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公開番号2024160432
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-14
出願番号2023075400
出願日2023-05-01
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C04B 41/87 20060101AFI20241107BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】高温環境下でのガスの発生を抑制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、炭素基材は、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタン、ケイ素、カルシウム、バナジウム、ニッケル、ナトリウム、カリウム及び硫黄からなる群から選択される少なくとも1種の元素を含み、炭素基材におけるアルミニウム、鉄、マグネシウム、チタン、ケイ素、カルシウム、バナジウム、ニッケル、ナトリウム、カリウム及び硫黄のそれぞれの濃度の合計の濃度が10質量ppm以上10000質量ppm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、
前記炭素基材は、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタン、ケイ素、カルシウム、バナジウム、ニッケル、ナトリウム、カリウム及び硫黄からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、
前記炭素基材におけるアルミニウムの濃度、鉄の濃度、マグネシウムの濃度、チタンの濃度、ケイ素の濃度、カルシウムの濃度、バナジウムの濃度、ニッケルの濃度、ナトリウムの濃度、カリウムの濃度及び硫黄の濃度の合計の濃度が１０質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ以下である炭化金属被覆炭素材料。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
前記炭素基材における鉄の濃度が１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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】
前記炭素基材におけるチタンの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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】
前記炭素基材におけるマグネシウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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】
前記炭素基材におけるケイ素の濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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】
前記炭素基材におけるカルシウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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７】
前記炭素基材におけるバナジウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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８】
前記炭素基材におけるナトリウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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９】
前記炭素基材におけるカリウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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１０】
前記炭素基材における硫黄の濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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１１】以降は省略されています）
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 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣやＧａＮをはじめとしたＷｉｄｅＢａｎｄＧａｐ半導体は、Ｓｉ半導体と比較して、高い絶縁破壊電界強度及び優れた耐熱性を有するとともに、低損失であるので、パワー半導体に適している。その一方で、ＷｉｄｅＢａｎｄＧａｐ半導体は、Ｓｉ半導体と比較して、ウエハの製造コストが高い。このため、ＷｉｄｅＢａｎｄＧａｐ半導体のウエハの製造の低コスト化が求められている。
ＷｉｄｅＢａｎｄＧａｐ半導体の結晶成長工程やエピタキシャル成長工程にかかる費用が、ＷｉｄｅＢａｎｄＧａｐ半導体のウエハの製造コストに大きな影響を与えており、ＷｉｄｅＢａｎｄＧａｐ半導体のウエハの製造の低コスト化のためには、それらの工程の歩留り向上が求められている。
【０００３】
ＷｉｄｅＢａｎｄＧａｐ半導体の結晶成長工程やエピタキシャル成長工程における歩留りを下げる要因はいくつか考えられるが、その一つとして、るつぼやガイド部材、サセプタとして使用する炭素基材からのガスの発生が挙げられる。炭素基材自体の昇華や炭素基材に吸着していた炭化水素系ガスの脱着によりガスが発生し、そのガスが原因で結晶成長中に結晶方位が変化してしまうことで歩留りが低下することが考えられる。
【０００４】
その対策として、炭素基材を金属炭化物膜でコーティングする方法が挙げられる。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金属炭化物は、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、金属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、耐食性を改善するとともに、ガスの発生を抑制することができる。
【０００５】
また、炭素基材自体を高純度処理することでも、ガスの発生を抑制できることが知られている。実際に特許文献１では高純度処理された炭素基材が使用されており、非特許文献１では、炭素基材からの昇温脱離ガスが、炭素基材の高純度処理によって低減できることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５５０２７２１号公報
【非特許文献】
【０００７】
東洋炭素株式会社特殊黒鉛製品カタログ、インターネット：https://www.toyotanso.co.jp/Products/download/
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の炭素基材及び非特許文献１に記載の炭素基材を金属炭化物膜でコーティングして、ＷｉｄｅＢａｎｄＧａｐ半導体の製造装置に使用した場合、結晶成長工程やエピタキシャル成長工程におけるガスの発生の抑制が不十分であった。
【０００９】
そこで、本発明は、高温環境下でのガスの発生を抑制できる炭化金属被覆炭素材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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基材中のアルミニウムの濃度、鉄の濃度、マグネシウムの濃度、チタンの濃度、ケイ素の濃度、カルシウムの濃度、バナジウムの濃度、ニッケルの濃度、ナトリウムの濃度、カリウムの濃度及び硫黄の濃度の合計の濃度を１０質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ以下にすることで、高温環境下での炭化金属被覆炭素材料からのガスの発生を抑制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、
前記炭素基材は、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタン、ケイ素、カルシウム、バナジウム、ニッケル、ナトリウム、カリウム及び硫黄からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、
前記炭素基材におけるアルミニウムの濃度、鉄の濃度、マグネシウムの濃度、チタンの濃度、ケイ素の濃度、カルシウムの濃度、バナジウムの濃度、ニッケルの濃度、ナトリウムの濃度、カリウムの濃度及び硫黄の濃度の合計の濃度が１０質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ以下である炭化金属被覆炭素材料。
［２］前記炭素基材における鉄の濃度が１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ以下である上記［１］に記載の炭化金属被覆炭素材料。
［３］前記炭素基材におけるチタンの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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］前記炭素基材におけるマグネシウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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］前記炭素基材におけるケイ素の濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ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］前記炭素基材におけるカルシウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ以下である上記［１］～［５］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［７］前記炭素基材におけるバナジウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ以下である上記［１］～［６］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［８］前記炭素基材におけるナトリウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ以下である上記［１］～［７］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［９］前記炭素基材におけるカリウムの濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ以下である上記［１］～［８］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［１０］前記炭素基材における硫黄の濃度が０．１質量ｐｐｍ以上１００００質量ｐｐｍ以下である上記［１］～［９］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［１１］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］～［１０］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［１２］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］～［１１］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［１３］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］～［１２］のいずれか１つに記載の炭化金属被覆炭素材料。
［１４］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］～［１３］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】
（【００１１】以降は省略されています）

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