JP3098579B2 - 半導体製造用炭化ケイ素質熱処理部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体用炭化ケイ素質
熱処理部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】発熱体等として使用されている炭化ケイ
素は２０％前後の気孔を持つ多孔体である。このような
多孔質の炭化ケイ素は酸化が速い、強度が低い、外部雰
囲気中の不純物を容易に透過させるなどの欠点がある。

【０００３】半導体製造用のボート、炉芯管、サセプタ
ー等には、高純度及び高強度であることから、炭化ケイ
素焼結体の気孔をＳｉで充填したシリコン含浸炭化ケイ
素（以下、Ｓｉ−ＳｉＣと略す）が用いられている。

【０００４】近年、半導体装置の高集積化が進み、Ｓｉ
−ＳｉＣに要求される純度が厳しくなってきている。従
って、不純物拡散遮蔽の目的で、Ｓｉ−ＳｉＣ素材に熱
ＣＶＤ法により炭化ケイ素膜（以下、ＳｉＣ膜と記す）
のコーティングが形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＳｉＣ自体は化学的に
も熱的にも安定であるが、含浸させたシリコン（金属ケ
イ素。以下、Ｓｉと記す）は、ＨＦ−ＨＮＯ₃ 混酸やＨ
Ｃｌガスによる高温処理には侵食されやすい。

【０００６】基材のＳｉ−ＳｉＣは、ＳｉとＳｉＣ粒子
の複合物であるから、表面はＳｉの中にＳｉＣ粒子が分
散した構造となっている。この表面に、塩素化ケイ素化
合物と炭化水素の組み合わせ、またはクロロシラン系の
ガス［（ＣＨ₃ ）_ｘＳｉ_ｙＣｌ_ｚ］を原料として熱ＣＶ
Ｄ法によりＳｉＣ膜をコーティングすると、成膜時に副
生物として生じるＨＣｌガス等によって基材表面のＳｉ
のエッチングが同時に起こる。従って、得られた被覆体
は基材のＳｉとＳｉＣ膜との界面に気孔が残留する。こ
の結果、膜と基材の密着性低下、気孔への応力集中によ
る強度低下と言った問題が起こる。

【０００７】従って、本発明の目的は、高強度で亀裂が
なく、膜と基材の密着性に優れた高信頼性の半導体製造
用炭化ケイ素質熱処理部材を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、炭化ケイ素と
金属ケイ素の複合材よりなる基材と、前記基材の表面に
設けた炭化ケイ素膜よりなり、前記炭化ケイ素膜を前記
基材の少なくとも被処理物を配置する側の表面に被覆
し、前記基材の炭化ケイ素結晶粒子のうち前記炭化ケイ
素膜近傍の平均粒子径が基材の他の部分の炭化ケイ素結
晶粒子の平均粒子径より小さいことを特徴とする半導体
製造用炭化ケイ素質熱処理部材である。

【０００９】

【作用】本発明では、Ｓｉ−ＳｉＣ基材のＳｉＣ膜近傍
に粒径の小さいＳｉＣ粒子が集まっている。そのためＳ
ｉ−ＳｉＣ基材とＳｉＣ膜の界面ではＳｉＣ膜とＳｉＣ
粒子の接する割合が多くなる。

【００１０】したがってＳｉ−ＳｉＣ基材とＳｉＣ膜の
界面に占めるＳｉの面積は小さくなり、その結果、コー
ティング時のＳｉエッチングによって生じる膜−基材界
面の気孔は小さくなる。また気孔が生じても小さな気孔
が均一に分散するため、応力が集中しにくい。

【００１１】また、基材にＳｉを含浸する際、基材全体
が微粉で構成されているのではないので、Ｓｉを含浸す
る際十分な含浸速度を得られる空隙がある。

【００１２】

【実施例】本発明は炭化ケイ素と金属ケイ素の複合材よ
りなる基材と、前記基材の表面に設けた炭化ケイ素膜よ
りなり、前記炭化ケイ素膜を前記基材の少なくとも被処
理物を配置する側の表面に被覆し、前記基材の炭化ケイ
素結晶粒子のうち前記炭化ケイ素膜近傍の平均粒子径が
基材の他の部分の炭化ケイ素結晶粒子の平均粒子径より
小さいことを特徴とする半導体製造用炭化ケイ素質熱処
理部材であるが、このような熱処理部材は次のような方
法で製造することができる。 １）ＳｉＣの粒径の異なる粉末を混合して、粒径分布を
調整しながら成形する方法、または ２）ＳｉＣの成形体の少なくともＳｉＣ膜を形成する側
に有機ケイ素化合物を含浸させ、熱処理してＳｉＣに転
換し、基材中にＳｉＣの微粒子を生成する方法。

【００１３】まず１）の方法は次のように行う。

【００１４】基材に粒径の分布を付与する方法として、
湿式分級の原理を応用する。つまり、粒径の異なる数種
のＳｉＣ粉末を規定割合で配合し、溶媒、バインダーを
加えて混合し、平板状試料については沈降法、円筒状試
料については遠心分級鋳込によって成形する。得られた
成形体を窒素ガス中で加熱し、硬化、脱脂し、続いてＨ
Ｃｌガス流中で純化後、金属Ｓｉを含浸する。そのあと
表面に付着したＳｉを酸および研削により除去し、Ｓｉ
−ＳｉＣ基材を得る。

【００１５】このＳｉ−ＳｉＣ基材をコーティング炉に
セットし、熱処理後、原料ガスを高温の炉内に導入し、
熱ＣＶＤ法によるＳｉＣコーティングを行って本発明の
半導体製造用炭化ケイ素質熱処理部材を得る。

【００１６】Ｓｉの含有量は５〜５０重量％が好まし
い。５重量％未満では、Ｓｉを含浸する工程で、ＳｉＣ
粒子の空隙が小さいためにＳｉが浸透しにくく含浸度が
悪くなり、Ｓｉ−ＳｉＣ基材中に気孔が多数残留し、強
度の低下を引き起こしがちである。５０重量％を超える
と、Ｓｉの物理的性質の影響が大きくなり、靱性・強度
・耐磨耗性が低下しやすくなる。

【００１７】ＳｉＣ粒子の粒径は０．１〜１０００μｍ
が好ましい。粒径が０．１μｍ未満では成形する際に沈
降・着肉しにくくなる。また、このような超微粉は高価
で、経済性の点で問題がある。１０００μｍをこえる
と、逆に沈降速度が大きすぎるため、スラリーを作る際
にＳｉＣ粒子が十分に分散しない。特に、遠心分級鋳込
により円筒状の成形体を作成する場合、長手方向に均一
な粒径分布を持つ成形体を得るにはＳｉＣ粒子の粒径が
３０μｍ以下であることが好ましい。３０μｍを超える
と、大型品を作製する際に長手方向に粗密が生じ、部分
的に低強度となり、信頼性を欠きやすい。

【００１８】本発明では、基材のＳｉＣ膜近傍（微粒
部）から基材の他の部分（粗粒部）にかけて粒径をほぼ
連続的に変える。粗粒部と微粒部の平均粒径の比は３倍
より大きいことが好ましい。ＳｉＣ膜近傍の粒径が十分
に細かい場合、密着性が改善しやすい。しかし、粗粒部
と微粒部の平均粒径比が３倍より小さい場合には、粗粒
部のＳｉＣ粒子間の空隙が小さくなり、Ｓｉの含浸度が
悪くなりやすい。したがって、基材中に気孔が残留しや
すく、強度が低下する原因になり得る。

【００１９】一方、微粒部の粒径が大きい場合には、Ｓ
ｉの含浸に問題はなく、含浸度が良好となりやすい。し
かし、微粒部と粗粒部の平均粒径比が３倍より小さい場
合には、Ｓｉ−ＳｉＣ基材とＳｉＣ膜界面でのＳｉＣ粒
子とＳｉＣ膜の接触面積が小さくなりやすく、密着性・
強度共に向上しにくい。

【００２０】次に前述の２）の方法は次のように行う。

【００２１】ＳｉＣとＣとフェノールレジンを配合した
原料を造粒・成形・硬化・焼成し、焼成体を得る。有機
ケイ素化合物の含浸・塗布は、エチルシリケート、ポリ
カルボシラン等の有機ケイ素化合物をトルエン、石油エ
ーテルなどの溶媒に溶解する。さらに焼成体に対して浸
漬、減圧含浸、加圧含浸、塗布、またはこれらの組み合
わせによって含浸又は塗布を行う。

【００２２】次に、有機ケイ素化合物を含浸・塗付した
試料の熱処理を行い、表面近傍に含浸した有機ケイ素化
合物をＳｉＣに転換する。続いて、それをＨＣｌガス流
中で純化した後、溶融金属Ｓｉを含浸する。そのあと表
面に付着したＳｉを酸および研削で除去し、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ基材を得る。

【００２３】このＳｉ−ＳｉＣ基材をコーティング炉に
セットし、熱処理後、原料ガスを高温の炉内に導入し、
熱ＣＶＤ法によるＳｉＣコーティングを行って、本発明
の半導体製造用炭化ケイ素質熱処理部材を得る。

【００２４】有機ケイ素化合物の含浸深さは、表面から
深さ１００μｍ以内、好ましくは深さ２０μｍ以内に調
整する。含浸深さが大きいと、有機ケイ素化合物が熱処
理によって転換されて生成されるＳｉＣ微粒子が、焼結
体の深くまで空隙を埋めてしまう。このため、次のＳｉ
含浸工程において、溶融金属Ｓｉの含浸速度が小さくな
り、含浸後に母材内部に気孔を残留させてしまうことが
ある。

【００２５】実験例１〜４ 平均粒径の異なる３種類のＳｉＣ粉末を表１に示す重量
比で配合した。この配合ＳｉＣ粉末１２部に対し水１０
部、バインダー０．５部を配合し、樹脂製ポットに入
れ、樹脂ボールを加えて、２０ｒｐｍで２０時間回転混
合し、スラリーを得た。

【００２６】スラリーを鋳込用樹脂型（内容積が縦５０
ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ１００ｍｍ）に流し込み、静置
乾燥させて、厚さ５ｍｍの板状の成形体を得た。成形体
を炭素製治具で支持しながら３００℃で２時間熱処理を
行い、硬化体とした。この硬化体を炭素製治具で支持し
ながらアルゴンで稀釈したＨＣｌガス雰囲気（濃度１０
０ｐｐｍ）中で、１５００℃、１時間の熱処理を行い、
焼成体とした。

【００２７】焼成体の上に粒状Ｓｉを配置し、アルゴン
雰囲気中、４００Ｔｏｒｒ、１６００℃にて熱処理を行
い、焼成体中にＳｉを含浸させ、Ｓｉ−ＳｉＣ基材を得
た。このＳｉ−ＳｉＣ基材をフッ化水素と硝酸の混酸中
に浸し、表面のＳｉを除去した。つづいて表面を研削加
工した。

【００２８】次に四塩化ケイ素とメタンと水素ガスを
１：１：３０の流量比で混合状態で流しながら２０Ｔｏ
ｒｒの減圧下、１３００℃で２時間処理し、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ基材の表面に厚さ４０μｍのＳｉＣ膜を形成した。半
導体製造時に被処理物を配置しない側（鋳込時下面）に
付着した膜は研削により取り除いた。

【００２９】比較例１〜４ 実験例１〜４と比較するために、比較例１〜４を作っ
た。すなわち比較例１は平均粒径０．５μｍのＳｉＣ粉
末を用意した。比較例２〜４は平均粒径の異なる３種類
のＳｉＣ粉末を表１に示す重量比で配合した。

【００３０】

【表１】 このＳｉＣ粉末１２部に対し水１０部、バインダー０．
５部を配合し、樹脂製ポットに入れ、樹脂ボールを加え
て、２０ｒｐｍで２０時間回転混合し、スラリーを得
た。

【００３１】スラリーを鋳込用樹脂型（内容積が縦５０
ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ１００ｍｍ）に流し込み、静置
乾燥させて、厚さ５ｍｍの板状の成形体を得た。成形体
を炭素製治具で支持しながら３００℃で２時間熱処理を
行い、硬化体とした。この硬化体を炭素製治具で支持し
ながらアルゴンで稀釈したＨＣｌガス雰囲気（濃度１０
０ｐｐｍ）中で、１５００℃、１時間の熱処理を行い、
焼成体とした。

【００３２】焼成体の上に粒状Ｓｉを配置し、アルゴン
雰囲気中、４００Ｔｏｒｒ、１６００℃にて熱処理を行
い、焼成体中にＳｉを含浸させ、Ｓｉ−ＳｉＣ基材を得
た。このＳｉ−ＳｉＣ基材をフッ化水素と硝酸の混酸中
に浸し、表面のＳｉを除去した。つづいて表面を研削加
工した。

【００３３】次に四塩化ケイ素とメタンと水素ガスを
１：１：３０の流量比で混合状態で流しながら２０Ｔｏ
ｒｒの減圧下、１３００℃で２時間処理し、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ基材の表面に厚さ４０μｍのＳｉＣ膜を形成した。半
導体製造時に被処理物を配置しない側（鋳込時下面）に
付着した膜は研削により取り除いた。

【００３４】実験例１〜４と比較例１〜４の半導体製造
用炭化ケイ素質熱処理部材について、断面顕微鏡観察、
曲げ強度（３点曲げ強さ）測定、膜と基材の付着力測定
を行った。

【００３５】断面顕微鏡観察は、基材とＳｉＣ膜界面の
状態、基材のシリコン含浸状態について行った。

【００３６】曲げ強度については、試料から３×４×４
０ｍｍのテストピースを切り出し、ＳｉＣ被膜のある面
が引っ張り応力側となるように支持して、クロスヘッド
スピード０．５ｍｍ／ｍｉｎで３点曲げ強さを測定し
た。

【００３７】膜と基材の付着力は、試料を直径１０ｍｍ
の円形に切断し、半導体製造時に被処理物を配置しない
面の膜を研削により取り除き、上下面にＳＵＳ３０４製
の丸棒（強度測定用剛体棒治具）を活性金属ろう付け法
により接着し、引っ張り試験機によって膜と基材の界面
から破断する時の荷重を調べて求めた。

【００３８】これらの結果を表２に示す。この表２から
も明らかなように、実験例１〜４は比較例１〜４に比べ
て、基材とＳｉＣ膜界面の気孔が少なく、密着性が良い
こと、基材中の気孔も少なく、Ｓｉの含浸状態が良いこ
とが確認された。

【００３９】

【表２】 また、実験例１〜４は比較例１〜４に比べて高強度であ
ることも明らかに認められた。

【００４０】膜と基材の付着力も特に実験例３、４では
優れている。

【００４１】実験例５〜８ 平均粒径の異なる３種類のＳｉＣの粉末を表３に示す重
量比で合計が１２部になるように配合した。次に、配合
したＳｉＣ混合粉末１２部に対し水１０部、バインダー
０．５部を配合し、樹脂製ポットに入れ、樹脂ボールを
加えて２０ｒｐｍで２０時間回転混合し、スラリーを得
た。

【００４２】そのスラリーを回転円筒樹脂型（内容積が
直径１５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ）に鋳込み、４００〜
２０００ｒｐｍで高速回転させながら乾燥し、円筒状成
形体（外径１５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ、厚さ５ｍｍ）
を得た。

【００４３】その成形体を炭素製治具で支持しながら３
００℃で２時間熱処理を行い、硬化体とした。この硬化
体を炭素製治具で支持しながらアルゴンで稀釈したＨＣ
ｌガス雰囲気（濃度１００ｐｐｍ）中で、１５００℃、
１時間の熱処理を行い、焼成体とした。

【００４４】焼成体の内側に粒状Ｓｉを配置し、円筒状
焼成体を０．１ｒｐｍで回転させながら、アルゴン雰囲
気中、４００Ｔｏｒｒ、１６００℃にて熱処理を行い、
焼成体中にＳｉを含浸させ、Ｓｉ−ＳｉＣ基材を得た。
このＳｉ−ＳｉＣ基材をフッ化水素と硝酸の混酸中に浸
し、表面のＳｉを除去した後、表面を研削加工した。

【００４５】次に四塩化ケイ素とメタンと水素ガスを
１：１：１５の流量比で流しながら２０Ｔｏｒｒの減圧
下、１３００℃で２時間反応を行い、円筒状のＳｉ−Ｓ
ｉＣ基材の内面に厚さ４０μｍのＳｉＣ膜を形成した。

【００４６】比較例５〜８ 実験例５〜８と比較するために、比較例５〜８を作っ
た。すなわち、比較例５は平均粒径０．５μｍのＳｉＣ
粉末を用意した。比較例６〜８は平均粒径の異なる種類
のＳｉＣ粉末を表３に示す重量比で配合した。

【００４７】

【表３】 次に、配合したＳｉＣ混合粉末１２部に対し水１０部、
バインダー０．５部を配合し、樹脂製ポットに入れ、樹
脂ボールを加えて２０ｒｐｍで２０時間回転混合し、ス
ラリーを得た。

【００４８】そのスラリーを回転円筒樹脂型（内容積が
直径１５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ）に鋳込み、４００〜
２０００ｒｐｍで高速回転させながら乾燥し、円筒状成
形体（外径１５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ、厚さ５ｍｍ）
を得た。

【００４９】その成形体を炭素製治具で支持しながら３
００℃で２時間熱処理を行い、硬化体とした。この硬化
体を炭素製治具で支持しながらアルゴンで稀釈したＨＣ
ｌガス雰囲気（濃度１００ｐｐｍ）中で、１５００℃、
１時間の熱処理を行い、焼成体とした。

【００５０】焼成体の内側に粒状Ｓｉを配置し、円筒状
焼成体を０．１ｒｐｍで回転させながら、アルゴン雰囲
気中、４００Ｔｏｒｒ、１６００℃にて熱処理を行い、
焼成体中にＳｉを含浸させ、Ｓｉ−ＳｉＣ基材を得た。
このＳｉ−ＳｉＣ基材をフッ化水素と硝酸の混酸中に浸
し、表面のＳｉを除去した後、表面を研削加工した。

【００５１】次に四塩化ケイ素とメタンと水素ガスを
１：１：１５の流量比で流しながら２０Ｔｏｒｒの減圧
下、１３００℃で２時間反応を行い、円筒状のＳｉ−Ｓ
ｉＣ基材の内面に厚さ４０μｍのＳｉＣ膜を形成した。

【００５２】実験例５〜８と比較例５〜８の半導体製造
用炭化ケイ素質熱処理部材について断面顕微鏡観察およ
び圧環強度測定を行った。断面顕微鏡観察は実験例１〜
４と同様に行った。圧環強度測定は、得られた円筒状の
熱処理部材を１５ｍｍの幅に切断し、０．５ｍｍ／ｍｉ
ｎでヘッドを下げ、破壊に至る荷重から求めた。これら
の結果を表４に示す。この表４からも明らかなように、
実験例５〜８は比較例５〜８に比べて、基材とＳｉＣ膜
界面の気孔が少なく、密着性が良いこと、基材中の気孔
も少なく、Ｓｉの含浸状態が良いことが確認された。

【００５３】

【表４】 また、実験例５〜８は比較例５〜８に比べて高強度であ
ることも明らかに認められた。

【００５４】実験例９〜１２ 平均粒径１５μｍのＳｉＣ粉末１０重量部に炭素粉１重
量部、アセトン１０重量部、フェノールレジン１重量部
を配合した。これらの配合物を樹脂製ポットに入れ、樹
脂ボールを加えて、２０ｒｐｍで２時間回転混合し、ス
ラリーを得た。

【００５５】得られたスラリーをスプレードライヤーを
用いて噴霧造粒して造粒粉を得た。次に造粒粉を成形し
て板状成形体と円筒状の成形体を得た。

【００５６】板状の成形体は、造粒粉を金型プレスによ
り６００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で縦５０ｍｍ×横５０ｍ
ｍ×厚さ５ｍｍの寸法に成形して得た。円筒状の成形体
は、外径１４５ｍｍ×長さ５００ｍｍのマンドレルとそ
れを覆う形のゴム型の隙間に造粒粉を充填し、静水圧プ
レスにより１０００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で外径１５０
ｍｍ×長さ５００ｍｍ×厚さ６〜８ｍｍに成形して得
た。

【００５７】成形体を３００℃で５時間加熱して硬化さ
せ、硬化体を得た。硬化体を炭素製治具で支持しなが
ら、アルゴン雰囲気炉で１６００〜２２００℃にて２時
間焼成して焼成体を得た。板状の焼成体は２．９ｍｍ×
３．９ｍｍ×４０ｍｍの直方体および直径１０ｍｍ×厚
さ５ｍｍの円筒体に切り出した。円筒状の焼成体は外周
を研削して、外径１５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ×厚さ５
ｍｍに加工した。

【００５８】次に、焼成体に有機ケイ素化合物（ポリカ
ルボシランまたはエチルシリケート）を含浸させ、加熱
してＳｉＣに転換させた。

【００５９】ポリカルボシランの含浸および熱処理は次
のように行った。すなわち、ポリカルボシラン（分子量
約１５００）を濃度の調節をしながらトルエン中に溶解
し、これに前述の焼成体を浸して、表面近傍に含浸を行
った。その焼成体を還元雰囲気中で徐々に加熱し、最高
温度１５００℃に１時間保持し、ポリカルボシランをＳ
ｉＣに転換した。

【００６０】エチルシリケートの含浸および熱処理は次
のように行った。すなわち、エチルシリケートを密閉容
器にいれ、これに前述の焼成体を浸して蓋をし、真空ポ
ンプで容器中の空気を排気し、減圧含浸を行った。この
焼成体を容器から取り出し、還元雰囲気中で徐々に加熱
していって、最高温度１５００℃に３０分間保持し、エ
チルシリケートをＳｉＣに転換した。

【００６１】次に、これらの樹脂含浸させた焼成体を、
純化炉にて１０００〜１８００℃下で、アルゴンで稀釈
したＨＣｌガス（７０ｐｐｍ）を流通させながら３０分
間の純化処理を行った。この焼成体を金属Ｓｉと共にＳ
ｉ含浸炉にセットし、アルゴン雰囲気中、３００〜５０
０Ｔｏｒｒ、温度１５００〜１６００℃で加熱しながら
Ｓｉを含浸させ、Ｓｉ−ＳｉＣ基材を得た。このＳｉ−
ＳｉＣ基材をフッ化水素と硝酸の混酸中に浸し、表面に
吹き出したＳｉを除去した後、研削加工した。

【００６２】次に、このＳｉ−ＳｉＣ基材をコーティン
グ炉にいれ、四塩化ケイ素とメタンを１：１の流量比で
流し、それと同様に１５倍の稀釈水素ガスをキャリヤー
として炉内に流し、２０Ｔｏｒｒの減圧下、１３００℃
で２時間加熱し、ＳｉＣ膜をコーティングした。

【００６３】これらの工程において、成形体の形状およ
び有機ケイ素化合物の含浸・熱処理方法の組み合わせを
変え、表５に示すとおり実験例９〜１２を行った。

【００６４】

【表５】 比較例９〜１０ 実験例９〜１２と比較するために、表５に示すように比
較例９〜１０を作った。すなわち、平均粒径１５μｍの
ＳｉＣ粉末１０重量部に炭素粉１重量部、アセトン１０
重量部、フェノールレジン１重量部を配合した。これら
の配合物を樹脂製ポットに入れ、樹脂ボールを加えて、
２０ｒｐｍで２時間回転混合し、スラリーを得た。

【００６５】得られたスラリーをスプレードライヤーを
用いて噴霧造粒して造粒粉を得た。次に造粒粉を成形し
て板状成形体と円筒状の成形体を得た。

【００６６】板状の成形体は、造粒粉を金型プレスによ
り６００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で縦５０ｍｍ×横５０ｍ
ｍ×厚さ５ｍｍの寸法に成形して得た。円筒状の成形体
は、外径１４５ｍｍ×長さ５００ｍｍのマンドレルとそ
れを覆う形のゴム型の隙間に造粒粉を充填し、静水圧プ
レスにより１０００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で外径１５０
ｍｍ×長さ５００ｍｍ×厚さ６〜８ｍｍに成形して得
た。

【００６７】成形体を３００℃で５時間加熱して硬化さ
せ、硬化体を得た。硬化体を炭素製治具で支持しなが
ら、アルゴン雰囲気炉で１６００〜２２００℃にて２時
間焼成して焼成体を得た。板状の焼成体は２．９ｍｍ×
３．９ｍｍ×４０ｍｍの直方体および直径１０ｍｍ×厚
さ５ｍｍの円筒体に切り出した。円筒状の焼成体は外周
を研削して、外径１５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ×厚さ５
ｍｍに加工した。

【００６８】次に、これらの焼成体を、有機ケイ素化合
物を含浸させずに、純化炉にて１０００〜１８００℃下
で、アルゴンで稀釈したＨＣｌガス（７０ｐｐｍ）を流
通させながら３０分間の純化処理を行った。この焼成体
を金属Ｓｉと共にＳｉ含浸炉にセットし、アルゴン雰囲
気中、３００〜５００Ｔｏｒｒ、温度１５００〜１６０
０℃で加熱しながらＳｉを含浸させ、Ｓｉ−ＳｉＣ基材
を得た。このＳｉ−ＳｉＣ基材をフッ化水素と硝酸の混
酸中に浸し、表面に吹き出したＳｉを除去した後、研削
加工した。

【００６９】次に、このＳｉ−ＳｉＣ基材をコーティン
グ炉にいれ、四塩化ケイ素とメタンを１：１の流量比で
流し、それと同様に１５倍の稀釈水素ガスをキャリヤー
として炉内に流し、２０Ｔｏｒｒの減圧下、１３００℃
で２時間加熱し、ＳｉＣ膜をコーティングした。

【００７０】実験例９〜１２と比較例９〜１０の半導体
製造用炭化ケイ素質熱処理部材について、前述の実験例
１〜８と同様に、断面顕微鏡観察、曲げ強度測定、膜と
基材の付着力測定、圧環強度測定を行った。断面顕微鏡
観察の結果を図１に、測定の結果を表５に示す。

【００７１】図２及び図３より明らかなように、実験例
９及び１０では界面の気孔はほとんど無くなり、膜と基
材は良く密着していた。

【００７２】また表５からも明らかなように、実験例９
〜１２は、比較例９および１０と比べて高強度を示し
た。実験例１０及び１２は比較例１０に比べて大きな密
着力を示した。

【００７３】

【発明の効果】Ｓｉ−ＳｉＣ基材とＳｉＣ膜の界面にお
いて、ＳｉＣの占める面積が大きいため、密着性の良い
ＳｉＣ粒子とＳｉＣ膜の接触面積が増して、基材とＳｉ
Ｃ膜との密着性が改善された。

【００７４】また、ＳｉＣとＳｉＣ膜との間の気孔が小
さくなる。また気孔が発生しても均一に分散する。その
ため、気孔への応力集中による亀裂や破損が減り、強度
が向上する。

【００７５】さらに、基材にＳｉを含浸するのに十分な
空隙があるので、バルク内に巣（未含浸部）が残りにく
い。

【００７６】本発明では微粉と粗粉の両方を使用してい
るので、原料の製造が経済的に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）実験例１〜４のＳｉＣ膜近傍の切断面の
状態を示す図である。 （Ｂ）実験例１〜４のＳｉＣ膜近傍以外の切断面の状態
を示す図である。

【図２】実験例９のＳｉＣ膜近傍の切断面の状態を示す
図である。

【図３】実施例３における実験例１０のＳｉＣ膜近傍の
状態を示す図である。

【符号の説明】

１ ＳｉＣ粒子 ２ Ｓｉ ３ ＳｉＣ膜 ４ 気孔 ◆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 C01B 31/36 C04B 35/56 - 35/58 H01L 21/20 - 21/288

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化ケイ素と金属ケイ素の複合材よりな
   る基材と、前記基材の表面に設けた炭化ケイ素膜よりな
   り、前記炭化ケイ素膜を前記基材の少なくとも被処理物
   を配置する側の表面に被覆し、前記基材の炭化ケイ素結
   晶粒子のうち前記炭化ケイ素膜近傍の平均粒子径が基材
   の他の部分の炭化ケイ素結晶粒子の平均粒子径より小さ
   いことを特徴とする半導体製造用炭化ケイ素質熱処理部
   材。