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公開番号2024143155
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023055681
出願日2023-03-30
発明の名称炭化金属被覆炭素材料
出願人信越化学工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C23C 16/32 20060101AFI20241003BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】半導体単結晶の結晶成長およびエピタキシャル成長時の結晶多形の発生を抑制して半導体単結晶の歩留まりを向上させることができる炭化金属被覆炭素材料を提供する。
【解決手段】本発明は、炭素を主成分とする炭素基材と、炭素基材の少なくとも一部を被覆する炭化金属被覆膜とを含む炭化金属被覆炭素材料であり、炭化金属被覆膜を構成する金属炭化物は、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム及び炭化タングステンからなる群から選択される少なくとも1種の金属炭化物であり、炭化金属被覆膜中の塩素濃度が25000ppm・μm以下である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
炭素を主成分とする炭素基材と、前記炭素基材の少なくとも一部を被覆する炭化金属被覆膜とを含む炭化金属被覆炭素材料であって、
前記炭化金属被覆膜を構成する金属炭化物は、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム及び炭化タングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属炭化物であり、
前記炭化金属被覆膜中の塩素濃度が２５０００ｐｐｍ・μｍ以下である炭化金属被覆炭素材料。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
前記炭化金属被覆膜の膜厚が１０μｍ以上、１００μｍ以下である請求項１に記載の炭化金属被覆炭素材料。
【請求項３】
前記炭化金属被覆膜の表面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上、９．５μｍ以下である請求項１に記載の炭化金属被覆炭素材料。
【請求項４】
前記炭素基材の表面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上、１０．０μｍ以下である請求項１に記載の炭化金属被覆炭素材料。
【請求項５】
前記炭素基材の線形熱膨張係数が３．５×１０
－６
／℃以上、８.２×１０
－６
／℃以下である請求項１に記載の炭化金属被覆炭素材料。
【請求項６】
前記炭化金属被覆膜の少なくとも表面を構成する金属炭化物が炭化タンタルである請求項１に記載の炭化金属被覆炭素材料。
【請求項７】
前記炭化金属被覆膜を構成する金属炭化物が炭化タンタルである請求項１に記載の炭化金属被覆炭素材料。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素基材表面に炭化金属被覆膜を被覆した炭化金属被覆炭素材料に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タングステンなどの炭化物は、融点が高く、化学的安定性、強度、靭性および耐食性に優れている。このため、炭化物で炭素基材をコーティングすることにより、炭素基材の耐熱性、化学的安定性、強度、靭性、耐食性などの特性を改善することができる。炭素基材表面に炭化物膜を被覆した炭化物被覆炭素材料、特に炭化タンタル被覆炭素材料は、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）などの半導体単結晶製造装置の部材として用いられている。
【０００３】
ＳｉＣのバルク単結晶を製造する方法としては、昇華再結晶法（改良レーリー法）が広く知られている。昇華再結晶法では、ルツボ内部にＳｉＣ原料を充填し、その上部にＳｉＣ種結晶が配置される。また、ＳｉＣ種結晶の周囲には筒状のガイド部材が設置される。ＳｉＣ原料の加熱によって発生した昇華ガスは、ガイド部材の内壁に沿って上昇し、ＳｉＣ種結晶でＳｉＣ単結晶が成長していく。
【０００４】
また、半導体デバイスなどで用いられるＳｉＣ単結晶基板は、バルク単結晶から成るＳｉＣ基板上に、ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させることによって、製造されている。ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる方法は、液相エピタキシー（ＬＰＥ）法、気相エピタキシー（ＶＰＥ）法、化学気相堆積（ＣＶＤ）法などが知られている。通常、ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる方法は、ＣＶＤ法である。ＣＶＤ法によるエピタキシャル成長方法は、装置内のサセプタ上にＳｉＣ基板を載置し、１５００℃以上の高温下で原料ガスを供給することで、ＳｉＣ単結晶へ成長させている。
【０００５】
このようなＳｉＣ単結晶の製造方法において、より高品質な結晶を得るために、特許文献１には、黒鉛基材の内面を炭化タンタルで被覆したルツボを用いる方法が開示されている。また、特許文献２には、内壁を炭化タンタルで被覆したガイド部材を用いる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１９－９９４５３号公報
特開２０１９－１０８６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
炭化金属被覆炭素材料を坩堝やガイド部材として使用して結晶成長させたＳｉＣ単結晶は、何も被覆していない炭素材料を使用した場合と比較して、結晶成長の歩留まりが向上することが知られている。しかしながら、炭化金属被覆炭素材料を使用した場合であっても、さらなる歩留り改善が求められている。歩留り低下の主な原因は、点欠陥、拡張欠陥(転位、積層欠陥)、結晶多形（ポリタイプ）などが挙げられる。その中でも、本発明は結晶多形の抑制に焦点を当てて半導体単結晶の歩留りの向上を試みた。
【０００８】
そこで、本発明は、炭化金属被覆炭素材料を使用することによる半導体単結晶の結晶多形の抑制および歩留まり向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討の結果、炭化金属被覆炭素材料の炭化金属被覆膜中の塩素濃度を２５０００ｐｐｍ・μｍ以下にすることで、半導体単結晶の結晶多形を抑制して、半導体単結晶の歩留まりを向上ができることを見出し、本発明を完成させた。本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］炭素を主成分とする炭素基材と、前記炭素基材の少なくとも一部を被覆する炭化金属被覆膜とを含む炭化金属被覆炭素材料であって、前記炭化金属被覆膜を構成する金属炭化物は、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム及び炭化タングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属炭化物であり、前記炭化金属被覆膜中の塩素濃度が２５０００ｐｐｍ・μｍ以下である炭化金属被覆炭素材料。
［２］前記炭化金属被覆膜の膜厚が１０μｍ以上、１００μｍ以下である上記［１］に記載の炭化金属被覆炭素材料。
［３］前記炭化金属被覆膜の表面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上、９．５μｍ以下である上記［１］又は［２］に記載の炭化金属被覆炭素材料。
［４］前記炭素基材の表面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上、１０．０μｍ以下である上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［５］前記炭素基材の線形熱膨張係数が３．５×１０
－６
／℃以上、８.２×１０
－６
／℃以下である上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［６］前記炭化金属被覆膜の少なくとも表面を構成する金属炭化物が炭化タンタルである上記［１］～［５］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［７］前記炭化金属被覆膜を構成する金属炭化物が炭化タンタルである上記［１］～［６］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体単結晶の結晶成長およびエピタキシャル成長時の結晶多形の発生を抑制して半導体単結晶の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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