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Technisches
Gebiet
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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.
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Hintergrund
zum Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
dem Magnetron-Bedampfungsverfahren und dem Plasma-CVD-Verfahren ist die
Installation massiv, und Defekte wie Mikroröhren-Defekte werden unvermeidlich
erzeugt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Offenbarung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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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.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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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.