JPH10287495A

JPH10287495A - 高純度炭化珪素質半導体処理部材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10287495A
Application number: JP9587097A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inaba; 毅稲葉; Shuichi Takeda; 修一武田; Katsunori Sato; 勝憲佐藤; Yutaka Shiotani; 豊塩谷
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2017-04-14
Also published as: JP3897393B2

Abstract

(57)【要約】【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。【解決手段】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
方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【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及びそ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及びこれらの
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−Ｓｉ
Ｃ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−Ｓｉ
Ｃ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、ＣＶ
Ｄ−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−Ｓｉ
Ｃ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１
５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−Ｓｉ
Ｃ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Ｓ
ｉＣ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）、熱分解
カーボン層又はガラス状カーボン層の厚さが３〜８０μ
ｍ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）、ＣＶＤによ
るＳｉＣ単一相のガス導入ノズルであって、その内壁面
の表面粗さがＲａで１μｍ以下であり、かつクラックが
ないことを特徴とする高純度炭化珪素質半導体用ガス導
入ノズル（請求項４）、ガス導入ノズルの形状が、直線
状、一端又は両端が屈曲状、先端多分岐状及び一端が封
止されて側面に複数のガス放出孔を設けた形状の中から
選択される一つである請求項４記載の高純度炭化珪素質
半導体用ガス導入ノズル（請求項５）、ＣＶＤによるＳ
ｉＣ単一相の炉芯管であって、該炉芯管の内壁面の表面
粗さがＲａで１μｍ以下であり、かつクラックがないこ
とを特徴とする高純度炭化珪素質半導体用炉芯管（請求
項６）及びＣＶＤによるＳｉＣ単一相の炉芯管であっ
て、該炉芯管の内壁面の表面粗さがＲａで１μｍ以下で
あり、その厚さが５００μｍ〜１ｍｍであり、かつクラ
ックがないことを特徴とする請求項６記載の高純度炭化
珪素質半導体用炉芯管（請求項７）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、ＣＶ
Ｄ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、８０μ
ｍ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６００
mm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−Ｓ
ｉＣ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、Ｃ
ＶＤ−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２
０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５
００μｍのＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成した。ＣＶＤ−Ｓｉ
Ｃ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 (Ｒ
ａJIS 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５
μｍ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ＬＰＣ
ＶＤ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−Ｓｉ
Ｃ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７０
０℃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−Ｓ
ｉＣ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−Ｓ
ｉＣ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−Ｓｉ
Ｃ、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。

フロントページの続き (72)発明者塩谷豊山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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２】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３】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４】ＣＶＤによるＳｉＣ単一相のガス導入ノ
ズルであって、その内壁面の表面粗さがＲａで１μｍ以
下であり、かつクラックがないことを特徴とする高純度
炭化珪素質半導体用ガス導入ノズル。
【請求項５】ガス導入ノズルの形状が、直線状、一端
又は両端が屈曲状、先端多分岐状及び一端が封止されて
側面に複数のガス放出孔を設けた形状の中から選択され
る一つである請求項４記載の高純度炭化珪素質半導体用
ガス導入ノズル。
【請求項６】ＣＶＤによるＳｉＣ単一相の炉芯管であ
って、該炉芯管の内壁面の表面粗さがＲａで１μｍ以下
であり、かつクラックがないことを特徴とする高純度炭
化珪素質半導体用炉芯管。
【請求項７】ＣＶＤによるＳｉＣ単一相の炉芯管であ
って、該炉芯管の内壁面の表面粗さがＲａで１μｍ以下
であり、その厚さが５００μｍ〜１ｍｍであり、かつク
ラックがないことを特徴とする請求項６記載の高純度炭
化珪素質半導体用炉芯管。