JPH0585502B2 - - Google Patents

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JPH0585502B2
JPH0585502B2 JP63109212A JP10921288A JPH0585502B2 JP H0585502 B2 JPH0585502 B2 JP H0585502B2 JP 63109212 A JP63109212 A JP 63109212A JP 10921288 A JP10921288 A JP 10921288A JP H0585502 B2 JPH0585502 B2 JP H0585502B2
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JP
Japan
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silicon carbide
reaction tube
layer
reaction
thickness
Prior art date
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JP63109212A
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JPH01282153A (ja
Inventor
Fukuji Matsumoto
Norio Hayashi
Yoshio Tawara
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/346,736 priority patent/US4999228A/en
Priority to EP89108265A priority patent/EP0340802B1/en
Priority to DE89108265T priority patent/DE68909481T2/de
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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に用い
られる反応管に関し、更に詳述するとシリコンウ
エハーに不純物による汚染に起因する欠陥を生じ
させるようなことのない炭化珪素質反応管に関す
る。 従来の技術及び発明が解決しようとする課題 従来、半導体拡散炉用の反応管としては、石英
製、炭化珪素質製のものが使用されている。これ
ら反応管を用いて半導体に熱処理を施す場合、反
応管に不純物が存在するとシリコンウエハーに欠
陥が生じ、結果として半導体の熱処理工程の歩留
まりを大きく低下させることになるため、これら
反応管の材料としては高純度の石英又は炭化珪素
が要求され、これらの純度は高ければ高いほど良
い。ここで、純度の点においては、石英が炭化珪
素に優るため、一般に石英製の反応管が多用され
ている。 しかし、石英でも未だ不純物の点において満足
できるものではなく、更に石英の場合、高温下で
は変形し易く、その寿命が短いという欠点を有し
ている。特に処理温度が1200℃を超えると変形、
失透等により消耗が激しく、反応管を頻繁に交換
しなければならず、一方処理温度を下げると処理
時間を大巾に延ばさなければならず、いずれにし
ても半導体の製造コストを引き上げるという不都
合を生じる。 これに対して、炭化珪素質の反応管は高温下で
も変形しにくく、また石英製反応管に見られるよ
うな失透現像を生じることがなく、このため一つ
の反応管の使用可能期間を石英製のものに比べて
大巾に延ばすことができる。しかし、純度の点に
関しては、従来の技術では石英製のものに比べて
劣るためにその使用に制限がある。 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高
温下においても変形、失透現像などの不都合を生
じることがなく、かつ不純物の存在に起因する欠
陥をシリコンウエハーに生じさせることのない半
導体拡散炉用として有効な炭化珪素質反応管を提
供することを目的とする。 課題を解決するための手段及び作用 本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検
討を重ねた結果、反応焼結炭化珪素質反応管の内
面をまずSi除去処理して炭化珪素のみからなるSi
除去層を形成した後、このSi除去層上に気相合成
法等により高純度炭化珪素被膜を形成して、厚さ
0.5〜2mmの炭化珪素層を形成することが有効で
あることを見い出した。即ち、炭化珪素質反応管
はSiCとSiとの複合材料であり、不純物は高温下
での拡散係数がSi中の方がSiC中よりも!?かに大
きいため主としてSi層中を通過して反応管内に汚
染をもたらすものであるが、反応管の内表面をま
ずSi除去処理し、炭化珪素のみからなる層を形成
した後に気相合成法などにより高純度の炭化珪素
被膜を析出させることにより、コスト的に安価に
厚い(0.5〜2mm)炭化珪素層を形成することが
でき、該層によつて反応管基材及び外部から反応
管内への不純物の拡散を遮断することができる
上、反応管は反応焼結炭化珪素質からなるもので
あるので、高温下においても変形したり、失透現
象を生じるようなことのない半導体拡散炉用反応
管とすることができることを知見した。 この場合、炭化珪素被膜を反応管内表面に形成
するに際し、反応管内表面にSi除去処理を施して
Si除去層(炭化珪素層)を形成し、その上に
CVD法により高純度炭化珪素被膜を析出させ、
結果として厚さ0.5〜2mmの炭化珪素層とするこ
とにより、コスト高となるCVD法による被膜の
析出を少なくすることができ、従つて全体の製造
コストを低減化することができる。 ここで、炭化珪素質反応管内面に炭化珪素被膜
を形成するという技術は特公昭61−20128号公報
等で公知であるが、これは洗浄の際の耐食性の向
上を目的としたものであり、また、炭化珪素被膜
の膜厚も500μm以下とされている。これに対し
て本発明者らは、上記Si除去層の形成及び炭化珪
素被膜の形成により厚さ0.5〜2mmの炭化珪素層
を形成することが不純物の遮断に大きな効果を示
すことを見い出したものである。また従来、炭化
珪素被膜を炭化珪素質反応管表面に形成する方法
としては、ポーラスな再結晶炭化珪素質反応管表
面に炭化珪素被膜を形成した後、Siを含浸させる
方法等が知られているが、かかる再結晶炭化珪素
は強度に劣るため(反応焼結炭化珪素は曲げ強度
35〜45Kg/mm2であるのに対し、再結晶炭化珪素は
15〜25Kg/mm2と約1/2である)、炭化珪素被膜の膜
厚を0.5mm以上とするとその使用に際し、熱サイ
クルによつて破損し易くなつてしまう。これに対
して反応焼結炭化珪素は強度が高いため炭化珪素
層の厚さを0.5mm以上、更には1mm以上としても
何ら問題ないということを本発明者らは見い出し
たものである。 従つて、本発明は、反応焼結炭化珪素質からな
る反応管の内表面にSi除去処理を施すことにより
炭化珪素のみからなるSi除去層を形成すると共
に、該Si除去層上に高純度炭化珪素質被膜を形成
して、厚さ0.5〜2mmの炭化珪素層を形成したこ
とを特徴とする炭化珪素質反応管を提供するもの
である。 以下、本発明につき更に詳しく説明する。 本発明の反応管は、上述のようにその内面に形
成されたSi除去層及び炭化珪素被膜の形成で厚さ
0.5〜2mmの炭化珪素層を形成することにより、
反応管基材及び外部からの不純物の拡散を遮断
し、半導体に熱処理を施す際にシリコンウエハー
が不純物によつて汚染されるのを防止するもので
ある。 本発明の反応管は、その基材として反応焼結炭
化珪素質を用いているため高温下においても変形
し難く、また失透現象を生じるようなこともない
ものであるが、ここで従来炭化珪素質反応管の製
造は、特公昭61−20129号公報等に見られるよう
に、再結晶法による製造が一般的であり、この方
法により得られた再結晶炭化珪素は前述したよう
にその強度が低いため、この炭化珪素を用いて反
応管を作製し、その内面に厚肉(0.5〜2mm)の
炭化珪素層を形成すると使用の際に破損し易くな
つてしまう。これに対して本発明の反応管は反応
焼結炭化珪素質を基材とするために強度が高く、
その内面に厚肉の炭化珪素層を形成しても破損し
難いものであるが、かかる反応焼結炭化珪素質反
応管は、特公昭45−38061号公報に記載されてい
るように、初期に多量(15〜40重量%)の炭素質
を添加し、かつ約1500〜1900℃で反応させるもの
であり(一方、再結晶法は少量(一般には10%以
下)の炭素質を添加し、かつ約2000℃の熱処理が
必要である)、この多量の炭素の反応により生成
されたSiCが結果として粒子の結合を強化し、そ
の強度を高いものとしており、これにより厚肉の
炭化珪素層を形成することを可能にしている。こ
のように、反応焼結炭化珪素と再結晶炭化珪素と
はその製法及び特性が明らかに異なる。 本発明においては、かかる反応焼結炭化珪素質
からなる反応管の内表面に予めSi除去処理を施し
てSi除去層(炭化珪素層)を形成した後、その上
に気相合成による炭化珪素被膜を析出させ、厚さ
0.5〜2mmの炭化珪素層を形成するもので、これ
によれば気相合成により析出させる炭化珪素被膜
を少なくすることができ、従つて製造コストを低
減化することができる。この場合、処理層(Si除
去層)は0.4〜0.7mmに制御することが好ましい。
処理層の厚さが0.4mm未満であると、所定の厚さ
の炭化珪素を得るために過剰の気相合成による炭
化珪素被膜の析出が必要となり、製造コストの低
減化というメリツトが得られない場合がある。一
方、処理層の厚さが0.7mmを超えると、反応管内
面に気孔が残存し易くなり、この気孔が強度低下
をもたらし、破損の原因となつたり、更には気孔
自身がガス発生源、即ち不純物発生源となる場合
がある。この場合Si除去処理の方法としては、溶
液処理、高温での塩酸ガス処理等が好適に採用さ
れる。なお、これらの方法でSi除去処理を行つた
場合、反応管内表面に酸が残留しないように十分
に水洗した後にCVD法による被膜形成処理を施
すことが必要である。 本発明においては、次に上記Si除去層上に高純
度炭化珪素被膜を形成する。 この場合、炭化珪素層の純度は高い程よいが、
かかる高純度の炭化珪素層を得るため、炭化珪素
被膜を形成する手段として気相合成法を採用する
ことが好ましい。ここで、炭化珪素層の純度の目
安としては、層内の鉄含量を5ppm以下とするこ
とが好適である。即ち、鉄は反応管がその製造に
おいて最も汚染を受け易い物質であり、鉄を
5ppm以下とすることにより、他の有害な不純物
も5ppm以下とすることができる。 上記炭化珪素層は上述のように厚さ0.5〜2mm
とされるが、この炭化珪素層の厚さが0.5mm未満
であると不純物の遮断効果が不十分となり、一方
2mmを超えると反応管使用の際に破損し易くな
り、その寿命が短くなつてしまう。 上記炭化珪素被膜を形成する方法としては上述
したように高純度の炭化珪素被膜が得られること
から気相合成により反応管内面に炭化珪素被膜を
析出させる方法が好適に採用される。この方法
は、一般にCVD(Chemical Vapor Deposition)
法と呼ばれ、CH3SiCl3、CH3SiHCl2、(CH32
SiCl2、SiCl4+CH4,SiCl4+C3H8等の原料ガス
をCVD炉に装填された反応焼結炭化珪素質反応
管内面に流してSiCを反応管内表面に析出させる
ものである。なお、原料ガスは上記したものに限
られるものではなく、CVD法に一般的に用いら
れるものであればよく、また温度は1000〜1400℃
が好ましく、圧力は常圧又は減圧のいずれでもよ
い。 発明の効果 以上説明したように、本発明の炭化珪素質反応
管は、高温下においても変形、失透現象などの不
都合を生じることなく、かつ不純物の存在に起因
する欠陥をシリコンウエハーに生じさせることが
ない。従つて、本発明の反応管を用いて半導体に
熱処理を施すことにより半導体製造における歩留
まりを向上させることができる。 また、Si除去層の形成により、コスト高となる
CVD法による被膜の析出を少なくすることがで
き、従つて全体の製造コストを低減化することが
できる。 以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に制限され
るものではない。 〔実施例及び比較例1〜4〕 外径184mm、内径170mm、長さ2300mmの絞り
部を有する反応焼結炭化珪素質反応管を3本準備
し、HF:HNO3:水=1:1:1(重量比)の水
溶液にそれぞれ1,16,15時間浸漬し、表面のSi
を除去した。この時、同時に処理されたダミーサ
ンプルを調べた結果、侵食層(Si除去層)はそれ
ぞれ表面より0.15mm、0.5mm、0.8mmであつた。次
いで十分に水洗、乾燥した後、CVD炉内に装填
した。炉内を30Torr迄減圧し、抵抗加熱によつ
て1300℃に保持した反応管内面にトリクロルメチ
ルシラン1/min、水素ガス10/minを流し
て内面上に炭化珪素被膜を形成した。この際、処
理時間を変えることにより炭化珪素層の厚さを変
えて3本の反応管を得た。この時、同時に処理さ
れたダミーサンプルの炭化珪素層の膜厚を測定し
た結果、それぞれ0.35mm、1.1mm、2.1mmであつた。
これは、後述するウエハーのライフタイム試験を
行つた後、反応管破損検査により測定した結果と
一致した。また、このダミーサンプルの炭化珪素
膜の純度を測定したところ、Feが4ppm含有され
ていた。 次に、上記3本の反応管をそれぞれ拡散炉内に
装填し、この反応管内にシリコンウエハー(CZ
−P型〈111〉)を挿入した後、ウエハーにドライ
酸素中、1100℃×4minの条件で熱処理を施した。
このシリコンウエハーの汚染度を調べるためウエ
ハーのライフタイムを測定した。結果を第1表に
示す。 また、比較のため石英反応管及び内面に炭化珪
素被膜を形成しない炭化珪素質反応管についても
同様の試験を行つた。結果を第1表に併記する。 なお、ウエハーのライフタイムは汚染が少ない
程長くなるものである。
【表】
【表】 次に、長時間運転による影響を調べるため上記
実施例及び比較例1、2の反応管を拡散炉に装填
し、800℃(2時間保持)←→1200℃(4時間保持)
のヒートサイクルを50回繰り返した後、上記と同
様のライフタイム測定を行つた。結果を第2表に
示す。なお、比較例2の反応管については27サイ
クル目に破損してしまつた。
【表】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 反応焼結炭化珪素質からなる反応管の内表面
    にSi除去処理を施すことにより炭化珪素のみから
    なるSi除去層を形成すると共に、該Si除去層上に
    高純度炭化珪素被膜を形成して、厚さ0.5〜2mm
    の炭化珪素層を形成したことを特徴とする炭化珪
    素質反応管。
JP63109212A 1988-05-06 1988-05-06 炭化珪素質反応管 Granted JPH01282153A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63109212A JPH01282153A (ja) 1988-05-06 1988-05-06 炭化珪素質反応管
US07/346,736 US4999228A (en) 1988-05-06 1989-05-03 Silicon carbide diffusion tube for semi-conductor
EP89108265A EP0340802B1 (en) 1988-05-06 1989-05-08 Silicon carbide diffusion tube for semi-conductor
DE89108265T DE68909481T2 (de) 1988-05-06 1989-05-08 Siliciumcarbid-Diffusionsrohr für Halbleiter.

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JPH01282153A JPH01282153A (ja) 1989-11-14
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