JPS63170207A - 高純度炭化けい素粉末の製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は、高純度炭化けい素粉末の製造方法に関する。

本発明に係る炭化けい素粉末は、半４体製造用治具等金
属不純物が少ないことが要求される材料の原料として有
用である。

〔従来の技術〕

炭化けい素の主な製造方法としては、 （１１金属シリコンと炭素を高温で直接反応させる方法
。すなわち、Ｓｉ＋Ｃ−４ＳｉＣなる反応により、炭化
けい素を製造する方法。

（２１Ｒｎ　Ｓ　ｉ　Ｘ　ａ□　（ここにＲは水素原子
またはアルキル基、Ｘはハロゲン原子、ｎ＝１〜４）で
示されるシランまたはシランと炭化水素化合物の混合物
を高温で熱分解させる方法。

（３）　　シリカ還元法。すなわち、 ＳｉＯ□＋３Ｃ−ＳｉＣ＋２ＣＯなる反応により、炭化
けい素を製造する方法。処理温度によってα型炭化けい
素、β型炭化けい素が出来る。特に、高温型のα型炭化
けい素の製造方法は、一般にアチソン法と呼ばれ、研削
材用からいわゆるファインセラミックス用の原料まで広
く本方法で製造されている。

低温型のβ型炭化けい素は、いわゆるファインセラミッ
クス用の原料として、より微細で粒度範囲の狭い形状の
そろった炭化けい素粒子を得るため種々の方法が考案さ
れている。例えば、Ｓｉｎ、の加水分解によって得られ
る微粒子状のシリカを特徴とする特開昭５８−２０４８
１３号、シリカ・炭素・炭化けい素の混合粉末を特徴と
する特公昭５８−５０９２９号がある。また、上述の方
法はバッチ式であるが、特開昭５４−３３８９９号、特
開昭５５−４０５２７号、特開昭５８−２０７０８号、
特開昭５８−１９４７３１号、特開昭５９−３９７０９
号等で連続的にβ型炭化けい素を製造する方法が開示さ
れている。

また、特公昭６０−４４２８０号は、得られるβ型炭化
けい素がウィスカー状であるが、シリカゲルとカーボン
ブラックを原料としている。

等が知られている。

炭化けい素粉末の高純度化方法としては、ＨＣＩ、ＨＦ
５ＨＦ　＋　ＨＮＯ３等の無機酸による洗浄が一般に行
なわれている。

また、半導体製造用治具等の炭化けい素焼粘体の洗浄は
、上記の無機酸による洗浄に加え、塩素または塩化水素
によるガス洗浄が行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

半導体製造用治具等として使用される炭化けい素焼粘体
は、半導体に悪影響を与える鉄、銅等の金属不純物の含
有量が少ないことが要求される。

上記用途の炭化けい素焼粘体を製造するための原料は、
鉄、銅等の金属不純物の含有量が少な（、工業的に安定
して必要量を速やかに、しかも安価に供給可能であるこ
とが要求される。上述の観点から各製造方法を比較する
と、 金属シリコンを原料とする製造方法（１）は、高純度金
属シリコンが高価で、しかも金属シリコンの炭化が発熱
反応であるため反応を制御することが難しく、さらに、
合成される炭化けい素の粒子が比較的大きい。微細な粉
体を得るためには、粉砕を行なう必要があり、金属不純
物の汚染を受ける。

金属不純物を除去するためには、前述の無機酸による洗
浄が必要となり更に高価なものになってしまう。

シランを原料とする製造方法（２）は、高純度の炭化け
い素微粒子が得られる。しかし、使用する原料ガスが極
めて高価であり、反応の収率も低い。

本製造方法は、純度の点では優れているが、工業的に必
要量を安定してしかも安価に供給することは困難である
。

シリカを原料とする製造方法（３）は、原料面では他の
２方法に比べ安価にできるという点で有利である。

アチソン法によって製造されるα型炭化けい素は、塊状
であり、製造方法（１）と同様に粉砕を行なう必要があ
る。金属不純物の汚染量は、製造方法（１）とは比べも
のにならない程大きく、前述の無機酸による洗浄を数回
行なう等多大な労力を費やしても不純物を完全に除去す
ることは極めて困難である。

低温型のβ型炭化けい素の製造に関して、特開昭５８−
２０４８１３号では、原料として使用するシリカの不純
物濃度は極めて低いが、合成時に汚染を受けて原料のシ
リカの純度を維持することは出来ていない。

特公昭５Ｂ−５０９２９号においては、合成された炭化
けい素の純度に関しては論述されておらず、発明の目的
が本発明の目的とは異なることは明らかである。

特開昭５４−３３８９９号、特開昭５５−４０５２７号
、特開昭５８−２０７０８号、特開昭５８−１９４７３
１号、特開昭５９−３９７０９号は、β型炭化けい素の
連続的な製造方法に関するもので、やはり合成された炭
化けい素の純度に関しては論述されていない。また、合
成された炭化けい素中には、未反応のシリカ分が％単位
で含まれ、該シリカを除去するためにＩＰ処理が必要で
ある。

特公昭６０−４４２８０号においては、β型炭化けい素
ウィスカを得るという目的のために半導体に悪影響を与
える鉄、ニッケル、コバルトおよび塩化ナトリウムを加
えており、半導体製造用治具等として使用される炭化け
い素焼粘体の原料としては不適である。

本発明の目的は、上述の問題点を解決するため、シリカ
還元法を改良することによって鉄、銅等の金属不純物の
含有量を少なく、工業的に安定して必要量を速やかに、
しかも安価に供給可能な高純度炭化けい素粉末の製造方
法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、シリカと炭素を出発原料として炭
化けい素を製造する方法において、該出発原料を塩化水
素を含む非酸化性雰囲気中１５００℃以上で合成し、炭
化けい素を得ることを特徴とする。さらに、本発明に使
用するシリカとしては、シリカゲルが、炭素としてはカ
ーボンブランクおよび／または加熱により炭素に変化す
る炭素質物質が好ましく、該シリカゲルの表面及び微細
な空孔中にカーボンブランクおよび／または加熱により
炭素に変化する炭素質物質を含浸させることが好ましい
。

ところで本発明において、塩化水素の濃度は３ｖｏ１％
〜１０ｖｏ１％であることが好ましい。

〔作用〕

一般的なシリカ還元法は、シリカと炭素を混合した原料
を非酸化性雰囲気で加熱することにより炭化けい素を合
成する。

本発明は、上記の炭化けい素合成時に塩化水素を添加す
ることによって、原料であるシリカと炭素中に含まれる
鉄、銅等の金属不純物を塩化物として揮散させることに
より高純度の炭化けい素を得ることができるという知見
に基づいてなされたものである。

炭化けい素合成温度は、１５００℃以上であれば良＜１
５００℃〜２０５０℃の温度範囲では、β型炭化けい素
が、２０５０℃以上の温度範囲では、α型炭化けい素が
合成される。

また、１５００℃以下の温度では炭化けい素の収率が極
端に悪くなるので好ましくない。

シリカゲルの表面及び微細な空孔中にカーボンブラック
および／または加熱により炭素に変化する炭素質物質を
含浸したものを原料とした場合、シリカ還元反応が極め
て効率良く行なわれるため炭化けい素合成反応後には、
未反応シリカはほとんど残らない。

また、シリカと炭素の混合割合は、反応式Ｓｉｎｇ　＋
　３Ｃ＝ＳｉＣ＋　２ＣＯによってシリカ還元反応を完
結させるための理論炭素量の１．１〜２．０倍が良い。

理論炭素量の１．１倍以下では、未反応シリカが残留し
、理論炭素量の２．０倍以上加えても、単に反応後に反
応に携わらなかった炭素が大量に残るばかりで好ましく
ない。

反応生成物には、余剰の炭素が幾分台まれているが、酸
化雰囲気中、５００℃〜７００℃で炭素を酸化して除去
することができる。

高純度の炭化けい素を得るために加える塩化水素の濃度
は、３ｖｏ１％〜１ｏｖｏ１％であることが好ましい。

３ｖｏ１％以下では高純度化が十分でなく、１０νｏ１
％以上では合成された炭化けい素が塩化水素によって分
解してしまい炭化けい素の収率が悪くなってしまう。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例により説明する。

実施例１ シリカ微粉末５００ｇにカーボンブラック２１０ｇおよ
びフェノール樹脂４３０ｇ　（炭素換算で１５０　ｇ）
を加えよく混合した。加えた炭素の量は理論炭素量の１
．２倍に相当する。尚、第１表中の倍率とは、（加えた
炭素量／理論炭素量）の値を表わす。

次に、該原料を２００℃で１０時間乾燥後、Ａｒ９５ｖ
ｏ１χ、ＨＣｌ５ｖｏｌ％の雰囲気中１６５０℃で４時
間合成反応を行なった。冷却後２２８．５ｇの反応生成
物を得た。該反応生成物を大気中６５０℃で５時間保持
しこ余剰の炭素を酸化して除去したところ１９４ｇの炭
化けい素を得た。

得られた炭化けい素のＸ線回折図形からβ型炭化けい素
と同定された。化学分析により未反応の遊離シリカ、鉄
、銅を定量したところ、遊離シリカは３．４％１ｔ％、
鉄は１０ｐｐ＋ｓ、銅はｔｐｐ−であった。

比較例１ 雰囲気をＡｒ１００ｖｏｌ％とした他は、実施例１と全
く同一の方法で炭化けい素を合成した。得られた炭化け
い素はＸ線回折図形からβ型炭化けい素と同定されたが
、化学分析の結果遊離シリカは３．３ｗｔ％、鉄は５４
０ｐｐｍ、銅は１０ｐｐａ＋であった。

実施例２．３ シリカゲル微粉５５０ｇにフェノール樹ＪＩＩｆ１３０
０ｇ（炭素換算で４５５　ｇ）を加えよく混合した。

加えた炭素の量は理論炭素量の１．３８倍に相当する。

該原料から第１表の条件で炭化けい素を合成した。得ら
れた炭化けい素はＸ線回折図形からβ型炭化けい素と同
定された。化学分析の結果は第１表の通りである。

比較例２．３ 実施例２．３と同一の原料を使用し、第１表の条件で炭
化けい素を合成した。化学分析の結果未反応の遊離シリ
カが多く、炭化けい素の収率が極端に悪くなった。

実施例４ 実施例２．３と同一の原料を使用し、３ｖｏｌ％のＨＣ
Ｉを含むＡｒ雰囲気中２２００℃で２時間合成反応を行
なった。得られた炭化けい素はＸ線回折図形からβ型炭
化けい素と同定された。化学分析の結果は第１表の通り
である。

比較例４ 雰囲気をＡｒ１００ｖｏｌ％とした他は、実施例４と全
く同一の方法で炭化けい素を合成した。得られた炭化け
い素はＸ線回折図形からα型炭化けい素と同定された。

化学分析の結果は第１表の通りである。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、シリカ還元法による炭
化けい素の合成において合成時に塩化水素を添加するこ
とにより、半導体製造用治具等として使用される炭化け
い素焼粘体用の原料として好適な鉄、銅等の金属不純物
の含有量が少ない高純度炭化けい素粉末を工業的に安定
して必要量を速やかに、しかも安価に供給出来た。今後
、炭化けい素の用途が広まる中で本発明の産業上の役割
は大といえる。

特許出願人　　東海高熱工業株式会社 手続補正書 昭和６２年　６月／♂日 特許庁長官　　黒　　１）　明　　雄　　殿１６事件の
表示 昭和６２年特許願第　６０１号 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 トウ愈イスウネッゴウギコウヵブシキヵイシャ名称　東
海高熱工業株式会社 ７、補正の内容 明細書１２ペ一ジ９行目の“β型”を「α型」と訂正す
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリカと炭素を出発原料として炭化けい素を製造す
   る方法において、該出発原料を塩化水素を含む非酸化性
   雰囲気中１５００℃以上で合成し、炭化けい素を得るこ
   とを特徴とする高純度炭化けい素粉末の製造方法。 ２、シリカとしてシリカゲルを用い、炭素としてカーボ
   ンブラックおよび／または加熱により炭素に変化する炭
   素質物質を用いて、該シリカゲルの表面及び微細な空孔
   中にカーボンブラックおよび／または加熱により炭素に
   変化する炭素質物質を含浸する特許請求の範囲第１項記
   載の高純度炭化けい素粉末の製造方法。 ３、塩化水素の濃度が３ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％である
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の高純度炭化け
   い素粉末の製造方法。