JP2000203940A - SiC焼結体及びその製造方法 - Google Patents

SiC焼結体及びその製造方法

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JP2000203940A
JP2000203940A JP11004788A JP478899A JP2000203940A JP 2000203940 A JP2000203940 A JP 2000203940A JP 11004788 A JP11004788 A JP 11004788A JP 478899 A JP478899 A JP 478899A JP 2000203940 A JP2000203940 A JP 2000203940A
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sintering
weight
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Yasuhiro Aiba
康博 愛場
Kiyoshi Kawai
潔 川合
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Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼結助剤である硼素、アルミニウム、ベリリ
ウム等の含有量が少なく、高純度で半導体・液晶分野に
最適のSiC焼結体及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 焼結助剤成分の合計含有量が500ppm
以下で、嵩密度が3.00g/cm3以上であるSiC焼結
体及び平均粒径が0.1〜1.0μmで、かつ98MPa
の圧力で成形したときの圧粉体の嵩密度が2.0g/cm3
以上の特性を有するSiC粉末と炭素粉又は焼成中に炭
素を生成する物質との混合物を加圧しながら焼成するこ
とを特徴とする焼結助剤成分の合計含有量が500ppm
以下で、嵩密度が3.00g/cm3以上のSiC焼結体の
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置、液
晶デバイス製造装置等の半導体・液晶分野に用いられる
SiC焼結体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】SiCは難焼結性であるため、高密度に
焼結するためには常圧焼結、加圧焼結とも焼結助剤が必
要である。SiCに焼結助剤として炭素及び硼素化合
物、アルミニウム化合物又はベリリウム化合物を添加
し、さらにバインダーや離型材を加えて混合、成形、焼
成する方法が特開昭52−6716号公報、特開昭51
−148712号公報、特開昭54−118411号公
報、特開昭57−166365号公報等により知られて
いる。このような方法で得られるSiC焼結体は焼結助
剤として加える硼素及びアルミニウム成分が不純物とな
り半導体分野では用途が限定される問題がある。またベ
リリウムは毒性が高い問題がある。
【0003】高純度のSiC焼結体は特開昭60−13
8913号公報などに示されるように、反応焼結法又は
再結晶法と呼ばれる方法で製造されており、Siを十数
%含むものである。このSiC−Si焼結体は耐薬品
性、耐プラズマ性が劣るため、やはり半導体分野では用
途が限定される問題がある。
【0004】さらに高純度のSiC焼結体を得る方法と
して特開平2−199065号公報などに示されるよう
に、プラズマCVD法により0.01μm以下の超微粒
のSiC粉を製造しこれを加圧下で焼結する方法が知ら
れている。この方法は高純度の原料を焼結助剤を加えず
に焼結可能であるため、極めて高純度のSiC焼結体を
製造できる。しかし、この方法はプラズマCVD法によ
る0.01μm以下の超微粒のSiC粉が必要であり、
原料SiC粉を安価に大量に製造できないため極めて高
価となる欠点がある。
【0005】上記の他に特開昭52−3611号公報に
示されるように、有機珪素化合物のみを原料としてSi
C焼結体を製造する方法も提案されているが、この方法
は遊離炭素を多く含むためこれを酸化除去する必要があ
り、高密度な焼結体が得られない問題点がある。
【0006】さらに特開昭53−23309号公報、特
開昭53−94314号公報、特開昭53−10100
9号公報、特開昭53−101010号公報、特開昭5
4−3815号公報等に示されるようにポリカルボシラ
ンから緻密なSiC焼結体を得る方法が提案されている
が、この方法においても焼結助剤としてB4C、Al等
を使用する問題点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】請求項1記載の発明は
焼結助剤である硼素、アルミニウム、ベリリウム等の含
有量が少なく、高純度で半導体・液晶分野に最適のSi
C焼結体を提供するものである。請求項2記載の発明は
焼結助剤である硼素、アルミニウム、ベリリウム等の含
有量が少なく、高純度で半導体・液晶分野に最適のSi
C焼結体の製造方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、焼結助剤成分
の合計含有量が500ppm以下で、嵩密度が3.00g/c
m3以上であるSiC焼結体に関する。また、本発明は、
平均粒径が0.1〜1.0μmで、かつ98MPaの圧力
で成形したときの圧粉体の嵩密度が2.0g/cm3以上の
SiC粉末と炭素粉又は焼成中に炭素を生成する物質と
の混合物を加圧しながら焼成することを特徴とする焼結
助剤成分の合計含有量が500ppm以下で、嵩密度が
3.00g/cm3以上のSiC焼結体の製造方法に関す
る。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明に用いられるSiC原料粉
としては、α型、β型のいずれでも良いが、価格が安
く、また焼成時の結晶構造変化の少ないα型のSiC原
料粉を用いることが好ましい。また純度は高純度の原料
粉を用いれば高純化し易いので好ましいが、本発明にお
いては通常用いられるGCグレードの焼結用SiC原料
粉であっても差し支えない。SiC原料粉の粒径は平均
粒径が0.1から1.0μmの範囲とされるが、0.5
〜0.8μmであることが取扱い性と焼結性の点で好ま
しい。平均粒径が0.1μm未満では原料粉の価格が数
百倍以上と高価になり不経済である。また平均粒径が
1.0μmを越えると嵩密度が3.00g/cm3以上のS
iC焼結体を得ることができない。
【0010】本発明においては、平均粒径が上記の範囲
のSiC原料粉を98MPaの圧力で成形したときの圧粉
体の嵩密度は2.0g/cm3以上、好ましくは2.0〜
2.3g/cm3の範囲とされ、98MPaの圧力で成形したと
きの圧粉体の嵩密度が2.0g/cm3未満では焼結助剤無
添加で焼結体の嵩密度を3.00g/cm3以上にすること
が困難となる。なお上記に示す圧粉体の嵩密度とは、バ
インダーを添加しないで成形したときの嵩密度のことで
ある。本発明において、焼結助剤成分としては硼素、ア
ルミニウム、ベリリウム等が挙げられる。
【0011】焼成中に炭素を生成する物質としては添加
時に溶媒に可溶で、かつ液体状態で混合時にSiC原料
粉の表面を均一に被覆できる物が好ましく、例えば焼成
後炭素となるフェノール樹脂のような炭化率の高い熱硬
化性樹脂を用いることが好ましい。
【0012】本発明になるSiC焼結体は、平均粒径が
0.1〜1.0μmで、かつ98MPaの圧力で成形した
圧粉体の嵩密度が2.0g/cm3以上のSiC粉末と炭素
又は焼成中に炭素を生成する物質との混合物を加圧しな
がら焼成することにより得られる。なお本発明によって
得られるSiC焼結体は嵩密度が3.00g/cm3以上で
あるので気孔が少なく、強度が高いという点で優れる。
もし嵩密度が3.00g/cm3未満であると多孔質とな
り、強度が低くなるという問題点が生じる。また得られ
るSiC焼結体は硼素、アルミニウム、ベリリウム等の
焼結助剤成分の合計含有量が500ppmを越えると半導
体分野では用途が限定され適用範囲が狭いという問題が
ある。
【0013】炭素又は焼成中に炭素を生成する物質の添
加量は、炭素として残る量が0.1〜5重量%の範囲が
好ましく、0.5〜2重量%の範囲がより好ましい。そ
の他の添加物としては、成形時のバインダー、離型材、
さらにはスラリーやシート作製時の分散材、可塑剤等焼
成によって揮散するものを添加することが好ましい。
【0014】上記バインダーとしては、ポリビニルアル
コール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルブチ
ラール等が用いられ、その添加量はSiC原料粉100
重量部に対して固形分で0.5〜3重量部添加すること
が好ましく、0.7〜2重量部添加することがより好ま
しい。離型材としては、ステアリン酸塩、ワックス等が
用いられ、その添加量はSiC原料粉100重量部に対
して固形分で0.5〜3重量部が好ましく、0.7〜2
重量部添加することがより好ましい。分散材としては界
面活性剤が用いられ、その添加量はSiC原料粉100
重量部に対して固形分で0.3〜1重量部が好ましく、
0.4〜0.6重量部添加することがより好ましい。可
塑剤としては、ポリエチレングリコール、ディオクチル
フタレート等が用いられ、その添加量はSiC原料粉1
00重量部に対して固形分で0.5〜3重量部が好まし
く、1〜2重量部添加することがより好ましい。溶剤は
水が好ましいがその添加量については特に制限はない。
【0015】成形は、SiC原料と炭素粉又は焼成中に
炭素を生成する物質及びその他の添加物を混合してスラ
リーを作製し、スプレードライヤーで造粒後成形する方
法、シートマシーンでシートを成形する方法、鋳込み成
形法等が適している。
【0016】焼成は、常圧では嵩密度にすることは困難
であるため、ホットプレス又はホットアイソスタティッ
クプレス(HIP)を用いて加圧下で行う必要がある。
ホットプレスでは真空又は非酸化雰囲気中で焼成するこ
とが好ましく、特に真空中で焼成することが好ましい。
成形圧力は9.8〜49MPa(100〜500kg/cm2
が好ましい。HIPを用いて加圧するときは常圧で焼結
後ガラスなどでコーティングし、アルゴンガス雰囲気で
加圧することが好ましい。ガス圧力は19.6〜245
MPa(200〜2500kg/cm2)が好ましい。最適な焼
成温度は、SiC原料粉、SiCを生成する化合物の種
類、配合割合、焼成時の圧力等により適宜選定される
が、1900〜2300℃、好ましくは2000〜21
50℃の温度で焼成すれば、ほぼ本発明の目的を達成す
ることができる。
【0017】
【実施例】以下本発明の実施例を説明する。 実施例1、2及び比較例1〜4 表1に示す6種類(A,B,C,D,E,F)のSiC
原料粉99重量部に、フェノール樹脂[昭和高分子(株)
製、商品名BRL−219(不揮発分70重量%)]を
固形分で2重量部(炭素として1重量部)、ポリビニル
アルコール[クラレ(株)製、商品名クラレポバール20
5の水溶液(不揮発分10重量%)]を固形分で1重量
部、ステアリン酸[中京油脂(株)製、商品名セロゾール
920(不揮発分18重量%)]を固形分で1重量部及
び純水を100重量部加えて合成樹脂製ボールミルで1
6時間混合した後、スプレードライヤーで造粒し、成形
粉を得た。
【0018】この後、成形粉を金型内に充填し、98MP
aの圧力を加えて外径が60mm及び厚さが7mmの円盤を
成形した。この成形体を黒鉛型に入れて真空中で210
0℃の温度で、かつ19.6MPaの圧力で1.5時間保
持してSiC焼結体を得た。
【0019】比較例5、6 実施例1で用いたSiC原料粉A、Bを99.5重量
部、B4C0.5重量部にポリビニルアルコール[クラ
レ(株)製、商品名クラレポバール205の水溶液(不揮
発分10重量%)]を固形分で1重量部、ステアリン酸
[中京油脂(株)製、商品名セロゾール920(不揮発分
18重量%)]を固形分で1重量部及び純水を100重
量部加えて合成樹脂製ボールミルで混合した後、スプレ
ードライヤーで造粒し、成形粉を得た。以下実施例1と
同様の工程を経てSiC焼結体を得た。
【0020】実施例3 実施例1で用いたSiC原料粉Aを使用し、実施例1と
同様の工程を経て成形粉を得た。この後、成形粉を金型
内に充填し、98MPaの圧力を加えて外径が60mm及び
厚さが7mmの円盤を成形した(圧粉体を得た)。この成
形体(圧粉体)をアルゴンガス気流中で2100℃まで
焼成した後、ガラスをコーティングし、HIP装置でさ
らにアルゴンガス雰囲気中で2000℃の温度で、かつ
ガス圧が196MPaの圧力で1.5時間保持してSiC
焼結体を得た。
【0021】次に上記で得られたSiC焼結体をタング
ステンカーバイド乳鉢で150メッシュ以下に粉砕し、
アルカリ溶融ICP発光分光分析法で硼素、アルミニウ
ム及びベリリウムの含有量(不純物量)を求めた。これ
らの含有量と嵩密度の値を表2に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】表2に示されるように、本発明になる実施
例のSiC焼結体は硼素含有量が10ppm以下、アルミ
ニウム含有量が最大100ppm、ベリリウム含有量が1
0ppm以下と焼結助剤成分の合計含有量も最大120ppm
で、かつ嵩密度においても3.00g/cm3以上の条件を
満たしており、高純度のSiC焼結体であることが明ら
かである。これに対し比較例1〜4のSiC焼結体は嵩
密度がそれぞれ2.76、2.81、2.70及び2.
71g/cm3と低い値であった。また、比較例5及び6の
SiC焼結体は硼素が3700ppmと高い値であった。
【0025】
【発明の効果】請求項1記載のSiC焼結体は、焼結助
剤である硼素、アルミニウム、ベリリウム等の含有量が
少なく、高純度で半導体・液晶分野に最適のSiC焼結
体であある。請求項2記載の方法により得られるSiC
焼結体は、焼結助剤である硼素、アルミニウム、ベリリ
ウム等の含有量が少なく、高純度の半導体・液晶分野に
最適のSiC焼結体である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼結助剤成分の合計含有量が500ppm
    以下で、嵩密度が3.00g/cm3以上であるSiC焼結
    体。
  2. 【請求項2】 平均粒径が0.1〜1.0μmで、かつ
    98MPaの圧力で成形したときの圧粉体の嵩密度が2.
    0g/cm3以上の特性を有するSiC粉末と炭素粉又は焼
    成中に炭素を生成する物質との混合物を加圧しながら焼
    成することを特徴とする焼結助剤成分の合計含有量が5
    00ppm以下で、嵩密度が3.00g/cm3以上のSiC焼
    結体の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10889524B2 (en) 2016-01-27 2021-01-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Methods of producing ceramic molded product and transparent sintered body

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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