JP2010150101A

JP2010150101A - 耐熱性黒色部材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2010150101A
Application number: JP2008332249A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Fushii; 康人伏井; Mamoru Yamahira; 守山比羅
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP5161060B2

Abstract

【課題】耐熱部材として高温での揮発分が少なく、不純物の混入が少なく、機械部品としての寸法精度を確保出来、高温での半導体製造装置に好適な部材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】１７００℃の窒素ガス中で１２時間加熱した後のＳｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量が９９．９質量％以上、且つ波長１μｍにおける放射率が８０％以上のＳｉＣ−ＢＮ複合焼結体を用いる合成装置用耐熱性黒色部材。相対密度９８％以上かつＳｉＣ粒子の最大粒子径が４．０μｍ以下であることが好ましい。ＳｉＣが６０．０質量％以上８３．５質量％以下、ＢＮが１５．０質量％以上３５．０質量％以下、Ｂ_４Ｃが０．５質量％以上２．０質量％以下、カーボンが１．０質量％以上４．０質量％以下の原料組成を２０００〜２２００℃、圧力１５〜４０ＭＰａでホットプレス焼結する合成装置用耐熱性黒色部材の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、高温で気相合成する半導体、例えばＡｌＮ層を含むＧａＮ系材料やＳｉＣを合成する際に必要な部材に関し、特に、ホットウォール及びその周辺に好適な部材に関するものである。

これまで非シリコン系の半導体材料としては、ＩｎＰやＧａＡｓ等が実用化されてきたが、近年では、ＧａＮ系がＬＥＤ等の発光素子材料等として、ＳｉＣが高温、高出力用の素子として注目されている。これらは、主に気相成長法で作られているが、ＩｎＰやＧａＡｓに比べると合成温度は高温である。例えば、ＧａＮ系では１０００〜１２００℃で、サファイアの基板上にエピタキシャル成長させることが多い。その際、緩衝層としてＡｌＮを主成分とする層が形成された後、製膜する場合もある。ＡｌＮ膜の形成は、より高温で行われ、１３００〜１４００℃に達する。ＳｉＣ半導体の場合は、更に高温の１６００〜１８００℃が必要とされ、特に「種付け昇華法」と称するＳｉＣ単結晶の成長方法は、２０００℃以上、これを更に改良して実用的に使用されている「改良Ｌｅｌｙ法」では、最高２４００℃程度の高温が用いられている。

高温での合成にあたって、問題となるのが部品の材質である。不活性又は真空雰囲気では、黒鉛の使用が可能であるが、ＭＯＶＰＥ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｚｅｄＶａｐｅｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法では、アンモニアをプロセスガスとして有機金属ガスを使用する。また、塩化物を形成してこれらを反応させるＨｙｄｒｉｄｅＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ（ＨＶＰＥ）法では塩酸ガスを用いる。この様な雰囲気下では、黒鉛の耐熱温度は合成温度より低いため、表面に耐食性のコーティング膜を形成して用いている。コーティングは、ＳｉＣの１０μｍ程度の膜を用いられることが多いが、１３００℃以上では、長時間の使用が難しく、１４００℃以上では、ＴａＣ等特殊なコーティング膜が用いられる。コーティング膜の場合は、より厚くした方が耐食性は向上し、長時間の使用に耐えるようになるが、厚くするとカーボンとの熱膨張差等によって剥離し易くなり、機械部品として寸法精度が低下する問題もある。ＴａＣのような特殊なコーティングはコスト、デリバリーに難点があってあまり普及していない。また、コーティングの場合、複雑形状では均一な厚さの膜を得るのが難しく、薄い部分やピンホールを生じ易いが、一部でもコーティングが不十分であるとその部分から腐食されて使用出来なくなる。

これらの問題に対して、耐熱、耐食性に優れたセラミックスを用いる試みは、以前から行われてきた。代表的な素材としては、石英ガラスが挙げられる。石英ガラスは、高純度、低熱膨張で比較的入手が容易であるため、非Ｓｉ系に限らず、半導体製造装置に汎用的に用いられてきたが、数百時間以上の長時間では１１００℃、数時間以下の短時間でも１２００℃程度が使用温度の限界である。アルミナもセラミックス部品としては、広範な使用実績があるが、高温ではクリープ変形するため、部品としては、１０００〜１１００℃程度が使用温度の限界である。Ｓｉ_３Ｎ_４やＡｌＮ等の窒化物、ＳｉＣの様な炭化物は、もっと高温まで使用可能であるが、加工が難しい材料であるため、高精度、複雑形状の加工には不向きである。また、Ｓｉ_３Ｎ_４やＡｌＮは、１５００℃以上では分解蒸気圧が比較的高くなり、長時間の使用には耐えられない。ＢＮは加工が容易で、耐熱性もＳｉ_３Ｎ_４やＡｌＮより優れるが、摺動性を持つ柔らかい材料で、ダストフリーとは言い難く、他の部品との接触部から発塵して汚染源となる可能性がある。

上記の問題に対し、ＢＮと酸化物や窒化物セラミックスの複合系素材を用いる技術が提案されている（特許文献１）。複合化によって高密度になると、ダストは抑制されるが、ここで用いられているＳｉ_３Ｎ_４やＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｉＯ_２等はいずれもＢＮより耐熱性が低く、実施例の中でも１１００℃で既に質量変化が始まっていることが示されている。

高温のＭＯＶＰＥで製膜する場合、安定した均熱帯が得られるように、ホットウォールと称される被加熱部を作ってその内部で結晶成長させる方法が取られている。例えば、前述のようにＳｉＣの結晶成長は高温で実施されており、ホットウォールの材質としては、少なくとも１７００℃で長時間使用しても、質量変化が殆どなく、且つダストフリーであると共に、精密機械部品として適用出来るように加工性が良好であることが必要である。当然、ヒーターやその周辺では、更に高い耐熱性を持つ材料であることが望まれる。

高温を必要とする結晶成長部やその周辺の部材で重要なもう一つの特性は、高い放射率を有することである。放射率は、黒体に比した値で評価され、０〜１（０〜１００％）の値を取り、表面粗度の影響も受けるが、黒っぽい色ほど高い値を示す。ＢＮやその複合系の材料は通常、白っぽい色を呈し、放射率は低い。これらを部材に用いると、より高いヒーター出力が必要となって負荷が大きくなり、温度分布も生じ易い。１４００℃以上の炉内では、熱伝導より熱輻射の影響が大きく、放射率の低い材料は遮熱材の役割を果たしてしまうためである。
特開２００１−４４１２８号公報

本発明の目的は、高温での半導体製造装置に好適な部材およびその製造方法を提供することである。すなわち、不純物の混入が少なく、機械部品としての寸法精度を確保出来、かつ放射率が高い耐熱部材である。

本発明は、１７００℃の窒素ガス中で１２時間加熱した後のＳｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量が９９．９質量％以上、且つ波長１μｍにおける放射率が８０％以上のＳｉＣ−ＢＮ複合焼結体を用いることを特徴とする合成装置用耐熱性黒色部材である。ＳｉＣ−ＢＮ複合焼結体の相対密度９８％以上かつＳｉＣ粒子の最大粒子径が４．０μｍ以下であることが好ましい。本願を達成するための手段として、ＳｉＣが６０．０質量％以上８３．５質量％以下、ＢＮが１５．０質量％以上３５．０質量％以下、Ｂ_４Ｃが０．５質量％以上２．０質量％以下、カーボンが１．０質量％以上４．０質量％以下の原料組成を２０００〜２２００℃、圧力１５〜４０ＭＰａでホットプレス焼結するものである。ホウ酸とシリカの混合物を含む出発物質から還元法によってＢＮ粉およびＳｉＣ粉を作製する工程を経由することが好ましい。

本発明におけるＳｉＣ−ＢＮを主成分とする複合焼結体は、以下の実施態様を有していることが好ましい。
（１）相対密度９８％以上であること。
（２）ＳｉＣの最大粒子径が４．０μｍ以下

本発明によれば、十分な耐熱性・耐摩耗性・加工性を有すると共に放射率が高いことより、高温での半導体合成装置用に好適な耐熱性黒色部材を得ることが出来る。

本発明の耐熱性黒色部材は、ＳｉＣ−ＢＮ系複合体である。従来の技術と根本的に異なるのは、使用温度、即ち１７００℃、窒素ガス中で１２時間加熱した後の減量が０．１％以下である点である。そのためには、不可避的な混入を除いて、焼結助剤を含む酸化物系の添加物を含まないことが重要で、１７００℃の窒素ガス中で１２時間加熱した後のＳｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量が９９．９質量％以上のＳｉＣ−ＢＮ複合焼結体である。ＢＮは代表的な難焼結性材料であるため、通常、ＨＰ（熱間加圧焼成）やＨＩＰ（熱間等方圧加圧焼成）など特殊な方法を用い、更には焼結助剤を添加して焼成する。本発明においては、焼結助剤は特定量のＢ_４Ｃとカーボンを用いる。

ＢＮの助剤としては、酸化ホウ素や酸化カルシウム、アルミナ、シリカなど、ＳｉＣの助剤としては、イットリアをはじめとした希土類酸化物やアルミナ、シリカ、ベリリアなどがよく知られている。しかしながら、これらの酸化物は、いずれも高温で徐々に揮発する。本発明に於いては、１７００℃、窒素ガス中で１２時間加熱した後のＳｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量が９９．９質量％以上でなければならないため、これらの酸化物は基本的に含まれない。但し、ＳｉＣとＢＮを原料として用いた場合に不可避的に混入する不純物はこの限りではない。例えば、非酸化物粉末は、不可避的に酸素を含有し、混合等のハンドリング操作によって増加してしまうが、０．７質量％以下であれば、十分に焼成して緻密化させることによって、１７００℃、窒素ガス中で１２時間加熱した際のＳｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量が９９．９質量％以上となる。

本発明において、ＳｉＣ−ＢＮ系複合焼結体に限るのは、他の材料では十分な特性が得られないからである。酸化物は前述の助剤成分と同様に揮発分となる。他の利用可能な非窒化物に於いても、ＳｉＣより熱的に安定なものを得ることは難しい。例えばＳｉ_３Ｎ_４は一般的には１６００℃程度の耐熱性を持つとされているが、ＳｉとＮの分解蒸気圧が比較的大きいため１７００℃、窒素ガス中で１２時間加熱した際の減量が０．１質量％以下にはならない。また、Ｂ_４Ｃのような炭化物は、窒素ガス中で徐々に窒化反応を生じるため、質量減少ではなく質量増加となるが、同様に不適当である。本願発明においては、Ｂ_４Ｃとカーボンを焼結助剤として用いるが、高温で焼結した後、これらは、Ｂ_４Ｃやカーボンとしては存在していない。ＴｉＢ_２のようなホウ化物も窒化反応が生じるため好ましくない。ＴｉＢ_２は、表面からＴｉＮが形成される。

本願発明における部材は、波長１μｍにおける放射率が８０％以上でなければならない。前述のように放射率は黒体に比べた０〜１００％の値をとり、０に近いほど反射率が高くなって、ヒーターからの熱を吸収し難くなり、ヒーターや合成部分、その周囲のホットウォール部などでは、温度分布が生じ易くなる。同時にヒーターは高出力を要するようになる。通常、セラミックスの放射率は波長によって異なるが、加熱の際に重要なのは、赤外線領域の波長で、低温では遠赤外域、高温では、近赤外域の放射率が高い程、前述のような問題が生じなくなる。本願発明の部材は高温で使用するため、波長１μｍにおける放射率を８０％以上とする。放射率は面粗度の影響も受けるが、材料そのものの影響が最も大きく、８０％以上であれば差し支えない。放射率９０％以上は更に好ましい。ＢＮは本来、白色の材料であり、複合系にしても放射率は低く、単味系では１０％以下の値を取り、複合系でもＢＮを３５％以上含む場合は６０％以下の値を取ることが多い。これに対し、ＳｉＣは放射率の高い材料であり、これを多量に含むと放射率は高くなる。ＢＮ−ＳｉＣの複合系では、緻密な焼結体の場合、ＳｉＣ６０．０質量％以上であれば、８０％以上の放射率となる。

本願発明では、前述の部材を得るために、以下の製造方法を提案する。即ち、先ず焼結原料として、ＳｉＣが６０．０質量％以上８３．５質量％以下、ＢＮが１５．０質量％以上３５．０質量％以下の組成を選び、残部は焼結助剤としてＢ_４Ｃが０．５質量％以上２．０質量％以下、カーボンが１．０質量％以上４．０質量％以下とする。ＳｉＣ６０．０質量％未満では、ＢＮが多過ぎて、放射率が低く、低強度、低硬度のため、使用時にダストを発生しやすい等の問題を生じる可能性がある。８３．５質量％超では、ＢＮが少な過ぎるため、加工性が著しく低下してしまう恐れがある。焼結助剤として用いるＢ_４Ｃは、０．５質量％未満では効果が十分ではなく、４．０質量％以上ではＢ_４Ｃが残留する恐れがある。カーボンも同様に１．０質量％未満では、緻密化の効果が十分ではなく、４．０質量％超では、残留炭素が多くなって、緻密化が阻害される恐れがある。

カーボン及びＢ_４Ｃは、助剤として分散混合して用いるため、微粉であることが好ましく、具体的に例示すれば、最大粒子径は少なくとも２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。この条件を満たす市販のＢ_４Ｃ粉は平均径２．０μｍ以下、比表面積１０ｍ^２／ｇ以上の微粉グレードである。また、カーボンは、各種の微粉グレードが市販されているが、アセチレンブラックのようなナノ粒子は嵩高いため、十分均一な混合状態を造ることに留意すべきである。尚、カーボンは、焼結時に助剤として作用すれば、黒鉛以外の形態で添加することも可能で、例えば、出発原料としてフェノール樹脂で添加してもよい。カーボン及びＢ_４Ｃは、ＳｉＣの焼結助剤としては公知であり、ＳｉＣの固相焼結を促進する。前述のように、Ｂ_４Ｃは高温の窒素ガス中では、窒化してＢＮへ変わり、カーボンはＳｉＣに固溶すると共に、ＢＮやＳｉＣが持つ酸素分を還元してＣＯガスとして揮発する。従って、緻密な焼結体が形成されたときに、ＳｉＣとＢＮ以外の成分はなくなる。本発明では、前述の助剤組成を採用することで、１７００℃の窒素ガス中で１２時間加熱した後のＳｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量が９９．９質量％以上となる。

本願発明においては、耐熱性の指標として、１７００℃の窒素ガス中で１２時間加熱した後のＳｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量が９９．９質量％以上と定めている。これは緻密なＳiＣやＢＮは１７００℃では分解蒸気圧を殆ど持たないため、１２時間加熱後の質量変化が０．１質量％以下であることに基づいている。形状、表面荒さ等の影響もある程度受けるため、
上記の定量的数値限定を行う際には、以下の如く試験条件を定める。
形状：５０ｍｍφ×３ｍｍＴ
表面粗さ：Ｒａ＝０．６〜０．９μｍ
窒素ガス流速：１５０〜２００ｍｍ/ｍｉｎ
(２００ｍｍφ環状炉で、０．７１〜０．９４ＮＬ/ｍｉｎ)
Ｏ_２分圧：≦１０^−３Ｐａ
Ｓｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量が９９．９質量％以上であることについては、金属不純物１００ｐｐｍ以下の高純度出発原料を用いた場合、ＢＮとＳｉＣ以外の成分は、基本的に酸素及びフリーカーボンである。従って、これらの合計が０．１質量％未満であれば、Ｓｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量９９．９質量％以上とする。酸素は市販のＯ／Ｎ分析機で、０．０１質量％程度まで比較的精密に測定でき、フリーカーボンは、空気中６００℃程度の強熱減量から簡便に測定出来る。

次いで、本願発明に於いては、前記組成の混合原料を２０００〜２２００℃、圧力１５〜４０ＭＰａでホットプレス焼結する。ＢＮもＳｉＣも非常に焼結し難い物質であるため、高温、高圧での焼成の方が緻密な焼結体を得られ易いが、焼成温度２２００℃超では粒成長して強度低下する、ＳｉＣとカーボン治具が反応する等の問題が生じる。また、設備への負荷が大きくなって、大型の部品をつくるのが困難になり、コストアップする。焼成温度２０００℃、圧力１５ＭＰａ未満では、相対密度９８％以上の焼結体を得るのが困難である。圧力４０ＭＰａ以上では、大型の装置と焼成治具が必要となるため、コストアップする。好ましい圧力は２０〜３０ＭＰａである。尚、焼成中に保持時間が長くなるに従って密度は上昇し、密度がほぼ飽和するまでを焼成時間とするが、通常、直径２００ｍｍで３〜６時間程度、直径３００ｍｍで４〜８ｈｒｓ程度である。

次に本願の好ましい実施態様として以下を挙げる。即ち、
（１）相対密度９８％以上であること。
（２）ＳｉＣの最大粒子径が４．０μｍ以下である。これらによって、ＢＮとＳｉＣが、微細で均質かつ緻密な焼結体を形成する。ＳｉＣは６０．０質量％以上を占め、焼結体のマトリクスを形成する成分であるので、先ず、ＳｉＣ粒子が微細でなければならない。この場合、強度や耐熱性は、弱い部分、即ち粗大な粒子によって支配されるので、最大粒子径が重要である。（２）に示す４．０μｍを超える粒子が存在すると、強度や耐熱性が低下し易くなる。好ましくは３．０μｍ以下である。一方、ＢＮとＳｉＣは、そのままでは密着し難い材料であり、微細で均質な構造でなければ、緻密な、即ち相対密度の高い焼結体は得られ難い。相対密度９８％以上の焼結体は、開気孔は消滅し、粒子間隙も殆どない状態でなければ達成できない。従って、（１）に示す相対密度９８％以上を達成するためには、ＢＮ粒子とＳｉＣ粒子の界面が密着し、或いはＳｉＣ粒子の中にＢＮ粒子が取り込まれた微構造を持っていなければ達成できない。即ち、（１）、（２）の実施態様によって、本願発明のＢＮ−ＳｉＣ複合体が達成され、半導体高温合成装置用耐熱性黒色部材が得られる。

（１）相対密度は、密度の絶対値の理論値に対する比率である。理論値は各成分の理論密度の加重平均で求められる。密度の絶対値は、測定容易な形状に加工して体積と重量を求め、体積を密度で割って求める簡易的な方法もあるが、ＪＩＳＲ２２５０に準拠して、試片を空気中と水中に浸かっている状態で秤量し、空気中の質量を浮力（体積に相当）で除することにより求められる（アルキメデス法）。（２）ＳｉＣの最大粒子径は、破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することで求められる。破断面は、粗大粒子が存在する確率が高い面で、十分多数の粒子から最大粒子をカウントする。具体的には、４．０μｍ以下でも粒径が十分確認できるような倍率（２０００から１００００倍）を選び、１０００ケの粒子を測定して、その中の最大のものを最大粒子径とする。粒子径の測定方法には各種の方法が提案されているが、本願発明では、インタセプト法を取る。直径法とも言い、ＳＥＭ写真上で各粒子の同一方向における最大長さを測る方法である。比較的簡便で、本願発明のように異方性が殆ど出ない粒子の場合は、分布を正確に測定することが出来る。

高密度の焼結体を得るためには、高温、長時間、高圧力などの厳しい焼成条件が必要となり、コストアップの原因となる。また、高温、長時間、高圧での焼成条件は、粒成長を促進して、均一、微細な微構造が取れなくなってしまうことがあるので、以下に述べる方法が好ましい。即ち、ナノコンポジットと呼ばれる複合材においては、前述の（１）、（２）の条件を満たすＳｉＣ−ＢＮ複合焼結体が比較的容易に得られる。これは、既に公知の技術であって、以下に文献の例を挙げることが出来る。

文献１ＴａｋａｆｕｍｉＫＵＳＵＮＯＳＥ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙｏｆＪａｐａｎ１１４［２］１６７−１７３（２００６）
文献２楠瀬尚史、坂柳伸彰、関野徹、セラミックス基礎科学討論会講演要旨集ｖｏｌ．４５、ｐｐ５０２−５０３（２００７）

特に好ましい実施態様は、ホウ酸とシリカの混合物を含む出発物質から、還元法によってＢＮおよびＳｉＣ粉を作製する工程を経由することである。具体的にはシリカのマイクロビーズとホウ酸ガラスとカーボン粉末を混合後、窒素ガス中で加熱してホウケイ酸ガラスを生成し、更に１６５０℃まで加熱してナノ複合粉を得る方法である。これをホットプレス焼結して得られたナノコンポジット焼結体は、精密加工が容易で、緻密かつ高強度の黒色焼結体が得られ、半導体製造装置用耐熱黒色部材には好適である。

以下実施例により、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。先ず原料粉末は以下の方法で調整した。ホウ酸（試薬）と市販のシリカビーズ（純度９９質量％以上、平均粒径０．３μｍ）及び市販のカーボン粉末（比表面積７０ｍ^２／ｇ、平均粒径０．０３μｍ）、Ｂ_４Ｃ粉末（比表面積１５ｍ^２／ｇ、平均径０．８μｍ）を所定の比率で加え、特級エタノール試薬を溶媒としてアルミナ製のボールを混合媒体とするボールミルで１２ｈｒｓ混合し、濾過、真空乾燥した。次に窒素ガス雰囲気下の１６５０℃で加熱後冷却して取り出し、ＳｉＣ−ＢＮナノ複合粉末とした。一部の原料は、市販の六方晶窒化ホウ素粉末Ａ（比表面積３５ｍ^２／ｇ、平均粒径４．０μｍ）及び市販のＳｉＣ粉末（純度９９質量％以上、平均粒径１．５μｍ）を、表１に示す所定の割合に混合した。比較例の原料も同様に作製し、組成は表１に示す。尚、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３は市販の高純度微粉グレードを使用した。

次に各原料を内径１００ｍｍの黒鉛製のダイスにセットしてＨＰ焼結した。焼結条件も表１に示す。現行材の比較例として、市販のＳｉＣコーティングカーボンも採用した。焼結体は取り出した後、外形を約１ｍｍ研削し、水中重量を測定してアルキメデス法で密度を算出した。次に２ｃｍＷ×４ｃｍＬ×０．２ｃｍＴのサンプルに加工して、以下の方法で加工性を調べた。即ち、マシニングセンターで直径１００μｍのマイクロエンドミルの穴加工を乾式で行った。穴センターで１５０μｍピッチ（穴−穴の隔壁設定値５０μｍ）の穴を連続３０穴開けて、表面の最大穴径と裏面のセンター位置の最大ズレを、ＣＮＣ光学測定器を用いて測定した。加工条件は、回転数１００００ｒｐｍ、加工速度５ｍｍ／ｍｉｎ．である。また、同じ形状のサンプルを窒素ガス中、１７００℃、１２ｈｒｓ加熱して前後の質量変化から耐熱性を求めた。また、赤外分光放射率測定装置で０．５〜１０μｍの波長範囲で放射率を測定し、波長１μｍの放射率を求めた。測定に使用したのはバイオ・ラッド社のＦＴＳ６０００でフーリエ変換赤外吸収方式により測定した。更に破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で微構造観察した。各々２０００倍または５０００倍で１０００ケのＳｉＣ粒子を観察し、ＳＥＭ写真上で各粒子の同一方向における最大長さを測り、その中の最大値を求めた。
最後に、加熱処理後のＢ、Ｎ、Ｓｉ以外の不純物を分析した。酸素(Ｏ)はＬＥＣＯ社の酸素窒素同時分析計を用い、それ以外は加圧・加熱酸分解法で得られた溶液の化学分析による。Ｃは、空気中、６００℃、１ｈｒの加熱後の質量減から測定した。結果を表２に示す。不純物は、Ｂ、Ｎ、Ｓｉ以外で１００ｐｐｍ以上の元素を示す。

表２から明らかなように、本発明の実施例では、いずれも窒素ガス中、１７００℃、１２ｈｒｓの加熱処理後は不純物が少なく、Ｂ、Ｎ、Ｓｉ以外の不純物は０．１質量％未満であり、いずれも高温での減量は０．１質量％未満であった。加工性も良好であったのでサセプタのような精密加工部品に好適であった。これに対して比較例ではいずれにも先ず耐熱性に劣り、ＢＮの添加量が少ない比較例２やＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系助剤を用いた比較例３、焼成温度が高温過ぎる比較例９、更には現行品のＳｉＣコーティング黒鉛の比較例１２では、エンドミルが折れ、著しく加工性に劣ることが判った。また、比較例１、４、５、６、７、１０、１１も精密加工には不向きであった。更に、比較例１、２、４、５、６、７、８、１０、１１は波長１μｍの放射率が８０％未満で、半導体の高温合成装置の耐熱部材には不適当と言わざるを得ない。

本発明によって得られた半導体の合成装置用耐熱性黒色部材は、コーティング等によらず安定的に使用することができるため、熱履歴を気にせずに昇降温速度が決定でき、バッチ毎のピンホールやマイクロクラックのチェックも不要である。１７００℃での加熱処理に耐えられ、サセプタやファイアフォール、ヒーター及びその周辺に用いられる部材に適用出来る。更にはＳｉＣに比べて比較的容易に機械加工出来るため、精密部品への適用が可能となる。これによって冷却、断熱機構や部品が省略できるようになり、非常に効率的に設備運用が可能となる。

Claims

１７００℃の窒素ガス中で１２時間加熱した後のＳｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎの合計含有量が９９．９質量％以上、且つ波長１μｍにおける放射率が８０％以上のＳｉＣ−ＢＮ複合焼結体を用いることを特徴とする合成装置用耐熱性黒色部材。
相対密度９８％以上かつＳｉＣ粒子の最大粒子径が４．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の合成装置用耐熱性黒色部材。
ＳｉＣが６０．０質量％以上８３．５質量％以下、ＢＮが１５．０質量％以上３５．０質量％以下、Ｂ_４Ｃが０．５質量％以上２．０質量％以下、カーボンが１．０質量％以上４．０質量％以下の原料組成を２０００〜２２００℃、圧力１５〜４０ＭＰａでホットプレス焼結することを特徴とする請求項１又は２に記載の合成装置用耐熱性黒色部材の製造方法。
ホウ酸とシリカの混合物を含む出発物質から還元法によってＢＮ粉およびＳｉＣ粉を作製する工程を経由することを特徴とする請求項３に記載の合成装置用耐熱性黒色部材の製造方法。