JPS6045154B2 - 耐火材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐火材料の改良に関し、とくに半導体製造に
用いられるサセプター、炉芯管、治具等の部品に好適な
耐火材料に係る。

従来、この種の部品はカーボン、或いは炭化珪素から
形成されたものが使用されている。

しかしながら、これらの材料からなる部品は気孔率が高
く、緻密性に劣るためこの部品で半導体を製造すると、
部品内部に存在する不純物、或いは洗浄時の洗浄残留に
よる不純物が温度上昇により外部に拡散して半導体を汚
染する欠点があつた。 このようなことから、本発明者
らは先にカーボン又は炭化珪素等の基材からの不純物拡
散による半導体の汚染防止や基材自体の保護を目的とし
て、該基材表面に炭化珪素又は窒化珪素の薄膜をＣＶＤ
法等によりコーティング化た耐火材料を提案した。

しカルながら、この耐火材料はその後の研究によると、
基材表面の薄膜が厚さ２０μｍ程度であるために、使用
時の熱影響による基材と薄膜 との間の熱膨張差の多少
によつて該薄膜にクラッ クが発生したり、或いは洗浄
時の薬品による浸蝕によりピンホールが発生したりして
、薄膜が半導体の汚染防止や基材自体の保護に有効に寄
与てきなくなる不都合さがあつた。このため、基材表面
にＣＶＤ法でコーティングする炭化珪素又は窒化珪素の
膜を厚くすることを試みた。しかしながら基材表面に厚
い炭化珪素或いは窒化珪素の被膜をＣＶＤ法等でコーテ
ィングすると、形成された炭化珪素被膜或いは窒化珪素
被膜は結晶が粗大になり易いため、基材と該被膜との間
の熱膨張係数の差により容易にクラックが発生する欠点
があつた。また、この耐火材料を塩素蒸気等で洗浄する
と、結晶粒界からの浸蝕が進行し、ピンホールを、発生
し易い欠点があつた。 しかして、本発明者等は上記欠
点を踏えて鋭意研究を重ねた結果、基材表面に炭化珪素
層と窒化珪素層とを交互に積層した複合材料層を形成す
るとによつて、全体の膜厚を充分大きくできると共フに
、各単一成分層と比較して厚さを薄くして結晶粒子の粗
大化を阻止し、かつ熱応力に対する強度を著しく向上で
き、もつて使用時の熱影響によるクラック発生、洗浄時
の塩素蒸気等による浸蝕、ピンホール発生を防止した長
寿命の耐火材料を見い出した。

なお、このような効果は複合材料層が炭化珪素と窒化珪
素の混合物からなる場合も認められるものの、それら結
晶粒子の生成状態によつて粗大化防止作用が大きく影響
されるため、結晶の粗大化防止効果をほとんど有さない
複合材料層が形成される場合もある。これに対し、炭化
珪素と窒化珪素層とを交互に積層した複合材料層は前記
混合物のような結晶粒子の生成状態による粗大化防止効
果の依存性がないため、常に安定した結晶の粗大化防止
効果を達成できる。即ち、本発明は耐熱基材上に化学的
気相成長法により析出した炭化珪素層と窒化珪素層との
２層以上の積層物からなる複合材料層を形成してなるも
のである。

本発明に使用する耐熱基材としては、たとえばカーボン
基材、炭化珪素基材、シリコンを含む炭化珪素基材、窒
化珪素基材等を挙けることができる。

本発明における複合材料層の厚さは、通常１００μｍ以
上にすればよい。

なお、本発明においては耐熱基材としてカーボンを用い
た場合、複合材料層の形成後、該材料層の一部を切除し
てその下のカーボン基材を露出させ、酸化性雰囲気下で
加熱処理してカーボン基材を酸化消失させ、複合材料層
単味からなる耐火材料としてもよい。

次に、本発明の実施例を説明する。

実施例１ 熱膨張係数が３．８×１０−６のカーボン基材を炉内、
に挿入し、該基材上を１４００℃に加熱した状態で山ガ
スをキャリヤーとしてＳｉＣｌ４＋Ｃ７Ｈ８及びＳｉＣ
ｌ４＋ＮＨ３の各混合ガスを十分間間隔で合計１０紛間
流してＳｉＣ層とＳｉ３Ｎ４層が交互に積層された厚さ
１００μｍの複合材料層をコーティングしてサセプｊタ
ーを造つた。

比較例１ 熱膨張係数が４．２のカーボン基材を炉内に挿入し、該
基材表面を１４００℃に加熱した状態で鴇ガスをキャリ
ヤーとしてＳｉＣｌ４＋Ｃ７Ｈ８の混合ガスを４１０吟
間流して厚さ１００ｐｍ（７）ＳｉＣ層をコーティング
几てサセプターを造つた。

しかして、本実施例１および比較例１で得たサセプター
をエピタキシャル装造装置に使用し、エピタキシャルウ
ェハーを造つたところ比較例１のサセプターは６５回の
使用でピンホールが発生し、使用不能になつたのに対し
、本実施例１のサセプターは同一条件下で２５０回使用
してもピンホール、クラックの発生が認められず、良好
なエピタキシャルウェハーを長期間製造できた。

実施例２ シリコンを含むＳｉＣ管体の内面に１４００℃、８０Ｔ
０ｒｒの減圧下で↓ガスをキャリヤーとしてフＣＨ３Ｓ
ｉＣｌ３及びＳｉＣＩ４＋ＮＨ３の各ガスを１５分間間
隔で合計１２扮間流してＳｉＣ層とＳｉ３Ｃｌ４層が交
互に積層された厚さ４００ｐｍの複合材料層をコーティ
ングし炉芯管を造つた。

比較例２ 上記と同様な管体内面に１４００゜ｃ１８０ｔ０ｒｒの
減圧下で山ガスをキャリヤーとしてＣＨ，ＳｉＣｌ３を
１２０分間流して厚さ４００ｐｍ（７）ＳｉＣ層をコー
ティングし炉芯管を造つた。

しかして、本実施例２及び比較例２の炉芯管を・夫々拡
散炉に入れ、炉芯管内のウェハーを１２００℃で５Ｃ＠
間拡散処理を施す毎にＨＣｌ蒸気により洗浄して実用試
験を行なつた。

その結果、比較例２の炉芯管は８７回拡散、洗浄を行な
つた時点で、表面にクラックぎ発生してのに対し、本実
施例の炉芯管は１５０回使用後もピンホールやクラック
が発生することがなく良好な状態で使用できた。実施例
３ ホットブレスで成型した窒化珪素からなるタービンブレ
ード表面に厚さ５μｍの窒化珪素層と同厚さの炭化珪素
層を交互に２０層コーティングして厚さ１００μｍの複
合材料層を形成した。

しかして、本実施例３のタービンブレード及び複合材料
層のないタービンブレード（比較例３）の実用試験を行
なつたところ、本実施例３のタービンブレードは比較例
３のそれに比して１３００℃の強度が１．２倍向上し、
かつ同温度下での高速回転による寿命が２倍以上に延び
た。

以上詳述した如く、本発明によれば全体の膜厚を充分大
きくできると共に、膜厚の増大化に伴なう結晶粒子の粗
大化を阻止し、さらに熱応力に対して優れた強度を有し
、もつて使用時の熱影響によるクラック発生、洗浄時の
塩酸蒸気等による浸蝕、ピンホールの発生を防止でき、
サセプター、炉芯管、治具などの半導体製造用部品、或
いは夕ーピンブレードなどの高温下で使用される機械部
品等に有効に利用し得る耐火材料を提供できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 耐熱基材上に化学的気相成長法により析出した炭化
   珪素層と窒化珪素層との２層以上の積層物からなる複合
   材料層を形成してなる耐火材料。