JP3237760B2 - クラックがない炭化ケイ素拡散部品の製造方法 - Google Patents

クラックがない炭化ケイ素拡散部品の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 半導体デバイス、例えばダイオード及びトランジスタ
の製造は、典型的に、誘電体材料、例えば多結晶シリコ
ン、窒化ケイ素及び二酸化ケイ素を薄いシリコンウェハ
ー表面に成長させることを必要とする。これらの材料の
薄い層の成長は、250〜1000℃に典型的に変化する温度
で電気的に過熱される炉（又は「拡散処理管（process
tube）」内における急速な過熱及び冷却サイクルを含
む。誘電体先駆物質ガスをこれらの温度に加熱された拡
散処理管に供給すると、該ガスが反応して、そしてシリ
コンウェハーの表面に誘電体反応生成物を成長させる。
成長工程の間、シリコンウェハーは、処理管内に配置
される垂直又は水平なキルンの備品（又は「ウェハーボ
ート」）内に支持される。ウェハーボート及び処理管は
典型的に、優れた耐熱衝撃性、高い機械的強度、多数の
加熱及び冷却サイクルを通してその形状を維持する能
力、を持つ材料で作られ、且つそれはガスを発生させる
性質を持たない（すなわち、焼成操作の間にキルンの雰
囲気に望ましくないいずれの不純物も導入しない）。こ
れらの要求に合う１つの材料は、炭化ケイ素である。
拡散部品を高温の用途で使用する場合、その中に含ま
れる金属不純物はしばしば本体を通して拡散し、そして
シリコンウェハーを汚染する。従って、概してできる限
り純粋な拡散部品を使用することが望ましく、そのた
め、原料炭化ケイ素粉末は一般的に純化して汚染物質レ
ベルを低下させる。しかしながら、金属拡散及び汚染の
危険性があまり大きくない多くの比較的低温の用途で
は、比較的低い純度の拡散部品を使用することができ
る。これらの拡散部品を作る１つの方法では、処理して
いない炭化ケイ素粉末のモードを２つ持つ（bimodal）
配合物を含むスラリーを、スリップキャストして未焼成
体を作り、そしてこの未焼成体を約1900℃を超える温度
で焼成して再結晶化を促進する。この方法における低純
度粉末の使用は、これらの用途のための炭化ケイ素拡散
部品を作る費用を劇的に低下させるが、そのようにして
製造した多くの部品は再結晶化の間にクラックを作るこ
とが分かった。これらのクラックは部品を本質的に使用
できなくするので、比較的低純度の拡散部品を供給する
費用は増加する。
WO−Ａ−9626910は、フリーズキャスティング法によ
って薄い炭化ケイ素ダミーウェハーを製造する方法を開
示している。発明者らは、フリーズキャスティング法が
クラックを発生させずに再結晶化を提供し、そしてこの
利点は、氷の結晶から作られる大きな気路が、低い毛管
圧力と乾燥したときの低い応力、並びに熱応力に耐える
部品全体にわたる均一な密度をもたらすことに起因する
と報告している。しかしながら、フリーズキャスティン
グ技術は遅く、複雑な方法であり、且つ多くの用途、例
えば大きな強度を必要とする用途及びCVD表面堆積を含
む用途で望ましくない非常に大きな気孔を必然的に作
る。
発明の概略 本発明によれば、クラックがない焼結炭化ケイ素体の
製造方法であって以下のａ）〜ｃ）の工程を含む方法を
提供する。
ａ）ｉ）10μｍ未満の粒度を持つ少なくとも40重量％の
微細粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と少なく
とも0.10重量％の少なくとも10m2/gの表面積を持つ遊離
（free）炭素を含む微細粒子のフラクション、及び ii）少なくとも30μｍの粒度を持つ少なくとも40重量
％の粗い粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と少
なくとも0.1重量％の遊離炭素を含む粗い粒子のフラク
ション、 を含む原料粉末バッチを提供する工程であって、 原料バッチが合計で少なくとも96重量％の炭化ケイ素含
有量を有し、 原料バッチが合計で少なくとも0.5重量％のシリカ含有
量を有する工程。
ｂ）原料バッチを未焼成体に成形する工程（好ましくは
スリップキャスティングによる）。
ｃ）未焼成体を再結晶化させて、2.0g/cc〜2.8g/cc（好
ましくは2.60gcc〜2.75g/cc）の密度を持つ再結晶化炭
化ケイ素体を提供する工程。
また、本発明によれば、クラックがない焼結炭化ケイ
素体の製造方法であって、以下のａ）〜ｃ）の工程を含
む方法を提供する。
ａ）ｉ）10μｍ未満の粒度を持つ少なくとも40重量％の
微細粒子のフラクションであって炭化ケイ素を含む微細
粒子のフラクション、及び ii）少なくとも30μｍの粒度を持つ少なくとも40重量
％の粗い粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と0.
1重量％未満の遊離炭素を含む粗い粒子のフラクショ
ン、 を含む原料粉末バッチを提供する工程であって、 原料バッチが合計で少なくとも96重量％の炭化ケイ素含
有量を有し、 原料バッチが合計で少なくとも0.5重量％のシリカ含有
量を有する工程。
ｂ）原料バッチを未焼成体に成形する工程（好ましくは
スリップキャスティングによる）。
ｃ）未焼成体を再結晶化させて、2.0g/cc〜2.8g/cc（好
ましくは2.6〜2.75g/cc）の密度を持つ再結晶化炭化ケ
イ素体を提供する工程。
また、本発明によれば、クラックがない焼結炭化ケイ
素体の製造方法であって以下のａ）〜ｃ）の工程を含む
方法を提供する。
ａ）ｉ）10μｍ未満の粒度を持つ少なくとも40重量％の
微細粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と0.10重
量％〜0.5重量％未満のシリカを含む微細粒子のフラク
ション、及び ii）少なくとも30μｍの粒度を持つ少なくとも40重量
％の粗い粒子のフラクションであって、炭化ケイ素、少
なくとも0.1重量％の遊離炭素、及び少なくとも0.10重
量％のシリカを含む粗い粒子のフラクション、 を含む原料粉末バッチを提供する工程であって、 原料バッチが合計で少なくとも96重量％の炭化ケイ素含
有量を有し、 原料バッチが合計で0.5重量％未満のシリカ含有量を有
する工程。
ｂ）原料バッチを未焼成体に成形する工程（好ましくは
スリップキャスティングによる）。
ｃ）未焼成体を再結晶化させて、2.0g/cc〜2.8g/cc（好
ましくは2.60g/cc〜2.75g/cc）の密度を持つ再結晶化炭
化ケイ素体を提供する工程。
発明の詳細な説明 モードを２つ持つ炭化ケイ素配合物の再結晶化の間の
クラック発生の問題を解決する３つのアプローチが発見
された。第１の方法では、微細炭素を原料バッチに加え
る。第２の方法では、粗い遊離炭素の量を制御する。第
３の方法では、原料バッチのシリカ含有量を、本質的に
微細フラクションのシリカ含有量を制御することによっ
て制御する。
粗い炭化ケイ素供給原料中に典型的に存在する炭素を
含む含有物は、クラックの発生現象において重要な役割
を演じると考えられる。従来の粗い炭化ケイ素供給原料
は、0.1重量％〜0.5重量％の遊離炭素を不純物として含
む。焼成の間に、微細SiCフラクションと粗いSiCフラク
ションの両方の表面に存在するシリカは、約1450℃〜16
50℃の温度範囲で炭素熱還元（carbothermal reductio
n）を受けてSiOガスを作る。SiOガスはその後、炭素を
含む粗い含有物と反応し、そして少なくとも部分的に該
含有物を炭化ケイ素に転化させ、一方で副生成物として
COを作る。また、SiCのモル体積は炭素のそれよりも大
きいので、ＣからSiCへの転化は、応力を発生させるこ
とがある大きな実体積の膨張をもたらす。これらの応力
は、クラッチの発生によって解放されることがある。
更に、モードを２つ持つ炭化ケイ素粉末の従来のスリ
ップキャスト法によって製造され、クラックが発生した
再結晶化体の試験は、一般的に、クラックはキャスティ
ングの方向に対して平行に走ることを明らかにした。理
論に限定されることは望まないが、モードを２つ持つ炭
化ケイ素の粒度分布の大きな広がりは、キャスティング
の間にかなりの粒子の分離をもたらすと考えられる。こ
の分離は、未焼成体中で、比較的弱く詰まりそして再結
晶化の間にほんの弱い結合をした局在化した粗い粒子の
低密度領域をもたらす。従って、炭素含有物とSiOガス
の反応によって起こるクラックはこれらの弱く結合した
面を通って走ると考えられる。
従って、上に概略を示した３つの解決策は以下のよう
に説明することができる。微細炭素を原料バッチに添加
する第１のアプローチでは、転化された炭素の大きい表
面積が該炭素をSiOガスと優先的に反応させ、それによ
って大きい炭素を含む含有物とSiOガスの反応、及びそ
れに関係するＣからSiCへの有害な体積膨張を防止す
る。少なくとも0.10重量％の微細炭素を従来の原料バッ
チに加えてこの効果を達成することの重要性は、以下の
例10、14及び15に最も良く示されている。この態様を実
施することの利点は、シリカ又は遊離炭素を取り出す処
理を必要としない原料炭化ケイ素粉末の使用を可能にす
ることである。
第１の態様の微細炭素は、好ましくは10m2/g〜200m2/
g（好ましくは50m2/g〜200m2/g）の表面積を持ち、典型
的に原料バッチの約0.10重量％〜約５重量％、好ましく
は0.1重量％〜0.75重量％の量を加える。
また、第１のアプローチの微細炭素添加剤は再結晶化
体により小さい気孔サイズの分布をもたらす（すなわ
ち、水銀ポロシメーターによって測定される気孔サイズ
のメジアンが約４μｍから１μｍ未満に縮小する）こと
が発見された。より小さい気孔サイズは、微細炭素によ
る炭化ケイ素粒子表面のシリカの効果的な脱酸素よっ
て、粒子を粗くする方向に向かう推進力を低下させるこ
とによると考えられる。
原料バッチ中の粗い炭素を含む含有物を制御する第２
のアプローチでは、これらの含有物の頻度、従ってＣか
らSiCへの体積膨張によって応力を受ける領域を減少さ
れる。粗い遊離炭素の含有量を粗いフラクションの0.1
重量％未満に制限してこの効果を達成することの重要性
は、以下の例８、11、12、15及び16に最も良く示されて
いる。この態様を実施することの利点は、遊離炭素レベ
ルを0.1重量％未満に下げるために、従来の粗い炭化ケ
イ素粉末（典型的に0.1〜0.25重量％の遊離炭素を含
む）を単にか焼することによって実施できることであ
る。
好ましくは、第２の態様の粗いフラクションは0.06重
量％以下、より好ましくは0.02重量％以下、より好まし
くは0.01重量％未満の遊離炭素を含む。より多い量の遊
離炭素を含む粗い炭化ケイ素粉末は、それらの遊離炭素
レベルを適当に0.1重量％未満に下げるために、従来の
か焼にかけることができる。
粗い炭素を含む含有物を制限することがクラックを防
止することの発見は、従来の技術が一般に炭素添加剤は
炭化ケイ素体を作るのに有益であると考えていたのでい
くらか意外である。例えば、米国特許第4771021号明細
書は、シリコン化された（siliconized）炭化ケイ素部
品の製造において微細炭素粒子を添加することを開示し
ている。米国特許第4957811号明細書は、シリコン化さ
れた炭化ケイ素の製造における0.1〜500μｍの炭素粒子
の使用を開示する。米国特許第4536449号明細書は、75
〜300μｍの範囲のグラファイト粒子を組み込むことに
よって作られるシリコン化された炭化ケイ素複合材料を
開示している。米国特許第5486496号明細書は、少なく
とも100μｍのグラファイト含有物を含む焼結炭化ケイ
素体を開示する。Jacobson、J.Am.Cer.Soc.75［６］160
3−11（1992）は、50μｍまでのサイズの遊離炭素粒子
の存在下での炭化ケイ素と酸化ケイ素の反応を検討し、
そして追加のCOとSiCを作るために焼結反応の早い段階
で追加の遊離炭素を添加しなければならないと結論付け
た。
未焼成体のシリカ含有量を制御する第３のアプローチ
では、上記の反応を始める危険なシリカ反応体を実質的
に減少させる。シリカ含有量を原料バッチの合計の0.5
重量％未満に維持することの重要性は、例１、２及び５
に最も良く示されている。この態様の利点は、原料バッ
チの合計のシリカ含有量を危険なレベルである0.5重量
％未満に減少させるために、微細フラクションのみの酸
又は塩基処理を典型的に必要とすることである。
典型的な処理されていない微細炭化ケイ素供給原料
は、約1.6重量％〜2.0重量％のシリカを含むのに対し
て、典型的な処理されていない粗い炭化ケイ素供給原料
は只の約0.4重量％のシリカを含む。同様に、典型的な
処理された微細炭化ケイ素供給原料は0.5重量％（典型
的に約0.4重量％）未満のシリカを持ち、一方で典型的
な処理された粗い炭化ケイ素供給原料は約0.01重量％の
シリカを含む。微細フラクションのより高いシリカレベ
ルの理由は、シリカが炭化ケイ素粒子に表面の現象とし
て存在し、且つ微細粒子が粗い粒子よりも大きい比表面
積を持つためである。実質的に等しい量の処理されてい
ない微細SiC粒子と処理されていない粗いSiC粒子（約1.
0〜1.2重量％のシリカを含む原料バッチを作る）を使用
する場合、約80〜85％のシリカが微細フラクションに存
在する。微細フラクションを単独で処理することは、微
細フラクションのシリカ含有量を約0.4重量％まで効果
的に減少させて、処理された微細炭化ケイ素供給原料と
処理されていない粗い炭化ケイ素供給原料を含む原料バ
ッチの合計のシリカ含有量を約0.4重量％にするように
する。
本発明で使用する原料バッチは典型的に、10μｍ未満
の粒度を持つ40〜60重量％（好ましくは45重量％〜55重
量％）の微細粒子を含む。好ましくは、微細フラクショ
ンの少なくとも80重量％が0.4〜８μｍの粒度を持つ。
より好ましくは粒度のメジアンは１〜４μｍ、最も好ま
しくは２〜３μｍである。
また、原料バッチは、典型的に、40〜60重量％（好ま
しくは45重量％〜55重量％）の30μｍ超の粒度を持つ粗
い粒子を含む。好ましくは、粗い粒子のフラクションの
少なくとも80重量％が65μｍ〜150μｍの粒度を持つ。
好ましくは、本発明の原料バッチは本質的に、不純物
レベルの遊離炭素とシリカを伴う炭化ケイ素粒子からな
る。いくらかの態様では、微細フラクションの少なくと
も96重量％（好ましくは少なくとも98重量％）が炭化ケ
イ素である。初めの２つの態様では、典型的に微細フラ
クションの約1.0重量％〜３重量％（より典型的には1.5
重量％〜2.5重量％）がシリカである。第３の態様で
は、微細フラクションの約0.10重量％〜0.4重量％が典
型的にシリカである。同様に、粗いフラクションの少な
くとも96重量％（好ましくは少なくとも98重量％）が炭
化ケイ素である。初めの２つの態様では、典型的に粗い
フラクションの約0.01重量％〜0.3重量％がシリカであ
る。第３の態様では、粗いフラクションの約0.10重量％
〜0.5重量％未満が典型的にシリカである。
好ましくは、原料バッチを液体キャリヤーで混合して
スリップを作る。この液体キャリヤーは好ましくは脱イ
オン水であり、一般に固体の約12〜16重量％を構成す
る。従来の解凝固添加剤を、適当な量で使用することも
できる。
好ましくは、焼石膏の型にスリップを注ぎそしてスリ
ップを型の面にキャストすることによって、スリップを
脱水する。得られた未焼成体は典型的に、約2.60g/cc〜
2.75g/ccの嵩密度、及び少なくとも3.4475MPa（500ps
i）の４点曲げ強度を持つ。その気孔サイズは0.1〜0.5
μｍの範囲であり、気孔サイズのメジアンは約0.2μｍ
である。
好ましくは、未焼成体は、約79.992Pa（600mTorr）の
アルゴン雰囲気において約1700℃〜2000℃に１時間均熱
することを含むサイクルで再結晶化する。好ましくはこ
の均熱は、1800℃〜2000℃の温度範囲、より好ましくは
1900℃〜2000℃の温度範囲で行う。スリップキャスティ
ングを使用すると、典型的な乾燥収縮は約0.02％〜0.1
％（より典型的には0.04％〜0.07％）であり、それによ
って、2.0g/cc〜2.8g/cc、典型的に2.6g/cc〜2.75g/cc
の密度を持つ焼成SiC体が得られる。得られたクラック
がない再結晶化体は、少なくとも100MPa（典型的に140M
Pa〜170MPa）の室温４点曲げ強度、及び少なくとも100M
Pa（典型的に120MPa〜170MPa）のアルゴン中での1350℃
４点曲げ強度を持つ。平均気孔サイズは典型的に0.5〜
６μｍである。
例 以下に示すそれぞれの例については、特に断らない限
り、以下の標準の方法に従った。２〜３μｍの平均粒度
を持つ52重量％の微細炭化ケイ素と30〜150μｍの粒度
を持つ48重量％の粗い炭化ケイ素を含む炭化ケイ素混合
物を使用した。前記微細炭化ケイ素は、シリカ含有量が
1.2〜2.0重量％であり及びの遊離炭素含有量が約0.3重
量％〜0.5重量％であり、一方で粗い炭化ケイ素は、シ
リカ含有量が約0.3〜0.5重量％であり及び遊離炭素含有
量が0.13〜0.24重量％の範囲のであった。この混合物
を、約12重量％〜16重量％の水、約0.25〜1.0重量％の
アクリル樹脂バインダー、及び適切な量の解凝固剤と混
合して、スリップを作った。その後、このスリップを焼
石膏の型に注ぎ、そして脱水し、拡散部品の一部の形を
持つ未焼成体を製造した。
未焼成体は、79.992Pa（600mTorr）の減圧アルゴン雰
囲気において３℃／分の勾配で約1940℃に昇温し１時間
にわたって均熱することを含む焼結サイクルで焼成し
た。
例１ この例は、様々なシリカ含有量と様々な粒度を持つ原
料粉末の使用の効果を評価した。１つの焼結体は、実質
的に前記標準の方法に従って製造され、焼結したクラッ
クを表した。標準の微細フラクションを、シリカ含有量
が只の0.4重量％のより純粋な微細フラクションと置き
代えると（それによって合計のシリカ含有量を約１重量
％から約0.4重量％に減少させる）、クラックの発生が
なくなった。他の試験では、標準の粗い粒子を、シリカ
含有量が只の0.01重量％のより純粋な粗いフラクション
と置き代えたが（それによって合計のシリカ含有量を約
１重量％から約0.8重量％に減少させる）、クラックの
発生はなくならなかった。他の試験では、標準のフラク
ションのそれぞれを、対応するフラクションのより純粋
な（すなわちシリカがより少ない）フラクションで置き
代えた（それによって、合計のシリカ含有量を約１重量
％から約0.2重量％に減少させる）ところ、クラックの
発生がなくなった。これらの試験の結果は、未焼成体の
シリカ含有物（主に微細フラクションで見出される）
が、クラック発生の問題に寄与していることを示す。
同時に、微細フラクションが炭化ケイ素の100％を構
成することを除いて、前記標準の方法に実質的に従って
焼結体を製造した。得られた焼結体はクラックを示さな
かった。この結果は、原料バッチの粒度分布が２つのモ
ードを持つ性質が、クラック発生の現象に寄与すること
を示す。
例２ この例は、シリカを伴う原料バッチを意図的にドープ
することの効果を試験した。焼結体は、微細フラクショ
ンと粗いフラクションの両方を例１で挙げた高純度のフ
ラクションで置き代え、そしてその後、微細フラクショ
ンのシリカ含有量を約0.4重量％から約1.2重量％に増加
させるために（それによって未焼成体の全シリカ含有量
を約0.2重量％から約0.6重量％に増加させる）、高純度
の微細フラクションをか焼したことを除いて、前記標準
の方法に実質的に従って製造した。得られた焼結体はか
なりのクラックの発生を示した。これらの結果は、原料
バッチ中の0.6重量％を越える合計のシリカ含有量が、
焼成体のクラックの発生を増加させることを示す。例１
の結果と合わせて、合計で約0.5重量％のシリカの臨界
的なレベルが明らかにされる。
例３ この例は、モードが２つある炭化ケイ素粉末の粒度分
布の幅を減少させることの効果を試験した。遊離炭素含
有量が0.06重量％で粒度のメジアンが約40μｍであるこ
とを特徴とするF240フラクションで、粗いフラクション
を徐々に置き代えることを除いて、焼結体を前記標準の
方法に実質的に従って製造した。得られた焼結体は、置
き代える量を増加させるにつれてクラックの発生頻度の
減少を示し、粗いフラクションが少なくとも70％の置き
代えられたF240粉末を含むときにクラックの発生がなく
なった。しかしながら、このF240粉末を、遊離炭素含有
量が約0.08重量％である他のF240粉末で置き代えると、
焼成体はクラックの発生を示した。これらの結果は、モ
ードを２つ持つ混合物の粒度分布を単に狭めることはク
ラック発生の問題を解決しないということを示す。また
それは、標準の粗い粒子の遊離炭素レベル（粗いフラク
ションの約0.12〜0.24重量％）を約70％減少させること
は、そのレベル未満では実質的にクラックの発生を妨げ
る遊離炭素の臨界的なレベル（約0.04〜約0.07重量％）
を提供することを示唆する。
例４ この例は、粗い粒子のフラクションの粒度のメジアン
を小さくすることの効果を試験した。焼結体は、粗いフ
ラクションを篩にかけて大きい粒子を取り除きそして粒
度のメジアンを約10％小さくすることを除いて、前記標
準の方法に実質的に従って製造した。しかしながら、得
られた焼結体はクラックの発生を示した。この結果は、
クラックの発生を減らすために粗いフラクションの粒度
分布を変えることが不十分であることを再び示す。
例５ この例も例２と同様に、原料バッチをシリカで意図的
にドープすることの効果を試験した。微細フラクション
と粗いフラクションの両方を例１で挙げた高純度のフラ
クションで置き代え、そして原料バッチの全シリカ含有
量を約0.2重量％から約1.2重量％、3.2重量％及び5.2重
量％にそれぞれ増加させるために、１重量％、３重量％
及び５重量％の微細シリカを原料バッチに加えることを
除いて、焼結体を前記標準の方法に実質的に従って製造
した。得られた焼結体は、かなりのクラックの発生を示
した。これらの結果は、原料バッチの全シリカ含有量を
0.2重量％から少なくとも1.2重量％に増加させること
は、焼結体でのクラックの発生の増加を導くことを示
す。
別の試験では、100％の微細SiC粉末を含む原料バッチ
に微細シリカを添加した。クラックの発生は観察されな
かった。この発見は、粒度分布のモードを２つ持つ性質
がクラックの発生現象において重要な役割を演じること
更にを示す。
例６ この例は、原料バッチの微細炭化ケイ素フラクション
の割合を増加させることの効果を試験した。焼結体は、
微細フラクションを52重量％から58重量％まで増加させ
ることを除いて、前記標準の方法に実質的に従って製造
した。得られた焼結体は、前記標準の方法に従って製造
された焼結体とほぼ同じ程度のクラックの発生を示し
た。これらの結果は、微細フラクションの含有量をかな
り増加させても、焼結クラック発生を妨げるのに必要な
程度に粒子分離現象を緩和しないことを示す。
例７ 変更された焼結サイクルを、シリカの炭素熱還元に関
係する気化速度論を制御する手段として評価した。特
に、中間保持セグメント（intermedate hold segmen
t）、低下した勾配速度、及びアルゴン雰囲気への変更
を評価した。これらの変更は、クラック発生の厳しさを
制御するのに効果を示さなかった。
例８ 焼結クラックを発生させることが知られている選択さ
れた粗いフラクションの物理的及び化学的特徴付けを行
い、そしてその結果を、クラックを発生させない部品を
作ったことが知られている他の粗いフラクションの同様
な特徴付けと比較した。この特徴付けは、粒子形状の解
析、純度解析、相組成解析及び熱活性化解析を含む。こ
の比較の結果、これら２つの群の粗いフラクションの唯
一の違いは、それらの遊離炭素レベルであることを見出
した。詳しくは、クラック発生に関係する粗いフラクシ
ョンは、クラック発生と関係しない粗いフラクションよ
りも高い遊離炭素レベルを示した。
例９ この例は、微細フラクションの平均粒度を小さくする
ことの効果を試験した。改良された圧粉体強さは、焼成
の間に未焼成体の耐クラック性を改良することが期待で
きるので、標準の微細粒子（約２〜３μｍの平均粒度を
持つ）をより微細な粒子（サブミクロン以下の粒度を持
つ）で置き代えることによって、未焼成体の圧粉体強さ
を増加させた。より微細な粒度を持つ焼成体は、クラッ
ク発生の頻度の低下を示さなかった。
例10 この例は微細炭素添加物の効果を試験した。10m2/g〜
200m2/gのサイズ範囲を持つ微細炭素を、標準の微細粒
子と粗い粒子の原料バッチの約0.1重量％ないし約0.75
重量％の量で加えた。それぞれの場合で得られた焼結体
は全体にクラックがなかった。
例11 この例は、微細粒子のフラクションと粗い粒子のフラ
クションの両方の遊離炭素レベルを制御することを試験
した。このために、約0.24重量％の遊離炭素含有量を有
する粗い粒子を、３インチ（8cm）ベッドを持つベッド
にし、そして600℃で２時間にわたって空気中において
か焼した。同様に、約0.3重量％の遊離炭素含有量を有
する微細粒子をか焼した。粗いか焼した粒子は、只の約
0.06重量％の遊離炭素含有量を有することが見出され、
そしてか焼した微細粒子は0.05重量％未満の遊離炭素含
有量を有していた。標準の粗い粒子を伴うか焼した微細
粒子を焼成しても、これはクラックの発生に改良を全く
示さなかった。しかしながら、か焼した粗い粒子を標準
の微細粒子と共に使用した場合、得られた焼結体はクラ
ックが発生しなかった。粗い炭素を含む含有物が実質的
に存在しないことは、か焼した粗いフラクションを含む
原料バッチによって得られた望ましい結果の主要な理由
であると考えられる。
例12 ２つの商業的に入手できる微細炭化ケイ素粉末Ａ及び
Ｂと２つの商業的に入手できる粗い炭化ケイ素粉末Ｃ及
びＤの様々な組み合わせで部品を焼結させた。結果は、
粗い粉末Ｄを使用するそれぞれの組み合わせがクラック
の発生を示し、一方で粗い粉末Ｃを使用するそれぞれの
組み合わせがクラックの発生を示さないことを明らかに
した。２つの粗いフラクションＣ及びＤの物理的及び化
学的特徴付けを行った。この特徴付けは粒子形状の解
析、純度解析、相組成解析、及び熱活性化解析を含んで
いた。この特徴付けの結果は、唯一の違いが遊離炭素レ
ベルであることを示した。詳しくは、粗い粉末Ｄ（クラ
ックを発生させる）は、粗い粉末Ｃ（クラックを発生さ
せず、約0.02重量％の遊離炭素レベルを持つ）よりも高
い遊離炭素レベル（約0.20重量％）を示した。この発見
は、例８で示される結果と矛盾しない。
例13 この例は、遊離炭素の沈降の効果を試験した。クラッ
クを作ることが知られている粗いフラクションを沈降に
かけた。ここでは粉末を水に浮かべ、そして炭素と炭化
ケイ素の粒子の密度差を利用して炭化ケイ素から炭素を
分離した。しかしながら、沈降から得られた粉末はクラ
ックの頻度を減少させないことが見出された。
例14 この例は、原料バッチに加えられる微細炭素のタイプ
の効果を試験した。詳しくは、カーボンブラックとコロ
イド状炭素の両方を、例10の方法と実質的に同様な方法
で原料バッチに加えた。結果は、コロイド状炭素添加剤
が只の0.2重量％の添加レベルでクラックの発生をなく
し初め、一方でカーボンブラックは0.5重量％のレベル
でクラックの発生をなくし始めることを示した。従っ
て、コロイド状炭素は、クラックの発生をなくすために
カーボンブラックよりも遥かに効果的であった。
例15 この例は、焼結サイクルの様々な段階の焼成された微
細構造を評価した。従前の膨張計試験は、劇的な体積の
増加が1450℃〜1600℃の範囲で起こることを示したの
で、1400℃まで及び1600℃までで焼成した部品の微細構
造を調べた。1400℃まで焼成した部品はクラックの発生
を示さなかったが、クラックを発生させることが知られ
る粗いフラクションを使用する部品の微細構造は、大き
い（150μｍ）炭素を含む含有物を含むことが見出され
た。これらの含有物は一般に、約20％〜約40％のケイ素
を含み、残部は炭素である。粗いフラクション中に大き
い炭素を含む含有物を含むバッチを1650℃にして焼成し
た場合、微細炭素添加剤を含む未焼成体はクラックを発
生させず且つその中の炭素を含む含有物をSiCに転化さ
せない一方で、微細炭素添加剤を持たない部品はクラッ
クを発生させ且つその中の炭素を含む含有物をSiCに転
化させた。更に、転化した含有物を含む部品のクラック
は、まさに転化した含有物の所から始まっていることが
観察される。これらの含有物は約40％〜約50％のケイ素
を含んでおり、残部が炭素であることが分かった。これ
らの結果は、炭素を含む含有物のSiCへの転化によって
起こる実体積の膨張が、クラックを発生させる未焼成体
の決定的な応力をもたらすことを示す。
例16 この例は、大きな炭素を含む含有物で意図的にドープ
した未焼成体を試験した。高純度グラファイトを、炭化
ケイ素の乳鉢と乳棒を使用して150μｍのサイズにすり
つぶした。0.01重量％〜0.2重量％の量のこの含有物
を、微細炭素添加剤を含まないでクラックを発生させな
い焼結部品を作ることが知られる粗いフラクションを含
む原料バッチに加えた。選択された粗いフラクション
（約0.14重量％の遊離炭素含有量を有する）が比較的ク
ラックを発生させないことが知られる１つのケースで
は、ドープ剤は、ドープ剤の濃度の増加と共にクラック
発生の程度を促進した。選択された粗いフラクション
（約0.06重量％の遊離炭素含有量を有する）がクラック
を発生させないことが知られる他のケースでは、ドープ
されたバッチは、ドープ剤濃度の増加と共に増すクラッ
クの発生が厳しくなった。微細構造の評価は、クラック
が転化した含有物に起因することを示した。これらの結
果は、焼成クラック発生における炭素を含む含有物の役
割を明らかに示す。
フロントページの続き (72)発明者 シンドル，ジャック アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01543，ルトランド，エメラルド ロー ド 62 (72)発明者 ベイダ，ジョン アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01585 ウエスト ブロックフィールド, ニュー ブレイントゥリー ロード 17 (56)参考文献 特開 平６−263538（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−96065（ＪＰ，Ａ) 米国特許9626910（ＵＳ，Ａ) 国際公開96／26910（ＷＯ，Ａ１) 欧州特許出願公開147478（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/565 - 35/577 C04B 35/626

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】クラックがない焼結炭化ケイ素体の製造方
    法であって、以下のａ）〜ｃ）の工程を含む方法。 ａ）ｉ）10μｍ未満の粒度を持つ少なくとも40重量％の
    微細粒子のフラクションであって、炭化ケイ素を含む微
    細粒子のフラクション、及び ii）少なくとも30μｍの粒度を持つ少なくとも40重量％
    の粗い粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と0.1
    重量％未満の遊離炭素を含む粗い粒子のフラクション、 を含む原料粉末バッチを提供する工程であって、 前記原料バッチが合計で少なくとも0.5重量％のシリカ
    含有量を有し、 前記原料バッチが合計で少なくとも96重量％の炭化ケイ
    素含有量を有する工程。 ｂ）前記原料バッチを未焼成体に成形する工程。 ｃ）前記未焼成体を再結晶化させて、2.0g/cc〜2.8g/cc
    の密度を持つ再結晶化炭化ケイ素体を提供する工程。
  2. 【請求項２】ｉ）10μｍ未満の粒度を持つ少なくとも40
    重量％の微細粒子のフラクションであって、炭化ケイ素
    を含む微細粒子のフラクション、及び ii）少なくとも30μｍの粒度を持つ少なくとも40重量％
    の粗い粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と0.10
    重量％未満の遊離炭素を含む粗い粒子のフラクション、 を含む原料バッチであって、 合計で少なくとも0.5重量％のシリカ含有量を有し、 合計で少なくとも96重量％の炭化ケイ素含有量を有する
    原料バッチ。
  3. 【請求項３】クラックがない焼結炭化ケイ素体の製造方
    法であって、以下のａ）〜ｃ）の工程を含む方法。 ａ）ｉ）10μｍ未満の粒度を持つ少なくとも40重量％の
    微細粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と少なく
    とも0.10重量％の少なくとも10m2/gの表面積を持つ遊離
    炭素とを含む微細粒子のフラクション、及び ii）少なくとも30μｍの粒度を持つ少なくとも40重量％
    の粗い粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と少な
    くとも0.1重量％の遊離炭素を含む粗い粒子のフラクシ
    ョン、 を含む原料粉末バッチを提供する工程であって、 前記原料バッチが合計で少なくとも0.5重量％のシリカ
    含有量を有し、 前記原料バッチが合計で少なくとも96重量％の炭化ケイ
    素含有量を有する工程。 ｂ）原料バッチを未焼成体に成形する工程。 ｃ）前記未焼成体を再結晶化させて、2.0g/cc〜2.8g/cc
    の密度を持つ再結晶化炭化ケイ素体を提供する工程。
  4. 【請求項４】ｉ）10μｍ未満の粒度を持つ少なくとも40
    重量％の微細粒子のフラクションであって、炭化ケイ素
    及び少なくとも0.10重量％の少なくとも10m2/gの表面積
    を持つ遊離炭素を含む微細粒子のフラクション、及び ii）少なくとも30μｍの粒度を持つ少なくとも40重量％
    の粗い粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と少な
    くとも0.1重量％の遊離炭素を含む粗い粒子のフラクシ
    ョン、 を含む原料バッチであって、 合計で少なくとも0.5重量％のシリカ含有量を有し、 合計で少なくとも96重量％の炭化ケイ素含有量を有する
    原料バッチ。
  5. 【請求項５】クラックがない焼結炭化ケイ素体の製造方
    法であって、以下のａ）〜ｃ）の工程を含む方法。 ａ）ｉ）10μｍ未満の粒度を持つ少なくとも40重量％の
    微細粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と0.10重
    量％〜0.5重量％未満のシリカを含む微細粒子のフラク
    ション、並びに ii）少なくとも30μｍの粒度を持つ少なくとも40重量％
    の粗い粒子のフラクションであって、炭化ケイ素、少な
    くとも0.1重量％の遊離炭素、及び少なくとも0.10重量
    ％のシリカを含む粗い粒子のフラクション、 を含む原料粉末バッチを提供する工程であって、 前記原料バッチが合計で少なくとも96重量％の炭化ケイ
    素含有量を有し、 前記原料バッチが合計で0.5重量％未満のシリカ含有量
    を有する工程。 ｂ）原料バッチを未焼成体に成形する工程。 ｃ）未焼成体を再結晶化させて、2.0g/cc〜2.8g/ccの密
    度を持つ再結晶化炭化ケイ素体を提供する工程。
  6. 【請求項６】ｉ）10μｍ未満の粒度を持つ少なくとも40
    重量％の微細粒子のフラクションであって、炭化ケイ素
    と0.10重量％〜0.5重量％未満のシリカを含む微細粒子
    のフラクション、及び ii）少なくとも30μｍの粒度を持つ少なくとも40重量％
    の粗い粒子のフラクションであって、炭化ケイ素と0.5
    重量％未満のシリカを含む粗い粒子のフラクション、 を含む原料バッチであって、 合計で0.5重量％未満のシリカ含有量を有し、 合計で少なくとも96重量％の炭化ケイ素含有量を有する
    原料バッチ。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5702997A (en) * 1996-10-04 1997-12-30 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp. Process for making crack-free silicon carbide diffusion components
AT408153B (de) * 1998-09-02 2001-09-25 Electrovac Metall-matrix-composite- (mmc-) bauteil
US7115535B1 (en) * 1999-08-02 2006-10-03 The Procter & Gamble Company Personal care articles comprising batting
JP4589491B2 (ja) * 1999-08-24 2010-12-01 株式会社ブリヂストン 炭化ケイ素粉末、グリーン体の製造方法、及び炭化ケイ素焼結体の製造方法
DE10111225A1 (de) * 2001-03-08 2002-09-19 Wacker Chemie Gmbh Verbundwerkstoff auf der Basis von Siliciumcarbid und Kohlenstoff, Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung
US6774073B2 (en) * 2002-07-29 2004-08-10 Coorstek, Inc. Graphite loaded silicon carbide and methods for making
US6591892B1 (en) * 2002-11-12 2003-07-15 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Method and apparatus for casting coarse grain siliconized silicon carbide parts
US20040173597A1 (en) * 2003-03-03 2004-09-09 Manoj Agrawal Apparatus for contacting gases at high temperature
US20040188319A1 (en) * 2003-03-28 2004-09-30 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Wafer carrier having improved processing characteristics
DE10331049B4 (de) * 2003-07-09 2010-04-08 Saint-Gobain Industriekeramik Rödental GmbH Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers, danach hergestellter poröser Keramikkörper und dessen Verwendung
WO2007056739A2 (en) * 2005-11-07 2007-05-18 Durable Systems, Inc. Polycrystalline sic electrical devices and methods for fabricating the same
WO2012071353A1 (en) 2010-11-22 2012-05-31 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Infiltrated silicon carbide bodies and methods of making
TW201321331A (zh) * 2011-11-16 2013-06-01 Tse Jie Entpr Ltd 陶瓷散熱基材的製造方法
US20160229754A1 (en) * 2013-09-19 2016-08-11 United Technologies Corporation Method of producing a ceramic article, intermediate article and composition therefor
US9676631B2 (en) 2014-07-21 2017-06-13 Lori Bracamonte Reaction bonded silicon carbide bodies made from high purity carbonaceous preforms
US9951952B2 (en) 2014-10-15 2018-04-24 Specialized Component Parts Limited, Inc. Hot surface igniters and methods of making same
CN112960983B (zh) * 2021-03-23 2022-10-21 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 一种碳化硅陶瓷复合制品的制备方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3951587A (en) * 1974-12-06 1976-04-20 Norton Company Silicon carbide diffusion furnace components
US4295890A (en) * 1975-12-03 1981-10-20 Ppg Industries, Inc. Submicron beta silicon carbide powder and sintered articles of high density prepared therefrom
US4238434A (en) * 1978-02-16 1980-12-09 Ibigawa Electric Industry Co., Ltd. Method of producing a silicon carbide sintered body
DE2910059C2 (de) * 1978-03-15 1982-05-19 Suzuki, Hiroshige, Tokyo Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Siliziumkarbid sowie dessen Verwendung zur Herstellung von hochdichten Sinterkörpern
JPS54122312A (en) * 1978-03-15 1979-09-21 Hiroshige Suzuki Silicon carbide powder for sintering use and preparation thereof
JPS59102872A (ja) * 1982-12-06 1984-06-14 日本特殊陶業株式会社 炭化珪素．黒鉛複合焼結体の製造方法
JPS59207873A (ja) * 1983-05-10 1984-11-26 ティーディーケイ株式会社 高密度炭化ケイ素焼結体の製造方法
US4525461A (en) * 1983-12-14 1985-06-25 Kennecott Corporation Sintered silicon carbide/graphite/carbon composite ceramic body having ultrafine grain microstructure
EP0147478B1 (de) * 1983-12-23 1987-05-06 Hoechst CeramTec Aktiengesellschaft Schlickergiessmasse zur Herstellung von Formkörpern als aus Siliciumcarbid
JPS60138913A (ja) * 1983-12-26 1985-07-23 Toshiba Ceramics Co Ltd 半導体拡散炉管の製造方法
JPS60200861A (ja) * 1984-03-26 1985-10-11 住友化学工業株式会社 高強度炭化珪素焼結体の製造方法
JPS60246264A (ja) * 1984-05-23 1985-12-05 東芝セラミツクス株式会社 炭化珪素質材料の製造方法
US4771021A (en) * 1985-07-01 1988-09-13 Teruyasu Tamamizu Semi-conductor diffusion furnace components
JPS6212666A (ja) * 1985-07-09 1987-01-21 東芝セラミツクス株式会社 半導体用炉芯管の製造方法
US4987103A (en) * 1986-04-09 1991-01-22 Nippon Pillar Packing Co., Ltd. Slider composed of a high-density silicon carbide sintered compact
US4693988A (en) * 1986-07-01 1987-09-15 Kennecott Corporation Single phase silicon carbide refractory
JP2548949B2 (ja) * 1987-09-01 1996-10-30 東芝セラミックス株式会社 半導体製造用構成部材
DE3736660A1 (de) * 1987-10-29 1989-05-11 Mtu Muenchen Gmbh Verfahren zur herstellung eines poroesen formkoerpers
KR910002578B1 (ko) * 1988-01-19 1991-04-27 닙폰 가이시 카부시키카이샤 고밀도 SiC 소결체의 제조방법
US4998879A (en) * 1988-04-29 1991-03-12 Norton Company High purity diffusion furnace components
US4999228A (en) * 1988-05-06 1991-03-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Silicon carbide diffusion tube for semi-conductor
DE3832876A1 (de) * 1988-09-28 1990-04-05 Hoechst Ceram Tec Ag Bauteile aus silizium-infiltriertem siliziumcarbid mit poroeser oberflaeche und verfahren zu ihrer herstellung
US5094985A (en) * 1989-01-30 1992-03-10 Kazunori Kijima Kyoto Sintered silicon carbide body with high thermal conductivity and process of producing the same
EP0486938B1 (en) * 1990-11-20 1999-05-19 Asahi Glass Company Ltd. Heat treating apparatuses for semiconductors and high purity silicon carbide parts for the apparatuses and a method of making thereof
US5422322A (en) * 1993-02-10 1995-06-06 The Stackpole Corporation Dense, self-sintered silicon carbide/carbon-graphite composite and process for producing same
US5486496A (en) * 1994-06-10 1996-01-23 Alumina Ceramics Co. (Aci) Graphite-loaded silicon carbide
CN1147806A (zh) * 1995-03-01 1997-04-16 圣戈本/诺顿工业搪瓷有限公司 新颖的碳化硅仿真晶片
US5702997A (en) * 1996-10-04 1997-12-30 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp. Process for making crack-free silicon carbide diffusion components

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