CN105000888B - 高电阻率碳化硅 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高电阻率碳化硅。在此提供了一种再结晶的碳化硅本体，该再结晶的碳化硅本体具有不小于约1E5Ω cm的电阻率以及包括结合在该本体之中的氮原子的氮含量，其中该氮含量是不大于约200ppm。

Description

高电阻率碳化硅
本申请是申请日为2008年10月29日，申请号为200880119846.X，发明名称为“高电阻率碳化硅”的申请的分案申请。
技术领域
本披露总体上是针对碳化硅本体，并且具体是针对具有高电阻率的再结晶的碳化硅本体。
背景技术
半导体器件工业在生产更小的器件的需求的驱使下，特别是在每个晶片上生产更多器件的需求的驱使下，在以加快的步伐继续向前发展。这已经导致了在更大晶片上生产的更小器件的继续发展，这自然允许每个晶片上的更大数目的器件以及因此增加的产量。除了向在更大晶片上加工器件前进之外，一些企业正在离开成批加工而朝向单晶片加工(SWP)技术。许多制造商已经发现，从成批加工到单晶片加工的改变使得能够改进在每片晶片上制造的器件的控制。此外，从成批加工到SWP的改变值得注意地减少了晶片至晶片的变化。因此，因为在形成现有技术的器件所要求的纳米尺寸的层时加工控制是必不可少的，所以SWP使得制造商们能够改进他们的生产。因此，因为一次只加工一个晶片，该方法的可拓展性在成批加工平台上得到改进并且因此在加工增大尺寸的晶片中允许制造商们有更大的灵活性。
这些平台的供应商们正在不断地寻找将改进SWP平台的能力的部件。因此，此类部件将会改进物理和化学特性，连同耐久性以及与其他部件和被加工的晶片的相容性。这样，工业界，并且特别是SWP工业，继续要求用于结合进入SWP平台中的改进的部件和材料。
发明内容
本发明涉及一种通过升华再结晶方法形成的多晶式再结晶的碳化硅本体，该本体包括不小于约1E5Ωcm的电阻率；结合在该本体之中的氮原子的一个氮含量，其中该氮含量是不大于约75ppm；以及覆盖在该本体的至少一部分上的一个表面部分，其中该表面部分包括碳化硅。
本发明涉及一种通过升华再结晶方法形成的多晶式再结晶的碳化硅本体，该本体包括不小于约1e5Ωcm的电阻率；结合在该本体之中的氮原子的一个氮含量，其中该氮含量是不大于约75ppm；以及覆盖在该本体的至少一部分上的一个表面部分，其中该表面部分具有不小于10微米的平均厚度。
本发明还涉及一种通过升华再结晶方法形成的多晶式再结晶的碳化硅本体，该本体包括不小于约1e5Ωcm的电阻率；结合在该本体之中的氮原子的一个氮含量，其中该氮含量是不大于约75ppm；以及覆盖在该本体的至少一部分上的一个表面部分，其中该表面部分是使用沉积方法形成的。
附图说明
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域技术人员变得清楚。
图1是一个流程图，它展示了根据一个实施方案用于形成一种再结晶的碳化硅本体的方法。
图2是一个流程图，它展示了根据一个实施方案用于形成一种再结晶的碳化硅本体的方法。
在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
具体实施方式
参见图1，它展示的流程图提供了根据一个实施方案用于形成一种再结晶的碳化硅本体的方法。该方法开始于步骤101，这是通过使粗碳化硅颗粒与细碳化硅颗粒相结合以形成一种混合物。典型地，这些粗和细碳化硅颗粒是以一种干燥的形式(如一种粉末)相结合以形成一种干混合物。然而，如将在此说明的，这种干混合物可以被制成一种湿混合物，如一种浆料。形成具有一种双峰粒度分布或甚至三峰粒度分布的一种混合物有助于通过一种再结晶方法形成一种碳化硅本体。
关于这些碳化硅颗粒的平均粒度，总体上这些粗碳化硅颗粒具有不小于约30微米的平均粒度。在一个实施方案中，这些粗碳化硅颗粒的平均粒度是更大的，如不小于约40微米，或不小于约60微米，或甚至不小于约70微米。进而，这些粗碳化硅颗粒具有总体上不超过约300微米的平均粒度。
关于这些细碳化硅颗粒的平均粒度，总体上讲，这些细碳化硅颗粒具有的平均粒度小于这些粗碳化硅颗粒的平均粒度。具体地说，这些细碳化硅颗粒可以具有的平均粒度不大于这些粗碳化硅颗粒的平均粒度的大约一半。根据一个实施方案，这些细碳化硅颗粒具有不大于约15微米的平均粒度。在另一个实施方案中，这些细碳化硅颗粒具有不大于约5微米的平均粒度，如不大于约2微米、或甚至不大于约1微米。进而，这些细碳化硅颗粒的平均粒度是受限的，如这些颗粒总体上具有在约0.1微米与约10微米之间的范围内的平均粒度。
在一些实施方案中，粗碳化硅颗粒和细碳化硅颗粒可以与中间尺寸的碳化硅颗粒相结合以形成一种三峰混合物。总体上讲，中间尺寸的碳化硅颗粒的平均粒度是小于约200微米，并且更典型地小于约100微米。在三峰混合物的情况下，这些中间尺寸的碳化硅颗粒可以具有更小的平均粒度，如不大于约75微米，或不大于约50微米，或甚至不大于约25微米。进而，在此类三峰混合物中，中间尺寸的碳化硅颗粒的平均粒度总体上是不小于约1微米。
总体上讲，使这些粗碳化硅颗粒与细碳化硅颗粒相结合包括使用特定量值的这些细和粗粒度的组分的每一种来讲行这些颗粒的结合。这样，总体上讲，该混合物包括不小于约10wt％的粗碳化硅颗粒。其他实施方案利用了更大含量的粗颗粒，这样该混合物包括不小于约30wt％、或不小于约50wt％、或甚至不小于约75wt％的粗碳化硅颗粒。进而，该混合物中的粗碳化硅颗粒的量总体上是不大于约80wt％，并且特别地是在约20wt％与约70wt％之间的范围内。
因此，该混合物中的细碳化硅颗粒的量总体上是不小于约10wt％，并且更特别地是不小于约30wt％。其他实施方案在该混合物中使用了更大含量的细碳化硅颗粒，如不小于约50wt％、或不小于约75wt％。典型地，该混合物包括的细碳化硅颗粒不大于约80wt％，并且特别地在约20wt％与约70wt％之间的范围内。
在三峰混合物的情况下，该混合物中可以加入一定百分比的中间尺寸的碳化硅颗粒。在此类混合物中的中间尺寸的碳化硅颗粒的含量总体上是不小于约10wt％。其他实施方案使用了更大含量的此类中间尺寸的碳化硅颗粒，如不小于约20wt％，或不小于约40wt％。典型地，一种三峰混合物将不包括大于约75wt％的中间尺寸的碳化硅颗粒。
进一步关于这些粗和细碳化硅颗粒，典型地所获得的此类颗粒使得该碳化硅材料具有低含量的杂质，特别是没有金属元素。这样，该碳化硅材料的纯度总体上是不小于约97％的纯碳化硅、或甚至不小于约99.9％的纯碳化硅。根据一个具体实施方案，这些碳化硅颗粒的纯度是不小于约99.99％的纯碳化硅。
这些细和粗碳化硅颗粒的结合可以包括将此类颗粒在一种干混合物或者一种湿混合物中进行结合。根据一个实施方案，结合这些粗和细碳化硅颗粒包括形成一种湿混合物、或一种浆料。形成一种浆料可以帮助某些形成方法，例如，一种滑移浇铸方法。这样，该浆料在一种液体载体中包括这些细和粗的颗粒、以及有可能的中间颗粒，该液体载体可以是一种有机的或无机的材料。根据一个实施方案，该液体载体是水性的，即该浆料包括与水结合的碳化硅颗粒的干混合物。值得注意的是，该浆料除了该液体载体之外可包括其他添加剂，这包括有助于适当的浆料流变学和化学性的有机或无机的化合物，例如像表面活性剂类和粘合剂类。
进一步关于形成一种湿混合物，浆料(它可以包括粗和细碳化硅颗粒)中的干组分的百分比总体上是不大于该浆料的总重量的50wt％。根据一个具体实施方案，浆料中的干组分的百分比是不大于40wt％，如不大于约30wt％，或不大于约20wt％。因此，浆料中的干组分的百分比典型地是不小于约5wt％。这样，浆料中的液体载体的量总体上是不小于约10wt％。在一个实施方案中，浆料中的液体载体的量是不小于约30wt％，如不小于约50wt％，或甚至不小于约75wt％。总体上讲，浆料中的液体载体的量是在约20wt％与约80wt％之间的范围内。
该方法在步骤103继续，这是通过使混合物成型以形成一个生坯物品。总体上讲，成型方法可以包括的方法是诸如浇铸、模制、挤出、压制、或它们的组合。成型方法部分地是由形成的混合物的类型(这就是说，湿的或干混合物)来决定的。根据一个具体实施方案，成型方法包括一种浇铸方法，并且更具体地是一种滑移浇铸方法，其中包含这些粗和细碳化硅颗粒(若不是还有中间尺寸的颗粒的话)的浆料被倒进一个模具中并浇铸以形成具有特定外形的一个生坯物品。
在使混合物成型以形成一个生坯物品之后，该方法典型地包括一种干燥处理以给予该生坯物品适当的强度。该干燥处理可以包括使该生坯物品在减小了湿度的气氛中暴露于升高的温度。干燥该生坯物品典型地包括在可以大于室温(22℃)、但是典型地小于约200℃的温度下，或在某些情况下在小于约100℃的温度下对生坯物品进行干燥。典型地，干燥的持续时间是小于约2天，如小于1天，或甚至小于约12小时。
在干燥处理的过程中，该生坯碳化硅物品可经受某些线性收缩，然而这种收缩与其他成型方法相比可能是最小的。总体上讲，线性收缩的量是不大于约5％。其他实施方案可以具有更小的收缩，如不大于约3％，或甚至不大于约1％。
再次参见图1，在步骤103中形成该生坯物品之后，该方法在步骤105继续，这是通过将生坯物品加热至一个升华温度以形成一个再结晶的碳化硅(ReSiC)本体。如在此使用的，术语“加热”(特别是在升华温度的情况下)是指一个加热温度，在该温度下这些细碳化硅颗粒升华至气态并且在此之后，在这些粗碳化硅颗粒上再结晶以形成一个ReSiC本体。总体上讲，该升华温度典型地是大于约1700℃。根据一个实施方案，该升华温度是大于约1800℃，如大于约1900℃，或甚至大于约2000℃。典型地，该升华温度是不大于约2500℃。
在加热该生坯物品的过程中，该方法可以在有助于升华的一个减压气氛中进行。这样，该气氛总体上具有不大于约25托的压力。根据另一个实施方案，加热是在不大于约20托的压力下进行，如不大于约15托，或甚至不大于约10托。这样，该压力典型地是在约4托与约15托之间的范围内，并且更特别地是在约4托与约12托之间的范围内。
进一步关于该气氛，典型地，在加热过程中该气氛包含一种气体或气体的混合物，它与正常的大气的气体是不同的。这就是说，在加热过程之前可以将正常的大气清除并且用适合的气体代替。特别适合的气体包括惰性气体或多种惰性气体的组合，或更特别的是多种稀有气体。根据一个具体实施方案，在加热过程中的气氛包括氩气，这样不小于约90vol％的气氛是氩气。
此外，除了提供包括适当气体(如惰性气体)的一种气氛之外，加热过程中可以使这些气体流动经过腔室。根据一个具体实施方案，该惰性气体可以按不小于约2标准立升/每分钟(SLPM)的速率流动经过腔室，其中该加热炉具有不小于约1m3的体积，并且在一个更具体的实施方案中是1.25m3(直径52英寸并且深度36英寸)。在另一个实施方案中，流速是更大的，如不小于约4SLPM，或不小于约6SLPM，或甚至不小于约8SLPM。总体上讲，惰性气体的更高的流速改进了加工条件。然而，根据一个具体实施方案，对于具有大致1.25m3的体积的一个加热炉该流速是不大于约20SLPM。
具体地讲，在加热过程中，该气氛包含减小的氮含量。根据一个实施方案，在该腔室之中的氮含量被减小，这样氮气的浓度是不大于约15ppm。其他实施方案可以使用更小浓度的氮气，如不大于约12ppm，或不大于约10ppm，或甚至不大于约8ppm。总体上讲，该气氛中的更低浓度的氮气增强了加工条件以及一种适当物品的形成。然而，在一个具体实施方案中，该氮气浓度是不小于约1ppm。
典型地，该加热过程在升华温度下进行了不小于约30分钟的持续时间。根据一个实施方案，升华温度下的加热进行了不小于约1小时的持续时间，如不小于约4小时，或甚至不小于约8小时。在此的多个实施方案使用的在升华温度下加热的持续时间典型地在约1小时与8小时之间的范围内、并且典型地不大于约12小时。
在加热以形成一个再结晶的SiC本体的过程中，该本体经受了小量的线性收缩。该小程度的线性收缩有助于形成近似网状的物品并且减少了后期加工成型和机加工操作。总体上讲，该线性收缩是不大于约3％。事实上，在加热过程中的该ReSiC本体线性收缩可以是更小的，如不大于约2％，不大于约1％或甚至不大于约0.5％。典型地，在加热过程中的该ReSiC本体的线性收缩是在约0.1％与约3％之间的范围内。
通过图1中描绘的方法形成的再结晶的碳化硅本体是一种高电阻率的再结晶的碳化硅本体。这就是说，该ReSiC本体在300K具有不小于约1E5Ωcm的电阻率。在一个具体实施方案中，该ReSiC本体的电阻率是不小于约1E6Ωcm，如不小于约1E7Ωcm，或甚至不小于约1E8Ωcm(在300K)。总体上讲，该ReSiC本体的电阻率是在约1E5Ωcm与约1E12Ωcm之间的范围内(在300K)。并且更具体地讲是在约1E7Ωcm与约1E11Ωcm之间的范围内(在300K)。应当理解，在此提供的所有这些电阻率值是基于ASTM4496获得的。
进一步关于根据图1中提供的方法所形成的ReSiC本体，典型地，该ReSiC本体在本体之中具有不大于200ppm的氮含量。如在此使用的，术语“氮含量”是指结合(例如，共价地结合)在该ReSiC本体之中的氮原子的含量。如以上提供的，该ReSiC本体的氮含量总体上是不大于约200ppm，并且甚至不大于约150ppm。根据一个具体实施方案，该ReSiC本体具有更小的氮含量，如不大于约100ppm，或不大于约75ppm，或甚至不大于约50ppm。该氮含量典型地是在约1ppm与约150ppm之间的范围内。
该ReSiC本体总体上具有一种多晶结构，包括多种晶粒。总体上讲，在该ReSiC本体之中的这些碳化硅晶粒的平均晶粒尺寸是不小于约0.5微米。进而，其他实施方案使用具有更大晶粒的一种多晶体，这样该平均晶粒尺寸是不小于约50微米，或不小于约75微米，或甚至不小于约100微米。典型地，该平均晶粒尺寸是在约20微米与约200微米之间的范围内。
该ReSiC本体总体上具有包括开放的和闭合的孔隙的孔隙含量。这样，该ReSiC本体典型地具有不小于该本体的整个体积约5vol％的孔隙率。在一个实施方案中，该孔隙率是不小于约8vol％，如不小于约10vol％或甚至不小于约12vol％。典型地，该ReSiC本体的孔隙率是在约5vol％与约25vol％之间的范围内，并且典型地，该孔隙率是不大于约50vol％。
此外，该ReSiC本体可以具有特殊的密度，如不大于约2.9g/cc。在另一个实施方案中，该密度是更小的，如不大于约2.8g/cc，或甚至不大于约2.7g/cc。
进一步关于所形成的再结晶物品，该ReSiC本体典型地具有不大于约30瓦特/mK的热传导率。根据一个实施方案，该ReSiC本体具有不大于约28瓦特/m K的热传导率，如不大于约26瓦特/m K。典型地，该ReSiC本体具有的热传导率在约20瓦特/mK与约26瓦特/mK之间的范围内。
关于该ReSiC本体的机械特性，适当的机械特性有助于该ReSiC本体在某些应用中的使用。总体上讲，该ReSiC本体的断裂模量(MOR)是不大于约300MPa。具体地讲，该ReSiC本体总体上具有不大于约250MPa的MOR，如不大于约225MPa，或甚至不大于约150MPa。根据一个实施方案，该ReSiC本体具有的MOR在100MPa与约200MPa之间的范围内，并且更特别地在100MPa与150MPa之间的范围内。
另外，该ReSiC本体可以具有不大于约350GPa的弹性模量(MOE)。根据一个实施方案，该ReSiC本体的MOE是不大于约325GPa，如不大于约300GPa，或甚至不大于约250GPa。在一个实施方案中，该ReSiC本体的MOE是在约200GPa与约250GPa之间的范围内。
该ReSiC本体的热膨胀系数(CTE)典型地是不小于约4.2X10-6/℃。根据其他实施方案，该ReSiC本体的CTE可以是更大的，如不小于约4.5X10-6/℃或甚至不小于约4.7X10-6/℃。总体上讲，该ReSiC本体的CTE是小于5X10-6/℃，并且更具体是在约4.5X10-6/℃与约4.9X10-6/℃之间的范围内。
进一步关于根据图1中提供的方法形成的ReSiC本体，该本体总体上包括一种低含量的特定金属种类。根据一个具体实施方案，结合在该ReSiC本体之中的铝原子的铝含量是不大于约200ppm。具体地说，该铝含量可以是更小的，如不大于100ppm，不大于约50ppm，或甚至不大于约25ppm。典型地，在该ReSiC本体之中的铝含量是在约5ppm与约200ppm之间的范围内。
根据图1的方法，在该ReSiC本体之中的硼含量总体上是低的，如不大于约50ppm。其他ReSiC本体可以具有更少的硼，如不大于约40ppm，不大于约30ppm，或甚至不小于约20ppm。根据图1的方法形成的ReSiC本体的硼含量典型地是在1ppm与约50ppm之间的范围内。
该ReSiC本体可以具有适合于特定应用的尺寸，如用在一个单晶片加工装置中的晶片支撑物品。这样，该ReSiC本体具有长度、宽度、以及厚度的尺寸。具体地讲，这些尺寸之间的关系如下：长度≥宽度≥厚度，并且更特别地宽度时常大于厚度。对于根据图1中提供的方法形成的物品，总体上此类ReSiC本体的厚度是不大于约30mm。更特别地，这种再结晶的碳化硅本体的厚度总体上是不大于约20mm。如不大于约15mm，或甚至不大于约10mm。
除了图1中提供的这些方法外，用于形成一个ReSiC本体的方法可以进一步包括形成覆盖该ReSiC本体的一部分的一个顶部部分。该顶部部分可以包括提供覆盖该ReSiC本体的一个薄膜或材料层，并且特别地，与该ReSiC本体直接接触。该顶部部分可以例如通过改进上表面的致密度并且减少颗粒剥落以及工件的潜在污染而有助于机械稳定性。该顶部部分还可以提供增强的化学稳定性，特别是通过减少存在的可能污染与该ReSiC本体接触的工件的某些元素种类。一个顶部部分的形成可以包括在该ReSiC本体的一个选定表面上、或可替代地在该本体的大部分上提供一个材料层。这样，该顶部部分总体上覆盖不小于约20％的ReSiC本体的总表面面积。根据其他实施方案，该顶部部分可以覆盖该ReSiC本体的表面面积的更大百分比，如不小于约50％，或不小于约80％，或甚至不小于约95％。根据一个具体实施方案，该顶部部分覆盖了该ReSiC本体的整个可供使用的表面层。
该顶部部分的形成可以包括一种沉积方法，如一种厚膜沉积方法或一种薄膜沉积方法。适当的薄膜沉积方法可以包括(例如)一种气相沉积方法，如化学气相沉积(CVD)或可替代地一种喷涂方法。根据一个具体实施方案，该喷涂方法可以包括一种火焰喷涂方法，并且具体地是一种等离子喷涂方法。可替代地，该沉积方法可以包括一种溅射方法。
总体上讲，该顶部部分具有不小于10微米的平均厚度。根据一个实施方案，该顶部部分的平均厚度是不小于约15微米，如不小于约20微米，不小于约100微米，或甚至不小于约500微米。总体上讲，该顶部部分具有的平均厚度在约10微米与约1mm之间的范围内。
另外，该顶部部分可以是一个致密层，总体上具有的孔隙率小于该ReSiC本体。这样，该顶部部分的孔隙率总体上是不大于约5vol％，如不大于约3vol％或甚至不大于约1vol％。值得注意的是，形成一个致密的顶部部分可以有助于减少颗粒的生成。
参见图2，它提供了一个流程图，该流程图展示了用于形成根据另一个实施方案的再结晶的碳化硅本体的一种方法。该方法开始于步骤201，这是通过将粗碳化硅颗粒、细碳化硅颗粒以及一种含硼化合物相结合以形成一种混合物。关于这些粗碳化硅颗粒和细碳化硅颗粒，这些颗粒的结合可以包括如以上按照图1中提供的实施方案概述的相同的工艺参数。此外，在这个实施方案中的这些粗和细碳化硅颗粒可以具有与以上说明的相同的特性。还应当理解，这样一种混合物可以包括中间尺寸的碳化硅颗粒组分，这样如先前说明的可以形成一种三峰混合物。
该含硼化合物总体上是一种无机材料。根据一个实施方案，该含硼化合物是一种陶瓷材料，并且具体地适当的陶瓷材料可以包括的材料诸如碳化硼、氮化硼、氧化硼、硼化物类、或者它们的多种组合。在一个具体实施方案中，该含硼化合物是碳化硼。根据另一个具体实施方案，该含硼化合物是氮化硼。
总体上讲，基于在该混合物之中的组分的干的基重，该含硼化合物以不大于约1wt％的量存在于该混合物之中。在另一个实施方案中，该含硼混合物的量是不大于约0.5wt％，如不大于约0.1wt％，或甚至不大于约0.05wt％。应该理解，该混合物可以包含如以上说明的量值的细和粗碳化硅颗粒。
值得注意的是，该混合物可以是一种湿混合物，这样包括这些粗和细碳化硅颗粒以及该含硼化合物的这些干组分可以与一种液体载体相结合以形成一种浆料。可以根据在此说明的参数来形成该浆料。
再次参见图2，在步骤201中结合这些颗粒之后，该方法在步骤203继续，该步骤包括使该混合物成型以形成一个生坯物品。使该生坯物品成型可以包括以下方法，如浇铸、模制、挤出和压制、以及它们的组合。根据一个具体实施方案，该生坯物品是通过浇铸、并且更具体地是通过滑移浇铸方法成型的。值得注意的是，该生坯物品的形成还可以包括如先前说明的一种干燥处理。
在步骤203使该生坯物品成型之后，该方法在步骤205继续，是通过将该生坯物品加热至一个升华温度以形成一个再结晶的碳化硅本体。值得注意的是，根据这个实施方案，该再结晶的碳化硅(ReSiC)本体的形成是在典型地不小于约1800℃的升华温度下完成。根据另一个实施方案，该升华温度是不小于约1900℃或不小于约2000℃。因此，根据这个实施方案形成的ReSiC本体的升华温度总体上是在约1900℃与约2500℃之间的范围内。
加热总体上是在减压的气氛中进行的，这样在加热过程中该腔室中的压力是不大于约25托。根据一个具体实施方案，在加热过程中该腔室中的压力是不大于约20托，如不大于约15托，不大于约10托，或甚至不大于约8托。总体上讲，在加热过程中该腔室中的压力是在约4托与约15托之间的范围内。
总体上讲，加热进行了不小于约30分钟的持续时间。根据在此提供的其他实施方案，加热总体上进行了不小于1小时的持续时间，如不小于约2小时，不小于约4小时，或甚至不小于约8小时。总体上讲，加热进行了约2小时与约8小时之间的持续时间，典型地不大于约12小时。
这样，在形成过程中，特别是在该ReSiC本体的加热过程中，该本体经受轻微的线性收缩，如不大于约5％，根据一个实施方案，在加热过程中该ReSiC本体的线性收缩是不大于约3％，如不大于约2％，或甚至不大于约1％。总体上讲，在加热过程中该ReSiC本体的线性收缩是小的，如在约0.1％与约3％之间的范围内。
关于该碳化硅物品的特性，根据在图2中提供的方法形成的ReSiC本体总体上是一种具有特定硼含量的高电阻率碳化硅本体。根据一个实施方案，该ReSiC本体的电阻率是不小于约1E5Ωcm(在300K)。在一个具体实施方案中，该ReSiC本体的电阻率是不小于约1E6Ωcm，如不小于约1E7Ωcm，或甚至不小于约1E8Ωcm(在300K)。总体上讲，该ReSiC本体的电阻率是在约1E5Ωcm与约1E12Ωcm之间的范围内(在300K)，并且更特别地在1E7Ωcm与约1E11Ωcm之间的范围内(在300K)。
此外，根据在图2中提供的方法形成的ReSiC本体具有一个特定的硼含量。如在此使用的，术语“硼含量”说明了结合在该本体之中的在再结晶的碳化硅本体之中的硼原子的含量。值得注意的是，该ReSiC本体的硼含量是不大于约500ppm。根据一个实施方案，该硼含量是更少的，如不大于约400ppm，如不大于300ppm，或不小于约200ppm。根据在此的实施方案，该硼含量是在约50ppm与约200ppm之间的范围内，更特别地在约50ppm与约150ppm之间的范围内。
根据在图2中提供的方法形成的ReSiC本体可以具有与以上根据与图1相关的实施方案所说明的相同的机械特性，如MOR、MOE、和CTE。另外，根据图2的方法形成的ReSiC本体具有如以上说明的特性，值得注意的是与先前按照ReSiC本体(是根据图1中提供的方法形成)所披露的那些相同的孔隙率、收缩率、密度、热传导率、以及晶粒尺寸。
该ReSiC本体可以包括长度、宽度、以及厚度尺寸，它们总体上的关系如下：长度≥宽度≥厚度。更具体地讲，长度典型地是所形成的物品的最长的尺寸，而宽度总体上是第二最长的尺寸，并且总体上大于厚度。厚度总体上是最短的尺寸，并且更典型地小于宽度。在一个实施方案中，根据在图2中提供的方法形成的ReSiC本体的厚度是不小于约5mm。事实上，根据这种方法形成的ReSiC本体可以包括具有更大厚度的坚固的物品，如不小于约10mm，如不小于约20mm，或甚至不小于30mm。总体上讲，根据以上提供的方法形成的物品具有在约10mm与约100mm之间的范围内的厚度。
此外，除了形成该再结晶的碳化硅本体以外，该方法可以包括一个顶部部分。一个顶部部分的形成可以包括如先前的实施方案中所提供的方法和特性。该顶部部分可以通过一种沉积或渗透方法来形成，并且具体地可以包括一种无机材料，如一种碳化物并且特别是碳化硅。
实例1
以下提供的表1包括样品1至11的电阻率，这些样品包括一种再结晶的碳化硅本体的样品。对于这些样品中的每个，表1提供了加热温度、起始材料、以及值得注意地加热环境，即在升华/再结晶反应过程中的“动态”或“静态”环境。
表1
总体上讲，每个样品的形成都是从特定的起始材料形成一种混合物开始。如表1中所提供的，这些特定的起始材料包括细晶粒的碳化硅颗粒和粗晶粒的碳化硅颗粒的一种组合以实现颗粒的至少一种双峰分布。在一些实例中，包括一种第三类型的碳化硅颗粒以实现一个特定的晶粒大小分布。因此，E280、E285以及GMF5C起始材料是具有大致3微米的平均粒度的细碳化硅颗粒。E300起始材料是具有大致100微米平均粒度的粗碳化硅颗粒。细的SiC颗粒(E280和E285)和粗的SiC(E300)颗粒的混合物被结合为使得这些细的颗粒构成该混合物的52wt％而粗的颗粒构成剩余的48wt％。当使用两种类型的细碳化硅颗粒(如E280和E285)时，这种结合包括两种组分的相等百分比，即每种为这些细组分的总重量的50wt％，或该干混合物的总重量的26wt％。
一种水性浆料是由这些混合物的每种形成的，并且试验样品是通过浇铸形成生坯物品由这些浆料的每一种形成的。将这些生坯物品加热至一个升华/再结晶温度以形成具有5mm平均厚度的再结晶的碳化硅样品。用于样品1至11中的每个升华/再结晶温度是在1800℃与约2050℃之间，并且这些样品在这个温度下被保持180分钟。值得注意的是，样品1至11中的每一个都是在一种“动态”或“静态”环境中进行加热。对于具有1.25m3体积的一个腔室，该“动态”环境包括在6托量级上的减压气氛，以及典型地在6ppm量级上的减小的氮气分压，连同以大致每分钟8标准立升(SLPM)的速率经过该加热室的一种惰性气体(例如，Ar)流。该静态环境包括一种正常环境，包括正常大气压和正常浓度的大气气体。样品1至11的每一个具有15vol％至20vol％的孔隙率。
如表1所提供的，在动态环境中加热这些样品提供的再结晶的碳化硅本体具有比在静态环境中的样品大至少两个数量级的电阻率。在动态环境中形成的样品(样品1-7)具有典型的在300K为大约1E7Ωcm的电阻率以及在300K高达1E8Ωcm的电阻率。而在静态环境中形成的样品8-11具有在300K为大约3E3Ωcm的电阻率。在大多数情况下，在动态环境中形成的样品对比在静态环境中形成的样品之间在电阻率上的差异是4个数量级。总体上讲，表1表明使用这里的实施方案中提供的特征和方法的特定组合有可能形成高电阻率的再结晶的碳化硅本体。
实例2
以下提供的表2包括样品1至12的电阻率，这些样品是使用在以上实施方案中说明的一种硼掺杂技术形成。对于这些样品中的每一个，表2提供了加热温度、起始材料、以及值得注意的在每个样品之中的硼的掺杂剂的水平(硼含量)。
表2
样品1至12是根据在此提供的实施方案形成的。这就是说，使用水与细晶粒的和粗晶粒的的碳化硅颗粒的一种混合物形成一种浆料。碳化硅颗粒的干混合物还包括不同百分比的B4C粉末，加入该粉末以提供适当的硼掺杂剂水平。具有500ppm的硼掺杂剂水平的样品在初始的干混合物之中包括大致0.06wt％的B4C。具有200ppm的硼掺杂剂水平的样品在初始的干混合物之中包括大致0.03wt％的B4C。具有75ppm的硼掺杂剂水平的样品在初始的干混合物之中包括大致0.01wt％的B4C。
样品1至12中的每个都经过滑移浇铸以形成具有50mm平均厚度的生坯样品。.值得注意的是，样品1至12具有的厚度大于实例1中形成的样品。将这些生坯物品加热至一个升华/再结晶温度以形成再结晶的碳化硅样品。对于样品1至12中的每个升华/再结晶温度是在1700℃与约2150℃之间，并且这些样品在这个温度下被保持180分钟。值得注意的是，样品1至12中的每个都是在具有6托压力的减压气氛中进行加热。没有惰性气体流经该腔室。样品1至12总体上具有15vol％至20vol％的孔隙率。
表2展示了该掺杂剂水平与加热温度之间的关系。在1700℃的温度下，包含500ppm的硼含量的样品1具有高电阻率(＞1E5Ωcm，在300K)。然而，分别具有200ppm和75ppm的硼含量的样品2和3不具有高电阻率。进而，如在表2中进一步证明的，诸位发明人发现，与特定的材料和工艺参数相结合，使用更低碳含量时温度的增加可以提供高电阻率再结晶的碳化硅本体。例如，在1850℃的温度和75ppm的硼含量下，形成了具有3E7Ωcm的电阻率的一种再结晶的碳化硅本体。此外，在大于1850℃的温度下，用低水平的硼含量(例如，75ppm)获得了类似的高电阻率的再结晶的碳化硅本体。因此，表2展示，使用较小水平的硼可以形成具有厚截面的高电阻率再结晶的碳化硅本体。
在此说明的这些再结晶的碳化硅物品适合用在电子工业中，特别是用在制造电子元件。在此说明的这些再结晶的碳化硅本体包括特定的特征，如电阻率、机械特性、以及有助于它们用在单晶片加工应用中的纯度(这就是说，低水平的潜在污染元素)。
尽管已经形成了能够具有高电阻率的碳化硅物品，但是典型地此类本体是烧结体、具有要求高烧结温度的高密度、并且在制造过程中对高的收缩率是敏感的。在此披露的特定物品和方法使得再结晶的碳化硅本体能够具有高电阻率。本发明的物品和方法使之能够形成特殊的再结晶的碳化硅本体，这些碳化硅本体在再结晶的碳化硅物品的背景下显示出与现有技术的偏差。此外，在此披露的ReSiC本体结合了以下特征的组合，这些特征包括特定的硼含量或氮含量、体积电阻率、线性收缩、平均晶粒大小、孔隙率、MOR、MOE、CTE、多个覆盖层以及尺寸。值得注意的是，在此披露的这些方法结合了以下特征的组合，这些特征包括特定比率的细和粗的SiC颗粒、这些细和粗的SiC颗粒的特定颗粒大小、以及可以包括一种特定环境(即，减压、氮气分压、和惰性气体流)、升华温度和持续时间的一种加热处理。
根据一个实施方案，多种特征的特定组合有助于形成具有降低水平的硼的ReSiC本体，这些减少的硼水平在现在之前一直不足以形成高电阻率的ReSiC本体。减小硼含量同时实现增大的电阻率是具有显著的意义的，因为硼在晶片加工中可能被视为一种杂质。此类高电阻率的ReSiC本体可以被结合进入SWP平台中以提供多种部件，如基片、晶片保持件、以及其他器具，它与目前使用的那些材料相比更适合于高温、腐蚀性环境的加工。
根据另一个实施方案，已经发现降低水平的氮在ReSiC本体的背景下在电阻率上显示了一个出人意料的尖峰(增加)。尽管氮被认为是与电阻率功能上相联系的，但是已经发现通过ReSiC本体中减少氮可以实现出乎意料地高的电阻率。尽管不希望被限制于一种特定理论，据信不同晶粒尺寸的组合造成了这些SiC晶粒中的不同氮水平。其结果是，在特定的加工条件下可能发生从这些粗SiC晶粒之间的细SiC晶粒中的优先的氮提取，从而导致这些再结晶的SiC晶粒之中电阻率的局部增加，特别是在晶粒边界处，由此形成了具有总体上高电阻率的一种ReSiC物品。因此，具有低氮含量的高电阻率ReSiC本体与目前使用的那些材料相比是适合于高温、腐蚀性环境的加工，并且可以被结合进入SWP平台中以提供多种部件，如基片、晶片保持件、以及其他器具。
虽然已经在具体实施方案的背景中展示并说明了本发明，它并非旨在被限制于所示出的细节，因为无需以任何方式背离本发明的范围即可以进行不同的变更和代换。例如，可以提供附加的或等效的替代物并且可以使用附加的或等效的生产步骤。这样，本领域的普通技术人员利用不超出常规的实验就可以想出对于在此披露的本发明的进一步的变更以及等效物，并且应当认为所有此类的变更和等效物都是在由以下权利要求所定义的本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种多晶式再结晶的碳化硅本体，该本体包括：
不小于1E5Ωcm的电阻率；
结合在该本体之中的氮原子的一个氮含量，其中该氮含量是不大于75ppm；
其中该多晶式再结晶的碳化硅本体通过在不大于25托的压力下进行的升华再结晶方法形成，该本体具有第一密度；以及
覆盖在该本体的至少一部分上的表面部分，
其中该表面部分包括碳化硅，该表面部分具有第二密度，其中该第二密度大于该第一密度。
2.如权利要求1中所述的多晶式再结晶的碳化硅本体，其中该表面部分具有不小于10微米的平均厚度。
3.如权利要求1-2中任一权利要求所述的多晶式再结晶的碳化硅本体，其中该表面部分是使用沉积方法形成的。
4.如权利要求1-2中任一权利要求所述的多晶式再结晶的碳化硅本体，其中该电阻率是不小于1E6Ωcm。
5.如权利要求1-2中任一权利要求所述的多晶式再结晶的碳化硅本体，其中该本体是包括具有不小于0.5微米的平均晶粒尺寸的晶粒的多晶体。
6.如权利要求1-2中任一权利要求所述的多晶式再结晶的碳化硅本体，其中该本体包括不小于5vol％的孔隙率。
7.如权利要求1-2中任一权利要求所述的多晶式再结晶的碳化硅本体，其中该本体包括不大于2.9g/cc的密度。
8.如权利要求1-2中任一权利要求所述的多晶式再结晶的碳化硅本体，其中该表面部分包括不大于5vol％的孔隙率。
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