JP2000178751A - 炭化珪素体の製造方法 - Google Patents

炭化珪素体の製造方法

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JP2000178751A
JP2000178751A JP10357933A JP35793398A JP2000178751A JP 2000178751 A JP2000178751 A JP 2000178751A JP 10357933 A JP10357933 A JP 10357933A JP 35793398 A JP35793398 A JP 35793398A JP 2000178751 A JP2000178751 A JP 2000178751A
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Hirotake Yamada
裕丈 山田
Makoto Murai
真 村井
Hiroshi Furukubo
古久保  浩
Yasufumi Aihara
靖文 相原
Haruaki Ohashi
玄章 大橋
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NGK Insulators Ltd
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56After-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32Carbides
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Abstract

(57)【要約】 【課題】化学的気相成長法によって得られた炭化珪素体
の電気抵抗率を顕著に上昇させる。 【解決手段】化学的気相成長法によって形成された炭化
珪素体を、2000℃以上、特に好ましくは2200℃
以上の温度で、真空下または不活性ガス雰囲気下で熱処
理することによって、熱処理前の炭化珪素体の電気抵抗
率よりも高い電気抵抗率を有する炭化珪素体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素体を製造
する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】黒鉛等の基材の表面に、化学的気相成長
法によって炭化珪素体を製造する方法は、例えば特開平
10−256108、特開平01−224286に記載
されている。こうした炭化珪素体は、緻密質であって、
高い耐蝕性を示す傾向がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、炭化珪素
体の電気抵抗率を向上させ、高抵抗の炭化珪素体を得る
必要に迫られていた。なぜなら、例えば半導体製造装置
の分野において、高抵抗炭化珪素体を形成するという要
求があったからである。しかし、化学的気相成長法を実
施する際の条件、例えばキャリアガスの流量、珪素源ガ
スの流量、炭素源ガスの流量、成膜温度、成膜時間等の
各製造条件をいかに工夫しても、炭化珪素体の電気抵抗
率をある程度以上上昇させることは困難であった。
【0004】本発明の課題は、化学的気相成長法によっ
て得られた炭化珪素体の電気抵抗率を顕著に上昇させ得
る方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、化学的気相
成長法によって形成された炭化珪素体を、2000℃以
上の温度で真空下または不活性ガス雰囲気下で熱処理す
ることによって、炭化珪素体の電気抵抗率が顕著に上昇
することを見いだし、本発明に到達した。
【0006】こうした電気抵抗率の上昇の原因は、明ら
かに予測を大幅に越えるものであり、その機構は現在の
ところ説明できず、新規なものと考えられる。
【0007】炭化珪素それ自体は、幾つかの結晶相を有
している。一般的には、6H相は炭化珪素の高温相であ
る。しかし、文献(「SiC半導体材料、デバイスとコ
ンダクター材料」松渡弘元他、1994年「まてりあ」
33巻、6号、720−724頁)によると、結晶相の
相違による電気抵抗率の変化は、各結晶相におけるキャ
リア移動度から計算すると、高くとも2倍程度である。
この一方、本発明による化学的気相成長炭化珪素体の電
気抵抗率の上昇は顕著であり、前記した結晶相の変化か
らは説明不可能であった。
【0008】炭化珪素体の熱処理温度2000℃近辺に
おいて、熱処理後の炭化珪素体の電気抵抗率に著しい変
化が見られた。この熱処理温度は、2100℃以上とす
ることが好ましく、2200℃以上とすることが一層好
ましい。また、炭化珪素体が昇華しないような温度およ
び時間の範囲内であれば、熱処理温度の上限は特にない
が、一般的には2400℃以下が好ましい。
【0009】熱処理時の雰囲気は、真空または不活性ガ
ス雰囲気であるが、真空またはアルゴン雰囲気が特に好
ましい。窒素はドナーとして作用する可能性がある。
【0010】熱処理時の最高温度における保持時間も特
に制限されないが、一般的には1時間以上が好ましく、
2時間以上が更に好ましい。炭化珪素体の昇華が生じな
いようであれば、熱処理時間の上限は特にないが、経済
的な観点からは48時間以下が好ましい。
【0011】炭化珪素体を形成するべき基材は特に限定
されないが、以下のものが好ましい。 (1)炭化珪素を主成分とする焼結体。例えば、炭化珪
素の組成比率が90%以上であり、かつ相対密度が90
%以上である焼結体、炭化珪素の組成比率が90%以上
であり、かつ相対密度が56%〜90%である多孔質焼
結体、炭化珪素と金属シリコンとの混合焼結体。 (2)窒化珪素、窒化アルミニウム等の絶縁性セラミッ
クス。 (3)黒鉛。
【0012】好ましくは、炭化珪素体は、高純度で理論
密度と同じ完全緻密体であり、特に好ましくは、炭化珪
素体の純度が99.9999%以上である。
【0013】化学的気相成長法の好ましい条件は以下の
とおりである。
【0014】好ましくは、成膜温度において、炉内にし
ばらく水素を流し続けた後に、珪素源化合物と炭素源化
合物とを炉内に導入し、炭化珪素体を形成する。成膜温
度において、珪素源化合物と炭素源化合物とを炉内に導
入する前に水素を流すことで、基材と炭化珪素体の密着
性が向上し、炭化珪素体の剥離を防止することができ
る。さらに望ましくは、炭素源化合物を導入するのに先
立ち、珪素源化合物のみを水素およびアルゴンと共に炉
内に短時間導入することによって、基材と炭化珪素体の
密着性をさらに向上させることができる。
【0015】基材に対して化学的気相成長法によって炭
化珪素体を形成するのに際し、SiCl4 、SiHCl
3 、SiCl2 2 およびSiH4 からなる群より選ば
れた一種以上の珪素源化合物と、CH4 、C2 6 およ
びC3 8 からなる群より選ばれた一種以上の炭素源化
合物と、水素と、アルゴンとの混合ガスを原料ガスとす
ることが好ましい。
【0016】この際には、原料ガスにおいて下記の関係
が満足されていることが好ましい。 0.14≦(〔A〕+〔B〕×n)/(〔Ar〕+〔H
2 〕)≦0.55 1.0≦〔A〕/(〔B〕×n)≦1.6 0.09≦〔Ar〕/〔H2 〕≦5 (ただし、nは、炭素源化合物の一分子当りの炭素原子
数であり、〔A〕は、珪素源化合物の標準状態の気体に
換算したときの体積であり、〔B〕は、炭素源化合物の
標準状態に換算したときの体積であり、〔Ar〕は、ア
ルゴンの標準状態に換算したときの体積であり、
〔H2 〕は、水素の標準状態に換算したときの体積であ
る。)
【0017】
【実施例】化学的気相成長法によって、基材の表面に炭
化珪素体を形成した。基材として、直径φ100mm、
厚さ10mmのグラファイト製の円盤状基材を用いた。
昇温時間の間、キャリアガスとしてアルゴンを供給し
た。次いで、1450℃の成膜温度に保持した。145
0℃になると、最初に水素を10分間流し、次いで更に
四塩化珪素を1分間流し、次いで四塩化珪素およびメタ
ンを導入した。成膜温度における各ガスの流量比率は以
下のようにした。
【0018】(〔A〕+〔B〕×n)/(〔Ar〕+
〔H2 〕)=0.3 〔A〕/(〔B〕×n)=1.2 〔Ar〕/〔H2 〕=1
【0019】このようにして、A、B、Cの各炭化珪素
体を、それぞれ製造した。炭化珪素体の厚さは3−5m
mであった。次いで、A、B、Cの各炭化珪素体につい
て、それぞれ炭化珪素体の部分のみを基材から切り出
し、図1に示すように、幅4mm、厚さ2mm、長さ4
0mmの直方体形状の試料1を複数個得た。各試料は、
表1−表3に示すA1−A7、B1−B6、C1−C6
に該当する。各試料について、それぞれ、図1に示すよ
うにして電気抵抗率を測定した。ただし、A、B、Cの
各炭化珪素体について、それぞれ試料の位置によって電
気抵抗率にバラツキがある。
【0020】各試料1に、アルメル線3を4個所に巻付
け、アルメル線3を電流計5および電圧計4に接続し、
四端子法にて炭化珪素体の電気抵抗率を測定した。試料
1とアルメル線3の導通を確実にするため、カーボンペ
ースト2をアルメル線と試料1の表面との間に塗布し
た。4本のアルメル線のうち、外側の2本の線(電流端
子)に一定の電流を流し、その時の内側の2本の線(電
圧端子)間の電圧を測定した。測定は、20℃に保たれ
た室内で行った。この時の電気抵抗率を次の式で計算し
た。
【数1】電気抵抗率=(試料の幅×厚み×電圧)/(電
圧端子間距離×電流)
【0021】各試料について、表1−表3に示す各温度
で、真空雰囲気下またはアルゴン雰囲気下で熱処理し
た。この際、表1−表3に示す各熱処理温度に保持する
時間も、各表に示すように変更した。熱処理後の各試料
の電気抵抗率を測定従って、測定結果を各表に示した。
ただし、各表における「真空」とは0.3−0.5To
rrであり、アルゴン雰囲気とは、7N、即ち99.9
9999%の1.5気圧のアルゴン雰囲気を示す。ま
た、表1−表3には室温下での電気抵抗率を示し、表4
には150℃または200℃での電気抵抗率を示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】表1−表4から分かるように、1800℃
で熱処理したときには電気抵抗率の上昇は顕著ではない
が、2000℃以上で熱処理すると、電気抵抗率が著し
く上昇した。熱処理温度を2100℃、特に2200℃
以上とすると、電気抵抗率の上昇が一層顕著になった。
また、2200℃で熱処理したときには、熱処理時間を
長くすることによっても、電気抵抗率が一層上昇するこ
とが判明した。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、化
学的気相成長法によって得られた炭化珪素体の電気抵抗
率を顕著に上昇させ得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】炭化珪素体の電気抵抗率を測定するための装置
を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1 炭化珪素体の試料、3 アルメル線、4 電圧計、
5 電流計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古久保 浩 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 相原 靖文 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 大橋 玄章 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA03 AA06 AA10 AA16 AA17 BA37 CA05 DA09 FA10 LA02

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学的気相成長法によって形成された炭化
    珪素体を、2000℃以上の温度で真空下または不活性
    ガス雰囲気下で熱処理することによって、熱処理前の炭
    化珪素体の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率を有する炭
    化珪素体を得ることを特徴とする、炭化珪素体の製造方
    法。
JP10357933A 1998-12-16 1998-12-16 炭化珪素体の製造方法 Withdrawn JP2000178751A (ja)

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