JPS6317294A - ガラス状炭素被覆サセプタ−及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体の製造工程において便用されるサセプタ
ー及びその段進方法に関する。

〔従来の技術〕

サセプターはシリコンなどの半導体基板上に半導体単結
晶をエピタキシャル成長する際に使用される。サセプタ
ーは高純度のシリコン基板等の製品に接触するためその
製品を汚染しないことが要求される。

又、高温に於ける塩化水素雰囲気での耐エツチング性、
概略１２００°Ｃまでの繰返し便用に耐える耐熱衝撃性
も要求される。

この要求にこたえるものとして従来から炭素成形品の上
に化学気相蒸着（ＣＶＤ　）法による炭化硅素を被覆し
た炭化硅素被検サセプターが使用されている（参考文献
例二特開昭５＜Ｓ−１０９２１号公報）。しかし、炭化
硅素被覆サセプターは炭化硅素皮膜と炭素成形品との熱
膨張係数が異なっているため繰返し使用による熱サイク
ルに工）、皮膜にクラックが発生し、そのクラックを通
して炭素成形品から不純物が浸み出し製品を汚染すると
云う欠点を肩していた。

さらに、炭化硅素被膜はｅＶＤ法により形成されるため
膜の均一性が劣り、ピンホールが発生し易いので、近年
とみに要求が高まりつつある、サセプターの大形化に対
応することが困難であるという欠点があつ次。

これらの欠点を補う手段として、炭素又はセラミック材
料にガラス状炭素を被ａをする提案がある（特公昭５２
−３９６８４号公報）。

この方法で得らｎるガラス状炭素被覆サセプターは上記
炭化硅素サセプターと比較して被膜の均一性が優れてお
シ、また被膜の気体通気率が２桁程度炭化硅累１りも小
さいので、炭素成形品からの不純物の汚染を減少できる
と云う利点を有している。

しかしながら、ガラス状炭素を作成する原料として用い
られるポリ塩化ビニルなど有＋１１重合体にはシリコン
基板などの製品に特に有害となる周期律表第１族及び第
■族の元素（以下、Ｉ−Ｖ族元素という）が５０　ｐｐ
ｍａ　（原子数６万分率）程度含まれている。これら不
純物は有機重合体がガラス状炭素になった後も被膜中に
１０　ｐｐ＋ｎａのオーダーで残存するので、その被膜
を有するサセプターを使用した場合、破膜内のＩ・■族
元素がシリコン基板など製品内に拡散し、製品を汚染す
るという欠点があった。

〔発明が解決しょうとする問題点〕

本発明はガラス状炭素被膜中に含まれる不純物を減少さ
せ、不純物元素がシリコン基板など製品を汚染すること
のないサセプター及びその製造方法を提供することを目
的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らはガラス状炭素の被膜中に含まれる不純物と
くにＩ・■族元素の濃度が小さいサセプターの製造性に
ついて種々検討した結果、有機重合体を不活性ガスまた
は減圧の空、気中で加熱するとき、またはピッチ状物質
（以下、ＰＣ物質という）の破Ｈを設けた炭素成形体を
不活性ガスま九は減圧の空気中で焼成するときに、前記
雰囲気中にハロゲンガスまたはハロゲン化ガスを通量存
在させることによってガラス状炭素の被膜中に含まれる
不純物とくにＩ・■族元素の濃度がいちじるしく低くな
ることを見出した。

さらに本発明者らはガラス状炭素被覆サセプターのガラ
ス状炭素中に含まれるＩ・■族元素の許容濃度について
確認の実験を行なったところ、明確な許容限度が存在す
ること、すなわち■・■族元素の濃度が各々１　ｐｐｍ
ａ以下であれば、それらの不純物がサセプタの上に載せ
たシリコン基板など製品の品質に悪影響を与えるほどに
は拡散しないことを見出した。

すなわち、本発明の第１は炭素成形体の表面がガラス状
炭素で被覆されてなるサセプターにおいて、前記ガラス
状炭素中に含まれる周期律表第１族及び第Ｖ族元素の濃
度が各々１　ｐｐｍａ以下であることを特徴とするガラ
ス状炭素被覆サセプターである。

本発明の第２は、有機重合体を不活性ガスまたは減圧空
気中で加熱することによって得られたピッチ状物質を溶
剤と混合してスラリーとし、そのスラリーで炭素成形体
を被覆した後、不活性ガスまたは減圧空気中で焼成して
ガラス状炭素′４１棟すセプターヲ製造する方法におい
て、前記有機重合体として、陪有機重合体に含まれる周
期律表第１族及び第Ｖ族元素の濃度が各々２０　ｐｐｍ
ａ以下のものｔ−便用し、さらに前記加熱または焼成時
の雰囲気中に分圧が０．０１〜０．５気圧のノ１０ゲン
ガスまたはハロゲン化ガスを存在させることを特徴とす
るガラス状炭素中に含まれる周期律表第１族当以下、本
発明をさらに詳しく説明する。本発明に用いる′；ｆｉ
機重合体重合体な加熱温度すなわち２５０〜５００°Ｃ
において熱分解してリッチ状物債に変化するものである
ならばとくに制限はないが、取扱い上の容易さの点から
はポリ塩化ビニル（以下、ＰｖＣという）、ポリビニル
アルコール（以下、ＰｖＡという）またはポリ酢酸ビニ
ル（以下、ＰＶＡＣという）が好ましく、これらのうち
ｐｖｅは不純物の面からとくに好ましい。

有機重合体に含まれるホウ素やリンなどのＩ・■族元素
は本発明の方法にょシ除去されるのであるが、本発明の
目的ｔ−達成するには有機重合体中のＩ−Ｖ族元素の濃
度は各々２０’　ｐｐｍａ以下でなけｎばならない。２
０　ｐｐｍａを越えるとガラス状炭素中に含まれるＩ−
Ｖ族元素の濃度が各々　　□１　ｐｐｍａ以下にはなら
ない。

有機重合体中には揚造的に便用される触媒などの赤材料
、反応釜に使われているステンレス鋼などから■・■族
元素が数十ｐｐｍａ程度混入するが、触媒などの原材料
を厳選すること、反応釜の材料を１・Ｖ族元素を含まな
いステンレス鋼に取換えることなどの処置によりＩ−Ｖ
族元素が各々２０　ｐｐｍ１Ｌ以下の含有量の有機重合
体を得ることが可能である。

これら４機重合体の熱分解はその種類を問わず粒状品ま
たは粉末を１不活性雰囲気例えば窒素ガス、アルゴンガ
スまたは減圧空気中で加熱することに工って行なう。

ここで重要なことは上記雰囲気中にハロゲンガスま几は
ハロゲン化ガスを導入することである。

ハロゲンガスとはＣｌ３、Ｆ２等であり、ハロゲン化ガ
スとはＨＩＪ、　ＣＦ４等があげられる。こねらのガス
の導入量は多回気中の分圧’ｔ　Ｏ，０１〜０．５気圧
にしなければならない。０．０１気圧未満では不純物除
去の効果がなく、また０、５気圧を越えるとガラス状炭
素皮膜にピットが生じ易くなり該ピットを通して炭素基
材からの不純物が拡散してくるので好ましくない。

上記加熱の望ましい温度・時間は加熱装置および有機重
合体の種類に↓って異なるが、分解生成物の炭素原子と
水素原子の原子比（以下Ｃ／Ｉ（比という）が結果的に
０．８〜１．５、好ましくは０．９〜１．２の範囲に入
るよう実験により定めればよい。

通常は塩１２５０〜５００’Ｃ，時間は０．５〜２時間
の範囲で行なえばよい。

この工うにして得られるｐｃ物質に溶剤を加えて溶解さ
せ、濃度２００〜５００１／ｌのスラリーを作る。溶剤
は溶解性の点から脂肪族塩素系または芳香族系の溶剤が
好ましい。とくに、ひび割れ防止効果を高めたい場合に
は前記溶液に骨材として炭素、炭化硅素など無機質の粉
末ま次は繊維を配合することも好ましい。

前記溶液を炭素成形体の表面に塗布する。炭素成形体は
市販の密度１．７〜１−９９／ｃｍ”の黒鉛ブロックを
加工したものがよい。塗布の方法は超音波含浸、はけ塗
り、スプレー、浸漬などである。

塗布した後に比較的低温（５０〜１００℃ていど）で乾
燥することが好ましい。

ついで、窒素ガス、アルコ１ンガスなどの不活性ガスま
たは減圧空気の雰囲気下で８００〜１５００°Ｃで６０
分以上の加熱・焼成を行なって黒鉛部材表面のＰＣ物１
Ｉ４ｔ−ガラス化させる。ここにおいても重要なことは
上記雰囲気中にハロゲンガスま九はハロゲン化ガスを導
入することである。ガスの種類および導入量は前記有機
重合体の熱分解時と同じでよい。

なお、有機重合体中の不純物濃度が比較的小さい場合に
は、ハロゲンガスまたはハロゲン化ガスの導入は前記熱
分解時またはガラス化時の□いずれか一方のみでもよい
。

このＬうにして得られるサセプターは表面が硬く、開気
孔が完全に埋められ、そして緻密なガラス状炭素被膜で
覆わわるため、黒鉛粉末の離脱がなく、さらにガラス状
炭素被膜中のＩ・■族元素の濃度がきわめて低いものと
なる。

（冥施例） 以下、一実施例および比較例にエリ説明する。

実施例１〜１１ 有機重合体としてＰＶ（、’　、　ＰＶＡｅお工びＰＶ
−Ａを用いた。これらのａ脂は次の通９合成したもので
ある。すなわち、ＰＶＣｉｌｔ塩化ビニルモノマーを原
料とし、懸濁重合法により重合し、濾過、洗浄および乾
燥を行なつｆｃ（参考文献：古谷正之者「環化ビニル樹
脂」日刊工業新聞社、昭和６６年発行、第４６〜４５頁
）。ＰＶＡＣは酢酸ビニル七ツマ−を原料とし、俗液重
合にエフ重合し、塩析、水洗および乾燥を行なつｆＣ（
参考文献：化学工業日報社編「９５８６の化学商品」昭
和６１年発行、第６４９〜６５０頁）。ＰＶＡは前記方
法で得られたｐＶＡＣ’にメタノールに溶解し、アルカ
リ鹸化法で鹸化反応を行ない、況浄、粉砕お工び乾燥を
行なつｆｃ（参考文献：長野法−１他共者「ポバール」
高分子刊行会、昭１４５年発行、第７０〜７１頁）。

ます、そｎぞれのａ１脂について発光分析に工１・■族
元素の濃度の定量を行なつ次。これらの結果は表に示す
とおシである。なお、表記していない■・■族元素の濃
度はすべて１　ｐｐｍａ未満であり、下記比較例１〜乙
においても同じである。６個の石英ポートにそれぞれ前
記６種の樹脂を入れ、表に示すとおりλ累またはアルビ
ンの雰囲気もしくは減圧（１ｘ　１Ｑ−”　ｔｏｒｒ以
下）空気にハロゲンまたはハロゲン化ガスを加えた雰囲
え中で熱分解を行なってｐｃ物儀を得た。使用し九ノ・
ロゲンまたはハロゲン化ガスの種類、濃度及び熱分解の
己度は表に示すとおりである。なお、熱分解時間はいず
れも９０分である。

ｐｖｃ　ＸＰＶＡお工びＰＶＡｅを熱分解して得られた
ＰＣ物質のＣ／Ｉ’ｌ比（原子比）をＣＨＮ：Ｉ−Ｊｌ
’　−（柳本（製）　ＭＴ　−３）で測定した所それぞ
れ１：１．０．９５．１．２であった。

前記各ＰＣ物質をベンゼンに５００９／ｌの濃度で溶解
してスラリーとした。このスラリーを炭状炭素被Ｏサセ
プターを得た。炭素被膜の厚さはいずれも約１０μｍで
あった。

なお、上記炭素成形体は高純度黒鉛（イビデン株式会社
１１ｊ’ｌ”−６Ｐ、密度１．９０　ｇ／ａｎ”　）　
’に機械加工により暢１００ｉＩＩＩ、長さ３００朋、
厚さ７冨冨の帯状とし、単結晶板を載せる複数のくぼみ
をあけたものである。

上記の処理で得られたサセプターのガラス状炭素皮膜中
の不純物をイオンマイクロアナライザーによシ分析した
。これらのサセプターにシリコン基板を載せ、モノシラ
ンヲ原料として１０００°Ｃの温度でエピタキシャル成
長を行なった。なお、各実施例ともＰタイプおよびＮタ
イプの両゛タイゾにぶる抵抗率の測定及びシリコン基板
のサセプター側に接した面のＰ／Ｎ反転の有無を調べ次
。こｎらの結果は表に示すとおりである。すなわち、ガ
ラス状炭素皮膜中の１・Ｖ族元素の濃度がいすｎも１　
ｐｐｍａ以下になυ、シリコンエピタキシャル膜の抵抗
率は２８０Ω・ａ以上となり、ま念、サセプターに接し
たシリコン基板はＰ型、Ｎ型いずれの場合も他方の型に
反転するものはなかった。

比較例１〜２ 熱分解時お工びガラス化時のいずれの環境においてもハ
ロゲンガス、ハロゲン化ガスヲ使用しなかった。その他
の方決は実施例１〜９と同様に行なった。これらの結果
は表に示すとおシである。

すなわち、ガラス状炭素皮膜中のＩ・■族元素の濃度が
２〜１５　ｐｐｍａであシ、シリコンエピタキシャル膜
の抵抗率は１０〜２０Ω・傭と低く、また、サセプタに
接したシリコン基板はＮ型からＰ型へ、′１ｆｃＰ型か
らＮｉｔへ反転してしまった。

比較例６〜５ 有機重合体中の皿・■族元素のうち、一部の元素の濃度
が５０　ｐｐｍａを越える有機重合体を用いた。その他
の方法は実施例１〜９と同様に行なった。これらの結果
は表に示すとおシである。すなわち、ガラス状炭素皮膜
中のＩ−Ｖ族元素の濃度が５　ｐｐｍａ以上あり、シリ
コンエピタキシャル膜の抵抗率が１０〜１５Ω・αと低
く、また、サセプタに接したシリコン基板はＮ型からＰ
型へ、またＰ型からＮ型へ反転してしまった。

比較例６ ハロゲン化ガスの濃度ｔ５０モルチを越える高一度にし
た外は実施例１〜９と同様に行なった。

この結果、サセプターの６個所でガラス状炭素皮膜にピ
ンホールが生じ、その個所で炭素成形体が露出していた
。表に示すとおシ、シリコンエピタキシャル膜の抵抗率
は実施例１〜９エク低く、ま次、サセプタに接したシリ
コン基板の一部は勤１槃からＰ型に反転していた。

〔発明の効果〕

以上脱明した様に不発明によれば゛、従来の欠点であっ
たガラス状炭素皮膜に含まれるＩ−Ｖ族元素の濃度を低
下させたサセプターにニジ高品質の半導体を得ることが
できる。

更に、上記の不純物蓋の少ない高品質のサセプターを製
造する実用性の高い方法が提供される。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素成形体の表面がガラス状炭素で被覆されてな
   るサセプターにおいて、前記ガラス状炭素中に含まれる
   周期律表第III族及び第Ｖ族元素の濃度が各々１ｐｐｍ
   ａ以下であることを特徴とするガラス状炭素被覆サセプ
   ター。
2. （２）有機重合体を不活性ガスまたは減圧空気中で加熱
   することによつて得られたピッチ状物質を溶剤と混合し
   てスラリーとし、そのスラリーで炭素成形体を被覆した
   後、不活性ガスまたは減圧空気中で焼成してガラス状炭
   素被覆サセプターを製造する方法において、前記有機重
   合体として、該有機重合体に含まれる周期律表第III族
   及び第Ｖ族元素の濃度が各々２０ｐｐｍａ以下のものを
   使用し、さらに前記加熱または焼成時の雰囲気中に分圧
   が０．０１〜０．５気圧のハロゲンガスまたはハロゲン
   化ガスを存在させることを特徴とするガラス状炭素中に
   含まれる周期律表第III族及び第Ｖ族元素の濃度が各々
   １ｐｐｍａ以下のガラス状炭素被覆サセプターの製造方
   法。