JPS60258917A - ガス不透過性半導体製造用ＳｉＣ−Ｓｉ系均熱管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、半導体材料の汚染を生じないようｋしたガ
ス不透過性半導体製造用５ｉＣ−８ｉ系均熱管の製造方
法に関するものである。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕一般に半導体製
造用均熱管は、半導体製造用の拡散炉内に設置され、拡
散炉内の熱をこの均熱管内側に装填された裸管としての
石英管へ均一に放射し、その石英管内の半導体材料を均
一に焼成する部材である。

ところで従来の均熱管としては、アルミナやムライト等
の酸化物焼結管が使用されていたが、これらの均熱管は
、熱伝導性や耐スポーリング性が低いため、昇温および
降温速度が遅く半導体の製造能率を阻害するものであっ
た。また、これらの均熱管は気孔率が高いため、操業時
、高温度になって炉壁から蒸発したアルカリ物質がこの
均熱管を容易に通過してその内側の石英管を失透させる
ばかシか、一部石英をも通過して半導体材料を汚染する
という欠点があった。

このようなことから、最近、均熱管として再結晶炭化珪
素質管が考えられている。この均熱管は、熱伝導率が大
きくかつスポーリング性に優れているため、半導体材料
への均熱が安定的に行なえ、また昇温および降温速度が
速く効率よく半導体を製造できるという利点を有してい
る。しかしその反面２０％前後の見掛気孔率を有するの
で、操業時に蒸気化したアルカリ物質が通過し易い点で
上記酸化物焼結管の均熱管と同様な問題点が依然として
残っている。

これに対し、かかる欠点を改善するため、再結晶炭化珪
素管に溶融した金属シリコンを含浸して通気性を低く１
−たＳｉＣ−Ｓｌ系均熱管が提案されている。しかしな
がら、この均熱管は炭化珪素の焼結体を再結晶化する過
程および金属シリコンを含浸処理する工程とくに金属シ
リコンの含浸工程で不純物の銅などが混入するため、操
業時、高温度になった均熱管自体から銅が揮散し、その
銅が均熱管の内側の石英管を通過して半導体材料を汚染
して、ライフタイムが短くかつエッチピット結晶転位が
多数発生し先生導体しか得ることができなかった。そし
てこのエッチピットの発生が特にバイポーラ−、リニア
ー等の接合半導体の製造において致命的な欠点１　とな
っていた。

屯 セ これを防止する方法として、再結晶化した炭化珪素体に
金属シリコンを含浸する工程において高純度の金属シリ
コンを用いることが考えられ、このような金属シリコン
を使用するとコスト高となるが成形体の純度の向上が認
められる。

しかしながら、これではまだ充分要求に合致するものは
得られない。

本発明者はこのような種々の問題を鑑み、操業時の高温
度下でもＳｉＣ−Ｓｔ系均熱管から銅が揮散して半導体
材料が汚染されることのないｓｔｃ　−ｓｔ系均熱管を
製造しようと鋭意研究を重ねた。その結果、ｓｔｃ　−
ｓｔ系均熱管からの銅の揮散化は、その均熱管中の鉤の
含有量に関与することは勿論であるが、その含有量が微
量であっても条件によりては揮散化が進行することがわ
かシ、均熱管中の他の不純物の介在が銅の揮散化に関与
することを推定した。そして、均熱管中の他の不純物に
ついて種々調べたところ、銅の揮散化を促進するのは混
入したアルカリ金属であることを究明した。

そこでさらに銅とアルカリ金属との含有割合の関係を種
々模索した結果、銅の含有量が２０　ｐｐｍを越えると
、アルカリ金属の混入に関係なく均熱管からの銅の揮散
化が進行するが、銅の含有量を２０　ｐｐｍ以下にして
もアルカリ金属の含有量が１００　ｐｐｍを越えると銅
の揮散化が進行することを見い出した。なお銅イオンの
移動を助長するのはアルカリ金属の影響がもっとも大き
く、鉄、アルミニウム等の場合は比較的小さいから銅含
有量の少ない場合にはその存在を考慮する必要はない。

また、銅の含有量のみを限定しても銅の揮散化を防止す
ることはできない。すなわち、上記のようにアルカリ金
属が銅イオンの移動を助長するので、アルカリ金属が過
剰の場合には銅の含有量が少なくても均熱管からの銅の
揮散化が進行する。したがって、銅とアルカリ金属との
両方を限定することにより、始めて均熱管からの銅の揮
散化を阻止することができる。

こうして、ガス不透過性の５ｔｃ−ｓｔ系均熱管におい
て、銅の含有量を２０　ｐｐｍ以下に限定し、かつアル
カリ金属の含有量を１００　ｐｐｍ以下に一５＝ 限定することによって、その均熱管からの銅の揮散化が
阻止され、極めてライフタイムが長くかつエッチピット
の発生が全くない半導体を製造できるとともに、その均
熱管の内側の石英管の失透、亀裂も防止できることがで
きることがわかった。

しかし従来の製造方法によると前述のように金属シリコ
ンの炭化珪素再結晶体への含浸工程において銅などが混
入するため、このような高純度の５ＩＣ−８ｉ系均熱管
を製造することは困難である。

〔発明の目的〕

したがって本発明の目的は、銅とアルカリ金属がそれぞ
れ上記の許容濃度まで減少された５ＩＣ−８１系均熱管
が得られるように精製工程を改良した５ｔｃ−ｓｔ系均
熱管の製造方法を提供することである。

〔発明の概要〕

すなわち本発明に係るガス不透過性半導体製造用８１Ｃ
−８ｉ系均熱管の製造方法は、ハロｒン６一 系がスを主体とする雰囲気中で加熱処理することにより
銅およびアルカリ金属を選択的に除去して、均熱管中の
銅の含有量を２０　ｐｐｍ以下にし、かつアルカリ金属
の含有量を１００　ｐｐｍ以下とするものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明に係るガス不透過性５ｉｎ−８１系均熱管の
製造方法を実施例について説明するが、この方法に限定
されるものではないことは勿論である。

従来、５ｉｎ−８ｔ系均熱管を製作するには、まず高純
度の炭化珪素を主成分とする粉体にタールピッチ等の粘
結剤を添加混合し、通常の成形機により・母イブ状に成
形した後、この成形体中の粘結剤を約８００℃の温度下
で焼成炭化して焼成体を造る。

それからこの焼成体を、主として高純度の窒１　化珪素
よりなる詰粉の中に埋め込み、２０００℃程度の高温度
下において加熱処理する。この高温加熱処理工程におい
て、窒化珪素は分解して珪素がスを発生する。この珪素
ガスにより、焼成体中の炭素を珪素化せしめて炭化珪素
を生成するとともに、その焼成体中の気孔に珪素ｇスを
浸透、沈着せしめる。こうｌ〜でガス不透過性の８ＩＣ
−８１系均熱管を得ることができる。しかしながら、こ
のような方法では原料に極めて高純度のものを使用する
必要がありコストが非常に増加し、さらに粉体の製造等
の製造工程において汚染されるおそれもあって、廉価ド
所望の純度のものを得ることができない。

この発明は、通常市販されている工業用窒化珪素、炭化
珪素等を使用１−１これらの原料粉末或はそれによって
製作した焼成体を、例えば温度９００〜１４００℃に維
持した塩素、塩化水素、フレオン、四塩化珪素などのハ
ロゲン系がス雰囲気下で一定時間、例えば約２時間処理
して、不純物の銅およびアルカリ金属をそれぞれ塩化銅
、塩化アルカリ等のハロゲン化物として低沸点化して揮
発除去せしめ、銅およびアルカリ金属の含有の極めて少
ない５ｉＣ−８ｔ系均熱管を得るものである。このよう
な方法によれば、単にハロゲン系がス中での加熱処理を
行なうだけで、銅の含有量が２０　ｐｐｍ以下で、かつ
アルカリ金属の含有量が１００９ｐｍ以下のガス不透過
性の半導体製造用５ｔｃ−ｓｔ均熱管を容易に製造する
ことができる。

なお、本発明の方法によって製造した均熱管の組成は通
常、炭化珪素７０〜９５重量係、遊離珪素３０〜５重量
％からなるもので、その気孔率は炭化珪素体の製造時に
おける気孔状態によって一概に限定できないが、非連通
気孔の場合、その気孔率を３チ以下にすればガス不透過
性を十分保持できるものである。

また、均熱管中の銅、アルカリ金属以外の不Ｍ物たとえ
ば鉄、マンガン、クロム等が多量混入し半導体材料に悪
影醤を及ぼす場合は、これら不純物の混入を抑制するこ
とが望ましく、とくに他の不純物中の鉄の混入量を２０
００　ｐｐｍ以下に抑えることが望ましい。

次にこの発明の一実施例を説明する。

９一 実施例１ まず市販の窒化珪素粉（粒径１〜３　ｖｍ　）を１２０
０℃の温度に維持した塩素ガス雰囲気で処理して銅およ
びナトリウムを選択的に減少させ、詰粉としての窒化珪
素粉（銅ＩＰＰ”％　ナトリウム１０　Ｐｐｎｌ含有）
を用意した。次いで、同様の精製処理をした炭化珪素粉
（銅５Ｐｐ”％ナトリウム４０　ｐｐｍ含有）とランプ
ブラック（銅４ｐＰ”％ナトリウム２０　ｐｐｍ含有）
とにフェノールレジンを加えて混練した後、造粒および
乾燥し、次いでこれをラバープレスにて成形し、外径１
２０ｍ、内径１０５■、長さ１５００ｍｍの成形体を造
った。つづいて、この成形体を８００℃で焼成した後、
さらに上記窒化珪素の詰粉に埋め込んで２０００〜２１
００℃の温度下で加熱し再結晶化してＳｉＣ−８３系均
熱管を得た。この均熱管は遊離珪素を６．３重量％含有
し、かつ気孔率は０．５チでガス不透過性であった。

またこの均熱管中の銅の含有量は１６　ｐｐｍ、ナトリ
ウムは５０ｐｐｍ；ｉ鉄は２０００　ｐｐｍであっ１０
− だ。

実施例２ 前記実施例１で用いた焼成体を、実施例１と同様の方法
によシ塩素ガスで処理した高純度の珪石粉および戻粉か
らなる混合粉（銅２ｐＰ”％ナトリウム１０　ｐｐｍ含
有）に埋め込んで１５００〜２０５０℃の温度に加熱し
、再結晶化するととＫより遊離珪素を４．２重量％含有
する気孔率１１、６　％のガス透過性５ｉｃ−ｓｔ系再
結晶体（銅３ｐＰ”％ナトリウム５５　ｐｐｍ含有）を
得た。つづいてこの再結晶体を粒径１〜５ｍ＋の珪素粉
（銅４２　ｐｐｍ５ナトリウム４００　ｐｐｍ含有）Ｖ
Ｃ埋めて２０００〜２１００℃に加熱し、その気孔中に
珪素を含浸させてＳｉＣ−Ｓｉ系均熱管を得た。この均
熱管は遊離珪素を１２，１重量％含有し、かつその気孔
率が０．５４でがス不透過性であった。まだ、この均熱
管中の銅の含有量は７ｐｐｍ％　ナトリウムは９５　ｐ
ｐｍ、鉄１０００　ｐｐｍであった。

実施例３ 前記と同様の塩素ガス処理を行なった炭化珪素粉（銅３
ｐｐｍ１ナトリウム４０　ｐｐｍ含有）とランプブラッ
ク（銅４ｐｐｍ、ナトリウム２０ｐｐｍ含有）とにフェ
ノールレジンを加エテ混ｍし、その後実施例１と同様の
方法により得だ焼成体を、１２００℃で２時間の塩素ガ
ス処理後１５００℃の高温で高純度の金属シリコン（銅
ＩＰＰ”％　ナトリウム１　ｐｐｍ以下）を接触させて
その気孔中に含浸させ、８１Ｃ−８ｌ系均熱管を得九。

この均熱管は遊離珪素を１３．５重量％含有し、かつそ
の気孔率が０．５％でガス不透過性であった。また、こ
の均熱管中の銅の含有量は２ｐｐｍ％　ナトリウムは５
ｐｐｍ％鉄２００　ｐｐｍであった。

次に上記実施例に対して比較例として行なった３種の実
験例を説明する。

比較例１〜３ 市販の窒化珪素粉（銅１８ｐｐｍ、す）　ＩＪウム７０
　ｐｐｍ含有）とランプブラック（銅４ｐｐｍｓナトリ
ウム２０　ｐＰｍ含有）とにフェノールレジンを添加混
合した後、前記実施例１と同様な方法で成形、焼成して
焼結体を得た。次いで、この焼結体を珪石粉と戻粉とか
らなる混合粉（銅１０ｐｐｍ、ナトリウム３０　ｐｐｍ
含有）に埋め込み、１５００〜２０５０℃に加熱再結晶
化１〜て、遊離珪素を３．０重量％含有する気孔率１５
チのガス透過性５ｉＣ−８１系再結晶体（銅１６．５　
ｐｐｍ。

ナトリウム５０．３９Ｐ”含有）を得た。つづいてこの
再結晶体を銅２０ｐｐｍ、ナトリウム４００ｐｐｍ含有
する珪素粉（比較例１）、銅４０　ｐｐｍ、ナ）　ＩＪ
ウム２００　ｐｐｒａ有する珪素粉（比較例２χおよび
銅６０ｐｐｍ、ナトリウム６００　ｐｐｍ含有する珪素
粉（比較例３）にそれぞれ埋め込み１５００〜２１００
℃で加熱し、その気孔中に珪素を含浸させて遊離珪素を
１５．７重量％含有し、かつその気孔率が０．７チの３
種の５ｉＣ−８ｌ系均熱管を得た。これらの均熱管中の
銅およびす）　ＩＪウムの含有量は、比較例１が銅１９
．５ｐｐｍｓナトリウム１２５　ｐｐｍ含有、比較例２
が１３− 銅２２ｐｐｍ、ナトリウム９０　ｐｐｍ含有、また比較
例３が銅２６ｐｐｍ、ナトリウム１５１　ｐｐｍ含有、
であった。

さて、こうして実施例１，２．３および比較例１〜３で
得た６種類の５ｉｃ−ｓｉ系均熱管について、次の試験
を行なった。すなわち、まず、これらの８１０−８ｉ系
均熱管を拡散炉に取付けた後、これら均熱管内に、バイ
プーラ素材を内装した石英管を挿入【７た。そして、１
２５０℃に加熱して半導体を製造する作業を１カ年続け
、各石英管の状態および製造した半導体のエッチピット
の発生を観察した。これらの結果を次表に示す。

１４− 上表より明らか力如く、銅が２０　ｐｐｍ以下でかつア
ルカリ金属が１００　ｐｐｍ以下のＳｉＣ−Ｓｉ系均熱
管（実施例１．２．３）は、１年以上使用しても石英ガ
ラス管が着色されることはなく、さらに製造された半導
体はライフタイムが長く、エッチピット結晶転移が全く
発生していない極めて高品質のものであった。これに対
して銅が２０　ｐｐｍ以下でもアルカリ金属が１００　
ｐｐｍ以上の５ｉＣ−８ｉ系均熱管（比較例１）は、１
〜３ケ月使用すると石英ガラス管が赤色に着色し、しか
も得られた半導体には多数のエッチピットが発生しライ
フタイムも短くさらにパルス性ノイズ不良も多発した。

またアルカリ金属が１１００ｐｐ以下でも銅が２０　ｐ
ｐｍ以上含有する５ｉＣ−８ｔ〔発明の効果〕 以上詳述したように、この発明にしたがって製造された
半導体製造用５ｔｃ−ｓｔ系均熱管は、特に銅およびア
ルカリ金属等の不純物の濃度が低いので、操業時如高温
度になっても従来のように銅が均熱管自体から揮散する
ことはない。

その結果、この均熱管中に内装される石英ガラス管は失
透せず、またここで製造される半導体はライフタイムが
長くかつエッチピットの発生が全くない極めて高品質の
ものであり、とくにパイＩ−ラ、リニアー等の接合半導
体の製造に対して顕著か効果を示す。さらに従来のＳＩ
Ｃ−８１系均熱管と同様な高熱伝導性および高耐熱性も
確保されているので半導体の製造効率も良好である。し
かもこの発明の方法はハロダン系ガスを主体とする雰囲
気中で加熱処理するだけであるから、極めて容易に実行
できる。

出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦１７−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 珪素化合物をハロゲン系ガスを主体とする雰囲気中で加
   熱処理して銅およびアルカリ金属を選択的に減少させて
   、銅の含有量が２０　ｐｐｍ以下で、かつアルカリ金属
   の含有量が１００　ｐｐｍ以下にすることを特徴とする
   炭化珪素および遊離珪素からなるガス不透過性半導体製
   造用５ＩＣ−８ｉ系均熱管の製造方法。