DE10022333B4

DE10022333B4 - CVD-Verfahren zu Herstellung eines siliciumcarbidbeschichteten Graphitwerkstoff und Verwendung eines siliciumcarbidbeschichteten Graphitwerkstoffs

Info

Publication number: DE10022333B4
Application number: DE10022333A
Authority: DE
Inventors: Akiro Kondo; Neil Salstrom
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd; SEH America Inc
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd; SEH America Inc
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2020-05-09
Also published as: US6426133B1; KR20000077169A; KR100715703B1; DE10022333A1; JP2000319080A

Abstract

Siliciumcarbidbeschichteter Graphitwerkstoff, der eine hervorragende Schlagfestigkeit aufweist und kostengünstig herzustellen ist. Der Werkstoff umfaßfilm beschichtetes Graphitsubstrat, wobei eine Mischschicht aus Graphit und Siliciumcarbid mit einer Dicke von 10-500 µm, die von der Grenzschicht zwischen Graphitsubstrat und Siliciumcarbidfilm bis in das Innere des Graphitsubstrats hineinreicht, vorgesehen ist, wobei der Siliciumcarbidfilm eine Abschälfestigkeit von 5 MPa und mehr besitzt. Der Siliciumcarbidfilm wird vorzugsweise durch das CVD-Verfahren aufgebracht und ist als Werkstoff für eine Vorrichtung zum Züchten von Einkristallen aus Silicium geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft ein CVD-Verfahren zur Herstellung eines siliciumcarbidbeschichteten Graphitwerkstoffs, umfassend ein mit einem Siliciumcarbidfilm beschichtetes Graphitsubstrat,

– mit einer Siliciumcarbidfilmdicke zwischen 30 und 50 μm und einer Abschälfestigkeit des Siliciumcarbidfilms von ≥ 5 MPa,
– wobei von der Grenzfläche zwischen Graphitsubstrat und Siliciumcarbidfilm bis in das Innere des Graphitsubstrats eine 10 bis 500 μm dicke Mischschicht aus den Werkstoffen Graphit und Siliciumcarbid hineinragt,
– und die Werkstoffe der Mischschicht in Richtung Oberfläche des Graphitsubstrats allmählich von Graphit in Siliciumcarbid übergehen.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines siliciumcarbidbeschichteten Graphitwerkstoffs als Werkstoff für eine Vorrichtung zum Züchten von Silicium-Einkristallen.
Einkristalle aus Silicium, die bei der Produktion von integrierten Schaltkreisen (ICs) und hochintegrierten Schaltkreisen (LSIs) Verwendung finden, werden herkömmlicherweise durch das Czochralski-Ziehverfahren (CZ-Verfahren) hergestellt. Wie in 1 gezeigt ist, wird in einer Vorrichtung zum Züchten von Einkristallen aus Silicium durch das CZ-Verfahren polykristallines Silicium in einen hochreinen Quarztiegel 4 gefüllt und durch Erhitzen mittels einer Graphitheizquelle 8 geschmolzen. Ein am oberen Ende einer Zugstange befestiger Kristall-keim 1 (ein Einkristall) wird in ein geschmolzenes polykristallines Siliciumfluid 3 getaucht und langsam hochgezogen, während er ständig um die Rotationsachse 7 gedreht wird, wobei sich das geschmolze ne polykristalline Siliciumfluid 3 abscheidet und ein Silicium-Einkristall 2 am unteren Rand des Keimkristalls 1 wächst.
Da der Quarztiegel 4 eine ungenügende Festigkeit aufweist und bei hoher Temperatur erweicht, wird der Quarztiegel 4 durch einen ihn umgebenden Graphittiegel 5 verstärkt. Außerdem wird ein bei hohen Temperaturen stabiler Graphitwerkstoff für ein Gasrektifizierungsrohr 9, einen Hitzeschild 10, ein Wärmeisolationsrohr 11 und dergleichen verwendet. In dieser Art werden viele Graphiteile in der Vorrichtung zum Züchten von Silicium-Einkristallen verwendet.
Beim Vorgang des Ziehen eines Silicium-Einkristalls reagieren Silicium und Quarz in der Vorrichtung gemäß der folgenden Reaktionsformel (1), so daß SiO-Gas entsteht. Si + SiO₂ → 2 SiO (g) (1)
Das entstandene SiO-Gas reagiert mit dem Graphitwerkstoff in der Vorrichtung und wird in SiC-Gas umgewandelt, während CO-Gas entsteht. SiO(g) + 2C → SiC + CO (g) (2)
Auf diese Weise wird der Graphitwerkstoff in der Vorrichtung allmählich durch SiO-Gas zerfressen. Das entstandene CO-Gas wird in der Siliciumschmelze gelöst und erhöht den Kohlenstoffanteil im gezogenen Silicium-Einkristall. Dies beeinträchtigt die charakteristischen Merkmale des Silicium-Einkristalls als Halbleiter. Zusätzlich verursacht SiC feine Risse, wenn es auf der Oberfläche des Graphitwerkstoffs entsteht, was eine kurze Lebensdauer des Werkstoffs zur Folge hat.
Als Verfahren zur Überwindung dieser Probleme ist eine Technologie bekannt, die die Reaktion zwischen dem Graphitwerkstoff und dem SiO-Gas unterdrückt, indem der Graphitwerkstoff mit Siliciumcarbid beschichtet wird. Zum Beispiel offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 58-172292 A einen Wärmeerzeuger für die Vorrichtung zum Ziehen von Silicium-Einkristallen, der einen Siliciumcarbidfilm umfasst, der auf der Oberfläche des Graphitwerkstoffs gebildet ist. Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 58-172295 A beschreibt eine Vorrichtung zum Ziehen von Siliciuim-Einkristallen, bei der eine Siliciumcarbidschicht zwischen einem Quarztiegel und einem Graphittiegel vorgesehen ist.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 62-138386 A offenbart eine Vorrichtung zum Ziehen von Silicium-Einkristallen mit Hilfe des CZ-Verfahrens, die mit einer Strahlungsblende ausgestattet ist, deren Form einem umgekehrten Kegel ähnelt, der den Einkristallstab umgibt, wobei sich die untere Öffnung in der Nähe der Oberfläche der Schmelzflüssigkeit befindet und das obere Ende in Form eines nach außen sich ausdehnenden Dreiecks oder mit einem kreisrunden Rand, der pfeilförmig gekrümmt ist, ausgebildet ist und den oberen Teil des Tiegels bedeckt. Die Innen- und Außenflächen der Strahlungsblende bestehen aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder Bornitrid, wobei die Zwischenschicht aus einer wärmeisolierenden komplexen Schichtstruktur aus einem Karbonfilz besteht.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 5-221758 A beschreibt einen durch chemische Abscheidung aus der Gasphase mit Siliciumcarbid beschichteten Graphitwerkstoff, wobei die Dicke des Siliciumcarbidfilms, in dem Bereich, in dem leicht Risse entstehen, 60–90 μm beträgt, was etwa 50–75% der durchschnittlichen Filmdicke des gesamten Films ausmacht.
Aus der DE 2357814 A ist ein Herstellungsverfahren für einen SiC-beschichteten Graphitkörper bekannt, bei dem eine Beschichtung durch zwei aufeinanderfolgende und unterschiedliche Verfahren aufgebracht wird. Hierbei wird ein offen poröser, feinkörniger, isotroper Graphitkörper zunächst einer reinigenden Wärmebehandlung bei 1700°C bis 2400°C unter Halogenatmosphäre unterworfen. Anschließend wird die Körperoberfläche mit einer Silicium-Schicht versehen und das Silicium unter Reaktion mit dem Graphit aufgeschmolzen. Dabei dringt das Silicium in die offenen Poren des Graphitkörpers ein und bildet gleichzeitig SiC aus, wobei ein Abschnitt von mindestens 125 Mikrometer Dicke erzeugt wird, in dem die Poren des isotropen Graphitkörpers von Silicium sowie Siliciumcarbid durchdrungen sind. Abschließend wird auf der so erzeugten Siliciumablagerung eine Dichtungsschicht aus Siliciumcarbid aufgebracht, um einen Graphitkörper mit einer aus zwei Abschnitten bestehenden, feuerfesten Beschichtung bereitzustellen, wobei die vorbereitende Verfahrenstechnik sicherstellt, dass keine losen Teilchen zwischen der Beschichtung und dem Grundkörper vorhanden sind.
Ferner ist aus der DE 4407421 A1 ein Verfahren zum Verbessern des Oxidationswiderstandes von kohlenstoffhaltigen Materialien bekannt, wobei gasförmiges Siliciumoxid als SiO chemisch mit dem kohlenstoffhaltigen Material zur Bildung von oxidationsresistentem SiC reagieren soll. Dabei entsteht gasförmiges CO, wobei der feste Kohlenstoff des Graphitmaterials verbraucht wird.
Wie eingangs anhand der Reaktionsformeln (1 und 2) erläutert, wird die Oberfläche des Graphitwerkstoffs allmählich durch das SiO-Gas zerfressen. Zusätzlich verursacht das SiC feine Risse, wenn es auf der Oberfläche des Graphitwerkstoffs entsteht, was eine kurze Lebensdauer des Werkstoffs zur Folge hat.
Das Siliciumcarbid (SiC), mit dem der Graphitwerkstoff beschichtet ist, reagiert mit SiO-Gas nach der folgenden Reaktionsformel (3).
Da jedoch diese Reaktion erst bei etwa 1820°C eingeleitet wird, was über dem Schmelzpunkt von Silicium (1420°C) liegt, findet die Reaktion nach Formel (3) nicht statt, wenn Silicium-Einkristalle gezüchtet werden, wodurch verhindert wird, dass die Oberfläche von Graphitwerkstoffen geschädigt wird. SiC + SiO (g) → 2Si + CO (g) (3)
Aus diesem Grund verhindert das Beschichten eines Bauteiles aus Graphitwerkstoff mit Siliciumcarbid die Reaktion von Graphit und SiO-Gas und stellt einen stabilen Betrieb der Vorrichtung sicher. Das bedeutet jedoch eine Erhöhung der Herstellungskosten. Obwohl insbesondere die Stabilität des Betriebs der Vorrichtung im SiO-Gas mit steigender Filmdicke zunimmt, steigen die Herstellungskosten fast proportional mit der Dicke des SiC-Films an.
Die Nutzlebensdauer eines mit Siliciumcarbid beschichteten Graphitwerkstoffs endet normalerweise, wenn sich spritzende Siliciumschmelze anlagert, während der Vorgang des Emporziehens der Silicium-Einkristalle wiederholt wird. Abgesehen davon kann die Vorrichtung aufgrund von Rissen und Abschälungen im SiC-Film unbrauchbar werden, die durch Stöße aufgrund von Bedienungsfehlern oder dergleichen während des Zusammenbaus oder der Wartung der Teile auftreten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
SiC-Filme, die im Allgemeinen eine hohe Festigkeit gegenüber Stößen aufweisen, erhöhen die Festigkeit mit zunehmender Filmdicke. Herkömmlicherweise werden SiC-Filme mit einer Dicke von 60–150 μm verwendet. Es wird jedoch verständlicherweise ein dünner Film bevorzugt, um die Herstellungskosten zu senken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein CVD-Verfahren zur Herstellung eines siliciumcarbidbeschichteten Graphitwerkstoff gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1 anzubieten, bei dem die Mischschicht aus den Werkstoffen Graphit und Siliciumcarbid ohne Beschädigung der Substratoberfläche auf dem Graphitsubstrat befestigt wird. Ferner soll eine besondere Verwendung des nach dem CVD-Verfahren hergestellten Graphitwerkstoffs vorgeschlagen werden.
Das neue CVD-Verfahren soll es ermöglichen, einen siliciumcarbidbeschichteten Graphitwerkstoff bereitzustellen, der kostengünstig herzustellen ist und eine hohe Schlagfestigkeit aufweist.
Die oben genannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Ein mit einem 30 bis 50 μm dicken Siliciumcarbidfilm beschichtetes Graphitsubstrat weist eine Mischschicht aus Graphit und Siliciumcarbid mit einer Dicke von 10 bis 500 μm auf, die von der Grenzschicht zwischen Graphitsubstrat und Siliciumcarbidfilm bis in das Innere des Graphitsubstrats hineinreicht, wobei weiterhin der Siliciumcarbidfilm eine Abschälfestigkeit von 5 MPa und mehr besitzt. Der Siliciumcarbidfilm wird durch chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD-Verfahren) aufgebracht und ist zur Verwendung als Werkstoff für eine Vorrichtung zum Ziehen von Silicium-Einkristallen geeignet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Querschnitt, de schematisch eine Vorrichtung zum Ziehen von Silicium-Einkristallen mit Hilfe des CZ-Verfahrens zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Der mit Siliciumcarbid beschichtete Graphitwerkstoff umfasst eine Mischschicht aus Graphit und Siliciumcarbid mit einer Dicke von 10–500 μm, die von der Grenzfläche zwischen Graphitsubstrat und Siliciumcarbidfilm bis ins Innere des Graphitsubstrats hineinreicht.
Eine solche Mischschichtstruktur, bei der die Werkstoffe allmählich von Graphit in Siliciumcarbid an der Oberfläche des Graphitsubstrats übergehen, gewährleistet durch einen Verankerungseffekt dieser Mischschicht eine starke Befestigung des Siliciumcarbidfilms am Graphitsubstrat. Als Folge davon löst oder pellt sich der Siliciumcarbidfilm nur schwer ab und dadurch ist es möglich, einen dünnen Film vorzusehen.
Die Dicke der Mischschicht sollte in einem Bereich von 10–500 μm liegen, da eine Dicke von weniger als 10 μm einen zu geringen Verankerungseffekt ergibt, um eine ausreichend starke Befestigung des SiC-Films am Graphitsubstrat zu gewährleisten, während eine Dicke über 500 μm keinen größeren Verankerungseffekt ergibt, der proportional zur Dicke anwächst, sondern nur eine Steigerung der Herstellungskosten zur Folge hat.
Diese Struktur aus Graphitsubstrat und SiC-Film, die einen äußeren SiC-Film mit einer hohen Steifigkeit und ein Graphitsubstrat umfasst, das weicher ist als der SiC-Film und das aufgrund seiner Plastizität auf mikroskopischer Ebene verformt werden kann, ermöglicht es dem Werkstoff einem Stoß standzuhalten, wenn der SiC-Film eine adäquate Dicke aufweist. Insbesondere kann ein dicker SiC-Film allein durch seine Steifigkeit eine Belastung absorbieren und sich davon erholen. Wenn der Film jedoch dünn ist, erreicht die Belastung die Grenzschicht zwischen SiC-Film und Graphitsubstrat. Mit abnehmender Filmdicke erreicht die Beanspruchung schließlich das Graphitsubstrat. Wenn die Beanspruchung sich in die Grenzschicht ausbreitet, wird der SiC-Film leicht vom Substrat abgelöst, sofern die Adhäsionskräfte zum Substrat schwach sind.
Das Vorhandensein der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Mischschicht aus SiC und Graphit mit einer allmählich sich verändernden Zusammensetzung hält den SiC-Film fest mit dem Graphitsubstrat verbunden, wodurch der Film eine hohe Festigkeit gegenüber Stößen erhält, selbst wenn die Dicke des SiC-Films reduziert wird. Es ist deshalb schwierig, den Film vom Substrat abzulösen.
Die Filmdicke kann insbesondere etwa 30 bis 50 μm dünn sein. Wenn die Dicke des SiC-Films geringer ist als 30 μm, erreicht die angreifende Beanspruchung das Graphitsubstrat und verursacht darin Risse aufgrund der plastischen Verformung des Graphits. Andererseits erhöht ein dicker SiC-Film die Herstellungskosten. Es ergibt sich bei größerer Filmdicke kein zusätzlicher proportionaler Effekt, wenn die Filmdicke über 50 μm beträgt. Aus diesen Gründen sollte die Filmdicke in einem Bereich von 30–50 μm gehalten werden.
Es ist also möglich, einen SiC-Film an einem Graphitsubstrat zu befestigen, dessen Abschälfestigkeit aufgrund eines Verankerungseffekts der Mischschicht und durch die Einstellung der Dicke des SiC-Films bei 5 MPa und mehr liegt. Wenn die Abschälfestigkeit 5 MPa und mehr beträgt, blättert der Film nicht einfach durch einen normalen Stoß ab. Die Abschälfestigkeit ist ein Wert, der durch ein direktes Abziehverfahren ermittelt wird (D. S. Campbell; „Mechanical Properties of thin films" in Handbook of Thin Film Technology, L. I. Maissel und R. Glang, Herausgeber, Kapitel 12, McGrawHill, N. Y., Seiten 12.6 12.21 (1970)).
Der SiC-Film haftet an der Oberfläche des Graphitsubstrats durch die Anwendung des CVD-Verfahrens. Das Aufbringen eines SiC-Films durch das CVD-Verfahren wird durch einen Vorgang erzielt, der folgende Schritte umfasst: Plazieren eines Graphitsubstrats in einem CVD-Ofen, wie z. B. einen CVD-Ofen mit Atmosphärendruck oder einem CVD-Ofen mit Unterdruck, Absaugen des Gases innerhalb des Systems, Ersetzen der Innenatmosphäre durch Wasserstoffgas, indem der Wasserstoff zugeführt wird, während das System bei einer vorgeschriebenen Temperatur erhitzt wird, und Zuführen einer halogenhaltigen organischen Siliciumverbindung, entweder CH₃SiCl₃, (CH₃)₂SiCl, oder CH₃SiCl₂ oder einer Mischung aus SiCl₄ und CH₄, wobei Wasserstoffgas als Trägergas verwendet wird um eine thermische Zerfallsreaktion in der Dampfphase zu bewirken, wodurch SiC auf der Oberfläche des Graphitsubstrats abgebaut wird, um eine thermische Zerfallsreaktion in der Dampfphase zu bewirken, wodurch SiC auf der Oberfläche des Graphitsubstrats abgebaut
In diesem Fall werden die CVD-Reaktionsbedingungen, wie z. B. Temperatur, Reaktionsdauer, Zuführungsrate des Rohstoffgases, Verhältnis von Rohstoffgas zu Wasserstoffgas, Ofeninnendruck, etc. entsprechend ausgewählt, um z. B. die Diffusionsrate des Rohstoffgases in die auf der Graphitsubstratoberfläche vorhandenen Poren, die Ablagerungsrate von SiC durch die thermische Zerfallsreaktion in der Dampfphase und dergleichen zu steuern. Auf diese Weise können auch Eigenschaften, wie z. B. das Haften des SiC-Films an der Graphitsubstratoberfläche, die Dicke des SiC-Films, die Dicke der Mischschicht, die Abschälfestigkeit des SiC-Films und dergleichen gesteuert werden.
Da der mit Siliciumcarbid beschichtete Graphitwerkstoff einen relativ dünnen SiC-Film aufweist, der fest an der Oberfläche eines Graphitsubstrats mit einer hohen Abschälfestigkeit haftet, ist dieser Werkstoff ideal, um für verschiedene Bauteile der Vorrichtung zum Ziehen von Silicium-Einkristallen, z. B. für Gasrektifizierungsrohre, Hitzeschilde, Wärmeisolationsrohre, Heizquellen, Graphittiegel und dergleichen Verwendung zu finden. Der Werkstoff ist auch durch seine geringen Kosten äußerst vorteilhaft.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend genauer anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen erläutert.
Beispiele 1–3 und Vergleichsbeispiele 1–7
Ein isotroper Graphitwerkstoff mit den Abmessungen 100 mm × 100 mm × 10 mm wurde in einen CVD-Ofen verbracht. Nachdem die Innenatmosphäre gründlich durch Wasserstoff ersetzt worden war, wurden Rohstoffgase (CH₄ und SiCl₄) zusammen mit Wasserstoff (als Trägergas) in den Ofen geleitet, während auf eine vorgeschriebene Temperatur erhitzt wurde. Die CVD-Reaktion fand unter geeigneten Reaktionsbedingungen wie Reaktionstemperatur, Reaktionsdruck, Verhältnis von CH₄/SiCl₄/H₂, Zuführungsrate des Rohstoffgases, Reaktionsdauer und dergleichen statt, wodurch erreicht wurde, daß ein SiC-Film an der Oberfläche des isotropen Graphitwerkstoffs haftet.
Die SiC-Filmdicke, die Dicke der Mischschicht aus Graphit und Si sowie die Abschälfestigkeit des SiC-Films wurden bei dem auf diese Weise hergestellten mit Siliciumcarbid beschichteten Graphitwerkstoff gemessen. Die Dicke der Mischschicht wurde aus dem reflektionselektronischen Bild im Elektronenmikroskop bestimmt, während die Abschälfestigkeit durch ein direktes Abziehverfahren gemessen wurde. Als nächstes wurde ein Aufprallkörper (Gewicht: 80 g) als Simulationstest für Stöße aus einer Höhe von 50 cm von der SiC-Filmoberfläche fallengelassen, um den Durchmesser der durch den Aufprall auf die Oberfläche des SiC-Films hervorgerufenen Beschädigung zu messen und den Schadensumfang am SiC-Film zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Wie aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen hervorgeht, werden die mit Siliciumcarbid beschichteten Graphitwerkstoffe der Beispiele nur wenig durch den Stoß beeinträchtigt, der nur eine kleine Beschädigung an der Oberfläche verursacht. Diese Werkstoffe können ohne praktische Probleme verwendet werden. Andererseits verursachte der Stoß eine große Beschädigung und Risse am Werkstoff des Vergleichsbeispiels 1, der einen dünnen SiC-Film aufwies, wodurch anzunehmen ist, daß die Verwendung dieses Werkstoffs Probleme verursacht. Der Durchmesser der Beschädigung nimmt ab und die Festigkeit gegenüber Stößen nimmt zu, je dicker der SiC-Film gewählt wird. Der Werkstoff des Vergleichsbeispiels 2 mit einer Filmdicke von 100 μm erleidet nur sehr geringen Schaden durch den Aufprall, aber die Herstellungskosten sind unangemessen hoch.
Die Werkstoffe der Vergleichsbeispiele 3–7, die nicht über eine Mischschicht aus Graphit und SiC verfügen, weisen eine sehr geringe Abschälfestigkeit des SiC-Films auf. Diese SiC-Filme wurden aufgrund der Reaktion von Graphit und SiO-Gas für die kontinuierliche Verwendung in der Praxis als unbrauchbar angesehen. Wie bereits am Werkstoff des Vergleichsbeispiels 2 gezeigt wurde, sind die Herstellungskosten eines Film mit einer Dicke von 100 μm hoch, auch wenn er nur sehr gering von dem Aufprall beschädigt wird.
Beispiel 4
Der Hitzeschild (10) der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Ziehen von Silicium-Einkristallen entstand unter Verwendung des in Beispiel 2 hergestellten mit Siliciumcarbid beschichteten Graphitwerkstoffs, der eine SiC-Filmdicke von 40 μm, eine Mischschichtdicke von 100 μm und eine Abschälfestigkeit von 10 MPa aufweist. Der Prozeß des Ziehens des Silicium-Einkristalls wurde ausgeführt, um die Lebensdauer des SiC-Films anhand der Wiederholungen des Emporziehvorgangs zu messen.
Beispiel 5
Eine Schraube von 10 g wurde auf den Hitzeschild (10) von Beispiel 4 aus einer Höhe von 50 cm fallengelassen, und verursachte eine Beschädigung mit einem Durchmesser von etwa 1,6 mm. Der Prozeß des Ziehens des Silicium-Einkristalls wurde ausgeführt, um die Lebensdauer des SiC-Films anhand der Wiederholungen des Emporziehvorgangs zu messen.
Vergleichsbeispiel 8
Der Hitzeschild (10) der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Züchten von Silicium-Einkristallen entstand unter Verwendung des in Vergleichsbeispiel 7 hergestellten mit Siliciumcarbid beschichteten Graphitwerkstoffs, der eine SiC-Filmdicke von 100 μm, aber keine Mischschicht hat und eine Abschälfestigkeit von 3 MPa aufweist. Der Prozeß des Ziehens des Silicium-Einkristalls wurde ausgeführt, um die Lebensdauer des SiC-Films anhand der Wiederholungen des Emporziehvorgangs zu messen.
Die Ergebnisse der Beispiele 4–5 und des Vergleichsbeispiels 8 sind in Tabelle 2 dargestellt. Wie in Tabelle 2 zu sehen ist, weist der Hitzeschild von Beispiel 4, der aus dem mit erfindungsgemäßen Siliciumcarbid beschichteten Graphitwerkstoff hergestellt wurde und eine SiC-Filmdicke von 40 μm hat, eine Lebensdauer auf, die der des Hitzeschildes von Vergleichsbeispiel 8 entspricht, dessen Filmdicke bei 100 μm liegt, was zeigt, daß der Werkstoff mit einem dünneren Film gemäß der vorliegenden Erfindung eine längere Nutzlebensdauer hat als ein konventioneller Werkstoff mit einem Film größerer Dicke. Der Hitzeschild von Beispiel 4, auf dem eine Beschädigung mit einem Durchmesser von 1,5 mm durch einen Aufprall entstanden ist, weist fast die gleiche Nutzlebensdauer auf, was darauf hindeutet, daß ein Stoß, der durch einen Bedienungsfehler oder dergleichen auftritt, nicht einen so großen Schaden verursacht, daß der Werkstoff unbrauchbar wird. Tabelle 2

Nutzlebensdauer (in Anzahl von Ziehvorgängen)

Beispiel 4 Beispiel 5 25–35 25–35

Vergleichsbeispiel 8 25–35
Wie oben beschrieben, gewährleistet der mit erfindungsgemäßem Siliciumcarbid beschichtete Graphitwerkstoff, der eine sich allmählich verändernde Mischschichtstruktur aufweist, die von der Grenzfläche zwischen Graphitsubstrat und Siliciumcarbidfilm bis in das Innere des Graphitsubstrats hineinreicht, eine starke Befestigung des Siliciumcarbidfilms am Graphitsubstrat durch einen Verankerungseffekt dieser Mischschicht. Dadurch weist der mit Siliciumcarbid beschichtete Graphitwerkstoff einen relativ dünnen Siliciumcarbidfilm auf, der fest an der Oberfläche des Graphitsubstrats mit einer hohen Abschälfestigkeit haftet, so daß dieser Werkstoff für verschiedene Teile, wie z. B. Gasrektifizierungsrohre, Hitzeschilde, Wärmeisolationsrohre, Heizquellen, Graphittiegel und dergleichen verwendet werden kann. Der Werkstoff ist auch aufgrund seiner geringen Kosten äußerst vorteilhaft.

Claims

CVD-Verfahren zur Herstellung eines siliciumcarbidbeschichteten Graphitwerkstoffs, umfassend ein mit einem Siliciumcarbidfilm beschichtetes Graphitsubstrat, – mit einer Siliciumcarbidfilmdicke zwischen 30 und 50μm und einer Abschälfestigkeit des Siliciumcarbidfilms von ≥ 5 MPa, – wobei von der Grenzfläche zwischen Graphitsubstrat und Siliciumcarbidfilm bis in das Innere des Graphitsubstrats eine 10 bis 500 μm dicke Mischschicht aus den Werkstoffen Graphit und Siliciumcarbid hineinragt, – und die Werkstoffe der Mischschicht in Richtung Oberfläche des Graphitsubstrats allmählich von Graphit in Siliciumcarbid übergehen, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Graphitsubstrat in einem CVD-Ofen platziert wird, b) das Gas innerhalb des CVD-Ofens abgesaugt und durch Wasserstoffgas ersetzt wird, während der CVD-Ofen auf eine vorgeschriebene Temperatur erhitzt wird und c) entweder CH₃SiCl₃, (CH₃)₂SiCl₂ oder CH₃SiCl₂ oder aber eine Mischung aus SiCl₄ und CH₄, jeweils unter Einsatz von Wasserstoffgas als Trägergas, zugeführt wird, um d) eine Diffusion des sich durch thermische Zerfallsreaktionen bildenden Rohstoffgases in auf der Graphitsubstratoberfläche vorhandene Poren zur Bildung der Mischschicht aus Graphit und Siliciumcarbid mit allmählichem Übergang von Graphit zum Siliciumcarbid zu bewirken.
Verwendung eines siliciumcarbidbeschichteten Graphitwerkstoffs, umfassend ein mit einem Siliciumcarbidfilm beschichtetes Graphitsubstrat, – mit einer Siliciumcarbidfilmdicke zwischen 30 und 50 μm und einer Abschälfestigkeit des Siliciumcarbidfilms von ≥ 5 MPa, – wobei von der Grenzfläche zwischen Graphitsubstrat und Siliciumcarbidfilm bis in das Innere des Graphitsubstrats eine 10 bis 500 μm dicke Mischschicht aus den Werkstoffen Graphit und Siliciumcarbid hineinragt, – und die Werkstoffe der Mischschicht in Richtung Oberfläche des Graphitsubstrats allmählich von Graphit in Siliciumcarbid übergehen, als Werkstoff für eine Vorrichtung zum Züchten von Silicium-Einkristallen.