JPH02204318A - 炭化珪素粉末の精製方法 - Google Patents

炭化珪素粉末の精製方法

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JPH02204318A
JPH02204318A JP1023042A JP2304289A JPH02204318A JP H02204318 A JPH02204318 A JP H02204318A JP 1023042 A JP1023042 A JP 1023042A JP 2304289 A JP2304289 A JP 2304289A JP H02204318 A JPH02204318 A JP H02204318A
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俊和 網野
Susumu Akiyama
晋 秋山
Hidetoshi Yamauchi
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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〕 この発明は炭化珪素粉末の精製方法に関する。
〔従来の技術〕
近年、半導体製造用拡散炉におけるライナーチューブの
構成材料として、強度及び熱伝導性に優れた炭化珪素焼
結体が利用されている。又、炭化珪素焼結体内に鉄、カ
ルシニウム及びクロム等の不純物が残存していると、そ
の不純物濃度に相応して、半導体ウェハ内へ不純物が拡
散してウェハが汚染されるため、高純度のものが要求さ
れる。
そこで、高い純度が要求される焼結体を製造する場合に
は、高純度の炭化珪素粉末を使用する必要がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、SiH4,5iC14及び CH3SiCl3等を出発原料として、気相反応法によ
って製造された炭化珪素粉末は高純度であるものの、高
価であるという問題があり、安価な炭化珪素粉末には多
量の金属不純物が含まれていて、それを除去するには、
オートクレーブ等を使用して、高温高圧下で強酸によっ
て処理した後、洗浄処理を行う必要が生じ、高価な設備
が必要となる。
この発明は上記の事情を考慮してなされたものであって
、その目的は多くの不純物が残存する安価な炭化珪素粉
末から大半の不純物を除去してそ濃度を大幅に低減させ
ることができ、極めて簡単かつ安価に高純度化すること
が可能な炭化珪素粉末の精製方法を徒供することにある
〔課題を解決するための手段及び作用〕上記の目的を達
成するために、この発明では、予め粉砕された炭化珪素
粉末を加熱して再結晶化した後、その炭化珪素粉末に残
存する不純物を酸洗浄によって除去するようにしている
。原料が粉砕されていないと、炭化珪素粉末粒子内に閉
じ込められた不純物の割合が多くなるからである。前記
加熱温度は1500℃以上で、かつ2200℃未満であ
ることが望ましい、加熱温度が2200℃以上であると
、粉末の粒成長が生じ、成形、焼結が困難になるからで
ある。又、加熱温度が1500℃未満であると、炭化珪
素粉末の再結晶が進行せず、不純物が粉末表面まで移動
しにくいからである。又、炭化珪素粉末の平均粒径は1
00μm以下であることが望ましく、10μ−以下であ
れば、より一層好ましい、加熱処理は、NZ、Ar、H
e、Co、真空等の一つ又は二つ以上の組合せの非酸化
性雰囲気が好ましい。
そして、前記の加熱処理によれば、鉄,カルシュウム及
びクロム等のシリコン以外の金属不純物が炭化珪素粉末
内部における結晶間から表面へ向って移動する。そこで
、前記不純物を溶解する無機酸を使用して粉末の洗浄を
行えば、精製された高純度の炭化珪素粉末が得られる。
次に、この発明について詳細に説明する。
市販の安価な炭化珪素粉末はインゴットから粉砕された
後、粉砕時に混入した不純物が酸洗浄によって除去され
たものである。しかしながら、この炭化珪素粉末は鉄、
カルシニウム及びクロム等の不純物を数10pμmから
数100pp+nオーダーで含んでいる。その炭化珪素
粉末を再結晶化するために常圧で加熱する場合、加熱温
度は1500℃以上かつ2200℃未満の範囲に設定さ
れる。前記加熱温度が1500℃未満であると、炭化珪
素粉末の再結晶化が進行せず、不純物原子が炭化珪素粉
末内部の結晶格子内に閉じ込められたままになって、酸
洗浄では除去できなくなる。又、加熱温度が2200℃
以上であると、炭化珪素粉末の比表面積が大幅に減少し
、又、炭化珪素の昇華が激しく進む、よって、上記の温
度範囲が望ましい。
洗浄用の酸としては、塩酸、硝酸及び弗酸を単独で使用
でき、かつ各々の酸を1対lの体積割合で混合した3種
類の混酸(HCl +HNO3、HF+HNO3、HC
l+HF)も使用できる。特に、塩酸及び硝酸を含む混
酸を使用することが望ましい。その理由は塩酸が安価で
あり、しかも塩酸に対する不純物の溶解度が高いためで
ある。
そして、酸洗浄に際しては、加熱済みの粉末に酸が添加
されて混濁液が調整され、その混濁液が所定時間放置さ
れる。この混濁液は50〜80℃の温度に加熱されると
、より好ましい、この放置時に、各種不純物が酸溶液中
に溶解する9次に、前記混濁液中の炭化珪素粉末がフィ
ルターによって濾別され、洗浄された後に乾燥されるこ
とにより、炭化珪素粉末の精製が終了する。精製された
炭化珪素粉末を焼結すれば、高純度かつ高強度で熱伝導
性に優れた焼結体が得られる。
次に、この発明の実施例及び比較例について説明する。
出発原料としては、インゴットから粉砕され、粉砕時に
混入する不純物を酸洗浄によって除去されたα型及びβ
型の炭化珪素粉末(以下、α型粉末、β型粉末とそれぞ
れ略称する)が使用された。α型粉末としては粒径の異
なる3種類のもの(C,Ca2O3,GC#2000.
GC#8000)が用意され、それぞれ表1に示す物性
を有すると共に、鉄,カルシュウム及びクロムからなる
多量の不純物を含んでいた。又、β型粉末としては、珪
砂をコークスで炭化させることによって合成したものと
、それを粉砕したものとが使用され、表1に示す物性を
有すると共に、前記α型粉末と同様の不純物を含んでい
た。尚、各不純物の濃度は発光分光分析によって測定し
たものである。
JLL− 阻 型 粒径  比表面積 不純物(pμm)(μ11
)   (rrr/g)  Fe   Ca   Cr
l α 300       560 200 182
 α  8.1  1.07  510 210 12
3 α  0.9  10.6  720 290 1
64 β  8.1  3.8  830 170  
95 β  0.5  16.1  920 260 
12得られた混濁液を常温常圧で24時間放置した。
次いで、前記混濁液をメンブランフィルタ−にかけて固
形分を濾別し、濾液のpHが7になるまで蒸留水によっ
て洗浄して乾燥させた。
尚、黒鉛製ルツボは0.2pμmの鉄と痕跡量のカルシ
ニウム及びクロムを含むのみであった。
又、各側において使用した酸を表2に示す。
又、各実施例及び比較例においては、下記の手順で実験
を行った。即ち、内径50111の黒鉛製ルツボに50
gの各種粉末試料を充填した。そして、この試料をタン
マン炉に挿入し、1200℃〜2000℃の範囲内の予
め選択した所定の温度で常圧加熱した9次に、加熱処理
済みの各種粉末試料に各種の酸溶液100ccを添加し
て攪拌混合し、表2 阻  酸の種類 AHC135χ試薬特級〔関東化学(株)製〕B   
)lNO3652同上 CHF  46χ 同上 D   HCI、 )INO3の1対1混合液(体積割
合)E  旺、 HNO3のl対!混合液(体積割合)
F   HCI、IPの1対1混合液(体積割合)〔実
施例1〜3〕 実施例1〜3では、予め選択された各粉末試料(表1中
のm3.Ik5)、をそれぞれタンマン炉内で常圧加熱
した0次に、表2に示す各種の酸から選択した酸による
洗浄処理を施し、蒸留水による洗浄を行った後、乾燥さ
せた。得られた粉末試料の不純物濃度を発光分光分析に
よって測定すると共に、加熱処理後の比表面積も測定し
た。その結果及び加熱条件を表3に示す。
LL− 例 試料 加熱 酸 比表 不純物(ppw)評価逐 
 尚 条件   面積 Fe  Ca  Cr1315
00℃HCI   4.1 20 10<  1<  
◎(α)lhr 232000℃MCI  0.14 8 − − ◎(
α)Ihr 351600℃HCI −810<  1<  ◎(β
)lhr 尚、上記の表3において、「〈」の記号は「以下」を意
味し、試料漱の欄のギリシャ文字は結晶型を示す、評価
欄には高純度化の度合を、■、○△、×の4段階に区分
して示す、以下同様。
上記の実験結果によれば、平均粒径が1μm以下の炭化
珪素粉末を、1500℃以上の温度で1時間以上にわた
って常圧で加熱後、酸洗浄を行えば、炭化珪素粉末の結
晶構造とは無関係に、各不純物の濃度が初期濃度に比べ
てその1/100〜10/100まで大幅に減少して、
炭化珪素粉末の高純度化が図られたことがわかる。
〔比較例■、■〕
β型炭化珪素粉末について表4に示す条件下で、比較実
験を行った。その結果を表4に合わせて示す。
−Jしく− 例 試料 加熱 酸 比表 不純物(pμm)評価患 
患  条件   面積 Fe  Ca  Cr■ 4 
1400″t HCI  −7801608X(β)l
hr ■ 4 加熱 HCI  −8101609x(β)せ
ず この結果と前記実施例3の結果とを比較すると、β型炭
化珪素粉末については、1400℃で加熱した場合でも
、高純度化が困難であることがわかる。
加熱しない場合、不純物濃度の減少量は極めて少ない。
〔比較例■〜0〕 α型炭化珪素粉末に対し、加熱条件及び酸の種類に関す
る有為性を確認するため、下記の比較実験を行った。そ
の結果を表5に示す。
例 試料 Na  階 ■ 3 (α) ■ 3 (α) ■ 3 (α) ■ 3 (α) ■ 3 (α) ■ 3 (α) ■ 3 (α) (α) 1200℃   hr 1300℃ 0.17hr 1300℃ 0.5hr ! 加熱 酸 表面 不純物(pμm)評価条件   積 
 Fe  Ca  Cr加熱HCI  −660190
15X せず 同上)1cI + −69028016x)INO3 同上HP 97 30 2.1 △ 同上 同上 62 25 1  <   Δ ′ HP  +  − INO3 HCI+  − F HCI  10.6680 77 25 1.6 △ × uci  io、67i。
× HCI  10゜1350 × −」j」創り− o  3 1300℃ )IC19,082−−△(α
)lhr [相]  3 1300℃ lIc1  8.5 80
 −  −  へ(α)3hr @   1 1600℃ HCI   −84513,
9△(α)lhr 02  同上11cI  −44282,00(α) 上記の実験結果によれば、α型炭化珪素粉末を加熱する
ことなく酸洗浄のみを行った場合(比較例■〜■)、そ
の洗浄液に弗酸が含まれていると、不純物が初期濃度の
10/100前後までは少なくなるが、それ以下にまで
減少させることは困難である。
又、α型炭化珪素粉末の加熱温度が1300℃の時(比
較例■〜@)、加熱時間を3時間まで延長しても、不純
物濃度は10/100程度まで減少させることができる
に過ぎない、加熱条件が1200℃。
1時間の場合(比較例■)の場合も同様である。
炭化珪素粉末を1500℃で加熱した場合、粒径が8μ
m以上であると、不純物濃度を10/100程度まで低
下させることができる。
〔発明の効果〕

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 予め粉砕された炭化珪素粉末を加熱して再結晶化し
    た後、その炭化珪素粉末に残存する不純物を酸洗浄によ
    って除去することを特徴とする炭化珪素粉末の精製方法
    。 2 前記炭化珪素粉末の平均粒径は100μm以下であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素粉末の精
    製方法。 3 前記加熱温度は非酸化性雰囲気下1500℃以上で
    かつ2200℃未満であることを特徴とする請求項1又
    は2に記載の炭化珪素粉末の精製方法。 4 前記不純物は鉄,カルシュウム及びクロム等のシリ
    コン以外の金属を含み、酸はそれらを溶解する無機酸で
    あることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記
    載の炭化珪素粉末の精製方法。
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