[发明专利]金属碳化物烧结体以及具备该金属碳化物烧结体的碳化硅半导体制造装置用耐热部件

说明书

就熔点非常高的金属的碳化物烧结体来说，本申请提供就算是不进行热压、HIP等在高压下的烧结也能够制造的相对密度高并且机械强度优异的金属碳化物烧结体。本申请涉及一种金属碳化物烧结体，其是选自周期表第四族和第五族元素中的至少一种金属的碳化物烧结体，其含有0.1wtppm～10000wtppm的Si元素。

技术领域

本发明涉及金属碳化物烧结体，更详细来说涉及可适用于碳化硅半导体制造装置的耐热部件等的金属碳化物烧结体。

背景技术

就碳化硅(SiC)半导体来说，其不仅耐热性比硅(Si)半导体高，而且还存在具有宽带隙并且绝缘击穿电场强度大这样的特点，因此其作为低电力损耗功率器件用半导体材料而备受注目，其特别是作为汽车用电子部件的基础材料而备受期待。SiC在常压下不会熔解并且在2000℃左右的温度下升华，因此就制造SiC单晶体来说无法采用用于制造Si单晶体的CZ法、FZ法。由此，在SiC单晶体的量产化时，主要采用了改良瑞利法等升华法。另外，近年来，存在SiC单晶晶片大口径化的要求，还在摸索用于高效地得到低缺陷、高品质的SiC单晶体的方法，除了升华法以外的制造方法(溶液法、气体生长法等)也备受注目。

上述方法均是向石墨等耐热性容器(坩埚、炉芯管等)供给原料(粉末、气体等)并且由容器外部通过高频加热等方式对原料进行加热的，SiC单晶生长是在2000℃以上的超高温区域进行的。石墨众所周知是具有2500℃以上的耐热性的材料，但是就上述那样的SiC单晶生长法来说石墨容器表面暴露于来自因高温加热而升华了的Si₂C、SiC₂等升华气体、SiH₄、H₂、烃等原料气体的反应性气体。在这样的反应性气体的存在下石墨继续升华，因此容器的耐热性显著下降。由此，需要使用由与石墨相比熔点非常高的金属碳化物(例如碳化钽、碳化铌等)形成的容器来代替石墨容器。

另外，SiC半导体器件通过下述方式制造：使用从SiC的块状单晶切出来的晶片，通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法等使SiC外延膜在该晶片上生长。就制造这样的SiC半导体器件时所使用的成膜装置来说，由于需要通过高频感应加热等方式将作为基板的SiC单晶晶片加热至高温并保持该温度，因此提出了在成膜装置中也使用耐热性高的金属碳化物材料作为耐热部件(例如专利文献1、专利文献2等)。

然而，就属于周期表第四族和第五族的元素的碳化物(金属碳化物)来说，已知由于其熔点非常高而使得相对密度就算是以高温进行烧结也无法变高，难以得到机械强度优异的烧结体。由此，提出了用于得到机械强度优异的烧结体的各种方法。例如，提出了下述方法：应用使用了高压压制、热压、放电等离子烧结、HIP处理等的烧结法，得到就算是碳化钽等这样的熔点非常高的金属碳化物也为高相对密度的烧结体(例如专利文献3、专利文献4等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2015-514673号公报

专利文献2：日本特开2016-4933号公报

专利文献3：日本特开平5-319930号公报

专利文献4：日本特开2009-137789号公报

发明内容

发明所要解决的问题

就专利文献3和4等所提出的方法来说，烧结时需要加压，因此虽然适于得到切削工具、炉料的棚板等这样的形状较简单的烧结体，但是并不容易制造具有复杂形状的烧结体。由此，就在实用上使用碳化钽等金属碳化物烧结体作为用于制造SiC单晶体的坩埚、用于制造SiC半导体器件的成膜装置等的耐热部件来说，还存在改善的余地。

因此，本发明的目的在于：就熔点非常高的金属碳化物烧结体来说，提供就算是不进行热压、HIP等在高压下的烧结也能够制造的相对密度高并且机械强度优异的金属碳化物烧结体。