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

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JPH03257089A
JPH03257089A JP2053156A JP5315690A JPH03257089A JP H03257089 A JPH03257089 A JP H03257089A JP 2053156 A JP2053156 A JP 2053156A JP 5315690 A JP5315690 A JP 5315690A JP H03257089 A JPH03257089 A JP H03257089A
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Masayuki Sumiya
角谷 雅之
Kouji Sensai
宏治 泉妻
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、シリコンウェハ等の半導体ウェハに熱処理や
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。
[従来の技術] 従来、この種の炭化けい素コーティング黒鉛製品は、熱
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。
図中13は炭化けい素の微結晶からなる初期層で、通常
、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。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記従来の炭化けい素コーティング黒鉛
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。
そこで、本発明は、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、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。
[課題を解決するための手段] 前記課題を解決するため、′s1の発明は、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−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。
又、第2の発明は、第1の発明の炭化けい素コーティン
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。
[作用] 上記手段においては、炭化けい素膜の柱状結晶の粒界に
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。
けい素膜は、厚さが3μm以上となることが好ましく、
それにより、炭化けい素膜の寿命を一層延ばし得る。
けい素膜の熱処理は、けい素(Si)の融点(760T
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。
けい素膜の熱処理は、アルゴンガス等の不活性ガス中で
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。
なお、熱処理の雰囲気圧は、ガスの発生により、0.0
2Torr以下に保つことが難しい。
上記熱処理の時間は、はとんど必要がないが、長時間行
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。
炭化けい素膜は、その全表面積の50%以上が短軸径8
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。
これは、短軸径80μm以下の半球状をなす結晶集合組
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。
又、炭化けい素膜を気相成長させる雰囲気圧が、常圧を
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。
上記好ましい態様の炭化けい素膜の表面粗さは、10μ
口以下となる。
ここで、炭化けい素膜の表面における半球状をなす結晶
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。
なお、けい素膜の形成に先立って、所望形状に加工され
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
[実施例] 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例1〜8 黒鉛基材を縦10mm、横10mm、長さ50mmの角
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。
CVD条件は、次の通りである。
原料ガス+ S iC42a   2で/分H2107
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。
なお、第1表中、熱処理雰囲気圧が0.ITorrとあ
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。
熱処理の他の条件は、次の通りである。
保持時間:30分 雰囲気:アルゴンガス中 昇温速度:12℃/分 この熱処理によって、けい素が溶融してj%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、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。
SiC−C−C層2は、光学顕微鏡によって断面観察し
、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。
上記熱処理後、CVD法により柱状結晶からなる膜厚6
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。
CVD条件は、次の通りである。
原料ガス:SiC−CI140.9JZ/分C3H81
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。
各実施例による製品を1200℃の温度に保たれたアル
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。
クラックの発生は、走査型電子顕微鏡(SEM)により
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。
又、剥離の発生は、炭化けい素膜の亀裂を目視観察した
なお、クランク及び剥離の観察は、ヒートサイクルテス
ト5回おきに行った。
比較例1〜8 実施例1〜8と同一寸法の黒鉛基材に純化処理を同様に
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。
ついで、けい素膜を形成した比較例1〜7の黒鉛基材を
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。
なお、第2表中、熱処理雰囲気圧が0.ITorrとあ
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。
この結果、比較例1.2は、けい素の浸透が起こらず、
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。
比較例3〜7は、熱処理によってけい素と黒鉛が反応し
、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。
SiC層の厚さは、光学顕微鏡により断面を観察したと
ころ、平均値を示す第2表のようになった。
そして、比較例3〜7及び熱処理を施さなかった比較例
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。
従って、黒鉛基材に対す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。
実施例9〜26 黒鉛基材を直径1001nL厚さ5mmの円板状に加工
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
CVD条件は、次の通りである。
原料ガス:SiCl2 2J2/分 H2107℃/分 温   度 :  1 200℃ 時  間:4分(3μm)、25分(20μm)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3表
に示す温度で熱処理した。
熱処理の他の条件は、次の通りである。
保持時間:30分 雰囲気:アルゴンガス中 雰囲気圧:実施例9〜14 ; 10Torr、実施例
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。
これらの層は、光学顕微鏡及び透過型電子顕微鏡によっ
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。
上記熱処理後、第3表に示す雰囲気圧下で反応時間を変
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。
CVD条件は、次の通りである。
原料ガス:SiC−Cu4 o、942/分C,H,1
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。
結晶集合組織は、走査型電子顕!!鏡により観察した。
実施例25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。
又、実施例26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を第4図に示す。
図中8で示す1つ1つが単位結晶であり、結晶集合組織
はほとんど見受けられない。
比較例9〜17 黒鉛基材を直径1’00mm、厚さ5mmの円板状に加
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。
ついで、けい素膜を形成した比較例9〜12の黒鉛基材
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。
この結果、比較例9〜12のものには、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、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。
こわら各層の合計の厚さは、平均値を示す第4表に示す
ようになった。
一方、比較例13の黒鉛基材は、熱処理温度1600℃
、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。
なお、けい素膜を形成しない比較例14〜17には、熱
処理を施さなかった。
比較例9〜13においては熱処理後、比較例14〜17
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。
各炭化けい素コーティング黒鉛製品の表面粗さ並びに短
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。
比較例13は、炭化けい素の柱状結晶が均一に成長せず
、結晶集合組織を観察するのは困難であった。
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。
従りて、実施例1〜8の場合と同様に、黒鉛基材に対す
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。
[発明の効果コ 以上のように本発明によれば、炭化けい素膜の柱状結晶
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。
【図面の簡単な説明】
341図〜第4図は本発明の実施例を示し、第1図及び
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)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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。
JP2053156A 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 Expired - Fee Related JPH0825825B2 (ja)

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