(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英管により形成された反応管内にルツボまたはサセプタが設置され、前記反応管の外周に配置された加熱コイルに高周波電流を流すことにより、前記ルツボまたはサセプタに供給される半導体用シリコンカーバイドの結晶成長または熱処理を行う高周波誘導加熱炉において、
前記反応管内に、前記ルツボまたはサセプタをその内部に設置されるように設けられたシリコンカーバイドにより構成された熱遮蔽管を備えたことを特徴とする高周波誘導加熱炉。
【請求項２】
前記熱遮蔽管の少なくとも内周面に化学蒸着によりＳｉＣ膜が形成された請求項１記載の高周波誘導加熱炉。
【請求項３】
前記熱遮蔽管が複数に分割できるほぼ円筒状の熱遮蔽筒として形成された請求項１又は２記載の高周波誘導加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用シリコンカーバイド（ＳｉＣ、炭化珪素）の結晶成長または熱処理を行う高周波誘導加熱炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体用シリコンカーバイドの結晶成長または熱処理を行う高周波誘導加熱炉は、図３に模式的な一部断面図で示すように、グラファイト製のルツボまたはサセプタなどの加熱処理部１を石英管により形成された反応管２内に支持具３により設置し、この反応管２の外周に卷回された加熱コイル４に高周波電流を流し、誘導加熱によって高温になったルツボまたはサセプタに接触している図示していない試料を高温に熱し、結晶成長または熱処理を行っている。なお、反応管２を形成する石英管は二重構造になっており、その間に冷却水を流し、反応管２の温度上昇を抑制している。また、反応管２には図示していないが、ガス導入口や真空装置に接続される連通管が設けられ、反応中は所要のガスを一定量流して、圧力を制御するようにしている。
【０００３】
この加熱炉における結晶成長（エピタキシャル成長）の通常の方法による場合は、サセプタ上の種となるＳｉＣ単結晶を通常１５００℃以下に加熱し、反応管２内にシリコンを含んだガス（シラン等）とカーボンを含んだガス（プロパン等）を導入し、熱による化学反応によって、ＳｉＣを種結晶上に成長させる。また、別の方法である昇華方法による場合は、ルツボ内のＳｉＣの粉末を２０００℃以上で加熱し、昇華させてから固体にする方法であり、ルツボの中の空間で基板に結晶を成長させる。
【０００４】
また、熱処理の場合は、アルゴンガスや窒素ガス等の反応性の無いガスで反応管２を満たし、ＳｉＣを２０００℃程度に加熱して行う。
しかし、結晶成長または熱処理を行う際、ルツボやサセプタなどの加熱処理部１が高温になり反応管２や外気との温度差が大きくなると、多量の放射熱を出すが、石英管はその放射熱の多くを透過してしまうため、炉外に熱が逃げて加熱ロスが大きいという問題がある。そのため、加熱処理部１にルツボを使用する場合は、図４に示すように、ルツボ５の周囲と底面部とを、保温・断熱効果に優れたグラファイトからなる円筒状のカーボンフェルトの熱遮蔽体６と円盤状の同種の熱遮蔽板７で覆って、放射熱を反射させて熱を遮蔽する手段を講じる場合もある。なお、図４において、８はＳｉＣ粉末、９は基板、１０は円筒状の放熱シールド、１１はルツボのカーボンフェルトの蓋、１２はルツボ支持部である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱炉を１５００℃以上で使用するとき、カーボンフェルトの熱遮蔽体６もかなりの高温になるため、このカーボンフェルトに混入している不純物やカーボンフェルト自体が放出され、高純度の雰囲気が要求される炉内が汚染され、加熱された試料に不純物が混入してしまうという問題があった。そのため、加熱炉の温度を１５００℃以下で使用するときは、放射熱のロスをある程度犠牲にしても、炉内の雰囲気を高純度に保つために、前述したカーボンフェルトの熱遮蔽体６を使用しないようにしている。しかし、２０００℃付近の高温で使用する場合は、炉内の雰囲気の純度をある程度犠牲にしても、カーボンフェルトの熱遮蔽体６を使用せざるを得ない状態にある。
【０００６】
また、半導体用シリコンカーバイドの結晶成長時には、結晶成長に必要な前述した反応ガスを流すが、この反応ガスの作用により反応管２の内壁に望ましくない副産物としての多結晶ＳｉＣが付着・堆積するという問題がある。即ち、多結晶ＳｉＣの付着・堆積により反応管２が不透明になると共に、反応管２を構成する石英と付着・堆積する多結晶ＳｉＣの熱膨張率の違いにより、反応管２にヒビが入ったり、割れるという問題がある。
また、結晶成長時にドーパントを添加する工程において、ある工程でＡというドーパント材料ガスを使用し、次の工程でＢという別のドーパント材料ガスを使用したとき、先に使用したＡというドーパントが多結晶ＳｉＣと共に反応管２の内壁に堆積してしまい、後の工程中にこれが拡散し、作製する結晶に混入してしまうという問題がある。そのため反応管２を定期的に薬品で洗浄する必要がある。
本発明は、半導体用シリコンカーバイドの結晶成長または熱処理を行う場合におけるこのような問題を効果的に解決した高周波誘導加熱炉を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による高周波誘導加熱炉は、石英管により形成された反応管内にルツボまたはサセプタが設置され、前記反応管の外周に配置された加熱コイルに高周波電流を流すことにより、前記ルツボまたはサセプタに供給される半導体用シリコンカーバイドの結晶成長または熱処理を行う高周波誘導加熱炉において、前記反応管内に、前記ルツボまたはサセプタをその内部に設置されるように設けられたシリコンカーバイドにより構成された熱遮蔽管を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の高周波誘導加熱炉（縦型）の一実施例を模式的に示す断面図で、従来例として示した図３と同一部分は同一記号で示し、その説明を省略した。図１において、１３は高純度のシリコンカーバイドにより構成された円筒状のシリコンカーバイド熱遮蔽管で、ルツボまたはサセプタなどの加熱処理部１（図１の加熱処理部１はサセプタの例を示している。）をその内部に非接触で収容するように配置される。このシリコンカーバイド熱遮蔽管１３は耐熱性が高く、不純物が少ない高純度のシリコンカーバイドにより構成されることが望ましい。また、このシリコンカーバイド熱遮蔽管１３の性能向上を図るため、少なくともその内周面にＳｉＣコート処理を施すことが望まれる。このＳｉＣコートは、化学蒸着によって緻密構造で、かつ低不純物な高純度のＳｉＣ膜を形成する方法が採られる。このＳｉＣ膜の膜厚は、数μｍ〜数ｍｍまで形成可能であるが、通常は５０〜２００μｍ程度の厚さが適当である。
【０００９】
また、シリコンカーバイド熱遮蔽管１３は、加熱炉内に設けられた支持台１４に、図示していない位置決めガイドを設けて配置してあるが、反応管２の下面を支持部１５として直接に配置するようにしてもよい。また、シリコンカーバイド熱遮蔽管１３内の熱遮蔽効率を高めるため、同図に示すようにシリコンカーバイド熱遮蔽管１３の上部に、シリコンカーバイドからなるドーナツ盤状の熱遮蔽板１６を設けると共に、支持具３の下方にシリコンカーバイドからなる円盤上の熱遮蔽板１７を設けたものである。なお、図１の加熱処理部１はサセプタを示しているが、サセプタに替えてルツボを設けるようにしてもよい。なお、加熱処理部１（サセプタ）上には試料１８が載置されており、反応管２の上部の封止部１９にはガス導入口２０などが設けられている。
【００１０】
図２は本発明の他の実施例の高周波誘導加熱炉（横型）を模式的に示すもので、図２（ａ）は正面断面図、図２（ｂ）は加熱コイルを省略した側面断面図である。この図２の構造は、二重構造の石英管による反応管２の内部に、反応管２の長手方向に石英により構成された一対のレール２１が設けられ、このレール２１上にはシリコンカーバイドにより構成されたサセプタ台座２２が反応管２内に出し入れ可能に設けられている。このサセプタ台座２２上には、その台座部に係合するための長手方向に一部開口部を有する、シリコンカーバイドにより構成された半円筒状の熱遮蔽カバー２３が設けられ、サセプタ台座２２と半円筒状の熱遮蔽カバー２３により、略円筒状のシリコンカーバイド熱遮蔽筒が形成される。そしてこの内部に、グラファイト製のサセプタ２４がシリコンカーバイドにより構成された６個の柱状の支持治具２５ａ〜２５ｆで支持されており、この上面に加熱処理される試料が載置される。このサセプタ２４が図面上右側に傾斜して設けてあるのは、右方向から材料ガスが供給される場合を示しているためである。
なお、図２の実施例ではシリコンカーバイドによる熱遮蔽を、サセプタ台座２２と半円筒状の熱遮蔽カバー２３との２体に分割してあるが、これを一体の熱遮蔽管で構成し、この内部にサセプタをレールなどを用いて挿入するように構成してもよい。
【００１１】
本発明は、このようにルツボやサセプタなどの加熱処理部１が、シリコンカーバイド熱遮蔽管１３または分割可能なシリコンカーバイドからなる略円筒状の熱遮蔽筒で覆われているため、ルツボやサセプタより放射される熱を遮蔽すると共に、放射熱を反射するリフレクターとしての役割を有するものである。従って、高温炉内部の試料付近の均熱性を促進し、加熱処理部を効率的に加熱することができる。特に、シリコンカーバイド熱遮蔽管１３や熱遮蔽カバー２３及びサセプタ台座２２の表面を化学蒸着によりＳｉＣコートすることにより、ＳｉＣ純度の高いＳｉＣコート膜が形成されるため、シリコンカーバイド熱遮蔽管１３又は熱遮蔽カバー２３を構成するシリコンカーバイド中に僅かに含まれている不純物も外部に放出されることがなく、加熱炉内の雰囲気を更に高純度に高めることができる。
【００１２】
また、シリコンカーバイドの結晶成長時に材料ガスを反応管２内に導入する場合、シリコンカーバイド熱遮蔽管１３又は熱遮蔽カバー２３が設置されていることにより、加熱処理部１で発生した活性ガスが直接反応管２を構成する石英管に触れないため、多結晶ＳｉＣが石英管内面に堆積することが防止される。従って、石英管にヒビが入ったり割れる問題が生じない。
また、前述した結晶成長時に生じる多結晶ＳｉＣは、シリコンカーバイド熱遮蔽管１３又は熱遮蔽カバー２３の内面に堆積されるため、工程が変わってドーパントの種類を変えるとき、熱遮蔽管１３又は熱遮蔽カバー２３をその都度交換するようにして、異なった工程からのドーパントの混入を防止することが可能になる。同時に、石英管に多結晶ＳｉＣが堆積しないことから、石英管の洗浄の頻度を少なくすることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は熱遮蔽部材としてシリコンカーバイド熱遮蔽管や分割可能な略円筒状の熱遮蔽筒を使用することにより、試料の２０００℃以上の高温熱処理を熱効率よく、かつ高純度雰囲気の中で行うことができる。また、このシリコンカーバイド熱遮蔽管等は同時に、放射熱を反射するリフレクターとしての役割もあり、高温炉部内の試料付近の均熱牲を促進することこともできる。
また、本発明を１５００℃程度の高温炉に応用した場合は、反応管を構成する石英管内壁に不要な多結晶ＳｉＣの堆積を防止することができ、石英管の洗浄を不要とすると共に、石英管のヒビ割れ防止が図られ、かつ試料への異なった工程からのドーパントの混入の防止が図られるなど極めて顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波誘導加熱炉の一実施例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の高周波誘導加熱炉の他の実施例を模式的に示す正面断面図及び側面断面図である。
【図３】従来の高周波誘導加熱炉の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】従来の高周波誘導加熱炉に用いられるルツボの一例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  ルツボ又はサセプタなどの加熱処理部
２  反応管
３  支持具
４  加熱コイル
５  ルツボ
６  円筒状のカーボンフェルトの熱遮蔽体
７  円盤状のカーボンフェルトの熱遮蔽板
８  ＳｉＣ粉末
９  基板
１０  放熱シールド
１１  カーボンフェルトの蓋
１２  ルツボ支持部
１３  シリコンカーバイド熱遮蔽管
１４  支持台
１５  支持部
１６  ドーナツ盤状の熱遮蔽板
１７  円盤状の熱遮蔽板
１８  試料
１９  封止部
２０  ガス導入口
２１  レール
２２  サセプタ台座
２３  カバー
２４  サセプタ
２５  支持治具
【図１】
0003693739.tif 000002
【図２】
0003693739.tif 000003
【図３】
0003693739.tif 000004
【図４】
0003693739.tif 000005