JP2018070408A - 炭化珪素粉末及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化珪素単結晶からなる製品の純度の低下を防止することが可能な炭化珪素粉末及び前記炭化珪素粉末の製造方法の提供。
【解決手段】（１）塩素が重量比において０．１〜１０ｐｐｍ含まれている炭化珪素粉末。（２）炭化珪素粉末を塩化物イオンが含まれる溶液に浸漬するステップＳ１と、炭化珪素粉末が浸漬された溶液の導電率を測定して導電率が所定の導電率以下か否かを判定するステップＳ３と、を含み、判定ステップＳ３において溶液の導電率が所定の導電率以下でないと判定された場合には、当該浸漬された炭化珪素粉末と溶液とを分離し、炭化珪素粉末を水に浸漬するステップＳ４を実行し、その後再度前記判定ステップＳ３を実行し、溶液の導電率が所定の導電率以下と判定された場合には、当該浸漬された炭化珪素粉末と溶液とを分離し、炭化珪素粉末を乾燥させる乾燥ステップＳ５を実行する炭化珪素粉末の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素粉末及びその製造方法に関し、特に、炭化珪素単結晶の製造に用いる炭化珪素粉末及びその製造方法に関する。

炭化珪素粉末は、その高硬度性、高熱伝導性、高温耐熱性から、成形砥石、セラミックス部品等の材料として使用されている。特許文献１及び特許文献２に開示されているように、炭化珪素のセラミックス製品は、粉末にバインダーを加えて顆粒とし、それを所定の形状に成形して黒鉛るつぼ内に設置し、２０００℃以上で焼成して加工することで得られる。また、炭化珪素のセラミックス製品は、黒鉛るつぼ内に炭化珪素粉末を充填し、加圧しながら焼成（ホットプレス焼成）して加工することで得られる。

また、炭化珪素は、シリコンと比較すると、バンドギャップは約３倍、絶縁破壊電界強度は約１０倍という物性を有するので、シリコンに代わるパワー半導体用基板の材料として注目されている。この炭化珪素基板は。炭化珪素単結晶のインゴットから切り出すことで製造される。

炭化珪素単結晶の製造方法として、原料である炭化珪素粉末を２０００℃以上の高温条件下において昇華させ、炭化珪素を単結晶成長させる昇華再結晶法がよく知られており、工業的に広く使用されている。

特開平９−２７８５２４号公報 特開昭５７−１６６３６５号公報

パワー半導体用基板の材料として使用される炭化珪素単結晶のインゴットは、ドーパントとなるアルミニウム、チタンなどの金属元素の含有量が低いことが望まれる。

しかしながら、炭化珪素粉末を用いて炭化珪素単結晶を成長させてインゴットを製造する際に、炭化珪素粉末を例えば２０００℃以上の高温にまで加熱すると、炭化珪素粉末中の不純物である遷移金属が昇華する。この昇華した遷移金属が、炉内に留まり成長中の炭化珪素単結晶に付着して混入してしまい、製造された炭化珪素単結晶のインゴットの純度が下がってしまうという問題があった。

また、昇華した遷移金属が成長装置に付着して成長装置が汚染されてしまうため、その後に成長装置に投入され、処理、生成される炭化珪素単結晶に遷移金属が混入してしまい、純度が下がってしまうという問題があった。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、炭化珪素単結晶を成長させることによる炭化珪素単結晶からなる製品の生成において、不純物による成長装置への汚染を防止し、かつ遷移金属の混入による当該生成された炭化珪素単結晶からなる製品の純度の低下を防止することが可能な炭化珪素粉末及びこの生成方法を提供することを目的とする。

本発明の炭化珪素粉末は、塩素が重量比において０．１ｐｐｍ以上１０ｐｐｍ以下含まれていることを特徴とする。

また、本発明の炭化珪素粉末の製造方法は、炭化珪素粉末を塩化物イオンが含まれる溶液に浸漬する溶液浸漬ステップと、前記炭化珪素粉末が浸漬された前記溶液の導電率を測定して前記導電率が所定の導電率以下か否かを判定する判定ステップと、を含み、前記判定ステップにおいて前記溶液の導電率が所定の導電率以下でないと判定された場合には、当該浸漬された炭化珪素粉末と前記溶液とを分離し、前記炭化珪素粉末を水に浸漬する水浸漬ステップを実行し、その後再度前記判定ステップを実行し、前記判定ステップにおいて前記溶液の導電率が所定の導電率以下と判定された場合には、当該浸漬された炭化珪素粉末と前記溶液とを分離し、前記炭化珪素粉末を乾燥させる乾燥ステップを実行することを特徴とする。

炭化珪素粉末生成工程の一例のフロー図である。 炭化珪素単結晶成長実験に用いる実験装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る炭化珪素粉末の生成方法及び当該生成された炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を用いた炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の成長について説明する。なお、以下の説明において、ｐｐｍという単位は、重量比を表すもの、すなわちｐｐｍｗとして説明する。

炭化珪素粉末は、例えば、珪素を含む無機珪酸質原料及び炭素を含む炭素質原料を混合して炭化珪素製造用原料を調整し、この炭化珪素製造用原料を２５００℃以上の温度でアチソン炉などを用いて焼成し、得られた炭化珪素からなる塊状物を粉砕して得られたものである。

無機珪酸質原料としては、例えば、珪石等の結晶質シリカ、またはシリカフューム、シリカゲル等の非晶質シリカが挙げられる。無機珪酸質原料の平均粒径は、焼成時の環境、原料の状態（結晶質であるか非晶質であるか）、及び炭素質原料との反応性によって適宜決定される。

炭素質原料としては、例えば、天然黒鉛、人工黒鉛等の結晶質カーボン、またはカーボンブラック、コークス、活性炭等の非晶質カーボンが挙げられる。これらは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。炭素原料の平均粒径は、焼成時の環境、原料の状態（結晶質であるか非晶質であるか）、及び無機珪酸質原料との反応性によって適宜決定される。

上記無機珪酸質原料と炭素質原料とを混合する方法としては、湿式混合及び乾式混合のいずれの混合方法も採用可能である。なお、この混合時の無機珪酸質原料と炭素質原料との混合比は、炭化珪素製造用原料の焼成の際の環境、炭化珪素製造用原料の粒径や反応性を考慮して、最適なものを選択する。ここでいう「最適」とは、焼成によって得られる炭化珪素の収率を最大化し、また、未反応の無機珪酸質原料や炭素質原料の残存量を最小化することを意味する。

炭化珪素粉末は、前述した製造方法で製造したものに限定されず、例えば、固相反応でなく、液相反応などを利用して製造したものであってもよい。上記炭化珪素からなる塊状物を粉砕して得られる炭化珪素粉末の平均粒径は、１０μｍ以上２０００μｍ以下がとするのが好ましく、４５μｍ以上１０００μｍ以下とするのがより好ましい。

この粉砕後の炭化珪素粉末には、不純物としてチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）等の遷移金属が含まれている。

本発明の炭化珪素粉末は、上記生成前の炭化珪素粉末に塩素（Ｃｌ）を含ませて生成する。具体的には、生成前の炭化珪素粉末を所望の粒度に分級した後に、Ｃｌイオンを含む溶液に浸漬することで、当該生成前の炭化珪素粉末にＣｌを含ませる。使用するＣｌイオンを含む溶液としては、ＨＣｌが好ましい。なお、完成品におけるアルカリ金属または第２族元素の含有量が不問である場合には、ＮａＣｌ溶液またはＣａＣｌ_２溶液等の塩化物イオンを含む他の溶液を用いてもよい。

図１に、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末に塩素（Ｃｌ）を含ませて、当該炭化珪素粉末における塩素（Ｃｌ）の量を調整するＳｉＣ粉末生成工程の一例のフロー図を示す。まず、ＨＣｌ溶液等のＣｌ⁻イオンを含む溶液入れた容器を用意し、当該溶液の中にＳｉＣ粉末を浸漬させる（ステップＳ１）。

溶液としてＨＣｌを用いる場合、当該ＨＣｌ溶液は、溶液中のＣｌ⁻の濃度が１Ｎ以上であるのが好ましい。１Ｎ以上の溶液を用いた場合、粉砕及び分級においてＳｉＣ粉末中に混入する金属不純物を溶解させて、ＳｉＣ粉末の純度を向上させることが可能である。

次に、当該溶液を攪拌する（ステップＳ２）。この攪拌は、攪拌翼を用いて行ってもよい。また、溶液をポンプで循環させることで行ってもよい。

次に、溶液の導電率を測定し、当該測定された導電率が所定値以下か否かを判定する（ステップＳ３）。溶液の導電率は、溶液中のイオン量、ここではＣｌ⁻の量と相関する。所定の導電率は、溶液を分離して乾燥させた後のＳｉＣ粉末が保持すべきＣｌ量から逆算される。言い換えれば、乾燥させた後のＳｉＣ粉末が保持すべきＣｌ量に基づいて、溶液中のＣｌ⁻イオン量が求められ、当該イオン量における溶液の導電率が所定の導電率として導き出される。

この所定の導電率は、事前に数通りの導電率の溶液に浸漬し、所定の方法で溶液と分離した後に乾燥したＳｉＣ粉末のＣｌ量を測定しておくことで決定しておく。例えば、当該測定値に基づいて検量線を作成し、そこから乾燥させたＳｉＣ粉末のＣｌ量が所定値となる際の溶液の導電率を求めることとしてもよい。乾燥したＳｉＣ粉末のＣｌ量は、例えば、当該ＳｉＣ粉末をグロー放電質量分析法（ＧＤ−ＭＳ：Glow Discharge Mass Spectrometry）により測定することで得られてもよい。

従って、導電率が所定値以下であるかを判定することで、溶液内が所定のＣｌ濃度となったかを判定し、溶液を分離して乾燥した後にＳｉＣ粉末が保持するＣｌの量が所定量となるかどうかを判定可能である。この導電率の測定には、例えば、株式会社堀場製作所製の導電率計（電気伝導率計）：D-70/ES-70シリーズ、またはH1シリーズ等を用いることが可能である。

ステップＳ３において、導電率が所定の値以下でない場合、ＳｉＣ粉末と溶液とを分離し、ＳｉＣ粉末を水に浸漬する（ステップＳ４）。このステップは、ＳｉＣ粉末が保水する溶液を薄めるために行うものであるため、ＳｉＣ粉末を浸漬する水は、導電率が小さい水、すなわち不純物の少ない純度の高い水であるのが好ましい。従って、ステップＳ３において使用する水としては、純度の高いイオン交換水や蒸留水が好ましい。

ステップＳ３において、導電率が所定の値以下である場合、ＳｉＣ粉末を溶液から分離し乾燥する（ステップＳ５）。ステップＳ３において導電率が所定の値以下になったということは、乾燥した際にＳｉＣ粉末に含まれるＣｌ量が所定値になるということである。このステップＳ５における乾燥の後、本発明のＳｉＣ粉末が完成する。

なお、ステップＳ４及びＳ５において、ＳｉＣ粉末と溶液との分離は、分離後にＳｉＣ粉末に溶液が残留する状態となるように行う。例えば、ＳｉＣ粉末と溶液との分離は、デカンテーション、フィルタープレスまたは濾過等で行ってもよい。ステップＳ５においては、ＳｉＣ粉末に溶液が残留する状態で乾燥することによって、ＣｌがＳｉＣ粉末表面に残留する。すなわち、物理吸着によってＣｌがＳｉＣ粉末の粒子に保持される。

ステップＳ５の乾燥においては、ＳｉＣ粉末に付着している溶液の水分だけ飛ばし、溶液に含有されているＣｌをＳｉＣ粉末中に残留させるため、例えば、乾燥バットにＳｉＣ粉末を入れて乾燥させる方式を用いるのが好ましい。

なお、ＳｉＣ粉末を揺する等、ＳｉＣ粉末を動かして乾燥させる方法は好ましくない。なんとなれば、ＳｉＣは非常に硬度が高いため、ＳｉＣ粉末を動かすことで、乾燥処理時にＳｉＣ粉末と接触する装置または容器内の部材が削れてしまい、ＳｉＣ粉末に当該部材由来の不純物が混入してしまうからである。

なお、上記所定値は、ＳｉＣ粉末と溶液とを分離した際のＳｉＣ粉末の保水量によって変化する。例えば、保水量はＳｉＣ粉末の粒度によって異なる。具体的には、ＳｉＣ粉末の粒度が粗いものは保水量が少なく、細かいものは保水量が多くなる。また、保水量はＳｉＣ粉末と溶液との分離方法によっても異なる。具体的には、デカンテーションで分離する場合にはＳｉＣ粉末の保水量は多くなり、フィルタープレスで分離する場合には保水量は少なくなる。

上述のように、ＳｉＣ粉末を生成することによって、単純な方法で所望量のＣｌを含有しかつ遷移金属等の不純物の少ないＳｉＣ粉末を生成することが可能である。

以下、上述のように形成されたＳｉＣ粉末を用いて、ＳｉＣ単結晶を成長させる方法を示す。まず、上述のように塩素（Ｃｌ）を含ませたＳｉＣ粉末を生成した後に、当該ＳｉＣ粉末を、ＳｉＣ単結晶成長用の種結晶が取り付けられている容器内に入れて加熱装置の加熱雰囲気内に配設し、これを加熱する。この加熱装置としては、例えば電気炉等の加熱炉を用いればよい。加熱炉は、加熱炉の加熱雰囲気内のガスを系外に排出するための排出機構を備えている。排出機構は例えば排出ポンプである。また、容器としては、例えば黒鉛るつぼを使用する。

この加熱工程においては、容器内の混合物が２１００℃となるように加熱する。この加熱を数時間から数十時間持続させる。この加熱過程においては、雰囲気ガスの排出が常時排出されるのが好ましい。なお、加熱過程における混合物の反応によりガスが雰囲気内に発生し始める時点、例えば、容器内の混合物の温度が５００℃を超えた時点から、排出機構により雰囲気ガスを排出することとしてもよい。

この排出により、加熱炉内の雰囲気は減圧される。加熱過程における混合物の反応により雰囲気内に発生するガスの排出を考慮して、雰囲気ガスの圧力が所定の範囲となるように、排出機構を制御してもよいが、このような制御をしなくてもよい。

さらに、加熱装置の雰囲気内に系外から、窒素ガス、アルゴンガス、空気などを供給してもよい。ただし、供給ガスは製造されるＳｉＣ単結晶インゴット等のＳｉＣ製品の品質に悪影響を与えないものに限定される。

単結晶成長前のＳｉＣ粉末内に含まれる不純物である遷移金属は、上記加熱過程においてＳｉＣ粉末を２０００℃以上に加熱すると、ほとんどが蒸発する。この蒸発した遷移金属の多くは雰囲気ガスの排出流に乗って、加熱炉外に排出される。しかし、蒸発した遷移金属の一部は、炉内に残留し、成長中のＳｉＣ単結晶に混入する。また、炉内に残留した遷移金属は、周囲にある黒鉛るつぼ等の容器を含む黒鉛部品に達すると当該黒鉛部品に付着する。

上述のように、本発明のＳｉＣ粉末には、塩素が含まれている。この塩素は、上記加熱過程において、２０００℃以下の温度において炉内に飛散する。この飛散した塩素は、炉内に残留している遷移金属及び上記した黒鉛部品に付着した遷移金属と反応して塩化物となる。

炉内の高温故に、当該塩化物は気化して雰囲気ガスの排出流に乗って加熱炉外に排出される。このことにより、ＳｉＣ粉末から蒸発して炉内に残留している遷移金属及び黒鉛部品に付着した遷移金属を除去することが可能となる。

例えば、チタン（Ｔｉ）を例に説明する。チタンは、上述のように、２０００℃以上に加熱されることによって、蒸発して炉内雰囲気に放出され、その一部が黒鉛部品に付着する。炉内に残留しているチタン及び黒鉛部品に付着したチタンとＳｉＣ粉末から炉内に飛散したＣｌとは、以下の式（１）に示した反応によって、塩化チタン（IV）（ＴｉＣｌ_４）となる。
Ｔｉ＋２Ｃｌ_２→ＴｉＣｌ_４（１）

塩化チタンは（IV）は、非常に低温（１３６．４℃）で気化（ガス化）するため、２０００℃以上の炉内ではすぐにガス化する。このガス化した塩化チタンである塩化チタンガスは、雰囲気ガスの排出流に乗って加熱炉外に排出される。炉内に残留している遷移金属及び黒鉛部品に付着した他の遷移金属も同様に塩素と結合することでガス化し、雰囲気ガスの排出流に乗って加熱炉外に排出される。

上述のように、炉内に残留している遷移金属がＳｉＣ粉末から飛散した塩素と結合してガス化し、雰囲気ガスの排出流に乗って加熱炉外に排出されることで、成長させているＳｉＣ単結晶に不純物が混入することが防止される。

また、加熱処理中に黒鉛部品に付着した遷移金属がＳｉＣ粉末から飛散した塩素と結合してガス化し、雰囲気ガスの排出流に乗って加熱炉外に排出されることで、加熱処理の終了後に黒鉛部品が遷移金属に汚染されることが防止される。これにより、１のロットの加熱処理の終了後に、次のロットの加熱処理によって生成されるＳｉＣ単結晶への不純物の混入を防止することが可能となる。

なお、原料となるＳｉＣ粉末に含ませる塩素は、当該ＳｉＣ粉末の不純物としての遷移金属（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ）の含有量が１００ｐｐｍ以下の場合において、黒鉛部品に付着した遷移金属を十分除去する観点から０．１ｐｐｍ以上であるのが好ましい。また、反応性に富む高温となった塩素による排気系の配管及びポンプ等の排出機構の腐食を防止する観点から１０ｐｐｍ以下であるのが好ましく、２ｐｐｍ以下であるのがさらに好ましい。

以下、本発明の実施例のＳｉＣ粉末の生成及びこれを用いてＳｉＣ単結晶を成長させる実験について説明する。以下の例においては、ＳｉＣ粉末中のＣｌ含有量が、０．０５ｐｐｍ、０．１ｐｐｍ、０．２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、２ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、及び２０ｐｐｍとなっている７種類のＳｉＣ粉末を生成した。

［ＳｉＣ粉末の製造］
まず、ＳｉＣ粉末をアチソン法によって生成した。具体的には、まず、非晶質合成シリカ粉末及びカーボンブラックを理論反応量の割合となるようにして混合した。本実施例の場合には、非晶質合成シリカ：カーボンブラック＝２：１となるように混合した。

非晶質合成シリカ粉末としては、太平洋セメント株式会社製の試薬を用いた。この非晶質合成シリカ粉末は、ホウ素（Ｂ）を１．０ｐｐｍ、リン（Ｐ）を１．０ｐｐｍ、アルミニウム（Ａｌ）を０．５ｐｐｍ、鉄（Ｆｅ）を１．０ｐｐｍ、チタン（Ｔｉ）を１．０ｐｐｍ、それぞれ含有していた。また、この非晶質のシリカ粉末の平均粒径は２ｍｍ以下である。

カーボンブラックとしては、東海カーボン株式会社製の「シースト６００」を用いた。このカーボン粉末は、ホウ素（Ｂ）を１．０ｐｐｍ、リン（Ｐ）を１．０ｐｐｍ、アルミニウム（Ａｌ）を４３ｐｐｍ、鉄（Ｆｅ）を３４ｐｐｍ、チタン（Ｔｉ）を２．３ｐｐｍ、それぞれ含有していた。また、このカーボンブラックの平均顆粒径は、２ｍｍ以下である。

次に、この非晶質合成シリカ粉末とカーボンブラックの混合物をアチソン炉に充填し、２５００℃以上で２４時間焼成した。得られたＳｉＣインゴットを、ジョークラッシャー及びボールミル粉砕機で粉砕した。粉砕して得られたＳｉＣ粉末を分級することで、粒径が４５〜２０００μｍのＳｉＣ粉末を作製した。

上述のアチソン法によって作成されたＳｉＣ粉末に塩素を含ませるべく、上記図１に関して説明したＳｉＣ粉末に塩素（Ｃｌ）を含ませて、当該ＳｉＣ粉末における塩素（Ｃｌ）の量を調整するＳｉＣ粉末生成工程を行った。

具体的には、まず、ステップＳ１において、ＳｉＣ粉末を２Ｎの塩酸に３時間浸漬した。その後、ステップＳ２において、攪拌翼によって溶液を攪拌した。その後、ステップＳ３において、溶液の導電率を測定して、溶液が所定の導電率以下であるかを測定した。本実施例において、所定の導電率は、乾燥後のＳｉＣ粉末のＣｌ含有量が上記値となるように設定した。

ステップＳ３において、溶液が所定の導電率以上の場合、その後、ステップＳ４においてＳｉＣ粉末を溶液から分離しイオン交換水に浸漬し、再度ステップＳ３を行った。ステップＳ３において、溶液が所定の導電率以下となった場合には、その後、ステップＳ５において、ＳｉＣ粉末を溶液から分離し、乾燥させた。この乾燥は、乾燥バットにＳｉＣ粉末を入れて乾燥させることで行った。

本実施例においては、乾燥後の各ＳｉＣ粉末が含んでいるＣｌ量が所定量であるかを、ＧＤ−ＭＳ測定を行って確認した。また、乾燥後の各ＳｉＣ粉末が含んでいるＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎの量もＧＤ−ＭＳ測定によって確認した。測定の結果、各ＳｉＣのＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎの総含有量は５ｐｐｍであった。

上述のように、Ｃｌ含有量のみが異なるＳｉＣ粉末を、７種類生成した。

［ＳｉＣ単結晶成長実験］
上述のように生成された各々異なった量のＣｌを含むＳｉＣ粉末を用いて、ＳｉＣ単結晶を成長させる実験を行った。

−実験装置−
図２に、実験装置１０の断面図を示す。炉体１１は、電気炉の炉体である。炉体１１の内面には断熱材１３が設けられている。ヒータ１５は、断熱材１３の内面に設けられている黒鉛ヒータである。黒鉛るつぼ１７は、断熱材１３の内面によって形成される空間内に配されている。黒鉛るつぼ１７は、容器部１７Ａ及び蓋部１７Ｂを有している。なお、黒鉛るつぼ１７は、実験前においてＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎの総含有量が３ｐｐｍ未満のものであった。

排気管１９は、炉体１１内の空間と炉体１１外の空間とを連通させるように設けられているＳＵＳ３０４からなるステンレス鋼管である。排気ポンプ２１は、炉体１１の外部に配されておりかつ排気管１９に接続されており、排気管１９を介して炉体１１内の気体を排気することが可能である。

試験片２３は、排気管１９と同じ材質であるＳＵＳ３０４からなり、長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍで厚さが３ｍｍの板材である。試験片２３は、実験時に排気管１９内に配される。試験片２３は、その表面、すなわち長さ及び幅によって規定される面が試験面２３Ｓになっている。

試験片２３を排気管１９内に配して実験し、その後取り出して試験面２３Ｓの表面粗さを測定することにより、試験面２３Ｓが腐食されることによる表面粗さの変化から、排気管１９の内面が腐食されているか否かを判断可能である。なお、当該試験面２３Ｓは、実験前においてその表面粗さがＲａ＜０．０１μｍとなっている。

−実験手順−
実験においては、まず、ＳｉＣ粉末３００ｃｃを黒鉛るつぼ１７に収容した。この際、ＳｉＣ粉末のかさ（体積）に対し、黒鉛るつぼの内容積は１０倍以内とした。黒鉛るつぼの蓋部１７Ｂの内側面には、種結晶として研磨されたＳｉＣ単結晶板（図示せず）を設置した。また、試験片２３を排気管１９内に配置した。この際、排気管１９の流体の流れと平行な面が試験面２３Ｓとなるように試験片２３を配置した。

次に、この黒鉛るつぼ１７を炉体１１内に配置し、炉内をアルゴン（Ａｒ）雰囲気で圧力を１ｋＰａとして、黒鉛るつぼの容器部１７Ａの底部の温度が２，３００℃、黒鉛るつぼの上部（蓋部１７Ｂ）の温度が２，１００℃となるように加熱した。本実験において、加熱時間は４８時間とした。この加熱によって、黒鉛るつぼ１７中のＳｉＣ粉末が昇華して、種結晶に達し、種結晶表面にＳｉＣ単結晶が成長する。なお、この加熱の際、ポンプ２１を用いて、排気管１９を介して、炉体１１内の気体を常時排出した。

上記実験を、Ｃｌ量の異なるＳｉＣ粉末毎に行って、以下の評価を行った。なお、実験ごとに、黒鉛るつぼ１７及び試験片２３は新しいものに交換した。

−実験結果及び評価−
上述の実験の後、各Ｃｌ量のＳｉＣ粉末について、実験後の黒鉛るつぼ１７に付着している遷移金属（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ）の量、試験後に排気管１９から取り出された試験片２３の試験面２３Ｓの表面粗さＲａ、及び生成されたＳｉＣ単結晶に含まれるＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎの量を測定して評価を行った。

実験後の黒鉛るつぼに付着して残留している遷移金属（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ）の量は、実験後の黒鉛るつぼを加圧酸分解により溶液化した後に、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）発光分光分析によって測定した。

また、実験後の試験面２３Ｓの表面粗さは、触針式表面粗さ測定機等の表面粗さ測定器によって測定した。

また、実験後によって生成されたＳｉＣ単結晶に含まれるＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎの量は、ＧＤ−ＭＳ測定によって測定した。

実験結果を以下に示す。なお、結果は、加熱前のＳｉＣ粉末に含まれるＣｌ量が少ない順に試料番号Ｎｏ．１〜７として示している。

上記表に示すように、黒鉛るつぼに残留している遷移金属の量は、Ｎｏ．１のみが６ｐｐｍとなりＳｉＣ粉末に含まれるＣｌ量が０．１ｐｐｍ以上のＮｏ．２〜Ｎｏ．７は、３ｐｐｍ未満であった。なお、上述のように、実験前に黒鉛るつぼに含まれている遷移金属の量は３ｐｐｍ以下である。

この結果より、ＳｉＣ粉末に含まれるＣｌ量が０．１ｐｐｍ以上であれば、加熱処理後に黒鉛るつぼに付着して残留する遷移金属はないかもしくは無視できる程僅かであることがわかった。よって、ＳｉＣ粉末に含まれるＣｌ量が０．１ｐｐｍ以上であれば、成長させるＳｉＣ単結晶に対する黒鉛るつぼに残留する遷移金属の混入を防止できることがわかった。

また、試験片の表面粗さＲａは、ＳｉＣ粉末に含まれるＣｌ量が２ｐｐｍ以下であるＮｏ．１〜Ｎｏ．５が検出限界未満の０．０１未満となり、Ｃｌ量が１０ｐｐｍであるＮｏ．６では０．０１、Ｃｌ量がそれ以上２０ｐｐｍであるＮｏ．７では０．０３であった。なお、上述のように、実験前の試験面の表面粗さＲａは、０．０１未満である。

この結果より、ＳｉＣ粉末に含まれるＣｌ量が１０ｐｐｍ以下、特に２ｐｐｍ以下であれば、配管の腐食は起こらないことがわかった。

また、ＳｉＣ単結晶内の遷移金属量は、ＳｉＣ粉末内のＣｌ量が０．０５であるＮｏ．１のみ３ｐｐｍとなり、Ｃｌ量が０．１以上のＮｏ．２〜Ｎｏ．７では、１ｐｐｍ未満となった。

この結果より、ＳｉＣ粉末に含まれるＣｌ量が０．１ｐｐｍ以上であれば、加熱処理においてＳｉＣ粉末から炉体内に放出されて炉体内に留まり、ＳｉＣ単結晶に混入して残る遷移金属はないかもしくは無視できるほど僅かであることがわかった。よって、ＳｉＣ粉末に含まれるＣｌ量が０．１ｐｐｍ以上であれば、ＳｉＣ単結晶の成長中におけるＳｉＣ単結晶への遷移金属の混入を防止し、ＳｉＣ単結晶の純度を高めることが可能であることが分かった。

上記結果によれば、黒鉛るつぼへの遷移金属の汚染を防止し、排気管等の排気機構を損傷せず、かつ生成された炭化珪素単結晶への遷移金属の混入を防止して炭化珪素単結晶の純度を高めることができる炭化珪素粉末は、Ｃｌの含有量が重量比で０．１〜１０ｐｐｍ、好ましくは０．１〜２ｐｐｍの炭化珪素粉末であることがわかった。

また、上記実施例においては、無機珪酸質原料と炭素質原料とを混合し焼成した後に粉砕することによって生成された炭化珪素粉末を、塩化物イオンを含む溶液に浸漬することで塩素を含む炭化珪素粉末を生成した。しかし、これ以外の方法で塩素を含む炭化珪素粉末を生成してもよい。例えば、焼成前の無機珪酸質原料または炭素質原料に、塩化ナトリウム等の塩化物や塩酸を混合した後に焼成を行って、塩素を含む炭化珪素粉末を生成してもよい。

１０ 実験装置
１１ 炉体
１３ 断熱材
１５ ヒータ
１７ 黒鉛るつぼ
１９ 排気管
２１ 排気ポンプ
２３ 試験片

Claims (3)

1. 塩素が重量比において０．１ｐｐｍ以上１０ｐｐｍ以下含まれていることを特徴とする炭化珪素粉末。
2. 塩素が重量比において２ｐｐｍ以下含まれていることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素粉末。
3. 炭化珪素粉末を塩化物イオンが含まれる溶液に浸漬する溶液浸漬ステップと、
   前記炭化珪素粉末が浸漬された前記溶液の導電率を測定して前記導電率が所定の導電率以下か否かを判定する判定ステップと、を含み、
   前記判定ステップにおいて前記溶液の導電率が所定の導電率以下でないと判定された場合には、当該浸漬された炭化珪素粉末と前記溶液とを分離し、前記炭化珪素粉末を水に浸漬する水浸漬ステップを実行し、その後再度前記判定ステップを実行し、
   前記判定ステップにおいて前記溶液の導電率が所定の導電率以下と判定された場合には、当該浸漬された炭化珪素粉末と前記溶液とを分離し、前記炭化珪素粉末を乾燥させる乾燥ステップを実行することを特徴とする炭化珪素粉末の製造方法。