JP2018538436A - CVD-SiC film manufacturing method and CVD-SiC film manufactured by the method - Google Patents

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Abstract

【課題】緻密で気孔の少ないCVD−SiC膜および複合材ならびにこのようなCVD−SiC膜を効率よく製造する製造方法を提供する。【解決手段】原料ガスを供給しながらCVD炉内で基材上に沈積させるCVD法によるCVD−SiC膜の製造方法であって、CVD法は、基材に光線を照射する光CVD法であり、かつ製膜温度(t[K])と全圧(p[kPa])が下記式(1)を満たすことを特徴とするCVD−SiC膜の製造方法。p≧−0.04t+72・・・(1)【選択図】図1Disclosed are a dense CVD-SiC film having few pores and a composite material, and a production method for efficiently producing such a CVD-SiC film. A CVD-SiC film manufacturing method using a CVD method in which a source gas is supplied and deposited on a substrate in a CVD furnace, and the CVD method is a photo-CVD method for irradiating a substrate with light. And the film-forming temperature (t [K]) and the total pressure (p [kPa]) satisfy | fill following formula (1), The manufacturing method of the CVD-SiC film | membrane characterized by the above-mentioned. p ≧ −0.04t + 72 (1) [Selection] FIG.

Description

本発明は、CVD−SiC膜の製造方法および当該方法で製造されたCVD−SiC膜に関する。   The present invention relates to a method for producing a CVD-SiC film and a CVD-SiC film produced by the method.

SiCは、耐熱性、機械的強度、耐食性を有する素材であるため、様々な分野で使用されている。例えば、半導体製造における熱処理部材であるサセプタ、ライナーチューブ、プロセスチューブ、ウェハボート、単結晶引き上げ装置用部材などが挙げられる。   Since SiC is a material having heat resistance, mechanical strength, and corrosion resistance, it is used in various fields. Examples thereof include a susceptor, a liner tube, a process tube, a wafer boat, and a single crystal pulling device member that are heat treatment members in semiconductor manufacturing.

また、SiCをCVD法で形成したCVD−SiC材は、緻密で気孔がなく、高純度の素材が得られるので、上記用途では、黒鉛、SiCなどの基材に被覆した複合材、あるいはCVD−SiC膜を基材から分離して単体で用いられることもある。   In addition, since a CVD-SiC material obtained by forming SiC by a CVD method is dense and has no pores and a high-purity material can be obtained, a composite material coated on a base material such as graphite or SiC, or CVD- The SiC film may be separated from the base material and used alone.

特許文献1には、CVD法によりSiC被膜が黒鉛基材面に強固に被着されており、急速加熱や急速冷却などの熱衝撃に対し優れた耐熱衝撃性を有し、また耐蝕性にも優れたSiC被覆黒鉛部材が記載されている。具体的には、半導体製造における熱処理用部材などとして好適に用いられるSiC被覆黒鉛部材として、黒鉛基材面にCVD法により析出したSiC被膜を被覆した黒鉛部材であって、黒鉛基材が平均気孔径0.4〜3μm、最大気孔径10〜100μmの気孔性状を備え、黒鉛基材面から深さ150μmの黒鉛基材表層部におけるSiCの占有率が15〜50%であって、SiC被膜の平均結晶粒径が1〜3μmのSiC被覆黒鉛部材である。   In Patent Document 1, a SiC coating is firmly attached to the surface of a graphite substrate by a CVD method, and has excellent thermal shock resistance against thermal shock such as rapid heating and rapid cooling, and also has corrosion resistance. An excellent SiC coated graphite member is described. Specifically, as a SiC-coated graphite member suitably used as a heat treatment member in semiconductor manufacturing, etc., a graphite member having a graphite substrate surface coated with a SiC film deposited by a CVD method. It has a porosity of 0.4 to 3 μm and a maximum pore size of 10 to 100 μm, and the occupancy ratio of SiC in the surface layer portion of the graphite substrate 150 μm deep from the surface of the graphite substrate is 15 to 50%. This is a SiC-coated graphite member having an average crystal grain size of 1 to 3 μm.

また、特許文献1では、SiC被膜の結晶性はSiC(111)面への配向性が強く、X線回折によるSiC(111)面の回折ピークの強度が全結晶面SiC(hkl)の強度の80%以上に高配向していることが好ましく、SiC(111)面に高配向したSiC被膜によって優れた耐蝕性が付与されることが記載されている。   In Patent Document 1, the crystallinity of the SiC film has a strong orientation to the SiC (111) plane, and the intensity of the diffraction peak of the SiC (111) plane by X-ray diffraction is the intensity of the entire crystal plane SiC (hkl). It is described that it is preferably highly oriented to 80% or more, and it is described that excellent corrosion resistance is imparted by the SiC film highly oriented on the SiC (111) plane.

特開2002−3285号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-3285

しかしながら、上記記載された発明は、平均結晶粒径が1〜3μmである上に111以外の方向に配向した結晶も共存するため、結晶粒子間に隙間ができやすく、気孔もできやすいため、十分に緻密な構造のCVD膜を得ることは困難である。   However, since the above described invention has an average crystal grain size of 1 to 3 μm and crystals oriented in directions other than 111 coexist, it is easy to form gaps between the crystal grains and easily form pores. It is difficult to obtain a highly dense CVD film.

また、111方向の配向のCVD−SiC膜は、低い製膜温度で得られる膜であるが、製膜温度が低いと充分な分解速度が得られず、厚いCVD−SiC膜を得るには長時間を要し、効率的にCVD−SiC膜を得ることは困難である。   Further, a CVD-SiC film oriented in the 111 direction is a film obtained at a low film-forming temperature. However, when the film-forming temperature is low, a sufficient decomposition rate cannot be obtained, and it is long for obtaining a thick CVD-SiC film. It takes time and it is difficult to obtain a CVD-SiC film efficiently.

本発明では、前記課題を鑑み、緻密で気孔の少ないCVD−SiC膜および複合材ならびにこのようなCVD−SiC膜を効率よく製造する製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a dense CVD-SiC film having few pores and a composite material, and a manufacturing method for efficiently producing such a CVD-SiC film.

本発明のCVD−SiC膜の製造方法は、
(1)原料ガスを供給しながらCVD炉内で基材上に沈積させる光CVD法によるCVD−SiC膜の製造方法であって、
前記光CVD法は、製膜温度(t[K])と全圧(p[kPa])が下記式(1)を満たす。
The method for producing the CVD-SiC film of the present invention is as follows.
(1) A method for producing a CVD-SiC film by a photo-CVD method that deposits on a substrate in a CVD furnace while supplying a source gas,
In the photo-CVD method, the film forming temperature (t [K]) and the total pressure (p [kPa]) satisfy the following formula (1).

本発明のCVD−SiC膜の製造方法によれば、式(1)を満たす高い圧力で製膜しているので原料ガスが効率よく基材に供給され、速い製膜速度でCVD−SiC膜を形成することができる。また、所定の製膜温度で基材を加熱しながら光線を照射する光CVD法で製膜しているので、熱と光線との相互作用により基材近傍で原料ガスを分解しやすくすることができる。このため、空中での原料ガスが分解を抑制することにより無秩序なSiCの沈積を防止し、基材の表面で原料ガスが分解することにより、緻密で結晶方向の揃ったCVD−SiC膜を効率よく速い製膜速度で得ることができる。   According to the method for producing a CVD-SiC film of the present invention, since the film is formed at a high pressure satisfying the formula (1), the source gas is efficiently supplied to the substrate, and the CVD-SiC film is formed at a high film-forming speed. Can be formed. In addition, since the film is formed by the photo-CVD method in which light is irradiated while heating the substrate at a predetermined film-forming temperature, the source gas can be easily decomposed in the vicinity of the substrate by the interaction between heat and light. it can. For this reason, the deposition of SiC in the air is prevented by suppressing decomposition of the raw material gas in the air, and the CVD-SiC film having a dense and aligned crystal direction is efficiently produced by the decomposition of the raw material gas on the surface of the substrate. It can be obtained at a high film forming speed.

(2)前記全圧pは、6〜10kPaである。 (2) The total pressure p is 6 to 10 kPa.

製膜時のCVD炉内の全圧が6kPa以上であると、基材に充分に原料ガスを供給することができるので、効率よく結晶方向の揃った緻密なCVD−SiC膜を形成することができる。また、製膜時のCVD炉内の全圧が10kPa以下であると、原料ガスによる光線の吸収を抑えることができるので、光線が基材に到達するまでの原料ガスの分解を抑止し、空中での原料ガスの分解を抑制することができ、緻密で結晶方向の揃ったCVD−SiC膜を効率よく速い製膜速度で得ることができる。   When the total pressure in the CVD furnace at the time of film formation is 6 kPa or more, the source gas can be sufficiently supplied to the substrate, so that a dense CVD-SiC film with a uniform crystal orientation can be efficiently formed. it can. Further, if the total pressure in the CVD furnace at the time of film formation is 10 kPa or less, the absorption of the light beam by the source gas can be suppressed, so that the decomposition of the source gas until the light beam reaches the substrate is suppressed. Decomposition of the raw material gas can be suppressed, and a dense CVD-SiC film having a uniform crystal direction can be obtained efficiently at a high film formation rate.

(3)前記製膜温度tは、1600〜1700Kである。 (3) The film forming temperature t is 1600 to 1700K.

製膜温度tが1600K以上であると、製膜に必要な光線のエネルギーを小さくすることができる。このため、基材の表面に到達する前の光路で原料ガスの分解を抑制し、基材の表面で原料を効率よく分解させることができる。また、製膜温度が1700K以下であると、熱CVDの作用だけではCVD−SiC膜を十分に形成することができず、光線の作用と組み合わせて基材の表面でのCVD−SiC膜の形成を促進することができる。このため、空中での原料ガスの分解を抑制することにより無秩序なSiCの沈積を防止し、基材の表面でのCVD−SiC膜の形成を促進することができるので、緻密で結晶粒子の揃ったCVD−SiC膜を効率よく速い製膜速度で得ることができる。   When the film forming temperature t is 1600K or more, the energy of light necessary for film formation can be reduced. For this reason, decomposition | disassembly of raw material gas can be suppressed in the optical path before reaching the surface of a base material, and a raw material can be decomposed | disassembled efficiently on the surface of a base material. Further, when the film forming temperature is 1700 K or less, the CVD-SiC film cannot be sufficiently formed only by the action of thermal CVD, and the formation of the CVD-SiC film on the surface of the substrate in combination with the action of light rays. Can be promoted. For this reason, by suppressing the decomposition of the source gas in the air, disordered deposition of SiC can be prevented and the formation of a CVD-SiC film on the surface of the substrate can be promoted. Further, a CVD-SiC film can be obtained efficiently and at a high film forming speed.

(4)前記光線は、波長が1500nm以下である。 (4) The light beam has a wavelength of 1500 nm or less.

前記光線の波長が1500nm以下であると、原料ガスを分解させ、CVD−SiC膜を得るために充分な光子エネルギーを有しているので、緻密で結晶粒子の揃ったCVD−SiC膜を効率よく速い製膜速度で得ることができる。   If the wavelength of the light beam is 1500 nm or less, the source gas is decomposed and has sufficient photon energy to obtain a CVD-SiC film. Therefore, a dense CVD-SiC film with uniform crystal grains can be efficiently produced. It can be obtained at a high film forming speed.

(5)本発明のCVD−SiC膜は、上記製造方法で製造されてなる。 (5) The CVD-SiC film of the present invention is manufactured by the above manufacturing method.

本発明のCVD−SiC膜は、上記製造方法で製造されているので、緻密で結晶粒子の揃ったCVD−SiC膜を効率よく速い製膜速度で得ることができる。   Since the CVD-SiC film of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method, a dense CVD-SiC film with uniform crystal particles can be obtained efficiently at a high film-forming speed.

上記課題を解決するための本発明のCVD−SiC膜は、
(6)膜厚の方向に延び、上端部が正六角錐の結晶粒子を含み、前記膜厚の方向におけるF111(111方向のLotgering Factor)が0.8〜1.0である。
The CVD-SiC film of the present invention for solving the above problems is
(6) It extends in the direction of the film thickness, and the upper end portion includes crystal grains having regular hexagonal pyramids, and F 111 in the film thickness direction (Lotting Factor in the 111 direction) is 0.8 to 1.0.

本発明のCVD−SiC膜においては、膜厚の方向に延び、上端部が正六角錐の形状を呈する結晶粒子が構成されている。すなわち、当該結晶粒子は、CVD−SiC膜を成長させる基材の表面(CVD−SiC膜の厚み方向に対して垂直な面)に対して垂直方向に延び、多数の結晶粒子が配列している。よって、結晶粒子が乱雑に積み重なることなく、結晶粒子間の隙間を小さくすることができる。このため、緻密で気孔の少ないCVD−SiC膜を得ることができる。   In the CVD-SiC film of the present invention, crystal grains are formed that extend in the direction of the film thickness and whose upper end has a regular hexagonal pyramid shape. That is, the crystal grains extend in a direction perpendicular to the surface of the base material on which the CVD-SiC film is grown (a plane perpendicular to the thickness direction of the CVD-SiC film), and a large number of crystal grains are arranged. . Therefore, the gap between the crystal particles can be reduced without the crystal particles being randomly stacked. For this reason, a dense CVD-SiC film with few pores can be obtained.

結晶粒子の上端部は正六角錐の形状を呈する。正六角形は、60°回転するごとに元の図形と重なりかつ内角の3倍が360°となるので、柱状の結晶粒子が互いに隙間を小さくするように並ばせることができる。このため、結晶方向の乱れた結晶粒子が隙間に形成されにくく、隙間の少ない緻密なCVD−SiC膜を得ることができると考えられる。   The upper end portion of the crystal particle has a regular hexagonal pyramid shape. The regular hexagon overlaps with the original figure every time it is rotated by 60 °, and three times the inner angle becomes 360 °, so that the columnar crystal grains can be arranged so as to reduce the gap between them. For this reason, it is considered that crystal grains with disordered crystal directions are not easily formed in the gaps, and a dense CVD-SiC film with few gaps can be obtained.

また、結晶粒子の上端部が正六角錐の形状を呈し、先端が尖っているので、正面への光を反射する平坦面がない。すなわち、斜面のみでCVD−SiC膜の表面が構成されているので、当たった光は散乱し、平坦面と斜面との比率によって正反射率に対して影響を受けにくくすることができる。このため、結晶粒子の成長の仕方によって反射に与える影響を小さくすることができる。   In addition, since the upper end of the crystal particle has a regular hexagonal pyramid shape and the tip is sharp, there is no flat surface for reflecting light toward the front. That is, since the surface of the CVD-SiC film is constituted only by the slope, the incident light is scattered, and the regular reflectance can be made less affected by the ratio of the flat surface to the slope. For this reason, the influence which it has on reflection by the way of growth of crystal grains can be reduced.

Lotgering Factorとは、X線回折によって得られる結晶の配向度を、ピークの半値幅の影響を排除して判断する指標であり、完全に配向した試料の場合、数値が1となり、ランダムに配向した試料の場合、0となる。   Lottering factor is an index for judging the degree of orientation of crystals obtained by X-ray diffraction by eliminating the influence of the half width of the peak. In the case of a fully oriented sample, the numerical value is 1, which is randomly oriented. In the case of a sample, it is 0.

本発明のCVD−SiC膜は、当該CVD−SiC膜の膜厚の方向におけるF111が0.8〜1.0である。膜厚の方向(基材の表面に垂直な方向)に対して111方向(111面に垂直な[111]方向)が強く配向したCVD−SiC膜であるので、結晶粒子の配列の乱れが少なく、より緻密で気孔の少ないCVD−SiC膜を得ることができる。 In the CVD-SiC film of the present invention, F 111 in the film thickness direction of the CVD-SiC film is 0.8 to 1.0. Since the CVD-SiC film is strongly oriented in the 111 direction ([111] direction perpendicular to the 111 plane) with respect to the film thickness direction (direction perpendicular to the surface of the substrate), there is little disorder in the arrangement of crystal grains. A denser CVD-SiC film with fewer pores can be obtained.

さらに本発明のCVD−SiC膜は以下の態様であることが望ましい。   Furthermore, the CVD-SiC film of the present invention is preferably in the following manner.

(7)前記F111が0.9〜1.00である。 (7) wherein F 111 is 0.9 to 1.00.

本発明のCVD−SiC膜によれば、膜厚の方向におけるF111が0.9〜1.0である。膜厚の方向に対して111方向がさらに強く配向したCVD−SiC膜であるので、結晶粒子の配列の乱れが少なく、さらに緻密で気孔の少ないCVD−SiC膜を得ることができる。 According to the CVD-SiC film of the present invention, F 111 in the film thickness direction is 0.9 to 1.0. Since this is a CVD-SiC film in which the 111 direction is more strongly oriented with respect to the film thickness direction, it is possible to obtain a CVD-SiC film with less disorder in the arrangement of crystal grains, and more dense and less pores.

(8)前記結晶粒子の直径の最大値は、50〜300μmである。 (8) The maximum value of the diameter of the crystal particles is 50 to 300 μm.

結晶粒子の直径の最大値とは、多数散在する結晶粒子の中で、最も大きな結晶粒子の直径である。   The maximum value of the diameter of the crystal particle is the diameter of the largest crystal particle among the many scattered crystal particles.

一般にCVD−SiC膜は、CVD炉において製膜の開始から終了まで間に結晶粒子が徐々に成長していく。結晶粒子の大きさは、製膜の開始から終了までの間に継続して成長したものが最も大きく、製膜の途中で成長が止まったもの、製膜の途中から成長を開始したものでは、それより小さくなる。このため、CVD−SiC膜の表面に観察される最も大きな結晶粒子は、製膜の開始から成長してきたものであり、結晶粒子の直径の分布において、ほぼ同等の大きさの結晶粒子が「大きな結晶粒子」の群を構成し、製膜の途中から成長を開始した「小さな結晶粒子」がその隙間を埋める。このため、特異的に大きな結晶粒子が存在することはない。また、製膜の開始には多数あった結晶粒子が淘汰しながら「大きな結晶粒子」に成長していくので、CVD−SiC膜の表面は、結晶粒子の直径の分布において「大きな結晶粒子」の群が面積の大半を占有する。   In general, in a CVD-SiC film, crystal grains gradually grow from the start to the end of film formation in a CVD furnace. The size of the crystal particles is the largest that has grown continuously from the start to the end of film formation, the one that stopped growing in the middle of film formation, the one that started growth from the middle of film formation, It becomes smaller than that. For this reason, the largest crystal particle observed on the surface of the CVD-SiC film has grown from the start of film formation, and in the distribution of the diameter of the crystal particle, crystal particles of almost the same size are “large” “Small crystal particles” that form a group of “crystal particles” and that start growing in the middle of film formation fill the gap. For this reason, specifically large crystal grains do not exist. In addition, since a large number of crystal grains grow at the start of film formation, they grow into “large crystal grains”, so that the surface of the CVD-SiC film is “large crystal grains” in the distribution of the diameters of the crystal grains. The group occupies most of the area.

本発明の結晶粒子の直径の最大値は300μm以下であるので、粗大な結晶粒子がなく、熱伝導、輻射率など熱的な特性を均一化することができ、例えば、半導体などの用途で好適に利用することができる。   Since the maximum value of the diameter of the crystal particle of the present invention is 300 μm or less, there is no coarse crystal particle, and thermal characteristics such as heat conduction and emissivity can be made uniform, which is suitable for applications such as semiconductors. Can be used.

また、本発明の結晶粒子の直径の最大値は50μm以上であるので、CVD−SiC膜の表面の面積の大半を占有する「大きな結晶粒子」の群が、表面に形成される粒子間の隙間の数を減らし、緻密なCVD−SiC膜を形成することができる。   In addition, since the maximum value of the diameter of the crystal particles of the present invention is 50 μm or more, a group of “large crystal particles” that occupies most of the surface area of the CVD-SiC film includes gaps between particles formed on the surface. Thus, a dense CVD-SiC film can be formed.

また、前記課題を解決するための複合材は、
(9)基材と、前記記載のCVD−SiC膜とからなる。
Moreover, the composite material for solving the above-mentioned problem is
(9) It consists of a base material and the CVD-SiC film described above.

CVD−SiC膜は、高純度の原料ガスが原材料であるので、高純度であり、気孔の少ない緻密な素材である。   The CVD-SiC film is a dense material with high purity and few pores because high-purity source gas is a raw material.

本発明の複合材によれば、緻密なCVD−SiC膜で覆われているので、基材とCVD−SiC膜の外側とのガスの流通を遮断することができ、基材を外部の腐食性ガスから保護するとともに、基材からの不純物ガスの放出を防止することができる。このため、腐食性ガスに強く、不純物ガスの放出の少ない複合材を提供することができる。   According to the composite material of the present invention, since it is covered with a dense CVD-SiC film, the gas flow between the substrate and the outside of the CVD-SiC film can be blocked, and the substrate is corrosive to the outside. While protecting from gas, discharge | release of impurity gas from a base material can be prevented. Therefore, it is possible to provide a composite material that is strong against corrosive gas and has little emission of impurity gas.

(10)前記基材は、黒鉛である。 (10) The base material is graphite.

一般に黒鉛は、耐熱性、強度が高く、さらに加工性がよいため、様々な形状に加工できる。一方、黒鉛は、酸化しやすく、高温の酸化雰囲気では消耗が早いことが欠点である。
本発明の複合材は、前記CVD−SiC膜で被覆することによって、基材の酸化を防止することができる。また、CVD−SiC膜で被覆することによって多孔質である黒鉛が吸着したガスなどをCVD−SiC膜の外側に放出しにくくすることができる。このため、耐熱性に優れ、強度が高く、様々な形状に対応できる複合材を提供することができる。
In general, graphite has high heat resistance, high strength, and good workability, so it can be processed into various shapes. On the other hand, graphite is easy to oxidize and has a disadvantage that it is quickly consumed in a high-temperature oxidizing atmosphere.
The composite material of the present invention can prevent the base material from being oxidized by coating with the CVD-SiC film. Further, by covering with a CVD-SiC film, it is possible to make it difficult to release gas or the like adsorbed by porous graphite to the outside of the CVD-SiC film. Therefore, it is possible to provide a composite material that is excellent in heat resistance, has high strength, and can cope with various shapes.

本発明のCVD−SiC膜の製造方法によれば、高い圧力で製膜しているので原料ガスが効率よく基材に供給され、速い製膜速度でCVD−SiC膜を形成することができる。また、基材を加熱しながら光線を照射する光CVD法で製膜しているので、熱と光線との相互作用により基材近傍で原料ガスを分解しやすくすることができる。このため、空中での原料ガスが分解を抑制することにより無秩序なSiCの沈積を防止し、基材の表面で原料ガスが分解することにより、緻密で結晶方向の揃ったCVD−SiC膜を効率よく速い製膜速度で得ることができる。   According to the method for producing a CVD-SiC film of the present invention, since the film is formed at a high pressure, the source gas is efficiently supplied to the base material, and the CVD-SiC film can be formed at a high film formation rate. Moreover, since it forms into a film by the photo-CVD method which irradiates a light beam, heating a base material, it can make it easy to decompose | disassemble source gas in the base-material vicinity by interaction with a heat | fever and a light beam. For this reason, the deposition of SiC in the air is prevented by suppressing decomposition of the raw material gas in the air, and the CVD-SiC film having a dense and aligned crystal direction is efficiently produced by the decomposition of the raw material gas on the surface of the substrate. It can be obtained at a high film forming speed.

本発明のCVD−SiC膜においては、上端部が正六角錐の結晶粒子が配列しているので、結晶粒子が乱雑に積み重なることなく、結晶粒子間の隙間を小さくすることができる。このため、緻密で気孔の少ないCVD−SiC膜を得ることができる。   In the CVD-SiC film of the present invention, since the crystal grains having regular hexagonal pyramids at the upper end are arranged, the gap between the crystal grains can be reduced without the crystal grains being randomly stacked. For this reason, a dense CVD-SiC film with few pores can be obtained.

本発明の複合材は、緻密なCVD−SiC膜で覆われているので、基材とCVD−SiC膜の外側とのガスの流通を遮断することができ、基材を外部の腐食性ガスから保護するとともに、基材からの不純物ガスの放出を防止することができる。このため、腐食性ガスに強く、不純物ガスの放出の少ない複合材を提供することができる。   Since the composite material of the present invention is covered with a dense CVD-SiC film, the flow of gas between the base material and the outside of the CVD-SiC film can be blocked, and the base material can be prevented from an external corrosive gas. While protecting, the discharge | release of the impurity gas from a base material can be prevented. Therefore, it is possible to provide a composite material that is strong against corrosive gas and has little emission of impurity gas.

本発明の実施の形態のCVD−SiC膜を得るためのCVD装置の一例である。It is an example of the CVD apparatus for obtaining the CVD-SiC film | membrane of embodiment of this invention. 本発明の実施例の確認試験におけるa1〜h5および比較例i1〜i4の試験条件及びその結果を示す表である。It is a table | surface which shows the test conditions and the result of a1-h5 and comparative example i1-i4 in the confirmation test of the Example of this invention. 本発明の実施例の確認試験におけるa1〜h5の試験で得られたCVD−SiC膜をX線回折法により解析し、得られたピークから解析した配向方向を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the orientation direction analyzed from the peak obtained by analyzing the CVD-SiC film obtained by the test of a1-h5 in the confirmation test of the Example of this invention by the X ray diffraction method. 図3の模式図の部分拡大図であり、4〜10kPaの範囲を拡大し、縦軸を実数軸にして表した図であり、CVD−SiC膜の配向方向に分けてその区分している。FIG. 4 is a partially enlarged view of the schematic diagram of FIG. 3, in which the range of 4 to 10 kPa is enlarged and the vertical axis is expressed as a real axis, and is divided into the orientation directions of the CVD-SiC film. 本発明の実施例の確認試験におけるa1〜h5の試験における製膜速度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the film-forming speed | rate in the test of a1-h5 in the confirmation test of the Example of this invention. 本発明の実施例の確認試験における全圧が2kPaであるa1の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of a1 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 2 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が2kPaであるa2の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of a2 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 2 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が2kPaであるa3の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of a3 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 2 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が2kPaであるa4の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of a4 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 2 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が2kPaであるa5の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of a5 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 2 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が4kPaであるb1の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of b1 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 4 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が4kPaであるb2の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of b2 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 4 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が4kPaであるb3の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of b3 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 4 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が4kPaであるb4の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of b4 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 4 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が4kPaであるb5の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of b5 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 4 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が5kPaであるc1の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film obtained with the sample of c1 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 5 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が5kPaであるc2の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of c2 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 5 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が5kPaであるc3の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of c3 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 5 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が5kPaであるc4の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of c4 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 5 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が5kPaであるc5の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of c5 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 5 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が6kPaであるd1の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of d1 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 6 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が6kPaであるd2の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of d2 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 6 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が6kPaであるd3の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of d3 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 6 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が6kPaであるd4の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of d4 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 6 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が6kPaであるd5の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of d5 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 6 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が8kPaであるe1の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film obtained with the sample of e1 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 8 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が8kPaであるe2の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of e2 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 8 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が8kPaであるe3の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of e3 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 8 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が8kPaであるe4の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film obtained with the sample of e4 whose total pressure in the confirmation test of the example of the present invention is 8 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が8kPaであるe5の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film obtained with the sample of e5 whose total pressure in the confirmation test of the example of the present invention is 8 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が10kPaであるf1の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of f1 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 10 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が10kPaであるf2の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of f2 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 10 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が10kPaであるf3の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is the SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of f3 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 10 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が10kPaであるf4の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of f4 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 10 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が10kPaであるf5の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of f5 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 10 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が20kPaであるg1の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of g1 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 20 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が20kPaであるg2の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of g2 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 20 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が20kPaであるg3の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of g3 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 20 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が20kPaであるg4の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of g4 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 20 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が20kPaであるg5の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of g5 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 20 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が40kPaであるh1の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of h1 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 40 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が40kPaであるh2の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of h2 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 40 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が40kPaであるh3の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of h3 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 40 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が40kPaであるh4の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of h4 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 40 kPa. 本発明の実施例の確認試験における全圧が40kPaであるh5の試料で得られたCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane obtained with the sample of h5 whose total pressure in the confirmation test of the Example of this invention is 40 kPa. 本発明の比較例である熱CVD法での製膜試験で得られたi1の試料のCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane of the sample of i1 obtained by the film-forming test by the thermal CVD method which is a comparative example of this invention. 本発明の比較例である熱CVD法での製膜試験で得られたi2の試料のCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane of the sample of i2 obtained by the film-forming test by the thermal CVD method which is a comparative example of this invention. 本発明の比較例である熱CVD法での製膜試験で得られたi3の試料のCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film | membrane of the sample of i3 obtained by the film-forming test by the thermal CVD method which is a comparative example of this invention. 本発明の比較例である熱CVD法での製膜試験で得られたi4の試料のCVD−SiC膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the CVD-SiC film of the sample of i4 obtained by the film-forming test by the thermal CVD method which is a comparative example of the present invention.

本発明のCVD−SiC膜およびCVD−SiC膜の製造方法の実施の形態について以下に説明する。最初に、CVD−SiC膜の製造装置について説明する。   Embodiments of the CVD-SiC film and the CVD-SiC film manufacturing method of the present invention will be described below. First, a CVD-SiC film manufacturing apparatus will be described.

図1は、CVD−SiC膜の製造装置であるCVD装置100の概略図である。CVD装置100は、筐体としてのCVD炉10と、放射温度計21と、導入パイプ22と、光源23と、駆動源31と、支持部材32と、テーブル33と、加熱装置41と、黒鉛ヒーター42とを備える。   FIG. 1 is a schematic view of a CVD apparatus 100 which is a CVD-SiC film manufacturing apparatus. The CVD apparatus 100 includes a CVD furnace 10 as a casing, a radiation thermometer 21, an introduction pipe 22, a light source 23, a drive source 31, a support member 32, a table 33, a heating device 41, and a graphite heater. 42.

CVD炉10はステンレスなどにより形成され、内部に試料としての基材(黒鉛基材)Sが配置される。放射温度計21と、導入パイプ22と、光源23は、CVD炉10の上面に配置されている。放射温度計21は、CVD炉10の内部における放射熱から、CVD炉10の内部の温度、ひいては黒鉛基材Sにおける製膜温度を測定することが可能である。原料供給部である導入パイプ22は、CVD炉10の内部へ原料ガスを供給する。光源23は半導体レーザ等により構成され、黒鉛基材Sにレーザ光線Lを照射する。   The CVD furnace 10 is formed of stainless steel or the like, and a base material (graphite base material) S as a sample is disposed therein. The radiation thermometer 21, the introduction pipe 22, and the light source 23 are disposed on the upper surface of the CVD furnace 10. The radiation thermometer 21 can measure the temperature inside the CVD furnace 10 and thus the film forming temperature on the graphite substrate S from the radiant heat inside the CVD furnace 10. An introduction pipe 22 that is a raw material supply unit supplies a raw material gas into the CVD furnace 10. The light source 23 is composed of a semiconductor laser or the like, and irradiates the graphite base S with a laser beam L.

モータなどにより構成された駆動源31は、支持部材32とテーブル33をX方向、Y方向に駆動する。テーブル33には黒鉛基材Sが配置され、支持部材32によって駆動源31に連結されたテーブル33が、X方向、Y方向に移動することにより、黒鉛基材S上におけるレーザ光線Lの照射位置もX方向、Y方向に移動する。   A drive source 31 configured by a motor or the like drives the support member 32 and the table 33 in the X direction and the Y direction. The graphite substrate S is disposed on the table 33, and the table 33 connected to the drive source 31 by the support member 32 moves in the X direction and the Y direction, so that the irradiation position of the laser beam L on the graphite substrate S is reached. Also move in the X and Y directions.

CVD炉10の下面においては加熱装置41と加熱ヒーターとしての黒鉛ヒーター42が設けられ、加熱装置41が駆動することにより、黒鉛ヒーター42が熱を発生し、CVD炉10の内部を加熱する。   On the lower surface of the CVD furnace 10, a heating device 41 and a graphite heater 42 as a heating heater are provided. When the heating device 41 is driven, the graphite heater 42 generates heat and heats the inside of the CVD furnace 10.

CVD装置100には、各種の制御装置、真空ポンプ、バルブなどの他の部材が設けられるが、CVD装置100の具体的な構成は特に限定されない。   The CVD apparatus 100 is provided with other control devices, vacuum pumps, valves, and other members, but the specific configuration of the CVD apparatus 100 is not particularly limited.

CVD炉10に供給される原料ガスは特に限定されない。例えば、炭素源と珪素源を同時に有するメチルトリクロロシラン(MTS)などの原料ガス、炭素源と珪素源をそれぞれ混合した原料ガスなどが利用できる。炭素源は、例えばメタン、エタン、プロパンなどが利用できる。珪素源は、例えば、シランのほか、テトラクロロシランなどのハロゲン化シランが利用できる。   The source gas supplied to the CVD furnace 10 is not particularly limited. For example, a source gas such as methyltrichlorosilane (MTS) having a carbon source and a silicon source at the same time, a source gas in which a carbon source and a silicon source are mixed, and the like can be used. As the carbon source, for example, methane, ethane, propane and the like can be used. As the silicon source, for example, halogenated silane such as tetrachlorosilane can be used in addition to silane.

また、本発明のCVD法は、光線および熱を励起エネルギーとして併用し原料ガスを分解させる。このため、CVD炉には加熱ヒーター(黒鉛ヒーター42)及び光源23を有している。加熱ヒーターは、基材(黒鉛基材S)に輻射熱の形式で熱を伝え、光源23は基材の表面に光線(レーザ光線L)を照射する。光源23は特に限定されないが、電球、放電ランプ、レーザなどどのようなものでも利用することができる。光源23は、図1ではCVD炉外に設けられているが、CVD炉内に設けられてもよい。図1のようにCVD炉外に備える場合には、CVD炉10に備えられた透明な窓を通して光線を基材に照射することができる。   Further, the CVD method of the present invention uses light and heat as excitation energy to decompose the raw material gas. For this reason, the CVD furnace has a heater (graphite heater 42) and a light source 23. The heater transmits heat to the base material (graphite base material S) in the form of radiant heat, and the light source 23 irradiates the surface of the base material with a light beam (laser beam L). The light source 23 is not particularly limited, but any light bulb, discharge lamp, laser, or the like can be used. The light source 23 is provided outside the CVD furnace in FIG. 1, but may be provided inside the CVD furnace. When provided outside the CVD furnace as shown in FIG. 1, the substrate can be irradiated with light rays through a transparent window provided in the CVD furnace 10.

ここで、当該CVD法においては、黒鉛基材Sの製膜温度(t[K])とCVD炉10の内部の全圧(p[kPa])が下記式(1)を満たす。すなわち、基材が配置されたCVD炉10の内部の基材は、光線が照射され、かつ、一定の温度と圧力の関係が維持されている。   Here, in the CVD method, the film forming temperature (t [K]) of the graphite substrate S and the total pressure (p [kPa]) inside the CVD furnace 10 satisfy the following formula (1). That is, the base material inside the CVD furnace 10 in which the base material is disposed is irradiated with light rays, and a constant temperature and pressure relationship is maintained.

本発明のCVD−SiC膜の製造方法によれば、CVD法の中でも基材に光線を照射する光CVD法を用い、式(1)を満たす高い圧力で製膜している。したがって、基材の表面に対して垂直方向(CVD−SiC膜の膜厚の方向)に延びる多数の柱状の結晶粒子を得ることができると考えられる。これは、次のメカニズムである。   According to the method for producing a CVD-SiC film of the present invention, a film is formed at a high pressure satisfying the formula (1) by using a photo-CVD method that irradiates a substrate with light among CVD methods. Therefore, it is considered that a large number of columnar crystal particles extending in the direction perpendicular to the surface of the substrate (the film thickness direction of the CVD-SiC film) can be obtained. This is the next mechanism.

一般に熱CVD法によるCVD−SiC膜は、低温では111方向(111面に対して垂直な方向であって[111]方向のこと)、高温では他の方向に配向しやすくなることが知られている。熱CVD法であるJP1994−92761A公報(0012)には、1323〜1473K、1.3〜13kPaの条件下では、111方向への配向度が高い111配向が得られ、温度が高く、圧力が低くなるにつれて他の方向への配向度が増加し、111配向が得られにくくなり、1473〜1623K、0.13〜1.3kPaの条件下では220方向への配向度が高い220配向がが得られることが記載されている。これは、SiCの結晶粒子の成長速度差に基づくもので、111方向の成長速度が速いためであると考えられる。低い製膜温度の熱CVD法では、基材の表面からCVD−SiC膜が成長する過程で、成長速度の速い111方向以外の成長が淘汰され、111方向に配向したCVD−SiC膜が得られやすくなる。熱CVD法では、製膜温度を高くすることにより、原料ガスが空中で分解し、分解生成物が沈積するようになるので、成長速度の速い111方向は横倒しとなり、111方向に配向したCVD−SiC膜が得られにくくなると考えられる。   In general, a CVD-SiC film by thermal CVD is known to be easily oriented in the 111 direction at low temperatures (the direction perpendicular to the 111 plane and the [111] direction), and at high temperatures, it tends to be oriented in other directions. Yes. In JP1994-92761A (0012), which is a thermal CVD method, under the conditions of 1323-1473K and 1.3-13kPa, a 111 orientation with a high degree of orientation in the 111 direction is obtained, the temperature is high, and the pressure is low. As the degree of orientation increases, the degree of orientation in the other direction increases, making it difficult to obtain the 111 orientation. Under the conditions of 1473 to 1623K and 0.13 to 1.3 kPa, a 220 orientation having a high degree of orientation in the 220 direction is obtained. It is described. This is based on the difference in the growth rate of SiC crystal grains and is considered to be due to the high growth rate in the 111 direction. In the thermal CVD method at a low film forming temperature, in the process of growing the CVD-SiC film from the surface of the substrate, growth other than the 111 direction with a high growth rate is suppressed, and a CVD-SiC film oriented in the 111 direction is obtained. It becomes easy. In the thermal CVD method, by increasing the film-forming temperature, the source gas is decomposed in the air and the decomposition products are deposited. Therefore, the 111 direction with a high growth rate is laid down, and the CVD − oriented in the 111 direction. It is thought that it becomes difficult to obtain a SiC film.

一方、本発明の光CVD法によるCVD−SiC膜の製造方法によれば、光と熱の相互作用で基材の表面で原料ガスが分解する。このため、空中での結晶粒子の成長速度よりも、光が照射される基材の表面での成長速度の方が相対的に速いので、結晶粒子が横倒しとなりにくく、成長速度の速い111方向に配向したCVD−SiC膜を速い速度で成長させることができる。   On the other hand, according to the method for producing a CVD-SiC film by the photo-CVD method of the present invention, the source gas is decomposed on the surface of the substrate by the interaction of light and heat. For this reason, since the growth rate on the surface of the substrate irradiated with light is relatively faster than the growth rate of the crystal particles in the air, the crystal particles are less likely to lie down in the 111 direction where the growth rate is fast. An oriented CVD-SiC film can be grown at a high rate.

また、111方向に配向した結晶粒子は、先端が尖った形状になって得られるので、照射された光が反射を繰り返しながら原料ガスの分解に繰り返し作用する。このため、基材の表面で効率的に原料ガスを分解させることができ、111方向への配向度の高いCVD−SiC膜を効率よく得ることができると考えられる。さらに、照射された光は、反射を繰り返しながら尖った結晶粒子の間に吸収されていく。このため結晶粒子の間に形成される隙間でもCVD−SiC膜の成長を促すことができ、緻密なCVD−SiC膜を得ることができると考えられる。   In addition, since the crystal grains oriented in the 111 direction are obtained with a pointed tip, the irradiated light repeatedly acts on decomposition of the source gas while repeating reflection. For this reason, it is considered that the source gas can be efficiently decomposed on the surface of the substrate, and a CVD-SiC film having a high degree of orientation in the 111 direction can be obtained efficiently. Furthermore, the irradiated light is absorbed between the sharp crystal grains while repeating reflection. For this reason, it is thought that the growth of the CVD-SiC film can be promoted even in the gap formed between the crystal grains, and a dense CVD-SiC film can be obtained.

上述した全圧pは、6〜10kPaの範囲に設定することが好ましい。製膜時のCVD炉内10の全圧が6kPa以上であると、黒鉛基材Sに充分に原料ガスを供給することができるので、効率よく結晶方向の揃った緻密なCVD−SiC膜を形成することができる。また、製膜時のCVD炉10内の全圧が10kPa以下であると、原料ガスによる光線の吸収を抑えることができるので、レーザ光線Lが黒鉛基材Sに到達するまでの原料ガスの分解を抑止し、空中での原料ガスの分解を抑制することができ、緻密で結晶方向の揃ったCVD−SiC膜を効率よく速い製膜速度で得ることができる。   The total pressure p described above is preferably set in the range of 6 to 10 kPa. If the total pressure in the CVD furnace 10 during film formation is 6 kPa or more, the raw material gas can be sufficiently supplied to the graphite substrate S, so that a dense CVD-SiC film with a uniform crystal orientation can be formed efficiently. can do. Further, when the total pressure in the CVD furnace 10 at the time of film formation is 10 kPa or less, the absorption of the light beam by the source gas can be suppressed, so the decomposition of the source gas until the laser beam L reaches the graphite substrate S. And the decomposition of the source gas in the air can be suppressed, and a dense CVD-SiC film having a uniform crystal direction can be obtained efficiently at a high film formation rate.

また、上述した製膜温度tは、1600〜1700Kの範囲であることが好ましい。製膜温度tが1600K以上であると、製膜に必要なレーザ光線Lのエネルギーを小さくすることができる。このため、黒鉛基材Sの表面に到達する前の光路で原料ガスの分解を抑制し、黒鉛基材Sの表面で原料を効率よく分解させることができる。また、製膜温度が1700K以下であると、熱CVDの作用だけではCVD−SiC膜を十分に形成することができず、レーザ光線Lの作用と組み合わせて黒鉛基材Sの表面でのCVD−SiC膜の形成を促進することができる。このため、空中での原料ガスの分解を抑制することにより無秩序なSiCの沈積を防止し、黒鉛基材Sの表面でのCVD−SiC膜の形成を促進することができるので、緻密で結晶粒子の揃ったCVD−SiC膜を効率よく速い製膜速度で得ることができる。   Moreover, it is preferable that the film-forming temperature t mentioned above is the range of 1600-1700K. When the film forming temperature t is 1600 K or more, the energy of the laser beam L required for film formation can be reduced. For this reason, the decomposition of the raw material gas can be suppressed in the optical path before reaching the surface of the graphite base material S, and the raw material can be efficiently decomposed on the surface of the graphite base material S. Further, if the film forming temperature is 1700 K or less, the CVD-SiC film cannot be sufficiently formed only by the action of thermal CVD, and the CVD- on the surface of the graphite substrate S in combination with the action of the laser beam L. Formation of the SiC film can be promoted. For this reason, it is possible to prevent disordered deposition of SiC by suppressing decomposition of the source gas in the air, and to promote formation of a CVD-SiC film on the surface of the graphite substrate S. It is possible to obtain a CVD-SiC film having a uniform thickness at a high film forming speed.

また、レーザ光線Lは、波長が1500nm以下であることが好ましい。レーザ光線Lの波長が1500nm以下であると、原料ガスを分解させ、CVD−SiC膜を得るために充分な光子エネルギーを有しているので、緻密で結晶粒子の揃ったCVD−SiC膜を効率よく速い製膜速度で得ることができる。   Further, the laser beam L preferably has a wavelength of 1500 nm or less. If the wavelength of the laser beam L is 1500 nm or less, the source gas is decomposed and the photon energy is sufficient to obtain a CVD-SiC film. It can be obtained at a high film forming speed.

次に、製造されるCVD−SiC膜は、Lotgering Factor(Lotgering配向度ともいう)という指標により説明される。Lotgering Factorとは、X線回折における半値幅、分析装置の性能などによる影響を排除して、結晶の配向度を評価するための手法で、X線回折の回折パターンを解析することよって得ることができる。完全に配向した試料の場合、数値が1となり、ランダムに配向した試料の場合、0となる。本書面においては、hkl方向のLotgering Factorは、Fhklという記号で表され、例えば、111方向のLotgering Factorは、F111と表される。 Next, the manufactured CVD-SiC film is described by an index called “Lotgering Factor” (also referred to as “Lotgering orientation degree”). Lugging factor is a method for evaluating the degree of crystal orientation by eliminating the influence of the half-width in X-ray diffraction, the performance of the analyzer, etc., and can be obtained by analyzing the diffraction pattern of X-ray diffraction. it can. In the case of a fully oriented sample, the numerical value is 1, and in the case of a randomly oriented sample, it is 0. In the present document, the lugging factor in the hkl direction is represented by the symbol F hkl , for example, the lugging factor in the 111 direction is represented as F 111 .

本発明のCVD−SiC膜は、当該CVD−SiC膜の膜厚の方向(基材の表面に対して垂直方向)におけるF111が0.8〜1.0であり、強く配向した111方向が膜厚の方向に対して配向したCVD−SiC膜で構成されるので、結晶粒子の配列の乱れが少なく、より緻密で気孔の少ないCVD−SiC膜を得ることができる。 In the CVD-SiC film of the present invention, F 111 in the direction of the film thickness of the CVD-SiC film (perpendicular to the surface of the base material) is 0.8 to 1.0, and the strongly oriented 111 direction is Since it is composed of a CVD-SiC film oriented in the direction of the film thickness, it is possible to obtain a denser CVD-SiC film with less disruption of crystal grain arrangement and more precise and less pores.

以下hkl方向のLotgering配向度Fhklを算出する方法を説明する。まず、目的の試料のX線回折パターンを測定し、無配向試料のX線回折パターンとの比較によって配向度を評価する。 Hereinafter, a method for calculating the degree of Rotgering orientation F hkl in the hkl direction will be described. First, the X-ray diffraction pattern of the target sample is measured, and the degree of orientation is evaluated by comparison with the X-ray diffraction pattern of the non-oriented sample.

下記の式(2)は、Fhklを算出する計算式であり、式(3)は、式(2)に用いられるPの値を算出する計算式である。 The following equation (2) is a calculation equation for calculating F hkl , and equation (3) is a calculation equation for calculating the value of P used in equation (2).

hklは、目的の試料のピークの総和に対し、測定する配向に関するピークの総和である。ΣI(hkl)とは、例えばΣI(111)の場合、(111)方向の整数倍であるI(111)、I(222)、・・・、I(nnn)の総和であり、ΣI(002)の場合、(002)方向の整数倍であるI(002)、I(004)、・・・、I(00n)の総和である。また、ΣIは、目的の試料の総てのピークの総和である。 P hkl is the sum of peaks related to the measured orientation with respect to the sum of peaks of the target sample. For example, in the case of ΣI (111) , ΣI (hkl) is the total sum of I (111) , I (222) ,..., I (nnn) , which is an integral multiple of the (111) direction, and ΣI (002) ) Is the total sum of I (002) , I (004) ,..., I (00n) which is an integer multiple of the (002) direction. ΣI is the sum of all peaks of the target sample.

は、無配向試料におけるピークの総和に対し、測定する配向に関するピークの総和である。Pと同様に算出する。 P 0 is the sum of peaks related to the orientation to be measured with respect to the sum of peaks in the non-oriented sample. Calculate in the same manner as P.

本発明のCVD−SiC膜は、上述したように、111方向のLotgering Factor、F111が0.8〜1.0である。そして、結晶粒子は、膜厚の方向に延び、上端部が正六角錐の形状を呈する。すなわち、当該結晶粒子は、CVD−SiC膜を成長させる基材の表面(CVD−SiC膜の厚み方向に対して垂直な面)に対して垂直方向に延び、多数の結晶粒子が配列している。よって、結晶粒子が乱雑に積み重なることなく、結晶粒子間の隙間を小さくすることができる。このため、緻密で気孔の少ないCVD−SiC膜を得ることができる。 As described above, the CVD-SiC film of the present invention has a 111-direction Lugging Factor, F 111 of 0.8 to 1.0. The crystal grains extend in the film thickness direction, and the upper end portion has a regular hexagonal pyramid shape. That is, the crystal grains extend in a direction perpendicular to the surface of the base material on which the CVD-SiC film is grown (a plane perpendicular to the thickness direction of the CVD-SiC film), and a large number of crystal grains are arranged. . Therefore, the gap between the crystal particles can be reduced without the crystal particles being randomly stacked. For this reason, a dense CVD-SiC film with few pores can be obtained.

結晶粒子の上端部は正六角錐の形状を呈する。正六角形は、60°回転するごとに元の図形と重なりかつ内角の3倍が360°となるので、柱状の結晶粒子が互いに隙間を小さくするように並ばせることができる。このため、結晶方向の乱れた結晶粒子が隙間に形成されにくく、隙間の少ない緻密なCVD−SiC膜を得ることができると考えられる。   The upper end portion of the crystal particle has a regular hexagonal pyramid shape. The regular hexagon overlaps with the original figure every time it is rotated by 60 °, and three times the inner angle becomes 360 °, so that the columnar crystal grains can be arranged so as to reduce the gap between them. For this reason, it is considered that crystal grains with disordered crystal directions are not easily formed in the gaps, and a dense CVD-SiC film with few gaps can be obtained.

また、結晶粒子の上端部が正六角錐の形状を呈し、先端が尖っているので、正面への光を反射する平坦面がない。すなわち、斜面のみでCVD−SiC膜の表面が構成されているので、当たった光は散乱し、平坦面と斜面との比率によって正反射率に対して影響を受けにくくすることができる。このため、結晶粒子の成長の仕方によって反射に与える影響を小さくすることができる。   In addition, since the upper end of the crystal particle has a regular hexagonal pyramid shape and the tip is sharp, there is no flat surface for reflecting light toward the front. That is, since the surface of the CVD-SiC film is constituted only by the slope, the incident light is scattered, and the regular reflectance can be made less affected by the ratio of the flat surface to the slope. For this reason, the influence which it has on reflection by the way of growth of crystal grains can be reduced.

また、F111が0.9〜1.00であることがさらに好ましい。この範囲では、膜厚の方向に対して111方向がさらに強く配向したCVD−SiC膜であるので、結晶粒子の配列の乱れが少なく、さらに緻密で気孔の少ないCVD−SiC膜を得ることができる。 Further, F 111 is more preferably 0.9 to 1.00. In this range, the CVD-SiC film is oriented more strongly in the 111 direction with respect to the film thickness direction, so that it is possible to obtain a dense CVD-SiC film with less disorder in the arrangement of crystal grains and with less porosity. .

また、結晶粒子の直径の最大値は、50〜300μmであることが好ましい。ここで、 結晶粒子の直径の最大値とは、多数散在する結晶粒子の中で、最も大きな結晶粒子の直径である。   Moreover, it is preferable that the maximum value of the diameter of a crystal particle is 50-300 micrometers. Here, the maximum value of the diameter of the crystal grain is the diameter of the largest crystal grain among the many scattered crystal grains.

一般にCVD−SiC膜は、CVD炉において製膜の開始から終了まで間に結晶粒子が徐々に成長していく。結晶粒子の大きさは、製膜の開始から終了までの間に継続して成長したものが最も大きく、製膜の途中で成長が止まったもの、製膜の途中から成長を開始したものでは、それより小さくなる。このため、CVD−SiC膜の表面に観察される最も大きな結晶粒子は、製膜の開始から成長してきたものであり、結晶粒子の直径の分布において、ほぼ同等の大きさの結晶粒子が「大きな結晶粒子」の群を構成し、製膜の途中から成長を開始した「小さな結晶粒子」がその隙間を埋める。このため、特異的に大きな結晶粒子が存在することはない。また、製膜の開始には多数あった結晶粒子が淘汰しながら「大きな結晶粒子」に成長していくので、CVD−SiC膜の表面は、結晶粒子の直径の分布において「大きな結晶粒子」の群が面積の大半を占有する。   In general, in a CVD-SiC film, crystal grains gradually grow from the start to the end of film formation in a CVD furnace. The size of the crystal particles is the largest that has grown continuously from the start to the end of film formation, the one that stopped growing in the middle of film formation, the one that started growth from the middle of film formation, It becomes smaller than that. For this reason, the largest crystal particle observed on the surface of the CVD-SiC film has grown from the start of film formation, and in the distribution of the diameter of the crystal particle, crystal particles of almost the same size are “large” “Small crystal particles” that form a group of “crystal particles” and that start growing in the middle of film formation fill the gap. For this reason, specifically large crystal grains do not exist. In addition, since a large number of crystal grains grow at the start of film formation, they grow into “large crystal grains”, so that the surface of the CVD-SiC film is “large crystal grains” in the distribution of the diameters of the crystal grains. The group occupies most of the area.

結晶粒子の直径の最大値は300μm以下である場合、粗大な結晶粒子がなく、熱伝導、輻射率など熱的な特性を均一化することができ、例えば、半導体などの用途で好適に利用することができる。
また、結晶粒子の直径の最大値は50μm以上である場合、CVD−SiC膜の表面の面積の大半を占有する「大きな結晶粒子」の群が、表面に形成される粒子間の隙間の数を減らし、緻密なCVD−SiC膜を形成することができる。
When the maximum value of the diameter of the crystal particle is 300 μm or less, there is no coarse crystal particle, and thermal characteristics such as heat conduction and emissivity can be made uniform. For example, it is suitably used in applications such as semiconductors. be able to.
Further, when the maximum value of the diameter of the crystal particles is 50 μm or more, the group of “large crystal particles” that occupies most of the surface area of the CVD-SiC film determines the number of gaps between the particles formed on the surface. And a dense CVD-SiC film can be formed.

さらに、基材と、前記記載のCVD−SiC膜とから複合材が形成される。
CVD−SiC膜は、高純度の原料ガスが原材料であるので、高純度であり、気孔の少ない緻密な素材である。
本発明の複合材によれば、緻密なCVD−SiC膜で覆われているので、基材とCVD−SiC膜の外側とのガスの流通を遮断することができ、基材を外部の腐食性ガスから保護するとともに、基材からの不純物ガスの放出を防止することができる。このため、腐食性ガスに強く、不純物ガスの放出の少ない複合材を提供することができる。
Furthermore, a composite material is formed from the base material and the above-described CVD-SiC film.
The CVD-SiC film is a dense material with high purity and few pores because high-purity source gas is a raw material.
According to the composite material of the present invention, since it is covered with a dense CVD-SiC film, the gas flow between the substrate and the outside of the CVD-SiC film can be blocked, and the substrate is corrosive to the outside. While protecting from gas, discharge | release of impurity gas from a base material can be prevented. Therefore, it is possible to provide a composite material that is strong against corrosive gas and has little emission of impurity gas.

また、基材は、黒鉛であることが好ましい。
一般に黒鉛は、耐熱性、強度が高く、さらに加工性がよいため、様々な形状に加工できる。一方、黒鉛は酸化しやすく、高温の酸化雰囲気では消耗が早いことが欠点である。
本発明の複合材は、前記CVD−SiC膜で被覆することによって、基材の酸化を防止することができる。また、CVD−SiC膜で被覆することによって多孔質である黒鉛が吸着したガスなどをCVD−SiC膜の外側に放出しにくくすることができる。このため、耐熱性に優れ、強度が高く、様々な形状に対応できる複合材を提供することができる。
The base material is preferably graphite.
In general, graphite has high heat resistance, high strength, and good workability, so it can be processed into various shapes. On the other hand, graphite is easy to oxidize, and its disadvantage is that it is consumed quickly in a high-temperature oxidizing atmosphere.
The composite material of the present invention can prevent the base material from being oxidized by coating with the CVD-SiC film. Further, by covering with a CVD-SiC film, it is possible to make it difficult to release gas or the like adsorbed by porous graphite to the outside of the CVD-SiC film. Therefore, it is possible to provide a composite material that is excellent in heat resistance, has high strength, and can cope with various shapes.

本発明のCVD−SiC膜の製造方法について、図1を用いて具体的に説明する。   The method for producing a CVD-SiC film of the present invention will be specifically described with reference to FIG.

まず、CVD装置100のCVD炉10に黒鉛基材Sを入れる。黒鉛基材Sの下には、黒鉛ヒーター42が備えられている。外部の加熱装置41が黒鉛ヒーター42に電流を流し、黒鉛ヒーター42の抵抗発熱により発熱することができる。発熱方法はこれに限定されず、誘導加熱、高周波過熱などの他の方法を用いることが可能であり、特に限定されない。   First, the graphite base material S is put into the CVD furnace 10 of the CVD apparatus 100. Below the graphite substrate S, a graphite heater 42 is provided. An external heating device 41 can pass a current through the graphite heater 42 and generate heat due to resistance heat generation of the graphite heater 42. The heat generation method is not limited to this, and other methods such as induction heating and high-frequency overheating can be used and are not particularly limited.

CVD炉10の上部には例えば石英ガラスの窓を通して、光源23からレーザ光線Lを照射する。石英ガラスは、熱膨張係数が小さく、耐熱性を有するとともに、紫外域から赤外域まで、高い透過率を有しているので、窓を構成する材料として好適に利用することができる。レーザ光線は高出力であり、反射による光学部品の熱損傷、ケガを防止するため、レーザ波長にあわせ、石英ガラス入射面に反射防止コーティングを施す。例えば、フッ素系光学コーティングを用いることが好ましい。   The upper part of the CVD furnace 10 is irradiated with a laser beam L from a light source 23 through, for example, a quartz glass window. Quartz glass has a small thermal expansion coefficient, has heat resistance, and has a high transmittance from the ultraviolet region to the infrared region, and thus can be suitably used as a material constituting the window. The laser beam has a high output, and an antireflection coating is applied to the incident surface of the quartz glass in accordance with the laser wavelength in order to prevent thermal damage and injury of the optical component due to reflection. For example, it is preferable to use a fluorine-based optical coating.

光源23は、たとえばレーザ光源を利用することができる。レーザ光源は半導体レーザ、ガスレーザなど利用でき特に限定されない。光源から窓を通して黒鉛基材S上にレーザ光線Lを照射する。また、別の窓を通して、放射温度計21を用い、黒鉛基材Sの表面の温度を測定することができる。   As the light source 23, for example, a laser light source can be used. As the laser light source, a semiconductor laser, a gas laser, or the like can be used and is not particularly limited. The laser beam L is irradiated onto the graphite substrate S from the light source through the window. Moreover, the temperature of the surface of the graphite base material S can be measured using the radiation thermometer 21 through another window.

CVD炉10の例えば上部には、原料ガスの導入パイプ22を有している。原料ガスの導入パイプ22を通してCVD炉10の内部に原料ガスを供給することができる。   For example, an upper portion of the CVD furnace 10 has a source gas introduction pipe 22. The source gas can be supplied into the CVD furnace 10 through the source gas introduction pipe 22.

CVD−SiC膜の製膜に先立って、CVD炉10の内部のガスを真空ポンプで排出し、減圧するとともに炉内を製膜温度まで加熱する。CVD炉の内部の圧力(全圧)、製膜温度は、例えばそれぞれ8kPa、1623Kに設定される。製膜温度とは、黒鉛基材Sの表面の温度である。加熱と減圧は同時に行ってもよいし、逆の順で行ってもよく、順序は特に限定されない。   Prior to the deposition of the CVD-SiC film, the gas inside the CVD furnace 10 is exhausted by a vacuum pump, the pressure is reduced, and the interior of the furnace is heated to the deposition temperature. The pressure inside the CVD furnace (total pressure) and the film forming temperature are set to 8 kPa and 1623 K, respectively, for example. The film forming temperature is the temperature of the surface of the graphite substrate S. Heating and decompression may be performed simultaneously or in the reverse order, and the order is not particularly limited.

次に、黒鉛基材Sの表面に光源23からレーザ光線Lを石英ガラスの窓を通して照射する。光源23には例えばAlGaAs半導体レーザを用いることができる。   Next, the surface of the graphite substrate S is irradiated with a laser beam L from the light source 23 through a quartz glass window. As the light source 23, for example, an AlGaAs semiconductor laser can be used.

駆動源31、支持部材、テーブル33を用いて、黒鉛基材Sを動かしながらレーザ光線Lにより原料ガスを熱分解させながら黒鉛基材S上にCVD−SiC膜を成長させる。なお、図1の例ではCVD−SiC膜を形成する際に、黒鉛基材Sを動かすが、黒鉛基材Sを固定した状態で、光源23を駆動し、レーザ光線Lを動かしてもよい。   A CVD-SiC film is grown on the graphite substrate S using the drive source 31, the support member, and the table 33 while moving the graphite substrate S and thermally decomposing the source gas with the laser beam L. In the example of FIG. 1, the graphite substrate S is moved when forming the CVD-SiC film. However, the light source 23 may be driven and the laser beam L may be moved while the graphite substrate S is fixed.

このようにして黒鉛基材Sの表面にCVD−SiC膜を形成することができる。得られたCVD−SiC膜は、黒鉛基材Sとともに用いてもよいし、黒鉛基材Sを分離してCVD−SiC膜のみで用いてもよい。例えば基材が本例のように黒鉛である場合、切削加工、酸化雰囲気中での酸化、機械的な剥離によってCVD−SiC膜を分離することができる。機械的にCVD−SiC膜を基材から分離する場合には、CVD−SiC膜が基材の気孔に侵入しないように、基材の表面の気孔を封止しておくことが望ましい。封止の方法は、ガラス状カーボン、熱分解炭素などを被覆することで気孔を封止し、剥離しやすくすることができる。このようにして、CVD−SiC膜を基材から分離することができる。   In this way, a CVD-SiC film can be formed on the surface of the graphite substrate S. The obtained CVD-SiC film may be used together with the graphite substrate S, or the graphite substrate S may be separated and used only as the CVD-SiC film. For example, when the substrate is graphite as in this example, the CVD-SiC film can be separated by cutting, oxidation in an oxidizing atmosphere, or mechanical peeling. When the CVD-SiC film is mechanically separated from the substrate, it is desirable to seal the pores on the surface of the substrate so that the CVD-SiC film does not enter the pores of the substrate. As a sealing method, the pores can be sealed by covering with glassy carbon, pyrolytic carbon or the like, and can be easily peeled off. In this way, the CVD-SiC film can be separated from the substrate.

(実施例)
本発明のCVD−SiC膜の製造できる範囲を確認するため、レーザ光線を用い、基材を加熱しながら光CVD法でCVD−SiC膜を形成し、得られたCVD−SiC膜の性状を確認した。
(Example)
In order to confirm the range in which the CVD-SiC film of the present invention can be produced, a CVD-SiC film is formed by a photo-CVD method using a laser beam while heating the substrate, and the properties of the obtained CVD-SiC film are confirmed. did.

試験の水準は、圧力条件が8水準、温度条件が5水準である。   The test level is 8 levels for pressure conditions and 5 levels for temperature conditions.

試験条件には、a1〜a5、b1〜b5、c1〜c5、d1〜d5、e1〜e5、f1〜f5、g1〜g5、h1〜h5の符号を付与し区別した。   The test conditions were distinguished by assigning symbols a1 to a5, b1 to b5, c1 to c5, d1 to d5, e1 to e5, f1 to f5, g1 to g5, and h1 to h5.

添え字のアルファベットは、CVD炉内の全圧を示し、“a”は2kPa、“b”は4kPa、“c”は5kPa、“d”は6kPa、“e”は8kPa、“f”は10kPa、“g”は20kPa、“h”は40kPaである。   The subscript alphabet indicates the total pressure in the CVD furnace, “a” is 2 kPa, “b” is 4 kPa, “c” is 5 kPa, “d” is 6 kPa, “e” is 8 kPa, and “f” is 10 kPa. , “G” is 20 kPa, and “h” is 40 kPa.

添え字の数字は、CVD炉内の製膜温度を示し、“1”は1473K、“2”は1523K、“3”は1573K、“4”は1623K、“5”は1673Kである。   The number of the subscript indicates the film forming temperature in the CVD furnace. “1” is 1473K, “2” is 1523K, “3” is 1573K, “4” is 1623K, and “5” is 1673K.

共通する製造条件を以下に示す。
気化器 :液体原料のバブリング
CVD炉:横型炉
光源 :半導体レーザ(AlGaAs)
ビーム径:10mm
波長 :1064nm
加熱 :黒鉛ヒーター
排気 :ドライ式真空ポンプ
排気処理:フィルター、コールドトラップ、スクラバー
制御 :Labview
基材 :黒鉛基材(φ10×1mm)
測温 :放射温度計
原料ガス:SiCl、CH、H
ガス比率:
SiCl:CH:H=1:0.5:3.5
Common manufacturing conditions are shown below.
Vaporizer: Bubbling of liquid source CVD furnace: Horizontal furnace Light source: Semiconductor laser (AlGaAs)
Beam diameter: 10mm
Wavelength: 1064nm
Heating: Graphite heater Exhaust: Dry vacuum pump Exhaust treatment: Filter, cold trap, scrubber Control: Labview
Base material: Graphite base material (φ10 × 1mm)
Temperature measurement: Radiation thermometer Source gas: SiCl 4 , CH 4 , H 2
Gas ratio:
SiCl 4 : CH 4 : H 2 = 1: 0.5: 3.5

黒鉛基材を、CVD炉内のテーブルに置き、次に炉を閉鎖して真空引きした。真空ポンプで十分に圧力を下げた後、補助加熱源である黒鉛ヒーターで炉内を加熱した。60分かけて黒鉛基材の温度が1273Kとなるように加熱した後、レーザ光線を照射し、黒鉛基材の温度が安定したあと、原料ガスを流し、CVD−SiC膜を成長させた。
30分間原料ガスを流し、CVD−SiC膜を製膜した後、原料ガスを止め、製膜を停止した。
レーザ光線の出力は、製膜温度が1473Kであるa1〜h1の水準では350W、製膜温度が1523Kであるa2〜h2の水準では400W、製膜温度が1573Kであるa3〜h3の水準では450W、製膜温度が1623Kであるa4〜h4の水準では500W、製膜温度が1673Kであるa5〜h5の水準では550Wとし、レーザ光による加熱で温度を微調整した。
The graphite substrate was placed on a table in a CVD furnace, then the furnace was closed and evacuated. After sufficiently reducing the pressure with a vacuum pump, the inside of the furnace was heated with a graphite heater as an auxiliary heating source. After heating so that the temperature of a graphite base material might become 1273K over 60 minutes, after irradiating a laser beam and stabilizing the temperature of a graphite base material, source gas was flowed and the CVD-SiC film was grown.
After flowing a source gas for 30 minutes to form a CVD-SiC film, the source gas was stopped and the film formation was stopped.
The laser beam output is 350 W at the level of a1 to h1 where the film forming temperature is 1473 K, 400 W at the level of a2 to h2 where the film forming temperature is 1523 K, and 450 W at the level of a3 to h3 where the film forming temperature is 1573 K. The film forming temperature was set to 500 W at the level of a4 to h4 where the film forming temperature was 1623 K, and 550 W at the level of a5 to h5 where the film forming temperature was 1673 K, and the temperature was finely adjusted by heating with laser light.

CVD炉内の全圧は、排気のバルブの開度を調整することで行う。排気のバルブは、真空ポンプとCVD炉との間に備えられている。   The total pressure in the CVD furnace is adjusted by adjusting the opening of the exhaust valve. An exhaust valve is provided between the vacuum pump and the CVD furnace.

全圧[kPa」と、製膜温度[K]から算出される「−0.04t+72」の値とを比較するために、以下の式(4)の値を算出した。得られた値が「正」または「0」であれば式(1)の条件を満たし、「負」であれば式(1)の条件を満たさない。   In order to compare the total pressure [kPa] and the value of “−0.04t + 72” calculated from the film forming temperature [K], the value of the following formula (4) was calculated. If the obtained value is “positive” or “0”, the condition of the expression (1) is satisfied, and if it is “negative”, the condition of the expression (1) is not satisfied.

次に得られたCVD−SiC膜の試料をX線回折法で分析し、得られたチャートを解析し、配向方向を確認し、さらに111方向のLotgering Factorを得た。また、得られたSiC膜の厚さと製膜時間より、製膜速度を算出した。   Next, a sample of the obtained CVD-SiC film was analyzed by an X-ray diffraction method, the obtained chart was analyzed, the orientation direction was confirmed, and a 111-direction Lottery Factor was obtained. Further, the film forming speed was calculated from the thickness of the obtained SiC film and the film forming time.

図2は、試験の条件及び得られた結果を示す表である。図3は実施例の確認試験におけるa1〜h5の試験で得られたCVD−SiC膜をX線回折法により解析し、得られたピークから解析した配向方向を示す模式図である。図4は、図3の模式図の部分拡大図であり、4〜10kPaの範囲を拡大し、縦軸を実数軸にして表した図であり、CVD−SiC膜の配向方向に分けてその区分している。図5は、本発明の実施例の確認試験におけるa1〜h5の試験における製膜速度を示す説明図である。さらに、得られたCVD−SiC膜をSEMにより撮影した。撮影により得られたSEM写真を図6〜図13に示す。   FIG. 2 is a table showing the test conditions and the results obtained. FIG. 3 is a schematic diagram showing the orientation direction analyzed from the obtained peak by analyzing the CVD-SiC film obtained in the tests a1 to h5 in the confirmation test of the example by the X-ray diffraction method. FIG. 4 is a partially enlarged view of the schematic diagram of FIG. 3, in which the range of 4 to 10 kPa is enlarged and the vertical axis is expressed as a real axis, divided into the orientation directions of the CVD-SiC film. doing. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the film forming speed in the tests a1 to h5 in the confirmation test of the example of the present invention. Further, the obtained CVD-SiC film was photographed by SEM. SEM photographs obtained by photographing are shown in FIGS.

「全圧」はCVD炉内の圧力[kPa]、製膜温度は基材の表面の温度[K]、製膜速度は、得られたCVD−SiC膜の製膜速度[μm/h]、「p−(−0.04t+72)」は、式(4)に相当して式(1)を判定する式であり「正」または「0」であれば該当する。F111は算出される111方向のLotgering Factorである。また、SEM写真により、「基材の表面に対して垂直方向に延びる上端部が正六角錐の結晶粒子」の形成の有無を判定し、形成されている場合を「○」とした。さらに「基材の表面に対して垂直方向に延びる上端部が正六角錐の結晶粒子」が形成されている水準において、「結晶粒子の直径の最大値」をSEM写真より計測した。 The “total pressure” is the pressure in the CVD furnace [kPa], the film forming temperature is the surface temperature [K] of the substrate, the film forming speed is the film forming speed [μm / h] of the obtained CVD-SiC film, “P − (− 0.04t + 72)” is an expression for determining the expression (1) corresponding to the expression (4), and is “positive” or “0”. F 111 is a calculated 111-direction logger factor. In addition, the presence or absence of the formation of “crystal particles having a regular hexagonal pyramid whose upper end extending in the direction perpendicular to the surface of the substrate” was determined from the SEM photograph. Furthermore, “the maximum value of the diameter of the crystal particles” was measured from the SEM photograph at a level where “the crystal particles having a regular hexagonal pyramid at the upper end extending in the direction perpendicular to the surface of the substrate” were formed.

「p−(−0.04t+72)」の値が、正であるd5、e4、e5、f3、f4、f5、g1〜g5、h1〜h5の試料では、速い製膜速度が得られる上に、得られたCVD−SiC膜のF111の値が0.8〜1.0の範囲となり、111方向へ強く配向していることが確認された。また、圧力が10kPa以下であるd5、e4、e5、f3、f4、f5の試料では「基材の表面に対して垂直方向に延びる上端部が正六角錐の結晶粒子」が得られ、さらに「結晶粒子の直径の最大値」が50〜300μmであることが確認された。 In the samples of d5, e4, e5, f3, f4, f5, g1 to g5, and h1 to h5 in which the value of “p − (− 0.04t + 72)” is positive, a high film forming speed is obtained. The F- 111 value of the obtained CVD-SiC film was in the range of 0.8 to 1.0, and it was confirmed that the film was strongly oriented in the 111 direction. Further, in the samples of d5, e4, e5, f3, f4, and f5 having a pressure of 10 kPa or less, “crystal particles having a regular hexagonal pyramid with an upper end extending in a direction perpendicular to the surface of the substrate” are obtained. It was confirmed that the “maximum value of the diameter of the particles” was 50 to 300 μm.

<比較例>
また、図14は、レーザ光線を照射することなく、補助加熱源のみで加熱した熱CVD法によるCVD−SiC膜のSEM写真を示す。これらの製造方法は光CVD法でないので本発明のCVD−SiC膜の製造方法には当たらない。製膜温度が低い1473Kのi1の試料(図14A)では111配向のCVD−SiC膜が得られているが、製膜速度は遅い。製膜温度が高い1773Kのi1の試料(図14D)では、速い製膜速度が得られているものの、110配向であり、111配向は得られなかった。これらの中間の1573Kのi2(図14B)、1673Kのi3(図14C)の試料では、111配向と、110配向の混合したCVD−SiC膜が得られ、111配向のCVD−SiC膜は得られなかった。すなわち、熱CVD法では、低温では111配向が得られるが製膜速度が遅く、高温では製膜速度が速いものの111配向が得られないことが確認された。
<Comparative example>
FIG. 14 shows an SEM photograph of a CVD-SiC film formed by a thermal CVD method heated only by an auxiliary heating source without irradiating a laser beam. Since these manufacturing methods are not photo CVD methods, they do not correspond to the manufacturing method of the CVD-SiC film of the present invention. In the i1 sample (FIG. 14A) having a low film forming temperature of 1473K, a 111-oriented CVD-SiC film is obtained, but the film forming speed is slow. The i1 sample (FIG. 14D) having a high film forming temperature of 1773 K had a high film forming speed, but had 110 orientation and 111 orientation could not be obtained. In these intermediate 1573K i2 (FIG. 14B) and 1673K i3 (FIG. 14C) samples, a 111-oriented and 110-oriented CVD-SiC film is obtained, and a 111-oriented CVD-SiC film is obtained. There wasn't. That is, in the thermal CVD method, it was confirmed that the 111 orientation could be obtained at a low temperature but the film forming speed was low, and the film forming speed was high at a high temperature but the 111 orientation could not be obtained.

10 CVD炉(筐体)
21 放射温度計
22 導入パイプ(原料供給部)
23 光源
31 駆動源
32 支持部材
33 テーブル
41 加熱装置
42 黒鉛ヒーター(加熱ヒーター)
100 CVD装置
S 黒鉛基材(基材)
10 CVD furnace (housing)
21 Radiation thermometer 22 Introduction pipe (raw material supply part)
23 light source 31 drive source 32 support member 33 table 41 heating device 42 graphite heater (heating heater)
100 CVD equipment S Graphite base material (base material)

Claims (10)

原料ガスを供給しながらCVD炉内で基材上に沈積させるCVD法によるCVD−SiC膜の製造方法であって、
前記CVD法は、基材に光線を照射する光CVD法であり、かつ製膜温度(t[K])と全圧(p[kPa])が下記式(1)を満たすことを特徴とするCVD−SiC膜の製造方法。
A method for producing a CVD-SiC film by a CVD method in which a source gas is supplied and deposited on a substrate in a CVD furnace,
The CVD method is a photo-CVD method in which a substrate is irradiated with light, and a film forming temperature (t [K]) and a total pressure (p [kPa]) satisfy the following formula (1). A method for producing a CVD-SiC film.
前記全圧pは、6〜10kPaであることを特徴とする請求項1に記載のCVD−SiC膜の製造方法。   The method for producing a CVD-SiC film according to claim 1, wherein the total pressure p is 6 to 10 kPa. 前記製膜温度tは、1600〜1700Kであることを特徴とする請求項1または2に記載のCVD−SiC膜の製造方法。   The method for producing a CVD-SiC film according to claim 1 or 2, wherein the film-forming temperature t is 1600 to 1700K. 前記光線は、波長が1500nm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のCVD−SiC膜の製造方法。   The method for producing a CVD-SiC film according to claim 1, wherein the light beam has a wavelength of 1500 nm or less. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたCVD−SiC膜。   The CVD-SiC film manufactured with the manufacturing method as described in any one of Claims 1-4. 膜厚の方向に延び、上端部が正六角錐の結晶粒子を含み、
前記膜厚の方向におけるF111(111方向のLotgering Factor)が0.8〜1.0であることを特徴とするCVD−SiC膜。
Extends in the direction of the film thickness, the upper end includes crystal grains of regular hexagonal pyramids,
A CVD-SiC film, wherein F 111 in the film thickness direction (Lotting Factor in the 111 direction) is 0.8 to 1.0.
前記F111が0.9〜1.0であることを特徴とする請求項6に記載のCVD−SiC膜。 The CVD-SiC film according to claim 6, wherein the F 111 is 0.9 to 1.0. 前記CVD−SiC膜は、前記結晶粒子の直径の最大値が50〜300μmであることを特徴とする請求項6または7に記載のCVD−SiC膜。   The CVD-SiC film according to claim 6 or 7, wherein the CVD-SiC film has a maximum diameter of the crystal grains of 50 to 300 µm. 基材と、請求項6〜8のいずれか一項に記載のCVD−SiC膜とからなる複合材。   The composite material which consists of a base material and the CVD-SiC film as described in any one of Claims 6-8. 前記基材は、黒鉛であることを特徴とする請求項9に記載の複合材。
The composite material according to claim 9, wherein the base material is graphite.
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