JP2000203940A

JP2000203940A - ＳｉＣ焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000203940A
Application number: JP11004788A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Aiba; 康博愛場; Kiyoshi Kawai; 潔川合
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】焼結助剤である硼素、アルミニウム、ベリリ
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方法を提供する。【解決手段】焼結助剤成分の合計含有量が５００ppm
以下で、嵩密度が３．００g/cm³以上であるＳｉＣ焼結
体及び平均粒径が０．１〜１．０μｍで、かつ９８MPa
の圧力で成形したときの圧粉体の嵩密度が２．０g/cm³
以上の特性を有するＳｉＣ粉末と炭素粉又は焼成中に炭
素を生成する物質との混合物を加圧しながら焼成するこ
とを特徴とする焼結助剤成分の合計含有量が５００ppm
以下で、嵩密度が３．００g/cm³以上のＳｉＣ焼結体の
製造方法。

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方法に関する。

【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
焼結助剤である硼素、アルミニウム、ベリリウム等の含
有量が少なく、高純度で半導体・液晶分野に最適のＳｉ
Ｃ焼結体を提供するものである。請求項２記載の発明は
焼結助剤である硼素、アルミニウム、ベリリウム等の含
有量が少なく、高純度で半導体・液晶分野に最適のＳｉ
Ｃ焼結体の製造方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、焼結助剤成分
の合計含有量が５００ppm以下で、嵩密度が３．００g/c
m³以上であるＳｉＣ焼結体に関する。また、本発明は、
平均粒径が０．１〜１．０μｍで、かつ９８MPaの圧力
で成形したときの圧粉体の嵩密度が２．０g/cm³以上の
ＳｉＣ粉末と炭素粉又は焼成中に炭素を生成する物質と
の混合物を加圧しながら焼成することを特徴とする焼結
助剤成分の合計含有量が５００ppm以下で、嵩密度が
３．００g/cm³以上のＳｉＣ焼結体の製造方法に関す
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０．１から１．０μｍの範囲とされるが、０．５
〜０．８μｍであることが取扱い性と焼結性の点で好ま
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。また平均粒径が
１．０μｍを越えると嵩密度が３．００g/cm³以上のＳ
ｉＣ焼結体を得ることができない。

【００１０】本発明においては、平均粒径が上記の範囲
のＳｉＣ原料粉を９８MPaの圧力で成形したときの圧粉
体の嵩密度は２．０g/cm³以上、好ましくは２．０〜
２．３g/cm³の範囲とされ、９８MPaの圧力で成形したと
きの圧粉体の嵩密度が２．０g/cm³未満では焼結助剤無
添加で焼結体の嵩密度を３．００g/cm³以上にすること
が困難となる。なお上記に示す圧粉体の嵩密度とは、バ
インダーを添加しないで成形したときの嵩密度のことで
ある。本発明において、焼結助剤成分としては硼素、ア
ルミニウム、ベリリウム等が挙げられる。

【００１１】焼成中に炭素を生成する物質としては添加
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く、例えば焼成
後炭素となるフェノール樹脂のような炭化率の高い熱硬
化性樹脂を用いることが好ましい。

【００１２】本発明になるＳｉＣ焼結体は、平均粒径が
０．１〜１．０μｍで、かつ９８MPaの圧力で成形した
圧粉体の嵩密度が２．０g/cm³以上のＳｉＣ粉末と炭素
又は焼成中に炭素を生成する物質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
あるので気孔が少なく、強度が高いという点で優れる。
もし嵩密度が３．００g/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、アルミニウム、ベリリウム等の
焼結助剤成分の合計含有量が５００ppmを越えると半導
体分野では用途が限定され適用範囲が狭いという問題が
ある。

【００１３】炭素又は焼成中に炭素を生成する物質の添
加量は、炭素として残る量が０．１〜５重量％の範囲が
好ましく、０．５〜２重量％の範囲がより好ましい。そ
の他の添加物としては、成形時のバインダー、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ＳｉＣ原料粉１００
重量部に対して固形分で０．３〜１重量部が好ましく、
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１
００重量部に対して固形分で０．５〜３重量部が好まし
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原料と炭素粉又は焼成中に
炭素を生成する物質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、常圧では嵩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。
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
後ガラスなどでコーティングし、アルゴンガス雰囲気で
加圧することが好ましい。ガス圧力は１９．６〜２４５
MPa（２００〜２５００kg/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２０００〜２１
５０℃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及び比較例１〜４表１に示す６種類（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）のＳｉＣ
原料粉９９重量部に、フェノール樹脂［昭和高分子(株)
製、商品名ＢＲＬ−２１９（不揮発分７０重量％）］を
固形分で２重量部（炭素として１重量部）、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２０
５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１
６時間混合した後、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２１０
０℃の温度で、かつ１９．６MPaの圧力で１．５時間保
持してＳｉＣ焼結体を得た。

【００１９】比較例５、６実施例１で用いたＳｉＣ原料粉Ａ、Ｂを９９．５重量
部、Ｂ４Ｃ０．５重量部に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。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３実施例１で用いたＳｉＣ原料粉Ａを使用し、実施例１と
同様の工程を経て成形粉を得た。この後、成形粉を金型
内に充填し、９８MPa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（圧粉体を得た）。この成
形体（圧粉体）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２０００℃の温度で、かつ
ガス圧が１９６MPaの圧力で１．５時間保持してＳｉＣ
焼結体を得た。

【００２１】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、アルミニウ
ム及びベリリウムの含有量（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。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】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、アルミ
ニウム含有量が最大１００ppm、ベリリウム含有量が１
０ppm以下と焼結助剤成分の合計含有量も最大１２０ppm
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１〜４のＳｉＣ焼結体は嵩
密度がそれぞれ２．７６、２．８１、２．７０及び２．
７１g/cm³と低い値であった。また、比較例５及び６の
ＳｉＣ焼結体は硼素が３７００ppmと高い値であった。

【００２５】

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

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結助剤成分の合計含有量が５００ppm
以下で、嵩密度が３．００g/cm³以上であるＳｉＣ焼結
体。
【請求項２】平均粒径が０．１〜１．０μｍで、かつ
９８MPaの圧力で成形したときの圧粉体の嵩密度が２．
０g/cm³以上の特性を有するＳｉＣ粉末と炭素粉又は焼
成中に炭素を生成する物質との混合物を加圧しながら焼
成することを特徴とする焼結助剤成分の合計含有量が５
００ppm以下で、嵩密度が３．００g/cm³以上のＳｉＣ焼
結体の製造方法。