JPH03257089A - 炭化けい素コーティング黒鉛製品及びその製造方法 - Google Patents
炭化けい素コーティング黒鉛製品及びその製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
拡散処理等を施す際に、サセプターポート等として用い
られる炭化けい素コーティング黒鉛製品及びその製造方
法に関する。
伝導性がよく高周波話導加熱により均一に加熱できると
共に、耐熱衝撃性に優れ、かつ高純度化が可能である黒
鉛が基材として用いられるが、黒鉛は多孔質であり、吸
蔵したガスを半導体クエへの処理中に放出するのを防止
するため、例えば第6図に示すように、黒鉛基材11に
CVD(化学蒸着)法等の気相成長法により炭化けい素
(S i C)の柱状結晶からなる炭化けい素@12を
形成して構成されている。
、cvp法による炭化けい素膜12の形成に先立って形
成される。
製品においては、半導体ウェハの処理に伴うヒートサイ
クル(例えば、常温::1200℃)の繰り返しによる
熱応力によって炭化けい素膜の結晶粒界に沿ってクラッ
クを生じ、炭化けい素膜の剥離を早期に生ずる問題があ
る。
機械的なマツチングに優れ、寿命を大幅に延ばし得る炭
化けい素コーティング黒鉛製品及びその製造方法の提供
を目的とする。
気相成長法による炭化けい素膜を形成してなる炭化けい
素コーティング黒鉛製品において、黒鉛基材の表層部に
炭化けい素が点在するSiC−C−C層と、このSiC
−C−C層と炭化けい素膜との間にけい素及び炭化けい
素の微結晶が混在する5t−SiC層とが存在するもの
である。
グ黒鉛製品を製造する方法であり、黒鉛基材に炭化けい
素膜を気相成長法により形成するに際し、予め黒鉛基材
にけい素膜を気相成長法により形成し、これを30 T
orr以下の雰囲気圧にてけい素の融点以上の温度で熱
処理した後、これに炭化けい素膜を気相成長法により形
成する方法である。
沿って厚さ方向に生じたクラックは、けい素と炭化けい
素とが混在する5t−SiC層によってその進展を妨げ
られ、かつSiC−C−C層及びSiC−−SiC層は
、黒鉛基材に対する炭化けい素膜の足付(アンカー)と
して機能する。
それにより、炭化けい素膜の寿命を一層延ばし得る。
orrにおいて1414℃)以上の温度とすることによ
り、5t−SiC層上に微結晶の炭化けい素からなるS
iC層が積層され、クラックの進展防止に一層効果があ
る。熱処理温度が、けい素の融点未満であると、黒鉛基
材に対するけい素の浸透が起こらず、けい素膜が炭化し
、炭化けい素となって剥離してSiC−C−C層及びS
iC−−SiC層は生成されず、熱処理後は、面荒れが
著しい。
行うことが好ましく、その雰囲気圧を30 Torrと
することにより、上記熱処理温度と相俟って黒鉛基材に
対するけい素の浸透が良好となり、30 Torrを超
えると黒鉛基材に対するけい素の浸透が生じにくい。
2Torr以下に保つことが難しい。
っても特に問題を生じない。昇温速度は、速ければ速い
ほど多数の結晶核の発生をもたらすので好ましい。
0μm以下の半球状をなす結晶集合組織(ペブル構造)
により形成されることが好ましく、このためには、20
0 Torr〜常圧(700〜760 Torr)の雰
囲気圧での気相成長法によるのが好ましい。
織の占める面積が、炭化けい素膜全表面積の50%未満
になると、表面粗さが大きくなり、かつ半導体ウニ八等
との接触面積が小さくなる一方、半球状をなす結晶集合
組織の短軸径が80μmを超えると、同様に表面粗さが
大きくなり、かつ半導体ウニ八等との接触面積が小さく
なるためである。半球状をなす結晶集合組織の短軸径は
、50μ口以下が好ましく、より好ましくは20μm以
下である。
超えた加圧状態であると、炭化けい素膜の生成が困難と
なる一方、200 Torr未満であると、炭化けい素
膜の生成が遅くなると共に、半球状をなす結晶集合組織
の短軸径が大きくなるためである。
口以下となる。
集合組織とは、例えばCVD法により炭化けい素の柱状
結晶を成長させる場合において、放射状に成長した炭化
けい素の結晶集合組織をいう。又、短軸径とは、この結
晶集合組織の底面に内接する円の直径をいう。
た黒鉛基材に、高温下でハロゲン化ガス又はハロゲン化
水素ガスを用いて純化処理を施しておくことが好ましい
。
柱状に加工し、2000℃の温度下でHCfガスを用い
て純化処理した後、CVD法によりけい素膜(膜厚、実
施例1,2,5.6:20μm、実施例3,4,7,8
:3μm)を形成した。
J2/分 温 度 :1200℃ 時 間=25分(20μl11)、4分(3μm)雰
囲気圧;常圧 ついで、けい素膜を形成した黒鉛基材をそれぞれ第1表
に示す温度及び雰囲気圧で熱処理した。
るのは、ガスの発生により雰囲気圧が変動したため、雰
囲気圧を0 、05 Torr〜0 、 I Tor
rの間に調整したものである。
浸透し、かつ基材の黒鉛と反応し、いずれの実施例のも
のも、第1図、第2図に示すように、黒鉛基材1の表層
部に炭化けい素が点在するSiC−C−C層2と、この
SiC−C−C層2の上に未反応のけい素及び炭化けい
素の微結晶が混在するSiC−−SiC層3が形成され
る一方、実施例5〜8のものは、炭化けい素の再結晶に
より、!42図に示すように、SiC−−SiC層3の
上に更に炭化けい素の微結晶からなるSiC層4が形成
された。
、又、SiC−−SiC層3及びSiC層4は、光学顕
微鏡による断面観察並びに透過型電子顕微鏡(TEM)
により透過像を観察したところ、それぞれの層の厚さは
、平均値を示す第1表のようになった。
0μmの炭化けい素膜5を形成し、角柱状の炭化けい素
コーティング黒鉛製品を得た。
It/分 H,7立/分 温 度+1250℃ 雰囲気圧: 600 Torr 反応時間:45分 第1図、第2図において6は上記CVD法による炭化け
い素膜5の形成に先立って形成された炭化けい素の微結
晶からなる初期層である。この初期層6と前記SiC層
4との間には、連続性が見られない。初期層6は、Si
C−−SiC層3等と同様に透過型電子顕微鏡によって
観察され、その厚さは、平均値を示す第1表のようにな
った。
ゴンガス雰囲気の炉内に入れ、30分保持した後、それ
ぞれの製品を25℃の温度に保たれた水中に浸漬して急
冷するヒートサイクルテストを行い、クラック発生まで
の回数及び剥離までの回数を調べたところ、第1表に示
すようになった。
観察し、2μm以上のマイクロクラックの存在を発生と
みなした。
。
ト5回おきに行った。
施した後、比較例1〜7は、実施例1〜8と同一の条件
でCVD法によりけい素膜(膜厚、比較例1,2,3,
5,7:20μm、比較例4.6:3μm)を形成し、
比較例8は、けい素膜を形成しなかった。
それぞれ第2表に示す温度及び雰囲気圧で、他は実施例
1〜8と同一の条件で熱処理し、比較例8のものには、
熱処理を施さなかった。
るのは、ガスの発生により雰囲気圧が変動したため、雰
囲気圧を0 、05 Torr〜0 、 I Tor
rの間に調整したものである。
けい7素膜が炭化してSiCとなフて剥離し、面荒れが
著しかったため、熱処理後のCVD法による炭化けい素
膜を形成することができなかった。
、炭化けい素の微結晶(S i C層)が形成されたが
、けい素が黒鉛基材中に浸透して基材の黒鉛と反応した
層(SiC−C層、SiC−−SiC層)は見られず、
熱処理後の角柱材の表面は荒れていた。又、比較例3〜
6に形成されたSiC層には、けい素も若干含有されて
いた。
ころ、平均値を示す第2表のようになった。
8のものに、実施例1〜8と同一の条件でCVD法によ
り膜厚60μmの炭化けい素膜を形成し、同様のヒート
サイクルテストを行い、クラック発生までの回数及び剥
離までの回数を調べたところ、第2表に示すようになり
た。
て、膜厚3μm以上のけい素膜を形成し、これを30T
orr以下の雰囲気圧にてけい素の融点以上の温度で熱
処理することにより、黒鉛基材の表層部に炭化けい素が
点在するSiC−C−C層と、このSiC−C−C層と
炭化けい素膜との間にけい素及び炭化けい素の微結晶が
混在するSiC−−SiC−C層とが形成されることに
よって、クラック発生までの回数及び剥離までの回数を
比較例の2倍以上とし得ることがわかる。
し、2000℃の温度下でHC旦ガスを用いて純化処理
した後、CVD法によりけい素膜(膜厚、実施例9〜2
0:3μ0、実施例21〜26:20μm)を形成した
。
圧:常圧 ついで、けい素膜を形成した黒鉛基材をそれぞれ第3表
に示す温度で熱処理した。
15〜26;0.1〜0.05 Torr (ガスの発生により変動す る。) 昇温速度:12℃/分 この熱処理によって、けい素が溶融して、黒鉛基材中に
浸透し、かつ基材の黒鉛と反応し、いずれの実施例のも
のも、黒鉛基材の表層部に炭化けい素が点在するSiC
−C−C層と、このSiC−C−C層の上に東反応のけ
い素及び炭化けい素の微結晶が混在するSiC−−Si
C層が形成される一方、実施例12〜14.18〜20
及24〜26のものは、炭化けい素の再結晶により、S
i−SiC層の上に更に炭化けい素の微結晶からなるS
iC層が形成された。
て観察され、各層の合計の厚さは、平均値を示す第3表
のようになった。
化させCVD法により膜厚100μmの炭化けい素膜を
形成し、円板状の炭化けい素コーティング黒鉛製品を得
た。
11/分 H27fL/分 温 度: 1 250℃ 各炭化けい素コーティング黒鉛製品の表面粗さ(非接触
式の測定による)並びに短軸径80μm以下、50μm
以下及び20μ0以下の半球状をなす結晶集合組織の炭
化けい素膜全表面積に占める割合A、B及びCは、それ
ぞれ第3表に示すようになった。
おける結晶構造の電子顕微鏡写真を第3図に示す。図中
7で示すようにピントのホヤけているところが結晶集合
組織である。
面における結晶構造の電子顕微鏡写真を第4図に示す。
はほとんど見受けられない。
工し、2000℃の温度下でHCAガスを用いて純化処
理した後、比較例9〜13は、実施例15〜26と同様
の条件でCVD法によりけい素膜(膜厚、比較例9,1
0.13:20μm、比較例11,12:3μm、m)
を形成し、比較例14〜17は、けい素膜を形成しなか
った。
をそれぞれ第4表に示す温度で、他は実施例15〜26
と同様の条件で熱処理した。
て黒鉛基材中に浸透し、かつ基材の黒鉛と反応し、黒鉛
基材の表層部に炭化けい素が点在するSiC層−C層と
、このSiC−C−C層の上に未反応のけい素及び炭化
けい素の微結晶が混在するSi−SiC層が形成される
一方、比較例10゜12のものは、炭化けい素の再結晶
により、SiC−−SiC層の上に更に炭化けい素の微
結晶からなるSiC層が形成された。
ようになった。
、熱処理雰囲気圧300 Torrで、他は実施例15
〜26と同様の条件で熱処理した。この熱処理によって
比較例13のものには、けい素と黒鉛が反応し、炭化け
い素の微結晶層が形成された。この層は、均一なもので
はなく、表面は荒れていた。層の厚さは、平均値を示す
第4表のようになった。
処理を施さなかった。
においては熱処理を施さずに、第4表に示す雰囲気圧下
で実施例15〜26と同様の条件で反応時間を変化させ
CVD法により膜厚100μmの炭化けい素膜を形成し
、円板状の炭化けい素コーティング黒鉛製品を得た。
軸径80μm以下、50μm以下及び20μm以下の半
球状をなす結晶集合組織の炭化けい素膜全表面積に占め
る割合A、B及びCは、それぞれ第4表に示すようにな
った。
、結晶集合組織を観察するのは困難であった。
おける結晶構造の電子顕微鏡写真を第5図に示す。図中
9で示すのが半球状をなす結晶集合組織である。
る炭化けい素膜の形成に先立って、膜厚3μm以上のけ
い素膜を形成し、これを30 Torr以下の雰囲気圧
にてけい素の融点以上の温度で熱処理して、黒鉛基材の
表層部に炭化けい素が点在するSiC−C−C層と、こ
のSiC−C層と炭化けい素膜との間にけい素及び炭化
けい素の微結晶が混在する5t−SiC層とを形成し、
かつ気相成長法による炭化けい素膜の形成を200 T
orr〜常圧の雰囲気圧下で行い、炭化けい素膜全表面
積の50%以上を短軸径80μm以下の半球状をなす結
晶集合組織により形成することによって、クランク発生
までの回数及び剥離までの回数を倍増し、かつ炭化けい
素膜の表面粗さを10μm以下として製品自体の寸法精
度を高め得ると共に、半導体ウニ八等に接触した際にそ
の表面に損傷を与えることがなく、又半導体ウニ八等に
対する均熱的な熱伝導性を大幅に向上し得る。
の粒界に沿って厚さ方向に生じたクラックは、これより
粒径の小さいけい素と炭化けい素とが混在する5t−S
iC層によってその進展を妨げられ、カッS i C−
cli及ヒs i −S i CJiが黒鉛基材に対す
る炭化けい素膜のアンカーとして機能するので、黒鉛基
材と炭化けい素膜との熱的、機械的なマツチングに優れ
、炭化けい素コーティング黒鉛製品の寿命を従来に比し
て飛躍的に高めることができる。
第2図は実施例1〜4及び実施例5〜8に係る炭化けい
素コーティング黒鉛製品の要部の断面図、第3図及び第
4図は実施例25及び実施例26に係る炭化けい素コー
ティング黒鉛製品の表面における結晶構造の電子顕微鏡
写真、第5図は比較例15の炭化けい素コーティング黒
鉛製品の表面における結晶構造の電子顕微鏡写真、第6
図は従来の炭化けい素コーティング黒鉛製品の要部の断
面図である。 1・・・黒鉛基材 2・・・SiC−C−C層
3・・・SiC−−SiC層 4・・・SiC層5・
・・柱状結晶からなる炭化けい素膜6・・・初期層
7・・・結晶集合組織8・・・単位結晶
Claims (2)
- (1)黒鉛基材に気相成長法による炭化けい素膜を形成
してなる炭化けい素コーティング黒鉛製品において、黒
鉛基材の表層部に炭化けい素が点在するSiC−C層と
、このSiC−C層と炭化けい素膜との間にけい素及び
炭化けい素の微結晶が混在するSi−SiC層とが存在
することを特徴とする炭化けい素コーティング黒鉛製品
。 - (2)黒鉛基材に炭化けい素膜を気相成長法により形成
するに際し、予め黒鉛基材にけい素膜を気相成長法によ
り形成し、これを30Torr以下の雰囲気圧にてけい
素の融点以上の温度で熱処理した後、これに炭化けい素
膜を気相成長法により形成することを特徴とする炭化け
い素コーティング黒鉛製品の製造方法。
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JP2053156A JPH0825825B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 炭化けい素コーティング黒鉛製品及びその製造方法 |
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JPH0825825B2 JPH0825825B2 (ja) | 1996-03-13 |
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JP2053156A Expired - Fee Related JPH0825825B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 炭化けい素コーティング黒鉛製品及びその製造方法 |
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