(57)【要約】【課題】高寿命化を図ることができる通電加熱線及びその製造方法並びに通電加熱線を用いた真空処理装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る通電加熱線は、芯材と、被覆層と、を具備する。上記芯材は、表面にタンタルの炭化物が形成される。上記被覆層は、表面にタンタルのホウ化物又はホウ素の少なくとも一方が形成され、上記芯材の表面を被覆する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にタンタルの炭化物が形成された芯材と、
表面にタンタルのホウ化物又はホウ素の少なくとも一方が形成され、前記芯材の表面を被覆する被覆層と
を具備する通電加熱線。
【請求項２】
請求項１に記載の通電加熱線であって、
前記被覆層は、
タンタルのホウ化物又はタンタルのホウ化物及びタンタルの炭化物の混合物からなり、前記芯材を被覆する第１の被覆層と、
ホウ素又はタンタルのホウ化物の少なくとも一方からなり、前記第１の被覆層を被覆して前記被覆層の表面を構成する第２の被覆層と
を有する
通電加熱線。
【請求項３】
タンタル線が設置された真空チャンバに炭素を含むガスを導入し、前記タンタル線を通電加熱することで、表面にタンタルの炭化物が形成された炭化タンタル線を形成し、
前記炭化タンタル線が設置された前記真空チャンバにホウ素を含有するガスを導入し、前記炭化タンタル線を通電加熱することで、表面にタンタルの炭化物が形成された芯材と、表面にタンタルのホウ化物又はホウ素の少なくとも一方が形成され、前記芯材の表面を被覆する被覆層と、を有する通電加熱線を形成する
通電加熱線の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の通電加熱線の製造方法であって、
前記ホウ素を含有するガスを導入する前に、前記炭化タンタル線の表面から炭素を除去する
通電加熱線の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の通電加熱線の製造方法であって、
前記炭素を含むガスは、アセチレンである
通電加熱線の製造方法。
【請求項６】
真空チャンバと、
表面にタンタルの炭化物が形成された芯材と、表面にタンタルのホウ化物又はホウ素の少なくとも一方が形成され、前記芯材の表面を被覆する被覆層と、を有する通電加熱線と、
前記真空チャンバにガスを供給するガス導入系と
を具備する真空処理装置。
【請求項７】
表面にタンタルの炭化物が形成された芯材と、
表面に炭化ケイ素が形成され、前記芯材の表面を被覆する被覆層と
を具備する通電加熱線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば触媒線化学気相成長装置における触媒線として用いられる通電加熱線及びその製造方法並びに通電加熱線を用いた真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒化学気相成長法（Ｃａｔ−ＣＶＤ：Catalytic-Chemical Vapor Deposition）は、例えば１５００〜２０００℃に加熱した触媒線に反応ガスを供給し、反応ガスの接触反応もしくは熱分解反応を利用して生成した分解種（堆積種）を被成膜基板上に堆積させる成膜法である。
【０００３】
触媒化学気相成長法は、反応ガスの分解種を基板上に堆積させて膜を形成する点でプラズマＣＶＤ法と類似する。しかし、触媒化学気相成長法は、高温の触媒線上において反応ガスの分解種を生成するので、プラズマを形成して反応ガスの分解種を生成するプラズマＣＶＤ法に比べて、プラズマによる表面損傷がなく、原料ガスの利用効率も高いという利点がある。
【０００４】
この触媒化学気相成長法は、例えば、シリコン系の膜を成膜する際に使用されている。従来、触媒化学気相成長法に使用される触媒線の材料としてタンタル、タングステン等の高融点金属が広く用いられている。しかし、タングステンやタンタルは、シリコンとの合金化反応（シリサイド化）が起こり易く、それによって機械的強度が低下し、触媒線の寿命が短くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、触媒線の耐久性を向上させるために、タンタルの表面にホウ化物層が形成されたホウ化タンタルを用いた例が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３００７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、触媒化学気相成長法においてホウ化タンタルを触媒線として通電加熱した際、成膜プロセス等で用いられるホウ素が芯材であるタンタルの内部まで拡散することがあった。その結果、芯材の抵抗が局所的に高くなり、通電加熱中に高温となって溶断し、高寿命化できないという問題があった。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高寿命化を図ることができる通電加熱線及びその製造方法並びに通電加熱線を用いた真空処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る通電加熱線は、芯材と、被覆層と、を具備する。
上記芯材は、表面にタンタルの炭化物が形成される。
上記被覆層は、表面にタンタルのホウ化物又はホウ素の少なくとも一方が形成され、上記芯材の表面を被覆する。
【００１０】
この構成では、被覆層がタンタルのホウ化物又はホウ素を含むため、成膜プロセスに用いられるシリコンとの合金化反応（シリサイド化）を防止でき、機械的強度の低下を抑制できる。さらに、芯材の表面に化学反応に対する安定性の高いタンタルの炭化物が形成されるため、成膜プロセス等に用いられるホウ素の芯材内部への拡散を防止できる。これにより、タンタルのホウ化による芯材の局所的な高抵抗化と、それに伴う芯材の温度上昇による溶断を防止でき、芯材の耐久性を高めることができる。したがって、通電加熱線の高寿命化を図ることができる。
【００１１】
例えば、上記被覆層は、
タンタルのホウ化物又はタンタルのホウ化物及びタンタルの炭化物の混合物からなり、上記芯材を被覆する第１の被覆層と、
ホウ素又はタンタルのホウ化物の少なくとも一方からなり、上記第１の被覆層を被覆して上記被覆層の表面を構成する第２の被覆層と
を有していてもよい。
これにより、被覆層が２層構造で構成され、より確実にシリサイド化を防止でき、通電加熱線の機械的強度の低下を抑制できる。
【００１２】
本発明の他の形態に係る通電加熱線の製造方法は、タンタル線が設置された真空チャンバに炭素を含むガスを導入し、上記タンタル線を通電加熱することで、表面にタンタルの炭化物が形成された炭化タンタル線を形成する工程を含む。
上記炭化タンタル線が設置された上記真空チャンバにホウ素を含有するガスを導入し、上記炭化タンタル線を通電加熱することで、表面にタンタルの炭化物が形成された芯材と、表面にタンタルのホウ化物又はホウ素の少なくとも一方が形成され、上記芯材の表面を被覆する被覆層と、を有する通電加熱線が形成される。
【００１３】
上記ホウ素を含有するガスを導入する前に、上記炭化タンタル線の表面から炭素を除去してもよい。
これにより、炭化タンタル線の表面の反応性を高め、ホウ化処理の効率を高めることができる。
【００１４】
上記炭素を含むガスは、アセチレンであってもよい。
これにより、炭化処理の効率を高めることができる。
【００１５】
本発明のさらに他の形態に係る真空処理装置は、真空チャンバと、通電加熱線と、ガス導入系と、を具備する。
上記通電加熱線は、表面にタンタルの炭化物が形成された芯材と、表面にタンタルのホウ化物又はホウ素の少なくとも一方が形成され、上記芯材の表面を被覆する被覆層と、を有する。
上記ガス導入系は、上記真空チャンバにガスを供給する。
【００１６】
本発明のさらに他の形態に通電加熱線は、芯材と、被覆層と、を具備する。
上記芯材は、表面にタンタルの炭化物が形成される。
上記被覆層は、表面に炭化ケイ素が形成され、上記芯材の表面を被覆する。
【００１７】
この構成では、被覆層が炭化ケイ素を含むため、熱伸びを抑制でき、機械的強度の低下を抑制できる。また、被覆層がケイ化されることで、成膜ガスに含まれるシリコンと被覆層との反応を抑制でき、通電加熱線の特性の変化を防止できる。さらに、芯材の表面に化学反応に対する安定性の高いタンタルの炭化物が形成されるため、成膜プロセス等に用いられるホウ素の芯材内部への拡散を防止できる。これにより、タンタルのホウ化による芯材の局所的な高抵抗化と、それに伴う芯材の温度上昇による溶断を防止でき、芯材の耐久性を高めることができる。したがって、通電加熱線の高寿命化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べたように、本発明によれば、高寿命化を図ることができる通電加熱線及びその製造方法並びに通電加熱線を用いた真空処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る触媒化学気相成長装置を示す概略構成図である。
【図２】上記触媒化学気相成長装置に設置された触媒線（通電加熱線）の横断面図である。
【図３】上記触媒線の製造工程を示すフローチャートである。
【図４】上記製造工程で使用及び製造される触媒線の横断面図である。
【図５】図４に示すステップＳ１２の炭化処理を行った後の炭化タンタル線の表面をＸ線回折法（ＸＲＤ）により解析した結果を示すグラフである。
【図６】図４に示すステップＳ１２の炭化処理を行った後の炭化タンタル線の断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡：Scanning Electron Microscope）像を示す図である。
【図７】図４に示すステップＳ１２の炭化処理を行った後の炭化タンタル線の断面の表層部、中間部及び中心部を、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis）によって分析した結果を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る触媒線の製造工程を示すフローチャートである。
【図９】上記触媒線の横断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る触媒線の横断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る触媒線の横断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る触媒線の横断面図である。
【図１３】上記触媒線の製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
［触媒化学気相成長装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る触媒化学気相成長装置を示す概略構成図である。本実施形態の触媒化学気相成長装置１は、反応室２が内部に形成された真空チャンバ３を備えている。真空チャンバ３には真空ポンプ４が接続されており、反応室２を所定の真空度に真空排気可能とされている。反応室２は、真空チャンバ３の内部に設置された防着板５の内方に形成されている。
【００２２】
防着板５で区画された反応室２の内部には、複数本の触媒線１０が設置されている。触媒線１０は、後述する構成の通電加熱線で構成されている。本実施形態では、複数本の触媒線１０が反応室２の内部を上下方向に横切るように平行に設置されている。なお、触媒線１０の設置形態は上述の縦方向だけに限らず、反応室２を横方向に横切る形態で設置されてもよいし、両端を反応室の上部に固定した状態で自重により垂れ下げられてもよい。
【００２３】
各々の触媒線１０は、防着板５の天面および底面に形成された通し穴６ａ，６ｂを貫通して設置され、両端部が真空チャンバ３の外部に設置されている制御部８に接続されている。制御部８は、触媒線１０を通電加熱するためのコントローラであり、電流供給源と供給電流を調整するコンピュータ等によって構成されている。
【００２４】
反応室２の内部には、被成膜基材としての基板Ｓが設置されている。基板Ｓには、例えば矩形状のガラス基板が用いられている。本実施形態においては、２枚の基板Ｓが触媒線１０を挟むように互いに対向配置されている。ここでは、基板Ｓの長辺方向が触媒線１０の延在方向と直交するように、基板Ｓが反応室２の内部に設置されている。なお、基板Ｓは、図示せずとも、キャリア等のような基板支持手段によって支持されている。この基板支持手段は、基板Ｓを所定温度に加熱する加熱源を内蔵していてもよい。
【００２５】
防着板５はほぼ直方形状を有しており、その４辺部にそれぞれガス導入配管７が設置されている。ガス導入配管７は、反応室２へ成膜ガス又は触媒線１０生成のための反応ガスを導入する。ガス導入配管７は、ガス供給ラインを介して、真空チャンバ３の外部に設置された各ガスの供給部に接続されている。ガス導入配管７から噴出したガスは、主として、２枚の基板Ｓの間に導入される。なお、触媒化学気相成長装置１は、ガス毎に異なるガス導入配管７を有していてもよい。
【００２６】
成膜ガスは、基板Ｓの表面に成膜される材料の種類に応じて選択される。例えば、成膜すべき薄膜がｐ型シリコン膜の場合、シラン（ＳｉＨ４）及びジボラン（Ｂ２Ｈ６）の混合ガス等が用いられる。
【００２７】
［触媒化学気相成長装置の動作］
次に、以上のように構成される触媒化学気相成長装置１の成膜時における典型的な動作について説明する。
【００２８】
まず、真空ポンプ４を作動させて真空チャンバ３の内部を真空排気し、反応室２を所定の真空度（例えば１Ｐａ）に減圧する。このとき、真空チャンバ３の内部は、ガス導入配管７から供給される不活性ガスによって置換されてもよい。
【００２９】
次いで、制御部８は、各々の触媒線１０に電流を供給することで、各々の触媒線１０を例えば１７００℃以上の温度に通電加熱する。このとき、基板支持手段によって基板Ｓを所定温度（例えば３００℃程度）に加熱してもよい。
【００３０】
成膜ガス（例えばシランおよびジボランの混合ガス）は、ガス導入配管７から、互いに対向配置された２枚の基板Ｓの間に導入される。反応室２へ供給された成膜ガスは、高温に加熱された触媒線１０に接触し、触媒反応もしくは熱分解反応により生成された成膜ガスの分解種が基板Ｓ上に堆積することで、例えばｐ型シリコン膜が形成される。
【００３１】
仮にタンタルからなる触媒線を用いた場合、成膜ガスに含まれるシリコンと触媒線とが反応し、合金化反応（シリサイド化）を引き起こすことがある。また、シリサイド化を防止するために、タンタルの表面にホウ化タンタルを形成した触媒線では、成膜ガス中のジボランに含まれるホウ素が芯材であるタンタルの内部まで拡散し、触媒線の特性が変化し、長寿命化を図ることが難しい。
【００３２】
そこで、本実施形態の触媒化学気相成長装置１においては、触媒線１０が、タンタルの炭化物を含む芯材と、タンタルのホウ化物を含む被覆層からなる層状構造を有する。以下、触媒線１０の構成について説明する。
【００３３】
［触媒線の構成］
図２は、触媒線１０を示す横断面図である。
触媒線１０は、線状の芯材１１と、芯材１１の表面１１ａを被覆する被覆層１２と、を有する。
【００３４】
芯材１１は、タンタル線を炭化処理することで形成され、表面１１ａにタンタルの炭化物である炭化タンタルが形成される。炭化タンタルは、化学反応に対する安定性が高く、高温でのクリープ強度が大きいという特性を有する。これにより、芯材１１は、成膜ガス等に含まれるホウ素に対して安定で、かつ高温環境下において高い耐久性を有する。芯材１１の直径は、例えば約１ｍｍである。
【００３５】
芯材１１は、例えば、一様に炭化されていてもよい。これにより、芯材１１のホウ化をより確実に防止できるとともに、高温環境下における耐久性も高めることができる。なお、ここでいう「一様に炭化」とは、芯材１１の横断面において明瞭な層構造が見受けられず、かつ、芯材１１の中心部におけるタンタルのモル濃度に対する炭素のモル濃度の比が、表層部における当該比の８０〜１００％の範囲に収まることをいう。
【００３６】
あるいは、芯材１１は、表面１１ａを含む外層と、外層よりも炭素の含有率が低い内層と、からなる２層構造を有していてもよい（図６参照）。炭素の含有率は、例えば炭素のモル濃度で規定することができる。内層は、例えば、外層よりも炭化の度合いが小さい炭化タンタルからなる層でもよい。あるいは、内層は、タンタルで構成されていてもよく、タンタルに炭素が拡散して固溶した構成でもよい。このような芯材１１は、内層が比較的柔軟に構成されるため、ハンドリング時の塑性変形による破断を抑制できる。
【００３７】
その他の構成として、芯材１１は、明瞭な層状構造を有さず、表面１１ａから中心部に向かって炭化の度合いが漸減する構成でもよい。
【００３８】
芯材１１におけるタンタルの炭化物は、ＴａＣでもよいし、Ｔａ２Ｃでもよい。あるいは、芯材１１は、ＴａＣとＴａ２Ｃとの混合物で構成されてもよい。芯材１１がＴａＣを含むことで、ホウ素に対する安定性をより高めることができる。
【００３９】
芯材１１におけるタンタルと炭素の含有比率は特に制限されないが、表面１１ａにおいて、例えばタンタル１元素に対して炭素が０．３〜１元素程度の割合となる。また、表面１１ａにおける炭素の濃度は、２０〜５０ａｔ％とすることができる。（
【００４０】
被覆層１２は、表面１２ａにタンタルのホウ化物又はホウ素の少なくとも一方が形成されており、例えば１〜５０μｍの厚さを有する。被覆層１２は、本実施形態において、２層構造を有する。すなわち、被覆層１２は、芯材１１を被覆する第１の被覆層１３と、第１の被覆層１３を被覆して表面１２ａを構成する第２の被覆層１４と、を有する。
【００４１】
第１の被覆層１３は、本実施形態において、タンタルのホウ化物からなり、例えばホウ化タンタルからなる。第１の被覆層１３の厚みは、例えば１〜４０μｍである。第１の被覆層１３におけるタンタルとホウ素の含有比率は特に制限されないが、例えばタンタル１元素に対してホウ素が０．１〜１元素程度の割合となる。
【００４２】
第２の被覆層１４は、本実施形態において、例えばホウ素及びタンタルのホウ化物の混合物からなる。第２の被覆層１４の厚みは、例えば１〜４０μｍである。第２の被覆層１４におけるタンタルとホウ素の含有比率は特に制限されないが、例えばタンタル１元素に対してホウ素が０．１〜１元素程度の割合となる。
【００４３】
上記構成の触媒線１０は、タンタルのホウ化物を含む被覆層１２を有する。これにより、成膜ガスに含まれるシリコンによる触媒線１０のシリサイド化を防止でき、機械的強度の低下を抑制できる。また、被覆層１２を硬質にすることができるため、触媒線１０の熱伸びを低減し、耐久性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、芯材１１の表面１１ａに、ホウ素に対して安定なタンタルの炭化物が形成される。これにより、成膜ガスや被覆層１２に含まれるホウ素が芯材１１と反応し、内部へ拡散することを防止できる。
【００４５】
仮にホウ素が芯材１１の内部へ拡散した場合、芯材１１のホウ化した部分の抵抗が高くなり、通電加熱によって局所的に高温となる。この結果、芯材１１が溶断する可能性がある。また、芯材１１の特性が変化することで、成膜特性が変化する可能性もある。
【００４６】
そこで、芯材１１の少なくとも表面１１ａにタンタルの炭化物を形成することで、芯材１１の高抵抗化による溶断や成膜特性の変化を防止でき、耐久性を高めることができる。したがって、触媒線１０の高寿命化を図ることができる。
【００４７】
また、芯材１１がホウ化した場合、硬化し、ハンドリング時に塑性変形して破断しやすくなる。本実施形態では、タンタルの炭化によって芯材１１のホウ化を防止することで、芯材１１全体が硬化することを防止でき、ハンドリング性を高めることができる。また、破断が防止されることで、触媒線１０の高寿命化を図ることができる。
【００４８】
また、タンタルの炭化物は融点が高く、熱伸びしにくい。これにより、芯材１１の熱伸びに伴う被覆層１２のクラックを防止でき、触媒線１０の耐久性を高めることができる。
【００４９】
以上の構成の触媒線１０は、例えば触媒化学気相成長装置１により、成膜プロセスの前に製造されてもよい。この場合、触媒化学気相成長装置１に基板Ｗが設置されていてもよいし、設置されていなくてもよい。あるいは、他の真空チャンバにおいて製造された触媒線１０が、触媒化学気相成長装置１に移設されてもよい。以下、触媒線１０の製造方法について説明する。
【００５０】
［触媒線の製造方法］
【００５１】
図３は、触媒線１０の製造工程を示すフローチャートである。図４は、各製造工程で使用及び製造される触媒線を示す横断面図である。以下、図３を参照しながら、図４に沿って触媒線１０の製造方法について説明する。
【００５２】
（ステップＳ１１：タンタル線の設置）
ステップＳ１１では、図４（Ａ）に示すタンタル線１０１を真空チャンバ内に設置する。このタンタル線は、例えば直径約１ｍｍとする。
【００５３】
（ステップＳ１２：炭化処理）
ステップＳ１２では、真空チャンバ内を所定の真空雰囲気（例えば１Ｐａ）に減圧し、タンタル線１０１を所定温度に通電加熱する。そして、炭素を含むガスを真空チャンバ内に導入する。これにより、図４（Ｂ）に示すように、タンタル線１０１が炭化した炭化タンタル線１０２が形成される。
【００５４】
炭素を含む反応ガスとしては、例えば、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）やメタン（ＣＨ４）などの炭化水素ガスを用いることができる。特に、炭素を含むガスとしてアセチレンを用いることで、炭化処理の速度を高め、生産性を高めることができる。
【００５５】
炭素を含むガスの分圧は、例えば０．１〜１００Ｐａ、より好ましくは０．５〜１．２Ｐａとすることができる。炭化処理の処理温度は、例えば１６００〜２６００℃、好ましくは２１００〜２６００℃とすることができる。これにより、炭化処理を効率よく行うことができる。また、炭化処理の時間は、例えば１〜１２０分、好ましくは２〜９０分とすること
ができる。
【００５６】
図５は、炭素を含むガスの流量や通電時間の条件を変えてステップＳ１２の処理を行った後の炭化タンタル線１０２の表面をＸ線回折法（ＸＲＤ）により解析した結果を示すグラフである。
図５（Ａ）は、アセチレンを流量１４ｓｃｃｍで導入し、４０Ａで６０分間、約２４４０℃で通電加熱した条件（Ａ）の結果を示す。
図５（Ｂ）は、アセチレンを流量１４０ｓｃｃｍで導入し、５０Ａで６０分間、約２５１０℃で通電加熱した条件（Ｂ）の結果を示す。
図５（Ｃ）は、アセチレンを流量１４０ｓｃｃｍで導入し、５０Ａで１２分間、約２５６０℃で通電加熱した条件（Ｃ）の結果を示す。
【００５７】
図５（Ａ）に示すように、アセチレンの流量及び処理温度が低い条件（Ａ）では、タンタルの炭化物としてＴａ２Ｃの回折ピークが検出された。一方で、図５（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、アセチレンの流量及び処理温度が高い条件（Ｂ）及び（Ｃ）では、タンタルの炭化物として様々な配向のＴａＣの回折ピークが検出された。
【００５８】
これらの結果より、炭化タンタル線１０２の表面には、タンタルの炭化物であるＴａ２Ｃ又はＴａＣが形成されることが確認された。また、アセチレンの流量を例えば１００ｓｃｃｍ以上に高めると、より安定な炭化物であるＴａＣが形成されることが確認された。
【００５９】
図６（Ａ）（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、条件（Ａ）（Ｂ）及び（Ｃ）でステップＳ１２の処理を行った後の炭化タンタル線１０２の断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡：Scanning Electron Microscope）像を示す図である。
図７（Ａ）（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、条件（Ａ）（Ｂ）及び（Ｃ）でステップＳ１２の処理を行った後の炭化タンタル線１０２の断面の表層部、中間部及び中心部を、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis）によって分析した結果を示すグラフである。グラフの縦軸は、各元素の含有率（ｍｏｌ％）を示す。
【００６０】
図６（Ａ）に示すように、アセチレンの流量が１４ｓｃｃｍと低い条件（Ａ）では、層構造は見受けられなかった。また、図７（Ａ）に示すように、炭化タンタル線１０２の表層部と中間部、中心部では、いずれもタンタルのモル濃度に対する炭素のモル濃度の比が０．４５〜０．５５の範囲に収まっていた。これらの結果から、条件（Ａ）により作製された炭化タンタル線１０２は、全体が一様に炭化していることが確認された。
【００６１】
図６（Ｂ）に示すように、アセチレンの流量が条件（Ａ）よりも高い１４０ｓｃｃｍであり、６０分間通電した条件（Ｂ）では、やや不明瞭な層構造が見受けられた。実際に炭化タンタル線１０２の組成について調べてみると、図７（Ｂ）に示すように、中間部及び中心部では、表層部よりもタンタルの含有率が高く、かつ、炭素の含有率がやや低い結果となった。これらの結果から、条件（Ｂ）により作製された炭化タンタル線１０２は、外層Ｌ１と、外層Ｌ１よりも炭素の含有率が少ない内層Ｌ２と、の２層構造を有することが確認された。
【００６２】
図６（Ｃ）に示すように、アセチレンの流量が条件（Ｂ）と同一の１４０ｓｃｃｍであり、より短い１２分間通電した条件（Ｃ）では、より明瞭な２層構造が確認された。実際に炭化タンタル線１０２の組成について調べてみると、図７（Ｃ）に示すように、中間部及び中心部では、表層部よりもタンタルの含有率が高く、かつ、炭素の含有率が低い結果となった。これらの結果から、条件（Ｃ）により作製された炭化タンタル線１０２は、条件（Ｂ）と同様に、外層Ｌ１と、外層Ｌ１よりも炭素の含有率が少ない内層Ｌ２と、の２層構造を有することが確認された。
【００６３】
また、図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示す炭化タンタル線１０２では、外層Ｌ１（表層部）のタンタルの含有率は５０ｍｏｌ％程度であるのに対し、内層Ｌ２（中間部及び中心部）のタンタルの含有率は６０ｍｏｌ％以上であり、タンタルの比率が高かった。このことから、炭化タンタル線１０２の内層Ｌ２は、不完全に炭化したタンタルか、あるいはタンタルに炭素が拡散して固溶している構成であると推測される。
【００６４】
これらの結果から、アセチレンの流量を例えば５０ｓｃｃｍ以下に抑えることで、全体がほぼ一様に炭化した炭化タンタル線１０２を作製できることが確認された。また、アセチレンの流量を例えば１００ｓｃｃｍ以上に高め、かつ通電時間を１０〜６０分程度とすることで、炭素の含有率が異なる２層構造の炭化タンタル線１０２を作製できることが確認された。
【００６５】
（ステップＳ１３：表面の炭素除去）
ステップＳ１３では、炭化タンタル線１０２の表面１０２ａの炭素を除去する。本ステップでは、例えば、真空チャンバ内を１．０×１０−２Ｐａ以上１．０Ｐａ以下に減圧し、炭化タンタル線１０２を１６００℃〜３０００℃で通電加熱する。これにより、炭化タンタル線１０２の表層から炭素が気化し、図４（Ｃ）に示すように、タンタルからなる表層部１０３ａと、炭化タンタルからなる芯部１０３ｂと、を有する炭化タンタル線１０３が作製される。芯部１０３ｂは、触媒線１０における芯材１１を構成する。
【００６６】
さらに、本ステップでは、真空チャンバ内に、水蒸気（Ｈ２Ｏ）や酸素（Ｏ２）ガスなどの酸化ガスを供給してもよい。これにより、炭化タンタルと酸化ガスとの酸化還元反応を用いて、炭化タンタル線１０２の表面１０２ａから炭素を効率的に除去することができる。この場合は、ステップＳ１２で用いた炭素を含むガスの供給を停止した後に、酸化ガスを供給することができる。
【００６７】
本ステップの通電時間は、例えば１〜６０分とすることができる。本ステップでは、ステップＳ１２の炭化処理から継続的に炭化タンタル線を通電してもよい。これにより、炭化タンタル線のヒートショック（加熱による伸び又は加熱解除による収縮）を抑え、炭化タンタル線１０２の表面１０２ａにおけるクラックの発生を抑制することができる。
【００６８】
（ステップＳ１４：ホウ化処理）
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で得られた炭化タンタル線１０３が設置された真空チャンバに、ホウ素を含有するガスを導入し、炭化タンタル線１０３を通電加熱する。これにより、図２に示すように、炭化タンタルからなる芯材１１を被覆する被覆層１２を形成する。ホウ素を含有するガスとしては、例えばジボランガスを用いることができる。
【００６９】
具体的には、炭化タンタル線１０３の表層部１０３ａがジボランガスと接触し、反応生成物であるホウ化タンタル層が形成される。これにより、被覆層１２の内層側の第１の被覆層１３が形成される。
【００７０】
さらに連続してホウ化処理を行うことで、第１の被覆層１３の表面に、ホウ素及びホウ化タンタルの混合物からなる第２の被覆層１３が形成される。
【００７１】
本ステップにおける通電時間は、例えば１〜６０分とすることができる。また、処理温度は、１７００〜２６００℃とすることができる。さらに、本ステップにおいても、ステップＳ１３から継続的に炭化タンタル線１０３を通電してもよい。これにより、炭化タンタル線１０３のヒートショックを抑え、機械的強度の低下を抑制することができる。
【００７２】
以上により、本実施形態の触媒線１０が作製される。
【００７３】
上記触媒線１０の製造方法では、ステップＳ１３において炭化タンタル線１０２の表面の炭素が除去される。これにより、炭化タンタル線１０３の表層部１０３ａのタンタルがジボランガスと反応しやすくなり、ステップＳ１４のホウ化処理を効率的に行うことができる。また、被覆層１２を２層構造にすることで、被覆層１２における触媒線１０のシリサイド化防止効果をより確実に発揮させることができる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態に係る触媒線２０の製造工程を示すフローチャートである。図９は、触媒線２０を示す横断面図である。
触媒線２０は、第１の実施形態で説明した態様に限定されず、例えばステップＳ１３の炭素の除去工程を行わずに製造されてもよい。
なお、以下の各実施形態において、第１の実施形態の同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７５】
（ステップ０１：タンタル線の設置）
ステップＳ１１では、第１の実施形態と同様に、図４（Ａ）に示すタンタル線１０１を真空チャンバ内に設置する。
【００７６】
（ステップＳ１２：炭化処理）
ステップＳ１２では、第１の実施形態と同様に、真空チャンバ内を例えば１Ｐａ程度の真空雰囲気に減圧し、タンタル線を所定温度に通電加熱する。そして、炭素を含むガスを真空チャンバ内に導入する。これにより、図４（Ｂ）に示すような、タンタル線が炭化した炭化タンタル線１０２が形成される。
【００７７】
（ステップＳ１４：ホウ化処理）
ステップＳ１２の後、本実施形態では、ステップＳ１４のホウ化処理を行う。すなわち、ステップＳ１２で得られた炭化タンタル線１０２が設置された真空チャンバに、ホウ素を含有するガスを導入し、炭化タンタル線１０２を通電加熱する。これにより、図９に示すように、炭化タンタルからなる芯材１１を被覆した被覆層２２を有する触媒線２０を形成する。ホウ素を含有するガスとしては、例えばジボランガスを用いることができる。
【００７８】
本実施形態の触媒線２０は、第１の実施形態と同様の芯材１１と、被覆層２２と、を有する。被覆層２２は、表面２２ａにタンタルのホウ化物又はホウ素の少なくとも一方が形成された層であり、芯材１１を被覆する第１の被覆層２３と、第１の被覆層２３を被覆する第２の被覆層２４と、を有する。
【００７９】
第１の被覆層２３は、芯材１１を構成する炭化タンタル線１０２の表面１０２ａとジボランガスとが反応して形成された層である。具体的に、第１の被覆層２３は、タンタルのホウ化物であるホウ化タンタル及びタンタルの炭化物である炭化タンタルの混合物からなる。
【００８０】
第２の被覆層２４は、第１の被覆層２３の表面とジボランガスとが反応して形成された層である。第２の被覆層２４は、例えばホウ素及びタンタルのホウ化物であるホウ化タンタルの混合物からなる。
【００８１】
本実施形態の触媒線２０も、タンタルのホウ化物を含む被覆層２２を有する。これにより、成膜ガスとして用いられるシリコンによる触媒線２０のシリサイド化を防止でき、触媒線２０の機械的強度の低下を抑制できる。また、被覆層２２を硬質にすることができるため、触媒線２０の熱伸びを低減し、耐久性を向上させることができる。
【００８２】
さらに、芯材１１の表面１１ａにタンタルの炭化物が形成されることで、成膜ガスや被覆層２２に含まれるホウ素の芯材１１内部への拡散を防止できる。これにより、芯材１１の耐久性及び機械的強度を高め、触媒線２０の高寿命化を図ることができる。
【００８３】
さらに、本実施形態の製造方法では、第１の実施形態におけるステップＳ１３の表面の炭素除去工程を省略することができる。これにより、触媒線２０の生産効率を高めるとともに、ステップＳ１３で用いられるガスの供給設備が不要となり、導入コストを抑制することができる。
【００８４】
＜第３の実施形態＞
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る触媒線３０を示す横断面図である。
触媒線３０は、全体として３層構造ではなく、２層構造で構成されていてもよい。
【００８５】
触媒線３０は、第１の実施形態と同様の芯材１１と、表面３２ａにタンタルのホウ化物であるホウ化タンタルが形成された被覆層３２と、を有する。被覆層３２は、本実施形態において１層からなり、芯材１１の表面１１ａを被覆する。
【００８６】
被覆層３２は、ホウ化タンタルからなる。これにより、成膜ガスとして用いられるシリコンによる触媒線３０のシリサイド化を防止でき、触媒線３０の機械的強度の低下を抑制できる。また、被覆層３２を硬質にすることができるため、触媒線３０の熱伸びを低減し、耐久性を向上させることができる。
【００８７】
さらに、芯材１１の表面１１ａにタンタルの炭化物が形成されることで、成膜ガスや被覆層３２に含まれるホウ素の芯材１１内部への拡散を防止でき、芯材１１の耐久性及び機械的強度を高めることができる。
【００８８】
例えば、本実施形態の触媒線３０は、第１の実施形態と同様の製造方法により製造することができる。具体的には、図３に示すステップＳ１４のホウ化処理の各条件を調整することで、被覆層３２を形成することができる。
【００８９】
＜第４の実施形態＞
図１１は、本発明の第４実施形態に係る触媒線４０を示す横断面図である。
触媒線４０は、第３の実施形態と同様の２層構造で構成され、第３の実施形態の被覆層３２と異なる被覆層４２を有する。
【００９０】
触媒線４０は、第１の実施形態と同様の芯材１１と、表面４２ａにホウ素及びホウ化タンタルが形成された被覆層４２と、を有する。被覆層４２は、本実施形態において１層からなり、芯材１１の表面１１ａを被覆する。
【００９１】
被覆層４２は、ホウ素とホウ化タンタルとの混合物からなる。このような被覆層４２によっても、成膜ガスとして用いられるシリコンによる触媒線４０のシリサイド化を防止でき、触媒線４０の機械的強度の低下を抑制できる。また、被覆層４２を硬質にすることができるため、触媒線４０の熱伸びを低減し、耐久性を向上させることができる。
【００９２】
さらに、芯材１１の表面１１ａにタンタルの炭化物が形成されることで、成膜ガスや被覆層４２に含まれるホウ素の芯材１１内部への拡散を防止でき、芯材１１の耐久性及び機械的強度を高めることができる。
【００９３】
例えば、本実施形態の触媒線４０は、第２の実施形態と同様の製造方法により製造することができる。具体的には、図８に示すステップＳ１４のホウ化処理の各条件を調整することで、被覆層４２を形成することができる。
【００９４】
また、本実施形態の変形例として、被覆層４２が全体としてホウ素からなる構成でもよい。これによっても、上記の作用効果を得ることができる。
【００９５】
＜第５の実施形態＞
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る触媒線５０を示す横断面図である。
本実施形態では、触媒線５０の被覆層５２が炭化ケイ素を含んでいてもよい。
【００９６】
本実施形態の触媒線５０は、第１の実施形態と同様の芯材１１と、表面５２ａに炭化ケイ素が形成され、芯材１１の表面１１ａを被覆する被覆層５２と、を有する。
【００９７】
芯材１１は、第１の実施形態と同様に、タンタル線を所定温度に通電加熱し、炭素を含むガスと反応させることにより形成される。
【００９８】
被覆層５２は、芯材１１となる炭化タンタル線の表面とシリコンを含むガスとが反応して形成された層であり、例えば炭化ケイ素からなる。被覆層５２における炭素とシリコンの含有比率は特に限定されないが、例えば炭素１元素に対してシリコンが０．１〜１元素程度の割合となる。
【００９９】
図１３は、本実施形態に係る触媒線５０の製造工程を示すフローチャートである。本実施形態の製造工程は、第１の実施形態と同様のステップＳ１１及びステップＳ１２に加えて、ステップＳ５３を含む。以下、ステップＳ５３について説明する。
【０１００】
（ステップＳ５３：ケイ化処理）
ステップＳ５３では、真空チャンバに設置された炭化タンタル線を１６００℃以上の温度に加熱する。そして、真空チャンバ内にシリコンを含むガスを導入し、炭化タンタル線の表面に炭化ケイ素を含む被覆層５２を形成する。シリコンを含むガスとしては、例えばシラン（ＳｉＨ４）を含むガスが用いられる。シランの分圧は、例えば０．１〜１０Ｐａとすることができる。
【０１０１】
本ステップの通電時間は、例えば１〜６０分とすることができる。また、本ステップでは、ステップＳ１２の炭化処理から継続的に炭化タンタル線を通電してもよい。これにより、炭化タンタル線のヒートショックを抑え、炭化タンタル線の表面におけるクラックの発生を抑制し、機械的強度の低下を防止することができる。
【０１０２】
この構成では、被覆層５２が耐熱性の高い炭化ケイ素を含むため、熱伸びを抑制でき、機械的強度の低下を抑制することができる。また、被覆層５２が予めケイ化されているため、シリコンを含む成膜ガスによる特性の変化を防止することができる。さらに、芯材１１の表面１１ａにタンタルの炭化物が形成されることで、成膜ガスに含まれるホウ素の芯材１１内部への拡散を防止できる。これにより、芯材１１の耐久性及び機械的強度を高め、触媒線５０の高寿命化を図ることができる。
【０１０３】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１０４】
以上の実施形態では、反応室２の内部に２枚の基板Ｓを対向配置させ、これら２枚の基板の間に複数本の触媒線を縦方向に設置した例を説明したが、反応室２の構成は上記の例に限定されない。
【０１０５】
例えば以上の実施形態では、通電加熱線として、触媒化学気相成長装置用の触媒線に適用した例を説明したが、これに限られず、ヒータ等を構成する抵抗加熱線にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１…触媒化学気相成長装置
３…真空チャンバ
１０，２０，３０，４０，５０…触媒線（通電加熱線）
１１…芯材
１２，２２，３２，４２，５２…被覆層
１３，２３…第１の被覆層
１４，２４…第２の被覆層
Ｓ…基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020164932.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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