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Hintergrund der Erfindung
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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines stickstoffdotierten, aus SiC gebildeten Materials, insbesondere
auf ein stickstoffdotiertes, n-Typ CVD-SiC-gebildetes Material aus hochreinen
Beta-Typ-Kristallen,
nützlich
als Material für
Erhitzer und Blindwafer für
Halbleitergeräte
sowie für andere
Verwendungszwecke wie z. B. Sonden, Kernröhren und Ähnliches.
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Beschreibung des technischen
Hintergrunds
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Die
SiC-gebildeten Materialien, welche durch Abscheidung von SiC auf
der Oberfläche
eines Substrates durch CVD-Verfahren (CVD = chemical vapor deposition)
gewonnen werden unter Ausbilden eines Filmes aus dem abgeschiedenen
Material (Filmbildung) und Entfernen des Substrates, haben dichtere
(porenfreie) Eigenschaften, weisen eine höhere Reinheit auf und zeigen
zusätzlich
verbesserte, herausragende Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit
im Vergleich zu SiC-gebildeten Materialien, hergestellt durch einen
Sinterprozess. Daher werden die vorgenannten Arten von SiC-gebildetem
Material als Werkstoff für
Erhitzer und Blindwafer in der Herstellung von Halbleitergeräten und
in anderen Anwendungen wie z. B. Sonden, Kernröhren und Ähnlichem verwendet. Allerdings
wird, wenn diese Art von SiC-gebildeten
Materialien z. B. als Heizelement in der Herstellung von Halbleitergeräten verwendet
wird, neben den oben genannten herausragenden Eigenschaften zusätzlich eine
Leitfähigkeit,
die genauso niedrig ist, wie bei jenem SiC, hergestellt durch einen
Sinterprozess, gefordert. Bei der Verwendung als Werkstoff für einen
Blindwafer wird eine niedrigere Lichtdurchlässigkeit (Transmission) gefordert.
Daher können
SiC-gebildete Materialien,
welche ausreichende Eigenschaften zur üblichen Verwendung als Substrat
bei der Herstellung von Halbleitern aufweisen, nicht durch die übliche SiC-Filmbildungs-Methode
unter Verwendung der CVD-Methode erhalten werden.
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Ein
Verfahren zur Verwendung von CVD-SiC-gebildeten Materialien in Heizelementen
unter Verringerung der Leitfähigkeit
ist aus dem Stand der Technik bekannt. Das Dokument „International
Conference Chemical Vapor Deposition, The Electro Chemical Society,
1975, P749–757
(CVD SiC Heating Elemants: Alteration Of Electrical Resistance By
Doping by H. Beutler, S. Oesterle und K. K. Yee)” beschreibt ein Heizelement hergestellt
durch Ausbilden einer Schicht aus SiC(N) mit einer SiC(N)/TiN/SiC-Struktur,
ausgebildet in einer Dicke von 0,44 μm, durch Zuführung von Stickstoffgas mit
einer Flussgeschwindigkeit von 0,4 l/min bei einer Temperatur von
40°C in
das Rohmaterial Methyl-trichlorosilan(MTS) unter Wasserstoffatmosphäre mit einem Wasserstoffstrom
von 2,0 l/min, mit einer Gasphasenabscheidungstemperatur von 1400°C bei einer
Atmosphäre
Druck. Jedoch bilden sich hierbei leicht Poren innerhalb des Filmes,
weil es schwierig ist, das sich willkürlich einstellende Verhältnis von
Rohmaterial-MTS-Konzentration und der Stickstoffgaskonzentration
einzustellen. Es ist daher schwierig, CVD-SiC mit dichten (oder
geschlossenen) Eigenschaften zu erhalten, welches eine hohe Gasundurchlässigkeit
aufweist.
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Das
folgende Verfahren wurde vorgeschlagen als Verfahren zur Herstellung
stickstoffdotierter CVD-SiC-gebildeter Materialien durch Einstellung
der Menge an Stickstoffgas, welche zusammen mit einem Rohstoffgas
eingeführt
wird. Im Einzelnen umfasst das Verfahren das Ausbilden eines sehr
dünnen
SiC-Films auf einem Siliziumeinkristall-Substrat unter Einführung von
Monosilan-Gas (SiH
4) und Propangas als Rohstoffgase
und Wasserstoffgas als Schleppgas auf das Substrat, welches auf
900 bis 1200°C
erhitzt wurde, und dann das Einführen
von Stickstoffgas als Dotierungsmittel mit einer Flussgeschwindigkeit
von 1 × 10
–2 bis
1 cm
3/min zusammen mit den Rohstoffgasen
mit einer Flussgeschwindigkeit von 0,05 bis 0,3 cm
3/min
(das Verhältnis
des Stickstoffgases zum Rohstoffgas ist (1 × 10
–2 bis
1 cm
3/min)/(0,05 bis 0,3 cm
3/min)
= 0,01/0,1 – 1/0,6 =
10 bis 167 Volumen%), um einen n-Typ 3C-Typ SiC-Einkristallfilm
auf dem Substrat aufwachsen zu lassen. Ein dünner Film mit einer Dicke von
0,5 bis 3 μm
wird innerhalb einer Stunde erzeugt (
Japanische Patentveröffentlichung 43240/1991 ).
Die Wachstumsrate der Filmdicke in diesem Verfahren ist sehr niedrig
(0,5 bis 3 μm pro
Stunde). Die kürzeste
Zeit, um einen Film mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten, welches
die praktisch bedingte Dicke für
ein Heizelement in einer Heizvorrichtung ist, beträgt 1000
Stunden (3 mm/3 μm/Stunde).
Dadurch entsteht ein Problem in Bezug auf die Produktivität.
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Polykristallines
CVD-SiC enthaltend ein Gruppe 3 Element und polykristallines CVD-SiC
enthaltend ein Gruppe 5 Element wurden in dem Dokument „
Japanische Patentveröffentlichung
offengelegt mit der Nummer 252307/1991 ” in dem Versuch vorgeschlagen,
ein CVD-SiC mit Eigenschaften wie thermischem Expansionskoeffizient,
spezifischem Widerstand, thermischer Leitfähigkeit und so fort bereitzustellen,
welches gemäß der Verwendungen
besonders geforderte Eigenschaften sind. Eine Änderung des spezifischen Widerstands, wenn
ein Gruppe 5 Element (N) hinzugefügt wird, wurde gezeigt, aber
die Ergebnisse waren nicht wie notwendig ausreichend, um das Produkt
jeweils als Rohmaterial für
Heizelemente für
Geräte
in der Halbleiterherstellung verwenden zu können.
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Um
die oben genannten Probleme bei SiC-geformten Materialien, welche
insbesondere als Substrate für
die Halbleiterherstellungsgeräte
Verwendung finden, zu überwinden,
wurde die vorliegende Erfindung als Ergebnis der Durchführung diversifizierter
Experimente und Untersuchungen des Zusammenhangs zwischen den Reaktionsbedingungen
wie z. B. dem Konzentrationsverhältnis
der eingeführten
Gase im Reaktor und der Verweilzeit der Gase, mit verschiedenen
Eigenschaften des SiC-gebildeten
Materials (Films) und der Abscheidungsrate, erreicht.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
eines n-Typ, SiC-gebildeten Materials, aufweisend einen niedrigen
spezifischen Widerstand und niedrige Lichtdurchlässigkeit, zusätzlich zu
den anderen überlegenen
Eigenschaften, welche CVD-SiC eigen sind, wie z. B. hohe Dichte
(porenfrei), hohe Reinheit etc. und passend für die Verwendung als Substrat
für halbleiterherstellende Geräte bereitzustellen
und ein Verfahren zur Herstellung des besagten SiC-gebildeten Materials
bereitzustellen, bei dem die SiC-gebildeten Materialien mit hoher
Produktivität
und verbesserter Abscheidungsrate erhalten werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
oben beschriebene Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verfahren zur
Herstellung des SiC-gebildeten Materials nach Anspruch 1 der vorliegenden
Erfindung die Herstellung eines SiC-Films auf der Oberfläche eines
Substrates durch die CVD-Methode
unter Verwendung von Stickstoffgas zusammen mit Rohstoffgasen umfasst,
wobei besagte Rohstoffgase hergestellt werden durch blasenweises
Durchleiten eines Schleppgases durch eine Rohstoffflüssigkeit,
und Entfernen des Substrates, um das SiC-gebildete Material zu erhalten,
wobei die Rohstoffgaskonzentration in Bezug auf das Verhältnis von
Rohstoffflussgeschwindigkeit in l/min zur Schleppgasflussgeschwindigkeit
in l/min, welche in die CVD-Reaktionskammer, in der sich das Substrat
befindet, eingeführt
werden, 5 bis 15 Volumen% beträgt,
wobei die Stickstoffgaskonzentration in Bezug auf das Verhältnis der
Stickstoffgasflussgeschwindigkeit in l/min zur Rohstoffgasflussgeschwindigkeit
in l/min 10 bis 120 Volumen% beträgt und die Rohmaterialgasverweilzeit,
definiert gemäß der nachfolgenden
Formel, zwischen 7 und 110 Sekunden gehalten wird, die Abscheidungsgeschwindigkeit
zwischen 20 und 400 μm/Stunde
gehalten wird und die Abscheidungszeit mindestens 12 Stunden beträgt: Rohmaterialgasverweilzeit (Sekunden) = {(Effektives
Reaktionsvolumen in der Reaktionskammer (Liter))/(Rohmaterialgasflussgeschwindigkeit
(l/min))} × {(273
+ 20)/(273 + Reaktionstemperatur (°C))} × 60.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend deutlicher anhand der Beschreibung hervortreten.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist
eine schematische Darstellung, veranschaulichend eine Ausführungsform
des CVD-Reaktors zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Figur veranschaulichend ein Beispiel einer R-T Kurve des SiC
gebildeten Materials der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen
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Das
Verfahren zur Herstellung des SiC-gebildeten Materials gemäß der vorliegenden
Erfindung basiert auf dem Verfahren zur Herstellung eines SiC-Films
auf der Oberfläche
eines Substrates durch das CVD-Verfahren unter Verwendung von Stickstoffgas
zusammen mit Rohstoffgasen und Entfernen des Substrates, um das
SiC-gebildete Material zu erhalten.
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Die
Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens umfasst, wie in 1 veranschaulicht,
eine Reaktionskammer (Reaction chamber; Reaktionsbehälter), eine
Aufheizvorrichtung (nicht dargestellt) bestehend aus Hochfrequenzspulen
oder Ähnlichem
zum Aufheizen der Reaktionskammer und angeordnet innen- oder außenseitig
dazu, eine gaseinführende
Leitung, um Rohstoffgas und Stickstoffgas zur Dotierung in die Reaktionskammer
einzuleiten und einen Abgasanschluss (exhaust gas) zur Abführung der
Gase innerhalb der Reaktionskammer.
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Ein
Schleppgas (Wasserstoff; Hydrogengas) wird blasenweise durch die
Rohstoffflüssigkeit
(Raw material liquid) im Rohstofftank (Raw material tank) geleitet,
um ein Gasgemisch aus Rohstoffgas und Schleppgas zu erzeugen, welches
in einen Mischer (Mixer) zusammen mit Stickstoffgas zur Dotierung
eingeleitet wird. Die Mischung aus Rohstoffgas, Schleppgas und Stickstoffgas
wird in die Reaktionskammer über
die Gas-Einführungs-Leitung
eingeleitet und es wird unter Ausbildung des SiC-Films auf einem Substrat (Substrate),
angeordnet in der Reaktionskammer und erhitzt auf eine vorbeschriebene
Temperatur, durch die CVD-Methode beschichtet.
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Silangase
wie z. B. Methyl-Trichlorosilan (MTS) (SiCH3Cl3), oder SiHCl3,
SiH4 und Kohlenwasserstoffgas können als
Rohstoffgase verwendet werden. Als Schleppgas wird Wasserstoff oder
Argongas verwendet. Das Wasserstoffgas oder das Argongas können auch
in Kombination verwendet werden. Als Stickstoffgas zum Dotieren
kann Stickstoffgas mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr und einem
Sauerstoffgehalt von weniger als 5 ppm verwendet werden. Ein Graphitmaterial
wird geeigneterweise als Substrat verwendet.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Konzentration an Rohstoffgas
in Bezug auf das Verhältnis
der Rohstoffgasflussrate (l/min) zur Schleppgasflussrate (l/min),
welches in die Reaktionskammer eingeleitet wird, 5 bis 15 Volumen%,
ist die Stickstoffgaskonzentration im Hinblick auf das Verhältnis der
Stickstoffgasflussgeschwindigkeit (l/min) zur Rohstoffgasflussgeschwindigkeit
(l/min) 10 bis 120 Volumen% und die Rohstoffgasverweilzeit wird
zwischen 7 und 110 Sekunden gehalten, wobei die Rohstoffgasverweilzeit
in Sekunden (Sekunden) = {(Effektives Reaktionsvolumen
in der Reaktions-Kammer(l))/(Rohstoffgasflussrate
(l/min))} × {(273
+ 20)/(273 + Reaktionstemperatur (°C))}× 60.
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Als
Substrat wird bevorzugt ein Graphitmaterial, aufweisend einen Verunreinigungsgehalt
von 20 ppm oder weniger, einen thermischen Expansionskoeffizienten
von 3,0 bis 4,5 × 10–6/°C und eine
spezifische Volumendichte von 1,75 bis 185 g/cm3 verwendet.
Die Substrattemperatur wird auf 1100 bis 1500°C eingestellt.
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Die
Abscheidungsrate wird auf 20 bis 400 μm/Stunde und die Abscheidungszeit
auf mindestens 12 Stunden unter den oben genannten Reaktionsbedingungen
eingestellt, wodurch ein dichter, hochreiner (mit einem Verunreinigungsgehalt
abgesehen von N, C und Si von 150 ppb oder weniger), stickstoffdotierter CVD-SiC-Film,
aufweisend n-Typ Halbleitereigenschaften und weitere Eigenschaften
wie vorgegeben in Anspruch 1, das heißt eine spezifische Dichte
von 3,15 oder mehr, eine Lichtdurchlässigkeit von 1,1 bis 0,05% bei
einer Wellenlänge
von 500 bis 3000 nm und einer Leitfähigkeit von 3 × 10–3 bis
10–5 Ωm erhalten
wird. Es kann kein SiC-Film erhalten werden, der den unterschiedlichen
Anforderungen gemäß der vorliegenden
Erfindung genügt,
sofern die oben genannten Reaktionsbedingungen nicht erfüllt werden.
Insbesondere, wenn die Verweilzeit des Rohstoffgases weniger als
7 Sekunden beträgt,
wird die spezifische Dichte des SiC verringert, wodurch eine niedrigere
Dichtigkeit bedingt wird. Solch ein SiC-Produkt absorbiert schnell
verunreinigende Gase, wodurch die Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit
verschlechtert werden. Übersteigt die
Verweilzeit 110 Sekunden, so wird die Abscheidungsgeschwindigkeit
verringert.
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Beträgt die Stickstoffgaskonzentration
weniger als 10 Volumen%, so weist das Produkt sowohl eine hohe Leitfähigkeit
als auch eine sehr gute Lichtdurchlässigkeit auf. Der erhaltene
Film ist daher lichtdurchlässig.
Bei mehr als 120 Volumen% Anteil entstehen jedoch andererseits sehr
schnell Poren im SiC-Material und die Oberfläche des erhaltenen SiC-Films
neigt dazu, uneben zu werden.
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Nach
dem Ausbilden des Films werden die SiC-Film Anteile, welche außerhalb
des Kreisumfangs des Graphitsubstrates ausgebildet worden sind,
durch Schleifen entfernt und danach wird das Graphitsubstrat entfernt über Verfahren
wie z. B. die Luftoxidation, mechanisches Bearbeiten oder Schleifen,
wodurch ein SiC-gebildetes Material erhalten wird. Das SiC-gebildete
Material, welches so erhalten wurde, wird auf verschiedene Arten
zu Produkten weiterverarbeitet oder oberflächenbehandelt, um Produkte
passend für
die vorgesehene Anwendung zu erhalten.
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Beispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen
näher erläutert. Die
Beispiele veranschaulichen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und sollten nicht als die Erfindung begrenzend
angesehen werden.
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Beispiel 1
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Ein über CVD
ausgebildetes SiC-Material wurde hergestellt unter Verwendung eines
CVD Reaktors, wie er in 1 wiedergegeben ist. Der Reaktor
(die Reaktionkammer) wurde mit Düsen
zur Einleitung von Gasen und mit 6 Graphitscheiben mit einem Durchmesser
von 203,2 mm (8 Inch) und einer Dicke von 6 mm bereitgestellt. Die
Düsen waren
so angeordnet, dass das Rohstoffgas nicht direkt auf das Substrat
eingeleitet wurde. Es waren nämlich
die Seiten und Oberflächen
des Reaktors, welche dem über
die Düsen
eingeleiteten Rohstoffgasstrom direkt ausgesetzt wurden, sodass
das Substrat den Gasen nur indirekt ausgesetzt war.
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Methyl-Trichlorosilan
(MTS) wurde als Rohstoffgas verwendet und Wasserstoffgas wurde als
Schleppgas verwendet. Die Flussgeschwindigkeit des Rohstoffgases
war 200 l/min und die MTS Konzentration betrug 7,5 Volumen%. Der
Film wurde 75 Stunden lang mit den Bedingungen Rohstoffgasflussrate
140 l/min (Rohstoffgaskonzentration: 70 Volumen%), Rohstoffgasverweilzeit
36,8 Sekunden und Reaktionstemperatur 1400°C, ausgebildet. Die Abscheidungsgeschwindigkeit
betrug 47 μm/Stunde
und die Gesamtzeit des Versuchs betrug mindestens 12 Stunden.
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Nach
der Reaktion wurde das Graphitsubstrat entfernt, um einen CVD-SiC
Film, (Testmaterial) mit einer Dicke von 3,5 mm zu erhalten. Die
Gleichmäßigkeit
des Filmes wurde bewertet durch Untersuchung der äußeren Erscheinung
des erhaltenen SiC-gebildeten
Materials, die Gesamtkonzentration von Verunreinigungen wurde im Rahmen
einer Reinheitsanalyse bestimmt, der spezifische Widerstand und
die Lichtdurchlässigkeit
wurden gemessen, der Hitzeschockbeständigkeitstest, der Korrosionsbeständigkeitstest,
die Untersuchung zur Freisetzung von Stickstoff und der 1000°C-Hitze-Test
wurden unter Verwendung des erhaltenen SiC-gebildeten Materials
gemäß der folgenden
Beschreibung ausgeführt.
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Bestimmen des spezifischen Widerstands:
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Das
SiC-gebildete Material wurde einer Oberflächenbehandlung(-entfernung)
unterworfen, um eine Platte mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten.
Die Platte wurde in Einzelstücke
mit den Maßen
4 mm × 40
mm unterteilt, welche ihrerseits zur Bestimmung des spezifischen
Widerstandes verwendet wurden.
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Bestimmen der Lichtdurchlässigkeit:
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Das
SiC-gebildete Material wurde einer Oberflächenbehandlung(-entfernung)
unterworfen, um eine Platte mit einer Dicke von 0,5 mm zu erhalten.
Die Lichtdurchlässigkeit
wurde im nahen Infrarotbereich bei 500 bis 3000 nm bestimmt unter
Verwendung eines selbstständig
aufzeichnenden Spektrophotometers (UV-3100 PC) hergestellt von der
Shimazu Corporation.
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Hitzeschockbeständigkeitstest:
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Das
SiC-gebildete Material wurde einer Oberflächenbehandlung(-entfernung)
unterworfen, um eine Platte mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten.
Eine runde Scheibe mit einem Durchmesser von 250 mm wurde aus dem
Film hergestellt und Temperaturzyklen von 500 bis 1200°C ausgesetzt,
wobei ein Zyklus daraus bestand, dass die Probe für 10 Minuten
bei 1200°C
in einem Erhitzer gehalten wurde, anschließend aus dem Erhitzer entfernt
und schlagartig auf 500°C
abgekühlt
und schließlich
wieder bei 1200°C
in den Erhitzer gegeben wurde. Nach 20 Zyklen dieser Art wurde auf
Rissbildung geprüft.
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Korrosionsbeständigkeitstest:
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Das
SiC-gebildete Material wurde einer Oberflächenbehandlung(-entfernung)
unterworfen, um eine Platte mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten.
Die Platte wurde in Einzelstücke
von 4 mm × 40
mm geschnitten, die jeweils einem 100%igen Chlorwasserstoffgasstrom
mit einer Flussgeschwindigkeit von 5 l/min bei 1200°C für 15 Stunden
ausgesetzt wurden, um nachfolgend eine Veränderung des Gewichtes zu überprüfen.
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Versuch zur Temperaturbeständigkeit
des Widerstands (zyklischer R-T Test):
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Das
SiC-gebildete Material wurde einer Oberflächenbehandlung(-entfernung)
unterworfen, um eine Platte mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten.
Die Platte wurde in Einzelsegmente von 4 mm auf 40 mm geschnitten
und diese wurden jeweils in einen Erhitzer unter inerter Gasatmosphäre gegeben.
Zur Überprüfung des
Zusammenhangs zwischen Widerstand und Heiztemperatur (R-T) wurde
die vorbeschriebene Vorgehensweise 100 Mal wiederholt, um eine Veränderung
in der R-T Kurve feststellen zu können. Sobald dabei Stickstoff
von dem ausgebildeten Material freigesetzt wird, ändert sich
die R-T-Kurve mit jedem Zyklus.
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1000°C
Hitzetest:
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Das
SiC-gebildete Material wurde einer Oberflächenbehandlung unterworfen,
um eine Film mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten. Eine Scheibe
mit einem Durchmesser von 250 mm wurde hergestellt. Ein flächiges Heizelement
wurde hergestellt aus dem SiC-gebildeten
Material und auf 1000°C
erwärmt,
indem elektrischer Strom hindurchgeleitet wurde, um die Temperaturverteilung
(das heißt
die Abweichung von 1000°C
Temperatur für
den jeweiligen Punkt) über
das Heizelement hinweg zu untersuchen.
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Die
Ergebnisse, welche unter Verwendung des Testmaterials aus Beispiel
1 erhalten wurden, sind nachfolgend veranschaulicht.
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Bewertung der äußeren Erscheinungsform:
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Der
Film war von einheitlicher Qualität und zeigte keine Ungleichmäßigkeiten
auf seiner Oberfläche.
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Spezifische Dichte:
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Die
hohe, spezifische Dichte betrug 3,2 g/cm3.
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Reinheitsanalyse:
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Die
Gesamtkonzentration an Verunreinigungen betrug 105 ppb, was ein
hochreines Material kennzeichnet.
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Bestimmen des Widerstands:
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Ein
niedriger Widerstand (1,4 × 10–4 Ωm) konnte
bestätigt
werden.
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Bestimmen der Lichtdurchlässigkeit:
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Ein
niedriger Lichtdurchlässigkeitswert
von 0,17% konnte bestätigt
werden.
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Hitzeschockbeständigkeitstest:
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Es
konnten keine Risse beobachtet werden, was auf eine hohe Hitzeschockbeständigkeit
des Testmaterials hinweist.
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Korrosionsbeständigkeitstest:
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Ein
geringer Rückgang
des Gewichtes von 1,69 Gewichts% konnte bestätigt werden.
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Stickstoff-Freisetzungs-Test:
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Die
Veränderungen
in der R-T im 1., 30. und 100. Zyklus ist als Eigenschaft in einem
Widerstands/Heiztemperatur (R-T) Diagramm in 2 veranschaulicht.
Wie 2 zeigt kann fast keine Veränderung in der R-T Kurve festgestellt
werden, was anzeigt, dass kein Stickstoff aus dem SiC-gebildeten
Material freigesetzt wurde. Die Art von R-T Kurve, wie sie in 2 veranschaulicht
ist, zeigt an, dass es keine Veränderungen
gegeben hat.
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1000°C
Hitzetest:
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Die
Veränderung
in der Temperaturverteilung war bei jedem Messpunkt innerhalb von
+–0,1%.
Somit lag nahezu keine Veränderung
vor.
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Beispiele 2 bis 11
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SiC-gebildete
Materialien wurden über
CVD hergestellt unter Verwendung des gleichen CVD-Reaktors wie in
Beispiel 1 und unter Herstellungsbedingungen wie sie in Tabelle
1 wiedergegeben sind. Die Abscheidungsgeschwindigkeit und die Dicke
der erhaltenen SiC-Filme sind gleichfalls in Tabelle 1 angegeben.
Es wurden die gleichen Bestimmungen und Tests wie bei Beispiel 1
ausgeführt
unter Verwendung der hier erhaltenen Materialien. Die Ergebnisse
sind in den Tabellen 2 bis 3 angegeben. Wie die Tabellen 2 bis 3
zeigen, weisen die getesteten Materialien der Beispiele 2 bis 9
die gleiche hohe Reinheit und hervorragende Eigenschaften auf wie
das Material aus Beispiel 1.
Tabelle 3
| Beispiel | Stickstoff-Freisetzungs-Test
(RT-Test und Änderungen
in der RT-Kurve) | 1000°C Hitzetest
(Temperaturverteilung bei jedem Punkt ± %) |
| 2 | Keine | 0,3 |
| 3 | Keine | 0,2 |
| 4 | Keine | 0,1 |
| 5 | Keine | 0,1 |
| 6 | Keine | 0,1 |
| 7 | Keine | 0,1 |
| 8 | Keine | 0,1 |
| 9 | Keine | 0,2 |
| 10 | Keine | 0,1 |
| 11 | Keine | 0,1 |
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Vergleichsbeispiele 1 bis 8
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SiC-gebildete
Materialien wurden mittels CVD hergestellt unter Verwendung des
gleichen CVD-Reaktors wie in Beispiel 1 und unter Bedingungen, wie
sie in Tabelle 4 angegeben sind. Die Abscheidungrate und die Dicke
des erhaltenen SiC-Films sind in Tabelle 4 angegeben. Das Versuchsmaterial
des Vergleichsbeispiels 7 wurde hergestellt durch Reaktionssinterverfahren
(Durchmesser 203,2 mm (8 Inch), Dicke 0,5 mm und 3 mm), und das
Testmaterial des Vergleichsbeispieles 8 wurde hergestellt aus SiC-gebildetem
Material mit einem Durchmesser von 203,2 mm (8 Inch) und einer Dicke
von 0,5 mm oder 3 mm durch Erzeugen eines SiC-Films mit einer Dicke
von 100 μm
mittels der CVD-Methode bei 1400°C.
Es wurden die gleichen Bestimmungen und Tests wie in Beispiel 1
ausgeführt
unter Verwendung der erhaltenen Materialien. Die Ergebnisse sind
wiedergegeben in den Tabellen 5 bis 6.
Tabelle 6
| Vergleichs-Beispiel | Stickstoff-Freisetzungs-Test
(RT-Test und Änderungen
in der RT-Kurve) | 1000°C Hitzetest
(Temperaturverteilung bei jedem Punkt ± %) |
| 1 | Keine | 1,0 |
| 2 | Keine | 1,1 |
| 3 | etwas
Stickstoff freigesetzt | 0,7 |
| 4 | Keine | 0,2 |
| 5 | Keine | 0,4 |
| 6 | etwas
Stickstoff freigesetzt | 0,6 |
| 7 | Keine | 1,2 |
| 8 | Keine | 1,0 |
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Wie
in den Tabellen 5 und 6 gezeigt, zeigte das Material des Vergleichsbeispiels
1 einen hohen Widerstand und wies während des Aufheizens eine verringerte
Gleichmäßigkeit
der Temperaturverteilung auf, während
ein elektrischer Strom hindurchfloss, da die Konzentration an Stickstoffgas
zu niedrig eingestellt worden war.
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Das
Versuchsmaterial des Vergleichsbeispiels 2 erwies sich als Film
mit unebener Dicke und Unregelmäßigkeiten
auf seiner Oberfläche
und zeigte eine verschlechterte Hitzeschockbeständigkeit und verschlechterte
Gleichmäßigkeit
der Temperaturverteilung während
des Erhitzens durch Hindurchleiten eines elektrischen Stromes, da
die Stickstoffgaskonzentration zu hoch eingestellt worden war. Das
Versuchsmaterial des Vergleichsbeispiels 3 ergab einen Film mit
unebener Oberfläche
und Ungleichmäßigkeiten
auf seiner Oberfläche
und zeigte eine verschlechterte Hitzeschockbeständigkeit und verringerte Gleichmäßigkeit
der Temperaturverteilung während
des Erhitzens bei dem Hindurchleiten eines elektrischen Stromes,
da die Stickstoffgaskonzentration niedrig eingestellt worden war.
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Die
Versuchsmaterialien der Vergleichsbeispiele 4 und 5, welche jeweils
unter den Bedingungen einer langen Verweilzeit oder einer niedrigen
Konzentration an Rohstoffgas hergestellt worden waren, zeigten entsprechend
eine verringerte Abscheidungsgeschwindigkeit. Das Versuchsmaterial
des Vergleichsbeispieles 7, welches durch ein Verfahren des Reaktionssinterns
hergestellt worden war, erwies sich als Film mit ungleichmäßiger Dicke
mit Unregelmäßigkeiten
auf seiner Oberfläche
und zeigte eine verschlechterte Hitzeschockbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit
und verringerte Gleichmäßigkeit
der Temperaturverteilung während
des Erhitzens durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms. Das
Versuchsmaterial des Vergleichsbeispieles 8, ein CVD-SiC-Film hergestellt
aus dem SiC-gebildeten Material erhalten durch das Reaktions-Sinter-Verfahren, erwies
sich als Film von unebener Dicke und Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche und
zeigte verschlechterte Hitzeschockbeständigkeit und verringerte Gleichmäßigkeit
der Temperaturverteilung während
des Erhitzens durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms.
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Wie
bereits beschrieben, stellt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
ein stickstoffdotiertes SiC-gebildetes n-Typ-Material zur Verfügung, welches
aus hochreinen Beta-Typ-Kristallen besteht, welches einen niedrigen
Widerstand und eine niedrige Lichtdurchlässigkeit zusätzlich zu
weiteren überlegenen
Eigenschaften, die dem CVD-SiC eigen sind, wie z. B. hohe Dichte
(porenfrei), hohe Reinheit usw., aufweist, das geeigneterweise als
Substrat für
die Halbleiterherstellungsgeräte
verwendet werden kann. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Herstellung des SiC-gebildeten Materials bereitgestellt, durch
welches das SiC-gebildete
Material mit hoher Produktivität
und verbesserter Abscheidungsrate erhalten wird.
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Das
mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte SiC-gebildete Material weist eine hohe Reinheit,
mit einem Gehalt an Verunreinigungen, abgesehen von N, C und Si,
von 150 ppb oder weniger, auf und setzt bei wiederholtem Erwärmen und
Abkühlen
keinen Stickstoff frei. Das Material weist daher außergewöhnlich gute
Eigenschaften bei der zyklischen Erhitzung bei der Verwendung als
Heizelement auf.
Tabelle 3
Tabelle 6