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JPH01249679A - 黒鉛一炭化珪素複合体並びにその製造法 - Google Patents

黒鉛一炭化珪素複合体並びにその製造法

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JPH01249679A
JPH01249679A JP63077595A JP7759588A JPH01249679A JP H01249679 A JPH01249679 A JP H01249679A JP 63077595 A JP63077595 A JP 63077595A JP 7759588 A JP7759588 A JP 7759588A JP H01249679 A JPH01249679 A JP H01249679A
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silicon carbide
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silicon
thermal expansion
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Akira Nogami
野上 曉
Toru Hoshikawa
星川 亨
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Toyo Tanso Co Ltd
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5057Carbides
    • C04B41/5059Silicon carbide

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  • Organic Chemistry (AREA)
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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〕 本発明は黒鉛−炭化珪素複合体及びその製造法に関し、
特に黒鉛基材の表層部が黒鉛と炭化珪素との複合体とな
っている複合体及びこれを製造する方法に関し、その目
的は集積回路の製造プロセス就中半導体ウェハーを処理
するために使用される耐酸化性及び耐食性構造物、エビ
クキシャル成長用ザセプター、拡散炉用部品、プラズマ
CVD用部品、ボート等に好適な複合材料を提供するこ
とである。
〔従来技術〕
従来、黒鉛基材の表面に炭化珪素層を被覆した構造材料
は知られている。このような炭化珪素被覆黒鉛複合材料
に於いては、使用する黒鉛基材としては炭化珪素の熱膨
張係数に近く、黒鉛表面の気孔が小さいものを使用して
きた。その理由として、炭化珪素の熱膨張係数に近似し
ていないものを使用すると、黒鉛と炭化珪素の間で剥離
や亀裂が起こり、気孔が大きいとピンボールの原因とな
る。これらの問題を緩和する技術がいくつかすでに提案
されている。例えば、特公昭48−26597号におい
ては、炭化珪素(以下SiCという場合がある)と黒鉛
とから成る中間層を設けることが提案されており、その
中間層の厚みは50〜100μmと限定されている。
また、特開昭49−83706号においては、5μm以
下の気孔を有する黒鉛基材に、溶融珪素を浸入させるこ
とにより、該珪素と黒鉛が反応してSiCとなり気孔が
すべて炭化珪素で密封された複合材料が得られることが
開示されている。尚この際の複合層の厚さは0.125
mm以上となっている。
また、特開昭50−130363号においては、熱分解
炭素を中間層として10〜100μm形成することが提
案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし乍ら、上記各提案によるこの種黒鉛−炭化珪素複
合基材は、なお満足出来る性能を有さす、象、熱急冷等
の過酷な条件下では形成されたSiC被膜の亀裂や剥離
等が生じ、またピンホールの発生もなおかなり多い。し
かも最近の技術進歩に伴い、ますます過酷な条件が要求
され、上記問題点の解決がまずます強く要望される現状
にある。たとえば特公昭4 E126597号において
は、5iC−黒鉛混合物の中の中間層の厚みを50〜1
00μmと限定しているために黒鉛基材として薄い基材
を使用すると、亀裂及び変形等が起こり、また厚い基材
については、ピンホール、剥離等が生じる。特開昭4!
13−83706号においては、黒鉛に浸入した炭化珪
素層の厚みを0.125mm以上としているために上記
と同様の不都合が生じ、さらに黒鉛気孔部を炭化珪素に
より密封することば黒鉛基材が珪化されることにより膨
張し、亀裂及び変形が生じ実用的ではない。また、特開
昭50−130363号においては、熱分解炭素の熱膨
張係数を炭化珪素の4.4 Xl0−6/Kに近づける
ことは非常に困難であり、炭化珪素膜が剥離することば
避は難い。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は、前述した従来技術が抱える問題点を種々
調べたところ、黒鉛表面を溶融珪素と反応させると黒鉛
細孔部より溶融珪素が浸透し、バインダ一部と骨材黒鉛
の一部が珪化されることが判明した。特に、黒鉛の全細
孔容積の含浸率がボアー半径及び熱膨張係数と相関があ
ることが明らかとなった。そしてこれらの現象を有効に
利用することにより炭化珪素被膜のピンホール、剥離及
び亀裂のない炭化珪素被覆用黒鉛−炭化珪素複合体が得
られ、従来の問題点を解決できることが判明した。本発
明はこの新しい事実に基づいて完成゛されたものであっ
て、即ち本発明は黒鉛基材の表層部に炭化珪素が含浸さ
れて成る黒鉛−炭化珪素複合体及びその製造法に係るも
のである。
〔作 用〕
本発明の如く黒鉛表面を溶融珪素と反応させると黒鉛細
孔部に溶融珪素が浸透し、黒鉛の一部が炭化珪素となる
(この反応を含浸処理と呼ぶ)。
この反応により、種々の熱膨張係数の黒鉛基材が炭化珪
素の熱膨張係数(4,4Xl0−6/K)に収斂される
。また、ボアー半径及び細孔容積も小さくなる。これら
のことは、化学気相蒸着法(以下CVD法という)によ
り炭化珪素を被覆する場合に、前者は剥離及び亀裂を防
止する作用があり、後者はピンホール発生を防止する作
用を発揮する。
しかし乍ら、炭化珪素の含浸が全細孔容積の5%に達し
ないと、熱膨張係数が近似し難く、またボアー半径もピ
ンホールの原因となる1μm以下とはなり難い。60%
より多くなると熱膨張係数は近似するが、体積膨張によ
り黒鉛基材の変形又は亀裂を生じる傾向がある。従って
本発明の上記作用を特に顕著に発揮させるためには、使
用する黒鉛基材の全細孔容積の5〜60%が炭化珪素で
含浸されるようにすることが特に好ましい。
以下に本発明をその製法に従って説明する。
本発明に於いては黒鉛基材に溶融珪素を浸透せしめて、
反応を行うことをその基本としている。
この際使用する黒鉛基材としては、比較的多孔性の小さ
いものが好ましく、通常嵩密度が1.70〜1゜90g
/c[、全細孔容積が10〜20cnl/g及び平均ボ
アー半径が1.0〜2.0μm黒鉛基材が使用される。
但し、上記特性は夫々次のことを示す。
嵩密度:黒鉛基材の全体積当たりの質量(g/c+fl
)気孔率:黒鉛基材の体積中の全気孔の割合全細孔容積
:Hgポロシメーター(Hg圧入法)により求めた開気
孔の全容積(cJ/ g )平均ボアー半径:Hgポロ
シメーターから求めた細孔容積の平均ボアー半径(μm
) 更に本発明に於いては黒鉛基材として高純度のものを使
用することにより、更に高純度の複合材料が収得出来る
。高純度黒鉛基Uとしてはその純度としては不純物(灰
分)が10ppm以下、とくに好ましくは21)fun
以下のものが好ましい。高純度化の方法としては特に制
限されず、各種の方法が任意に適用される。好ましい方
法としては特願昭61−224131号に記載の方法を
例示することが出来る。
珪素としては溶融金属珪素に黒鉛基材を浸すばかりでな
く、CVD法や珪素蒸気により黒鉛基材上に珪素を形成
せしめ、これを溶融して反応せしめてもよい。しかし乍
ら溶融珪素浸漬法は含浸率を調節するのがむずかしいた
めCVD法が望ましい。
本発明に於いて珪素と黒鉛基材とを反応せしめるに際し
ては、特に黒鉛基材の全細孔容積の5〜60%が炭化珪
素で含浸されるように調整することが好ましい。5%に
達しないとすでに述べた通り、炭化珪素と黒鉛との熱膨
張係数が近似せず、且つボアー半径が小さくならず、ビ
ンボールの発生、剥離、亀裂等が生じ、また60%より
も多くなると体積膨張により黒鉛基材の変形や亀裂が発
生ずる。
而して珪素と黒鉛基材との反応に際しては、溶融珪素に
黒鉛基材を浸して反応させる方法、CVD法または珪素
蒸気により黒鉛基材表面に珪素被覆を行い、珪素の融点
以上の温度で熱処理を行ってもよい。CVD法は、S 
i IiaまたはSjH犯、のようなハロゲン化シラン
または5i11.を用い、水素をキャリアガスとして、
1300〜1600にで黒鉛基材上に化学気相蒸着を行
えば、均一にSt被被膜生成する。続いて、温度を珪素
の融点以上好ましくは1750〜1900にで熱処理を
行うと被覆した珪素の90%以上は黒鉛の気孔の中に浸
透し炭化珪素となる。
かくして得られる本発明の黒鉛−炭化珪素複合材料は第
1図でも示す通り、その表面層がほぼ均一な状態で黒鉛
と炭化珪素とから成っている。但し第1図は実施例1の
本発明複合材料の断面の走査型電子顕微鏡写真(100
倍)であり、白く見える部分は炭化珪素、また黒く見え
る部分は黒鉛である。
本発明複合材料はそれ自体でもたとえばSi引上げ用る
つぼ及びヒーター等の用途に使用出来るが、特に好まし
くはこの上に更に常法によりSiC被覆を行うことであ
る。即ち本発明複合材料の表面は黒鉛と炭化珪素との複
合層から成っているために、この」二にSiC被覆を行
うと極めて強固にSiC被膜が形成されるため、その結
果として熱衝撃に極めて強く、且つビンポールの全く存
在しない三層複合材料が得られる。これを換言すれば本
発明複合材料はSiC被覆用基材として極めて好適な材
料となっていることである。このような更にSiC被膜
を形成した三層複合材料は上記の特性を有するため、た
とえば集積回路(IC)の製造プロセス中半導体ウェハ
ーを処理するために使用される耐酸化性及び耐食性構造
物、エピタキシャル成長用ザセプター、拡散炉用部品、
プラダマCVD用部品、ホード等に極めて好適な材料と
なる。
この第三層にあたるSiC層を形成せしめる手段自体は
何等限定されず、従来から知られている各種の手段がい
ずれも有効に使用出来、その−例を示せばCVD法によ
る被覆手段を例示出来る。
更に詳しくはS i 工4、si++区。等のハロゲン
化シランやS i II 4とCH4、C3+18等の
炭化水素又はCC4等を水素をキャリアとして炉内へ導
入する方法、またはC1l:+SiC:乞a等の有機シ
ラン系ガスや石英−炭素系等のSiOガスを用いて蒸着
させてもよい。
〔実施例〕
次にその実施例を述べる。
実施例1〜3 高純度黒鉛(嵩密度1.78g/C1d、平均ボアー半
径1.4μm、全細孔容積0.085 cl/ g、熱
膨張係数4.0 Xl0−6/K)を直径100mm、
厚さ5mmに加’JLI、た。ごの黒鉛基材を温度14
0 OKに加熱し、 5iOi;<0.9 XIO2m
ol/min 、H20,9mo見/minを流し、珪
素被覆を行った。さらにI(20,05moVminを
流しながら温度を1800 Kに屏温し、1時間加熱し
た。尚、珪素被覆時間は、全細孔容積に対する炭化珪素
の含浸率によって決めた。
その結果、炭化珪素含浸率5.30、及び60%の試料
を3種類得た。それらの試料の熱膨張係数、ボアー半径
を測定した。この結果を表1に示す。
続いて、得られた黒鉛−炭化珪素複合体を1500 K
に加熱し、5iCL40.9 XIO−2mo立/mi
n、H□1.8 mou/min 、、 C3HB  
1.3 Xl0−’ mofL/minで90分、更に
炉内で基材と支持台との支点を変え90分被覆を行った
。膜厚ば重量増加から旧算して100μmであった。
比較例1〜3 上記実施例に於いて炭化珪素含浸率を夫々0.0.2及
び80%とし、その他はすべて実施例と同様に処理した
。その結果を表1に示す。
これ等実施例1〜3及び比較例1〜2で得られ試料につ
いてランニングテス1−(90°Cで35時間空気中で
加熱)及び熱衝撃テスh(450°Cに加熱された電気
炉中に30分間保持し、その後水中へ浸し、クランク等
の1111認操作の10回繰り返し)を行った。その結
果を表2に示す。
以」−の結果より全細孔容積に対する炭化珪素含浸率ば
5〜60%が優れていることが判明する。
〔発明の効果〕
本発明の黒鉛−炭化珪素複合材料に更に炭化珪素を被覆
した炭化珪素被覆黒鉛はピンボールが皆無で剥離、亀裂
の極めて少ないもので半導体その他各種の製造用材料と
して極めて好適なものであり、産業上の利用価値は高い
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1の炭化珪素−黒鉛複合材料の走査型電
子顕微鏡写真(100倍)を示す図面である。 (以上) 特許出願人  東洋炭素株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)黒鉛基材の表層部に炭化珪素が含浸されて成る黒
    鉛−炭化珪素複合体。
  2. (2)黒鉛基材の全細孔容積の5〜60%が炭化珪素で
    含浸されるように溶融珪素を浸透、反応せしめることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の黒鉛−炭化珪
    素複合体の製造法。
JP63077595A 1988-03-29 1988-03-29 黒鉛一炭化珪素複合体並びにその製造法 Granted JPH01249679A (ja)

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