JPH05148025A - 炭化珪素質部材の製造方法 - Google Patents

炭化珪素質部材の製造方法

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JPH05148025A
JPH05148025A JP3343894A JP34389491A JPH05148025A JP H05148025 A JPH05148025 A JP H05148025A JP 3343894 A JP3343894 A JP 3343894A JP 34389491 A JP34389491 A JP 34389491A JP H05148025 A JPH05148025 A JP H05148025A
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silicon
carbon fiber
silicon carbide
molding
molded body
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JP3343894A
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English (en)
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Fukuji Matsumoto
福二 松本
Jiyunji Madono
遵次 真殿
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 所望の形状に成形したカーボン繊維成形体を
ハロゲンガス又は酸を用いて高純度化処理した後、好ま
しくはハロシランと水素との混合ガス中で加熱して前記
カーボン繊維成形体に珪素を気相析出させ、前記カーボ
ン繊維成形体を珪素の融点以上の温度に加熱して、前記
カーボン繊維成形体を炭化珪素化させてなる炭化珪素質
部材を製造する。 【効果】 本発明の製造方法により得られた炭化珪素質
部材は、Fe等の不純物濃度が非常に少ないので、半導
体用拡散炉用の部材として有用であり、本発明方法はか
かる炭化珪素質部材の製造方法として工業的に非常に有
利である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に半導体に熱処理を
施す場合に用いられる各種半導体製造用の炭化珪素質部
材の製造方法に関し、更に詳述するとFe等の不純物が
1ppm以下の高純度の炭化珪素質部材を製造する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体に熱処理を施すための拡散
炉(酸化炉)には、特に耐熱特性に優れている点から、
均熱管(ライナーチューブ)、反応管(プロセスチュー
ブ)、治具(ウェハーボート)等の炭化珪素質部材が多
用されている。このような炭化珪素質部材は反応焼結
法、再結晶法等により製造されるが、いずれの方法も原
料粉末にバインダーを添加し、成形した後、焼成、焼結
の工程を有するものである。
【0003】この場合、炭化珪素質部材は、取扱いの容
易性、拡散炉における熱処理工程における加熱或いは冷
却時の熱応答性を良好にするため、できる限り軽量であ
ることが望ましい。そこで、部材の軽量化のため、上記
製造工程の中間において機械加工により成形物の研削を
行うことが一般的になされている。
【0004】このような炭化珪素質部材は、半導体ウェ
ハーの熱処理に使用されるため、部材中に不純物が存在
すると半導体の生産歩留まりやその特性を極度に低下さ
せるので、当然のことながら高純度であることが要求さ
れ、より高純度の、即ちFe等の不純物が数ppmレベ
ルもしくはそれ以下の高純度炭化珪素質部材が要求され
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような粉末焼結による製造方法を採用した場合、工程
での汚染を受けやすく、高純度の部材を製造するために
は珪素,炭化珪素,炭素原料の洗浄やハンドリングによ
る汚染防止技術などの高度の技術を必要とするのみなら
ず、全ての装置を高純度仕様とするなど、設備に多額の
費用を有する。
【0006】そこで、特公昭59−9508号,特開平
3−142923号公報において、カーボン繊維の成形
体に珪素を含浸させて製造する方法が提案されている。
この方法はカーボン繊維を溶融珪素と接触させるかもし
くは浸漬することにより、カーボン繊維を容易に炭化珪
素化することができるが、珪素原料の洗浄やハンドリン
グによる汚染防止技術・設備が必要であり、また、溶融
珪素を収容する容器や雰囲気からの汚染を受けやすいた
め、炭化珪素質部材の高純度化にも製造工程上限界があ
る。
【0007】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
高純度の炭化珪素質部材の工業的に有利な製造方法を提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を行った結果、所望の形状
に成形したカーボン繊維成形体をハロゲンガス又は酸を
用いて高純度化処理し、この高純度化処理されて成形体
中のFe不純物が好ましくは5ppm以下に低下したカ
ーボン繊維成形体をハロシランと水素との混合ガス中で
加熱するなどして前記カーボン繊維成形体に珪素を気相
析出させ、次いでカーボン繊維成形体を珪素の融点以上
の温度に加熱して、前記カーボン繊維成形体を炭化珪素
化させることにより、高純度の炭化珪素質部材が得られ
ることを知見した。
【0009】即ち、ハロゲンガス又は酸を用いた高純度
化処理によりカーボン繊維成形体中のFe等の金属不純
物が除去され、更に、特に珪素の気相析出をハロシラン
と水素との混合ガス流中で高温に加熱することによって
起こる還元分解反応により行った場合、その還元分解反
応の際に副生したハロゲン化水素がカーボン繊維成形体
中の不純物を除去する働きを示し、かつ気相ガスによる
珪素析出ではppbレベル以下の珪素が直接析出するた
め、工程での汚染が大幅に改善され、その結果不純物の
極めて低い高純度炭化珪素質部材を得ることができると
共に、この炭化珪素質部材は高寸法精度にかつ薄肉に仕
上げることができることを知見し、本発明をなすに至っ
た。
【0010】以下、本発明を詳細に説明すると、本発明
の炭化珪素質部材の製造方法は、所望の形状に成形した
カーボン繊維成形体をハロゲンガス又は酸を用いて高純
度化処理した後、好ましくはハロシランと水素との混合
ガス中で加熱して前記カーボン繊維成形体に珪素を気相
析出させ、このように珪素が気相析出されたカーボン繊
維成形体を珪素の融点以上の温度に加熱して、前記カー
ボン繊維成形体を炭化珪素化させるものである。
【0011】ここで、カーボン繊維としては、炭素質カ
ーボン繊維、黒鉛質カーボン繊維等のいずれも用いるこ
とができる。また、織り方により、ヤーン,ブレード,
フェルト,クロス等の種類があるが、いずれも用いるこ
とができ、最終製品である炭化珪素質部材にその特性の
差は見られない。
【0012】これらカーボン繊維はチューブ状、棒状等
の炭化珪素質部材に応じた所望の形状に成形することが
できる。
【0013】例えば、カーボン繊維をチューブ状に成形
する場合、高純度黒鉛製の割型にクロス状等のカーボン
繊維を巻き付けてこれを固定した後、フェノール樹脂の
メタノール溶液等のバインダーをカーボン繊維の上から
塗布し、バインダーが固化乾燥した後、割型を外すこと
により、カーボン繊維成形体を得ることができる。ま
た、カーボン繊維を棒状に成形する場合、ブレード状の
収束体をヤーン等で縛って固定することにより、カーボ
ン繊維成形体を容易に得ることができる。なお、カーボ
ン繊維を成形する際に上記フェノール樹脂等の樹脂を使
用した場合、その後のハンドリングのため非酸化性雰囲
気中で例えば600〜800℃の加熱処理を施すことに
より、樹脂を硬化、分解させておくことが好ましい。
【0014】このようなカーボン繊維成形体を炭化珪素
化するには、まずカーボン繊維成形体をハロゲンガス又
は酸を用いて高純度化処理を施す。この高純度化処理に
用いるハロゲンガスとしては塩素系、弗素系のいずれも
用いることができ、具体的には塩酸ガス、塩素ガス、弗
化水素ガス等が挙げられるが、価格及び取扱い易さの点
から塩酸ガスが特に好適に用いられる。なお、塩酸ガス
を用いる場合、窒素ガス等の不活性ガスと共に塩酸ガス
を流しながら上記カーボン繊維成形体を1000〜12
00℃に60〜120分以上加熱することにより、Fe
等の金属不純物を容易に除去、低減することができる。
【0015】また、酸としては塩酸、王水、弗硝酸等が
挙げられるが、特に弗硝酸が好適に用いられる。弗硝酸
は市販の弗酸(65%)と硝酸(62%)を混合するこ
とにより得ることができるが、特にこれらを体積比で
1:1に混合したものが好適に用いられる。カーボン繊
維成形体をこれらの酸に浸漬する時間は12〜24時間
とするとが好ましい。
【0016】このような乾式又は湿式の高純度化処理に
より、カーボン繊維成形体中のFe不純物を容易に5p
pm以下とすることができる。これら炭化珪素質部材は
その製造工程においてFeの汚染を最も受けやすく、上
記高純度化処理により炭化珪素質部材中のFe濃度を5
ppm以下とすると、Cu,Ni,V,Cr,Ti等の
金属不純物も5ppm以下とすることができる。
【0017】次いで、カーボン繊維成形体を好ましくは
ハロシランと水素との混合ガス中で加熱し、カーボン繊
維成形体に珪素を気相析出させる。この場合、ハロシラ
ンとしては特に限定されるものではないが、テトラクロ
ロシラン,トリクロロシラン等が好適に用いられる。ま
た、ハロシランと水素との混合割合は、混合ガス中のハ
ロシランの含有量を2〜10モル%、特に3〜7モル%
とすることが好ましい。この混合ガス中におけるカーボ
ン繊維成形体の加熱温度は1000〜1400℃、特に
1200〜1250℃とすることが好ましい。1000
℃未満の場合は珪素の析出が良好に行われない場合があ
り、また、1400℃を超えると珪素が溶融してしま
い、この結果、珪素の析出量が低下してしまう場合があ
る。
【0018】カーボン繊維成形体に珪素を析出させた
後、この成形体を珪素の融点以上の温度に加熱すること
により、カーボンの炭化珪素化が完了し、炭化珪素質部
材を得ることができる。この場合、加熱温度は1450
〜1500℃とすることが好ましい。また、この加熱は
アルゴンガス等の非酸化性雰囲気中又は減圧下で行うこ
とができる。
【0019】このようにして得られた炭化珪素質部材
は、通常Fe不純物が約1ppm以下であり、非常に高
純度のものである。
【0020】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。
【0021】このようにして得られた炭化珪素質部材
は、通常Fe不純物が約1ppm以下であり、非常に高
純度のものである。
【0022】[実施例1]市販のカーボンクロスを円柱
形状の高純度黒鉛製割型(外径:OD=194mm,長
さ:L=1250mm)の側筒部に5重に巻き付け、テ
ープで固定した。次いで、カーボンクロスの上からメタ
ノールに溶解したフェノール樹脂溶液を刷毛で塗布し、
室温に24時間放置して乾燥させた。乾燥後、割型を外
し、外径:OD=200mm,内径ID=194mm,
肉厚:t=3.0mm,長さ:L=1200mmのチュ
ーブ状のカーボン繊維成形体を得た。
【0023】次いで、この成形体を焼成炉に入れ、窒素
雰囲気中において600℃で120分間加熱し、焼成体
を得た。
【0024】この焼成体を反応炉に入れ、窒素ガスを2
リットル/分、塩酸ガスを0.1リットル/分で流しな
がら1100℃まで加熱することによりカーボン繊維成
形体の高純度化処理を行った。高純度化処理後の焼成体
中のFe不純物濃度を測定したところ、0.8ppmで
あった。
【0025】次に、この高純度化処理を施した焼成体を
反応炉に入れて1200℃に加熱すると共に、トリクロ
ロシランを5モル%含む水素との混合ガスを流速20リ
ットル/分で流し、焼成体表面に珪素を析出させた。析
出終了後、混合ガス雰囲気をアルゴンガス雰囲気に変
え、1450℃まで昇温して焼成体を加熱し、1時間保
持した後冷却した。冷却後、炉から取り出したチューブ
の表面に付着していた余剰の珪素をサンドブラストによ
り除去し、炭化珪素質チューブの製造を完了した。最終
的に得られたチューブの中のFe不純物は0.5ppm
であった。
【0026】[実施例2]実施例1と同様にしてチュー
ブ焼成体を製造した。この焼成体を市販の弗酸(65
%)と硝酸(63%)とを体積比で1:1に混合して得
られた弗硝酸に24時間浸漬した後、十分に水洗して酸
を完全に除去し、乾燥して湿式高純度化処理を終了し
た。高純度化処理後のチューブ焼成体中のFe不純物は
5ppmであった。
【0027】次いで、実施例1と同様にしてチューブ焼
成体に珪素を析出・反応させて炭化珪素質チューブを製
造した。最終的に得られたチューブの中のFe不純物は
1.0ppmであった。
【0028】[比較例]比較のため、乾式、湿式いずれ
の高純度化処理も行わず、実施例1と同様にして炭化珪
素質チューブを製造した。この場合、焼成体中のFe不
純物濃度は12ppmであり、また、最終的に得られた
炭化珪素質チューブ中のFe不純物は7.0ppmであ
った。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
により得られた炭化珪素質部材は、Fe等の不純物濃度
が非常に少ないので、半導体用拡散炉用の部材として有
用であり、本発明方法はかかる炭化珪素質部材の製造方
法として工業的に非常に有利である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 41/87 V 6971−4G

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所望の形状に成形したカーボン繊維成形
    体をハロゲンガス又は酸を用いて高純度化処理した後、
    このカーボン繊維成形体に珪素を気相析出させ、前記カ
    ーボン繊維成形体を珪素の融点以上の温度に加熱して、
    前記カーボン繊維成形体を炭化珪素化させることを特徴
    とする炭化珪素質部材の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記珪素の気相析出がハロシランと水素
    との混合ガス中で加熱することにより行われることを特
    徴とする請求項1記載の炭化珪素質部材の製造方法。
JP3343894A 1991-12-02 1991-12-02 炭化珪素質部材の製造方法 Pending JPH05148025A (ja)

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Cited By (3)

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