JPH11130540A - ＳｉＣ焼結体及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硼素、アルミニウム等の含有量が少なく、高
純度で半導体・液晶分野に最適のＳｉＣ焼結体及びその
製造法を提供する。 【解決手段】 硼素含有量が１００ppm以下、アルミニ
ウム含有量が３００ppm以下及び嵩密度が３．００g/cm³
以上であるＳｉＣ焼結体並びに平均粒径が０．１μｍ以
上のＳｉＣ粉末と焼成中にＳｉＣを生成する単数又は複
数の化合物との混合物を加圧しながら焼成することを特
徴とするＳｉＣ焼結体の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置、液
晶デバイス製造装置等の半導体・液晶分野に用いられる
ＳｉＣ焼結体及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳｉＣは難焼結性であるため、高密度に
焼結するためには常圧焼結、加圧焼結とも焼結助剤が必
要である。ＳｉＣに焼結助剤として炭素及び硼素化合
物、アルミニウム化合物又はベリリウム化合物を添加
し、さらにバインダーや離型材を加えて混合、成形、焼
成する方法が特開昭５２−６７１６号公報、特開昭５１
−１４８７１２号公報、特開昭５４−１１８４１１号公
報、特開昭５７−１６６３６５号公報等により知られて
いる。このような方法で得られるＳｉＣ焼結体は焼結助
剤として加える硼素及びアルミニウム成分が不純物とな
り半導体分野では用途が限定される問題がある。またベ
リリウムは毒性が高いという問題がある。

【０００３】高純度のＳｉＣ焼結体は特開昭６０−１３
８９１３号公報などに示されるように、反応焼結法又は
再結晶法と呼ばれる方法で製造されており、Ｓｉを十数
％含むものである。このＳｉＣ−Ｓｉ焼結体は耐薬品
性、耐プラズマ性が劣るため、やはり半導体分野では用
途が限定される問題がある。

【０００４】さらに高純度のＳｉＣ焼結体を得る方法と
して、特開平２−１９９０６５号公報などに示されるよ
うに、プラズマＣＶＤ法により０．０１μｍ以下の超微
粒のＳｉＣ粉を製造しこれを加圧下で焼結する方法が知
られている。この方法は高純度の原料を焼結助剤を加え
ずに焼結可能であるため、極めて高純度のＳｉＣ焼結体
を製造することができる。しかし、この方法はプラズマ
ＣＶＤ法による０．０１μｍ以下の超微粒のＳｉＣ粉が
必要であり、原料ＳｉＣ粉を安価に大量に製造できない
ため極めて高価となる欠点がある。

【０００５】上記の他に特開昭５２−３６１１号公報に
示されるように、有機珪素化合物のみを原料としてＳｉ
Ｃ焼結体を製造する方法も提案されているが、この方法
は遊離炭素を多く含むためこれを酸化除去する必要があ
り、高密度な焼結体が得られない問題点がある。

【０００６】さらに特開昭５３−２３３０９号公報、特
開昭５３−９４３１４号公報、特開昭５３−１０１００
９号公報、特開昭５３−１０１０１０号公報、特開昭５
４−３８１５号公報等に示されるようにポリカルボシラ
ンから緻密なＳｉＣ焼結体を得る方法が提案されている
が、この方法においても焼結助剤としてＢ₄Ｃ、Ａｌ等
を使用する問題点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】請求項１記載の発明
は、硼素、アルミニウム等の含有量が少なく、高純度で
半導体・液晶分野に最適のＳｉＣ焼結体を提供するもの
である。請求項２記載の発明は、硼素、アルミニウム等
の含有量が少なく、高純度で半導体・液晶分野に最適の
ＳｉＣ焼結体の製造法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、硼素含有量が
１００ppm以下、アルミニウム含有量が３００ppm以下及
び嵩密度が３．００g/cm³以上であるＳｉＣ焼結体に関
する。また、本発明は、平均粒径が０．１μｍ以上のＳ
ｉＣ粉末と焼成中にＳｉＣを生成する単数または複数の
化合物との混合物を加圧しながら焼成することを特徴と
するＳｉＣ焼結体の製造法に関する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるＳｉＣ原料粉
としては、α型、β型のいずれでも良いが、価格が安
く、また焼成時の結晶構造変化の少ないα型のＳｉＣ原
料粉を用いることが好ましい。また純度は高純度の原料
粉を用いれば高純化し易いので好ましいが、本発明にお
いては通常用いられるＧＣグレードの焼結用ＳｉＣ原料
粉であっても差し支えない。ＳｉＣ原料粉の粒径は平均
粒径が０．１μｍ以上、０．５〜１．０μｍが取扱い性
と焼結性の点で好ましく、０．６〜０．８μｍであるこ
とがより好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満では原料
粉の価格が数百倍以上と高価になり不経済である。

【００１０】焼成中にＳｉＣを生成する化合物としては
添加時に溶媒に可溶で、かつ液体状態で混合時にＳｉＣ
原料粉の表面を均一に被覆できる物が好ましい。ＳｉＣ
を生成する単数の化合物としては、有機珪素高分子化合
物があり、例えばポリカルボシラン、ポリシラザン等が
ある。一方ＳｉＣを生成する複数の化合物としては、Ｓ
ｉ源とＣ源の化合物を別々に用いるものである。Ｓｉ源
の化合物としては、テトラエチルオルソシリケート（Ｔ
ＥＯＳ）、テトラメトキシシラン、エチルシリケート等
のシリケートの部分縮合物が好ましい。Ｃ源の化合物と
しては、樹脂類、カーボンブラック等があるが、フェノ
ール樹脂（焼成後炭素となる）のような炭化率の高い熱
硬化樹脂を用いることが好ましい。なおＳｉＣを生成す
る単数の化合物として用いられるポリカルボシランは、
そのまま添加し、焼成してＳｉＣを生成するが、Ｓｉ源
とＣ源の反応は化１に示す反応でＳｉＣを生成するもの
と推定される。

【００１１】

【化１】

【００１２】本発明になるＳｉＣ焼結体は、平均粒径が
０．１μｍ以上のＳｉＣ粉末と焼成中にＳｉＣを生成す
る単数又は複数の化合物との混合物を加圧しながら焼成
することにより得られる。なお本発明によって得られる
ＳｉＣ焼結体は、嵩密度が３．００g/cm³以上であるの
で強度が高いという点で優れる。もし嵩密度が３．００
g/cm³未満であると多孔質となり、強度が低くなるとい
う問題点が生じる。また得られるＳｉＣ焼結体は、硼素
含有量が１００ppm及びアルミニウム含有量が３００ppm
をそれぞれ越えると半導体分野では用途が限定され、適
用範囲が狭いという問題点がある。

【００１３】焼成中にＳｉＣを生成する単数又は複数の
化合物の添加量は、焼成後にＳｉＣとして残る量がＳｉ
Ｃ焼結体中に０．１〜２０重量％となる量を添加するこ
とが好ましく、０．５〜５重量％となる量を添加するこ
とがより好ましい。その他の添加物としては、バインダ
ー、離型材、さらにはスラリーやシート作製時の分散
材、可塑剤等焼成によって揮散するものを添加すること
が好ましい。

【００１４】上記バインダーとしては、ポリビニルアル
コール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルブチ
ラール等が用いられ、その添加量はＳｉＣ原料粉１００
重量部に対して固形分で０．５〜３重量部添加すること
が好ましく、０．７〜２重量部添加することがより好ま
しい。離型材としては、ステアリン酸塩、ワックス等が
用いられ、その添加量はＳｉＣ原料粉１００重量部に対
して固形分で０．５〜３重量部添加することが好まし
く、０．７〜２重量部添加することがより好ましい。分
散材としては界面活性剤が用いられ、その添加量はＳｉ
Ｃ原料粉１００重量部に対して固形分で０．３〜１重量
部添加することが好ましく、０．４〜０．６重量部添加
することがより好ましい。可塑剤としては、ポリエチレ
ングリコール、ディオクチルフタレート等が用いられ、
その添加量はＳｉＣ原料粉１００重量部に対して固形分
で０．５〜３重量部添加することが好ましく、１〜２重
量部添加することがより好ましい。溶剤は水が好ましい
がその添加量については特に制限はない。

【００１５】成形は、ＳｉＣ原料と焼成中にＳｉＣを生
成する単数又は複数の化合物及びその他の添加物を混合
してスラリーを作製し、スプレードライヤーで造粒後成
形する方法、シートマシーンでシートを成形する方法、
鋳込み成形法等が適している。

【００１６】焼成は、常圧では高密度にすることは困難
であるため、ホットプレス又はホットアイソスタティッ
クプレス（ＨＩＰ）を用いて加圧下で行う必要がある。
焼成雰囲気は、ホットプレスでは真空又は非酸化雰囲気
中で焼成することが好ましく、特に真空中で焼成するこ
とが好ましい。成形圧力は９．８〜４９MPa（１００〜
５００kg/cm²）が好ましい。ＨＩＰを用いて加圧すると
きは常圧で焼結後ガラス等でコーティングし、アルゴン
ガス雰囲気で加圧するのが好ましい。ガス圧力は４９〜
２４５MPa（５００〜２５００kg/cm²）が好ましい。最
適な焼成温度は、ＳｉＣ原料粉、ＳｉＣを生成する化合
物の種類、配合割合、焼成時の圧力等により適宜選定さ
れるが、１９００〜２３００℃、好ましくは２０００〜
２１５０℃の温度で焼成すれば、ほぼ本発明の目的を達
成することができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。 実施例１、２、３、４ 表１に示す４種類（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のＳｉＣ原料粉９
５重量部及びポリカルボシラン（日本カーボン(株)製、
粉状）５重量部をキシレン５重量部で溶解したものを混
合し、乾燥後これらの成分１００重量部に対してポリビ
ニルアルコール〔クラレ(株)製、商品名クラレポバール
２０５の水溶液（不揮発分１０重量％）〕を固形分で１
重量部、ステアリン酸〔中京油脂(株)製、商品名セロゾ
ール９２０（不揮発分１８重量％）〕を固形分で１重量
部及び純水を１００重量部加えて合成樹脂製ボールミル
で混合した後、スプレードライヤーで造粒し、成形粉を
得た。

【００１８】この後、成形粉を金型内に充填し、９８MP
aの圧力を加えて外径が６０mm及び厚さが７mmの円盤を
成形した。この成形体を黒鉛型に入れて真空中で、表２
に示す温度で、かつ１９MPaの圧力で１．５時間保持し
てＳｉＣ焼結体を得た。

【００１９】実施例５ 実施例１で用いたＳｉＣ原料粉Ｂを９５重量部及びポリ
カルボシラン２重量部をキシレン２重量部で溶解したも
のを混合し、以下実施例１と同様の工程を経てＳｉＣ焼
結体を得た。

【００２０】実施例６ 実施例１で用いたＳｉＣ原料粉Ｂを９５重量部に、ポリ
カルボシランに代えてテトラメトキシシランの縮重合物
〔多摩化学工業(株)製、Ｍ−シリケート−５１（ＳｉＯ
₂分５１重量％）〕をＳｉＯ₂分で３重量部及びフェノー
ル樹脂〔昭和高分子(株)製、商品名ＢＲＬ−２１９（不
揮発７０重量％）〕を固形分で２重量部添加し、以下実
施例１と同様の工程を経てＳｉＣ焼結体を得た。

【００２１】実施例７ 実施例１で得た成形粉をアルゴンガス気流中で２１００
℃まで焼成した後、ガラスをコーティングし、ＨＩＰ装
置でさらにアルゴンガス雰囲気中で２１００℃の温度
で、かつガス圧力が１９６MPaの圧力で１．５時間保持
してＳｉＣ焼結体を得た。

【００２２】比較例１ 実施例１で用いたＳｉＣ原料粉Ｂを９９．５重量部に、
ポリカルボシランに代えて平均粒径が１．５μｍの炭化
硼素を０．５重量部配合し、以下実施例１と同様の工程
を経てＳｉＣ焼結体を得た。

【００２３】比較例２ 実施例１で用いたＳｉＣ原料粉Ｂを９９．５重量部及び
ポリカルボシランに代えて平均粒径が１．５μｍの窒化
アルミニウムを０．５重量部配合し、以下実施例１と同
様の工程を経てＳｉＣ焼結体を得た。

【００２４】比較例３ 実施例１で用いたＳｉＣ原料粉１００重量部を使用し、
以下ポリカルボシラン及びキシレンを添加しない以外
は、実施例１と同様の工程を経てＳｉＣ焼結体を得た。

【００２５】次に上記で得られたＳｉＣ焼結体をタング
ステンカーバイド乳鉢で１５０メッシュ以下に粉砕し、
アルカリ溶融ＩＣＰ発光分光分析法で硼素とアルミニウ
ムの含有量（不純物量）を求めた。これらの含有量と嵩
密度の値を表２に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】表２に示されるように、本発明になる実施
例のＳｉＣ焼結体は、硼素含有量が１０ppm以下及びア
ルミニウム含有量が最大２００ppmで、かつ嵩密度にお
いても３．００g/cm³以上の条件を満たしており高純度
のＳｉＣ焼結体であることが明らかである。これに対し
比較例１のＳｉＣ焼結体は、硼素含有量が３７００pp
m、比較例２のＳｉＣ焼結体は、アルミニウムが３１０
０ppmといずれも高い値であった。また比較例３のＳｉ
Ｃ焼結体は、嵩密度が２．８６g/cm³と低い値であっ
た。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載のＳｉＣ焼結体は、硼素、
アルミニウム等の含有量が少なく、高純度で半導体・液
晶分野に最適のＳｉＣ焼結体である。請求項２記載の方
法により得られるＳｉＣ焼結体は、硼素、アルミニウム
等の含有量が少なく、高純度の半導体・液晶分野に最適
のＳｉＣ焼結体である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硼素含有量が１００ppm以下、アルミニ
   ウム含有量が３００ppm以下及び嵩密度が３．００g/cm³
   以上であるＳｉＣ焼結体。
2. 【請求項２】 平均粒径が０．１μｍ以上のＳｉＣ粉末
   と焼成中にＳｉＣを生成する単数又は複数の化合物との
   混合物を加圧しながら焼成することを特徴とするＳｉＣ
   焼結体の製造法。