施例３ 325 メッシュの篩で分級して得た最大粒子径44μm 、平
均粒子径 5μm のα-SiC粉末をフッ酸と硝酸（１：２）
の混酸および純水で洗浄して得られた鉄の含有量が1.1p
pmの原料粉末に、純水と結合剤であるアクリル樹脂エマ
ルジョンを加え、固形分濃度約75重量％の泥漿を得た。
この泥漿により、石膏型を用いて排泥鋳込成形を行い、
さらに生加工してウエハーボート搭載用のフォーク状成
形体を得た。

【００５２】この成形体を乾燥後、アルゴンの不活性雰
囲気とした電気炉中において1900℃で焼成した。得られ
た焼結体の気孔率は18％で、前述の加圧分解分析法によ
り調べた鉄の含有量は1.0ppmであった。次いで焼結体を
別の電気炉に移し、真空中1800℃において焼結体に高純
度シリコンを溶融含浸せしめ、すべての気孔が高純度シ
リコンで充たされた焼結体を得た。

【００５３】この後、混酸および純水で洗浄し、焼結体
から切りとった小片について前述の加圧分解分析法で鉄
の含有量を分析したところ1.1ppmであった。同じ焼結体
から試験片を切り出し、JIS 試験法によって３点曲げ強
度を測定したところ、室温で45kg/mm²、1200℃で52kg/m
m²であり、破壊靭性値K_1C は室温で4.5MN/m^3/2、1200℃
で6.5MN/m^3/2という値を得た。従って、得られた焼結体
は、拡散炉用のフォーク状成形体などとして十分な強度
と実用性を有していることが分かった。

【００５４】実施例４ 特注の篩で分級して得た最大粒子径30μm 、平均粒子径
6μm のα-SiC粉末を、混酸と純水でそれぞれ３回洗浄
した。加圧分解分析法によるこのα-SiC粉末の鉄の含有
量は1.8ppmであった。このα-SiC粉末に純水と結合剤で
ある低重合度のポリビニルブチラールエマルジョンを加
えて泥漿とした。この泥漿を多孔質ウレタン型に3kg/cm
² の圧力で注入し、シャフト付き車輪の形に成形した。

【００５５】成形体を乾燥後、窒素ガス雰囲気とした電
気炉中において1700℃で焼成し、 次いで焼結体を別の電
気炉に移して、真空中1800℃で高純度シリコンを溶融含
浸し、31重量％のシリコンを含むマザーボートの車輪を
得た。この焼結体中の鉄の含有量を前述の加圧分解法で
分析したところ1.4ppmであり、車輪のシャフト部分から
切り取った試験片で1200℃における物性を調べたとこ
ろ、曲げ強度は23kg/mm²、破壊靭性値K_1C は7.1 MN/m
^3/2 であった。

【００５６】実施例５ 水中沈降法によって分級して得た最大粒子径15μm 、平
均粒子径3.3μm のα-SiC粉末を実施例１と同じ条件で
洗浄し、純水と結合剤であるデキストリンを加えて泥漿
とした。この泥漿を使用して実施例１と同じ形状のライ
ナー管を成形し、真空とした電気炉中において2150℃で
焼成し、高純度のシリコンを溶融含浸せしめ、11重量％
のシリコンを含むライナー管を得た。

【００５７】この焼結体中の鉄の含有量を前述の加圧分
解法で分析したところ0.5ppmであった。このライナー管
は焼成された温度が高いことによって荒れた表面を有す
るものとなったが、この表面にはジルコンの絶縁コート
層が良く密着した。

【００５８】実施例６ 実施例５と同じ方法により分級して得た最大粒子径15μ
m 、平均粒子径 2.4μm のα-SiC粉末を実施例１と同じ
条件で洗浄し、この粉末に純水と結合剤であるヒドロキ
シエチルセルロースを加え、可塑性の坏土を得た。ポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）でコーティングさ
れたシリンダーとプランジャーを有する押出成形機を使
用し、外径10mm、内径7mm のチューブを押し出し、先端
を同じ坏土で塞いで保護管の形状に成形した。

【００５９】成形体を乾燥後、アルゴンガス雰囲気とし
た電気炉中において1600℃で焼成し、さらに水素をキャ
リアガスとしてシランガスを流し、焼結体にシリコンを
含浸せしめた。得られた保護管について、前述の加圧分
解分析法で鉄の含有量を分析したところ0.4ppmであっ
た。この保護管を拡散炉中に入れ、焼結体の表面を酸化
してシリカを生成せしめたものは絶縁性があり、そのま
ま熱電対の保護管として使用できることが確かめられ
た。

【００６０】実施例７ 実施例１で得た粉末をさらに空気流で分級して10μm 以
下の粒子を取り除き、最大粒子径44μm で平均粒子径20
μm のα-SiC粉末を得た。この粉末を実施例１と同じ条
件で洗浄し、この粉末に少量のステアリン酸を滑剤とし
て混合し、500kg/cm²でプレス成形して160mm ×500mm
×6mm の板とした。この成形体をアルゴンガス雰囲気と
した電気炉中において1550℃で焼成し、次いで高純度の
シリコンを溶融含浸せしめ、板状の焼結体とした。

【００６１】この焼結体をさらに研削加工して６インチ
ウエハー用のサセプタを得た。得られたサセプタについ
て、前述の加圧分解法で鉄含有量を分析したところ4.2p
pmであり、同時に分析したクロムの含有量は0.4ppmであ
った。この焼結体から試験片を切り取って曲げ強度を測
定したところ、室温で20kg/mm²、1200℃で22kg/mm²であ
った。

【００６２】実施例８ 実施例５と同じ方法によって分級して得た最大粒子径28
μm 、平均粒子径12μm のα-SiC粉末を実施例１と同じ
条件で洗浄し、純水と結合剤であるポリビニルアルコー
ルを加えて泥漿とした。この泥漿を使用して排泥鋳込成
形を行い、実施例１と同じ形状のプロセス管の形状とし
た。

【００６３】成形体を乾燥後、850 ℃で仮焼成して結合
剤を除去し、次いで水素を含む窒素雰囲気とした電気炉
中において1800℃で焼成した。焼結体を真空雰囲気とし
た電気炉に移し、1800℃で高純度のシリコンを溶融含浸
せしめ、約15重量％のシリコンを含むプロセス管を得
た。この焼結体中の鉄の含有量を前述の加圧分解法によ
り分析したところ0.9ppmであった。

【００６４】実施例９ 325 メッシュの篩で分級して得た最大粒子径44μm 、平
均粒子径12μm のα-SiC粉末を実施例１と同じ方法で洗
浄し、実施例４と同じ方法により厚さ 6mm、直径 150mm
の円板を成形した。成形体を窒素ガス雰囲気とした電気
炉中において1700℃で焼成し、焼結体を別の電気炉に移
して高純度シリコンを真空中1800℃で溶融含浸した。

【００６５】この焼結体から小片を切り取り、前述の加
圧分解分析法で鉄の含有量を分析したところ3.1ppmであ
った。また、この円板を研削加工して輻射防止板とし、
カンチレバーに取り付けてシリコンウエハーに対する影
響を調べたが、不純物による影響はまったく認められな
かった。

【００６６】比較例１ 48メッシュの篩で分級して得た最大粒子径 297μm 、平
均粒子径32μm のα-SiC粉末を、実施例１と同様にフッ
酸と硝酸の混酸および純水でそれぞれ３回洗浄し、この
粉末について鉄の含有量を加圧分解分析法で分析したと
ころ17.2ppm であった。このα-SiC粉末を用い、実施例
１と同じ方法で、肉厚が約 4mmのライナーチューブを作
製したところ、成形体の上下の肉厚差は、泥漿の粒子の
沈降速度が大きいことによって1.5mm となった。

【００６７】次ぎにこの焼結体から小片を切り取って分
析したところ、鉄の含有量は16.8ppm であり、３点曲げ
強度は室温で18kg/mm²、1200℃で21kg/mm²、破壊靭性値
K_1Cは室温で 3.1MN/m^3/2 、1200℃で4.0MN/m^3/2 であっ
た。

【００６８】比較例２ 150 メッシュの篩で分級して得た最大粒子径105 μm 平
均粒子径22μm のα-SiC粉末を、実施例１と同じ条件で
洗浄し、加圧分解分析法によりこの粉末中の鉄の含有量
を分析したところ9.2ppmであった。この原料粉末を用
い、実施例１と同じ条件でプロセス管を製作した。この
プロセス管から小片を切り取り、加圧分解分析法で鉄の
含有量を分析したところ10.5ppm であった。

【００６９】比較例３ 水中沈降法によって分級して得た最大粒子径10μm 、平
均粒子径0.8μm のα-SiC粉末を、実施例１と同じ条件
で洗浄し、鉄の含有量が0.8ppmの原料粉末を得た。この
粉末を用い、実施例２と同様に成形加工してウエハー用
ボートの形状とし、アルゴンガス雰囲気とした電気炉中
において2000℃で焼成した。次いでこの焼結体にシリコ
ンを実施例２と同じ条件で溶融含浸したが、シリコンの
含浸しない部分が残り、焼結体には亀裂が生じて満足な
製品は得られなかった。

【００７０】

【発明の効果】α-SiC原料粉末の最大粒子径を44μm 以
下にし、平均粒子径を 2〜25μm の範囲にあるようにす
ることで、α-SiC粉末粒子をほとんど単結晶からなる粒
子とし、結晶粒界や結晶の内部に存在している不純物
を、大部分粒子の表面に剥き出しにすることができ、こ
のα-SiC原料粉末をフッ酸と硝酸などの混酸および純水
で洗浄することにより、鉄の含有量を5ppm以下、さらに
は2.5ppm以下にまで精製することが可能となった。

【００７１】不純物元素の代表である鉄の含有量が極め
て少ない、この精製方法により精製されたα-SiC粉末を
原料として成形、焼成し、高純度のシリコンを含浸せし
めた焼結体は、鉄分の濃度が5ppm以下、さらには2.5ppm
以下という高純度のものとなる。この高純度の焼結体で
作製した半導体熱処理装置用炭化珪素質部材およびこの
部材を組み込んだ、拡散炉、酸化炉、ＣＶＤ炉などの半
導体熱処理装置をウエハーやＬＳＩなどの半導体素子の
熱処理に使用することによって、半導体製品の製品歩留
りと生産性をさらに向上せしめることができる。

【００７２】また、本発明の高純度炭化珪素質部材は、
材料強度と破壊靭性値が従来の部材より大きいので、破
損しにくく信頼性があり、薄肉の部材を使用し、軽量で
使い易い半導体熱処理装置とすることもできるので、そ
の産業上の利用価値は多大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蔭山 信夫 兵庫県高砂市梅井５丁目６番１号 旭硝子 株式会社高砂工場内 (72)発明者 古川 耕二 兵庫県高砂市梅井５丁目６番１号 旭硝子 株式会社高砂工場内 (72)発明者 牧村 隆平 富山県富山市田畑南部78−17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主としてα型炭化珪素とシリコンからなる
   半導体熱処理装置用炭化珪素質部材であって、部材を構
   成するα型炭化珪素の結晶粒子径が44μm 以下で、その
   重量平均結晶粒子径が 2〜25μm の範囲にあり、シリコ
   ンが炭化珪素の結晶粒子間を充たしており、かつ部材中
   に含まれる不純物である鉄の含有量が5ppm以下であるこ
   とを特徴とする半導体熱処理装置用高純度炭化珪素質部
   材。
2. 【請求項２】請求項１において、部材中に含まれる鉄の
   含有量が2.5ppm以下である半導体熱処理装置用高純度炭
   化珪素質部材。
3. 【請求項３】主としてα型炭化珪素とシリコンから構成
   される焼結体からなる部材が組み込まれた半導体熱処理
   装置であって、焼結体中のα型炭化珪素の結晶粒子径が
   44μm 以下で、その重量平均結晶粒子径が 2〜25μm の
   範囲にあり、シリコンが炭化珪素の結晶粒子間を充たし
   ており、かつ焼結体中に含まれる不純物である鉄の含有
   量が5ppm以下である高純度炭化珪素質部材が、装置内の
   高温部に組み込まれていることを特徴とする半導体熱処
   理装置。
4. 【請求項４】請求項３において、半導体熱処理装置が半
   導体拡散炉である半導体熱処理装置。
5. 【請求項５】請求項３または４において、焼結体中に含
   まれる不純物である鉄の含有量が2.5ppm以下である半導
   体熱処理装置。
6. 【請求項６】主としてα型炭化珪素とシリコンからなる
   半導体熱処理装置用炭化珪素質部材の製造方法であっ
   て、α型炭化珪素を粉砕して分級し、粒子径が44μm 以
   下で、重量平均粒子径が 2〜25μm の範囲にある粉末
   を、フッ酸と硝酸の混酸および純水で洗浄して粉末中の
   鉄の含有量を5ppm以下にし、この粉末に有機結合剤を加
   えて成形し、1500〜2300℃において焼成した後、高純度
   のシリコンを溶融含浸することを特徴とする半導体熱処
   理装置用高純度炭化珪素質部材の製造方法。
7. 【請求項７】請求項６において、成形を排泥鋳込成形法
   で行う半導体熱処理装置用高純度炭化珪素質部材の製造
   方法。