JPS6227316A - 高純度炭化珪素微粉末の製造方法 - Google Patents

高純度炭化珪素微粉末の製造方法

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JPS6227316A
JPS6227316A JP60166382A JP16638285A JPS6227316A JP S6227316 A JPS6227316 A JP S6227316A JP 60166382 A JP60166382 A JP 60166382A JP 16638285 A JP16638285 A JP 16638285A JP S6227316 A JPS6227316 A JP S6227316A
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silica
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silicon carbide
less
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Akihiro Kawase
川瀬 明宏
Osayasu Sato
修康 佐藤
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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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、焼結性に優れた高純度炭化珪素微粉末の製造
方法に関し、特に本発明は、炭素とシリカとを出発原料
として合成される炭化珪素微粉末であって、酸洗浄など
の格別な精製処理を施すことなく製造することのできる
高純度炭化珪素微粉末の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
炭化珪素微粉末は、従来研削研摩材や焼結用原料などの
用途に広く使用されているが、最近になって特に高純度
の炭化珪素質焼結体が半導体処理用治具として極めて優
れていることから、半導体処理用治具を製造するための
出発原料として半導体を汚染する不純物含有量の少ない
炭化珪素微粉末が要求されている。
ところで、炭化珪素粉末を製造する方法としては、例え
ば、特開昭50−160200号公報にハロゲン化珪素
および炭化水素を出発原料としてプラズマジェット反応
させる製造方法が、また特開昭54−67599号公報
に有機珪素高分子化合物を熱分解する製造方法が開示さ
れている。しかしながら、前記諸公報記載の方法におい
て使用される出発原料はいずれも極めて高価であシ、工
業的な製造方法ではない。
ところで、シリカと炭素とを出発原料として高純度の炭
化珪素を製造する方法としては、例えば、特開昭58−
9807号公報に「シリカ粉末と炭素粉末を混合造粒し
、この造粒物に粒状炭材を混合し、非酸化性雰囲気で1
600℃以上に加熱し、前記造粒物中のSin、の大部
分をCと反応させて気体のシリコン酸化物にして造粒物
外に放出し、これを粒状炭材と反応させてSiCとなし
、このSiC含有生成物を前記造粒物の度広残渣と分離
することを特徴とする高純度SiCの製造法。」が開示
されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、前記特開昭58−9807号公報に記載
の方法によって得られる炭化珪素は不純物を含有する反
応残渣を含有しているため、これを物理的あるいは化学
的に分離除去することが必要であり、また得られる炭化
珪素は粒状炭材と気体のシリコン酸化物とを反応させる
ことによって生成されるものであシ、比較的粗粒である
ため、焼結用原料として使用するためには粉砕しなけれ
ばならないものであった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、炭素とシリカとを出発原料として直接合成さ
れる炭化珪素微粉末であって、酸洗浄などの格別な精製
処理を施すことなく、高純度の炭化珪素微粉末を製造す
ることを目的とするものであシ、本発明によれば、炭素
とシリカとを所定のモル比で配合した原料を非酸化性雰
囲気下で加熱してSiC化反応せしめることによシ得ら
れる炭化珪素の製造方法において、珪素以外の灰分含有
量が50ppm以下で比表面積が0.1m7以上の炭素
粉末と不純物含有量が50ppm以下のシリカ粉末をC
At o、七ル比で3.1〜5.0の範囲内となるよう
配合し、均一に混合した原料を1600〜2000℃の
範囲内の温度に加熱して、反応生成物中に含有されるシ
リカ量が1%以下となる迄SiC化反応せしめ、次いで
前記反応生成物中に含有されている炭素を酸化除去する
ことを特徴とする高純度炭化珪素微粉末の製造方法によ
って前記目的を達成することができる。
次に本発明の詳細な説明する。
本発明によれば、珪素以外の灰分含有量が50pI)m
以下で比表面積が0.1%以上の炭素粉末と不純物含有
量が50ppm以下のシリカ粉末を%j○、七ル比で3
.1〜5.0の範囲内となるよう配合することが必要で
ある。
前記炭素粉末に含有される珪素以外の灰分含有量が50
 ppm以下で、シリカ粉末の不純物含有量が50pp
m以下であることが必要である理由は、炭素とシリカと
を出発原料とするSiC化反応は原料中に存在する不純
物がSiC結晶中に固溶され易く、しかも一旦SiC結
晶中へ固溶した不純物は酸洗浄等の化学的処理によって
除去することが殆ど不可能であるからであり、前記灰分
含有量および不純物含有量のいずれも10ppm以下で
あることが有利である。
なお、前述の如き灰分含有量の少ない炭素粉末は塩素ガ
ス雰囲気中で脱灰処理を施すことにより容易に製造する
ことができるが、本発明によれば、前記脱灰処理温度は
1600〜2200℃であることが好ましい。その理由
は、脱灰処理温度が220CIJニジも高いと炭素粉末
の黒鉛化が生起して反応性が著しく劣化するからであり
、一方、1600℃より低いと天分の除去反応が著しく
遅くなるため効率的でないからであり、なかでも180
0℃以上であることが有利である。
また、前記炭素粉末中に含有される不純物が、アルカリ
金属あるいはアルカリ土類金属の化合物のような酸ある
いは水によって溶出させられるものである場合には、前
記炭素粉末を酸あるいは水で洗浄して使用することもで
きる。
また、炭素粉末の比表面積が0.17%以上であること
が必要な理由は、前記比表面積が0.1梅よシ低い炭素
粉末は反応性に劣るため得られる炭化珪素粉末が粗粒化
し易く、焼結性に優れた微細な炭化珪素粉末を製造する
ことが困難になるからである。
本発明によれば、前記シリカ粉末は合成非晶質シリカで
比表面積が0.11%以上であることが好ましい。
その理由は、合成非晶質シリカは高純度でしかも反応性
に優れるため極めて有利に使用することができるからで
あシ、また比表面fJが0.19以上のシリカは反応性
に極めて優れてお9、比較的低温域でも充分速やかに反
応を生起させることができるからである。
本発明によれば、前記炭素粉末とシリカ粉末とを混合し
た原料は、前述の如き炭素粉末とシリカ粉末とをそれぞ
れ配合した後、機械的に混合して調整することもできる
が、合成非晶質シリカの原料であるところの珪酸含有溶
液、例えば珪酸アルコキシド中に前記炭素粉末を混合し
た後、合成非晶質シリカを析出させる方法を適用するこ
ともできる。
前記方法によれば、シリカ粉末と炭素粉末とが極めて均
一な分散状態にある混合原料を製造することができるた
め、SiC化反応の反応率を著しく向上させられるばか
りでなく、反応時にシリカ粉末が溶解してビーズ状にな
り生成物中に残存することを防止することができ、高純
度で極めて微細な炭化珪素粉末を効率的に製造すること
ができる。
本発明によれば、C/Sio、モル比が3.1〜5.0
の範囲内であることが必要である。その理由は、CA1
0モル比が3.1よシも低いと未反応のシリカが生成物
中に残存し易く、またシリカの残存量を少なくしようと
すると炭化珪素粒子が粗大化し易く本発明の目的とする
微細な炭化珪素粉末を得ることが困難になるからであシ
、一方5.0よシも高いと反応に寄与しない炭素の量が
増大するため不経済であるからである。
本発明によれば、前記炭素粉末と7リカ粉末とを混合し
た原料は嵩比重が0.03〜1,0輸であることが好ま
しい。その理由は、前記嵩比重が0.03−7より低い
と反応装置内への原料の充填量が著しく少なくなり生産
性に劣るばかりでなく、原料内の熱伝導率が低くなるた
めに反応に要する時間が著しく長くなるからであり、一
方1.0 %より高いとSiOガスの分圧が局部的に高
くなり易く炭化珪素粒子が粗大化し易いからである。
本発明によれば、前記原料を1600〜2000℃の温
度範囲内に加熱してSiC化反応せしめることが必要で
ある。その理由は、前記温度が1600℃よシ低いと反
応速度が著しく遅く現実的でないからであり、一方20
00℃よシ高いと製造された炭化珪素粒子が粗大化し易
いからである。
本発明によれば、前記1600℃以上の温度域での昇温
速度を10鴇以下とすることが好ましい。その理由は、
1600℃以上の昇温速度を10鴇より速くすると炭素
と7リカとの反応が急激に進行し、副生ガスが大量に発
生するため、原料粉末が飛散して収率が劣化し易いから
である。
本発明によれば、反応生成物中に含有されるシリカ量が
1重量%以下となる迄SiC化反応せしめることが必要
である。その理由は、反応生成物中に含有されるシリカ
は例えばフッ化水素酸によシ洗浄する方法あるいは7ツ
化水素ガスで処理する方法等の方法で除去することが可
能であるが、前者の方法は湿式であるため処理中に不純
物が混入し易い欠点を有しておシ、一方後者の方法は使
用するフッ化水素ガスが極めて危険性の高いガスである
ため取扱いが困難である欠点を有しているため、反応生
成物中に残存するシリカ量はなるべく少ないほうが好ま
しく、特に1重量%以下とすることによって格別の精製
処理を施す必要がなくなるからでl)、なかでも0.3
重量俤以下であることが有利である。
本発明によれば、前記反応生成物中に含有されている炭
素を酸化除去することが必要である。炭化珪素粉末中に
含有されている遊離炭素は酸化除去する方法の他に例え
ば浮選法等によっても分離除去することができるが、酸
化による除去方法以外の方法は処理工程中に不純物が混
入し易く実用的でないからである。なお前記酸化処理は
800〜1000℃の範囲内で行うことによって炭化珪
素の酸化によるシリカの増加も極めて少なく効率的に遊
離炭素を除去することができる。
本発明の高純度炭化珪素微粉末は遊離シリカ、遊離炭素
および水分以外の不純物の含有量の合計が1100pp
以下で平均粒径が10μm以下であることが好ましい。
前記不純物の含有量の合計が1100pp以下であるこ
とが好ましい理由は、前記不純物の含有量の合計が10
0 ppm j: D多いと本発明の目的とする半導体
処理用治具としての要求を満足する焼結体を製造するこ
とが困難であり、なかでも15ppm以下であることが
有利である。また前記平均粒径が10μm以下であるこ
とが好ましい理由は、前期平均粒径が10μ属より大き
いと得られる焼結体の強度が低くなるからであり、なか
でも2μm以下であることが有利である。
本発明の高純度炭化珪素微粉末は、特に高強度の焼結体
を製造する上でβ型結晶を少なくとも50チ含有し、遊
離シリカ含有量が2重量%以下、遊離炭素含有量が1重
量%以下であることが好ましい。
次に本発明を実施例によって説明する。
実施例1 比表面積が80勢で嵩比重が0.IJ/4のアセチレン
ゲフック粉末2.679と比表面積が1,1すで嵩比重
が0.6輪の合成非晶質シリカ粉末3,33りとを配合
し、充分混合した混合原料を黒鉛製ルツボに装入し、タ
ンマン型焼成炉を使用して1気圧のアルゴンガス雰囲気
中でSfC化度応させた。
昇温は15熱で1600℃まで昇温し、1600〜18
00℃の間は5玲で昇温し、最高温度1800℃で15
時間保持した。
なお、使用した原料の不純物含有量は第1表に示した。
得られた反応生成物中の遊離シリカ含有量は0.05重
量%であった。
次いで、前記生成物を空気気流中で800℃に加熱し、
遊離炭素含有量が0.1重Ik%になるまで説法処理を
施して炭化珪素粉末を得た。
得られた炭化珪素粉末の化学成分および粉末特性は第2
表および第3表に示した。
第2表および第3表よりわかるように、本実施例の炭化
珪素粉末は極めて微細でしかも高純度である。
実施例2 実施例1と同様であるが、炭素粉末として1900℃に
維持された塩素ガス雰囲気中で2時間脱灰処理を施した
アセチレンブラック粉を使用して炭化珪素粉末を得た。
このアセチレンブラック粉末の不純物含有量は第1表に
示した如くであυ、比表面積は8「郊で嵩比重は0.1
〜であった。
−られた炭化珪素粉末の化学成分および粉末特性は第2
表および第3表に示した。
第2表よりわかるように、本実施例の炭化珪素粉末は極
めて高純度である。
実施例3 加水分解を行ない、さらに減圧下で乾燥して、平均粒径
が0.04μm1嵩比重が0.2輪、CAlo、モル比
が約3.2の混合粉末を得た。前記混合粉末中に含有さ
れている不純物の合計は約6 ppmであった。
次いで前記混合粉末を黒鉛ルツボに装入し、実施例1と
ほぼ同様の操作で炭化珪素粉末を得た。
得られた炭化珪素粉末の化学成分および粉末特性は第2
表および第3表に示した。
第2表および第3表よりわかるように、本実施例の炭化
珪素粉末は極めて微細でしかも高純度である。
なお、本実施例の炭化珪素粉末中には未反応シリカが溶
解して生成するビーズ状のシリカ粒子は殆ど認められな
かった。
第1表 第2表 第3表 〔発明の効果〕 以上述べた如く、本発明によれば、半導体処理治具のよ
うな極めて高い純度が要求される用途に使用される焼結
体を製造するための出発原料として好適な極めて高純度
でしかも微細な炭化珪素粉末を製造することができ産業
上極めて有用である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、炭素とシリカとを所定のモル比で配合した原料を非
    酸化性雰囲気下で加熱してSiC化反応せしめることに
    より得られる炭化珪素の製造方法において、珪素以外の
    灰分含有量が50ppm以下で比表面積が0.1m^2
    /g以上の炭素粉末と不純物含有量が50ppm以下の
    シリカ粉末をC/SiO_2モル比で3.1〜5.0の
    範囲内となるよう配合し、均一に混合した原料を160
    0〜2000℃の範囲内の温度に加熱して、反応生成物
    中に含有されるシリカ量が1重量%以下となる迄SiC
    化反応せしめ、次いで前記反応生成物中に含有されてい
    る炭素を酸化除去することを特徴とする高純度炭化珪素
    微粉末の製造方法。 2、前記高純度炭化珪素微粉末は遊離シリカ、遊離炭素
    および水分以外の不純物の含有量の合計が100ppm
    以下で平均粒径が10μm以下である特許請求の範囲第
    1項記載の製造方法。 3、前記高純度炭化珪素微粉末はβ型結晶を少なくとも
    50%含有し、遊離シリカ含有量が2重量%以下、遊離
    炭素含有量が1重量%以下である特許請求の範囲第1あ
    るいは2項記載の製造方法。 4、前記炭素粉末はあらかじめ塩素ガス雰囲気中で16
    00〜2200℃に加熱する脱灰処理を施したものであ
    る特許請求の範囲第1〜3項のいずれかに記載の製造方
    法。 5、前記シリカ粉末は合成非晶質シリカで、比表面積が
    0.1m^2/g以上である特許請求の範囲第1〜4項
    のいずれかに記載の製造方法。 6、前記混合した原料は嵩比重が0.03〜1.0g/
    cm^3である特許請求の範囲第1〜5項のいずれかに
    記載の製造方法。 7、1600℃以上の温度域での昇温速度を10℃/分
    以下とする特許請求の範囲第1〜6項のいずれかに記載
    の製造方法。
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