JPH11154671A - Tube for heat treatment of semiconductor - Google Patents

Tube for heat treatment of semiconductor

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JPH11154671A
JPH11154671A JP25769198A JP25769198A JPH11154671A JP H11154671 A JPH11154671 A JP H11154671A JP 25769198 A JP25769198 A JP 25769198A JP 25769198 A JP25769198 A JP 25769198A JP H11154671 A JPH11154671 A JP H11154671A
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JP
Japan
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tube
sic
semiconductor
heat treatment
thickness
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Application number
JP25769198A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Okada
雅樹 岡田
Shigeyuki Ukita
茂幸 浮田
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Toyo Tanso Co Ltd
Original Assignee
Toyo Tanso Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tube for the heat treatment of a semiconductor, which has superior soaking characteristic and the heat transfer characteristic and can readily impart high-impurity characteristics in correspondence with the purity level of the semiconductor product. SOLUTION: In this tube, the entire body of a graphite tube is made to be silicon carbide by substantially 100% and converted into a single-element composition of silicon carbide. The difference between the maximum thickness and the minimum thickness at the diameter direction of the silicon carbide tube is made to be 0.25 nm or less. The average thickness of the tube is made to be 3.5 mm or laser when required in this constitution.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造工程
において熱処理を施すための装置、特に酸化炉や拡散炉
用に配備される均熱管や反応管としての用途に好適な半
導体熱処理用チューブに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for performing heat treatment in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a semiconductor heat treatment tube suitable for use as a soaking tube or a reaction tube provided for an oxidation furnace or a diffusion furnace. Things.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体の製造工程における熱処理炉の一
例として拡散炉を取り上げ、その基本的構成を縦型用の
ものと横型用のものについてそれぞれ図示すると、図2
及び図3の通りである。これらの図において、円筒状ヒ
ータ1の内側には、均熱管2を介して反応管3が配置さ
れ、反応管3には炭化ケイ素(以下「SiC」と略記す
る。)ウェハー等の半導体素材である被処理物4が、ボ
ート5上に多数セットされた状態で収納配置される。
2. Description of the Related Art A diffusion furnace is taken up as an example of a heat treatment furnace in a semiconductor manufacturing process, and its basic structure is shown for a vertical type and a horizontal type, respectively.
3 and FIG. In these figures, a reaction tube 3 is disposed inside a cylindrical heater 1 via a soaking tube 2, and the reaction tube 3 is made of a semiconductor material such as a silicon carbide (hereinafter abbreviated as "SiC") wafer. A large number of workpieces 4 are stored and arranged on the boat 5.

【0003】上記構成で、反応管3は、被処理物(シリ
コンウェハー等の半導体素材)4を高温下で反応処理し
て該被処理物4に半導体としての所要の物性を付与させ
るための熱処理用チューブであり、均熱管2は、反応管
3の全体を均一に高温加熱するための熱処理用チューブ
である。このような拡散炉において被処理物4の熱処理
を効率良く行うためには、これらの熱処理用チューブと
して、できるかぎり均熱性及び熱伝達性に優れたものを
用いることが必要条件の一つとなる。また、被処理物が
半導体素材であるため、熱処理用チューブとしては、で
きる限り純度が高く、いわゆるパーティクル等の不純物
を発生させる可能性の少ないものであることも必要条件
の一つとなる。なお、こうした事情は、熱処理用チュー
ブが酸化炉に適用される場合においても同じである。
In the above configuration, the reaction tube 3 is provided with a heat treatment for reacting a workpiece (semiconductor material such as a silicon wafer) 4 at a high temperature to give the workpiece 4 required physical properties as a semiconductor. The soaking tube 2 is a heat treatment tube for uniformly heating the entire reaction tube 3 at a high temperature. In order to efficiently heat-treat the workpiece 4 in such a diffusion furnace, one of the necessary conditions is to use a tube having such excellent heat uniformity and heat transferability as possible. In addition, since the object to be processed is a semiconductor material, one of the prerequisites is that the heat treatment tube be as high as possible in purity and less likely to generate impurities such as so-called particles. The same applies to the case where the heat treatment tube is applied to an oxidation furnace.

【0004】ところで、このような熱処理用チューブと
しては、従来では、純度面を重視する観点から、石英質
のものが大勢を占めていた。しかし、半導体製品の大口
径化の傾向が進むにつれて、石英質チューブの高温で変
形しやすいという性質が、チューブの炉内への装入、及
び炉内からの取出しの際の障害となって現れ、炉の円滑
運転をおびやかす事態が生じてきた。その一方で、純度
面では問題はあったものの、もともと耐熱性に優れ、高
温で変形しにくい材質として注目されていたSiC質チ
ューブに関して、純度面でも材質の改良が大きく進展し
た。そこで、最近では熱処理用チューブには、SiC質
のものが多用されるようになっている。
[0004] By the way, in the past, quartz tubes have been predominantly used from the viewpoint of emphasizing the purity aspect. However, as the diameter of semiconductor products increases, the nature of the quartz tube, which is easily deformed at high temperatures, appears as an obstacle to the loading of the tube into and out of the furnace. A situation has arisen that threatens the smooth operation of the furnace. On the other hand, although there was a problem in terms of purity, SiC tubes, which originally attracted attention as materials having excellent heat resistance and being hardly deformed at high temperatures, have made great progress in improving materials in terms of purity. Therefore, recently, a heat treatment tube is often made of SiC material.

【0005】また、このようなSiC質の熱処理用チュ
ーブの製造は、通常、いわゆるスリップキャスト法に従
って行われている。スリップキャスト法の手順の概要
は、次の通りである。即ち、予めSiC粉末にホウ素,
有機物等の助剤を添加して調整したスラリー溶液を、金
型(製品となるべき熱処理用チューブの外形に見合うよ
う予め形成された長穴形状の型枠)内に充満するまで流
し込んだ後、所定時間放置して外周部がある程度硬化し
た段階で、大部分の未硬化のSiCスラリー分を排出す
る。
The production of such a heat treatment tube made of SiC is usually carried out according to a so-called slip casting method. The outline of the procedure of the slip casting method is as follows. That is, boron,
After pouring the slurry solution prepared by adding an auxiliary agent such as an organic substance into a mold (a long-hole-shaped mold formed in advance to match the outer shape of the heat treatment tube to be a product), When the outer peripheral portion is hardened to some extent after being left for a predetermined time, most of the uncured SiC slurry is discharged.

【0006】この後、金型内にある程度の厚みをもって
密着した状態で残っている少し柔らかめのSiC質チュ
ーブ状硬化体をさらに十分乾燥して完全に硬化させ全体
的に少し収縮させた後、型枠から取り出す。取り出した
SiC質チューブ状硬化体を約1000℃まで昇温した
後、所定時間保持して焼結することにより強度を付与す
る。この後、冷却し、特に寸法出しのための機械加工を
施すことなく、そのまま製品のSiC質熱処理用チュー
ブとして使用している。
[0006] Thereafter, the slightly soft SiC tubular cured body remaining in a state of being closely adhered to the mold with a certain thickness is further dried sufficiently to be completely cured and slightly shrunk as a whole. Remove from mold. After the temperature of the taken-out SiC-based tubular cured body is raised to about 1000 ° C., it is held for a predetermined time and sintered to impart strength. Thereafter, the tube is cooled and used as a tube for heat-treating the SiC material of the product as it is, without performing any machining for dimensioning.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記のように最終製品
たる熱処理用チューブに対しては、SiCが非常に硬い
材質ゆえに機械加工が困難であり、この加工を実施した
場合のコスト上昇を嫌ってそれを省略しているが、この
ために半導体熱処理チューブとして本来要求される特性
を満足できるものとはなっていない。即ち、上記のよう
にスリップキャスト法においては、SiC質チューブ状
硬化体の内面は、未硬化のSiCスラリー分を排出した
ときに現れた表面(長穴形状の表面)を特に規制するこ
となく乾燥により硬化させて形成したものであるため、
SiC質チューブ状硬化体には、肉厚にかなりのバラツ
キが生じる。
As described above, it is difficult to machine the heat treatment tube, which is the final product, because SiC is a very hard material. Although it is omitted, the characteristics originally required for the semiconductor heat treatment tube cannot be satisfied. That is, as described above, in the slip casting method, the inner surface of the SiC-based cured tube is dried without any particular restriction on the surface (surface in the shape of a long hole) that appears when the uncured SiC slurry is discharged. Because it is formed by curing
The thickness of the SiC-based tubular cured product varies considerably.

【0008】そこで、この肉厚のバラツキによる影響を
できる限り少なくし、かつ焼結後のSiC質熱処理用チ
ューブ(製品)としての必要な強度をもたせるために、
少なくとも肉厚を平均3.5mm以上とする必要があっ
た。つまり、従来のスリップキャスト法によれば、実用
に供することができるSiC質熱処理用チューブとして
は、肉厚が3.5mm以上のものしか製造することがで
きなかった。しかし、肉厚を3.5mm以上に設定して
も、肉厚のバラツキの度合は依然として大きく、均熱性
の面で不十分なSiC質熱処理用チューブとなってい
た。
Therefore, in order to minimize the influence of this thickness variation and to provide the necessary strength as a tube (product) for heat treatment of SiC after sintering,
At least the thickness had to be at least 3.5 mm on average. That is, according to the conventional slip casting method, as the heat-treatable SiC tube that can be practically used, only a tube having a thickness of 3.5 mm or more could be manufactured. However, even when the thickness was set to 3.5 mm or more, the degree of variation in the thickness was still large, resulting in a tube for heat-treating SiC material having insufficient heat uniformity.

【0009】即ち、一度に熱処理される複数の被処理物
(シリコンウェハー等)の処理後の品質がすべて許容範
囲に収まるようにするためには、通常、チューブの外側
表面温度を円周方向に沿って測定した温度のうち、最高
値から最低値を差し引いた表面温度差(ΔT)が2℃〜
3℃程度の範囲に収まるようなレベルの均熱性を発揮で
きるような熱処理用チューブが必要とされるが、従来の
熱処理用チューブは、そのレベルの均熱性を確保するこ
とができなかった。
That is, in order to ensure that the post-processing quality of a plurality of workpieces (such as silicon wafers) which are heat-treated at one time is all within an allowable range, the outer surface temperature of the tube is usually set in the circumferential direction. Surface temperature difference (ΔT) obtained by subtracting the lowest value from the highest value among the temperatures measured along
A heat treatment tube capable of exhibiting a level of heat uniformity within a range of about 3 ° C. is required, but the conventional heat treatment tube could not secure such a level of heat uniformity.

【0010】また、その肉厚が3.5mm以上と比較的
大きいことから、SiC質熱処理用チューブの熱伝達性
能も十分ではなく、その分だけ昇温・降温に時間がかか
り、炉の生産性を低いものとしていた。さらに、スリッ
プキャスト法で得られたSiC質熱処理用チューブは焼
結助剤を使用するため、不純物の発生を十分に阻止でき
る程度に高純度化された熱処理用チューブを得ることは
困難であった。このため、種々の半導体製品の中でも特
に高純度が要求される半導体製品を製造する際の均熱管
や反応管として利用する場合は、その多孔質のSiC質
熱処理用チューブを一旦高純度化処理してから使用しな
ければならなかった。もちろん、このようにして純度を
高めた熱処理用チューブにおいても、上記の均熱性及び
熱伝達性が十分でないという事情は存在していた。
In addition, since the thickness of the heat treatment tube is relatively large at 3.5 mm or more, the heat transfer performance of the heat treatment tube for SiC material is not sufficient, and it takes time to raise and lower the temperature. Was low. Furthermore, since the sintering aid is used for the SiC heat treatment tube obtained by the slip casting method, it is difficult to obtain a heat treatment tube that is sufficiently purified to sufficiently prevent generation of impurities. . For this reason, when used as a soaking tube or a reaction tube when manufacturing a semiconductor product that requires particularly high purity among various semiconductor products, the porous SiC heat treatment tube is once subjected to a high purification treatment. Had to be used before. Needless to say, even in the heat treatment tube of which the purity is thus increased, there has been a situation that the above-mentioned heat uniformity and heat transfer property are not sufficient.

【0011】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、均熱特性及び熱伝
達特性に優れると共に半導体製品の純度レベルに応じて
容易に高純度特性を付与することが可能な大口径の半導
体熱処理用チューブを提供する点にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having excellent heat uniformity and heat transfer characteristics and easily having high purity characteristics according to the purity level of a semiconductor product. An object of the present invention is to provide a large-diameter tube for semiconductor heat treatment which can be provided.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明の半導体熱処理用チューブは、黒鉛質チューブの全
体が実質100%炭化ケイ素化され、炭化ケイ素の一元
組成体に転化されてなるチューブであって、該炭化ケイ
素化チューブの径方向における最大肉厚と最小肉厚の差
が0.25mm以下であることを特徴とする。
The tube for heat treatment of a semiconductor according to the present invention, which has achieved the above object, is obtained by converting substantially all of the graphite tube into 100% silicon carbide and converting it into a monolithic silicon carbide composition. A tube, wherein a difference between a maximum thickness and a minimum thickness in a radial direction of the siliconized tube is 0.25 mm or less.

【0013】このような半導体熱処理用チューブであれ
ば、まず黒鉛原料そのものや黒鉛原料ブロック体の成形
条件(圧力,温度等)及び焼成条件(温度等)を適切に
選択することで、基材としての黒鉛チューブをより高密
度・高強度化することが可能となり、従って熱処理用チ
ューブとして要求される強度が同一であれば、より薄肉
化してその要求強度に応えることができる。しかも、熱
処理用チューブは、黒鉛質チューブが実質100%Si
C化され、SiCの一元組成体からなる構造体であるた
め、極めて高純度のSiC質熱処理用チューブとするこ
とができる。
In the case of such a tube for heat treatment of a semiconductor, first, the molding conditions (pressure, temperature, etc.) and firing conditions (temperature, etc.) of the graphite raw material itself or the graphite raw material block are appropriately selected, so that the base material can be obtained. It is possible to further increase the density and strength of the graphite tube, and if the strength required for the heat treatment tube is the same, the graphite tube can be made thinner to meet the required strength. In addition, the tube for heat treatment is substantially 100% Si
Since it is C-structured and composed of a monolithic SiC composition, an extremely high-purity SiC heat treatment tube can be obtained.

【0014】また、一般的に使用されるSiC質熱処理
用チューブの径は300mm前後であり、これを前述し
たようなスリップキャスト法等で精度良く寸法出しをす
ることは困難であるが、本発明では、基材たるチューブ
は機械加工しやすい黒鉛質であるため、精度の良い寸法
出しが可能であり、基材の段階で肉厚が均一なチューブ
を製作することができる。即ち、薄めの肉厚でありなが
らも、その径方向における最大肉厚と最小肉厚の差が
0.25mm以下のレベルの均一な肉厚を有してなる黒
鉛質チューブ基材とすることができ、この基材たる黒鉛
質チューブがその精度の良い寸法形状を維持しながら、
化学反応操作によって一挙に実質100%SiC化され
てなるSiCの一元組成体に転化されたチューブとする
ことができる。従って、均熱特性及び熱伝達特性に優れ
ると共に半導体製品の純度レベルに応じて高純度特性を
付与することが可能な半導体熱処理用チューブを提供す
ることが可能となる。
The diameter of a generally used SiC heat treatment tube is about 300 mm, and it is difficult to accurately dimension the tube by the slip casting method as described above. In this case, since the tube as the base material is graphite which is easy to machine, dimensions can be determined with high accuracy, and a tube having a uniform thickness can be manufactured at the stage of the base material. That is, it is possible to provide a graphitic tube base material having a uniform thickness at a level of 0.25 mm or less, even though the thickness is relatively thin, with a difference between the maximum thickness and the minimum thickness in the radial direction being 0.25 mm or less. While the graphite tube as the base material maintains its precise dimensions and shape,
The tube can be converted into a monolithic SiC composition substantially converted to 100% SiC at once by a chemical reaction operation. Therefore, it is possible to provide a semiconductor heat treatment tube which is excellent in heat uniformity characteristics and heat transfer characteristics and which can provide high purity characteristics according to the purity level of a semiconductor product.

【0015】以下、本発明を詳しく説明する。 (1)本発明者は、まず、従来の半導体熱処理用チュー
ブの均熱性、熱伝達性さらには純度面での改善を図るた
めには、以下〜の条件を同時に満足するSiC製チ
ューブを開発する必要があると考えた。 SiCが非常に硬くて機械加工が困難な点を考慮す
ると、最終工程を経たSiC質のチューブは、機械加工
せずにそのまま均熱性(周方向に沿った表面温度差を2
℃〜3℃程度の範囲内に抑えられるレベルの均熱性)、
熱伝達性の良い半導体熱処理用チューブ(製品)として
使用できるものであること。 同じSiC材で熱伝達性の改善を図るには、薄肉化
が不可欠となるが、より薄肉化しても、強度上の問題が
新たに生じないこと。 特別の高純度化処理を施さずとも、純度の高いSi
C質熱処理用チューブが得られること。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. (1) The present inventor first develops a SiC tube that satisfies the following conditions at the same time in order to improve the heat uniformity, heat transferability and purity of a conventional tube for heat treatment of a semiconductor. I thought it was necessary. In view of the fact that SiC is very hard and difficult to machine, the SiC tube that has undergone the final process has a uniform temperature uniformity (with a surface temperature difference of 2 along the circumferential direction) without machining.
℃ ~ 3 ℃ within the range of the level of heat control),
A material that can be used as a tube (product) for semiconductor heat treatment with good heat transfer properties. In order to improve heat transfer with the same SiC material, thinning is indispensable. However, even if the thickness is reduced, no new problem in strength occurs. High-purity Si without special purification treatment
A tube for heat treatment of C material must be obtained.

【0016】その一方で、本出願人が先に開発したSi
C成形体に関する技術、即ち特定範囲の物性をもつ黒鉛
基材とSiOガスとを反応させることにより、黒鉛基材
の全体を実質100%SiC化し、SiCの一元組成体
からなるSiC成形体に転化させる技術(特開平1−2
64969号公報)を応用すれば、上記の〜の条件
を同時に満足しうる半導体熱処理用チューブを開発でき
るはずとの考えに立って、その先開発のSiC成形体を
半導体熱処理用チューブに応用するに際して、均熱性、
熱伝達性及び強度等の面で従来品のレベルを超えられる
具体的構成を見い出すべく、実験検討を重ねた。
On the other hand, the present applicant has developed Si
A technique relating to a C compact, that is, a graphite substrate having a specific range of physical properties is reacted with SiO gas, thereby converting the entire graphite substrate into substantially 100% SiC and converting it into a SiC compact composed of a monolithic SiC composition. Technology (Japanese Patent Laid-Open No. 1-2
Application of US Pat. No. 64969) would allow development of a tube for heat treatment of a semiconductor which can simultaneously satisfy the above conditions (1) to (4). , Soaking,
Experiments were repeated in order to find a specific configuration that could exceed the level of conventional products in terms of heat transfer and strength.

【0017】その結果、最終的に、「黒鉛質チューブの
全体が実質100%炭化ケイ素化され、炭化ケイ素の一
元組成体に転化されてなるチューブであって、該炭化ケ
イ素化チュ−ブの径方向における最大肉厚と最小肉厚の
差が0.25mm以下である」という特有の基本的構成
を具備した本発明の半導体熱処理用チューブを完成した
ものである。
As a result, the final result is that the graphite tube is substantially 100% silicon carbide and is converted into a monolithic silicon carbide composition. The diameter of the silicon carbide tube is as follows. The difference between the maximum thickness and the minimum thickness in the direction is 0.25 mm or less. "

【0018】(2)本発明の半導体熱処理用チューブを
得るためには、上記したように本出願人の先開発に係る
SiC成形体の製造法(特開平1−264969号公
報)を利用すればよく、具体的には嵩密度1.50g/
cm3 以下及び平均ポアー半径1.5μm以上の黒鉛チ
ューブに、珪酸、又はこれにさらに炭素、Si及びSi
Cの少なくとも1種を共存させて加熱してSiOガスを
発生せしめ、このSiOガスと上記黒鉛チューブとを反
応させればよい。つまり、特有の化学気相反応を利用し
た製法を実施すればよい。この際に、一端が閉じた黒鉛
チューブの場合、チューブ内径側とチューブ外径側の黒
鉛が炭化ケイ素に転化する程度に差が生じ、転化時に生
じる応力によって、割れが生じることがある。これを防
止するために、チューブの内径側と外径側の炭化ケイ素
化の進行速度を調節し、外径側が内径側の進行速度と略
同じか若干早くなるように反応炉内のガス流を制御す
る。このガス流制御により平均管外径400mm以上
で、高さが1000mm以上の大口径の半導体熱処理チ
ューブを得ることができる。また、黒鉛質チューブは、
予めその径方向の最大肉厚と最小肉厚の差が0.25m
m以下となるように機械加工を行っておく必要がある
が、SiC材と異なり、加工も比較的容易である。
(2) In order to obtain the semiconductor heat treatment tube of the present invention, as described above, the method of manufacturing a SiC molded body according to the prior development of the present applicant (JP-A-1-264969) is used. Well, specifically, a bulk density of 1.50 g /
cm 3 below and an average pore radius 1.5μm or more graphite tube, silicate, or which further carbon, Si and Si
At least one type of C may be coexistent and heated to generate SiO gas, and the SiO gas and the graphite tube may be reacted. That is, a production method utilizing a specific chemical vapor reaction may be performed. At this time, in the case of a graphite tube having one end closed, there is a difference in the degree of conversion of the graphite on the inner diameter side of the tube and the graphite on the outer diameter side of the tube into silicon carbide, and cracks may occur due to stress generated during the conversion. In order to prevent this, the progress rate of silicon carbide on the inner diameter side and the outer diameter side of the tube is adjusted, and the gas flow in the reaction furnace is controlled so that the outer diameter side is substantially the same as or slightly faster than the inner diameter side. Control. By this gas flow control, a large-diameter semiconductor heat treatment tube having an average tube outer diameter of 400 mm or more and a height of 1000 mm or more can be obtained. The graphite tube is
The difference between the maximum thickness and the minimum thickness in the radial direction is 0.25m in advance.
It is necessary to perform machining so as to be less than m, but unlike SiC material, machining is relatively easy.

【0019】また、熱処理用チューブとしての熱伝達性
の改善を図るには、薄肉化が不可欠であり、従来型Si
C質チューブで得られる肉厚限界である3.5mmより
も薄肉のSiC質チューブとする必要がある。本発明で
は、基材が黒鉛質チューブであり、種々の要求強度に対
して柔軟に対応できる性質を有するため、3.5mm以
下の肉厚の黒鉛質チューブを用いても、半導体熱処理用
チューブとして十分実用的な強度を保つことができる。
なお、SiCの結晶構造は、β型(3Cタイプ)が好ま
しい。α型のものを製造しようとすると、2100℃以
上の高温雰囲気下でSiC化操作しなければならず、エ
ネルギー面でコストの増加につながるからである。
Further, in order to improve the heat transfer property of the heat treatment tube, it is necessary to reduce the thickness.
It is necessary to make the SiC tube thinner than the thickness limit of 3.5 mm obtained from the C tube. In the present invention, since the base material is a graphite tube and has a property capable of flexibly responding to various required strengths, even if a graphite tube having a thickness of 3.5 mm or less is used, it can be used as a semiconductor heat treatment tube. A sufficiently practical strength can be maintained.
Note that the crystal structure of SiC is preferably β-type (3C type). This is because, in order to manufacture an α-type, an SiC conversion operation must be performed in a high-temperature atmosphere of 2100 ° C. or more, which leads to an increase in cost in terms of energy.

【0020】本発明の半導体熱処理用チューブは、上記
したように、基材たる黒鉛質チューブの全体が特有の化
学気相反応により実質100%SiC化されてなるチュ
ーブであって、該SiCチューブの肉厚のバラツキが、
最大肉厚と最小肉厚の差にして0.25mm以下のレベ
ルまで小さくしたものであり、さらに必要に応じて平均
肉厚そのものの薄肉化(3.5mm以下)を可能とした
ものである。
As described above, the tube for heat treatment of a semiconductor according to the present invention is a tube in which the entirety of the graphite tube as a base material is substantially 100% SiC by a specific chemical vapor reaction. Thickness variation,
The difference between the maximum thickness and the minimum thickness is reduced to a level of 0.25 mm or less, and the average thickness itself can be reduced (3.5 mm or less) as needed.

【0021】従って、このように構成された半導体熱処
理用チューブであれば、均熱管や反応管とした場合の当
該管の均熱性、熱伝達性を従来のスリップキャスト法に
より得られた均熱管や反応管に比べて大きく改善するこ
とができる。従って、被処理物たる半導体製品の品質の
バラツキをほぼ皆無とし、又より短時間で均熱管や反応
管の昇温・降温が可能となるので、酸化炉や拡散炉での
生産性の向上を図ることができる。
Therefore, in the case of a tube for heat treatment of a semiconductor configured as described above, when the tube is used as a soaking tube or a reaction tube, the soaking tube or the heat transfer tube obtained by the conventional slip casting method can be used. It can be greatly improved as compared with the reaction tube. Therefore, there is almost no variation in the quality of the semiconductor product to be processed, and it is possible to raise and lower the temperature of the soaking tube and the reaction tube in a shorter time, thereby improving the productivity in the oxidation furnace and the diffusion furnace. Can be planned.

【0022】なお、上記したように熱伝達性の改善のた
めに平均肉厚を3.5mm以下とする場合でも、あまり
薄くし過ぎないように、あくまでも黒鉛質チューブの限
界強度内に設定すべきである。黒鉛質チューブの限界強
度は前述したように原料、原料ブロックの成形条件、焼
成条件等によって高める(より薄肉化とする)ことがで
きるが、SiCチューブを緻密化処理することによって
一層の強化を図ることも可能である。例えば、SiCチ
ューブに金属ケイ素を含浸させたものが挙げられる。
Even when the average thickness is set to 3.5 mm or less for improving heat transfer as described above, the strength must be set within the limit strength of the graphite tube so as not to make it too thin. It is. The critical strength of the graphite tube can be increased (thinner) by the raw material, the molding conditions of the raw material block, the firing conditions, and the like, as described above. However, the SiC tube is further strengthened by densification treatment. It is also possible. For example, an SiC tube impregnated with metallic silicon can be used.

【0023】また、本発明の半導体熱処理用チューブ
は、黒鉛質チューブを実質100%SiCチューブに転
化せしめたものであるため、基本的に従来型の熱処理用
チューブよりもはるかに高純度であるが、半導体製品に
よってはより一層の高純度の熱処理用チューブが要求さ
れる場合もある。そこで、このような場合には、熱処理
用チューブの最上層(内面,外面のいずれか一方の面又
はその両方の面)にCVD処理によりSiCの緻密な被
膜を適当な厚み分だけ形成させる手段が有効である。例
えば、SiCチューブの内面をSiC被膜で覆った熱処
理用チューブ、SiCチューブに金属ケイ素を含浸した
ものの内面をさらにSiC被膜で覆った熱処理用チュー
ブ等、いずれも好適である。
Further, since the tube for heat treatment of a semiconductor of the present invention is obtained by converting a graphite tube into a substantially 100% SiC tube, it is basically much higher in purity than a conventional tube for heat treatment. Depending on the semiconductor product, a tube for heat treatment with higher purity may be required. Therefore, in such a case, there is a means for forming a dense SiC film by an appropriate thickness on the uppermost layer (either the inner surface or the outer surface or both surfaces) of the heat treatment tube by a CVD process. It is valid. For example, a heat treatment tube in which the inner surface of a SiC tube is covered with a SiC film, a heat treatment tube in which the inner surface of a SiC tube impregnated with metallic silicon is further covered with a SiC film, and the like are all suitable.

【0024】なお、上記のように緻密化処理を施すこと
により、本発明に係る熱処理用チューブが強化され一層
の薄肉化が可能となるが、この場合でも肉厚が2mm以
下となると破損しやすくなるため、熱伝達性を改善する
ための肉厚の範囲としては、結局、2.0〜3.5mm
とするのが好ましい。
By performing the densification treatment as described above, the heat treatment tube according to the present invention is strengthened and the thickness can be further reduced. However, even in this case, if the thickness is 2 mm or less, the tube is easily broken. Therefore, as a range of the wall thickness for improving the heat transferability, after all, 2.0 to 3.5 mm
It is preferred that

【0025】[0025]

【実験例】次に実験例により本発明を更に詳細に説明す
る。 (実験例1〜5)平均肉厚が2.5mmであって、径方
向の肉厚のバラツキの程度が異なる5種類のSiCチュ
ーブについて、各チューブごとに径方向の均熱度を調
べ、評価した。
EXPERIMENTAL EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples. (Experimental Examples 1 to 5) Five types of SiC tubes having an average thickness of 2.5 mm and different thickness variations in the radial direction were examined and evaluated for the radial soaking degree for each tube. .

【0026】まず、平均肉厚が2.5mmである5種類
のβ型SiCチューブを以下の要領で製造した。即ち、
黒鉛質ブロック材から、平均外直径510mm、平均内
直径505mm、高さ1300mmの一端が閉じた断面
U字状の黒鉛質チューブとして、その径方向の肉厚のバ
ラツキの程度(肉厚の最大値(l2 )と最小値(l1
の差(Δl))が表1のように異なる5種類のものを機
械加工により製作した。次に、製作された5種類の黒鉛
質チューブのすべてについて、SiOガス雰囲気中で約
1900℃に加熱して、管外径側が内径側の炭化ケイ素
化進行速度が略同じか若干早くなるように炉内ガス流を
調節し、気相反応せしめて黒鉛質チューブの全体を実質
100%SiC化し、開気孔率が25容積%のSiCチ
ューブを得た。
First, five types of β-type SiC tubes having an average thickness of 2.5 mm were manufactured in the following manner. That is,
From a graphite block material, as a graphite tube having an average outer diameter of 510 mm, an average inner diameter of 505 mm, and a height of 1300 mm and having one end closed and having a U-shaped cross section, the degree of thickness variation in the radial direction (maximum thickness) (L 2 ) and minimum value (l 1 )
(Δl)) were manufactured by machining. Next, all of the five types of graphitic tubes manufactured were heated to about 1900 ° C. in a SiO gas atmosphere so that the progress of siliconization from the outer diameter side to the inner diameter side was substantially the same or slightly faster. The gas flow in the furnace was adjusted and gas phase reaction was performed to convert the entire graphite tube to substantially 100% SiC, thereby obtaining a SiC tube having an open porosity of 25% by volume.

【0027】次に、各SiCチューブについて、その内
側に円筒形ヒーターを挿入配置し、500℃/時の昇温
速度で1000℃まで加熱し、そのときのSiCチュー
ブの外側表面の温度を円周方向に沿って測定した。そし
て測定温度のうち、最高値から最低値を差し引いた表面
温度差(ΔT)を表1に併せて示す。表1の関係をより
分かりやすくするためにグラフ化したものが図1であ
る。図中実線(イ)で示す曲線である。
Next, for each SiC tube, a cylindrical heater is inserted and arranged inside, and the SiC tube is heated to 1000 ° C. at a heating rate of 500 ° C./hour, and the temperature of the outer surface of the SiC tube at that time is measured. Measured along the direction. Table 1 also shows the surface temperature difference (ΔT) obtained by subtracting the minimum value from the maximum value among the measured temperatures. FIG. 1 is a graph of the relationship in Table 1 for easier understanding. This is a curve indicated by a solid line (a) in the figure.

【0028】(実験例6〜10)また、平均肉厚が3.
0mmであって、径方向の肉厚のバラツキの程度が異な
る5種類のSiCチューブについても、実験例1〜5と
同様に表面温度差を測定し、表1に併せて記入すると共
に、図1に併せてグラフ化した(図中、破線(ロ)で示
す曲線である)。
(Experimental Examples 6 to 10) The average thickness was 3.
The surface temperature difference was measured in the same manner as in Experimental Examples 1 to 5 for five types of SiC tubes each having a thickness of 0 mm and having a different thickness variation in the radial direction. (A curve shown by a broken line (b) in the figure).

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】表1及び図1から明らかなように、本発明
に係るSiCチューブの最大肉厚と最小肉厚の差(Δ
l)が0.25mm程度以下に小さくなると、外側表面
温度差(ΔT)が2℃〜3℃程度以下の範囲内、つまり
SiCチューブの均熱性が良いとされる条件をほぼ満た
せていることが分かる。特に(Δl)が0.2mm以下
の場合は、より好ましい結果が得られることが分かる。
即ち、(Δl)が0.2mm以下の場合であれば、Si
Cチューブの(ΔT)は1℃以下と極端に小さくしかも
安定しており、円周に沿った径方向の均熱度が著しく向
上していることが分かる。一方、(Δl)が0.25m
mを超える範囲では、ΔTは単調増加の傾向を示してお
り、肉厚のバラツキ増加により均熱性が比例的に低下す
る様子が分かる。
As apparent from Table 1 and FIG. 1, the difference (Δ) between the maximum thickness and the minimum thickness of the SiC tube according to the present invention is shown.
When l) is reduced to about 0.25 mm or less, the outer surface temperature difference (ΔT) is in a range of about 2 ° C. to 3 ° C. or less, that is, almost satisfying the condition that the soaking temperature of the SiC tube is good. I understand. In particular, it can be seen that more preferable results can be obtained when (Δl) is 0.2 mm or less.
That is, if (Δl) is 0.2 mm or less, Si
It can be seen that the (ΔT) of the C tube is extremely small and stable at 1 ° C. or less, and the degree of heat uniform in the radial direction along the circumference is remarkably improved. On the other hand, (Δl) is 0.25 m
In the range exceeding m, ΔT shows a tendency of monotonic increase, and it can be seen that the uniformity decreases proportionally due to an increase in thickness variation.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1記載の発明によれば、少なくとも径方向の最大肉厚
と最小肉厚の差が0.25mm以下のレベルの均一な肉
厚を有してなる全体が実質100%SiC化されてなる
チューブとすることができるので、均熱特性の著しい改
善に加えて熱伝熱性の向上にもつながり、さらに半導体
製品の純度レベルに応じて高純度特性を付与することが
可能な半導体熱処理用チューブを提供することができ
る。従って、酸化炉や拡散炉で処理される半導体製品の
生産性の向上及び品質面でのバラツキの解消を目的とし
採用しようとする均熱管や反応管としての用途に好適で
ある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, at least the difference between the maximum thickness and the minimum thickness in the radial direction is uniform at a level of 0.25 mm or less. Can be made into a tube substantially entirely made of SiC, which leads to a remarkable improvement in heat uniformity characteristics and an improvement in thermal conductivity, and furthermore, depending on the purity level of the semiconductor product. It is possible to provide a semiconductor heat treatment tube capable of imparting high-purity characteristics. Therefore, the present invention is suitable for use as a soaking tube or a reaction tube to be adopted for the purpose of improving the productivity of semiconductor products processed in an oxidation furnace or a diffusion furnace and eliminating variations in quality.

【0032】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の発明の構成に加えてSiCチューブの平均肉厚を少
なくとも3.5mm以下としたものであり、従って請求
項1記載の発明の効果(均熱特性の著しい改善、高純度
特性の付与)に加えて、熱伝達特性の面でもより一層確
実に優れた半導体熱処理用チューブを提供することがで
きる。
Further, in the invention according to claim 2, the average thickness of the SiC tube is set to at least 3.5 mm or less in addition to the structure of the invention according to claim 1. In addition to the effects (significant improvement of the soaking properties and provision of high-purity properties), it is possible to provide a tube for semiconductor heat treatment that is more reliably excellent in terms of heat transfer properties.

【0033】また、請求項3記載の発明は、請求項1又
は請求項2に記載の発明の構成のうち、黒鉛製チューブ
を実質100%SiCに転化してチューブとしたもので
あり、そのため、不純物等の介在しない純度の高いSi
Cチューブとする事ができる。
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the graphite tube is converted to substantially 100% SiC to form a tube. High purity Si without impurities etc.
It can be a C tube.

【0034】また、請求項4記載の発明は、SiCチュ
ーブを緻密化したものであり、その分だけSiCチュー
ブが強化され一層の薄肉化が可能となり、従って請求項
1又は請求項2記載の発明の効果に加えて、熱伝達性が
さらに向上した半導体熱処理用チューブとすることがで
きる。
Further, the invention according to claim 4 is the one in which the SiC tube is densified, and the SiC tube is strengthened by that much, so that the wall thickness can be further reduced. Therefore, the invention according to claim 1 or claim 2 In addition to the effects described above, a tube for heat treating a semiconductor having further improved heat transfer properties can be obtained.

【0035】また、請求項5記載の発明は、SiCチュ
ーブに金属Siを含浸して緻密化したものであり、緻密
化処理を汎用的かつ経済的に行える利点がある。
Further, the invention according to claim 5 is one in which the SiC tube is impregnated with metallic Si to densify, and has an advantage that the densification treatment can be performed versatilely and economically.

【0036】また、請求項6記載の発明は、半導体熱処
理用チューブの最上層(内面,外面のいずれか一方の面
又はその両方の面)にSiCをCVD処理により被覆し
たものであり、従って被処理物たる半導体製品が特に微
量の汚染さえも厳格に回避しようとするような場合に好
適な半導体熱処理用チューブとなる。
According to a sixth aspect of the present invention, the uppermost layer (either the inner surface or the outer surface or both surfaces) of the semiconductor heat treatment tube is coated with SiC by CVD. The semiconductor heat treatment tube is suitable for a semiconductor product to be processed, especially when a minute amount of contamination is to be strictly avoided.

【0037】さらに、請求項7、8記載の発明は、チュ
ーブの一端が閉じたものであっても平均管外径が400
mm以上で、高さが1000mm以上としたものであ
り、これにより、ウェハーの大口径化にも、適応できう
る半導体熱処理用チューブとなる。
Further, according to the present invention, the average tube outer diameter is 400 even if one end of the tube is closed.
mm or more and a height of 1000 mm or more, whereby a tube for semiconductor heat treatment which can be adapted to a large-diameter wafer is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実験例1〜10で使用した5種類のSiCチュ
ーブについて、その円周に沿った径方向の肉厚のバラツ
キの程度を表す肉厚差(Δl)と、チューブの内側を1
000℃に昇温したときのチューブの外表面の周方向温
度の最高値と最低値の差(ΔT)との関係を示すグラフ
であり、実線(イ)は実験例1〜5を示し、破線(ロ)
は実験例6〜10を示している。
FIG. 1 shows a difference in wall thickness (Δl) representing the degree of wall thickness variation in the radial direction along the circumference of one of five types of SiC tubes used in Experimental Examples 1 to 10, and 1 inside the tube.
It is a graph which shows the relationship between the maximum value and the minimum value ((DELTA) T) of the circumferential direction temperature of the outer surface of a tube when it heats to 000 degreeC, The solid line (a) shows Experimental Examples 1-5, and the broken line (B)
Indicates Experimental Examples 6 to 10.

【図2】半導体の製造工程における縦型拡散炉の基本的
構成を示す概略説明図である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a basic configuration of a vertical diffusion furnace in a semiconductor manufacturing process.

【図3】半導体の製造工程における横型拡散炉の基本的
構成を示す概略説明図である。
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a basic configuration of a horizontal diffusion furnace in a semiconductor manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ヒータ 2 均熱管 3 反応管 4 被処理物(Siウェハー等) 5 ボート DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heater 2 Heat equalizing tube 3 Reaction tube 4 Workpiece (Si wafer etc.) 5 Boat

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 実質100%炭化ケイ素からなり、その
径方向における最大肉厚と最小肉厚の差が0.25mm
以下であることを特徴とする半導体熱処理用チューブ。
1. A semiconductor device comprising substantially 100% silicon carbide, wherein a difference between a maximum thickness and a minimum thickness in a radial direction is 0.25 mm.
A tube for heat treating a semiconductor, comprising:
【請求項2】 前記チューブの平均肉厚が3.5mm以
下である請求項1記載の半導体熱処理用チューブ。
2. The tube according to claim 1, wherein the tube has an average thickness of 3.5 mm or less.
【請求項3】 前記チューブは黒鉛質チューブを炭化ケ
イ素に転化されてなる請求項1または2いずれか一項に
記載の半導体熱処理用チューブ。
3. The tube for heat treating a semiconductor according to claim 1, wherein the tube is formed by converting a graphite tube into silicon carbide.
【請求項4】 前記チューブが緻密化されたものである
請求項1乃至3いずれか一項に記載の半導体熱処理用チ
ューブ。
4. The tube for heat treating a semiconductor according to claim 1, wherein said tube is densified.
【請求項5】 前記チューブに金属ケイ素を含浸したも
のである請求項4記載の半導体熱処理用チューブ。
5. The tube for heat treating a semiconductor according to claim 4, wherein said tube is impregnated with metallic silicon.
【請求項6】 前記チューブの最上層に炭化ケイ素が被
覆されてなる請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半
導体熱処理用チューブ。
6. The tube for heat treating a semiconductor according to claim 1, wherein the uppermost layer of the tube is coated with silicon carbide.
【請求項7】 前記チューブの一端が閉じた請求項1乃
至6のいずれか一項に記載の半導体熱処理用チューブ。
7. The tube for heat treating a semiconductor according to claim 1, wherein one end of the tube is closed.
【請求項8】 一端が閉じた前記チューブの平均管外径
が400mm以上で、高さが1000mm以上である請
求項7記載の半導体熱処理用チューブ。
8. The tube for heat treating a semiconductor according to claim 7, wherein the tube having one end closed has an average tube outer diameter of 400 mm or more and a height of 1000 mm or more.
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