耐熱復(fù)合材料的制造方法及制造裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及含有碳化硅的耐熱復(fù)合材料的制造方法及制造裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化硅（SiC)由于耐絕緣破壞電壓高，因而作為功率半導(dǎo)體的新一代材料而受到 期待。此外，由于透過可見光，熱膨脹系數(shù)、晶格常數(shù)與氮化鎵（GaN)相似，因此還廣泛用作 GaN系LED用襯底，從而在半導(dǎo)體設(shè)備、陶瓷用途中是具有希望的材料。
[0003] 這些碳化硅具有優(yōu)異的耐熱性，從而期待應(yīng)用于在高溫下使用的機械部件等。在 這些應(yīng)用中，往往要求高機械強度，因此提供了將碳化硅浸漬于陶瓷纖維的預(yù)制體來使韌 性提高的耐熱復(fù)合材料。
[0004] 這樣的耐熱復(fù)合材料主要通過化學(xué)氣相生長法（CVD)或化學(xué)氣相浸漬法（CVI)并 通過使碳化硅沉積于反應(yīng)器內(nèi)所容納的預(yù)制體的微細結(jié)構(gòu)上進行制膜而被制造。碳化硅的 原料氣體的選擇方案有二種，混合硅烷（SiH 4)氣體和碳化氫氣體的情況和將甲基三氯硅烷 (CH3SiCl3:MTS)這樣的有機硅化合物作為原料氣體的情況。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :日本特表2001-508388號公報
[0008] 專利文獻2 :日本特許第3380761號公報
[0009] 非專利文獻
[0010] 非專利文獻1 :福島康之，保戶塚梢，霜垣幸浩：SiC-CVD工藝反應(yīng)機理的多尺度解 析，化學(xué)工學(xué)會，第43回秋季大會，名古屋工業(yè)大學(xué)（2011)
[0011] 非專利文獻2:福島康之，船門佑一，佐藤登，保戶塚梢，百瀨健，霜垣幸浩： SiC-CVD工藝反應(yīng)機理的多尺度解析（2)，化學(xué)工學(xué)會，第77年會，工學(xué)院大學(xué)（2012)
[0012] 非專利文獻 3 :F. Loumagne 等人，J. Crystal Growth, 155 (1995) 205
[0013] 非專利文獻 4 :Yingbin Ge, Mark S. Gordon, Francine Battaglia 和 Rodney 0. Fox, J. Phys. Chem. , 114(2010)2384
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014] 發(fā)明所要解決的課題
[0015] 然而，如果使將碳化硅制膜于預(yù)制體的微細結(jié)構(gòu)的生長速度增加，則損害碳化硅 對微細結(jié)構(gòu)的包埋均一性，反之，如果確保包埋均一性，則制膜的生長速度會降低，從而難 以兼顧生長速度與包埋均一性。
[0016] 此外，在以工業(yè)規(guī)模制造耐熱復(fù)合材料時，會將多個預(yù)制體設(shè)置于長的反應(yīng)器而 同時制膜碳化硅。在這樣的情況下，對于從反應(yīng)器內(nèi)的原料氣體流動的上游側(cè)至下游側(cè)的 位置，制膜速度分布不均一。
[0017] 本發(fā)明是試圖解決上述課題的發(fā)明，其目的是提供將碳化硅制膜于微細結(jié)構(gòu)的生 長速度與包埋均一性兼顧的耐熱復(fù)合材料的制造方法及裝置。
[0018] 此外，本發(fā)明的目的是提供，即使在將多個制膜碳化硅的基材設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)，也 會無關(guān)位置而使制膜的生長速度均一的耐熱復(fù)合材料的制造方法及裝置。
[0019] 用于解決課題的方法
[0020] 為了解決上述課題，本申請的耐熱復(fù)合材料的制造方法是使用化學(xué)氣相沉積法或 化學(xué)氣相浸漬法將具有微細結(jié)構(gòu)的基材容納于反應(yīng)爐并流動原料氣體及運載氣體從而使 碳化硅沉積于上述基材來進行制膜的方法，并且是將添加氣體加入上述原料氣體及運載氣 體、通過該添加氣體的添加量來控制上述碳化硅的制膜的生長速度及包埋均一性的方法。 上述反應(yīng)爐優(yōu)選為熱壁型爐。
[0021] 上述碳化硅的制膜優(yōu)選遵從一級反應(yīng)，通過上述添加氣體的添加量來控制相對于 上述基材的制膜種的附著概率，從而控制上述碳化硅的制膜的生長速度及包埋均一性。優(yōu) 選對上述碳化硅的制膜的生長速度及包埋均一性進行最優(yōu)化。
[0022] 上述碳化娃的制膜優(yōu)選遵從朗謬爾-欣謝伍德（Langmuir-Hinshelwood)型速度 式，通過上述添加氣體的添加量并以利用朗謬爾-欣謝伍德型速度式的零級反應(yīng)區(qū)的方式 進行控制，從而控制上述碳化硅的制膜的生長速度及包埋均一性。優(yōu)選對上述碳化硅的制 膜的生長速度及包埋均一性進行最優(yōu)化。
[0023] 優(yōu)選通過上述添加氣體添加量對于上述反應(yīng)爐內(nèi)的位置控制上述碳化硅的制膜 的生長速度的分布。優(yōu)選以上述生長速度的分布變?yōu)榫坏姆绞竭M行最優(yōu)化。
[0024] 上述原料氣體優(yōu)選從上述反應(yīng)爐的上游側(cè)至下游側(cè)的多個位置進行供給。
[0025] 上述原料氣體優(yōu)選含有甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、四氯化 硅、硅烷及丙烷中的至少1種。上述運載氣體優(yōu)選含有氫氣、氮氣、氦氣及氬氣中的至少1 種。
[0026] 上述添加氣體優(yōu)選含有含氯的分子。上述添加氣體優(yōu)選含有氯化氫、氯氣、甲基 氯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、氯乙烯、氯化苯、四氯化硅、三氯硅烷、二氯硅烷、二氯乙 烯、四氯乙烷、三氯乙烷及二氯乙烷中的至少1種。
[0027] 上述添加氣體優(yōu)選含有甲烷、乙烷、乙烯及乙炔中的至少1種。
[0028] 上述基材優(yōu)選包含陶瓷預(yù)制體、設(shè)有溝道（trench)的基板及多孔性基板中的至 少1種。
[0029] 本申請的耐熱復(fù)合材料的制造方法是使用化學(xué)氣相沉積法或化學(xué)氣相浸漬法使 碳化硅沉積于具有微細結(jié)構(gòu)的基材來進行制膜的方法，具有：容納基材的反應(yīng)爐、向上述反 應(yīng)爐供給原料氣體的原料氣體供給源、向上述反應(yīng)爐供給運載氣體的運載氣體供給源、向 上述反應(yīng)爐供給添加氣體的添加氣體供給源和控制上述添加氣體供給量的控制單元，上述 控制單元是通過該添加氣體的添加量來控制上述碳化硅的制膜的生長速度及包埋均一性 的單元。上述反應(yīng)爐優(yōu)選為熱壁型爐。
[0030] 上述碳化娃的制膜優(yōu)選遵從一級反應(yīng)，上述控制單元優(yōu)選通過上述添加氣體的添 加量來控制相對于上述基材的制膜種的附著概率，從而控制上述碳化硅的制膜的生長速度 及包埋均一性。上述控制單元優(yōu)選對上述碳化硅的制膜的生長速度及包埋均一性進行最優(yōu) 化。
[0031] 上述碳化硅的制膜優(yōu)選遵從朗謬爾-欣謝伍德型速度式，上述控制單元優(yōu)選通過 上述添加氣體的添加量并以利用朗謬爾-欣謝伍德型速度式的零級反應(yīng)區(qū)的方式進行控 制，從而控制上述碳化硅的制膜的生長速度及包埋均一性。上述控制裝置優(yōu)選對上述碳化 硅的制膜的生長速度及包埋均一性進行最優(yōu)化。
[0032] 上述控制單元優(yōu)選通過上述添加氣體的添加量對于上述反應(yīng)爐內(nèi)的位置控制上 述碳化硅的制膜的生長速度的分布。優(yōu)選以上述生長速度的分布變?yōu)榫坏姆绞竭M行最優(yōu) 化。
[0033] 優(yōu)選具有將上述原料氣體從上述反應(yīng)爐的上游側(cè)至下游側(cè)的多個位置進行供給 的供給流路。
[0034] 上述原料氣體優(yōu)選含有甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、四氯化 硅、硅烷及丙烷中的至少1種。上述運載氣體優(yōu)選含有氫氣、氮氣、氦氣及氬氣中的至少1 種。
[0035] 上述添加氣體優(yōu)選含有含氯分子。上述添加氣體優(yōu)選含有氯化氫、氯氣、甲基氯、 二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、氯乙烯、氯化苯、四氯化硅、三氯硅烷、二氯硅烷、二氯乙烯、 四氯乙烷、三氯乙烷及二氯乙烷中的至少1種。
[0036] 上述添加氣體優(yōu)選含有甲烷、乙烷、乙烯及乙炔中的至少1種。
[0037] 上述基材優(yōu)選包括纖維預(yù)