JP2563782B2 - Method for manufacturing silicon carbide based jig for semiconductor manufacturing - Google Patents

Method for manufacturing silicon carbide based jig for semiconductor manufacturing

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JP2563782B2
JP2563782B2 JP61238930A JP23893086A JP2563782B2 JP 2563782 B2 JP2563782 B2 JP 2563782B2 JP 61238930 A JP61238930 A JP 61238930A JP 23893086 A JP23893086 A JP 23893086A JP 2563782 B2 JP2563782 B2 JP 2563782B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体製造用治具の製造方法に関し、特に電
子工業用の半導体素子を製造するために高温炉内に収納
されて、シリコンウエハーの支持台等として使用される
半導体製造用治具の製造方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor manufacturing jig, and more particularly to a silicon wafer which is housed in a high temperature furnace for manufacturing a semiconductor device for the electronic industry. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor manufacturing jig used as a support base or the like.

(従来の技術) 従来、この種の電子工業用の半導体製造用治具として
は、例えば石英質のもの、黒鉛基材表面に炭化珪素被膜
を形成させた炭素・炭化珪素複合体、或いは炭化珪素成
形体に金属シリコンを充填させた複合体等が知られてお
り、それぞれの用途に応じて用いられている。
(Prior Art) Conventionally, as a jig for manufacturing a semiconductor for this kind of electronic industry, for example, a jig made of quartz, a carbon / silicon carbide composite in which a silicon carbide coating is formed on the surface of a graphite base material, or silicon carbide is used. BACKGROUND ART A composite body or the like in which a molded body is filled with metallic silicon is known, and is used according to each application.

ところで、上記の石英質の半導体製造用治具は耐熱性
に劣るものであり、軟化変形を生じ易い。また、黒鉛基
材表面に炭化珪素被膜を形成させた炭素・炭化珪素複合
体はあらかじめ黒鉛基材をハロゲンガス雰囲気中で高温
熱処理を施す等の方法により純化処理を施す必要があっ
て、多額の費用を要するため経済的でない。
By the way, the above-mentioned quartz jig for semiconductor manufacturing has poor heat resistance and is liable to be softened and deformed. In addition, a carbon-silicon carbide composite having a silicon carbide coating formed on the surface of a graphite base material needs to be purified by a method such as high-temperature heat treatment of the graphite base material in a halogen gas atmosphere in advance. Not economical because it costs money.

また、上記炭化珪素成形体に金属シリコンを充填させ
た複合体は、例えば特開昭51−85374号公報に 「プロセス管と、それに挿入され得る寸法・形状のパ
ドルと、前記パドルに支持され得る少なくとも1つの舟
形容器とからなり、前記プロセス管、パドルおよび舟形
容器は5〜30重量%の高純度シリコン金属を含有する焼
結シリコンカーバイドマトリックスを主体として成り、
前記シリコン金属は前記管、パドルおよび舟形容器に気
体不透過性を与えてなる半導体拡散炉。」 に係る発明が開示されている。
Further, a composite obtained by filling the above silicon carbide molded body with metallic silicon is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-85374, "Process tube, paddle of a size and shape that can be inserted therein, and the paddle. At least one boat-shaped vessel, said process tube, paddle and boat-shaped vessel being based on a sintered silicon carbide matrix containing 5 to 30% by weight of high-purity silicon metal,
A semiconductor diffusion furnace in which the silicon metal provides gas impermeability to the tube, paddle and boat. The invention according to "is disclosed.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、前記の特開昭51−85374号公報記載の
焼結シリコンカーバイドマトリックスは再結晶炭化珪素
であり、出発原料として比較的粗粒の炭化珪素粒子を使
用するため、表面の面粗度が大きく、特に複雑な形状で
しかも高い寸法精度の要求される焼結体を格別の機械加
工を施すことなく製造することが困難であった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the sintered silicon carbide matrix described in JP-A-51-85374 is recrystallized silicon carbide, and relatively coarse particles of silicon carbide are used as a starting material. Therefore, it is difficult to manufacture a sintered body having a large surface roughness, particularly a complicated shape, and high dimensional accuracy, without performing special machining.

ところで、電子工業用の半導体製造用治具は、主とし
て半導体等の高純度製品を取扱う用途に使用されるもの
であるため、高純度で製品汚染のないこと、および耐熱
性に優れていることが重要であることの他に、加熱・冷
却が頻繁に繰返される用途に使用されるものであるた
め、熱伝導性および耐熱衝撃性に優れていることが好適
であるが、このような種々の特性に優れた半導体製造用
治具を特に安価に提供することは困難であった。
By the way, since a semiconductor manufacturing jig for the electronic industry is mainly used for handling high-purity products such as semiconductors, it has high purity, no product contamination, and excellent heat resistance. Besides being important, since it is used for applications where heating and cooling are frequently repeated, it is preferable that it has excellent thermal conductivity and thermal shock resistance. It has been difficult to provide an excellent semiconductor manufacturing jig at a particularly low cost.

また、複雑な形状の半導体製造用治具を製造しようと
する場合、上記の各問題がさらにクローズアップされる
ため、半導体素子の製造効率をアップすることのできる
形状の半導体製造用治具を製造することは極めて困難で
あったのである。
In addition, when trying to manufacture a semiconductor manufacturing jig with a complicated shape, each of the above problems is further highlighted, so manufacturing a semiconductor manufacturing jig with a shape that can improve the manufacturing efficiency of semiconductor elements It was extremely difficult to do.

そこで、本発明者は、前述の如き従来知られた半導体
製造用治具に比較して、複雑な形状とすることができる
とともに、特に熱伝導性に優れ、良好な均熱性および速
い熱応答性を得ることのできる半導体製造用治具を提供
することを目的として種々研究を積重ねた結果、上記の
金属シリコンを有効に利用して、炭化珪素部材を互いに
接合することによって高強度で複雑な形状の半導体製造
用治具を容易に製造することができることを新規に知見
するに至り、本発明を完成したのである。
Therefore, the present inventor can form a complicated shape as compared with the conventionally known jigs for semiconductor manufacturing as described above, and is particularly excellent in thermal conductivity, and has good thermal uniformity and fast thermal response. As a result of various studies for the purpose of providing a semiconductor manufacturing jig capable of obtaining the above, it is possible to effectively utilize the above-mentioned metallic silicon and bond silicon carbide members to each other to obtain a high-strength and complicated shape. The present invention has been completed by newly discovering that the above semiconductor manufacturing jig can be easily manufactured.

すなわち、本発明の目的とするところは、金属シリコ
ンの性質を有効に利用することによって、熱伝導性に優
れ、良好な均熱性および速い熱応答性を得ることのでき
ることは勿論のこと、半導体素子の製造効率をアップす
ることのできる複雑な形状の半導体製造用治具の製造方
法を提供することにある。
That is, it is an object of the present invention that, by effectively utilizing the properties of metallic silicon, it is possible to obtain excellent thermal conductivity, good soaking property, and fast thermal response, as well as a semiconductor device. To provide a method for manufacturing a jig for manufacturing a semiconductor having a complicated shape, which can improve the manufacturing efficiency.

(問題点を解決するための手段) 以上の目的を達成するために、本発明の採った手段
は、「平均粒径が5μm以下の炭化珪素粉末を成形して
夫々所望の形状をなし嵩比重が1.12〜2.0g/cm3の複数個
の生成形体を形成し、これらの生成形体を非酸化性雰囲
気下で焼結して三次元網目状の骨格を有する炭化珪素部
材を形成し、これらの炭化珪素部材を相互間のクリアラ
ンスが3mm以下となるように組合せ、組合せられた炭化
珪素部材に、炭化珪素100重量部に対し45〜135重量部の
金属シリコンを充填し、前記炭化珪素部材を金属シリコ
ンによって相互に接着することを特徴とする半導体製造
用炭化珪素基治具の製造方法。」である。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the means adopted by the present invention is that “a silicon carbide powder having an average particle diameter of 5 μm or less is molded to have a desired shape and a bulk specific gravity. Form a plurality of green compacts of 1.12 to 2.0 g / cm 3 , and these green compacts are sintered in a non-oxidizing atmosphere to form a silicon carbide member having a three-dimensional network skeleton. The silicon carbide members are combined so that the mutual clearance is 3 mm or less, and the combined silicon carbide members are filled with 45 to 135 parts by weight of metallic silicon with respect to 100 parts by weight of silicon carbide. A method of manufacturing a silicon carbide-based jig for semiconductor manufacturing, which comprises mutually bonding with silicon. "

第1図は本発明に係る半導体製造用治具(10)の一例
であるウェハーボードである。この半導体製造用治具
(10)は、複数の炭化珪素部材(11)を組合せ、金属シ
リコンによって相互に接着したものである。以下、この
製造方法について説明する。
FIG. 1 shows a wafer board which is an example of a semiconductor manufacturing jig (10) according to the present invention. This semiconductor manufacturing jig (10) is formed by combining a plurality of silicon carbide members (11) and adhering them to each other with metallic silicon. Hereinafter, this manufacturing method will be described.

まず、生成形体を形成する。 First, a green form is formed.

炭化珪素の平均粒径が5μm以下の粉末を型に詰め、
圧縮成形して、夫々所望の形状に成形された生成形体を
形成する。これらの生成形体は、嵩比重が1.12〜2.0/cm
3であって、開放気孔率は38〜65容積%を有している。
Fill the mold with powder of silicon carbide having an average particle size of 5 μm or less,
Compression molding is performed to form green molded bodies each having a desired shape. These green forms have a bulk specific gravity of 1.12 to 2.0 / cm.
3 , having an open porosity of 38-65% by volume.

本発明によれば、従来知られた多孔質炭化珪素焼結体
に比較して低密度でかつ取扱い性に優れた高強度の多孔
質体を製造することが重要であり、加圧成形法により生
成形体を成形する場合には出発原料として炭化珪素粉末
を分散媒液中で解膠剤とともに均一分散させた後凍結乾
燥せしめた炭化珪素粉末を使用することが有利であり、
また鋳込み成形法により生成形体を成形する場合には出
発原料として炭化珪素粉末を分散媒液中で解膠剤ととも
に均一分散させた懸濁液を使用することが有利である。
According to the present invention, it is important to produce a high-strength porous body having a low density and excellent handleability as compared with a conventionally known porous silicon carbide sintered body. When molding the green body, it is advantageous to use silicon carbide powder as a starting material, which is obtained by uniformly dispersing silicon carbide powder in a dispersion medium together with a peptizer and then freeze-drying the same.
When molding a green body by a casting method, it is advantageous to use a suspension in which silicon carbide powder is uniformly dispersed together with a peptizer in a dispersion medium liquid as a starting material.

その理由は、炭化珪素粉末は凝集性が強いため通常個
々の粒子が多数密接して集合した2次粒子を形成し易い
ため、このような炭化珪素粉末を何らかの分散処理を施
すことなく出発原料として使用すると2次粒子の単位で
結晶粒の粗大化が生起して得られる多孔質体の三次元網
目構造が比較的粗い組織となり易く、低密度でなおかつ
高強度の多孔質体を得ることは困難であった。しかしな
がら、前述の如き分散媒液中で解膠剤とともに均一分散
させた後凍結乾燥させた炭化珪素粉末を使用して加圧成
形した生成形体および懸濁液を使用して鋳込み、成形し
た生成形体はいずれも炭化珪素粉末の個々の粒子が極め
て均一に分散した状態で存在する生成形体を製造するこ
とができるため、結晶の三次元網目構造を極めて微細で
しかも均一に発達させることができ、低密度でなおかつ
高強度の多孔質体を製造することができるからである。
The reason is that since silicon carbide powder has a strong cohesive property, usually it is easy to form secondary particles in which a large number of individual particles are in close contact with each other, and therefore such a silicon carbide powder is used as a starting material without any dispersion treatment. When used, the three-dimensional network structure of the porous body obtained by the coarsening of crystal grains in the unit of secondary particles tends to have a relatively coarse structure, and it is difficult to obtain a porous body having a low density and high strength. Met. However, a green molded body obtained by casting and molding using a green molded body and a suspension formed by pressure molding using silicon carbide powder that has been uniformly dispersed with a deflocculant in a dispersion medium liquid as described above and then freeze-dried. In each case, since it is possible to produce a green compact in which individual particles of silicon carbide powder exist in a very uniformly dispersed state, it is possible to develop a three-dimensional network structure of crystals in an extremely fine and uniform manner. This is because it is possible to manufacture a porous body having high density and high strength.

本発明によれば、前記分散媒液としては種々のものを
使用することができるが、特に凍結乾燥させる場合に使
用するものは、融点が−5〜15℃の範囲内のものが有利
に使用でき、なかでもベンゼン、シクロヘキサンより選
ばれる少なくとも1種あるいは水を使用することが有利
である。
According to the present invention, various kinds of the dispersion medium can be used, but those used particularly in the case of freeze-drying are preferably those having a melting point in the range of -5 to 15 ° C. Of these, it is advantageous to use at least one selected from benzene and cyclohexane or water.

本発明によれば、前記炭化珪素粉末を分散媒液中に均
一分散させる手段として、振動ミル、アトライター、ボ
ールミル、コロイドミルおよび高速ミキサーの如き強い
剪断力を与えることのできる分散手段を用いることが有
利である。
According to the present invention, as a means for uniformly dispersing the silicon carbide powder in the dispersion medium liquid, a dispersing means such as a vibration mill, an attritor, a ball mill, a colloid mill or a high speed mixer capable of giving a strong shearing force is used. Is advantageous.

本発明によれば、前記炭化珪素粉末を分散媒液中に均
一分散させる際に使用する解膠剤としては、分散媒液が
有機質の場合には例えば脂肪酸アミン塩、芳香族アミン
塩、複素環アミン塩、ポリアルキレンポリアミン誘導体
等の陽イオン界面活性剤、エステル型、エステルエーテ
ル型、エーテル型、含窒素型等の非イオン界面活性剤が
有効であり、分散媒液が水の場合には例えばしゅう酸ア
ンモニウム、アンモニア水等の無機解膠剤、ジエチルア
ミン、モノエチルアミン、ピリジン、エチルアミン、水
酸化四メチルアンモニウム、モノエタノールアミン等の
有機解膠剤が有効である。
According to the present invention, the deflocculant used when uniformly dispersing the silicon carbide powder in the dispersion medium liquid is, for example, a fatty acid amine salt, an aromatic amine salt or a heterocyclic ring when the dispersion medium liquid is organic. Amine salts, cationic surfactants such as polyalkylene polyamine derivatives, nonionic surfactants such as ester type, ester ether type, ether type and nitrogen-containing type are effective, and when the dispersion medium liquid is water, for example, Inorganic peptizers such as ammonium oxalate and aqueous ammonia, and organic peptizers such as diethylamine, monoethylamine, pyridine, ethylamine, tetramethylammonium hydroxide and monoethanolamine are effective.

本発明によれば、前記炭化珪素粉末を分散媒液中に均
一分散させた懸濁液を凍結乾燥する場合には分散媒液の
融点より低い温度に維持された雰囲気中へ懸濁液を噴霧
して速やかに凍結させることが有利である。
According to the present invention, when the suspension in which the silicon carbide powder is uniformly dispersed in the dispersion medium is freeze-dried, the suspension is sprayed into an atmosphere maintained at a temperature lower than the melting point of the dispersion medium. Then, it is advantageous to freeze immediately.

ところで、前記炭化珪素の結晶系にはα型、μ型及び
非晶質のものがあるが、なかでもβ型のものは平均粒径
が5μm以下の微粉末を取得し易く、しかも比較的高強
度の多孔質体を容易に製造するこをができるため有利に
使用することができ、特にβ型炭化珪素を50重量%以上
含有する炭化珪素粉末を使用することが好ましい。
By the way, there are α-type, μ-type and amorphous types of the silicon carbide crystal system. Among them, the β-type has a relatively high average particle size of 5 μm or less and is easily obtained. Since a porous body having a high strength can be easily produced, it can be advantageously used, and it is particularly preferable to use a silicon carbide powder containing 50% by weight or more of β-type silicon carbide.

本発明によれば、前記生成形体の嵩比重を1.12〜2.0g
/cm3とすることが必要である。その理由は、前記嵩比重
が1.12g/cm3より小さいと炭化珪素粒子相互の結合箇所
が少ないため、得られる多孔質体の強度が低く取扱い性
に劣るからであり、一方2.0g/cm3より大きいと本発明の
目的とする開放気孔率の大きな多孔質体を製造すること
が困難であり、熱伝導率の高い半導体製造用治具(10)
を製造することが困難になるからである。
According to the invention, the bulk specific gravity of the green form is 1.12 to 2.0 g.
/ cm 3 is required. The reason is that the bulk specific gravity is less than 1.12 g / cm 3 because there are few bonding sites between silicon carbide particles, and the resulting porous body has low strength and poor handleability, while 2.0 g / cm 3 If it is larger, it is difficult to produce a porous body having a large open porosity, which is the object of the present invention, and a jig for semiconductor production having high thermal conductivity (10).
Because it becomes difficult to manufacture.

本発明によれば、前記とすることが必要である。その
理由は、前記温度が1400℃よりも低いと粒と粒とを結合
するネックを充分に発達させることが困難で、高い強度
を有する多孔質体を得ることができず、一方2100℃より
高いと一旦成長したネックのうち一定の大きさよりも小
さなネックがくびれた形状となったり、著しい場合には
消失したりして、むしろ強度が低くなるからである。
According to the invention, this is necessary. The reason is that if the temperature is lower than 1400 ° C, it is difficult to sufficiently develop the neck that connects the grains to each other, and a porous body having high strength cannot be obtained, while higher than 2100 ° C. That is, among the grown necks, a neck smaller than a certain size has a necked shape or disappears in a remarkable case, and the strength is rather lowered.

生成形体を焼結する。 Sinter the green body.

本発明によれば、前記生成形体は炭化珪素を酸化せし
めることのない非酸化性雰囲気中、例えばアルゴン、ヘ
リウム、ネオン、窒素、水素、一酸化炭素の中から選ば
れる何れか少なくとも1種よりなるガス雰囲気中あるい
は真空中で、焼結温度1400〜2100℃で焼成する。焼成さ
れた炭化珪素部材(11)は、平均曲げ強度が5kg/mm2
上である。
According to the present invention, the green body comprises at least one selected from the group consisting of argon, helium, neon, nitrogen, hydrogen and carbon monoxide in a non-oxidizing atmosphere that does not oxidize silicon carbide. Baking at a sintering temperature of 1400 to 2100 ° C in a gas atmosphere or in a vacuum. The fired silicon carbide member (11) has an average bending strength of 5 kg / mm 2 or more.

本発明によれば、前記生成形体は非酸化性雰囲気中で
実質的に収縮させることなく焼成することが有利であ
る。その理由は、焼結時における収縮は多孔質体の強度
を向上させる上では望ましいが、焼成収縮すると開放気
孔率が減少したり、気孔が独立気孔化し易く金属シリコ
ンの充填が困難になるばかりでなく、寸法精度の高い多
孔質体を焼成収縮を生起させて製造することは困難であ
るからである。
According to the invention, it is advantageous that the green body is fired in a non-oxidizing atmosphere without substantial shrinkage. The reason is that shrinkage at the time of sintering is desirable in order to improve the strength of the porous body, but when shrinking by firing, the open porosity is decreased, and the pores are apt to become independent pores, which makes it difficult to fill the metal silicon. This is because it is difficult to manufacture a porous body having high dimensional accuracy by causing firing shrinkage.

なお、本発明によれば、金属シリコンの充填が容易で
かつ寸法精度の高い多孔質体を得る上で実質的に収縮さ
せることなく焼結する際の焼成収縮率は2%以下とする
ことが好ましく、なかでも、1%以下であることがより
好適である。
According to the present invention, in order to obtain a porous body which can be easily filled with metallic silicon and has high dimensional accuracy, the firing shrinkage rate during sintering without substantially shrinking can be 2% or less. It is preferable that it is 1% or less.

また本発明によれば、前記生成形体を焼成するに際
し、生成形体からの炭化珪素の揮散を抑制することが有
利である。その理由は、前記生成形体からの炭化珪素の
揮散を抑制することによって、炭化珪素の粒と粒とを結
合するネックを充分に発達させることができるからであ
り、特に高強度で取扱い性に優れた多孔質体を製造する
場合には、炭化珪素の揮散率を5重量%以下に制御する
ことが有利である。
Further, according to the present invention, it is advantageous to suppress volatilization of silicon carbide from the green body when firing the green body. The reason is that by suppressing volatilization of silicon carbide from the green body, a neck connecting the silicon carbide particles to each other can be sufficiently developed, and particularly high strength and excellent handleability are provided. When producing a porous body, it is advantageous to control the volatilization rate of silicon carbide to be 5% by weight or less.

前記生成形体からの炭化珪素の揮散を抑制する方法と
しては、外気の侵入を遮断することのできる耐熱性の容
器内に生成形体を挿入する方法が有効であり、前記耐熱
性の容器としては、黒鉛あるいは炭化珪素などの材質か
らなる耐熱性の容器を使用することが好適である。
As a method of suppressing volatilization of silicon carbide from the green body, a method of inserting the green body into a heat-resistant container capable of blocking the invasion of outside air is effective, and as the heat-resistant container, It is preferable to use a heat-resistant container made of a material such as graphite or silicon carbide.

炭化珪素部材(11)を組合せる。 A silicon carbide member (11) is combined.

これらの炭化珪素部材(11)を所定の位置関係に組合
せる。この場合、相互間のクリアランスは3mm以下であ
る。
These silicon carbide members (11) are combined in a predetermined positional relationship. In this case, the mutual clearance is 3 mm or less.

つぎに、組合せられた炭化珪素部材に金属シリコンを
充填する。
Next, the combined silicon carbide members are filled with metallic silicon.

本発明によれば、前記金属シリコンを前記治具を構成
する炭化珪素100重量部に対し、45〜135重量部充填する
ことが必要である。前記金属シリコンを充填する理由
は、金属シリコンは炭化珪素とのなじみが良く、金属シ
リコンを多孔質体の開放気孔内に充填することによって
強度を向上せしめることができるばかりでなく、金属シ
リコンは熱伝導性に優れているため、多孔質体の開放気
孔中に金属シリコンを充填することにより、高い熱伝導
性および気体不透過性を付与せしめた半導体製造用治具
(10)となすことができるからである。また前記金属シ
リコンの充填量を45〜135重量部とすることが有利であ
る理由は、前記金属シリコンの充填量が45重量部より少
ないと高い熱伝導性を有する半導体製造用治具(10)と
なすことが困難であるからであり、一方充填量の上限は
多孔質体の開放気孔率によって決定される。前記金属シ
リコンの充填量は55重量部以上であることがより好適で
ある。
According to the present invention, it is necessary to fill the metallic silicon in an amount of 45 to 135 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silicon carbide forming the jig. The reason why the metallic silicon is filled is that the metallic silicon has good compatibility with silicon carbide, and not only can the strength be improved by filling the metallic silicon into the open pores of the porous body, but Since it has excellent conductivity, by filling the open pores of the porous body with metallic silicon, a jig for semiconductor manufacturing (10) having high thermal conductivity and gas impermeability can be formed. Because. Further, the reason why it is advantageous to set the filling amount of the metal silicon to 45 to 135 parts by weight is because the semiconductor manufacturing jig (10) having high thermal conductivity when the filling amount of the metal silicon is less than 45 parts by weight. On the other hand, the upper limit of the filling amount is determined by the open porosity of the porous body. More preferably, the filling amount of the metallic silicon is 55 parts by weight or more.

前記金属シリコンを多孔質体の開放気孔中へ充填する
方法としては、金属シリコンを加熱溶融させて含浸する
方法あるいは微粉化した金属シリコンを分散媒液中に分
散し、この分散液を多孔質体に含浸し、乾燥した後、金
属シリコンの溶融温度以上に加熱する方法等が適用でき
る。
As a method for filling the open pores of the porous body with the metal silicon, a method of heating and melting the metal silicon for impregnation or dispersing finely divided metal silicon in a dispersion medium liquid, and the dispersion liquid is used as the porous body. After impregnating and drying, the method of heating above the melting temperature of metallic silicon can be applied.

炭化珪素部材(11)を接着する。 The silicon carbide member (11) is bonded.

各炭化珪素部材(11)の開放気孔内に充填した金属シ
リコンと、各炭化珪素部材(11)間に形成された空間内
に充填した金属シリコンとを焼結すると、各炭化珪素部
材(11)が互いに強固に接着され、半導体製造用治具
(10)が構成される。
When the silicon metal filled in the open pores of each silicon carbide member (11) and the metal silicon filled in the space formed between the silicon carbide members (11) are sintered, each silicon carbide member (11) Are firmly bonded to each other to form a semiconductor manufacturing jig (10).

(実施例) 以下に、本発明を実施例および比較例によって説明す
る。
(Example) Below, this invention is demonstrated with an Example and a comparative example.

実施例1 出発原料として使用した炭化珪素粉末は97.5重量%が
β型結晶で残部は実質的に2H型結晶よりなる炭化珪素粉
末であって、0.12重量%の遊離炭素、0.37重量%の酸
素、1.2×10-4重量%の鉄、1.4×10-4重量%のカルシウ
ム、8×10-5重量%のナトリウム、1×10-5重量%のカ
リウムおよび痕跡量のアルミニウムを含有し、1.1μm
の平均粒径を有していた。
Example 1 The silicon carbide powder used as a starting material was a silicon carbide powder in which 97.5% by weight was β-type crystals and the balance was substantially 2H-type crystals. 0.12% by weight of free carbon, 0.37% by weight of oxygen, Contains 1.2 x 10 -4 wt% iron, 1.4 x 10 -4 wt% calcium, 8 x 10 -5 wt% sodium, 1 x 10 -5 wt% potassium and traces of aluminum, 1.1 μm
Had an average particle size of.

前記炭化珪素粉末100重量部に対し、ポリビニルアル
コール5重量部、モノエタノールアミン0.3重量部と水1
00重量部を配合し、ボールミル中で5時間混合した後凍
結乾燥した。
5 parts by weight of polyvinyl alcohol, 0.3 parts by weight of monoethanolamine and 1 part of water based on 100 parts by weight of the silicon carbide powder.
00 parts by weight were blended, mixed in a ball mill for 5 hours and then freeze-dried.

この乾燥混合物を適量採取し、顆粒化した後、静水圧
プレス機を用いて1300kg/cm2の圧力で生成形体を成形し
た。この生成形体の形状は、縦の長さが200mmで、厚さ
が10mmの板状で、密度は1.73g/cm3(54容量%)であっ
た。
An appropriate amount of this dry mixture was sampled and granulated, and then a green compact was molded using a hydrostatic press at a pressure of 1300 kg / cm 2 . The green form had a plate shape with a vertical length of 200 mm and a thickness of 10 mm and a density of 1.73 g / cm 3 (54% by volume).

前記生成形体を黒鉛製ルツボに挿入し、タンマン型焼
結炉を用いて1気圧の主としてアルゴンガス雰囲気中で
焼結した。昇温過程は450℃/時間で2000℃まで昇温
し、最高温度2000℃で15分間保持した。焼結中のCOガス
分圧は室温〜1700℃が80Pa以下、1700℃よりも高温域で
は300±50Paの範囲内となるようにアルゴンガス流量を
適宜調整して制御した。
The green molded body was inserted into a graphite crucible and sintered in a primarily argon gas atmosphere at 1 atm using a Tammann type sintering furnace. During the temperature raising process, the temperature was raised to 2000 ° C. at 450 ° C./hour and kept at the maximum temperature of 2000 ° C. for 15 minutes. The partial pressure of CO gas during sintering was controlled by appropriately adjusting the argon gas flow rate so that the room temperature to 1700 ° C was 80 Pa or less and the temperature higher than 1700 ° C was within 300 ± 50 Pa.

得られた焼結体は密度が1.70g/cm3、開放気孔率が47
容積%の多孔質体で、β型炭化珪素の含有率が92重量%
で残部は主として4H型と6H型のα型炭化珪素であった。
またこの結晶構造は主査型電子顕微鏡によって観察した
ところ、ブロック状の炭化珪素結晶が比較的太いネック
によって複雑に絡み合って結合された三次元構造を有し
ており、生成形体に対する線収縮率はいずれの方向に対
しても0.3±0.1%の範囲内で、この焼結体の平均曲げ強
度は13.8Kg/mm2と高い強度を有しており、3×10-4重量
%のアルミニウム、6×10-4重量%の鉄および4×10-4
重量%のニッケルを含有していた。なお、クロム、カル
シウム、銅の含有量はいずれも痕跡量であり、ナトリウ
ムとカリウムはいずれも1×10-4重量%未満であった。
The obtained sintered body had a density of 1.70 g / cm 3 and an open porosity of 47.
Porous material with volume% and β-silicon carbide content of 92% by weight
The balance was mainly 4H type and 6H type α-type silicon carbide.
Also, this crystal structure has a three-dimensional structure in which block-shaped silicon carbide crystals are intricately entangled and combined with each other by a relatively thick neck when observed by a scanning electron microscope. The average bending strength of this sintered body is as high as 13.8 Kg / mm 2 within the range of 0.3 ± 0.1% with respect to the direction of 3 × 10 -4 % by weight of aluminum, 6 × 10 -4 wt% iron and 4 x 10 -4
It contained nickel by weight. The contents of chromium, calcium, and copper were all trace amounts, and the contents of sodium and potassium were all less than 1 × 10 −4 wt%.

そして、以上のような炭化珪素焼結体からなる種類
(形状)の異なる複数の炭化珪素部材(11)を用意す
る。
Then, a plurality of silicon carbide members (11) of different types (shapes) made of the above silicon carbide sintered body are prepared.

次いで、前記各炭化珪素部材(11)の表面に平均粒径
が20μm、純度が99.9999重量%以上の金属シリコン粉
末100重量部と5%アクリル酸エステル・ベンゼン溶液6
0重量部が混合されたスラリーを塗布し、表面に金属シ
リコンを380gコーテイングした。この金属シリコンをコ
ーテイングした炭化珪素部材(11)をアルゴンガス気流
中で450℃/時間の昇温速度で加熱し、最高温度1450℃
で約1時間保持して前記炭化珪素部材(11)の表面に塗
布された金属シリコンを炭化珪素部材(11)中へ浸透さ
せ、炭化珪素基複合体を得た。
Next, 100 parts by weight of metallic silicon powder having an average particle size of 20 μm and a purity of 99.9999% by weight or more and a 5% acrylic acid ester / benzene solution 6 are formed on the surface of each of the silicon carbide members (11).
A slurry in which 0 part by weight was mixed was applied, and 380 g of metallic silicon was coated on the surface. The silicon carbide member (11) coated with this metallic silicon was heated in an argon gas stream at a temperature rising rate of 450 ° C / hour to obtain a maximum temperature of 1450 ° C.
The temperature was maintained for about 1 hour, and the metallic silicon coated on the surface of the silicon carbide member (11) was permeated into the silicon carbide member (11) to obtain a silicon carbide-based composite.

得られた炭化珪素基複合体の気孔率は2%で、気体不
透過性を有しており、寸法は金属シリコンを充填する前
に比較して0.03mm大きくなっただけであり、平均曲げ強
度は32.1Kg/mm2と強く、熱伝導率は0.23cal/cm sec℃と
極めて良好であり、半導体製造用治具(10)としての用
途に極めて優れていることが認められた。
The obtained silicon carbide-based composite had a porosity of 2% and had gas impermeability, and the dimensions were only 0.03 mm larger than before it was filled with metallic silicon. Was as strong as 32.1 Kg / mm 2, and the thermal conductivity was extremely good at 0.23 cal / cm sec ° C, and it was confirmed that it was extremely excellent for use as a semiconductor manufacturing jig (10).

これら各炭化珪素部材(11)を互いに結合させて、各
炭化珪素部材(11)によって形成された空間内に上記の
金属シリコンを充填し、その全体を再たび焼成した。こ
れにより、目的とする半導体製造用治具(10)が得られ
た。
The respective silicon carbide members (11) were bonded to each other, the space formed by the respective silicon carbide members (11) was filled with the above-mentioned metallic silicon, and the whole thereof was again fired. As a result, the intended semiconductor manufacturing jig (10) was obtained.

比較例1 実施例1と同様であるが、出発原料として実施例1で
使用した炭化珪素粉末と市販のα型炭化珪素(GC#240
平均粒径80μm)を3:7の重量比で混合した混合粉末を
使用して炭化珪素部材を製造し、次いで金属シリコンを
含浸して炭化珪素基複合体を得た。
Comparative Example 1 Same as Example 1, but the silicon carbide powder used in Example 1 as a starting material and a commercially available α-type silicon carbide (GC # 240
A silicon carbide member was manufactured by using a mixed powder in which an average particle size of 80 μm) was mixed in a weight ratio of 3: 7, and then impregnated with metallic silicon to obtain a silicon carbide based composite.

前記炭化珪素部材は密度が2.37g/cm3、開放気孔率が2
6容積%、平均曲げ強度は5.2Kg/mm2と比較的低強度であ
った。さらに金属シリコンを含浸することにより得られ
た炭化珪素基複合体の気孔率は1.7%で気体不透過性を
有していたが、金属シリコンの含有量は炭化珪素100重
量部に対して24重量部であり、熱伝導率は0.21cal/cm s
ec℃とそれ程良好ではなかった。
The silicon carbide member has a density of 2.37 g / cm 3 and an open porosity of 2
It had a relatively low strength of 6% by volume and an average bending strength of 5.2 kg / mm 2 . The silicon carbide-based composite obtained by further impregnating metallic silicon had a porosity of 1.7% and was gas impermeable, but the content of metallic silicon was 24 parts by weight per 100 parts by weight of silicon carbide. And the thermal conductivity is 0.21 cal / cm s
It was not so good at ec ℃.

実施例2 実施例1と同様であるが、出発原料として実施例1で
使用した炭化珪素粉末と市販のα型炭化珪素粉末(GC#
6000)を粉砕し、さらに精製、粒度分級した炭化珪素粉
末(平均粒径1.2μm)を種々の割合で混合した混合粉
末を使用して炭化珪素部材(11)を製造し、次いで前記
炭化珪素部材(11)を黒鉛製ルツボ中に設置し、純度が
99.9999重量%以上の塊状金属シリコンを炭化珪素部材
(11)の周囲に配置した後1450℃で加熱して基体不透過
性を有する炭化珪素基複合体を製造した。
Example 2 Similar to Example 1, except that the silicon carbide powder used in Example 1 as a starting material and a commercially available α-type silicon carbide powder (GC #
6000) is crushed, and further refined and particle size classified to obtain a silicon carbide member (11) using a mixed powder in which silicon carbide powder (average particle size 1.2 μm) is mixed in various proportions, and then the silicon carbide member is prepared. (11) was placed in a graphite crucible and
99.9999% by weight or more of massive metallic silicon was placed around the silicon carbide member (11) and then heated at 1450 ° C. to produce a silicon carbide matrix composite having a substrate impermeability.

得られた炭化珪素部材(11)および炭化珪素基複合体
の特性は第1表に示した。
The properties of the obtained silicon carbide member (11) and silicon carbide-based composite are shown in Table 1.

第1表よりわかるように、β型炭化珪素粉末の混合比
率の高い炭化珪素粉末を出発原料として使用した炭化珪
素部材(11)は、密度の割に強度が優れていた。
As can be seen from Table 1, the silicon carbide member (11) using silicon carbide powder having a high β-type silicon carbide powder mixing ratio as a starting material had excellent strength for its density.

実施例3 実施例1と同様であるが、成形圧力を変えることによ
り嵩比重の異なった生成形体を製造して炭化珪素複合体
を製造した。得られた炭化珪素部材(11)および炭化珪
素基複合体の特性は第2表に示した。
Example 3 A silicon carbide composite body was produced in the same manner as in Example 1 except that a green compact having different bulk specific gravities was produced by changing the molding pressure. The properties of the obtained silicon carbide member (11) and silicon carbide based composite are shown in Table 2.

第2表よりわかるように、本発明の炭化珪素部材(1
1)は低密度でも強度に優れている。
As can be seen from Table 2, the silicon carbide member (1
1) has excellent strength even at low density.

実施例4 実施例1で使用した炭化珪素粉末100重量部に対し、
ポリアクリル酸エステル3重量部、水酸化テトラメチル
アンモニウム0.4重量部と水60重量部を配合し、ボール
ミル中で10時間混合した後、鋳込み成形し、外径60mm、
内径45mm、長さ300mmで密度1.63g/cm3の筒状生成形体を
得た。
Example 4 For 100 parts by weight of the silicon carbide powder used in Example 1,
3 parts by weight of polyacrylic acid ester, 0.4 parts by weight of tetramethylammonium hydroxide and 60 parts by weight of water were mixed and mixed in a ball mill for 10 hours, then cast-molded to give an outer diameter of 60 mm,
A tubular molded body having an inner diameter of 45 mm, a length of 300 mm and a density of 1.63 g / cm 3 was obtained.

次いで、実施例1と同様の条件で炭化珪素基複合体を
製造した。
Then, a silicon carbide-based composite body was produced under the same conditions as in Example 1.

得られた炭化珪素部材(11)および炭化珪素基複合体
の特性は第1表に示した。
The properties of the obtained silicon carbide member (11) and silicon carbide-based composite are shown in Table 1.

(発明の効果) 以上述べた如く、本発明にあっては、上記各実施例に
て例示した如く、「平均粒径が5μm以下の炭化珪素粉
末を成形して、夫々所望の形状をなし嵩比重が1.12〜2.
0g/cm3)の複数個の生成形体を形成し、これらの生成形
体を非酸化性雰囲気下で焼結して三次元網目状の骨格を
有する炭化珪素部材を形成し、これらの炭化珪素部材を
相互間のクリアランスが3mm以下となるように組合せ、
組合せられた炭化珪素部材に、炭化珪素100重量部に対
し45〜135重量部の金属シリコンを充填し、前記炭化珪
素部材を金属シリコンによって相互に接着することを特
徴とする半導体製造用炭化珪素基治具の製造方法。」に
その構成上の特徴があり、これにより、複雑な形状の半
導体製造用治具であっても、複数の炭化珪素部材を組合
せ、接着することにより容易に製造することができ、し
かも、金属シリコンの性質を有効に利用することによっ
て、熱伝導性に優れ、良好な均熱性および速い熱応答性
を得ることができるのである。すなわち、この半導体製
造用治具(10)は多孔質炭化珪素焼結体を骨格とする炭
化珪素基複合体であって耐摩耗性に優れており、しかも
熱伝導性および耐熱衝撃性に優れているため、加熱・冷
却が頻繁に繰返される用途に対しても極めて有利に適用
することのできるものであって、産業上極めて有用であ
る。
(Effects of the Invention) As described above, in the present invention, as illustrated in each of the above-described examples, "silicon carbide powder having an average particle diameter of 5 μm or less is molded to have a desired shape and a bulk shape. Specific gravity 1.12 to 2.
0 g / cm 3 ) of plural green compacts are formed, and these green compacts are sintered in a non-oxidizing atmosphere to form a silicon carbide member having a three-dimensional network skeleton. Combined so that the mutual clearance is 3 mm or less,
The combined silicon carbide member is filled with 45 to 135 parts by weight of metallic silicon with respect to 100 parts by weight of silicon carbide, and the silicon carbide members are bonded to each other by the metallic silicon. Method of manufacturing ingredients. ”Has a feature in its configuration, and therefore, even a semiconductor manufacturing jig having a complicated shape can be easily manufactured by combining and adhering a plurality of silicon carbide members. By effectively utilizing the properties of silicon, it is possible to obtain excellent thermal conductivity, good thermal uniformity, and fast thermal response. That is, this semiconductor manufacturing jig (10) is a silicon carbide-based composite body having a porous silicon carbide sintered body as a skeleton, and is excellent in wear resistance, and also excellent in thermal conductivity and thermal shock resistance. Therefore, it can be applied extremely advantageously even to applications where heating and cooling are frequently repeated, and is extremely useful in industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る半導体製造用治具の斜視図、第2
図は第1図のII−II線に沿って見た部分拡大断面図であ
る。 符号の説明 10……半導体製造用治具、11……炭化珪素部材。
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor manufacturing jig according to the present invention, and FIG.
The drawing is a partially enlarged sectional view taken along the line II-II in FIG. Explanation of symbols 10 …… Semiconductor manufacturing jig, 11 …… Silicon carbide member.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】平均粒径が5μm以下の炭化珪素粉末を成
形して、夫々所望の形状をなし嵩比重が1.12〜2.0g/cm3
の複数個の生成形体を形成し、 これらの生成形体を非酸化性雰囲気下で焼結して三次元
網目状の骨格を有する炭化珪素部材を形成し、 これらの炭化珪素部材を相互間のクリアランスが3mm以
下となるように組合せ、 組合せられた炭化珪素部材に、炭化珪素100重量部に対
し45〜135重量部の金属シリコンを充填し、 前記炭化珪素部材を金属シリコンによって相互に接着す
ることを特徴とする半導体製造用炭化珪素基治具の製造
方法。
We claim: 1. average particle size by molding the following silicon carbide powder 5 [mu] m, bulk density without the respective desired shape 1.12~2.0g / cm 3
A plurality of green compacts are formed, and these green compacts are sintered in a non-oxidizing atmosphere to form a silicon carbide member having a three-dimensional network skeleton. Is 3 mm or less, and the combined silicon carbide members are filled with 45 to 135 parts by weight of metallic silicon with respect to 100 parts by weight of silicon carbide, and the silicon carbide members are bonded to each other with metallic silicon. A method of manufacturing a silicon carbide-based jig for manufacturing a semiconductor, which is characterized.
【請求項2】前記炭化珪素粉末は、β型結晶の炭化珪素
を少なくとも50重量%含有する特許請求の範囲第1項記
載の半導体製造用炭化珪素基治具の製造方法。
2. The method for producing a silicon carbide based jig for semiconductor production according to claim 1, wherein the silicon carbide powder contains at least 50% by weight of β-type crystal silicon carbide.
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JPS6317268A (en) * 1986-07-07 1988-01-25 鳴海製陶株式会社 Method of joining silicon carbide base materials
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