JP2001261459A - 炭化ケイ素セラミックス接合体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭化ケイ素セラミックス部材をシリコン
を用いて接合するにあたり、接合体の外観を損なうこと
なく、歩留まりよく接合をできるようにする。 【解決手段】 ２以上の炭化ケイ素セラミックス部材１
１、１２の接合をシリコン１３を用いて行うにあたり、
被接合体である少なくとも１つの炭化ケイ素セラミック
ス部材の接合部角部にＣ面加工１４を施し、シリコンを
挟持した後高温加熱してシリコンを溶融して接合を行う
ことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、特に半導体製造プ
ロセス分野で使用するのに適した炭化ケイ素セラミック
スの接合体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンを接合材として用いた炭
化ケイ素セラミックスの接合方法においては、粉状、塊
状、板状のシリコンからなる接合材を、接合する基材間
に塗布やその他の方法で挟み込み、シリコンの融点以上
で熱処理をおこない接合していた。

【０００３】ところで、この方法では、接合時に接合材
のシリコンを融点以上に加熱し液化して接合を行うた
め、接合作業時に接合面が水平でないと接合材が偏在し
て均一な接合が行われ難いという欠点があった。また、
接合材の使用量についても十分な注意を払う必要があっ
た。すなわち、接合材が、不十分であると接合が十分に
おこなわれないばかりか、接合強度が著しく低下してし
まう問題があるため、通常は、必要量よりやや多めの接
合材を用いる。しかしながら、接合材を必要量よりやや
多めに用いた場合、特に大型品の接合においては、接合
面が水平でないと、接合材が偏在し、過剰量となる接合
部から接合材が流出してしまうという問題点があった。
このシリコンの流出は、全体的に染み出すような状態で
はなく、接合部材の一部から集中的に流出するため、接
合体内部に溝構造を形成する場合では、溝部に接合材が
流れ出すと溝を塞いでしまう問題が発生し、この場合流
れ出た接合材を除去する方法がなく、接合体は補修する
こともできないため廃棄する以外になかった。

【０００４】さらに、接合した炭化ケイ素セラミックス
を半導体用冶具として用いるには、純度が低下するのを
防ぐため、接合用冶具には、高純度処理が可能なカーボ
ン材を用いる場合が多い。カーボン材は、耐熱性があり
易加工性材料であるため、安価な冶具としては汎用性が
高いが、カーボンはシリコンとの反応性が高く、接合材
であるシリコンが流れ出てカーボンと接触すると、反応
して炭化ケイ素となり、その時の体積膨張で割れや変形
を生じてしまうため、再使用は非常に難しく大型品の接
合冶具の場合、大きな損害が発生していた。

【０００５】また、接合処理は、炭化ケイ素セラミック
スの形状加工等が終了した最終工程近くでおこなうた
め、流出した接合材が、そのまま固まってしまうと、除
去に手間がかかり、製品が損傷したり、破壊する場合も
あった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の欠点に鑑みてなされたもので、半導体製造プロセスに
おいても使用できる炭化ケイ素セラミックス部材の接合
を歩留まりよく、かつ、外観を損なうことなく接合を行
うことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らはシリコンを
用いて炭化ケイ素セラミックス部材を接合する際に、炭
化ケイ素セラミックス部材の接合面である平面の角部に
Ｃ面加工が施してあると、接合後の余剰シリコンは、Ｃ
面加工面に沿って流れる性質のあることを見出し、本発
明を完成するに至ったものである。すなわち本発明の炭
化ケイ素セラミックス接合体は、２以上の炭化ケイ素セ
ラミックス部材をシリコンを用いて接合した接合体にお
いて、少なくとも１つの炭化ケイ素セラミックス部材の
接合部である平面の角部にＣ面加工が施こされているこ
とを特徴とするものである。また、本発明の製造方法
は、２以上の炭化ケイ素セラミックス部材の接合をシリ
コンを用いて行うにあたり、被接合体である少なくとも
１つの炭化ケイ素セラミックス部材の接合部である平面
の角部にＣ面加工を施し、シリコンを挟持した後高温加
熱してシリコンを溶融して接合を行うことを特徴とする
ものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明について、図を参照し
ながら説明をする。図１が、本発明を炭化ケイ素セラミ
ックス焼結体の接合に適用した例を示している。図中１
１及び１２が被接合体である炭化ケイ素セラミックス焼
結体であり、１３が接合材としてのシリコンである。そ
して、被接合体である２つの炭化ケイ素セラミックス焼
結体の接合面平面の角部は、Ｃ面加工が施されている。
図中１４がＣ面加工された炭化ケイ素セラミックス焼結
体の表面である。そして、接合に用いられたシリコン接
合材の余剰分は、炭化ケイ素セラミックス焼結体のＣ面
加工面に捕捉され、炭化ケイ素セラミックス焼結体の所
望しない部分にまで流出することを阻止している。

【０００９】上記本発明の実施の形態では、２つの炭化
ケイ素セラミックス焼結体の双方にＣ面加工を施した例
を示したが、Ｃ面加工は一方の部材のみに施しても何ら
差し支えはない。すなわち、図２に示すように、２１が
比較的小寸法の炭化ケイ素セラミックス焼結体であり、
その角部がＣ面加工されている。また、２２が、比較的
大寸法の炭化ケイ素セラミックス焼結体であり、これに
はＣ面加工が施こされていない。そして、２３がシリコ
ン接合材であり、余剰のシリコン接合材は小寸法の炭化
ケイ素セラミックス焼結体に形成されたＣ面加工面と大
寸法の炭化ケイ素セラミックス焼結体の平面とで形成さ
れた空間に捕捉され、所望しない表面部分へのシリコン
の漏出を阻止している。

【００１０】本発明において、接合は以下の工程により
行われる。すなわち、所要個所にＣ面加工した被接合体
である炭化ケイ素セラミックス部材を用意し、その一方
を、接合表面がほぼ水平になるように加熱装置中に載置
し、接合表面に所要量のシリコンをほぼ均等に分布する
ように配置した後、他の炭化ケイ素セラミックス部材を
覆設する。上方に位置する炭化ケイ素セラミックス部材
は、自重により下方に位置する炭化ケイ素セラミックス
部材と密接するが、必要であれば治具により加圧しても
良い。次いで、シリコンの融点以上の温度に加熱しシリ
コン接合材を溶融して被接合表面に十分なじませた後、
冷却して接合を完了する。かかる際、加熱している時間
は、接合体の大きさにもよるが、シリコンの融点以上の
温度で１０分程度維持すれば十分である。

【００１１】本願発明において、溶融したシリコン接合
材が炭化ケイ素セラミックス焼結体のＣ面に沿って捕捉
され流出しない理由については、シリコンと炭化ケイ素
の濡れ性が良いことと、液化したシリコンの表面張力が
関与しているからであると考えられる。

【００１２】本発明において、Ｃ面加工により炭化ケイ
素セラミックス焼結体から切除する量は、接合材の使用
量により決めることが望ましく、大型品程、余剰となる
接合材の量も多いので、Ｃ面加工面は大きめにすること
が望ましい。Ｃ面加工の際に切除する目安としては、Ｃ
0.1〜Ｃ２程度で効果があった。

【００１３】また、Ｃ面加工の形状については、特に制
限はないが、図１において山をなす平坦部平面とＣ面加
工面との角度θが約３０〜６０度の範囲が望ましい。角
度がこれを上回った場合、余剰シリコン接合材の漏出が
均一に行われにくくなり、局部的に漏出が生じるためＣ
面加工面で漏出シリコンを捕捉できず、所望しない炭化
ケイ素セラミックス焼結体表面にまでシリコンが漏出す
ることになり好ましくない。また、角度θが上記範囲を
下回った場合、Ｃ面加工面における余剰シリコンの捕捉
量が低下することになり、これを回避するためにＣ面加
工面を大きくするか、あるいは使用シリコンの量を厳密
に管理する必要が生じ、作業工数の増加に繋がるため好
ましくない。

【００１４】本発明で用いるシリコンは、粉状、粒状、
塊状、板状、もしくは帯状であることが望ましく、また
かかるシリコンはポリシリコン、あるいは単結晶シリコ
ン廃材であっても差し支えない。ただし、半導体製造プ
ロセス用部材に用いるための炭化ケイ素セラミックス接
合体の製造にあたっては、高純度であることが望まし
く、単結晶シリコンウェハ製造工程で排出される単結晶
シリコン廃材が望ましい。

【００１５】本発明は、各種炭化ケイ素セラミックス焼
結体に適用することができる。具体的には、反応焼結炭
化ケイ素セラミックス、自焼結炭化ケイ素セラミック
ス、シリコン含浸炭化ケイ素セラミックスなどに適用可
能である。

【００１６】

【実施例】実施例1 図３に示すように、幅１０ｍｍ、深さ１ｍｍの溝を１０
ｍｍ間隔で５溝加工した□２００ｘ５ｔの炭化ケイ素セ
ラミックス板３１を２枚準備した。そして、図４のａ及
びｂに示すようにそれぞれの炭化ケイ素セラミックス板
の接合面の山部３５の角部に、０．５ｍｍのＣ面加工を
施した。次いで、２枚の炭化ケイ素セラミックス板を接
合する際の間隙を５０μｍとし、これに炭化ケイ素セラ
ミックス板の接合面積を乗じて算出した計算上のシリコ
ン接合材の必要量に対して、２倍量相当のシリコン板を
２枚の炭化ケイ素セラミックス板３１、３２の間に挟
み、１５００℃に加熱して接合体を得た。得られた接合
体を切断し、接合面を観察したところ、接合面からシリ
コンが漏出していたが、Ｃ面加工面できれいに捕捉され
ており、溝部３４へのシリコンの流出はみられなかっ
た。

【００１７】比較例１ 同様に実施例１に記載の炭化ケイ素セラミックス板を２
枚準備した。しかし、これについては接合面の溝部角部
にＣ面加工をおこなわなかった。上記実施例と同様にし
て算出したシリコン接合材の計算上の必要量に対して、
１．５倍量相当のシリコン板を挟み、１５００℃に加熱
して接合体を得た。この接合体を切断し、接合面を観察
したところ、接合面の一部からシリコンが溝部へ漏出し
て固化していた。５本作成した溝の内、２本の溝につい
ては、完全に塞がっており、修復は困難であった。

【００１８】比較例２ 比較例１と同様の炭化ケイ素セラミックス板を２枚準備
し、比較例１と同様に算出したシリコン接合材の計算上
の必要量の１．１倍相当のシリコン板を挟み１５００℃
に加熱して接合体を得た。得られた接合体を切断し、接
合面を観察したところ、接合面の数箇所でシリコンが充
填されずに空隙が生じてしまっていた。このため、接合
強度は大幅に低下していた。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、過剰の接合材を用いて
も、その接合材が漏出することなく接合でき、接合にお
ける歩留まりが著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接合体の１例を示す断面図である。

【図２】本発明の接合体の他の例を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例１で用いている炭化ケイ素セラ
ミックス板の斜視図である。

【図４】図３の炭化ケイ素セラミックス板の要部拡大図
である。

【符号の説明】

１１、１２、２１、２２、３１、３２・・・炭化ケイ素
セラミックス焼結体 １３、２３、３３・・・シリコン接合材 １４・・・Ｃ面加工面 ３４・・・溝 ３５・・・山

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２以上の炭化ケイ素セラミックス部材をシ
   リコンを用いて接合した接合体において、少なくとも１
   つの炭化ケイ素セラミックス部材の接合部である平面の
   角部にＣ面加工が施こされていることを特徴とする炭化
   ケイ素セラミックス接合体。
2. 【請求項２】２以上の炭化ケイ素セラミックス部材をシ
   リコンを用いて接合する接合体の製造方法において、少
   なくとも１つの炭化ケイ素セラミックス部材の接合部で
   ある平面の角部にＣ面加工を施した後、２以上の炭化ケ
   イ素セラミックス部材間にシリコンを挟持しつつ加熱処
   理することを特徴とする炭化ケイ素セラミックス接合体
   の製造方法。
3. 【請求項３】請求項２に記載の炭化珪素セラミックス接
   合体の製造方法において、シリコンが、粉状、粒状、塊
   状、板状、もしくは帯状であることを特徴とする炭化珪
   素セラミックス接合体の製造方法。