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公開番号2025091527
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-19
出願番号2023206769
出願日2023-12-07
発明の名称炭化金属被覆材料
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C30B 23/06 20060101AFI20250612BHJP(結晶成長)
要約【課題】繰り返し使用回数を増加させることができる炭化金属被覆材料を提供する。
【解決手段】本発明は、炭素を主成分とする炭素基材14と、炭素基材14の少なくとも一部を被覆する、炭化金属を主成分とする炭化金属被覆膜とを含む炭化金属被覆材料であって、炭化金属被覆膜の厚さ方向に関して、膜深度が0%から80%の間では、膜深度の上昇とともに炭化金属被覆膜における炭素濃度が上昇することを特徴とする。
【選択図】図1
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、炭化金属を主成分とする炭化金属被覆膜とを含む炭化金属被覆材料であって、
前記炭化金属被覆膜の厚さ方向に関して、次式で表される膜深度が０％から８０％の間では、前記膜深度の上昇とともに前記炭化金属被覆膜における炭素濃度が上昇することを特徴とした炭化金属被覆材料。
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続きを表示（約 320 文字）【請求項２】
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、炭化金属を主成分とする炭化金属被覆膜とを含む炭化金属被覆材料であって、
前記炭化金属被覆膜の厚さ方向に関して、次式で表される膜深度が２０％から８０％の間では、前記膜深度の上昇とともに前記炭化金属被覆膜における炭素濃度が上昇することを特徴とした炭化金属被覆材料。
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【請求項３】
前記炭化金属が、タンタルおよびニオブのうちの少なくとも１種類の金属元素の炭化物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化金属被覆材料。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
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、炭化金属を主成分とする炭化金属被覆膜とを含む炭化金属被覆材料に関する。
続きを表示（約 2,700 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材料、特に炭化タンタル被覆材料は、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）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。
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種結晶の周囲には昇華ガスを単結晶へと導くため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。
また、半導体デバイスなど用いられる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。ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる方法は、通常、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単結晶を成長させている。
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】
【０００３】
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】
【０００４】
炭化金属被覆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て結晶成長させた場合と比較して、結晶成長の歩留まりが（著しく）向上することが知られている。結晶製造コストの観点から、炭化金属被覆材料を繰り返し使用する回数が多いことが望ましい。そこで、本発明は、繰り返し使用回数を増加させることができる炭化金属被覆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】
【０００５】
本発明者らは、鋭意検討の結果、炭化金属被覆膜における炭素濃度に着目することにより炭化金属被覆材料の繰り返し使用回数を増加させること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、炭化金属を主成分とする炭化金属被覆膜とを含む炭化金属被覆材料であって、
前記炭化金属被覆膜の厚さ方向に関して、次式で表される膜深度が０％から８０％の間では、前記膜深度の上昇とともに前記炭化金属被覆膜における炭素濃度が上昇することを特徴とした炭化金属被覆材料。
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［２］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、炭化金属を主成分とする炭化金属被覆膜とを含む炭化金属被覆材料であって、
前記炭化金属被覆膜の厚さ方向に関して、次式で表される膜深度が２０％から８０％の間では、前記膜深度の上昇とともに前記炭化金属被覆膜における炭素濃度が上昇することを特徴とした炭化金属被覆材料。
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［３］前記炭化金属が、タンタルおよびニオブのうちの少なくとも１種類の金属元素の炭化物であることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の炭化金属被覆材料。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、繰り返し使用回数を増加させることができる炭化金属被覆材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
外熱型減圧ＣＶＤ装置の概略図である。
半導体単結晶成長用減圧加熱炉の概略図である。
実施例１の炭化タンタル被覆材料のＧＤＭＳ分析の結果である。
比較例１の炭化タンタル被覆材料のＧＤＭＳ分析の結果である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の炭化金属被覆材料は、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、炭化金属を主成分とする炭化金属被覆膜とを含む。ここで、「炭素を主成分とする」とは、炭素が炭素基材を構成する全物質の５０質量％以上を占めることをいい、「炭化金属を主成分とする」とは、炭化金属が炭化金属被覆膜を構成する全物質の５０質量％以上を占めることをいう。炭化金属被覆膜は、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、炭化タングステンなどの高融点炭化物の被覆膜、及びこれらの高融点炭化物の２種以上を複合させた複合被覆膜であってもよい。炭化金属被覆膜における炭化金属は、タンタルおよびニオブのうちの少なくとも１種類の金属元素の炭化物であることが好ましい。
【０００９】
以下、炭化タンタル被覆材料を例に挙げて、本発明の炭化金属被覆材料を説明する。
【００１０】
［炭化タンタル被覆材料について］
以下、図１を参照して本発明の一実施形態の炭化タンタル被覆材料を説明する。
本発明の一実施形態の炭化タンタル被覆材料は、炭素を主成分とする炭素基材１４と、炭素基材１４を被覆する、炭化タンタルを主成分とする炭化タンタル被覆膜とを含む。なお、炭化タンタル被腹膜は炭素基材１４の一部を被覆してもよいし、炭素基材１４の全部を被覆してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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