セラミックスアーカイブズ

半導体熱処理用高純度 SiC セラミックス部材（1977 年～現在）

Key-words：反応焼結
SiC，CVD-SiC，高純度，パーティクル低減

SiC セラミックスが半導体熱処理用に使用され始めて 30 年以上経つ．当初は石英ガラ
ス製プロセスチューブの均熱管程度にしか使われていなかったが，その後，基材の高純度化，高純度 SiC-CVD 膜の技術開発等で，大きく用途の幅が広がりを見せた．その背景としては，1200℃に高温での形状安定性や石英製品と同等の高純度，また，熱膨張係数が半導体 LP-CVD 工程でのプロセスとマッチしていた事などが影響している．
今後，ウェーハが大口径化（φ450mm）される中で SiC 部材が更なる発展を遂げるには，材料特性以外の付加価値（高精密加工など）が必要になるであろう．

注 1 基材表面に高純度の SiC 皮膜を化学蒸着法（Chemical VaporDeposition）にて生成させたものであり，基材からの金属不純物の拡散を抑制する効果等をもたらしている．

1．製品使用分野更に高くなった．これは，1200℃の高温下でも石英部

半導体熱処理用ボート，反応炉芯管，均熱管等材と比較して熱変形が無い事が影響している．変形が無いと，シリコンウェーハの自動移載化が可能となり，2．適用分野の背景生産性向上が期待された．

1970 年代半導体熱処理部材は，石英部材が主流でその後，基材に対して純度の高い CVD-SiC 膜注１）をあった．先ず SiC 部材が使用されたのは，石英反応管被覆する技術が開発されてからは，石英部材からの置注 2 LSI 製造でウェー
注３）
ハに SiN や Poly-Si 膜を CVD 法にて付ける工程．一般的には，10 ～1000Pa（0.1~10Torr）
程 度 の 減 圧 下（LowPressure） で CVD を 行うので，略称として呼ばれている．の均熱管として使用された．これは，耐熱性，熱伝導換えが進んだ．その頃までは，高温熱処理での使用が率が高い事等が期待されたものであった．基材の高純主流であったが，SiC 部材の特徴である，弗酸に対す度化が達成できた 1980 年頃からは，ウェーハを積載る耐食性及び，熱膨張係数等から，低温での LP-CVDするボートにも使用されるようになった（図 1 参照）．

工程注２）にも使用されるようになっていった．これは，シリコンウェーハの口径が６，８インチと大きくな石英部材よりパーティクルの低減注４）が期待されるも注 3 多結晶 Si 膜（ちなみに、ウェーハは単結晶 Si）。LSI 製造のゲート電極用の膜として使用される。SiH4（モノシラン）ガスを使用し500 ～ 600℃で成膜させる。

処理炉が主流となって行った．この背景としては，拡SiC 部材が半導体熱処理部材にここまで使用され散炉内の均熱性が優れる事，シリコンウェーハに対する様になった背景には，①高純度化，②石英部材るスリップ（結晶欠陥）低減が期待されるものであっと比較して，各種熱処理工程で期待される特性がた．縦型熱処理炉では，SiC 部材が使用される割合がマッチしていた事が大きく影響していたと考える．

ると，それまで主流であった横型熱処理炉から縦型熱のであった．

（図 2，表１参照）

注 4 LSI 製 造 に お いて、パーティクルは歩留り低下の大きな原因で あ る。SiC 部 材 は、ウェーハに SiN や PolySi 膜 を 付 け る LP-CVD
工程では、熱膨張係数が近似（石英部材より）している為、膜剥がれによるパーティクル低減が期待される．

図１ 半導体熱処理用 SiC 製品
写真手前は横型ウェーハ処理用ボート，後ろは縦型製品群．
右から均熱管，中央は縦型ボート，左は設置例

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表１ SiC 部材の機械的，熱的特性（石英ガラスとの比較）

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注 1) 熱膨張係数を除く数値は、いずれも室温での値
注 2) 室温から 1000℃までの平均値

図２ 高純度 SiC の特長と半導体プロセスでの用途の関係
SiC 部材が半導体熱処理部材にここまで使用される様になった背景には，高純度化や，石英部材と比較して各種熱処理工程で期待される特性がマッチしていた事が大きく影響していたと考える．

3．製品の特徴

半導体熱処理用に使用される SiC 材料は，反応焼結

SiC と呼ばれる金属 Si との複合材である（図 3 参照）．
他にも自焼結 SiC があるが，焼結助剤として不純物を添加する事が必要な為，高純度化が難しい．反応焼結
SiC では，基材を純化処理した後，高純度金属 Si を含浸させる方法で製造する為，高純度化が容易である．
また，Si を含浸させる工程で接着部の強度を基材並みに高める事ができるので，ある程度の複雑形状は製造する事が可能で有る．①高純度化が可能，②形状付与難易度が低い事が，半導体熱処理用に反応焼結 SiC 材料が選ばれた要因である．

4．製法

図４に一般的な反応焼結 SiC 材料の製造方法を示す．

原料には，比較的純度の高いα-SiC 粉末を使用し，バインダーと混合する．バインダーとの混合方法については，成形方法に合わせたものを選択する．成形方法には，静水圧成形（C.I.P 成形），鋳込み成形，押出成形等がある．成型体は，不活性雰囲気で焼成を行う．その後，焼成体から部品を加工し，ボート形状などに接着組立を行う．組み立て後に高温にて純化処理を行い，その後，高純度 Si を純化体に含浸（反応焼結）させる．
この際，バインダー中のカーボン（C）と Si とを反応させる事が，反応焼結 SiC と呼ばれてSiC-CVD膜いる由縁である．
Si が含浸された基材
は，反応生成した二次Si＋SiC基材

的 SiC と空隙に Si が留まる事で，緻密で高強度な基材となる．
次に，ダイヤモンドツールを使用してシリコンウェーハを積載する為の溝加工等を行う．そ図３ 反応焼結 SiC 組織（CVD 膜付）の後，洗浄等を経て出反応焼結 SiC 基材は，Si が約 5 ～ 20％含有している複合材である．色の付いている部分が SiC，白色部分が Si である．

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次に，ダイヤモンドツールを使用してシリコンウェーCVD 法にて被覆させる事もある．

ハを積載する為の溝加工等を行う．その後，洗浄等最後には，寸法などの検査を行い，梱包出荷される．

を経て出荷となるが，用途によって高純度の SiC 膜を５．現在・将来展望

現在では，シリコンウェーハの大きさ 12 インチ（φ300mm）が主流となっている．その為，熱処理6L&‫ݬ‬ྋʶώ΢ϱξʖに使用される部材も大型化される੔‫ܙ‬と共に，集積回路の微細化に伴い部材の高純度化，高精度化がより

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一層求められている．
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図 5 にシリコンウェーハ積載用の溝先端部に対して，機械加工に९Կよるエッジ加工（面取り）が施されεϨαϱ‫؜‬ਃている例を示す．ここ最近では，この様に付加価値を施した製品に‫ݜ‬ຑʀ‫ؽ‬փՅ޽

対する要望が高くなっている．こ6L&&9'αʖτΡϱή‫؜‬ਃରૌ৭

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れは，シリコンウェーハ大口径化

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で自重が重くなり，擦れに因るパーティクルを低減させる事を期待しているものである．将来は 18 インチ（φ450mm）化の話もあり，そう

図４ 高純度反応焼結 SiC の製造プロセスなれば，更なる精密加工が要求されるであろう．
今までの半導体熱処理用 SiC 部材は，材料自体のアドバンテージ（材料特性）で利用が拡大されて来た．
将来はそれだけでは更なる発展は見込めない，付加価値をどれだけ付けられるかがポイントとなる．特に前述した精密加工部分は外せない．今後の発展は，精密加工に掛かっていると言っても過言ではないと考える．
文 献
堀内雄史，セラミックス，42，421-425 (2007）

図５ 溝先端機械加工面取り状況
シリコンウェーハが積載される溝先端に面取り加工を行う事で，擦れなどによるパーティクル発生の低減が期待できる．

558［連絡先］ 田部井 貴浩
コバレントマテリアル（株）プロセス材料事業部〒 999 ─ 1351 山形県西置賜郡小国町大字小国町 378

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