DE102016006963A1 - A method of manufacturing a pyrolytic boron nitride container and pyrolytic boron nitride container - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Fertigen eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid (PBN) vor, das die folgenden Schritte beinhaltet: Ausbilden einer Schicht von pyrolytischem Bornitrid an einer aus Kohlenstoff gefertigten Behälterform anhand eines thermischen CVD-Verfahrens; Entfernen der Schicht aus pyrolytischem Bornitrid von der Behälterform, um ein behälterförmiges Formstück zu erhalten; Ausführen einer Oxidationsbehandlung an dem behälterförmigen Formstück, um anhaftenden Kohlenstoff an einer Oberfläche des behälterförmigen Formstücks zu entfernen, der von der Behälterform stammt; und anschließendes Durchführen einer Stärkenreduktionsbehandlung an dem behälterförmigen Formstück von einer Seite, die Kontakt mit der Behälterform hatte, um den Behälter aus pyrolytischem Bornitrid auszubilden. Die vorliegende Erfindung sieht auch einen solchen PBN-Behälter vor. Der erfindungsgemäße PBN-Behälter delaminiert oder schält sich nur schwer und ist zum Züchten eines Einkristalls geeignet.The present invention provides a method of fabricating a pyrolytic boron nitride (PBN) container comprising the steps of: forming a layer of pyrolytic boron nitride on a carbon-made container mold by a thermal CVD method; Removing the pyrolytic boron nitride layer from the container mold to obtain a container shaped article; Performing an oxidation treatment on the container-shaped molding to remove adherent carbon on a surface of the container-shaped molding derived from the vessel mold; and then performing a thickness reduction treatment on the container-shaped molding from a side in contact with the container shape to form the pyrolytic boron nitride container. The present invention also provides such a PBN container. The PBN container of the present invention delaminates or peels only with difficulty and is suitable for growing a single crystal.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid und einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid. Insbesondere betrifft vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Behälter aus pyrolytischem Bornitrid, der sich als groß dimensionierter Tiegel für die Verwendung beim Ziehen eines Einkristalls aus einem III-V-Verbindungshalbleiter oder als Tiegel zum Schmelzen von Al eignet, das zum Vakuumbedampfen oder zur Molekularstrahlepitaxie (MBE) verwendet wird, und einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid der sich für die vorstehende Verwendung eignet.The present invention relates to a method of manufacturing a pyrolytic boron nitride container and a pyrolytic boron nitride container. In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a pyrolytic boron nitride container useful as a large sized crucible for use in pulling a single crystal of a III-V compound semiconductor or as a crucible for melting Al, which is for vacuum deposition or molecular beam epitaxy (US Pat. MBE), and a pyrolytic boron nitride container suitable for the above use.
BESCHREIBUNG EINSCHLÄGIGER TECHNIKDESCRIPTION OF RELATED TECHNIQUE
Zum Ziehen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Einkristalls, wie eines GaAs-Einkristalls oder eines InP-Einkristalls, wurden verschiedene Verfahren verwendet, beispielsweise ein horizontales Bridgman-Verfahren (HB-Verfahren), ein Horizontal-Gradient-Freeze-Verfahren (HGF-Verfahren) ein Liquid-Encapsulated-Ziehverfahren (Liquid Encapsulated Czochralski-Verfahren; LEC-Verfahren), ein vertikales Bridgman-Verfahren (VB-Verfahren), ein Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren (VGF-Verfahren).For pulling a III-V compound semiconductor single crystal, such as a GaAs single crystal or an InP single crystal, various methods have been used, for example, a Bridgman horizontal (HB) method, a Horizontal Gradient Freeze (HGF) method. Method), a Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) method, a Vertical Bridgman (VB) method, a Vertical Gradient Freeze (VGF) method.
Um das Verdampfen von Bestandteilelementen zu vermeiden, wird ein LEC-Verfahren gewählt, und bei diesem LEC-Verfahren wurden zuvor Quarztiegel verwendet. In diesem Fall entsteht ein Problem dadurch, dass sich Si-Verunreinigungen in ein Kristall mischen und folglich wird das Ziehen gewöhnlich mit Cr-Dotierung durchgeführt.In order to avoid the vaporization of constituent elements, an LEC method is chosen, and in this LEC method, quartz crucibles were previously used. In this case, a problem arises in that Si impurities mix in a crystal, and consequently, the drawing is usually carried out with Cr doping.
Cr-Dotieren senkt jedoch die Isolierung und macht den Kristall dadurch für IC-Substrate ungeeignet. Um ein nicht dotiertes Halbleitersubstrat zu erzielen wurde folglich die Verwendung eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid (nachstehend auch als „PBN” bezeichnet) vorgeschlagen (Patentschrift 1), der eine hochreine III-V-Verbindung ergibt und kein Verunreinigungsniveau bildet, das als Dotierstoff wirkt, selbst wenn es in den Einkristall gemischt wurde.However, Cr doping lowers the insulation and thereby makes the crystal unsuitable for IC substrates. Accordingly, in order to obtain a non-doped semiconductor substrate, there has been proposed the use of a pyrolytic boron nitride container (hereinafter referred to as "PBN") (Patent Literature 1) which gives a high-purity III-V compound and does not form an impurity level which acts as a dopant. even if it was mixed in the single crystal.
Diese LEC-Verfahren zieht einen Kristall unter Umständen mit hohem Temperaturgradienten und hat den Nachteil, dass die Versetzungsdichte im Kristall hoch ist. Andererseits ergeben Verfahren mit vertikalem Schiffchen, wie ein VB-Verfahren, in dem ein Impfkristall in einem PBN-Tiegel angeordnet ist und in Kontakt mit einer Rohmaterialschmelze gebracht wird, um einen Einkristall zu ziehen, wobei die Temperatur von der Impfkristall-Seite langsam gesenkt wird, ergibt eine geringere Versetzungsdichte im Vergleich zu LEC-Verfahren. Folglich wird ihnen zunehmend Aufmerksamkeit als Verfahren zum Herstellen eines Substrats für eine Elektronenanordnung geschenkt.This LEC method may pull a crystal with a high temperature gradient and has the disadvantage that the dislocation density in the crystal is high. On the other hand, vertical boat methods such as a VB method in which a seed crystal is placed in a PBN crucible and brought into contact with a raw material melt to pull a single crystal, the temperature being slowly lowered from the seed side are slowly produced , gives a lower dislocation density compared to LEC methods. As a result, they are receiving increasing attention as a method of manufacturing a substrate for electron assembly.
In einem PBN-Tiegel, der in diesen Verfahren mit vertikalem Schiffchen verwendet wird, muss die Innenwand eines Tiegels mit Boroxid (B2O3) beschichtet werden, das mit einem Rohmaterial eingespeist wird, um nicht durch direkten Kontakt mit Rohmaterialschmelze benetzt zu werden. Wenn das Rohmaterial und B2O3 zusammen eingespeist und erhitzt werden, schmilzt B2O3, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, und deckt die Innenwand des Tiegels ab, und das Rohmaterial schmilzt durch weiteres Erhitzen, und folglich kommt das Rohmaterial nicht direkt mit einem PBN-Tiegel in Kontakt, um ein Einkristall mit wenigen Defekten zu erzeugen. Wenn eine PBN-Schicht delaminiert oder sich von der Innenwand eines PBN-Tiegels ablöst, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Bereich bildet, der nicht richtig mit B2O3 abgedeckt ist. Infolgedessen entsteht beginnend von dem Bereich eine Kristallgrenze, was ein fatales Problem beim Polykristallisieren verursacht, und im schlechtesten Fall verhindert, dass ein Einkristall zu erzeugt wird (Patentschrift 2).In a PBN crucible used in these vertical boat methods, the inner wall of a crucible must be coated with boron oxide (B 2 O 3 ), which is fed with a raw material so as not to be wetted by direct contact with raw material melt. When the raw material and B 2 O 3 are fed together and heated, B 2 O 3 , which has a low melting point, melts and covers the inner wall of the crucible, and the raw material melts by further heating, and hence the raw material does not directly come along a PBN crucible in contact to produce a single crystal with few defects. When a PBN layer delaminates or peels off the inner wall of a PBN crucible, the likelihood of forming an area that is not properly covered with B 2 O 3 increases . As a result, a crystal boundary is formed starting from the region, causing a fatal problem in polycrystallization, and in the worst case preventing a single crystal from being generated (Patent Document 2).
PNB-Behälter werden oft hergestellt, indem anhand eines thermischen CVD-Verfahrens (chemische Gasphasenabscheidung) eine Schicht auf einer aus Kohlenstoff gefertigten Behälterform ausgebildet wird. Nach dem Entfernen der Form, haftet aus der Behälterform stammender Kohlenstoff an der Oberfläche des PNB-Behälters. Folglich entsteht ein Problem, wenn der Behälter für einen Prozess verwendet wird, bei dem Kohlenstoffverunreinigungen schädlich sind (Patentschrift 3).PNB containers are often made by forming a layer on a carbon-made container mold by a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method. After removal of the mold, carbon derived from the container mold adheres to the surface of the PNB container. Consequently, a problem arises when the container is used for a process in which carbon contaminants are harmful (Patent Document 3).
Schriften zum Stand der TechnikFonts of the prior art
Patentschriftenpatents
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Patentschrift 1:
Japanische Offenlegungsschrift, Veröffentlichungsnr. H10-87306 Japanese Laid-Open Publication No. Publ. H10-87306 -
Patentschrift 2:
Japanische Offenlegungsschrift, Veröffentlichungsnr. 2003-146791 Japanese Laid-Open Publication No. Publ. 2003-146791 -
Patentschrift 3:
Japanische Offenlegungsschrift, Veröffentlichungsnr. H11-335195 Japanese Laid-Open Publication No. Publ. H11-335195
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Problemstellung gemacht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines PBN-Behälters. der nur schwer delaminiert oder sich schält und dazu geeignet ist, einen Einkristall zu züchten, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen.The present invention has been made in view of the above-described problem. The object of the present invention is the provision of a PBN container. which is difficult to delaminate or peel and is capable of growing a single crystal, and a method for producing the same.
Um das vorstehende Problem zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid vor, das die folgenden Schritte umfasst:
Ausbilden einer Schicht aus pyrolytischem Bornitrid auf einer aus Kohlenstoff gefertigten Behälterform anhand eines thermischen CVD-Verfahrens;
Entfernen der Schicht aus pyrolytischem Bornitrid von der Behälterform, um ein behälterförmiges Formstück zu erhalten;
Durchführen einer Oxidationsbehandlung an dem behälterförmigen Formstück, um anhaftenden Kohlenstoff an einer Oberfläche des behälterförmigen Formstücks zu entfernen, der von der Behälterform stammt; und danach
Durchführen einer Stärkenreduktionsbehandlung an dem behälterförmigen Formstück von einer Seite, die Kontakt mit der Behälterform hatte, um den Behälter aus pyrolytischem Bornitrid auszubilden.In order to solve the above problem, the present invention provides a method of manufacturing a pyrolytic boron nitride container, comprising the steps of:
Forming a layer of pyrolytic boron nitride on a carbon-made container mold by a thermal CVD method;
Removing the pyrolytic boron nitride layer from the container mold to obtain a container shaped article;
Performing an oxidation treatment on the container-shaped molding to remove adherent carbon on a surface of the container-shaped molding derived from the vessel mold; and then
Performing a thickness reduction treatment on the container shaped article from a side in contact with the container shape to form the pyrolytic boron nitride container.
Wenn eine Schicht aus PBN an einer aus Kohlenstoff gefertigten Behälterform ausgebildet (angelagert) wird, haftet Kohlenstoff von der Behälterform an dieser. Um den Kohlenstoff zu beseitigen, wird in der vorliegenden Erfindung ein behälterförmiges Formstück mit Oxidation behandelt, nachdem es aus der Behälterform entfernt wurde. Durch diese Behandlung wird der aus der Behälterform stammende und beispielsweise an der Innenwand anhaftende Kohlenstoff nahezu vollständig durch Umwandlung in Kohlendioxid beseitigt. Folglich ist die vorliegende Erfindung ideal für die Verwendung in einem Prozess, in dem Kohlenstoffverunreinigungen schädlich sind.When a layer of PBN is formed (attached) to a carbon-made container mold, carbon adheres to it from the container mold. In order to remove the carbon, in the present invention, a container-shaped blank is oxidized after being removed from the container mold. By this treatment, the carbon originating from the container mold and adhering, for example, to the inner wall, is almost completely eliminated by conversion into carbon dioxide. Thus, the present invention is ideal for use in a process in which carbon contaminants are detrimental.
Durch diese Oxidationsbehandlung wird auch PBN auf der Oberfläche oxidiert und teilweise in B2O3 umgewandelt. Wenn die Oxidationsbedingungen beispielsweise auf 3 Stunden bei 800 bis 1100 C in der Luft eingestellt sind, wird die oxidierte Schicht eine Stärke von ungefähr 0,01 bis 0,5 μm aufweisen. Da PBN und B2O3 zusammen vorliegen, ist dieser Teil spröde und es besteht die Gefahr, dass er teilweise delaminiert. Es ist möglich, diesen Teil zu entfernen, indem eine Stärkenreduktionsbehandlung durchgeführt wird, um einen PBN-Behälter zu erzielen, der nicht delaminiert oder sich schält. Darüber hinaus wird in Betracht gezogen, dass die obere Oberfläche der Innenseite der Schicht viele PBN-Defekte enthält, da sie während eines ersten Stadiums des Ausbildens der Schicht ausgebildet wurde, zu dem die Atmosphäre zum Ausbilden einer Schicht nicht stabil ist. Diese Oberflächenschicht wird ebenfalls durch die Stärkenreduktionsbehandlung entfernt, und eine frische PBN-Schicht mit wenigen Defekten liegt an der Oberfläche.This oxidation treatment also oxidizes PBN on the surface and partially converts it to B 2 O 3 . For example, when the oxidation conditions are set at 800 to 1100 C in the air for 3 hours, the oxidized layer will have a thickness of about 0.01 to 0.5 μm. Since PBN and B 2 O 3 are present together, this part is brittle and there is a risk that it partially delaminates. It is possible to remove this part by performing a starch reduction treatment to obtain a PBN container that does not delaminate or peel. Moreover, it is considered that the upper surface of the inside of the layer contains many PBN defects because it was formed during a first stage of forming the layer to which the atmosphere for forming a layer is not stable. This surface layer is also removed by the thickness reduction treatment, and a fresh PBN layer with few defects is on the surface.
Vorzugsweise wird die Stärkenreduktionsbehandlung durch Schleifen oder Polieren durchgeführt.Preferably, the thickness reduction treatment is carried out by grinding or polishing.
Sowohl Schleifen als auch Polieren kann die koexistierende B2O3-Schicht, die eine Oberflächenschicht des PBN-Behälters ist, leicht und gleichmäßig entfernen.Both grinding and polishing can easily and uniformly remove the coexisting B 2 O 3 layer, which is a surface layer of the PBN container.
Bei der Stärkenreduktionsbehandlung an dem behälterförmigen Formstück wird vorzugsweise eine Oberflächenschicht mit einer Stärke von 0,5 μm oder darüber und 100 μm oder darunter von der Seite entfernt, die Kontakt mit der Behälterform hatte.In the thickness reduction treatment on the container-shaped molding, it is preferable to remove a surface layer having a thickness of 0.5 μm or above and 100 μm or below from the side having contact with the container shape.
In einem Behälter, der einer solchen Stärkenreduktionsbehandlung unterzogen wird, wird die koexistierende B2O3-Schicht nahezu vollständig entfernt und folglich das Auftreten von Delaminierung oder Abschälen bei Verwendung zum Züchten eines Kristalls zuverlässiger unterdrückt.In a container subjected to such a thickness reduction treatment, the coexisting B 2 O 3 layer is almost completely removed, and hence the occurrence of delamination or peeling when used to grow a crystal is more reliably suppressed.
Vorzugsweise wird die Stärkenreduktionsbehandlung an einer Ecke des behälterförmigen Formstücks durchgeführt.Preferably, the thickness reduction treatment is performed at a corner of the container-shaped molding.
Es wird davon ausgegangen, dass an der Ecke eines PBN-Behälters, an der die beiden Flächen zusammentreffen, die Beschaffenheit einer PBN-Schicht durch Eigenspannung aufgrund Anisotropie einer Schicht dazu neigt, spröde zu sein, und die Gefahr besteht, dass sie sich abtrennt. Folglich ist es aus der Sicht des Freilegens einer frischen PNB-Schicht mit wenigen Defekten nützlicher, die Stärkenreduktionsbehandlung der PBN-Schicht in dieser Ecke durchzuführen, die ursprünglich spröde und teilweise in B2O3 umgewandelt ist.It is believed that at the corner of a PBN container where the two surfaces meet, the nature of a PBN layer due to residual stress due to anisotropy of a layer tends to be brittle and is liable to segregate. Consequently, it is from the perspective of the Expose a fresh PNB layer with few defects more useful to perform the starch reduction treatment of the PBN layer in this corner, which is originally brittle and partially converted to B 2 O 3 .
Die vorliegenden Erfindung sieht auch einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid bereit, der folgendermaßen gefertigt wird: Ausbilden einer Schicht auf einer aus Kohlenstoff gefertigten Behälterform anhand eines thermischen CVD-Verfahrens, die von der Behälterform entfernt wird, und anschließendes Unterziehen einer Oxidationsbehandlung, um Kohlenstoff, der an einer Oberfläche davon anhaftet, zu entfernen, und Unterziehen einer Stärkenreduktionsbehandlung an einer Seite, die mit der Behälterform Kontakt hatte.The present invention also provides a pyrolytic boron nitride container manufactured as follows: forming a layer on a carbon-made container mold by a thermal CVD method, which is removed from the container mold, and then subjecting an oxidation treatment to carbon, adhered to a surface thereof, and subjecting a thickness reduction treatment to a side having contact with the container shape.
Ein solcher PBN-Behälter legt eine frische Oberfläche frei, ohne eine koexierende B2O3-Schicht an der Innenwand einzubeziehen, wodurch das Auftreten von Delaminierung oder Abschälen schwierig ist. Folglich eignet sich der erfindungsgemäße PBN-Behälter ideal als Tiegel zum Züchten eines Einkristalls und so weiter.Such a PBN container exposes a fresh surface without involving a coextrusive B 2 O 3 layer on the inner wall, whereby the occurrence of delamination or peeling is difficult. Consequently, the PBN container of the present invention is ideally suited as a crucible for growing a single crystal and so on.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Vorsehen eines verbesserten PBN-Behälters, bei dem Delaminieren oder Abschälen nur schwer auftritt. Der von der vorliegenden Erfindung vorgesehene PBN-Behälter ist ideal zum Züchten eines Einkristalls und es ist möglich, einen Einkristall stabil mit wenigen Kristalldefekten zu züchten, indem ein Kristall unter Verwendung des Behälters gezüchtet wird. Dies eignet sich besonders für einen groß dimensionierten Tiegel, der zum Ziehen eines Einkristalls aus einem III-V-Verbindungshalbleiter, einen Tiegel zum Schmelzen von Al, der zum Vakuumbedampfen oder zur Molekularstrahlepitaxie (MBE) verwendet wird, usw. Der von der vorliegenden Erfindung vorgesehene PBN-Behälter hat auch den Vorteil, dass Risse während der Verwendung nur schwer auftreten, und er daher zum Senken der Kosten beim Herstellen eines Halbleiters usw. nützlich ist. Zuvor wurde hochreines behandeltes Graphit als Behälterform verwendet, um zu vermeiden, dass Unreinheiten in PBN-Behälter gemischt wurden. In der vorliegenden Erfindung wird nach der Oxidationsbehandlung die Stärkenreduktionsbehandlung gemäß der Beschreibung oben durchgeführt, und daher ist es möglich, einen Behälter von der gleichen Qualität wie die früheren zu fertigen, selbst wenn eine unbehandelte Behälterform von herkömmlicher Güte verwendet wird, was den Vorteil hat, dass die Kosten für eine Behälterform gesenkt werden.The present invention enables the provision of an improved PBN container which is difficult to delaminate or peel off. The PBN container provided by the present invention is ideal for growing a single crystal, and it is possible to stably grow a single crystal with few crystal defects by growing a crystal using the container. This is particularly suitable for a large-sized crucible used for pulling a III-V compound semiconductor single crystal, an Al melting crucible used for vacuum vapor deposition or molecular beam epitaxy (MBE), etc. The present invention PBN container also has the advantage that cracks are difficult to occur during use, and therefore it is useful for lowering the cost of manufacturing a semiconductor, etc. Previously, high purity treated graphite was used as a container mold to avoid mixing impurities in PBN containers. In the present invention, after the oxidation treatment, the starch reduction treatment is carried out as described above, and therefore it is possible to produce a container of the same quality as the earlier ones even if an untreated conventional form container mold is used, which has the advantage of that the costs for a container form are lowered.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es zeigen:Show it:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to these.
Die vorliegenden Erfinder haben nach gründlicher Untersuchung festgestellt, dass beim Herstellen eines PBN-Behälters ein qualitativ hochwertiger PBN-Behälter erzeugt werden kann, indem nach einer Oxidationsbehandlung eine Stärkenreduktionsbehandlung an dem behälterförmigen PBN-Formstück durchgeführt wird, das durch ein thermisches CVD-Verfahren unter Verwendung einer aus Kohlenstoff gefertigten Behälterform hergestellt wurde; und ein Einkristall ohne Defekte durch Ziehen des Kristalls unter Verwendung dieses PBN-Behälters erzeugt werden kann.The present inventors have found, after thorough investigation, that in producing a PBN container, a high-quality PBN container can be produced by performing a starch reduction treatment on the container-shaped PBN molding produced by a thermal CVD method after oxidation treatment a container made of carbon was prepared; and a single crystal can be generated without defects by pulling the crystal by using this PBN container.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.The invention will be explained below with reference to the drawings.
Bei der Herstellung eines PBN-Behälters gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein beliebiges bekanntes thermisches CVD-Verfahren verwendet werden. Das Ausbilden einer PBN-Schicht anhand eines thermischen CVD-Verfahrens wird in einer Niederdruck-CVD-Vorrichtung mit externer Beheizung
Dir so erzielte PBN-Schicht wird dann aus der Behälterform
Die Bedingungen für die Oxidationsbehandlung unterliegen keinen besonderen Einschränkungen. Beispielsweise wird sie durch Erhitzen auf eine Temperatur von 800 bis 1100°C über 1 bis 10 Stunden, z. B. 3 Stunden an der Luft durchgeführt. Der an dem behälterförmigen Formstück anhaftende Kohlenstoff wird durch diese Behandlung oxidiert und in Kohlendioxid umgewandelt, wobei er nahezu vollständig entfernt wird. Es ist auch möglich, die Konzentration des Sauerstoffs in der umgebenden Atmosphäre beim Erhitzen zu erhöhen. Der anhand der vorliegenden Erfindung erhaltene Behälter, in dem Kohlenstoff an der Innenwand durch Oxidationsbehandlung entfernt wurde, ist ein idealer Behälter für einen Prozess in dem Kohlenstoffverunreinigungen schädlich sind.The conditions for the oxidation treatment are not particularly limited. For example, it is heated by heating at a temperature of 800 to 1100 ° C for 1 to 10 hours, for. B. carried out in the air for 3 hours. The carbon adhered to the container-shaped molding is oxidized by this treatment and converted into carbon dioxide, whereby it is almost completely removed. It is also possible to increase the concentration of oxygen in the surrounding atmosphere when heated. The container obtained by the present invention, in which carbon on the inner wall has been removed by oxidation treatment, is an ideal container for a process in which carbon contaminants are detrimental.
Durch die Oxidationsbehandlung oxidiert das Oberflächen-PBN auch teilweise zu B2O3. Beispielsweise bildet eine Oxidationsbehandlung mit den vorstehenden Bedingungen eine oxidierte Schicht (eine Schicht in der PBN und B2O3 zusammen vorhanden sind) von einer Stärke von ungefähr 0,01 bis 0,5 μm, wobei die Gefahr besteht, dass dieser Oberflächenteil delaminiert. Um diese Oberfläche zu entfernen, wird in der vorliegenden Erfindung eine Stärkenreduktionsbehandlung an dem behälterförmigen Formstück an einer Seite durchgeführt, die Kontakt mit der Behälterform hatte, um den Behälter aus pyrolytischem Bornitrid fertigzustellen.Due to the oxidation treatment, the surface PBN also partially oxidizes to B 2 O 3 . For example, an oxidation treatment having the above conditions forms an oxidized layer (a layer in which PBN and B 2 O 3 are present together) of a thickness of about 0.01 to 0.5 μm, which is liable to delaminate this surface part. In order to remove this surface, in the present invention, a starch reduction treatment is performed on the container-shaped molding on a side having contact with the container mold to complete the pyrolytic boron nitride container.
Für das Verfahren der Stärkenreduktionsbehandlung bestehen keine besonderen Einschränkungen, und es ist möglich, ein beliebiges Verfahren zu verwenden, mit dem ein Teil der Oberfläche entfernt werden kann, einschließlich verschiedener herkömmlicher Verfahren wie Schleifen, Polieren und Ätzen. In der vorliegenden Erfindung ist es jedoch zu bevorzugen, die Stärkenreduktionsbehandlung durch Schleifen oder Polieren oder beides durchzuführen. Die Oberflächenschicht kann leicht und kostengünstig durch Schleifen oder Polieren gleichmäßig und genau entfernt werden. Beispielsweise kann Schleifen unter Verwendung einer NC-Drehmaschine erfolgen; und Polieren kann durch Pressen eines Schleifpapiers, eines Schwamms mit Schleifkörnern oder einer Bürste mit Schleifkörnern gegen die Innenwand eines umlaufenden Behälters durchgeführt werden, der in eine Drehpoliermaschine eingespannt wurde. Beide können zusammen verwendet werden. In diesem Fall wird empfohlen, dass das Ausmaß des Schleifens oder Polierens durch Messen mit einem Ultraschall-Stärkenmesser oder einem Mikrometer oder durch Konvertieren des Gewichtsunterschieds in die Stärke ermittelt wird.There are no particular limitations to the process of starch reduction treatment, and it is possible to use any method by which a part of the surface can be removed, including various conventional methods such as grinding, polishing, and etching. However, in the present invention, it is preferable to perform the thickness reduction treatment by grinding or polishing, or both. The surface layer can be easily and cheaply removed by grinding or polishing uniformly and accurately. For example, grinding may be done using an NC lathe; and polishing can be performed by pressing an abrasive paper, a sponge with abrasive grains or a brush with abrasive grains against the inner wall of a rotating container which has been clamped in a rotary polishing machine. Both can be used together. In this case, it is recommended that the amount of grinding or polishing be determined by measuring with an ultrasonic power meter or a micrometer, or by converting the weight difference into the thickness.
Bei der vorstehenden Stärkenreduktionsbehandlung wird bevorzugt eine Oberflächenschicht von einer Stärke von 0,5 μm oder darüber und 100 μm oder darunter von der Seite entfernt, die Kontakt mit der Behälterform hatte. Wenn die Stärke weniger als 0,5 μm beträgt, besteht die Möglichkeit, dass die spröde PBN-Schicht, die teilweise in B2O3 umgewandelt wird, nicht entfernt wird und sich beim Ziehen eines Kristalls als Schicht nach einer relativ kurzen Betriebszeit abtrennt, und dadurch einen Kristalldefekt verursacht. Wenn andererseits mehr als 100 μm entfernt werden, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass eine Schichtabtrennung entsteht, die für Anisotropie einer PBN-Schicht typisch ist, was ebenfalls einen Kristalldefekt verursacht. Darüber hinaus muss eine stärkere Schicht für die zu entfernende Schichtstärke ausgebildet werden, wodurch die Kosten erhöht werden. Insbesondere ist bei der Stärkenreduktionsbehandlung durch Polieren eine längere Polierzeit erforderlich, was eine unvorteilhafte Kostensteigerung verursacht. Besonders bevorzugt wird die zu entfernende Stärke auf 1 μm oder darüber und 50 μm oder darunter eingestellt. Dadurch können Probleme wie Delaminierung ohne zu hohe Kosten unterdrückt und der Vorteil der vorliegenden Erfindung zum höchsten Maß dargestellt werden.In the above starch reduction treatment, it is preferable to remove a surface layer having a thickness of 0.5 μm or above and 100 μm or below from the side having contact with the container shape. If the thickness is less than 0.5 μm, there is the possibility that the brittle PBN layer, which is partially converted to B 2 O 3 , will not be removed and will separate when pulling a crystal as a layer after a relatively short operation time, and thereby causes a crystal defect. On the other hand, if more than 100 μm is removed, the likelihood of forming a layer separation typical of anisotropy of a PBN layer is increased, which also causes a crystal defect. In addition, a thicker layer has to be formed for the layer thickness to be removed, thereby increasing the cost. In particular, in the thickness reduction treatment by polishing, a longer polishing time is required, which causes an unfavorable cost increase. More preferably, the starch to be removed is set to 1 μm or above and 50 μm or below. As a result, problems such as delamination can be suppressed without excessive cost, and the advantage of the present invention can be exhibited to the highest degree.
Die vorstehende Stärkenreduktionsbehandlung wird besonders bevorzugt an einer Ecke des behälterförmigen Formstücks durchgeführt. Dies wird auf Grundlage von
BEISPIELEXAMPLE
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen ausführlicher beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these.
<Beispiele 1 bis 10, Vergleichsbeispiel 1><Examples 1 to 10, Comparative Example 1>
In der in
An dem so erzeugten behälterförmigen Formstück wurde eine 3-stündige Oxidationsbehandlung bei 850°C an der Atmosphäre durchgeführt, um Kohlenstoff zu beseitigen, der von der aus Graphit gefertigten Behälterform übertragen worden war und an der Innenwand haftete. In diesem Fall war die Stärke der in B2O3 umgewandelten Schicht ungefähr 0,05 μm. Darüber hinaus wurde jede Innenwand poliert, um mit einem Schleifpapier der Körnung 600 eine vorgegebene Stärke zu entfernen, um mehrere PBN-Behälter zu fertigen (Beispiele 1 bis 10).The container-shaped molding thus produced was subjected to an oxidation treatment at 850 ° C in the atmosphere for 3 hours to remove carbon which had been transferred from the graphite-made container mold and adhered to the inner wall. In this case, the thickness of the B 2 O 3- converted layer was about 0.05 μm. In addition, each inner wall was polished to remove a predetermined thickness with a 600 grit abrasive paper to make a plurality of PBN containers (Examples 1 to 10).
Zum Vergleich wurde anhand des gleichen Vorgangs wie im Vorhergehenden ein PBN-Behälter gefertigt, mit der Ausnahme, dass das Entfernen durch Polieren (Stärkenreduktionsbehandlung) nicht durchgeführt wurde (Vergleichsbeispiel 1).For comparison, a PBN container was manufactured by the same procedure as above, except that the removal by polishing (thickness reduction treatment) was not performed (Comparative Example 1).
An auf diese Weise erzeugten PBN-Behältern wurden die folgenden Lebensdauerprüfungen vorgenommen. In die Behälter wurden 200 g B2O3 eingespeist, und die Temperatur wurde auf 1100°C erhöht und dort 1 Stunde lang gehalten; dann erfolgte ein natürliches Abkühlen. Bei diesem Vorgang wurde das B2O3 einmal geschmolzen und dann wieder verfestigt, wobei sich das B2O3 von der Innenwand des PBN-Behälters aufgrund des thermischen Schrumpfens abschälte; das teilweise verbleibende anhaftende B2O3 wurde vollständig durch 10-stündiges Eintauchen in Ethanol entfernt. Diese Reihe von Vorgängen wurde wiederholt, um die Wiederholungszeiten zu ermitteln bis der Behälter einen Riss ausbildete, was als die Lebensdauer definiert wurde. Darüber hinaus wurde die Situation der Schichttrennung oder Lagentrennung an der Innenwand des Behälters an beiden Enden der Reihe von Vorgängen geprüft. Die Ergebnisse aus diesem Beispiel sind in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
In den Beispielen 1 bis 10 betrug jede Lebensdauer 4 Mal oder darüber, obwohl Schichttrennung oder Lagentrennung bei manchen Beispielen abhängig von der Polierstärke bei 1-maligem Gebrauch festgestellt wurden. Im Übrigen bedeutet Lagentrennung eine Situation, in der die Lage eine Trennung nahe des Schälens erzeugte, jedoch nicht als Schicht getrennt wurde. Es wurde festgestellt, dass insbesondere dann, wenn die Polierstärke auf 0,5 bis 100 μm, insbesondere 1 bis 50 μm, eingestellt war, eine lange Lebensdauer erreicht wurde und Lagentrennung kaum auftrat. Andererseits war im Vergleichsbeispiel 1, bei dem keine Stärkenreduktionsbehandlung an der Innenwand durchgeführt wurde, die Lebensdauer des teuren PBN-Behälters 3 Mal.In Examples 1 to 10, each lifetime was 4 times or more, although in some examples, film separation or pagination was found depending on the polishing strength of 1-time use. Incidentally, ply separation means a situation in which the ply created separation near peeling, but was not separated as a layer. It was found that, in particular, when the polishing strength was set to 0.5 to 100 μm, particularly 1 to 50 μm, a long life was attained and ply separation hardly occurred. On the other hand, in Comparative Example 1 where no thickness reduction treatment was performed on the inner wall, the life of the expensive PBN container was 3 times.
<Beispiele 11 bis 20, Vergleichsbeispiel 2><Examples 11 to 20, Comparative Example 2>
Behälterförmige PBN-Formstücke wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bis 10 hergestellt. Danach wurden die behälterförmigen PBN-Formstücke einer 3-stündigen Oxidationsbehandlung bei 1000°C an der Atmosphäre unterzogen, um Kohlenstoff zu beseitigen, der von den Graphitformen übertragen worden war und an den Innenwänden haftete. Die Ecke jeder Innenwand wurde poliert, um mit einem Schleifpapier der Körnung 600 eine vorgegebene Stärke zu entfernen, um mehrere PBN-Behälter zu fertigen (Beispiele 11 bis 20).Container-shaped PBN fittings were produced in the same manner as in Examples 1 to 10. Thereafter, the container-shaped PBN molded pieces were subjected to a 3-hour oxidation treatment at 1000 ° C in the atmosphere to remove carbon which had been transferred from the graphite molds and adhered to the inner walls. The corner of each inner wall was polished to remove a predetermined thickness with 600 grit abrasive paper to make several PBN containers (Examples 11 to 20).
Zum Vergleich wurde anhand des gleichen Vorgangs wie im Vorhergehenden ein PBN-Behälter gefertigt, mit der Ausnahme, dass das Entfernen durch Polieren nicht durchgeführt wurde (Vergleichsbeispiel 2).For comparison, a PBN container was manufactured by the same procedure as above, except that the removal by polishing was not performed (Comparative Example 2).
An den so gefertigten PBN-Behältern wurden Lebensdauertests durchgeführt und die Situation der Schichttrennung oder Lagentrennung an der Innenwand der Behälter wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bis 10 geprüft. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. [Tabelle 2]
In den Beispielen 11 bis 20 betrug jede Lebensdauer 3 Mal oder darüber, obwohl Schichttrennung oder Lagentrennung bei manchen Beispielen abhängig von der Polierstärke bei 1-maligem Gebrauch festgestellt wurde. Es wurde festgestellt, dass insbesondere dann, wenn die Polierstärke auf 0,5 bis 100 μm, insbesondere 1 bis 50 μm, eingestellt war, eine lange Lebensdauer erreicht wurde und Lagentrennung kaum auftrat.In Examples 11 to 20, each life was 3 times or more, although in some examples, film separation or ply separation was found depending on the polishing strength of 1-time use. It was found that, in particular, when the polishing strength was set to 0.5 to 100 μm, particularly 1 to 50 μm, a long life was attained and ply separation hardly occurred.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform ist lediglich eine Veranschaulichung und alle Beispiele, die im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften haben und die gleichen Funktionen und Wirkungen wie die in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebenen technischen Konzepte zeigen, sind in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung einbezogen. It should be noted that the present invention is not limited to the embodiment described above. The embodiment is merely an illustration, and all examples having substantially the same characteristics and showing the same functions and effects as the technical concepts described in the claims of the present invention are included in the technical scope of the present invention.
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