TWI613335B - 碳化矽粉末及碳化矽單晶的製造方法 - Google Patents

碳化矽粉末及碳化矽單晶的製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI613335B
TWI613335B TW102143772A TW102143772A TWI613335B TW I613335 B TWI613335 B TW I613335B TW 102143772 A TW102143772 A TW 102143772A TW 102143772 A TW102143772 A TW 102143772A TW I613335 B TWI613335 B TW I613335B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
silicon carbide
carbide powder
single crystal
powder
sublimation
Prior art date
Application number
TW102143772A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201504488A (zh
Inventor
増田賢太
Kenta Masuda
一坪幸輝
Kouki Ichitsubo
和
Masakazu Suzuki
野中潔
Kiyoshi Nonaka
加藤智久
Tomohisa Kato
田中秀秋
Hideaki Tanaka
Original Assignee
太平洋水泥股份有限公司
Taiheiyo Cement Corporation
獨立行政法人產業技術總合研究所
National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 太平洋水泥股份有限公司, Taiheiyo Cement Corporation, 獨立行政法人產業技術總合研究所, National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology filed Critical 太平洋水泥股份有限公司
Publication of TW201504488A publication Critical patent/TW201504488A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI613335B publication Critical patent/TWI613335B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/956—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/956—Silicon carbide
    • C01B32/963—Preparation from compounds containing silicon
    • C01B32/97—Preparation from SiO or SiO2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B23/025—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/50—Agglomerated particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本發明係提供一種於作為昇華再結晶法之原料使用時，可增加昇華速度，且未昇華而殘存之碳化矽的量較少，而可提昇碳化矽單晶的生產性，且可使碳化矽單晶(例如單晶晶圓)大型化之碳化矽粉末。
一種碳化矽粉末，其係布雷恩比表面積(Blaine specific surface area)為250~1,000cm2/g之碳化矽粉末，其特徵為該碳化矽粉末的全量中，粒度超過0.70mm，且3.00mm以下之碳化矽粉末的比例為50體積%以上。於坩堝(1)內藉由加熱收容之碳化矽粉末(5)使其昇華，於設置在上蓋(3)之底面部分之種結晶(4)上，可形成碳化矽之單晶(6)。

Description

碳化矽粉末及碳化矽單晶的製造方法
本發明係關於碳化矽粉末，及使用該碳化矽粉末之碳化矽單晶之製造方法。
碳化矽(SiC)作為研磨材(研削材)、陶瓷燒結體、導電性材料等之工業用材料，自以往已被廣泛使用。尤其是於最近，藉由節省能量用意強烈或脫離核電，故在對自然再生能量活用之期待等社會背景下，碳化矽作為功率半導體等所使用之單晶晶圓的原料而受到注目。
作為碳化矽單晶之製造方法，已知有係於2,000℃以上之高溫條件下，使係原料之碳化矽粉末昇華，於碳化矽種結晶上得到碳化矽單晶之昇華再結晶法(改良雷利法(Modified-Lely Method))。
作為上述昇華再結晶法所使用之原料，於專利文獻1，已記載由昇華再結晶法而成長之碳化矽單晶或碳化矽多結晶之一方或雙方之粉碎物的碳化矽單晶育成用碳化矽原料。此碳化矽單晶育成用碳化矽原料係被作為下一次之碳化矽單晶成長的原料來使用。藉由此，大幅減低 碳化矽單晶中雜質的濃度。
又，專利文獻2中，已記載平均粒徑為100μm以上且700μm以下，且比表面積為0.05m2/g以上且0.30m2/g以下之碳化矽單晶製造用碳化矽粉體。此粉體藉由昇華再結晶法之單晶成長上，顯示高且安定之昇華速度。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-239496號公報
[專利文獻2]日本特開2012-101996號公報
本發明係提供一種於作為昇華再結晶法之原料使用時，可增加昇華速度，且未昇華而殘存之碳化矽的量較少，而可提昇碳化矽單晶的生產性，且可使碳化矽單晶(例如單晶晶圓)大型之碳化矽粉末作為目的。
本發明者們為了解決上述課題經意檢討之結果，發現根據具有特定範圍內之布雷恩比表面積及特定粒度分布之碳化矽粉末，可達成上述目的，而完成本發明。
亦即，本發明係提供以下之[1]~[6]者。
[1]一種碳化矽粉末，其係布雷恩比表面積為250~ 1,000cm2/g之碳化矽粉末，其特徵為該碳化矽粉末的全量中，粒度超過0.70mm，且3.00mm以下之碳化矽粉末的比例為50體積%以上。
[2]如前述[1]之碳化矽粉末，其中，上述碳化矽粉末係凝集粒度由1μm以上，且1mm以下之粒子的比例為90體積%以上之一次粒子的粒子所構成。
[3]如前述[1]或[2]之碳化矽粉末，其中，上述碳化矽粉末係為，由α型碳化矽所構成之粉末、由β型碳化矽所構成之粉末，或由α型碳化矽與β型碳化矽之混合物所構成之粉末。
[4]一種碳化矽單晶之製造方法，其係使用如前述[1]~[3]中任一項之碳化矽粉末作為原料，使用昇華再結晶法使碳化矽單晶成長於碳化矽種結晶上。
[5]如前述[4]之碳化矽單晶之製造方法，其係於坩堝內，藉由將上述碳化矽粉末以體積密度成為0.7~1.4g/cm3之方式進行收容並加熱，使碳化矽單晶成長於設置在坩堝之上蓋的底面部分之碳化矽種結晶上。
[6]如前述[4]或[5]之碳化矽單晶之製造方法，其係於坩堝內，藉由將上述碳化矽粉末以熱傳導率成為0.05~0.15W/m．K之方式進行收容並加熱，使碳化矽單晶成長於設置在坩堝之上蓋的底面部分之碳化矽種結晶上。
本發明之碳化矽粉末係藉由昇華再結晶法作 為碳化矽單晶之製造原料使用時，可增加昇華速度。因此，昇華後，附著於種結晶之碳化矽單晶的成長速度變大，能夠實現於碳化矽單晶的製造所要之能量成本的削減及製造時間的縮短。又，因為即使於高壓下，結晶有可能成長，於高壓下製造時，從碳化矽粉末雜質難以昇華，可得到雜質之含有率較小之單晶。
又，因為未昇華所殘存之碳化矽的量減少，故可提昇成品率。
如此，根據本發明，可提昇碳化矽單晶的生產性。
進而，根據本發明，即使碳化矽單晶之原料(碳化矽粉末)附近的溫度，與該原料上方的種結晶附近溫度之間的溫度梯度小，但可維持原料(碳化矽粉末)之昇華速度為大的狀態。因此，於碳化矽單晶周圍難以產生雜晶，可實現晶圓的大型化。
1‧‧‧坩堝
2‧‧‧本體
3‧‧‧上蓋
4‧‧‧碳化矽種結晶
5‧‧‧碳化矽粉末(單晶的原料)
6‧‧‧碳化矽單晶
[圖1]概念性表示昇華再結晶法所使用之坩堝及其內容物之剖視圖。
[圖2]簡易表示顯示碳化矽粉末B之相片之圖。
本發明之碳化矽粉末之布雷恩比表面積為超過250~1,000cm2/g，較佳為270~900cm2/g，更佳為 300cm2/g，800cm2/g以下，更佳為400~700cm2/g，特佳為好500~600cm2/g。
該值未達250cm2/g時，因為碳化矽粉末之比表面積過小，碳化矽粉末之反應性變小，使昇華氣體的產生量及昇華速度變小。該值超過1,000cm2/g時，使碳化矽粉末昇華之際，於昇華初期之段階雖然昇華速度大，但慢慢地昇華速度變，無法維持穩定之昇華速度。
本發明之碳化矽粉末係具有如碳化矽粉末的全量中，粒度(粒徑)超過0.70mm，且3.00mm以下之碳化矽粉末的比例為50體積%以上般之粒度分布。滿足上述粒度之數值範圍之碳化矽粉末的比例為50體積%以上，較佳為70體積%以上，更佳為90體積%以上。該比例未達50體積%時，碳化矽粉末的昇華速度變小。
上述粒度為0.70mm以下時，於將碳化矽粉末填充於坩堝等容器時，體積密度變大，使該碳化矽粉末昇華時，因為昇華氣體的排出徑狹小，使氣體的產生量變小，作為結果使昇華速度變遲緩。又，因為碳化矽粉末中氣體容易滯留，隨著昇華反應進行，碳化矽粉末之間已燒結，作為結果慢慢地昇華速度變小，而無法維持穩定之昇華速度。又，未昇華而殘存之碳化矽的量增多。
上述粒度超過3.00mm時，於將碳化矽粉末填充於坩堝等容器時，體積密度變小，該碳化矽粉末中的空隙過大而導致粒子的熱傳導性惡化，昇華反應難以前進，昇華速度變小。又，未昇華而殘存之碳化矽的量增多。
尚且，在本說明書中所謂「粒度超過0.70mm，且3.00mm以下」，係指通過篩目3.00mm之篩，且未通過篩目0.70mm之篩。
本發明之碳化矽粉末的粒度分布，較佳為粒度0.75~2.50mm之碳化矽粉末的比例為50體積%以上(較佳為70體積%以上，更佳為90體積%以上，再更佳為95體積%以上，特佳為99體積%以上)，更佳為粒度0.80~2.00mm之碳化矽粉末的比例為50體積%以上(較佳為70體積%以上，更佳為90體積%以上，再更佳為95體積%以上，特佳為99體積%以上)，特佳為粒度0.85~1.70mm之碳化矽粉末的比例為50體積%以上(較佳為70體積%以上，更佳為90體積%以上，再更佳為95體積%以上，特佳為99體積%以上)。
本發明之碳化矽粉末的真密度雖並未特別限定，但通常為2.90~3.10g/cm3。
又，本發明之碳化矽粉末係粒度為1μm以上、1mm以下，較佳係以由100μm~800μm之一次粒子經凝集(燒結)之粒子所構成為佳。粒子若為如此之形態，碳化矽粉末的比表面積變大，其結果，使碳化矽粉末昇華之際，其昇華速度變大，且可長時間維持該速度。又，未昇華而殘存之碳化矽的量變少。
構成本發明之碳化矽粉末之一次粒子的全量中，粒度為1μm以上，且1mm以下之粒子的比例，較佳為90體積%以上，更佳為95體積%以上，特佳為100體積%。
構成本發明之碳化矽粉末之一次粒子的全量中，粒度為100~800μm之粒子的比例，較佳為70體積%以上，更佳為80體積%以上，特佳為90體積%以上。
又，藉由碳化矽粉末具有上述形態，即使滿足特定粒度(超過0.70mm、3.00mm以下)之碳化矽粉末的比例為50體積%以上，但碳化矽粉末的布雷恩比表面積可變大(例如400cm2/g以上)。
本發明之碳化矽粉末可為由α型碳化矽所構成之粉末、由β型碳化矽所構成之粉末，及由α型碳化矽與β型碳化矽之混合物所構成之粉末之任一種。
本發明之碳化矽粉末係以碳化矽粉末中碳化矽的含有率高，又雜質的含有率低者為佳。
於此所謂雜質，係指於碳化矽粉末的製造過程除了經去除之氧(O)以外的全元素中，為矽(Si)及碳(C)以外的成分，相當於SiC半導體之忌避成分。具體而言，可列舉硼(B)、磷(P)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鈦(Ti)、銅(Cu)、鎳(Ni)等。
具體而言，上述碳化矽粉末中，B、P、Al、Fe、Ti、Cu，及Ni之含有率分別，較佳為3ppm以下，更佳為1.5ppm以下，再更佳為1.0ppm以下。其中，B及P之含有率分別，再更佳為0.3ppm以下。
又，上述碳化矽粉末中氧(O)之含有率，較佳為未達0.5質量%。尚且，所謂上述「氧(O)之含有率」係指構成碳化矽粉末中所包含之金屬氧化物之氧原子的總 量。
藉由將碳化矽粉末中上述B、P、Al、Fe、Ti、Cu，及Ni之含有率定於上述範圍內，將上述碳化矽粉末作為原料，使用昇華再結晶法來製造碳化矽單晶時，可得到更高純度之碳化矽單晶。
碳化矽粉末中雜質的合計含有率，較佳為500ppm以下，更佳為200ppm以下，特佳為100ppm以下。該含有率為500ppm以下時，將上述碳化矽粉末作為原料，使用昇華再結晶法製造碳化矽單晶時，可得到更高純度之碳化矽單晶。
尚且，本說明書中，「ppm」為質量基準。
上述碳化矽粉末中碳化矽之含有率(純度)作為碳化矽粉末100質量%中之比例，較佳為99.0質量%以上，更佳為99.5質量%以上，再更佳為99.9質量%以上，特佳為99.99質量%以上。
作為製造本發明之碳化矽粉末之方法，可列舉使用艾其遜爐，加熱混合矽酸質原料與碳質原料而成之碳化矽製造用原料之方法。
上述碳化矽製造用原料中，碳質原料與矽酸質原料的混合莫耳比(C/SiO2)，較佳為2.5~4.0，更佳為2.8~3.6，特佳為3.0~3.3。
上述混合莫耳比對於碳化矽粉末之組成帶來影響。例如，上述混合莫耳比未達2.5，或超過4.0時，於碳化矽粉末中因為未反應之矽酸質原料或碳質原料大量殘存，故 為不佳。
尚且，本說明書中所謂「碳質原料與矽酸質原料的混合莫耳比」，係指混合碳質原料與矽酸質原料，來調製碳化矽製造用原料時，碳質原料中碳(C)之莫耳，與矽酸質原料中矽酸(SiO2)之莫耳的比(C/SiO2)。
作為上述碳化矽製造用原料，可使用預先經顆粒化之混合粉體狀之矽酸質原料與粉體狀之碳質原料而得到之混合原料。作為經顆粒化之碳化矽製造用原料，例如可列舉顆粒化二氧化矽與有機樹脂之混合物之原料。
作為製造上述碳化矽粉末之方法所使用的矽酸質原料，例如可列舉天然之矽砂、天然之石英粉、合成石英粉等之結晶質二氧化矽，或二氧化矽煙氣、二氧化矽凝膠等之非晶質二氧化矽等。此等可單獨1種或組合2種以上使用。其中，從反應性的觀點來看以非晶質二氧化矽為佳。
矽酸質原料的平均粒徑，較佳為3mm以下，更佳為2mm以下，再更佳為1mm以下，特佳為800μm以下。該平均粒徑超過3mm時，變成反應性顯著惡化，生產性劣化之結果。
尚且，本說明書中所謂「平均粒徑」係意味著粒徑(粒度)的算術平均值。平均粒徑例如測定適當個數(例如100個)粒子之各粒徑後，可藉由將此等粒徑之合計，除以經測定之粒子的個數來算出。
作為上述碳化矽粉末之製造所使用之碳質原 料，例如可列舉石油焦、煤瀝青、碳黑、各種有機樹脂等。此等可單獨1種或組合2種以上使用。其中，從純度及粒度之觀點來看，以碳黑為佳。
碳質原料之平均粒徑，從與矽酸質原料的反應性觀點來看，較佳為1nm~500μm，更佳為5nm~100μm，再更佳為10nm~10μm，再更佳為20nm~1μm，再更佳為30~500nm，特佳為50~300nm。尚且，碳質原料於存在一次粒子與二次粒子(例如碳黑)時，於此所謂碳質原料之平均粒徑係指一次粒子之平均粒徑。
作為上述碳化矽粉末之製造所使用之碳化矽製造用原料的其他例，可列舉係碳與矽酸每個以整體分布於粒子內的方式之經調製之粒子，粒子內之碳與矽酸的混合莫耳比(C/SiO2)，較佳為2.5~4.0，更佳為2.8~3.6，特佳為2.9~3.3之粒子集合體之粉末。
上述碳化矽粉末之製造所使用艾其遜爐之發熱體的種類，在可通過電的限制下，並未特別限制，例如可列舉石墨粉、碳棒等。發熱體中，碳以外雜質之含有率(B、P等之含有率的合計)，以比上述碳化矽製造用原料中所包含雜質之含有率更小為佳。
發熱體之形態若為可通電於發熱體，可為粉狀可為棒狀。又，棒狀時，該棒狀體之形態亦未特別限定，可為圓柱狀可為角柱狀。
將上述之碳化矽製造用原料使用艾其遜爐加熱後，藉由粉碎可得到本發明之碳化矽粉末。
藉由使用艾其遜爐，與其他電爐等相比較，可便宜且大量、而且安全地製造碳化矽粉末。
作為艾其遜爐，使用一般者即可(例如為大氣開放型，爐本體之剖面為略呈U字狀之爐)。
藉由通電加熱艾其遜爐之發熱體，在發熱體之周圍引起下述式(1)所示之直接還原反應，而生成碳化矽(SiC)之塊狀物。
SiO2+3C → SiC+2CO (1)
上述反應所進行的溫度，較佳為1,600~3,000℃，更佳為1,600~2,500℃。
將所得到碳化矽之塊狀物使用球磨機等，粉碎至特定之粒度後，藉由使用篩進行分級，可得到本發明之碳化矽粉末。
艾其遜爐因為爐大，且於非氧化性雰圍氣下進行反應，與其他電爐等相比較，可得到雜質(B、P等)之含有率低之碳化矽粉末。雜質之含有率低之碳化矽粉末，適合作為功率半導體等所使用之單晶的原料。
藉由上述製造方法而製造之碳化矽粉末，通常係由粒度1μm以上，且1mm以下之粒子的比例為90體積%以上之一次粒子經複數凝集之粒子所構成。因此，碳化矽粉末之粒度(一次粒子為為經複數凝集之粒子的粒度)無論是否有特定之大小，可使布雷恩比表面積增大。
又，上述碳化矽粉末之真密度通常為2.90~3.10g/cm3。
藉由將本發明之碳化矽粉末作為昇華再結晶法(改良雷利法)的原料使用，可輕易得到碳化矽單晶。以下一邊參照圖1來進行說明。
於由本體2及上蓋3所構成之坩堝1之上蓋3的內側之面(底面部分)，作為碳化矽種結晶4，由研磨設置顯現Si面之單晶板。另外，於坩堝1內，將本發明之碳化矽粉末(單晶之原料)5以體積密度成為較佳為0.7~1.4g/cm3，更佳為0.8~1.3g/cm3，再更佳為0.9~1.2g/cm3，特佳為1.0~1.1g/cm3的方式進行收容。然後，藉由加熱，並藉由使碳化矽粉末5昇華，可使碳化矽單晶6成長於種結晶4上。
上述體積密度為0.7g/cm3以上時，因為碳化矽粉末5中之空隙小，充分傳導熱，可更加增大碳化矽粉末5之昇華速度。上述體積密度為1.4g/cm3以下時，因為碳化矽粉末5不會變成過度精密，使所產生之昇華氣體變得容易從碳化矽粉末5之內部排出，可更加增大碳化矽單晶6的成長速度。
碳化矽粉末5之加熱溫度，較佳為2,000~5,000℃，更佳為2,200~4,000℃，特佳為2,300~3,000℃。加熱溫度為2,000℃以上時，碳化矽粉末5變得更容易昇華。加熱溫度為5,000℃以下時，於能量成本的點來看係有利。
尚且，作為坩堝1，例如可列舉石墨製者。
坩堝1所收容之碳化矽粉末5的熱傳導率， 較佳為0.05~0.15W/m．K，更佳為0.06~0.12W/m．K，特佳為0.07~0.10W/m．K。上述熱傳導率為0.05W/m．K以上時，傳導熱至碳化矽粉末更為容易，進一步提昇生產性。上述熱傳導率為0.15W/m．K以下時，放熱被抑制，可節約必要之熱能量。
尚且，上述熱傳導率可使用熱傳導率測定裝置(理學公司製、商品名「熱傳導率測定裝置TCi」)藉由熱浸透法進行測定。
本發明之碳化矽粉末因為加熱時之昇華速度大，若將該粉末作為昇華再結晶法的原料使用，可增大種結晶上碳化矽單晶的成長速度。由此，可降低用以製造碳化矽單晶的能量成本。又，因為碳化矽單晶的成長速度大，可縮短用以得到成為目的之碳化矽單晶所需的時間，可提昇生產性。又，即使於高壓下亦可進行碳化矽單晶的成長，雜質之控制(反應時藉由於高壓進行，可防止雜質混入)變得容易進行。
又，昇華再結晶法中，即使溫度梯度小，亦可維持大的昇華速度，於所得到之碳化矽單晶的周圍難以產生雜晶，可實現晶圓的大型化。
進而，本發明之碳化矽粉末因為體積密度小，且存在於粉末中之空隙大，所產生之昇華氣體無法蓄積於碳化矽粉末的內部，故昇華氣體於碳化矽粉末的內部藉由進行再結晶，可防止精密化，使未昇華而殘存之碳化矽的量變少。因此，可使成品率提昇。
[實施例]
以下，雖由實施例更具體說明本發明，但本發明並非被限定於此等之實施例。
[使用原料]
(1)矽酸質原料(碳化矽粉末B的原料)
高純度二氧化矽(係非晶質二氧化矽之二氧化矽凝膠)；二氧化矽之含有率(絕乾狀態)：99.99質量%以上；氧原子除外之雜質之含有率：10ppm以下；平均粒徑：600μm；太平洋水泥公司製)
(2)碳質原料(碳化矽粉末B的原料)
碳黑(東海碳公司製；商品名「Seast TA」；平均粒徑：122nm)
(3)發熱體(碳化矽粉末B之製造用)
發熱體用石墨粉(太平洋水泥公司製之試製品：將碳黑於3,000℃經熱處理者)
(4)碳化矽粉末(碳化矽粉末A、C之材料)
研磨用碳化矽粉末(屋久島電工公司製；商品名「GC」；氧原子除外之雜質之含有率：495ppm；碳化矽之含有率：99.5質量%；碳化矽的種類：α型)
[分析方法]
(1)布雷恩比表面積
遵循「JIS R 5201」來測定布雷恩比表面積。
(2)真密度
由比重瓶(Pycnometer)法(氣體交換)，使用島津製作所公司製之「Accupyc1330」(商品名)，來測定真密度。
(3)B(硼)及P(磷)之含有率
根據藉由土壤中B(硼)之分析方法(參照BUNSEKI KAGAKU VOL47,No7,pp451-454)之鹼熔融法之ICP-AES分析，測定B(硼)及P(磷)之含有率。
具體而言，將試料1g及Na2CO34g加入白金坩堝後，將此白金坩堝載置於電爐內並於700℃下加熱1小時。其次每1小時，一邊攪拌白金坩堝內之混合物，一邊於800℃下加熱4小時，進而於1000℃下加熱15分鐘。於加熱後之混合物(融成物)添加50質量%之HCl 20ml，使用熱板，於140℃下10分鐘，一邊瓦解融成物一邊溶解。加入水稀釋成100ml後，進行過濾，對於所得到之固體成分進行ICP-AES分析。
(4)B及P以外之元素(Al、Fe、Ti、Cu，及Ni)之含有率
根據藉由「JIS R 1616」所記載之加壓酸分解法之ICP-AES分析，來測定B及P以外之元素。
(5)氧(O)之含有率
使用LECO公司製之「TCH-600」，來測定氧(O)之含有率。
(6)熱傳導率
使用熱傳導率測定裝置(理學公司製、商品名「熱傳導率測定裝置TCi」)藉由熱浸透法，來測定熱傳導率。
[碳化矽粉末A之製造]
將上述「使用原料」之(4)所記載之研磨用碳化矽粉末以球磨機粉碎，得到表1所示之粒度、布雷恩比表面積，及具有真密度之碳化矽粉末A。尚且，粒度為0.85~1.70mm之碳化矽粉末的比例為99體積%以上。
碳化矽粉末A與後述之碳化矽粉末B不同，並非具有一次粒子經凝集之粒子形態者。
[碳化矽粉末B之製造]
將上述「使用原料」之(1)及(2)所記載之高純度二氧化矽及碳黑，使用2軸混合機以碳與矽酸的莫耳比(C/SiO2)成為3.0的方式進行混合，得到碳化矽製造用原料160kg。將所得到之碳化矽製造用原料，及上述「使用原料」之(3)所記載之發熱體用石墨粉，收容在艾其遜爐(艾其遜爐之內尺寸；長1000mm、寬500mm、高500mm)中之後，於約2500℃下進行約10小時之通電加熱，生成碳化矽之塊狀物20.0kg。
將所得到之碳化矽之塊狀物使用球磨機粉碎。粉碎後，使用篩來分級碳化矽的粉碎物，粒度為0.85~1.70mm之碳化矽粉末的比例為99體積%以上，得到表1所示之碳化矽粉末B(碳化矽之種類：α型與β型的混 合)。
將碳化矽粉末B使用掃描型電子顯微鏡觀察時，瞭解到具有1μm以上，且1mm以下之粒子徑之各式各樣一次粒子為經凝集之粒子形態。於圖2簡易表示顯示碳化矽粉末的相片之圖。
構成碳化矽粉末之一次粒子的全量中，粒度為1μm以上，且1mm以下之粒子的比例為100體積%。又，構成碳化矽粉末之一次粒子的全量中，粒度為100~800μm之粒子的比例為90體積%以上。
又，將所得到各自碳化矽粉末中之雜質(B、P、Al、Fe、Ti、Cu、Ni，及O)之含有率，使用上述之分析方法來測定。將結果表示於表2。
碳化矽粉末中之雜質(氧原子除外)之含有率，為100ppm以下。又，碳化矽粉末中碳化矽之含有率(純度)為99.99質量%以上。
[碳化矽粉末C之製造]
將上述「使用原料」之(4)所記載之研磨用碳化矽粉末以球磨機粉碎，得到表1所示之粒度、布雷恩比表面積，及具有真密度之碳化矽粉末C。尚且，粒度為0.05~0.70mm之碳化矽粉末的比例為99體積%以上。
Figure TWI613335BD00001
Figure TWI613335BD00002
[實施例1]
將「碳化矽粉末A」1140g加入石墨製坩堝。又，於石墨製坩堝之上蓋部分，作為種結晶，設置由研磨顯現於Si面之單晶板。尚且，坩堝中碳化矽粉末A的體積密度為1.26g/cm3。又，將坩堝中碳化矽粉末A的熱傳導率使用上述之分析方法來測定。
將上述石墨製坩堝在1Torr之壓力下，藉由於2,300℃下進行加熱，使坩堝中碳化矽粉末A昇華，使碳化矽單晶成長於種結晶上。加熱係於種結晶上，經成長之碳化矽單晶以成為13mm厚度之方式進行。碳化矽單晶成為13mm厚度為止所需要的時間為63小時。反應終了後，測定所殘存之碳化矽粉末的質量(殘存量)時為772g，由此測定結果，瞭解到殘存投入量的67.7%。
從上述時間(63小時)，與所殘存之碳化矽粉末的量(772g)，算出碳化矽粉末的昇華速度，及碳化矽單晶的成長速度。將結果表示於表3。
[實施例2]
除了取代碳化矽粉末A，改使用「碳化矽粉末B」935g之外，其他與實施例1以相同方式進行，得到碳化矽單晶。將結果表示於表3。
[比較例1]
除了取代碳化矽粉末A，改使用「碳化矽粉末C」1400g之外，其他與實施例1以相同方式進行，得到碳化矽單晶。將結果表示於表3。
Figure TWI613335BD00003
表3中，於使用本發明之碳化矽粉末時(實施例1~2)，與使用非對應本發明之碳化矽粉末的情況(比較例1)相比較，瞭解到碳化矽單晶的成長速度大，又，於反應終了後，未昇華而殘存之碳化矽粉末的量少。
1‧‧‧坩堝
2‧‧‧本體
3‧‧‧上蓋
4‧‧‧碳化矽種結晶
5‧‧‧碳化矽粉末(單晶的原料)
6‧‧‧碳化矽單晶

Claims (3)

  1. 一種碳化矽單晶之製造方法，其係將碳化矽粉末作為原料使用，於坩堝內，藉由將上述碳化矽粉末以體積密度成為0.7~1.4g/cm3之方式進行收容並加熱，使碳化矽單晶成長於設置在坩堝之上蓋的底面部分之碳化矽種結晶上，藉由昇華再結晶法之碳化矽單晶之製造方法，其特徵為上述碳化矽粉末係滿足以下(a)~(c)條件者，(a)布雷恩比表面積(Blaine specific surface area)為250~1,000cm2/g，(b)該碳化矽粉末的全量中，粒度為0.85mm~1.70mm之碳化矽粉末的比例為90體積%以上，(c)凝集粒度由1μm以上，且1mm以下之粒子的比例為90體積%以上之一次粒子的粒子所構成。
  2. 如請求項1之碳化矽單晶之製造方法，其中，上述碳化矽粉末係為，由α型碳化矽所構成之粉末、由β型碳化矽所構成之粉末，或由α型碳化矽與β型碳化矽之混合物所構成之粉末。
  3. 如請求項1或2之碳化矽單晶之製造方法，其係於坩堝內，藉由將上述碳化矽粉末以熱傳導率成為0.05~0.15W/m．K之方式進行收容並加熱，使碳化矽單晶成長於設置在坩堝之上蓋的底面部分之碳化矽種結晶上。
TW102143772A 2013-07-31 2013-11-29 碳化矽粉末及碳化矽單晶的製造方法 TWI613335B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-158838 2013-07-31
JP2013158838 2013-07-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201504488A TW201504488A (zh) 2015-02-01
TWI613335B true TWI613335B (zh) 2018-02-01

Family

ID=52431229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102143772A TWI613335B (zh) 2013-07-31 2013-11-29 碳化矽粉末及碳化矽單晶的製造方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9816200B2 (zh)
EP (1) EP3028994B1 (zh)
JP (1) JP6230106B2 (zh)
KR (1) KR102145650B1 (zh)
CN (1) CN105246826B (zh)
HK (1) HK1212667A1 (zh)
TW (1) TWI613335B (zh)
WO (1) WO2015015662A1 (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6581405B2 (ja) * 2015-06-25 2019-09-25 太平洋セメント株式会社 炭化ケイ素粉末、その製造方法、及び、炭化ケイ素単結晶の製造方法
JP6420735B2 (ja) * 2015-07-28 2018-11-07 太平洋セメント株式会社 炭化ケイ素粉末
CN105502403B (zh) * 2016-01-14 2017-05-10 太原理工大学 一种有序介孔碳化硅的制备方法
CN105858664B (zh) * 2016-06-17 2017-11-28 大同新成新材料股份有限公司 可提高碳化硅质量的方法及艾奇逊炉
TWI616401B (zh) 2016-11-15 2018-03-01 財團法人工業技術研究院 微米粉體與其形成方法
JP6749230B2 (ja) * 2016-12-27 2020-09-02 太平洋セメント株式会社 炭化珪素の製造方法
JP7019362B2 (ja) * 2017-09-29 2022-02-15 太平洋セメント株式会社 炭化珪素粉末
JP2019119663A (ja) * 2018-01-11 2019-07-22 太平洋セメント株式会社 ＳｉＣ粉末及びこれを用いたＳｉＣ単結晶の製造方法
JP7166111B2 (ja) 2018-09-06 2022-11-07 昭和電工株式会社 単結晶成長方法
JP7170470B2 (ja) * 2018-09-06 2022-11-14 昭和電工株式会社 単結晶成長用坩堝及び単結晶成長方法
CN109913943A (zh) * 2019-03-05 2019-06-21 扬州港信光电科技有限公司 一种SiC基板的制造方法
KR102192815B1 (ko) * 2019-03-21 2020-12-18 에스케이씨 주식회사 잉곳의 제조방법, 잉곳 성장용 원료물질 및 이의 제조방법
CN110016718A (zh) * 2019-04-19 2019-07-16 天通凯成半导体材料有限公司 一种用于生长高质量碳化硅晶体原料提纯的处理方法
KR102068933B1 (ko) 2019-07-11 2020-01-21 에스케이씨 주식회사 탄화규소 잉곳 성장용 분말 및 이를 이용한 탄화규소 잉곳의 제조방법
KR102269878B1 (ko) * 2019-10-24 2021-06-30 하나머티리얼즈(주) 탄화 규소 분말 및 단결정 탄화 규소의 제조 방법
TWI777692B (zh) * 2020-08-17 2022-09-11 環球晶圓股份有限公司 碳化矽晶圓及其製備方法
AT524237B1 (de) * 2020-09-28 2022-04-15 Ebner Ind Ofenbau Vorrichtung zur Siliziumcarbideinkristall-Herstellung
CN113501524A (zh) * 2021-06-10 2021-10-15 青海圣诺光电科技有限公司 一种碳化硅粉末的制备方法
CN114182348B (zh) * 2021-10-28 2023-09-19 江苏吉星新材料有限公司 减少碳包裹的碳化硅单晶的制备方法
CN114032607B (zh) * 2021-11-02 2024-01-09 西北工业大学 一种采用碳化锆籽晶制备碳化锆晶须的方法
CN116443880A (zh) * 2023-03-02 2023-07-18 安徽微芯长江半导体材料有限公司 一种提高碳化硅粉料堆积密度的方法
KR102672791B1 (ko) * 2023-10-25 2024-06-05 주식회사 쎄닉 탄화규소 잉곳의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007284306A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶及びその製造方法
WO2012067011A1 (ja) * 2010-11-15 2012-05-24 独立行政法人産業技術総合研究所 炭化ケイ素単結晶製造用炭化ケイ素粉体及びその製造方法
WO2013027790A1 (ja) * 2011-08-24 2013-02-28 太平洋セメント株式会社 炭化珪素粉末及びその製造方法
JP2013112541A (ja) * 2011-11-25 2013-06-10 Taiheiyo Cement Corp 炭化珪素を含む耐火物の製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57122043A (en) * 1981-01-23 1982-07-29 Ube Ind Ltd Preparation of oxalic acid diester
JPH0525079A (ja) * 1990-05-25 1993-02-02 Nippon Shokubai Co Ltd 置換ベンズアルデヒドの製造方法
JPH07157307A (ja) 1993-12-06 1995-06-20 Bridgestone Corp 炭化ケイ素単結晶製造用高純度β型炭化ケイ素粉末の製造方法
JP2005239496A (ja) 2004-02-27 2005-09-08 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶育成用炭化珪素原料と炭化珪素単結晶及びその製造方法
JP2007223867A (ja) 2006-02-24 2007-09-06 Bridgestone Corp 粉体表面平坦化治具及び炭化ケイ素単結晶の製造方法
JP4547031B2 (ja) * 2009-03-06 2010-09-22 新日本製鐵株式会社 炭化珪素単結晶製造用坩堝、並びに炭化珪素単結晶の製造装置及び製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007284306A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶及びその製造方法
WO2012067011A1 (ja) * 2010-11-15 2012-05-24 独立行政法人産業技術総合研究所 炭化ケイ素単結晶製造用炭化ケイ素粉体及びその製造方法
WO2013027790A1 (ja) * 2011-08-24 2013-02-28 太平洋セメント株式会社 炭化珪素粉末及びその製造方法
JP2013112541A (ja) * 2011-11-25 2013-06-10 Taiheiyo Cement Corp 炭化珪素を含む耐火物の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160036527A (ko) 2016-04-04
JP6230106B2 (ja) 2017-11-15
KR102145650B1 (ko) 2020-08-19
TW201504488A (zh) 2015-02-01
CN105246826A (zh) 2016-01-13
EP3028994A1 (en) 2016-06-08
WO2015015662A1 (ja) 2015-02-05
US20160160386A1 (en) 2016-06-09
HK1212667A1 (zh) 2016-06-17
EP3028994A4 (en) 2017-03-29
CN105246826B (zh) 2017-06-16
US9816200B2 (en) 2017-11-14
EP3028994B1 (en) 2020-06-10
JP2015044726A (ja) 2015-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI613335B (zh) 碳化矽粉末及碳化矽單晶的製造方法
KR101413653B1 (ko) 고순도 탄화규소 분말의 제조방법
JP5999715B2 (ja) 炭化珪素粉末の製造方法
JP6210598B2 (ja) 炭化珪素粉末の製造方法
CN103209923A (zh) 碳化硅单晶制造用碳化硅粉体及其制造方法
JP2018016498A (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
JP6297812B2 (ja) 炭化珪素の製造方法
JP6757688B2 (ja) 炭化ケイ素粉末、その製造方法、及び炭化ケイ素単結晶の製造方法
JP7019362B2 (ja) 炭化珪素粉末
JP2019151533A (ja) 炭化ケイ素粉末
JP6304477B2 (ja) 炭化珪素粉粒体及びその製造方法
JP2018104216A (ja) 炭化珪素粉末及びこれを原料とする炭化珪素単結晶の製造方法
Liu et al. Effect of removal of silicon on preparation of porous SiC ceramics following reaction bonding and recrystallization
JP6990136B2 (ja) 炭化ケイ素粉末
CN111575801A (zh) 一种制备方法和晶片生长原料
JP6378041B2 (ja) 炭化珪素粉末、粒度が調整された炭化珪素粉末の製造方法、及び、炭化珪素単結晶の製造方法
JP6527430B2 (ja) 炭化珪素の製造方法
JP6508583B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2019112239A (ja) ＳｉＣ粉末及びその製造方法
JP6581405B2 (ja) 炭化ケイ素粉末、その製造方法、及び、炭化ケイ素単結晶の製造方法
Jung et al. Preparation of particle-size-controlled SiC powder for single-crystal growth
JP2022136848A (ja) 炭化ケイ素粉末およびその製造方法
Morito et al. Synthesis of SiC via low-temperature heating of graphite and Si with Na flux
JP2017171564A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
NO882343L (no) Heksagonale siliciumkarbidplater og fremgangsmaater for fremstilling og anvendelse derav.