DE69930266T2

DE69930266T2 - Material zum ziehen von sic-einkristallen und verfahren zur herstellung von sic-einkristallen

Info

Publication number: DE69930266T2
Application number: DE69930266T
Authority: DE
Inventors: Nippon Pillar Packing Co. Kichiya Sanda-shi TANINO; Nippon Pillar Packing Co. Masanobu Sanda-shi HIRAMOTO
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2019-07-31
Also published as: EP1130137A1; EP1130137B1; TW438720B; US6436186B1; EP1130137A4; WO2001009412A1; DE69930266D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Material zum Ziehen von monokristallinen SiC und auf ein Verfahren zum Erzeugen von monokristallinem SiC, und noch spezieller auf ein Material zum Ziehen von monokristallinem SiC, das als Substratwafer für ein elektronisches Halbleiterbauelement für den Hochtemperatur- oder den Hochfrequenzbereich benutzt wird, wie beispielsweise für eine lichtemittierende Diode, ein optisches Element für Röntgenstrahlung, ein Schaltelement, ein Verstärkerelement und einen optischen Sensor, und ebenso auf ein Verfahren zum Herstellen von derartigem monokristallinem SiC.
Hintergrund zum Stand der Technik
SiC (Siliciumcarbid) hat eine höhere Wärmebeständigkeit and mechanische Festigkeit als die existierenden Halbleitermaterialien wie zum Beispiel Si (Silicium) und GaAS (Galliumarsenid), und hat eine gute Beständigkeit gegen Strahlung. Zusätzlich ist es einfach, die Valenzsteuerung von Elektronen und Löchern durch Dotierung mit einer Verunreinigung durchzuführen. Außerdem hat SiC einen großen Bandabstand (beispielsweise hat monokristallines 6H-SiC einen Bandabstand von etwa 3,0 eV, und monokristallines 4H-SiC einen Bandabstand von 3,26 eV). Daher ist es möglich, eine große Kapazität, eine Hochfrequenz-Eigenschaft, eine dielektrische Eigenschaft und eine Widerstandsfähigkeit gegen Umgebungseinflüsse zu schaffen, die sich mit den oben beschriebenen existierenden Halbleitermaterialien nicht realisieren lassen. Dem SiC wird Aufmerksamkeit gewidmet, und es wird erwartet, dass es ein Halbleitermaterial für Leistungsbauelemente der nächsten Generation sein wird.
Als ein Verfahren zum Erzeugen (Ziehen) von monokristallinem SiC dieses Typs sind konventionell bekannt: das modifizierte Sublimations- und das Rekristallisierungsverfahren (modifiziertes Lely-Verfahren), bei dem ein Keimkristall in einem Graphit-Schmelztiegel eingesetzt wird, und das Sublimieren aus der Gasphase von als Rohmaterial dienendem SiC, das diffusiv in einen geschlossenen Raum transportiert, um auf dem Keimkristall rekristallisiert zu werden, der auf eine niedrige Temperatur gesetzt wurde; das Hochtemperatur-Epitaxieverfahren, bei das epitaktische Wachstum auf einem Siliciumsubstrat durch den Einsatz des chemischen Dampfabscheidungsverfahrens (CVD-Verfahren) durchgeführt wird, wobei monokristallines kubisches SiC (β-SiC) gezogen wird; das Sputterverfahren mit einem Magnetron; und das Plasma-CVD-Verfahren.
Außerdem offenbart die EP-A-0 964 084 ein Verfahren zum Herstellen von monokristallinem SiC durch das Aufschichten von monokristallinen SiC-Stücken, wobei die Kristallorientierungen in einer Richtung vereinheitlicht werden und die Seiten von Kristallorientierungen der erwähnten monokristallinen SiC-Stücke im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet werden und anschließend poliert oder geschliffen werden, und das Setzen einer polykristallinen Platte, die aus Si- und C-Atomen an den Seiten der Kristallorientierungen besteht, auf die Kristallorientierungsseiten der erwähnten Mehrzahl von monokristallinen Stücken und die anschließende Wärmebehandlung des Komplexes, wodurch monokristallines SiC von den Kristallorientierungsseiten der erwähnten monokristallinen SiC-Stücke in Richtung zu der polykristallinen Platte erzeugt wird.
Unter den oben aufgeführten bekannten Herstellungsverfahren, bei der modifizierten Sublimation und dem Umkristallisierungsverfahren treten jedoch Verunreinigungen während des Wachstums des Kristalls, die die Reinheit verringern, wobei zwei oder mehrere Polytypen vermischt in demselben Kristall existieren und an deren Zwischenfläche leicht Kristalldefekte eingebracht werden. Zusätzlich entstehen stiftförmige Löcher, die als Mikroröhren-Defekte bezeichnet werden und die einen Leckstrom verursachen, wenn eine Halbleiteranordnung hergestellt wird, die durch das Kristall in Wachstumsrichtung hindurch, die einen Durchmesser von wenigen Mikron haben und die in einem gewachsenen Kristall leicht bei etwa 300 bis 1000/cm² liegen. Daher ist die Qualität bei diesem Verfahren problematisch.
Bei dem Hochtemperatur-Epitaxieverfahren ist die Substrattemperatur so hoch, dass der Betrag der Wieder-Verdampfung hoch ist, und daher ist es erforderlich, eine reduzierende Atmosphäre hoher Reinheit zu erzeugen. Dementsprechend weist das Verfahren Probleme darin auf, dass es schwierig ist, das Verfahren unter dem Gesichtspunkt der Installation praktisch auszuführen, und dass wegen des Epitaxiewachstums die Kristallwachstumsrate natürlich begrenzt ist, und dass daher die Produktivität an monokristallinem SiC sehr niedrig ist.
Bei dem Magnetron-Bedampfungsverfahren und dem Plasma-CVD-Verfahren ist die Installation massiv, und Defekte wie Mikroröhren-Defekte werden unvermeidlich erzeugt.
Wie oben beschrieben, kann mit den herkömmlichen Verfahren zum Erzeugen von monokristallinem SiC monokristallines SiC von befriedigender Reinheit unter den Gesichtspunkten der Installation und der Qualität in Hinblick auf die Erzeugung von Mikroröhren-Defekten und dergleichen nicht gezogen werden. Diese Probleme sind die Hauptursache der Verhinderung eines praktischen Nutzens von monokristallinem SiC, das, verglichen mit bestehenden Halbleitermaterialien wie Si und GaAs überlegene Eigenschaften hat.
Unter diesen Umständen haben die Erfinder ein Verfahren entwickelt und vorgeschlagen, bei dem ein Komplex, der durch Aufschichten in einem unmittelbar kontaktierenden Zustand von Basismaterial aus monokristallinem SiC und einer polykristallinen Platte aus Si-Atomen und C-Atomen konfiguriert ist, unter einer Bedingung wärmebehandelt wird, wo die Basismaterialseite an einer Seite mit einer niedrigeren Temperatur eines Wärmebehandlungsofens plaziert wird, wodurch polykristalline Stücke der polykristallinen Platte zur Nachbildung eines Einkristalls des monokristallinen Basismaterials transformiert werden, so dass monokristallines SiC gezogen wird, das als Einkristall in derselben Richtung wie das monokristalline Basismaterial integral gezogen wird.
Entsprechend dem oben erwähnten Verfahren zur Herstellung von monokristallinem SiC, das durch die Erfinder entwickelt und vorgeschlagen wurde (nachstehend als das vorgeschlagene Herstellungsverfahren bezeichnet), bilden Si-Atome und C-Atome keine großen Kristallkörner zwischen dem monokristallinem SiC-Basismaterial und der polykristallinen Platte, und eine Wärmebehandlung wird bei einem Zustand durchgeführt, bei dem eine SiC-Schicht zwischengefügt ist, in der ein Teil oder im wesentlichen die ganze Anzahl der Si- und der C-Atome als einziger Bestandteil existieren. Daher bewegen sich die Si-Atome und die C-Atome diffusiv in eine Zwischenfläche zwischen dem monokristallinen SiC-Basismaterial und der polykristallinen Platte, und ein Einkristall kann integral durch Wachstum aus der festen Phase gezogen werden, in der die sich diffusiv bewegenden Si- und C-Atome simultan über im wesentlichen die ganze Fläche der Oberfläche des monokristallinen SiC-Basismaterials zur Nachbildung eines Einkristalls neu angeordnet werden, welches sich an der Seite der niedrigeren Temperatur befindet. Außerdem wird verhindert, dass Verunreinigungen aus der Atmosphäre an die Zwischenfläche herangelangen, wobei das Vorkommen von Kristalldefekten und eine Verzerrung vermieden werden, und auch das Vorkommen von Mikroröhren-Defekten kann verringert werden. Daher hat das vorgeschlagene Herstellungsverfahren den Vorteil, dass monokristallines SiC hoher Qualität mit hoher Produktivität im Vergleich zu den oben erwähnten konventionellen Herstellungsverfahren gezogen werden kann.
Das oben erwähnte Herstellungsverfahren wurde weiter entwickelt. Schließlich wurde herausgefunden, dass, monokristallines SiC höherer Qualität zu ziehen, die folgenden Umstände von Bedeutung sind: die einheitliche Aufrechterhaltung des unmittelbar kontaktierenden Zustands zwischen dem monokristallinen Basismaterial und der polykristallinen Platte über die gesamte Seite; Vermeidung der Verzerrung auf dem Einkristall des Basismaterials; die einheitliche Aufrechterhaltung der Temperaturdifferenz zwischen den einander gegenüberliegenden Seiten des monokristallinen SiC-Basismaterials und der polykristallinen Platte über das gesamte Gebiet währen der Wärmebehandlung, um die Neuanordnung der Gitterstruktur der Si- und der C-Atome zu beschleunigen, die von der polykristallinen Platte zur Oberfläche des Basismaterials zur Nachbildung des darunterliegenden monokristallinen SiC sublimieren. Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren bietet Raum für eine Verbesserung in diesen Punkten.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung wurde in Hinblick auf die oben dargestellten Umstände des Standes der Technik ausgeführt. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Material zum Ziehen von monokristallinem SiC, das es ermöglicht, dass monokristallines SiC von sehr hoher Qualität gezogen wird, in dem Mikroröhren-Defekte und dergleichen kaum vorkommen, und ein Verfahren zum Herstellen von monokristallinem SiC zur Verfügung zu stellen, welches monokristallines SiC von hoher Qualität einfach und mit hoher Produktivität unter den Gesichtspunkten der Installation und der Praktikabilität erzeugt, wodurch sich der praktische Nutzen von monokristallinem SiC als Halbleitermaterial erhöht.
Das Material zum Ziehen von monokristallinem SiC gemäß der ersten Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial durch das Aufschichten in einem unmittelbar kontaktierenden Zustand aus einem Komplex besteht, der durch das Aufschichten eines Basismaterials aus monokristallinem SiC und einer polykristallinen Platte, die aus Si- und C-Atomen besteht, in einem unmittelbar kontaktierenden Zustand, wobei eine organische oder eine anorganische Substanz zwischen gegenüberliegenden Seiten der beiden Teile in einer laminierten Art eingebracht werden, wobei die Hauptkomponenten Si und C sind. Der Komplex wird wärmebehandelt, um zu bewirken, dass polykristalline Teile der polykristallinen Platte in derselben Richtung wie ein Einkristall des monokristallinen SiC umgewandelt werden, wodurch das Wachsen eines Einkristalls ermöglicht wird. Das Verfahren zum Herstellen von monokristallinem SiC gemäß der zweiten Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein monokristallines SiC-Basismaterial und eine polykristalline Platte, die die aus Si- und C-Atomen besteht, in einem unmittelbar kontaktierenden Kontakt gestapelt werden, wobei eine organische oder anorganische Substanz zwischen gegenüberliegenden Seiten der zwei Teile in einer laminierten Form eingebracht werden, wobei die hauptsächlichen Bestandteile der Substanz Si und O sind, und dass der Komplex dann wärmebehandelt wird, um die Umformung polykristalliner Teile der polykristallinen Platte in derselben Richtung wie ein Einkristall des monokristallinen Basismaterials aus SiC zu bewirken, wodurch vollständig ein Einkristall wächst.
Gemäß der ersten und der zweiten Erfindung, die solche Bestandteile aufweisen, da die organischen und die anorganischen Substanzen, die Si und O als hauptsächliche Bestandteile enthalten, in einer laminierten Form zwischen die gegenüberliegenden Seiten des monokristallinen SiC-Basismaterials und der polykristallinen Platte eingebracht werden, kann (a) der unmittelbar kontaktierte Zustand der gegenüberliegenden Seiten einheitlich über die gesamte Seite erhalten, ohne einen Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Basismaterials und der polykristallinen Platte zu erzeugen. (b) Die zwischengelagerte organische oder anorganische Substanz bildet eine amorphe (glasige) Schicht von niedriger thermischer Leitfähigkeit, und die Temperaturdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Basismaterials und der polykristallinen Platte kann im wesentlichen einheitlich über den gesamten Bereich während der Wärmebehandlung unter einem Zustand aufrecht erhalten werden, bei dem die Seite des Basismaterials eine niedrigere Temperatur aufweist. (c) Mit der Zunahme der Wärmebehandlung zersetzen sich Si und O thermisch, die die Hauptkomponenten der Zwischenschicht sind; und die Zwischenschicht tritt in einen gemischten Zustand ein, in dem Si-Keime und allfällige O-Keime (beispielsweise Radikale, Ionen und dergleichen) vorhanden sind. In diesem Zustand wird die atomare Bindung zwischen einem Si-Atom und einem C-Atom in dem Kontaktbereich auf der Seite der polykristallinen Platte insbesondere durch die Elektronen entfernende Funktion der O-Keime geschwächt und durch die stereoskopische Funktion, in der beispielsweise die O-Keime in die Si-C-Gitter hineingelangen, um eine Verzerrung in dem Gitterintervall zu erzeugen. Dann bewegen sich die Si-Atome die O-Atome, die infolge des Auf brechens der Bindung in Bereich der Kontaktfläche erzeugt werden, schnell diffusiv in der Zwischenschicht, wobei sie einen Temperaturgradienten von 100° C oder mehr haben. In dem Moment, zu dem die Atome die Oberfläche des Basismaterials erreichen, welches auf niedriger Temperatur und stabil gehalten wird, wird eine Gitterumordnung der Si- und der C-Atome zur Nachbildung des Einkristalls des Basismaterials verursacht, so dass Einzelkristalle integral gezogen werden können. (d) Da der unmittelbar kontaktierte Zustand der gegenüberliegenden Seiten des Basismaterials und der polykristallinen Platte gleichmäßig über der gesamten Fläche eingehalten wird, ist es möglich, das Eindringen von Verunreinigungen von der Atmosphäre auf die Zwischenfläche während der Wärmebehandlung zu verhindern. (e) Sogar während der Wärmebehandlung wird die Temperatur des Basismaterials auf einem niedrigen Niveau gehalten, und dadurch kann der Einkristall des Basismaterials stabilisiert werden.
Wie oben beschrieben wurde, können, wenn die organische oder die anorganische Substanz, die Si oder O als hauptsächliche Komponenten enthält, zwischen die gegenüberliegenden Seiten des Einkristall aus dem SiC-Basismaterial und der polykristallinen Platte eingebracht wird, die oben genannten Funktionen (a) bis (e) erzielt werden. Durch einen Synergieeffekt dieser Funktionen kann sogar dann, wenn nur Mittel für die Wärmebehandlung des Komplexes vorgesehen werden, was unter den Gesichtspunkten der Installation und der Praktikabilität einfach ist, monokristallines SiC von sehr hoher Qualität mit hoher Produktivität erhalten werden, in dem das Auftreten von Kristalldefekten und einer Verzerrung des Basismaterials verhindert werden kann und wobei Mikroröhren-Defekte kaum auftreten. Im Ergebnis ist es möglich, einen Effekt zu erreichen, dass der praktische Nutzen von einkristallinem SiC ermöglicht wird, welches eine höhere Temperatureigenschaft, eine höhere Frequenzeigenschaft, eine bessere dielektrische Eigenschaft und eine bessere Beständigkeit gegen Umgebungen im Vergleich zu bekannten Halbleitermaterialien wie zum Beispiel Si (Silicium) und GaAs (Galliumarsenid) aufweist und nach dem als Halbleitermaterial für ein Leistungsbauelement nachgefragt wird.
In dem Material zum Ziehen des monokristallinen SiC gemäß der ersten Erfindung und dem Verfahren zum Herstellen von monokristallinem SiC gemäß der zweiten Erfindung wird vorzugsweise monokristallines α-Si als monokristallines SiC-Basismaterial eingesetzt. Unter Berücksichtigung einer weiteren Verbesserung der Qualität von monokristallinem SiC ist es vorzuziehen, ein Material als polykristalline Platte zu verwenden, das in einer plattenförmigen Form durch das thermochemische Dampfablagerungsverfahren produziert wird (worauf nachstehend als thermisches CVD-Verfahren Bezug genommen wird), bei dem Verunreinigungen im geringsten Umfang auftreten.
In dem Material zum Ziehen des monokristallinen SiC gemäß der ersten Erfindung und bei dem Verfahren zum Herstellen von monokristallinem SiC gemäß der zweiten Erfindung kann die Zwischenschicht im Zustand einer flüssigen Phase eingebracht werden, wodurch es möglich ist, die Bildung einer Lücke zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Basismaterials und der polykristallinen Platte vollständig zu eliminieren, um den vollständig kontaktierten Zustand der gegenüberliegenden Seiten zu gewährleisten.
In dem Material zum Ziehen von monokristallinem SiC gemäß der Erfindung und bei dem Verfahren zum Herstellen von monokristallinem SiC gemäß der zweiten Erfindung kann, wenn Silicium oder eine Siliciumverbindung, einschließlich Silikongummi, Silikonöl und Silikonfett, als organische oder anorganische Substanz zur Bildung der Zwischenschicht verwendet wird, die Zwischenschicht durch einfache Mittel als eine Anwendung gebildet werden, so dass das Basismaterial, das durch den Komplex konfiguriert wird, leicht hergestellt werden kann und die Herstellungskosten reduziert werden können. Alternativ kann das monokristalline SiC-Basismaterial oder die polykristalline Platte selber thermisch oxidiert werden, um einen SiO₂-Film auf der Oberfläche zu bilden, und der Film kann als Zwischenschicht genutzt werden.
Beim Verfahren zum Herstellen von monokristallinem SiC gemäß der zweiten Erfindung wird ein Komplex in der polykristallinen Platte so erzeugt, dass er größer ist als der, bei dem das monokristalline SiC benutzt werden kann, und der Komplex kann wärmebehandelt werden, während der Komplex auf einem Trägertisch eines Ofens zur Wärmebehandlung plaziert ist, so dass ein Bereich, der auf der einen Seite des monokristallinen SiC-Basismaterials liegt und der kleiner ist, an einer niedrigeren Seite positioniert ist. Gemäß dieser Konfiguration nimmt die polykristalline Platte, welche größer ist, Strahlungswärme in dem Ofen auf, und auf einfache Weise wird eine Temperaturdifferenz erzeugt, und die Wärmeverteilung über die gesamte Fläche der Zwischenfläche wird auf einfache Weise vergleichmäßigt. Daher kann die Wachstumsrate von monokristallinem SiC erhöht werden, so dass die Produktivität weiter verbessert werden kann.
Wenn eine Graphitschicht auf eine Seite des Trägertisches in dem Wärmebehandlungsofen gelegt wird, wobei das monokristalline SiC-Basismaterial auf der Fläche aufgelegt werden soll, kann verhindert werden, dass der Trägertisch, der aus gesintertem Graphit hergestellt ist, und das monokristalline SiC-Basismaterial aneinanderhaften, und die Wärme kann gleichmäßig über die gesamte Fläche des monokristallinen SiC-Basismaterials eingebracht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 und 2 sind Diagramme, die die Produktionsschritte des Materials zum Ziehen von monokristallinem SiC in einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen, 3 ist ein Diagramm des Materials (Komplex) zum Ziehen von monokristallinem SiC gemäß der ersten Ausführungsform, 4 und 5 sind Diagramme, die Produktionsschritte des Materials zum Ziehen des monokristallinen SiC in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen, 6 ist ein Diagramm des Materials (Komplex) zum Ziehen von monokristallinem SiC gemäß der zweiten Ausführungsform, 7 ist ein Diagramm, das einen Wärmebehandlungszustand eines Komplexes zeigt, und 8 ist ein Diagramm, das einen Zustand nach der Wärmebehandlung zeigt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Nachstehend wird eine erste Ausführung der Erfindung beschrieben. 1 zeigt monokristallines SiC-Basismaterial, welches ein Element des Materials zum Ziehen von monokristallinem SiC ist. Ein plattenförmiges sechseckiges (6H-Typ oder 4H-Typ) monokristallines α-SiC-Basismaterial 1, welches nach dem Sublimations-Umkristallisationsverfahren hergestellt wird, wird als monokristallines SiC-Basismaterial verwendet. Das monokristalline α-SiC-Basismaterial 1 hat eine Größe mit einer Dicke T1 von 0,3 cm und mit einer Länge × Breite von 1,2 mm². Die Oberfläche des Basismaterials wird durch eine Lösung (beispielsweise mit dem Produktnamen: AEROSIL) beschichtet, in der feinkörniges Silica (Siliciumdioxid-)-Pulver, das durch das Dampfphasenverfahren hergestellt wird, um einen Partikeldurchmesser von 80 Angström zu haben, in Ethanol aufgelöst ist, als Beispiel für eine organische oder anorganische Substanz, die Si und O als Hauptkomponenten enthält, um einen Beschichtungsfilm 2 zu bilden, der eine Dicke t1 von zwischen 100 bis 3000 Angström aufweist.
2 zeigt eine polykristalline Platte, die das andere Element des Materials zum Ziehen von monokristallinem SiC ist. Die polykristalline Platte 3 wird durch das thermische CVD-Verfahren in einer scheibenförmigen Gestalt hergestellt, die eine Dicke T2 von 0,7 cm und einen Durchmesser von 2,0 cm hat.
Die scheibenförmige polykristalline Platte 3, die in 2 dargestellt ist, ist in einem unmittelbar kontaktierten Zustand auf dem Beschichtungsfilm 2 des monokristallinen α-SiC-Basismaterials 1 aufgeschichtet, das in 1 dargestellt ist, und an dieses gebondet, wodurch ein Komplex (Basismaterial) M gebildet wird, in dem, wie in 3 dargestellt ist, eine Zwischenschicht 4, die aus einer organischen oder anorganischen Si und O als hauptsächliche Komponenten enthaltenden Substanz hergestellt ist, zwischen zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Teile 1 und 3 zwischengelegt ist.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. 4 zeigt ein monokristallines SiC-Basismaterial, welches ein Element des Materials zum Ziehen von monokristallinem SiC ist. In derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform wird ein plattenförmiges hexagonales (6H-Typ oder 4H-Typ) monokristallines α-SiC-Basismaterial 1 als monokristallines SiC-Basismaterial verwendet, welches nach dem Sublimations-Rekristallisationsverfahren hergestellt wird. Das monokristalline α-SiC-Basismaterial 1 hat eine Größe mit einer Dicke T1 von 0,3 cm und mit einer Länge × Breite von 1,2 mm². Die Oberfläche des Basismaterials ist sprühbeschichtet mit einer Beschichtungszusammensetzung mit Silikongummi (beispielsweise unter dem Produktnamen: RTV Silicium-Spray von FINE CHEMICAL JAPAN CO., LTD.) als anderes Beispiel für die organische oder anorganische Substanz, die Si und O als hauptsächliche Komponenten enthält, um einen Beschichtungsfilm 5 zu bilden, der eine Dicke t2 von zwischen 500 bis 30.000 Angström aufweist.
5 zeigt eine polykristalline Platte, die das andere Element zum Ziehen von monokristallinem SiC ist. In derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform wird die polykristalline Platte 3 durch das thermische CVD-Verfahren zu einer scheibenförmigen Gestalt hergestellt, die eine Dicke von 0,7 cm und einen Durchmesser von 2,0 cm hat. Die Oberfläche des Plattenmaterials wird mit einer Beschichtungszusammensetzung von Silikongummi sprühbeschichtet (beispielsweise unter dem Produktnamen: RTV Silicium-Spray von FINE CHEMICAL JAPAN CO., LTD.) als anderes Beispiel für die organische oder anorganische Substanz, die Si und O als hauptsächliche Komponenten enthält, um einen Beschichtungsfilm 6 zu bilden, der eine Dicke t3 von zwischen 500 bis 30.000 Angström aufweist.
Das monokristalline α-SiC-Basismaterial 1, das in 4 dargestellt ist, und die scheibenförmige polykristalline Platte 3, die in 5 dargestellt ist, sind gestapelt und zusammengebondet, so dass die beschichteten Flächen vollständig miteinander kontaktiert sind, bevor die Beschichtungsfilme 5 und 6, die auf den jeweiligen Oberflächen gebildet werden, erhärtet sind, wodurch ein Komplex (Basismaterial) M' hergestellt wird, in dem, wie in 6 gezeigt ist, eine Zwischenschicht 4', die durch Beschichtungsfilme 5 und 6 konfiguriert ist und die eine Dicke t4 von zwischen 1 μm bis zu 60 μm aufweist, zwischen zwei einander gegenüberliegenden Seiten der zwei Teile 1 und 3 zwischengelegt ist.
Wie in 7 gezeigt ist, wird der Komplex M oder M' in einen Widerstandsheizofen 7 eingebracht und dann in einer horizontalen Stellung auf einem Graphitblatt 9 planiert, welches in dem Ofen auf der Oberfläche eines Trägertisches 8 aufgelegt ist, der aus gesintertem Graphit hergestellt ist, so dass das monokristalline α-SiC-Basismaterial, das kleiner ist, auf der unteren Seite positioniert ist.
Unter diesen Bedingungen wird ein Fluss eines Inertgases wie Ar in den Ofen 7 injiziert, und die Temperatur wird auf einen Mittelwert angehoben, bis die mittlere Ofentemperatur 2.200°C erreicht, und die mittlere Ofentemperatur von 2.200°C wird dann für etwa eine Stunde aufrecht erhalten. Auf diese Weise wird eine Wärmebehandlung in einer Inertgasatmosphäre unter atmosphärischem Druck und unter einem gesättigten SiC-Dampfdruck durchgeführt.
Bei dieser Wärmebehandlung hat die polykristalline Platte 3, welche auf der Hochtemperaturseite des Ofens plaziert ist, ursprünglich eine große Form und nimmt daher eine große Menge an Wärmestrahlung auf. Da die Zwischenschicht 4 oder 4', die eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit hat, zwischengelegt ist, wird eine Temperaturdifferenz von 100°C oder mehr zwischen der polykristallinen Platte und dem monokristallinem α-SiC-Basismaterial 1 erzeugt, das auf der Niedrigtemperaturseite des Ofens plaziert ist. Außerdem ist wegen der Größendifferenz der Form und des Vorhandenseins des Graphitblatts 9 die Wärmeverteilung in der Richtung der Ebene der Zwischenebene gleichförmig, und der gesamte Komplex M oder M' wird gleichförmig in einen Zustand erhitzt, in dem die Temperaturdifferenz erzeugt wird.
Mit der Zunahme der Wärmebehandlung zersetzen sich Si und O thermisch, die die hauptsächlichen Bestandteile der Zwischenschicht 4 oder 4' sind, und die Zwischenschicht geht in einen gemischten Zustand, in dem Si-Keime und willkürliche O-Keime (beispielsweise Radikale, Ionen und dergleichen) enthalten sind. In diesem Zustand ist die atomare Bindung zwischen einem Si-Atom und einem C-Atom in dem Kontaktflächenflächenbereich auf der Seite der polykristallinen Platte 3 insbesondere durch die Elektronen entziehende Funktion der O-Keime und durch die stereoskopische Funktion geschwächt, in der beispielsweise die O-Keime in die Si-C-Gitter eindringen, so dass sie dort eine Verzerrung in dem Gittermaterial erzeugen. Dann bewegen sich Si-Atome und C-Atome, die als Ergebnis des Aufbrechens der Bindung in dem Kontaktflächenbereich erzeugt werden, schnell diffusiv in der Kontaktschicht, die einen Temperaturgradienten von 100° C oder mehr aufweist. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Atome die Oberfläche des monokristallinen α-SiC-Basismaterials 1 erreichen, welches auf einer niedrigen Temperatur und stabil gehalten wird, wird eine Gitterumordnung der Si- und C-Atome zur Nachbildung des Einkristalls verursacht. Schließlich verschwindet, wie in 8 gezeigt wird, die Zwischenschicht 4 oder 4', und ein Teil mit einer Dicke T3 von etwa 300 μm von der Zwischenfläche der polykristallinen Platte 3 wird durch Umordnung der Atome integral mit einem monokristallinen Bereich 10 gezogen, der als Einkristall des monokristallinen α-SiC-Basismaterials 1 in derselben Richtung orientiert ist, so dass eine gezogene Schicht, in der die Anzahl der Mikroröhren sehr viel kleiner als der Keimkristall 1 (die Anzahl der Mikroröhren des monokristallinen Bereichs 10 beträgt 100/cm² oder weniger) ist, erhalten wird.
In dem Komplex M oder M' können der unmittelbar kontaktierte Zustand der einander gegenüberliegenden Flächen des monokristallinen α-SiC-Basismaterials 1 und die polykristalline Platte 3 gleichförmig über der gesamten Seite durch das Zwischeneinbringen der Zwischenschicht 4 oder 4' gehalten werden, und keine Lücke wird erzeugt. Daher wird kein Eindringen von Verunreinigungen aus der Atmosphäre zu der Zwischenfläche während der Wärmebehandlung nicht festgestellt.
Wie oben beschrieben, kann monokristallines SiC von sehr hoher Qualität bei hoher Produktivität erhalten werden, in dem das Auftreten von Kristalldefekten und einer Verzerrung des monokristallinen α-SiC-Basismaterials verhindert werden kann und in der kaum Mikroröhren-Defekte auftreten, wobei nur ein Mittel eingesetzt wird, das unter den Gesichtspunkten der Installation und der Praktikabilität einfach ist, d. h. das Erwärmen des Komplexes (Basismaterial) M oder M', in dem die Zwischenschicht 4 oder 4', die aus einer organischen oder einer anorganischen Substanz besteht, die Si oder O als hauptsächliche Komponenten enthält, zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen des Basismaterials 1 und der polykristallinen Platte 3 eingebracht ist. Daher ist es möglich, den praktischen Nutzen von monokristallinem SiC zu erhöhen, das durch eine hohe Temperaturbeständigkeit, eine hohe Frequenzgüte, seine dielektrische Eigenschaft und seine Beständigkeit gegenüber Umgebungseinflüssen gegenüber bekannten Halbleitermaterialien wie Si (Silicium) and GaAs (Galliumarsenid) überlegen ist und das als Halbleitermaterial für ein Leistungsbauelement in Aussicht genommen wird.
In den oben beschriebenen Ausgestaltungen wird das monokristalline α-SiC-Basismaterial 1 als monokristallines SiC-Basismaterial verwendet. Alternativ lässt sich beispielsweise ein gesintertes α-SiC-Bauteil verwenden. In den Ausführungsformen wird ein Bauteil, das in einer plattenförmigen Gestalt durch ein thermisches CVD-Verfahren hergestellt wurde, als polykristalline Platte verwendet, die durch Si-Atome und C-Atome gebildet ist. Alternativ kann beispielsweise amorphes SiC, ein gesintertes SiC-Bauteil von hoher Reinheit, oder eine polykristalline Platte aus α-SiC eingesetzt werden.
In den Ausführungsformen wird Silicium oder eine Siliciumverbindung als Zwischenschicht 4 oder 4' verwendet. Alternativ kann das monokristalline α-SiC-Basismaterial 1 oder die polykristalline Platte 3 selber oxidiert werden, um einen SiO₂-Film auf der Oberfläche zu bilden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben wurde, ist die Erfindung eine Technologie, bei der monokristallines SiC-Basismaterial und eine polykristalline Platte in unmittelbar kontaktierten Zustand unter Einbringung einer Zwischenschicht mit einer organischen oder einer anorganischen Substanz zwischen einander gegenüberliegenden Flächen von zwei Bauteilen in einer geschichteten Form, wobei die hauptsächlichen Bestandteile Si und O sind und der Komplex anschließend wärmebehandelt wird, damit Polykristall-Teile der polykristallinen Platte in derselben Richtung als Einkristall aus dem monokristallinen SiC-Basismaterial zur Nachbildung des Einkristalls umgewandelt werden, wodurch monokristallines SiC von sehr hoher Qualität einfach und effizient hergestellt werden kann, das überlegen in Hinblick auf seine Wärmebeständigkeit und seine mechanische Festigkeit ist und in dem nicht nur Kristallfehler und Verzerrungen, sondern auch Mikroröhren-Defekte kaum vorkommen.

Claims

Material zum Ziehen von monokristallinem Siliciumcarbid, wobei das Material durch einen Komplex, welcher durch Aufschichten in einem unmittelbaren kontaktierenden Zustand eines monokristallinen Siliciumcarbids als Basismaterial und einer polykristallinen Platte aus Siliciumatomen und Kohlenstoffatomen mit zwischengelagerten organischen oder anorganischen Substanzen, welche zwischen den gegenüberliegenden Flächen der beiden Teile in einer laminierenden Art eingebracht werden, wobei die grundsätzlichen Komponenten dieser Substanz Silicium und Sauerstoff sind, gebildet wird.
Material zum Ziehen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 1, wobei das monokristalline Siliciumcarbidgrundmaterial ein monokristallines α-SiC ist.
Material zum Ziehen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 1, wobei das monokristalline Siliciumcarbidbasismaterial amorphes Siliciumcarbid, ein hochreines gesintertes Siliciumcarbid oder ein polykristallines Siliciumcarbid ist, welche als eine plattenähnliche Form durch eine thermochemische Dampfablagerungsmethode gebildet werden.
Material zum Ziehen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht in einem flüssigen Phasenzustand zwischengelagert wird.
Material zum Ziehen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 1, wobei die organische oder anorganische Substanz, welche die Zwischenschicht bildet und welche Silicium und Sauerstoff als Basiskomponente aufweist, Silicon oder ein siliconhaltiges Silicongummi, Siliconharz, Siliconöl oder Siliconnfett ist.
Material zum Ziehen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 1, wobei die organische oder anorganische Substanz, welche die Zwischenschicht bildet und welche Silicium oder Sauerstoff als Basiskomponenten aufweist, ein SiO₂-Film ist, welcher an einer Fläche des monokristallinen Siliciumcarbidbasismaterials oder der polykristallinen Platte, welche durch thermische Oxidation des Basismaterials oder der Platte selbst gebildet wird, gebildet wird.
Material zum Ziehen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht eine Dicke 1–60 μm aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines monokristallinen Siliciumcarbids, wobei ein monokristallines Siliciumcarbidbasismaterial und eine polykristalline Platte, welche Siliciumatome und Kohlenstoffatome aufweist, in einen engen kontaktierenden Zustand aufgeschichtet werden, wobei dazwischen eine organische oder anorganische Substanz zwischen gegenüberliegenden Flächen der beiden Teile in einer laminierenden Art eingebracht werden, die Basiskomponenten dieser Substanz Silicium und Sauerstoff sind und dieser Komplex wärmebehandelt wird, um die polykristallinen Anteile der polykristallinen Platten in die selbe Richtung wie die einzelnen Kristalle des monokristallinen Siliciumcarbidbasismaterials zu bringen, wodurch ein integraler Monokristall gezogen wird.
Verfahren zum Herstellen eines monokristallinen Siliciumcarbids gemäß Anspruch 8, wobei monokristallines α-SiC als monokristallines Siliciumcarbidbasismaterial verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 8, wobei amorphes SiC, ein hochgereinigter, gesinterter Siliciumcarbidanteil oder eine polykristalline SiC-Platte, die in einer plattenartigen Form durch eine thermochemische Dampfablagerungsmethode hergestellt werden, als die polykristalline Platte verwendet werden.
Verfahren zum Herstellen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 8, wobei die Zwischenschicht in einem flüssigen Phasenzustand zwischengelagert wird.
Verfahren zum Herstellen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 8, wobei Silicon oder ein Siliconmaterial, welches Silicongummi, Siliconharz, Siliconöl oder Siliconfett aufweist, als die organische oder anorganische Substanz verwendet werden, welche die Zwischenschicht bildet und welche Silicium und Sauerstoff als Basiskomponenten aufweist.
Verfahren zum Herstellen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 8, wobei ein SiO₂-Film, welcher auf einer Fläche des monokristallinen Siliciumcarbidbasismaterial oder der polykristallinen Platte durch chemische Oxidation des Basismaterials oder der Platte selbst gebildet wird, als die organische oder anorganische Substanz verwendet wird, welche die Zwischenschicht bildet und welche Silizium oder Sauerstoff als Basiskomponente aufweist.
Verfahren zum Herstellen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 8, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 2.200° Celsius oder höher und in einer Athmosphäre von einem gesättigten Siliciumcarbiddampfdruck oder in der Umgebung von Druck durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 8, wobei die Wärmebehandlung erfolgt, während ein Komplex, in welchem die polykristalline Platte so gebildet wird, dass sie größer ist als das monokristalline Siliciumcarbidbasismaterial, auf einem Trägertisch in einem Wärmebehandlungsofen in der Art angeordnet wird, dass ein Bereich, welcher auf einer Seite des monokristallinen Siliciumcarbidbasismaterials liegt und kleiner ist, auf der niedrigeren Seite angeordnet wird.
Verfahren zum Herstellen von monokristallinem Siliciumcarbid gemäß Anspruch 15, wobei eine Graphitschicht auf einer Fläche des Trägertisches in dem Wärmebehandlungsofen ausgelegt ist und das monokristalline Siliciumcarbidbasismaterial auf dieser Fläche platziert wird.