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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024094248
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】半導体熱処理部材
(51)【国際特許分類】
C23C 16/42 20060101AFI20240702BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240702BHJP
【ＦＩ】
C23C16/42
H01L21/31 B
H01L21/31 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023195058
(22)【出願日】2023-11-16
(31)【優先権主張番号】P 2022209503
(32)【優先日】2022-12-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】507182807
【氏名又は名称】クアーズテック合同会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101878
【弁理士】
【氏名又は名称】木下 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100187506
【弁理士】
【氏名又は名称】澤田 優子
(72)【発明者】
【氏名】井上 昌利
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 健司
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030AA03
4K030AA09
4K030AA17
4K030BA37
4K030BB13
4K030CA01
4K030JA09
4K030JA10
4K030JA11
5F045DP01
5F045EM02
5F045EM09
(57)【要約】
【課題】耐クラック性を持ち、熱処理されるＳｉウェーハやＳｉＣウェーハがその品質を保持できるとともに、サセプタ自体の使用寿命の長い半導体熱処理部材を提供する。
【解決手段】基材表面に複数のＳｉＣ膜を有する半導体熱処理部材であって、前記ＳｉＣ膜は、（１１１）、（３１１）、（２００）、（２２０）、（２２２）にピークを有する３Ｃ－ＳｉＣ及び（１０１）、（１０３）にピークを有する２Ｈ－ＳｉＣで構成される結晶を有し、基材側から順に、前記結晶のＸ線回折ピークの強度の異なる第１ＳｉＣ層及び第２ＳｉＣ層の少なくとも二層を含むことを特徴とする半導体熱処理部材。
【選択図】なし
【解決手段】基材表面に複数のＳｉＣ膜を有する半導体熱処理部材であって、前記ＳｉＣ膜は、（１１１）、（３１１）、（２００）、（２２０）、（２２２）にピークを有する３Ｃ－ＳｉＣ及び（１０１）、（１０３）にピークを有する２Ｈ－ＳｉＣで構成される結晶を有し、基材側から順に、前記結晶のＸ線回折ピークの強度の異なる第１ＳｉＣ層及び第２ＳｉＣ層の少なくとも二層を含むことを特徴とする半導体熱処理部材。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材表面に複数のＳｉＣ膜を有する半導体熱処理部材であって、
前記ＳｉＣ膜は、（１１１）、（３１１）、（２００）、（２２０）、（２２２）にピークを有する３Ｃ－ＳｉＣ及び（１０１）、（１０３）にピークを有する２Ｈ－ＳｉＣで構成される結晶を有し、基材側から順に、前記結晶のＸ線回折ピークの強度の異なる第１ＳｉＣ層及び第２ＳｉＣ層の少なくとも二層を含むことを特徴とする半導体熱処理部材。
前記ＳｉＣ膜は、（１１１）、（３１１）、（２００）、（２２０）、（２２２）にピークを有する３Ｃ－ＳｉＣ及び（１０１）、（１０３）にピークを有する２Ｈ－ＳｉＣで構成される結晶を有し、基材側から順に、前記結晶のＸ線回折ピークの強度の異なる第１ＳｉＣ層及び第２ＳｉＣ層の少なくとも二層を含むことを特徴とする半導体熱処理部材。
【請求項2】
前記ＳｉＣ膜中の窒素濃度が０．０５ｐｐｍ以下、ホウ素濃度が０．０２ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理部材。
【請求項3】
前記第１ＳｉＣ層において、
３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比が０．０００以上０．０２０以下であり、
３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比が０．０００以上０．０２０以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理部材。
３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比が０．０００以上０．０２０以下であり、
３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比が０．０００以上０．０２０以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理部材。
【請求項4】
前記第２ＳｉＣ層において、
３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比が０．０３０以上０．１００以下であり、
３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比が０．０２０以上０．０５０以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理部材。
３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比が０．０３０以上０．１００以下であり、
３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比が０．０２０以上０．０５０以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エピタキシャル成膜装置においてウェーハを支持する、サセプタ等の半導体熱処理部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
シリコン（Ｓｉ）ウェーハまたはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェーハ上に半導体回路を形成する前処理として、ウェーハ上にエピタキシャル膜を形成する工程がある。ウェーハ上にエピタキシャル膜を形成する場合、該ウェーハを支持するサセプタ（半導体熱処理部材）には、炭素基材にＳｉＣや炭化タンタル（ＴａＣ）を化学蒸着（ＣＶＤ）により被覆したものが用いられている。
【0003】
ＳｉＣ被覆膜サセプタあるいはＴａＣ被覆膜サセプタに求められる品質として、熱処理されるウェーハがその品質を保持できること、サセプタ自体が規定のライフを全うできること等が挙げられる。また、高品質エピタキシャルウェーハの作製、ウェーハ歩留向上、コストカットのため、サセプタの耐食性向上は、最優先の要望のひとつである。
【0004】
ところで、一般にエピタキシャル膜の成長は、Ｓｉウェーハでは１２５０℃以下、ＳｉＣウェーハでは１４００℃以上で行う。ＳｉウェーハまたはＳｉＣウェーハにエピタキシャル膜が成長すると、サセプタにポリシリコンが堆積する。このポリシリコンは、定期的に塩化水素（ＨＣｌ）等の還元性ガスと高温処理により除去（クリーニング）する必要があり、サセプタに生じたポリシリコンの堆積による寸法変化やパーティクルの発生をリセットする。
【0005】
しかしながら、ＳｉＣ被覆膜サセプタに堆積したポリシリコンを、塩化水素等の還元性ガスと高温処理により除去（クリーニング）すると、ＳｉＣ被膜までも侵食される。一方、除去（クリーニング）を行わないと、熱処理されたウェーハに、ＳｉＣ被膜に含まれる窒素やホウ素等の不純物に起因する抵抗異常や欠陥が発生することがある。このような抵抗異常や欠陥は、サセプタを使用してすぐに発生するため、サセプタ交換が必要となり、コストの面で問題である。
【0006】
サセプタの出荷前検査では、通常、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ－ＭＳ）等で金属不純物を分析しており、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）等で行う必要がある窒素やホウ素の濃度の分析は行っていない。窒素やホウ素の分析も出荷前検査に追加すれば、初期不良対策にはなるが、分析費用が増加し、半導体製品の価格を高くする一因となる。一方、ＳｉＣではなくＴａＣを被膜したサセプタを使用することで、不純物に起因する問題は緩和されるが、ＴａＣ被膜サセプタはＳｉＣ被膜サセプタと比べて高価である。
【0007】
上記問題の解決のため、特許文献１には、黒鉛基材の表面にＣＶＤ法によりＳｉＣ膜が被膜された気相成長用サセプタにおいて、黒鉛基材とＳｉＣ膜との界面と、ＳｉＣ膜の表面とが純化処理されたサセプタが記載されている。純化処理により、従来のサセプタで時折見られたようなＳｉＣ膜の最表面の不純物やパーティクルが確実に取り除かれ、この結果、不純物等の存在ゆえに度々発生していたＳｉウェーハの抵抗異常やノンドープ不良を回避し、エピタキシャル膜成長効率が著しく改善される。また、不純物量が取り除かれることで、ＳｉＣ膜のピンホールが発生する可能性も極めて小さくすることができる。
【0008】
窒素及びホウ素の濃度を低減したサセプタとして、Ｓｉ3Ｎ4デポ膜等のＣＶＤ堆積物の付着保持性に優れた半導体熱処理部材が報告されている（特許文献２）。特許文献２によると、基体表面にＳｉＣ膜を形成した、もしくはＳｉＣのみからなる半導体処理用部材のＸ線光電子分光分析でのフッ素元素量が０．３ａｔｏｍｉｃ％以下、有機系窒素量が０．７ａｔｏｍｉｃ％以下、炭化水素成分量が２９ａｔｏｍｉｃ％以下でかつ有機系ＣＯ量が４ａｔｏｍｉｃ％以下であり、このとき、ＣＶＤ堆積物は付着保持性に優れ、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）等の半導体処理装置におけるパーティクル汚染の問題が生じ難い。
【0009】
ウェーハにエピタキシャル膜を成長させる工程では、クリーニングガスに対する耐侵食性以上に、耐高温性や、高温からの急降温に対する耐クラック性等の特性が要求される。サセプタは、炭素基材とＳｉＣ被膜とが異素材である。また、ＳｉＣ被膜は複数回のコーティングで形成されることも多い。よって、ＳｉＣ被膜にクラックが発生すると、炭素基材に含まれる不純物が拡散し、ウェーハの品質や歩留に影響を及ぼす。サセプタにクラックが発生した場合、すぐにサセプタを交換する必要がある。そうすると、サセプタの交換頻度が増えて、半導体製品の価格を高くする一因となりうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平１１－１５７９８９号公報
【特許文献2】特許第３９５６２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
このため、本発明は、耐クラック性を持ち、ＳｉウェーハやＳｉＣウェーハがその品質を保持できるとともに、使用寿命の長い半導体熱処理部材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】
【0012】
本発明の半導体熱処理部材は、基材表面にＳｉＣ膜を有し、前記ＳｉＣ膜は、（１１１）、（３１１）、（２００）、（２２０）、（２２２）にピークを有する３Ｃ－ＳｉＣ、（１０１）、（１０３）にピークを有する２Ｈ－ＳｉＣで構成される結晶を有し、基材側から順に、前記結晶のＸ線回折ピークの強度の異なる第１ＳｉＣ層及び第２ＳｉＣ層の少なくとも二層を含むことを特徴とする。
このような構成にすることにより、耐クラック性を備えることができる。
このような構成にすることにより、耐クラック性を備えることができる。
【0013】
前記ＳｉＣ膜中の窒素濃度は０．０５ｐｐｍ以下、ホウ素濃度が０．０２ｐｐｍ以下であることが好ましい。
前記第１ＳｉＣ層において、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比は０．０００以上０．０２０以下であり、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比は０．０００以上０．０２０以下であることが好ましい。
前記第１ＳｉＣ層において、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比は０．０００以上０．０２０以下であり、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比は０．０００以上０．０２０以下であることが好ましい。
【0014】
前記第２ＳｉＣ層において、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比は０．０３０以上０．１００以下であり、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比は０．０２０以上０．０５０以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【0015】
本発明の半導体熱処理部材は、そのＳｉＣ被膜が３Ｃ－ＳｉＣ及び２Ｈ－ＳｉＣの２つの結晶を含み、かつ、低温層及び高温層の二層からなる。このような結晶層構造により、半導体熱処理部材は、耐クラック性を備えることができる。
また、本発明の製造方法によって得られた半導体熱処理部材は、上術の効果に加え、ＳｉＣ被膜中の窒素及びホウ素の濃度が十分に低減されているため、熱処理後のＳｉウェーハやＳｉＣウェーハに抵抗異常や欠陥が発生するのを抑えることができる。
また、本発明の製造方法によって得られた半導体熱処理部材は、上術の効果に加え、ＳｉＣ被膜中の窒素及びホウ素の濃度が十分に低減されているため、熱処理後のＳｉウェーハやＳｉＣウェーハに抵抗異常や欠陥が発生するのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
【0018】
半導体熱処理部材は、半導体製造装置の内部で半導体材料であるＳｉウェーハやＳｉＣウェーハを支持するセラミック製の部材である。ＳｉウェーハやＳｉＣウェーハの大きさは、４インチ、５インチ、６インチ、８インチまたは１２インチである。
【0019】
半導体熱処理部材に用いる基材は、シリコン、黒鉛（グラファイト）などの炭素、及びシリコンカーバイドである。これらのうち、炭素基材が低コストであり、加工難易度が低く、短リードタイムである。シリコン基板の場合、その表面にメタン、エタン、プロパン、エチレン及びアセチレンなどの炭化水素ガスによる炭化層を形成してから、後述するＳｉＣ膜を形成してもよい。
【0020】
本実施の形態においては、Ｓｉウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させるために用いる半導体熱処理部材として、炭素を基材とし、表面にＳｉＣ被膜を有するサセプタについて説明する。
図１に示すように、サセプタ１（半導体熱処理部材）は、円板状の炭素基材２を有している。炭素基材２の大きさは、厚み１．０～２０．０ｍｍ、直径５０～４００ｍｍであることが好ましく、金属元素（鉄、ニッケル、クロム等）の含有量は０．０５ｐｐｍ以下であることが好ましい。
図１に示すように、サセプタ１（半導体熱処理部材）は、円板状の炭素基材２を有している。炭素基材２の大きさは、厚み１．０～２０．０ｍｍ、直径５０～４００ｍｍであることが好ましく、金属元素（鉄、ニッケル、クロム等）の含有量は０．０５ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【0021】
このサセプタ１は、その一の主面Ｆ１に半導体基板を載せる一つの凹形状のザグリ部４が形成された、いわゆる枚葉タイプのサセプタである。
前記ザグリ部４は平面視上円形に形成され、中央に円柱状の凹部４ａが形成されている。また、このサセプタ１は、その中心部Ｏを回転軸Ｌとした円対称性を有している。このとき、ザグリ部４の最深部（中心部Ｏ）の深さをＴｏとすると、平均深さＴｄ（図示せず）は、Ｔｏ／２となる。
前記ザグリ部４は平面視上円形に形成され、中央に円柱状の凹部４ａが形成されている。また、このサセプタ１は、その中心部Ｏを回転軸Ｌとした円対称性を有している。このとき、ザグリ部４の最深部（中心部Ｏ）の深さをＴｏとすると、平均深さＴｄ（図示せず）は、Ｔｏ／２となる。
【0022】
前記サセプタ１の厚さＴと前記平均深さＴｄとの比（Ｔ／Ｔｄ）は、６≦Ｔ／Ｔｄ≦３０であることが好ましい。サセプタ１の厚さＴと前記平均深さＴｄとの比（Ｔ／Ｔｄ）が前記範囲であるとき、ザグリ部４が、反り抑制の効果を得ることができる。なお、前記サセプタ１の厚さＴと前記深さＴｏとの比（Ｔ／Ｔｏ）は３≦Ｔ／Ｔｏ≦１３であることが好ましい。
【0023】
炭素基材２としては、炭素材料が用いられ、薄膜３としては炭化珪素が用いられる。炭素基材２は、その全面が炭化珪素（ＳｉＣ）からなる所定厚さ（例えば６０μｍ以上）の薄膜３で被覆されている。薄膜３は、炭素基材２を保護すると共に、炭素基材２からの発塵、不純物の外方拡散を防止し、炭素基材２の反りを抑制する役割を有する。
【0024】
すなわち、この薄膜３は、サセプタ１のウェーハ支持面である一の主面Ｆ１を被覆する炭化珪素からなる薄膜３Ｆと、一の主面Ｆ１と対向する裏の面である他の主面Ｆ２を被覆する炭化珪素からなる薄膜３Ｂと、また炭素基材２の外周面を被覆する炭化珪素からなる薄膜３Ｓとから構成されている。
【0025】
ここで、図２に示すサセプタ１の主面Ｆ１に形成された薄膜３Ｆの膜厚ｔ１の平均に対する他の主面Ｆ２に形成された薄膜３Ｂの膜厚ｔ２の平均の比率は０．７～１．３の間であることが好ましい。前記比率が０．７～１．３にあるとき、膜厚ばらつきに起因する熱伝導性の差異が生じることなく、均一なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0026】
炭素基材２の表面に形成されたＳｉＣ膜は、３Ｃ－ＳｉＣ及び２Ｈ－ＳｉＣで構成される結晶であり、前記結晶は、炭素基材２側から順に、Ｘ線回折ピークの強度の異なる第１ＳｉＣ層及び第２ＳｉＣ層の少なくとも二層からなる。なお、後述する半導体熱処理部材の製造方法において、キープコーティング開始前に、キープコーティング時の温度より低温で原料ガスを導入して第１ＳｉＣ層を形成し、それより高温で行うキープコーティングで第２ＳｉＣ層を形成することから、本明細書では、第１ＳｉＣ層を低温層、第２ＳｉＣ層を高温層ともいう。
【0027】
炭素基材２の表面には、常圧ＣＶＤ法により結晶成長させたＣＶＤ－ＳｉＣ膜として、３Ｃ－ＳｉＣ及び２Ｈ－ＳｉＣで構成される多形結晶を有する。
ここで、ＳｉＣには、積層順序の違いにより数多くの多形がある。代表的な多形には、３Ｃ－ＳｉＣ、２Ｈ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣがある。３Ｃ－ＳｉＣは立方晶であり、２Ｈ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣは六方晶である。
ここで、ＳｉＣには、積層順序の違いにより数多くの多形がある。代表的な多形には、３Ｃ－ＳｉＣ、２Ｈ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣがある。３Ｃ－ＳｉＣは立方晶であり、２Ｈ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣは六方晶である。
【0028】
ＳｉＣの結晶のうち、３Ｃ－ＳｉＣ立方晶は、多形のなかで最もバンドギャップが小さい。低温で形成される安定で良質な結晶であるため、３Ｃ－ＳｉＣ立方晶は、デバイス設計に用いやすく、大面積化においても、コスト増大を抑えることができる。
３Ｃ－ＳｉＣ立方晶は、Ｘ線回折による（１１１）、（３１１）、（２００）、（２２０）、（２２２）に対応するピークを有する。このようなピークを有することは、ＳｉＣのエピタキシャル成長により良好な結晶が形成されていることを意味する。
２Ｈ－ＳｉＣ六方晶は、多形のなかで最も大きなバンドギャップを持つ。２Ｈ－ＳｉＣは、Ｘ線回折による（１０１）、（１０３）に対応するピークを有する。
３Ｃ－ＳｉＣ立方晶は、Ｘ線回折による（１１１）、（３１１）、（２００）、（２２０）、（２２２）に対応するピークを有する。このようなピークを有することは、ＳｉＣのエピタキシャル成長により良好な結晶が形成されていることを意味する。
２Ｈ－ＳｉＣ六方晶は、多形のなかで最も大きなバンドギャップを持つ。２Ｈ－ＳｉＣは、Ｘ線回折による（１０１）、（１０３）に対応するピークを有する。
【0029】
第１ＳｉＣ層（低温層）において、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比は０．０００以上０．０２０以下であり、かつ、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比が０．０００以上０．０２０以下であることが好ましい。
第２ＳｉＣ層（高温層）において、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比は０．０３０以上０．１００以下であり、かつ、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比は０．０２０以上０．０５０以下であることが好ましい。
図４は、基材上に形成された第１ＳｉＣ層（低温層）と第２ＳｉＣ層（高温層）の断面組織を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した画像である。
図５は、第１ＳｉＣ層（低温層）と第２ＳｉＣ層（高温層）のＸ線回折ピークの強度比を表す回折チャートである。低温層及び高温層で、ピーク及びその頂点が一致しており、サセプタ１のＳｉＣ被膜が高い結晶性を有することが分かる。
第２ＳｉＣ層（高温層）において、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０１）面のピーク強度の比は０．０３０以上０．１００以下であり、かつ、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）面のピーク強度に対する２Ｈ－ＳｉＣ（１０３）面のピーク強度の比は０．０２０以上０．０５０以下であることが好ましい。
図４は、基材上に形成された第１ＳｉＣ層（低温層）と第２ＳｉＣ層（高温層）の断面組織を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した画像である。
図５は、第１ＳｉＣ層（低温層）と第２ＳｉＣ層（高温層）のＸ線回折ピークの強度比を表す回折チャートである。低温層及び高温層で、ピーク及びその頂点が一致しており、サセプタ１のＳｉＣ被膜が高い結晶性を有することが分かる。
【0030】
なお、第１ＳｉＣ層（低温層）及び第２ＳｉＣ層（高温層）とも、３Ｃ－ＳｉＣ結晶は、Ｘ線回折において、（１１１）、（３１１）、（２００）、（２２０）、（２２２）にピークを有し、２Ｈ－ＳｉＣ結晶は、Ｘ線回折において、（１０１）、（１０３）にピークを有する。
Ｘ線回折とは４０ｋｅＶであるＸ線（ＣｕＫα線）を用いた回折である。
Ｘ線回折とは４０ｋｅＶであるＸ線（ＣｕＫα線）を用いた回折である。
【0031】
第１ＳｉＣ層（低温層）の厚みは好ましくは１～１０μｍ、さらに好ましくは１～３μｍである。
第２ＳｉＣ層（高温層）の厚みは好ましくは３～５００μｍ、さらに好ましくは５～３００μｍである。
第２ＳｉＣ層（高温層）の厚みは好ましくは３～５００μｍ、さらに好ましくは５～３００μｍである。
【0032】
サセプタ１において、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜は、３Ｃ－ＳｉＣ及び２Ｈ－ＳｉＣの２つの結晶を含み、かつ、低温層及び高温層の二層からなる。このような結晶層構造を有することにより、前記ＣＶＤ－ＳｉＣ膜は耐クラック性を有する。
ＳｉＣ膜中の窒素濃度は０．０５ｐｐｍ以下、ホウ素濃度は０．０２ｐｐｍ以下である。サセプタ１のＳｉＣ被膜中の窒素やホウ素の濃度を低減することで、ＳｉウェーハやＳｉＣウェーハに抵抗異常や欠陥が発生するのを抑えることができる。
ＳｉＣ膜中の窒素濃度は０．０５ｐｐｍ以下、ホウ素濃度は０．０２ｐｐｍ以下である。サセプタ１のＳｉＣ被膜中の窒素やホウ素の濃度を低減することで、ＳｉウェーハやＳｉＣウェーハに抵抗異常や欠陥が発生するのを抑えることができる。
【0033】
前記のような基材表面にＳｉＣ膜を有する半導体熱処理部材の製造方法は、前記ＳｉＣ膜の成膜工程において、キープコーティング開始前にキープコーティング温度より低い温度で原料ガスを導入する工程を有する。このような工程を備えることにより、半導体熱処理部材のＳｉＣ被膜が３Ｃ－ＳｉＣ及び２Ｈ－ＳｉＣの２つの結晶を含み、かつ、低温層及び高温層の二層からなるため、耐クラック性を備えることができる。また、ＳｉＣ被膜中の窒素及びホウ素の濃度が十分に低減されているため、熱処理後のＳｉウェーハやＳｉＣウェーハに抵抗異常や欠陥が発生するのを抑えることができる。
【0034】
サセプタ１の製造方法について説明する。すなわち、製品形状に加工した炭素基材の表面にＣＶＤにより、低窒素濃度及び低ホウ素濃度のＳｉＣ膜を成膜する方法において、キープコーティング開始前にキープコーティング温度より低い温度で原料ガスを導入する工程を有する。キープコーティング温度より５０～１００℃低い温度であることが好ましい。
【0035】
前記のようなサセプタ１は、例えば、図３に示すようなＣＶＤ装置５を用いることにより製造することができる。
図３に示すＣＶＤ装置５は、処理空間を形成するチャンバ１０と、キャリアガス（水素ガス）をチャンバ１０内に供給するため、チャンバ１０側面に設けられたガス流入口１１と、流入口１１に対向する反対側のチャンバ１０側面に設けられたガス流出口１２とを有する。また、チャンバ１０内においてサセプタ１の炭素基材２の下面側を支持するための支持部２０を備えている。また、チャンバ１０の上下には、ヒータ部１５が設けられ、炉内を所定温度まで昇温可能に構成されている。
図３に示すＣＶＤ装置５は、処理空間を形成するチャンバ１０と、キャリアガス（水素ガス）をチャンバ１０内に供給するため、チャンバ１０側面に設けられたガス流入口１１と、流入口１１に対向する反対側のチャンバ１０側面に設けられたガス流出口１２とを有する。また、チャンバ１０内においてサセプタ１の炭素基材２の下面側を支持するための支持部２０を備えている。また、チャンバ１０の上下には、ヒータ部１５が設けられ、炉内を所定温度まで昇温可能に構成されている。
【0036】
このＣＶＤ装置５を用いてサセプタ１を製造する場合、予め円形のザグリ部が形成された炭素材料からなるＳｉウェーハ用またはＳｉＣウェーハ用の炭素基材２を、チャンバ１０内の支持部２０上に配置する。
【0037】
キャリアガス（希釈ガス）としてＨ2を用い、原料ガス（ＳｉＣｌ4、Ｃ3Ｈ8）を用いて、漸次導入後、６０～１２０分で１０００～１３００℃の温度、１５００～４５００Ｐａの炉内圧力下でキープコーティングを行う。キープコーティング時、ＳｉＣｌ4：Ｃ3Ｈ8：Ｈ2＝１５～２０：３～６：１５０～２００（Ｌ/ｍｉｎ）で処理を行うことで、３Ｃ－ＳｉＣと２Ｈ－ＳｉＣが混在し、かつ、結晶性に優れたＳｉＣ膜被膜付きサセプタ１が得られる。なお、昇温はＨ2のみを導入して行い、このとき、１Ｔｏｒｒ以下まで真空度を維持できる真空ポンプを用いる。
【0038】
キープコーティング開始直前に、所定の温度（キープコーティング時の温度）になる前の昇温中に原料ガスを２０～３０分間導入する。原料ガス導入時のＣＶＤ装置５内の温度は、キープコーティング時の温度より低い温度とする。また、導入前後でＨ2雰囲気を維持する。これにより、炭素基材２とその上に形成される３～５００μｍの第２ＳｉＣ層（高温層）との間に１～１０μｍの第１ＳｉＣ層（低温層）を形成する。
【0039】
キープコーティング後、Ｈ2のみを導入して降温する。３５００～１００００Ｐａの炉内圧力下で、３０～１２０分間かけて１００℃降温した後、Ｈ2の導入を停止し、１Ｔｏｒｒ以下の真空度で９０分以上降温を継続する。８００℃以下になったら、再度Ｈ2ガスを導入し、降温を継続する。
【0040】
このプロセスにより、ＳｉＣ膜中の窒素濃度が０．０５ｐｐｍ以下、ホウ素濃度が０．０２ｐｐｍ以下の低窒素及び低ホウ素濃度のＣＶＤ－ＳｉＣ膜を被膜した、耐クラック性をもつサセプタ等の半導体用熱処理部材が得られる。
【0041】
なお、前記実施の形態においては、本発明の半導体用熱処理部材としてサセプタを例に説明したが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではなく、炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をした半導体用熱処理部材に広く適用することができる。
【実施例0042】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明は下記に示す実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
等方性高純度黒鉛（クアーズテック株式会社製）に純化処理を行い、炭素基材中の不純物濃度（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属元素）を０．０５ｐｐｍ以下まで低減して基材を得た。
［実施例１］
等方性高純度黒鉛（クアーズテック株式会社製）に純化処理を行い、炭素基材中の不純物濃度（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属元素）を０．０５ｐｐｍ以下まで低減して基材を得た。
【0043】
図３に示すＣＶＤ装置を用い、前記炭素基材にＳｉＣを成膜した。前記ＣＶＤ装置において、チャンバ内に前記炭素基材を載置し、真空ポンプを用いて１Ｔｏｒｒ以下にした後、キャリアガス（Ｈ２）を導入した。
次いで、チャンバ内１２００℃になるまで昇温した。チャンバ内が１２００℃から１３００℃に昇温する際、原料ガス（ＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8）およびキャリアガスを２５分間導入した。その後、１３００℃、２０００Ｐａ下でキープコーティングを１１時間行った。
次いで、チャンバ内１２００℃になるまで昇温した。チャンバ内が１２００℃から１３００℃に昇温する際、原料ガス（ＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8）およびキャリアガスを２５分間導入した。その後、１３００℃、２０００Ｐａ下でキープコーティングを１１時間行った。
【0044】
キープコーティング後、Ｈ2のみを導入して降温した。５０００Ｐａの炉内圧力下で、１２０分かけて１００℃降温させた後、Ｈ2の導入を停止し、１Ｔｏｒｒ以下の真空度で９０分以上降温を継続し、８００℃以下になった時点で、再びＨ2ガスを導入し、降温を継続した。
【0045】
前記した手順により、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜を炭素基材に被膜した。得られたＳｉＣ被膜付炭素基材において、ＳｉＣ被膜中の窒素及びホウ素の濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いて測定した。窒素濃度は０．０４１ｐｐｍ、ホウ素濃度は０．００１ｐｐｍであった。
【0046】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）でＳｉＣ被膜付炭素基材の断面を観察した。また、粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて、ＳｉＣ被膜付炭素基材を観察した。炭素基材上のＳｉＣ膜において、基材側の第１ＳｉＣ層、及び第１ＳｉＣ層の上に形成された第２ＳｉＣ層ともに、シャープな回折プロファイルが観察された。結果を図４、図５に示す。
ピーク強度比は、表１に示すとおりである。
ピーク強度比は、表１に示すとおりである。
【0047】
【表1】
【0048】
［実施例２］
等方性高純度黒鉛（クアーズテック株式会社製）に純化処理を行い、炭素基材中の不純物濃度（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属元素）を０．０５ｐｐｍ以下まで低減して基材を得た。
等方性高純度黒鉛（クアーズテック株式会社製）に純化処理を行い、炭素基材中の不純物濃度（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属元素）を０．０５ｐｐｍ以下まで低減して基材を得た。
【0049】
前記炭素基材にＣＶＤ法によりＳｉＣを成膜した。前記ＣＶＤ装置において、チャンバ内に前記炭素基材を載置し、真空ポンプを用いて１Ｔｏｒｒ以下にした後、キャリアガス（Ｈ２）を導入した。
次いで、チャンバ内１２４０℃になるまで昇温した。チャンバ内が１２４０℃から１２５０℃に昇温する際、原料ガス（ＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8）およびキャリアガスを２５分間導入した。その後、１２５０℃、２０００Ｐａ下でキープコーティングを１１時間行った。
次いで、チャンバ内１２４０℃になるまで昇温した。チャンバ内が１２４０℃から１２５０℃に昇温する際、原料ガス（ＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8）およびキャリアガスを２５分間導入した。その後、１２５０℃、２０００Ｐａ下でキープコーティングを１１時間行った。
【0050】
キープコーティング後、Ｈ2のみを導入して降温した。５０００Ｐａの炉内圧力下で、１２０分かけて１００℃降温させた後、Ｈ2の導入を停止し、１Ｔｏｒｒ以下の真空度で９０分以上降温を継続し、８００℃以下になった時点で、再びＨ2ガスを導入し、降温を継続した。
【0051】
前記した手順により、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜を炭素基材に被膜した。得られたＳｉＣ被膜付炭素基材において、ＳｉＣ被膜中の窒素及びホウ素の濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いて測定した。窒素濃度は０．０４８ｐｐｍ、ホウ素濃度は０．００１ｐｐｍであった。
【0052】
粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて、ＳｉＣ被膜付炭素基材を観察した。炭素基材上のＳｉＣ膜において、基材側の第１ＳｉＣ層、及び第１ＳｉＣ層の上に形成された第２ＳｉＣ層ともに、シャープな回折プロファイルが観察された。ピーク強度比は、表２に示すとおりである。
【0053】
【表2】
【0054】
［実施例３］
等方性高純度黒鉛（クアーズテック株式会社製）に純化処理を行い、炭素基材中の不純物濃度（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属元素）を０．０５ｐｐｍ以下まで低減して基材を得た。
等方性高純度黒鉛（クアーズテック株式会社製）に純化処理を行い、炭素基材中の不純物濃度（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属元素）を０．０５ｐｐｍ以下まで低減して基材を得た。
【0055】
前記炭素基材にＣＶＤ法によりＳｉＣを成膜した。前記ＣＶＤ装置において、チャンバ内に前記炭素基材を載置し、真空ポンプを用いて１Ｔｏｒｒ以下にした後、キャリアガス（Ｈ2）を導入した。
次いで、チャンバ内１１６０℃になるまで昇温した。チャンバ内が１１６０℃から１１８０℃に昇温する際、原料ガス（ＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8）およびキャリアガスを２５分間導入した。その後、１１８０℃、２０００Ｐａ下でキープコーティングを１１時間行った。
次いで、チャンバ内１１６０℃になるまで昇温した。チャンバ内が１１６０℃から１１８０℃に昇温する際、原料ガス（ＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8）およびキャリアガスを２５分間導入した。その後、１１８０℃、２０００Ｐａ下でキープコーティングを１１時間行った。
【0056】
キープコーティング後、Ｈ2のみを導入して降温した。５０００Ｐａの炉内圧力下で、１２０分かけて１００℃降温させた後、Ｈ2の導入を停止し、１Ｔｏｒｒ以下の真空度で９０分以上降温を継続し、８００℃以下になった時点で、再びＨ2ガスを導入し、降温を継続した。
【0057】
前記した手順により、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜を炭素基材に被膜した。得られたＳｉＣ被膜付炭素基材において、ＳｉＣ被膜中の窒素及びホウ素の濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いて測定した。窒素濃度は０．０４３ｐｐｍ、ホウ素濃度は０．００１ｐｐｍであった。
【0058】
粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて、ＳｉＣ被膜付炭素基材を観察した。炭素基材上のＳｉＣ膜において、基材側の第１ＳｉＣ層、及び第１ＳｉＣ層の上に形成された第２ＳｉＣ層ともに、シャープな回折プロファイルが観察された。ピーク強度比は、表３に示すとおりである。
【0059】
【表3】
【0060】
［実施例４］
等方性高純度黒鉛（クアーズテック株式会社製）に純化処理を行い、炭素基材中の不純物濃度（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属元素）を０．０５ｐｐｍ以下まで低減して基材を得た。基材は厚み１．０～２０．０ｍｍで、Ｓｉウェーハ（８インチ）を支持するのに好適な大きさにした。
等方性高純度黒鉛（クアーズテック株式会社製）に純化処理を行い、炭素基材中の不純物濃度（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属元素）を０．０５ｐｐｍ以下まで低減して基材を得た。基材は厚み１．０～２０．０ｍｍで、Ｓｉウェーハ（８インチ）を支持するのに好適な大きさにした。
【0061】
前記炭素基材にＣＶＤ法によりＳｉＣを成膜した。前記ＣＶＤ装置において、チャンバ内に前記炭素基材を載置し、真空ポンプを用いて１Ｔｏｒｒ以下にした後、キャリアガス（Ｈ2）を導入した。
次いで、チャンバ内１３５０℃になるまで昇温した。チャンバ内が１３５０℃から１４００℃に昇温する際、原料ガス（ＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8）およびキャリアガスを２５分間導入した。その後、１４００℃、３０００Ｐａ下でキープコーティングを１５時間行った。
次いで、チャンバ内１３５０℃になるまで昇温した。チャンバ内が１３５０℃から１４００℃に昇温する際、原料ガス（ＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8）およびキャリアガスを２５分間導入した。その後、１４００℃、３０００Ｐａ下でキープコーティングを１５時間行った。
【0062】
キープコーティング後、Ｈ2のみを導入して降温した。３０００Ｐａの炉内圧力下で、１２０分かけて１００℃降温させた後、Ｈ2の導入を停止し、１Ｔｏｒｒ以下の真空度で９０分以上降温を継続し、８００℃以下になった時点で、再びＨ2ガスを導入し、降温を継続した。
【0063】
前記した手順で得られたＳｉＣ被膜付炭素基材において、ＳｉＣ被膜中の窒素及びホウ素の濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いて測定した。窒素濃度は５．８７ｐｐｍ、ホウ素濃度は０．００１ｐｐｍであった。前記した手順では、ＳｉＣ膜中の窒素濃度が０．０５ｐｐｍ以下のＣＶＤ－ＳｉＣ膜が得られなかった。
【0064】
粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて、ＳｉＣ被膜付炭素基材を観察した。ピーク強度比は、表４に示すとおりである。
【表4】
【0065】
［比較例１］
前記炭素基材にＣＶＤ法によりＳｉＣを成膜した。成膜には、原料ガスとしてＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8、キャリアガス（希釈ガス）としてＨ2を用い、１３００℃、４０００Ｐａの炉内圧力下で１１時間キープコーティングを行った。昇温時（原料ガスの導入前）はガスを導入せず、真空ポンプを用いて、１Ｔｏｒｒ以下の真空度を維持した。
前記炭素基材にＣＶＤ法によりＳｉＣを成膜した。成膜には、原料ガスとしてＳｉＣｌ4及びＣ3Ｈ8、キャリアガス（希釈ガス）としてＨ2を用い、１３００℃、４０００Ｐａの炉内圧力下で１１時間キープコーティングを行った。昇温時（原料ガスの導入前）はガスを導入せず、真空ポンプを用いて、１Ｔｏｒｒ以下の真空度を維持した。
【0066】
キープコーティング後、Ｎ2のみを導入して降温した。５０００Ｐａの炉内圧力下で、１２０分かけて１０００℃まで制御降温させた後、制御降温を停止し、降温を継続した。
炭素基材上に形成されたＳｉＣ層は一層であった。
炭素基材上に形成されたＳｉＣ層は一層であった。
【0067】
粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて、ＳｉＣ被膜付炭素基材を観察した。ピーク強度比は、表５に示すとおりである。
【表5】
【0068】
表５に実施例１～４、比較例１のＳｉＣ被膜付炭素基材の熱衝撃クラック耐性および還元性ガス耐性についての結果を示す。熱衝撃クラック耐性は、サンプルを装置内に入れ、１０００℃まで加熱（常圧雰囲気）した後、装置から取り出し、水（室温）に落下させ、急速降温（熱衝撃）を加えた（加速試験）。これを５サイクル実施した。その後、クラックが認められた場合を×、認められなかった場合についてさらに５サイクル実施し、クラックが認められた場合を△、認められなかった場合を○、とした。
【0069】
還元性ガス耐性は、サンプルを装置内に入れ、真空ポンプにて減圧雰囲気にし、ＨＣｌとＨ2（キャリアガス）を導入し、温度１１００℃、暴露時間は１時間を３０サイクル（３０ｈｒ）実施後と５０サイクル（５０ｈｒ）実施後で、サンプルの表面組織をＳＥＭ観察した。
【0070】
３０サイクル（３０ｈｒ）実施でピンホール（グラファイト基材まで貫通）が形成したものを×、５０サイクル（５０ｈｒ）実施でピンホールが形成していないものを〇、３０サイクル（３０ｈｒ）実施でピンホールが形成していないが、５０サイクル（５０ｈｒ）実施でピンホールが形成したもの△とした。
【0071】
【表6】
【0072】
上述の結果から、実施例１～４で得られたＳｉＣ被覆膜サセプタは、エピタキシャル成長プロセスで使用してもＳｉＣウェーハに抵抗異常や欠陥は発生せず、高品質のＳｉＣエピタキシャルウェーハが得られた。また、サセプタ及びＳｉＣ被膜にクラックも発生しなかった。
【符号の説明】
【0073】
１ サセプタ
２ 炭素基材
３ 薄膜（ＳｉＣ被膜）
４ ザグリ部
４ａ 円柱状の凹部
５ ＣＶＤ装置
１０ チャンバ
１１ ガス流入口
１２ ガス流出口
１５ ヒータ部
２０ 支持部
Ｏ 中心部
Ｌ 回転軸
２ 炭素基材
３ 薄膜（ＳｉＣ被膜）
４ ザグリ部
４ａ 円柱状の凹部
５ ＣＶＤ装置
１０ チャンバ
１１ ガス流入口
１２ ガス流出口
１５ ヒータ部
２０ 支持部
Ｏ 中心部
Ｌ 回転軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
