EP3634922A1 - Method for producing layers of silicon carbide - Google Patents

Method for producing layers of silicon carbide

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EP3634922A1
EP3634922A1 EP18730683.2A EP18730683A EP3634922A1 EP 3634922 A1 EP3634922 A1 EP 3634922A1 EP 18730683 A EP18730683 A EP 18730683A EP 3634922 A1 EP3634922 A1 EP 3634922A1
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EP
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silicon
carbon
dispersion
silicon carbide
containing solution
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Application number
EP18730683.2A
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German (de)
French (fr)
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Siegmund Greulich-Weber
Rüdiger SCHLEICHER-TAPPESER
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PSC Technologies GmbH
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PSC Technologies GmbH
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Publication date
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    • C04B2111/00844Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for electronic applications

Definitions

  • Silicon carbide with the formula SiC is an extremely interesting and versatile material that can be used in semiconductor technology and for the position of ceramic materials. Due to the high hardness and the high melting point, silicon carbide is also called carborundum and is often used as an abrasive or as an insulator in high-temperature reactors. In addition, silicon carbide incorporates alloys or alloy-like compounds having a variety of elements and compounds which have a variety of advantageous material properties, such as, for example: As a high hardness, high resistance, low weight and a low sensitivity to oxidation, even at high temperatures.
  • silicon carbide 25 is extremely resistant mechanically and thermally, and the electronic properties can be tailored by suitable doping for the particular application. While pure silicon carbide is an insulator, but due to the good thermal conductivity is suitable as a substrate for semiconductor structures, by suitable doping, in particular with the elements boron, aluminum, nitrogen and phosphorus excellent semiconductor materials can be provided which at temperatures of up to about 500 ° C can be used.
  • a further object of the present invention is to provide suitable substances, in particular precursors, which can be reproducibly converted to silicon carbide monocrystals rapidly and on an industrial scale. It is further an object of the present invention to provide a method and suitable starting materials which make it possible to produce layers of silicon carbide on non-crystalline substrates, in particular non-monocrystalline substrates.
  • the present invention according to a first aspect of the present invention is a process for producing silicon carbide thin films according to claim 1; Further, advantageous embodiments of this invention aspect are the subject of the relevant subclaims.
  • Another object of the present invention according to a second aspect of the present invention is a composition according to claim 16; Further, advantageous embodiments of this invention aspect are the subject of the relevant subclaims. Finally, another object of the present invention is a silicon carbide layer according to claim 21. It goes without saying that the following, special embodiments, in particular special embodiments or the like, which are described only in connection with an aspect of the invention, also apply correspondingly in relation to the other aspects of the invention, without this requiring an explicit mention.
  • the subject of the present invention - according to one aspect of the present invention - is thus a process for producing thin layers of silicon carbide, wherein
  • a liquid carbon and silicon-containing solution or dispersion, in particular a SiC precursor sol, is applied to a substrate and
  • the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol is converted into silicon carbide.
  • the Applicant has surprisingly found out, by using carbon- and silicon-containing solutions or dispersions, in particular of SiC precursor sols, thin layers of doped or undoped silicon carbide can be produced, which have an extremely low number of defects and are outstanding Are suitable for semiconductor applications.
  • the method of the invention can produce thin layers of silicon carbide on almost all substrates, not just single-crystal substrates such as silicon carbide or silicon wafers.
  • the method according to the invention enables the simple, cost-effective and reproducible production of thin layers of silicon carbide or silicon carbide bodies with a flat surface.
  • a solution containing carbon and silicon is to be understood as meaning a solution or dispersion, in particular a precursor sol, which contains carbon- and silicon-containing chemical compounds, the individual compounds being carbon and / or May have silicon.
  • the compounds which have carbon and silicon are preferably suitable as precursors for the target compounds to be prepared.
  • a precursor is to be understood as meaning a chemical compound or a mixture of chemical compounds which react by chemical reaction and / or under the action of energy to one or more target compounds.
  • a precursor sol is a solution or dispersion of precursor substances, in particular starting compounds, preferably precursors, which react to form the desired target compounds.
  • the chemical compounds or mixtures of chemical compounds are no longer necessarily present in the form of the chemical compounds originally used, but instead, for example, as hydrolysis, condensation or other reaction or intermediate products.
  • this is made clear in particular by the expression of the "sol".
  • sol-gel processes inorganic materials are usually converted under hydro- or solvolysis into reactive intermediates or agglomerates and particles, the so-called sol, which then age in particular by condensation reactions to give a gel, larger particles and agglomerates in the Solution or dispersion arise.
  • a SiC precursor sol is a sol, in particular a solution or dispersion, which contains chemical compounds or their reaction products from which silicon carbide can be obtained under process conditions.
  • a solution is to be understood as meaning a usually liquid single-phase system in which at least one substance, in particular a compound or its components, such as ions, are homogeneously distributed in another substance, the so-called solvent.
  • a dispersion is to be understood as meaning an at least two-phase system in which a first phase, namely the dispersed phase, is distributed in a second phase, the continuous phase.
  • the continuous phase is also referred to as dispersion medium or dispersant;
  • the continuous phase is usually in the form of a liquid, and dispersions in the context of the present invention are generally solid-in-liquid dispersions.
  • the transition from a solution to a dispersion is often fluid and it is no longer possible to distinguish clearly between a solution and a dispersion.
  • a layer is to be understood as the distribution of material, in particular in the form of a monocrystal, having a certain layer thickness in a plane, in particular on a surface of a substrate.
  • the plane does not have to be completely covered with the material.
  • at least one surface of the substrate is provided over its entire surface with the layer of silicon carbide or with a layer of the carbon- and silicon-containing solution or dispersion.
  • a substrate is to be understood as meaning the material to which the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is applied.
  • a substrate in the context of the present invention is a three-dimensional or even a nearly two-dimensional structure having at least one preferably planar surface onto which the carbon- and silicon-containing solution or dispersion is applied.
  • the substrate is thus preferably a carrier material for producing the layer of silicon carbide from the informal carbon- and silicon-containing solution.
  • a doped silicon carbide is to be understood as meaning a silicon carbide which is admixed, in particular doped, with further elements, in particular from the 13th and 15th group of the Periodic Table of the Elements, in small amounts.
  • the silicon carbide has at least one doping element in the parts per million (ppm) or parts per billion (ppb) range.
  • the doping of the silicon carbides in particular has a decisive influence on the electrical properties of the silicon carbides, so that doped silicon carbides are particularly suitable for applications in semiconductor technology. Dopings with doping elements which have more than 4 valence electrons are referred to as n-type dopants, while dopants with doping elements having less than 4 valence electrons are referred to as p-type dopants.
  • the silicon carbide is doped with an element selected from the group consisting of nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, boron, aluminum, gallium, indium and mixtures thereof.
  • the silicon carbide is doped with elements of the 13th and 15th group of the periodic table of the elements, whereby in particular the electrical properties of the silicon carbide are specifically manipulated and adjusted. could be made.
  • Such doped silicon carbides are particularly suitable for applications in semiconductor technology.
  • the doping reagent is selected from arsenic trichloride, antimony chloride, arsenic oxide or antimony oxide.
  • aluminum can be used as doping, in particular in the case of acidic or basic pH.
  • aluminum chlorides When using metals as doping element, it is generally possible to use the chlorides, nitrates, acetates, acetylacetonates, formates, alkoxides and hydroxides, with absorption of sparingly soluble hydroxides.
  • the carbon- and silicon-containing solution or dispersion in particular the SiC precursor sol, is applied to the substrate as a layer, in particular as a homogeneous layer.
  • the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol in the form of a layer on the substrate, it is possible to obtain homogeneous monocrystalline layers of silicon carbide.
  • the carbon- and silicon-containing solution or dispersion in particular the SiC precursor sol, contains
  • the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol to temperatures in the range of 800 to 1 .200 ° C, in particular 900 to 1 .100 ° C, preferably 950 to 1. 050 ° C, heated and
  • the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular that glass obtained in process step (i), in the second process stage (ii) is heated, this can vary within wide ranges.
  • the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, preferably the glass obtained in process step (i) for a period of more than 10 minutes, in particular over 15 minutes, preferably over 20 Minutes, preferably over 25 minutes, heated.
  • the substrate may be removed after the thermal treatment, in particular following process step (b).
  • the substrate is removed in the context of the present invention, it has proven useful if the substrate is removed by oxidation.
  • the substrate is usually removed thermally or chemically, in particular by thermal or chemical oxidative removal.
  • particularly good results are obtained if the substrate is removed in an oxygen atmosphere, by means of ozone and / or by the action of aqueous hydrogen peroxide solution.
  • the substrate is burned, so to speak, which is particularly suitable for substrates based on graphite.
  • the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol is heated to temperatures of 1,800 ° C. or higher, and
  • the substrate is removed in a third method step following the second method step (b).
  • the thickness of the wafer over the layer thickness of the liquid carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular of the SiC precursor sol is determined in this context.
  • the process steps (a) and (b) are repeated until a wafer of the desired thickness is obtained. In this way, single crystal silicon carbide wafers of almost any thickness can be easily obtained.
  • the method steps (a) and (b) are repeated, wherein in each passage different carbon- and silicon-containing solutions or dispersions, in particular the SiC precursor sols, preferably with different doping reagents and / or different concentrations of doping reagents, be used.
  • different carbon- and silicon-containing solutions or dispersions, in particular the SiC precursor sols in the respective performance of process steps (a) and (b) semiconductor materials with layer-by-layer different electronic properties can be obtained, which can be used as base materials for electronic components , For example, layer sequences with pn doping for diodes and pnp or npn dopings can be used as base materials for bipolar transistors.
  • Another object of the present invention - in accordance with an aspect of the present invention - is a composition, in particular a SiC precursor sol, in the form of a solution or dispersion
  • the solvent or dispersant in the composition according to the invention can be selected from all suitable solvents or dispersants.
  • the solvent or dispersing agent is selected from water and organic solvents and mixtures thereof.
  • the starting compounds which are generally hydrolyzable or sovolyzable, are converted to inorganic hydroxides, in particular metal hydroxides and silicic acids, which subsequently condense, so that precursors suitable for pyrolysis and crystallization are obtained.
  • the compounds used should moreover have sufficiently high solubilities in the solvent used, in particular in ethanol and / or water, in order to be able to form finely divided dispersions of the solutions, in particular sols, and must not be mixed with other constituents of the solution or dispersion during the preparation process. especially the sol, react to insoluble compounds.
  • reaction rate of the individual reactions occurring must be coordinated, since the hydrolysis, condensation and optionally gelation of the composition according to the invention should, if possible, proceed undisturbed in order to obtain the most homogeneous possible distribution of the individual constituents in the sol.
  • the formed reaction products must not be sensitive to oxidation and, moreover, should not be volatile.
  • the organic solvent is selected from alcohols, in particular methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, ethyl acetate and mixtures thereof.
  • the organic solvent is selected from methanol, ethanol, 2-propanol and mixtures thereof, with ethanol in particular being preferred.
  • the abovementioned organic solvents are miscible with water over a wide range and, in particular, are also suitable for dispersing or for dissolving polar inorganic substances, for example metal salts.
  • mixtures of water and at least one organic solvent are preferably used as solvents or dispersants.
  • the solvent or dispersing agent has a weight-related ratio of water to organic solvent of 1:10 to 20: 1, in particular 1: 5 to 15: 1, preferably 1: 2 to 10: 1, preferably 1 : 1 to 5: 1, more preferably 1: 3.
  • the composition has a weight-related ratio of silicon to carbon, in particular in the form of the silicon-containing compound and the carbon-containing compound, in the range from 1: 1 to 1:10, in particular 1: 2 to 1: 7 , preferably 1: 3 to 1: 5, preferably 1: 3.5 to 1: 4.5.
  • a weight-related ratio of silicon to carbon in particular in the form of the silicon-containing compound and the carbon-containing compound, in the range from 1: 1 to 1:10, in particular 1: 2 to 1: 7 , preferably 1: 3 to 1: 5, preferably 1: 3.5 to 1: 4.5.
  • the composition has a silicon-to-carbon weight ratio, in particular of silicon-containing compound to carbonaceous compound, of 1: 4.
  • the silicon-containing compound is selected from silanes, silane hydrolyzates, orthosilicic acid and mixtures thereof, in particular silanes.
  • Orthosilicic acid As their condensation products can be obtained in the context of the present invention, for example, from alkali metal silicates whose alkali metal ions have been exchanged by ion exchange for protons.
  • alkali metal compounds are as far as possible not used in the composition since they are also incorporated into the silicon carbide-containing compound.
  • alkali metal doping is generally undesirable in the context of the present invention.
  • suitable alkali metal salts for example, the silicon-containing compounds or alkali phosphates, may be used.
  • R alkyl, in particular C 1 - to C 6 -alkyl, preferably C 1 to C 3 -alkyl, preferably C 1 - and / or C 2 -alkyl;
  • n 1 - 4, preferably 3 or 4.
  • R C 1 to C 3 alkyl, in particular C 1 and / or C 2 alkyl;
  • n 3 or 4.
  • the composition contains the silicon-containing compound, this may also vary widely depending on the particular conditions of use.
  • the composition contains the silicon-containing compound in amounts of 1 to 80% by weight, in particular 2 to 70% by weight, preferably 5 to 60% by weight, preferably 10 to 60% by weight, based on the composition , on.
  • the carbon-containing compound is selected from the group of sugars, in particular sucrose, glucose, fructose, invert sugar, maltose; Strength; Starch derivatives; organic polymers, in particular phenol-formaldehyde resin and resorcinol-formaldehyde resin, and mixtures thereof.
  • the composition optionally has a doping reagent.
  • the composition comprises a doping reagent
  • the composition usually has the doping reagent in amounts of 0.000001 to 15% by weight, in particular 0.000001 to 10% by weight, preferably 0.000005 to 5% by weight, more preferably 0.00001 to 1 wt .-%, based on the solution or dispersion on.
  • doping reagents can decisively change the properties of the resulting silicon carbide. If the silicon carbide is to be doped with nitrogen, then, for example, nitric acid, ammonium chloride or melamine can be used as doping reagents.

Abstract

The invention relates to a method for producing thin layers of silicon carbide by means of a solution or dispersion containing carbon and silicon.

Description

Verfahren zur Erzeugung von Schichten aus Siliciumcarbid  Method for producing layers of silicon carbide
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Halbleitertechnik. Ins- 5 besondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dünner Schichten aus Siliciumcarbid. The present invention relates to the technical field of semiconductor technology. In particular, the present invention relates to a method for producing thin layers of silicon carbide.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung, insbesondere ein Siliciumcarbid-Precursorsol, zur Herstellung dünner Schichten aus Siliciumcar- 10 bid. Furthermore, the present invention relates to a composition, in particular a silicon carbide Precursorsol, for producing thin layers of Siliciumcar- 10 bid.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung dünne Schichten aus Siliciumcarbid. Finally, the present invention relates to thin layers of silicon carbide.
Siliciumcarbid mit der Formel SiC ist ein in der Halbleitertechnik sowie für die Herl s Stellung keramischer Materialien äußerst interessantes und vielfältig einsetzbares Material. Aufgrund der hohen Härte sowie des hohen Schmelzpunktes wird Siliciumcarbid auch Carborund genannt und oftmals als Schleifmittel oder als Isolator in Hochtemperaturreaktoren eingesetzt. Darüber hinaus geht Siliciumcarbid mit einer Reihe von Elementen und Verbindungen Legierungen bzw. legierungsähnliche 20 Verbindungen ein, welche eine Vielzahl von vorteilhaften Werkstoffeigenschaften besitzen, wie z. B. eine hohe Härte, hohe Beständigkeit, ein geringes Gewicht sowie eine geringe Oxidationsempfindlichkeit, selbst bei hohen Temperaturen. Silicon carbide with the formula SiC is an extremely interesting and versatile material that can be used in semiconductor technology and for the position of ceramic materials. Due to the high hardness and the high melting point, silicon carbide is also called carborundum and is often used as an abrasive or as an insulator in high-temperature reactors. In addition, silicon carbide incorporates alloys or alloy-like compounds having a variety of elements and compounds which have a variety of advantageous material properties, such as, for example: As a high hardness, high resistance, low weight and a low sensitivity to oxidation, even at high temperatures.
Von besonderer Bedeutung sind jedoch Halbleiteranwendungen, da Siliciumcarbid 25 mechanisch und thermisch äußerst widerstandsfähig ist und sich die elektronischen Eigenschaften durch geeignete Dotierungen für den jeweiligen Anwendungsfall maßschneidern lassen. Während reines Siliciumcarbid ein Isolator ist, sich jedoch aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit als Substrat für Halbleiterstrukturen eignet, können durch geeignete Dotierung, insbesondere mit den Elementen Bor, Alumini- 30 um, Stickstoff und Phosphor hervorragende Halbleitermaterialien bereitgestellt werden, welche bei Temperaturen von bis etwa 500 °C Anwendung finden können. However, semiconductor applications are of particular importance, since silicon carbide 25 is extremely resistant mechanically and thermally, and the electronic properties can be tailored by suitable doping for the particular application. While pure silicon carbide is an insulator, but due to the good thermal conductivity is suitable as a substrate for semiconductor structures, by suitable doping, in particular with the elements boron, aluminum, nitrogen and phosphorus excellent semiconductor materials can be provided which at temperatures of up to about 500 ° C can be used.
Für Halbleiteranwendungen werden in der Regel einkristalline Siliciumcarbidstruk- turen, insbesondere dünne Schichten aus einkristallinem Siliciumcarbid, benötigt. 35 Zwar sind derzeit eine Reihe von Verfahren bekannt, um dünne Siliciumcarbid- schichten zu erzeugen, jedoch sind die Verfahren oftmals sehr aufwendig und kos- tenintensiv, weshalb die Verwendung von Siliciumcarbid in der Halbleitertechnik nur auf wenige Spezialanwendungen beschränkt ist. Semiconductor applications generally require monocrystalline silicon carbide structures, in particular thin layers of monocrystalline silicon carbide. Although a number of processes are currently known for producing thin silicon carbide layers, the processes are often very expensive and costly. tenintensiv, which is why the use of silicon carbide in semiconductor technology is limited to a few special applications.
So beschreibt die DE 27 27 557 A1 ein Verfahren zur Bildung von monokristallinem Siliciumcarbid auf einem monokristallinen Siliciumsubstrat, wobei mindestens ein Teilbereich des monokristallinen Siliciumsubstrats durch anodische Behandlung in einer wässrigen Flourwasserstoffsäurelösung in poröses Silicium umgewandelt wird und die resultierende Struktur in einer ein Kohlenwasserstoffgas enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 1050 °C bis 1250 °C erhitzt wird, so dass das poröse Silicium mit den Gasanteilen unter Bildung einer monokristallinen Siliciumcarbidschicht und einer diese überdeckenden Schicht aus polykristallinem Siliciumcarbid reagiert. Thus, DE 27 27 557 A1 describes a method for forming monocrystalline silicon carbide on a monocrystalline silicon substrate, wherein at least a portion of the monocrystalline silicon substrate is converted to porous silicon by anodic treatment in an aqueous hydrofluoric acid solution and the resulting structure in an atmosphere containing a hydrocarbon gas heating a temperature in the range of 1050 ° C to 1250 ° C so that the porous silicon reacts with the gas fractions to form a monocrystalline silicon carbide layer and a polycrystalline silicon carbide overlying layer thereof.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung N. Singh, K. Singh, A. Pandey und D. Kaur, "Improved electrica! transport properties in high quality nanocrystalline Silicon car- bide (nc-SiC) thin films for microelectronic applications", Materials Letters, 164, 2016, Seiten 28 bis 31 , betrifft die Herstellung dünner Schichten aus nanokristalli- nem Siliciumcarbid, welche mittels Sputtern aufgebracht werden. Des Weiteren betrifft die wissenschaftliche Veröffentlichung H. Shen, T. Wu, Y. Pan, L. Zhang, B. Cheng und Z. Yue, "Structural and optical properties of nc-3C- SiC films synthesized by hot wire chemical vapor deposition from SiH4-C2H2-H2 mixture", Thin Solid Films, 522, 2012, Seiten 36 bis 39, die Abscheidung von nano- kristallinen Silicumcarbidfilmen mittels CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition, CVD). Scientific Publications N. Singh, K. Singh, A. Pandey and D. Kaur, "Improved electric transport properties in high quality nanocrystalline silicon carbides (nc-SiC)", Materials Letters, 164, 2016, pages 28 to 31, concerns the production of thin layers of nanocrystalline silicon carbide, which are applied by sputtering. Further, the scientific paper relates to H. Shen, T. Wu, Y. Pan, L. Zhang, B. Cheng and Z. Yue, "Structural and optical properties of nc-3C films synthesized by hot wire chemical vapor deposition from SiH 4 -C 2 H 2 -H 2 mixture ", Thin Solid Films, 522, 2012, pages 36 to 39, the deposition of nanocrystalline silicon carbide films by CVD (Chemical Vapor Deposition, CVD).
Die zuvor beschriebenen Verfahren sind jedoch allesamt sehr aufwendig und können nur auf sehr kostenintensiven kristallinen Substraten angewendet werden, wenn definierte Siliciumcarbidschichten mit einer geringen Anzahl an Defekten er- zeugt werden sollen. However, the methods described above are all very expensive and can only be used on very costly crystalline substrates if defined silicon carbide layers with a small number of defects are to be produced.
Die WO 96/24709 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einkristalliner dünner Schichten aus Siliciumcarbid, wobei ein zu beschichtendes Substrat mit einem kohlenstoffhaltigen Polysilan überzogen wird, die anhaftende Schicht unter Schutz- gas pyrolisiert wird und die so erzeugte amorphe Siliciumcarbidschicht durch Halten einer hohen Temperatur von über 700 °C kristallisiert. Das beschriebene Verfahren stellt eine Weiterentwicklung der zuvor beschriebenen Verfahren dar, da auf diese Weise innerhalb kurzer Zeit relativ dicke Schichten erzeugt werden können, jedoch ist die Herstellung der entsprechenden Polysilane sehr aufwendig und als Substrate können gleichfalls lediglich kristalline Substrate verwendet werden. WO 96/24709 A1 describes a method for producing monocrystalline thin layers of silicon carbide, wherein a substrate to be coated is coated with a carbon-containing polysilane, the adhering layer is pyrolyzed under protective gas and the amorphous silicon carbide layer thus produced by maintaining a high temperature of crystallized above 700 ° C. The method described is a further development of the previously described methods, since in this way relatively thick layers can be produced within a short time, However, the preparation of the corresponding polysilanes is very expensive and as substrates can also be used only crystalline substrates.
Insbesondere die Verwendung von ausschließlich kristallinen Substraten ist prob- lematisch, da einkristalline Substrate, auf weichen die Siliciumcarbidschicht erzeugt werden soll, in der Herstellung sehr kostenintensiv sind und die Materialkosten für das Substrat die Kosten für die Durchführung des eigentlichen Verfahrens bei weitem übersteigen. Dies ist insbesondere dann besonders ungünstig, wenn das Substrat nicht weiterverwendet werden soll, sondern nur als Trägermaterial bei der Herstellung von Siliciumcarbidschichten verwendet wird. In particular, the use of exclusively crystalline substrates is problematic, since monocrystalline substrates on which the silicon carbide layer is to be produced are very expensive to produce and the material costs for the substrate far exceed the costs for carrying out the actual process. This is particularly unfavorable, in particular, when the substrate is not to be used further, but is used only as a carrier material in the production of silicon carbide layers.
Es fehlt im Stand der Technik daher weiterhin an einem einfachen und kostengünstig durchzuführenden Verfahren zur Herstellung von einkristallinen siliciumcarbid- haltigen Schichten oder auch einkristallinen siliciumcarbidhaltigen Körpern. The state of the art therefore still lacks a simple and cost-effective process for producing monocrystalline silicon carbide-containing layers or monocrystalline bodies containing silicon carbide.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, die zuvor beschriebenen, mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile und Probleme zu vermeiden, zumindest jedoch abzuschwächen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, geeignete Substanzen, insbesondere Precursoren, bereitzustellen, welche schnell und im industriellen Maßstab reproduzierbar zu Siliciumcarbideinkristallen umgesetzt werden können. Weiterhin ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, ein Verfahren und geeignete Ausgangsmaterialien bereitzustellen, welche es ermöglichen, Schichten aus Siliciumcarbid auf nicht-kristallinen Substraten, insbesondere nicht- einkristallinen Substraten, zu erzeugen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung dünner Schichten aus Siliciumcarbid gemäß Anspruch 1 ; weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspektes sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zusammensetzung nach Anspruch 16; weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspektes sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche. Schließlich ist wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Sili- ciumcarbidschicht nach Anspruch 21 . Es versteht sich von selbst, dass im Folgenden genannte, besondere Ausgestaltungen, insbesondere besondere Ausführungsformen oder dergleichen, welche nur im Zusammenhang mit einem Erfindungsaspekt beschrieben sind, auch in Bezug auf die anderen Erfindungsaspekte entsprechend gelten, ohne dass dies einer ausdrücklichen Erwähnung bedarf. It is thus an object of the present invention to avoid, but at least to mitigate, the disadvantages and problems described above associated with the prior art. A further object of the present invention is to provide suitable substances, in particular precursors, which can be reproducibly converted to silicon carbide monocrystals rapidly and on an industrial scale. It is further an object of the present invention to provide a method and suitable starting materials which make it possible to produce layers of silicon carbide on non-crystalline substrates, in particular non-monocrystalline substrates. The present invention according to a first aspect of the present invention is a process for producing silicon carbide thin films according to claim 1; Further, advantageous embodiments of this invention aspect are the subject of the relevant subclaims. Another object of the present invention according to a second aspect of the present invention is a composition according to claim 16; Further, advantageous embodiments of this invention aspect are the subject of the relevant subclaims. Finally, another object of the present invention is a silicon carbide layer according to claim 21. It goes without saying that the following, special embodiments, in particular special embodiments or the like, which are described only in connection with an aspect of the invention, also apply correspondingly in relation to the other aspects of the invention, without this requiring an explicit mention.
Weiterhin ist bei allen nachstehend genannten relativen bzw. prozentualen, insbesondere gewichtsbezogene Mengenangaben zu beachten, dass diese im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Fachmann derart auszuwählen sind, dass in der Summe der Inhaltsstoffe, Zusatz- bzw. Hilfsstoffe oder dergleichen stets 100 % bzw. 100 Gew.-% resultieren. Dies versteht sich für den Fachmann aber von selbst. Furthermore, it should be noted in all of the below-mentioned relative or percentage, in particular weight-based quantities, that they are to be selected within the scope of the present invention by a person skilled in the art such that the sum of the ingredients, additives or auxiliaries or the like is always 100% or 100% Wt .-% result. This is understood by the skilled person but by itself.
Im Übrigen gilt, dass der Fachmann anwendungsbezogen und einzelfallbedingt von den nachfolgend aufgeführten Zahlen-, Bereichs- oder Mengenangaben abweichen kann, ohne dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist. Incidentally, it is the case that the skilled person can deviate from the numbers, ranges or quantities given below, based on the application and due to individual cases, without departing from the scope of the present invention.
Zudem gilt, dass alle im Folgenden genannten Parameterangaben oder dergleichen grundsätzlich mit genormten oder explizit angegebenen Bestimmungsverfahren oder aber für den Fachmann an sich geläufigen Bestimmungsmethoden bestimmt bzw. ermittelt werden können. In addition, it is true that all the parameter information or the like mentioned below can in principle be determined or determined using standardized or explicitly stated determination methods or else determination methods familiar to the person skilled in the art.
Dies vorausgeschickt, wird nachfolgend der Gegenstand der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Given this, the subject matter of the present invention will be explained in more detail below.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem e r s t e n Aspekt der vor- liegenden Erfindung - ist somit ein Verfahren zur Herstellung dünner Schichten aus Siliciumcarbid, wobei The subject of the present invention - according to one aspect of the present invention - is thus a process for producing thin layers of silicon carbide, wherein
(a) in einem ersten Verfahrensschritt eine flüssige kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere ein SiC-Precursorsol, auf ein Substrat aufgebracht wird und  (A) in a first process step, a liquid carbon and silicon-containing solution or dispersion, in particular a SiC precursor sol, is applied to a substrate and
(b) in einem auf den ersten Verfahrensschritt (a) folgenden zweiten Verfahrensschritt die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, zu Siliciumcarbid umgesetzt wird. Wie die Anmelderin überraschenderweise herausgefunden hat, lassen sich durch die Verwendung von kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösungen bzw. Dispersionen, insbesondere von SiC-Precursorsolen, dünne Schichten aus dotiertem oder undo- tiertem Siliciumcarbid erzeugen, welche eine äußerst geringe Anzahl an Defekten aufweisen und in hervorragender Weise für Halbleiteranwendungen geeignet sind. (b) in a second process step following the first process step (a), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is converted into silicon carbide. As the Applicant has surprisingly found out, by using carbon- and silicon-containing solutions or dispersions, in particular of SiC precursor sols, thin layers of doped or undoped silicon carbide can be produced, which have an extremely low number of defects and are outstanding Are suitable for semiconductor applications.
Darüber hinaus lassen sich dem erfindungsgemäßen Verfahren dünne Schichten aus Siliciumcarbid auf nahezu sämtlichen Substraten erzeugen, und nicht nur auf einkristallinen Substraten, wie beispielsweise Siliciumcarbid oder Siliciumwafern. Insbesondere ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich das Substrat nach Erzeugung der dünnen Schicht aus Siliciumcarbid wieder zu entfernen. Moreover, the method of the invention can produce thin layers of silicon carbide on almost all substrates, not just single-crystal substrates such as silicon carbide or silicon wafers. In particular, in the context of the present invention, it is also possible to remove the substrate again after the thin layer of silicon carbide has been produced.
Durch wiederholte Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich insbesondere auch mehrere Schichten aus einkristallinem Siliciumcarbid erzeugen, so dass schließlich auch Siliciumcarbid-Wafer durch das erfindungsgemäße Verfahren zugänglich sind. By repeated applications of the method according to the invention, in particular, it is also possible to produce a plurality of layers of monocrystalline silicon carbide so that finally silicon carbide wafers can also be obtained by the method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache, kostengünstige und re- produzierbare Herstellung von dünnen Schichten aus Siliciumcarbid bzw. Silici- umcarbidkörpern mit ebener Oberfläche. The method according to the invention enables the simple, cost-effective and reproducible production of thin layers of silicon carbide or silicon carbide bodies with a flat surface.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es im Allgemeinen vorgesehen, dass die Schicht aus Siliciumcarbid eine Dicke von 0,1 bis 1 .000 μιη, insbesondere 0,1 bis 500 μιη, vorzugsweise 0,1 bis 300 μιη, bevorzugt 0, 1 bis 10 μιη, aufweist. In the context of the present invention, it is generally provided that the layer of silicon carbide has a thickness of 0.1 to 1 .mu.m, in particular 0.1 to 500 .mu.m, preferably 0.1 to 300 .mu.m, preferably 0.1 to 10 μιη, has.
Unter einer kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösung und Dispersion ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Lösung oder Dispersion, insbesondere ein Precur- sorsol zu verstehen, welche(s) kohlenstoff- und siliciumhaltige chemische Verbin- düngen enthält, wobei die einzelnen Verbindungen Kohlenstoff und/oder Silicium aufweisen können. Vorzugsweise eignen sich die Verbindungen, welche Kohlenstoff und Silicium aufweisen, als Precursoren für die herzustellenden Zielverbindungen. Unter einem Precursor ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine chemische Verbindung oder eine Mischung chemischer Verbindungen zu verstehen, welche durch chemische Reaktion und/oder unter Einwirkung von Energie zu einer oder mehrerer Zielverbindungen reagieren. Unter einem Precursorsol ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Lösung oder Dispersion von Vorläufersubstanzen, insbesondere Ausgangsverbindungen, vorzugsweise Precursoren, zu verstehen, welche zu den gewünschten Zielverbin- düngen reagieren. In den Precursorsolen liegen die chemischen Verbindungen bzw. Mischungen chemischer Verbindungen nicht mehr zwingend in Form der ursprünglich eingesetzten chemischen Verbindungen vor, sondern beispielsweise als Hydrolyse-, Kondensations- oder anderweitige Reaktions- bzw. Zwischenprodukte. Die wird jedoch insbesondere auch durch den Ausdruck des "Sols" verdeutlicht. Im Rahmen von Sol-Gel-Verfahren werden üblicherweise anorganische Materialien unter Hydro- bzw. Solvolyse in reaktive Intermediate bzw. Agglomerate und Partikel, das sogenannte Sol, überführt, welche anschließend insbesondere durch Kondensationsreaktionen zu einem Gel altern, wobei größere Partikel und Agglomerate in der Lösung oder Dispersion entstehen. In the context of the present invention, a solution containing carbon and silicon is to be understood as meaning a solution or dispersion, in particular a precursor sol, which contains carbon- and silicon-containing chemical compounds, the individual compounds being carbon and / or May have silicon. The compounds which have carbon and silicon are preferably suitable as precursors for the target compounds to be prepared. In the context of the present invention, a precursor is to be understood as meaning a chemical compound or a mixture of chemical compounds which react by chemical reaction and / or under the action of energy to one or more target compounds. In the context of the present invention, a precursor sol is a solution or dispersion of precursor substances, in particular starting compounds, preferably precursors, which react to form the desired target compounds. In the precursor sols, the chemical compounds or mixtures of chemical compounds are no longer necessarily present in the form of the chemical compounds originally used, but instead, for example, as hydrolysis, condensation or other reaction or intermediate products. However, this is made clear in particular by the expression of the "sol". In the context of sol-gel processes, inorganic materials are usually converted under hydro- or solvolysis into reactive intermediates or agglomerates and particles, the so-called sol, which then age in particular by condensation reactions to give a gel, larger particles and agglomerates in the Solution or dispersion arise.
Unter einem SiC-Precursorsol ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Sol, insbesondere eine Lösung oder Dispersion zu verstehen, welche chemische Verbindungen oder deren Umsetzungsprodukte enthält, aus welchen unter Verfahrensbedingungen Siliciumcarbid erhalten werden kann. In the context of the present invention, a SiC precursor sol is a sol, in particular a solution or dispersion, which contains chemical compounds or their reaction products from which silicon carbide can be obtained under process conditions.
Unter einer Lösung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein üblicherweise flüssiges Einphasensystem zu verstehen, in welchem mindestens ein Stoff, insbesondere eine Verbindung oder deren Bausteine, wie beispielsweise Ionen, homogen verteilt in einem weiteren Stoff, dem sogenannten Lösemittel, vorliegen. Unter einer Dispersion ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein zumindest zwei- phasiges System zu verstehen, wobei eine erste Phase, nämlich die dispergierte Phase, in einer zweiten Phase, der kontinuierlichen Phase, verteilt vorliegt. Die kontinuierliche Phase wird auch als Dispersionsmedium oder Dispersionsmittel bezeichnet; die kontinuierliche Phase liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung üb- licherweise in Form einer Flüssigkeit vor und Dispersionen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen Fest-in-flüssig-Dispersionen. Insbesondere bei Solen oder auch bei polymeren Verbindungen ist jedoch der Übergang von einer Lösung zu einer Dispersion oftmals fließend und es kann nicht mehr eindeutig zwischen einer Lösung und einer Dispersion unterschieden werden. In the context of the present invention, a solution is to be understood as meaning a usually liquid single-phase system in which at least one substance, in particular a compound or its components, such as ions, are homogeneously distributed in another substance, the so-called solvent. In the context of the present invention, a dispersion is to be understood as meaning an at least two-phase system in which a first phase, namely the dispersed phase, is distributed in a second phase, the continuous phase. The continuous phase is also referred to as dispersion medium or dispersant; In the context of the present invention, the continuous phase is usually in the form of a liquid, and dispersions in the context of the present invention are generally solid-in-liquid dispersions. However, in particular in the case of sols or even polymeric compounds, the transition from a solution to a dispersion is often fluid and it is no longer possible to distinguish clearly between a solution and a dispersion.
Unter einer Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Verteilung von Material, insbesondere in Form eines Einkristalls, mit einer gewissen Schichtdicke in einer Ebene, insbesondere auf einer Oberfläche eines Substrates zu verstehen. Die Ebene muss dabei nicht vollständig mit dem Material bedeckt sein. Üblicherweise ist jedoch zumindest eine Oberfläche des Substrates vollflächig mit der Schicht aus Siliciumcarbid bzw. mit einer Schicht der kohlenstoff- und siliciumhalti- gen Lösung oder Dispersion versehen. In the context of the present invention, a layer is to be understood as the distribution of material, in particular in the form of a monocrystal, having a certain layer thickness in a plane, in particular on a surface of a substrate. The plane does not have to be completely covered with the material. Usually, however, at least one surface of the substrate is provided over its entire surface with the layer of silicon carbide or with a layer of the carbon- and silicon-containing solution or dispersion.
Unter einem Substrat ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Material zu verstehen, auf welches die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol aufgebracht wird. Insbesondere ist ein Substrat im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein dreidimensionales oder auch ein nahe- zu zweidimensionales Gebilde mit mindestens einer vorzugsweise ebenen Oberfläche, auf weiche die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion aufgebracht wird. Bei dem Substrat handelt es sich somit vorzugsweise um ein Trägermaterial, um die Schicht aus Siliciumcarbid aus der formlosen kohlenstoff- und sili- ciumhaltigen Lösung zu erzeugen. In the context of the present invention, a substrate is to be understood as meaning the material to which the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is applied. In particular, a substrate in the context of the present invention is a three-dimensional or even a nearly two-dimensional structure having at least one preferably planar surface onto which the carbon- and silicon-containing solution or dispersion is applied. The substrate is thus preferably a carrier material for producing the layer of silicon carbide from the informal carbon- and silicon-containing solution.
Bei dem im Rahmen der vorliegenden Erfindung hergestellten Silicumcarbid handelt es sich, wie zuvor ausgeführt, entweder um dotiertes Siliciumcarbid oder um nicht-dotiertes Siliciumcarbid, wobei das Siliciumcarbid vorzugsweise in einkristalliner Form vorliegt. Insbesondere Einkristalle eignen sich zur Verwendung in der Halbleitertechnik. The silicon carbide produced in the context of the present invention is, as stated above, either doped silicon carbide or undoped silicon carbide, the silicon carbide preferably being in monocrystalline form. In particular, single crystals are suitable for use in semiconductor technology.
Unter einem dotierten Siliciumcarbid ist ein Siliciumcarbid zu verstehen, welches mit weiteren Elementen, insbesondere aus der 13. und 15. Gruppe des Periodensystems der Elemente, in geringen Mengen versetzt, insbesondere dotiert, ist. Vor- zugsweise weist das Siliciumcarbid mindestens ein Dotierungselement im ppm- (parts per million) oder ppb-Bereich (parts per billion) auf. Durch die Dotierung der Siliciumcarbide werden insbesondere die elektrischen Eigenschaften der Silici- umcarbide entscheidend beeinflusst, so dass sich dotierte Siliciumcarbide speziell für Anwendungen in der Halbleitertechnik eignen. Dotierungen mit Dotierungsele- menten, welche mehr als 4 Valenzelektronen aufweisen, werden dabei als n- Dotierungen bezeichnet, während Dotierungen mit Dotierungselementen, welche weniger als 4 Valenzelektronen aufweisen, als p-Dotierungen bezeichnet werden. A doped silicon carbide is to be understood as meaning a silicon carbide which is admixed, in particular doped, with further elements, in particular from the 13th and 15th group of the Periodic Table of the Elements, in small amounts. Preferably, the silicon carbide has at least one doping element in the parts per million (ppm) or parts per billion (ppb) range. The doping of the silicon carbides in particular has a decisive influence on the electrical properties of the silicon carbides, so that doped silicon carbides are particularly suitable for applications in semiconductor technology. Dopings with doping elements which have more than 4 valence electrons are referred to as n-type dopants, while dopants with doping elements having less than 4 valence electrons are referred to as p-type dopants.
Üblicherweise ist das Siliciumcarbid mit einem Element ausgewählt aus der Gruppe von Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bor, Aluminium, Gallium, Indium und deren Mischungen dotiert. Vorzugsweise ist das Siliciumcarbid mit Elementen der 13. und 15. Gruppe des Periodensystems der Elemente dotiert, wodurch insbesondere die elektrischen Eigenschaften des Siliciumcarbids gezielt manipuliert und einge- stellt werden konnten. Derartige dotierte Siliciumcarbide eignen sich insbesondere für Anwendungen in der Halbleitertechnik. Typically, the silicon carbide is doped with an element selected from the group consisting of nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, boron, aluminum, gallium, indium and mixtures thereof. Preferably, the silicon carbide is doped with elements of the 13th and 15th group of the periodic table of the elements, whereby in particular the electrical properties of the silicon carbide are specifically manipulated and adjusted. could be made. Such doped silicon carbides are particularly suitable for applications in semiconductor technology.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Siliciumcarbid dotiert ist, so hat es sich bewährt, wenn das dotierte Siliciumcarbid das Dotierungselement in Mengen von 0,000001 bis 0,0005 Gew.-%, insbesondere 0,000001 bis 0,0001 Gew.-%, vorzugsweise 0,000005 bis 0,0001 Gew.-%, bevorzugt 0,000005 bis 0,00005 Gew.-%, bezogen auf das dotierte Siliciumcarbid, enthält. Für die gezielte Einstellung der elektrischen Eigenschaften des Siliciumcarbides reichen somit äußerst ge- ringe Mengen an Dotierungselementen vollkommen aus. If the silicon carbide is doped in the context of the present invention, it has proven useful if the doped silicon carbide contains the doping element in amounts of from 0.000001 to 0.0005% by weight, in particular 0.000001 to 0.0001% by weight. , preferably 0.000005 to 0.0001 wt .-%, preferably 0.000005 to 0.00005 wt .-%, based on the doped silicon carbide containing. For the purposeful adjustment of the electrical properties of the silicon carbide, therefore, extremely small amounts of doping elements are completely sufficient.
Falls das Siliciumcarbid mit Stickstoff dotiert werden soll, so kann beispielsweise Salpetersäure, Ammoniumchlorid oder Melamin als Dotierungsreagenzien eingesetzt werden. Im Fall von Stickstoff besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, das Verfahren zur Herstellung des Siliciumcarbids in einer Stickstoffatmosphäre durchzuführen, wobei gleichfalls Dotierungen mit Stickstoff erzielt werden können, welche jedoch weniger genau einzustellen sind. If the silicon carbide is to be doped with nitrogen, then, for example, nitric acid, ammonium chloride or melamine can be used as doping reagents. Moreover, in the case of nitrogen, it is also possible to carry out the process for producing the silicon carbide in a nitrogen atmosphere, wherein doping with nitrogen can also be achieved, but which are less accurate.
Darüber hinaus kann beispielsweise auch mit Alkalimetallnitraten ein Dotierung er- reicht werden, wobei jedoch aufgrund der Alkalimetalle, welche im Precursorgranu- lat verbleiben, und eine derartige Dotierung weniger bevorzugt ist. In addition, it is also possible, for example, to achieve doping with alkali metal nitrates, but less preference is given to these because of the alkali metals which remain in the precursor granules and such doping.
Falls eine Dotierung mit Phosphor erfolgen soll, so hat es sich bewährt, wenn eine Dotierung mit Phosphorsäure erfolgt. If doping with phosphorus is to take place, it has proven useful if doping with phosphoric acid takes place.
Falls mit Arsen oder Antimon dotiert wird, so hat es sich bewährt, wenn das Dotierungsreagenz ausgewählt ist aus Arsentrichlorid, Antimonchlorid, Arsenoxid oder Antimonoxid. Falls Aluminium als Dotierungsreagenz verwendet werden soll, so kann insbesondere beim saurem oder basischem pH-Wert Aluminiumpulver als Dotierung eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, Aluminiumchloride zu verwenden. Generell ist bei der Verwendung von Metallen als Dotierelement immer eine Verwendung der Chloride, Nitrate, Acetate, Acetylacetonate, Formiate, Alkoxide und Hydroxide - mit Aufnahme schwerlöslicher Hydroxide - möglich. If doped with arsenic or antimony, so it has proven useful if the doping reagent is selected from arsenic trichloride, antimony chloride, arsenic oxide or antimony oxide. If aluminum is to be used as doping reagent, aluminum powder can be used as doping, in particular in the case of acidic or basic pH. In addition, it is also possible to use aluminum chlorides. When using metals as doping element, it is generally possible to use the chlorides, nitrates, acetates, acetylacetonates, formates, alkoxides and hydroxides, with absorption of sparingly soluble hydroxides.
Falls Bor als Dotierelement verwendet wird, so ist das Dotierelement üblicherweise Borsäure. Falls Indium als Dotierelement verwendet wird, so ist das Dotierungsreagenz üblicherweise ausgewählt aus Indiumhalogeniden, insbesondere Indiumtrichlorid (lnCI3). If boron is used as the doping element, then the doping element is usually boric acid. If indium is used as the doping element, then the doping reagent is usually selected from indium halides, in particular indium trichloride (lnCl 3 ).
Falls Gallium als Dotierelement verwendet wird, so ist das Dotierungsreagenz üblicherweise ausgewählt aus Galliumhaloginiden, insbesondere GaCU. If gallium is used as the doping element, the doping reagent is usually selected from gallium halogynides, in particular GaCU.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es im Allgemeinen vorgesehen, dass im ersten Verfahrensschritt (a) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, als Schicht, insbesondere als homogene Schicht, auf das Substrat aufgebracht wird. Durch die Aufbringung der kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösung oder Dispersion, insbesondere des SiC- Precursorsols, in Form einer Schicht auf das Substrat lassen sich homogene ein- kristalline Schichten aus Siliciumcarbid erhalten. In the context of the present invention, it is generally provided that in the first process step (a) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is applied to the substrate as a layer, in particular as a homogeneous layer. By applying the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, in the form of a layer on the substrate, it is possible to obtain homogeneous monocrystalline layers of silicon carbide.
Die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion kann durch jedes geeignete Verfahren auf das Substrat aufgebracht werden. Es hat sich jedoch bewährt, wenn in Verfahrensschritt (a) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung o- der Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, durch ein Beschichtungsver- fahren, insbesondere durch Tauchen, auch Dipcoating genannt, Spincoating, Sprühen, Rollen oder Walzen auf das Substrat aufgebracht wird. Besonders gute Ergebnisse werden erhalten, wenn die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, durch Tauchen, Spincoating oder Sprühen, bevorzugt durch Tauchen, auf das Substrat aufgebracht wird. The carbon- and silicon-containing solution or dispersion may be applied to the substrate by any suitable method. However, it has proven useful if in process step (a) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, by a coating process, in particular by dipping, also called dipcoating, spin coating, spraying, rolling or rolling is applied to the substrate. Particularly good results are obtained when the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is applied to the substrate by dipping, spin coating or spraying, preferably by dipping.
Was nun die Schichtdicke anbelangt, mit welcher die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsols, auf das Substrat aufgebracht wird, so kann dieses in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungs- zweck des Siliciumcarbids sowie der jeweiligen chemischen Zusammensetzung des Siliciumcarbids in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise wird in Verfahrensschritt (a) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 1 .000 μΐη, insbesondere 0,1 bis 500 μΐη, vorzugsweise 0, 1 bis 300 μΐη, bevorzugt 0, 1 bis 10 μιη, auf das Substrat aufgebracht wird. As far as the layer thickness is concerned, with which the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is applied to the substrate, this can vary widely depending on the particular intended use of the silicon carbide and the respective chemical composition of the silicon carbide Ranges vary. Usually, in process step (a), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, having a layer thickness in the range of 0.1 to 1 .mu.m, in particular 0.1 to 500 μΐη, preferably 0, 1 to 300 μΐη, preferably 0, 1 to 10 μιη, is applied to the substrate.
Weiterhin kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC- Precursorsol, eine dynamische Viskosität nach Brookfield bei 25 °C im Bereich von 3 bis 500 mPas, insbesondere 4 bis 200 mPas, vorzugsweise 5 bis 100 mPas, aufweist. Wenn die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, dynamische Viskositäten in den vorgenannten Be- reichen aufweist, lassen sich die Schichtdicken, mit welchen die silicium- und kohlenstoffhaltige Lösung auf das Substrat aufgebracht wird, in weiten Bereichen variieren. Insbesondere lassen sich bei einmaligem Auftrag der silicium- und kohlenstoffhaltigen Lösung sehr hohe Schichtdicken realisieren, welche beispielsweise bei der Herstellung von Siliciumcarbid-Wafern von Vorteil sind, da der Wafer in nur wenigen Arbeitsgängen zugänglich ist. Furthermore, it can be provided in the context of the present invention that the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC- Precursorsol, a dynamic Brookfield viscosity at 25 ° C in the range of 3 to 500 mPas, in particular 4 to 200 mPas, preferably 5 to 100 mPas having. If the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, has dynamic viscosities in the abovementioned ranges, the layer thicknesses with which the silicon- and carbon-containing solution is applied to the substrate can be varied within wide ranges. In particular, very high layer thicknesses can be achieved with a single application of the silicon- and carbon-containing solution, which are advantageous, for example, in the production of silicon carbide wafers, since the wafer is accessible in only a few operations.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC- Precursorsol, According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, contains
(A) mindestens eine siliciumhaltige Verbindung,  (A) at least one silicon-containing compound,
(B) mindestens eine kohlenstoffhaltige Verbindung und  (B) at least one carbonaceous compound and
(C) mindestens ein Löse- oder Dispersionsmittel. (C) at least one solvent or dispersant.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhält die silicium- und kohlenstoffhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, spezielle Precurso- ren, welche unter Verfahrensbedingungen Silicium freisetzen und spezielle Precur- soren, welche unter Verfahrensbedingungen Kohlenstoff freisetzen. Auf diese Weise kann das Verhältnis von Kohlenstoff zu Silicium in den kohlenstoff- und silicium- haltigen Lösung oder Dispersionen einfach variiert und auf die jeweiligen Anwendungsfälle zugeschnitten werden. Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn die siliciumhaltige Verbindung ausgewählt ist aus Silanen, Silanhydroly- saten, Orthokieselsäure sowie deren Mischungen. Besonders bevorzugt ist die siliciumhaltige Verbindung ein Silan. Gleichermaßen hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung bewährt, wenn die kohlenstoffhaltige Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe von Zuckern, insbesondere Saccharose, Glucose, Fructose, Invertzucker, Maltose; Stärke; Stärkederivaten; organischen Polymeren, insbesondere Phenol-Formaldehydharz und Resorcinol-Formaldehydharz, und deren Mischungen. Was nun das Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff in der Kohlenstoff- und silici- umhaltigen Lösung oder Dispersion anbelangt, so kann dieses naturgemäß in weiten Bereichen variieren. Es hat sich jedoch bewährt, wenn die kohlenstoff- und sili- ciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, ein gewichtsbezogenes Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 10, insbesondere 1 : 2 bis 1 : 7, vorzugsweise 1 : 3 bis 1 : 5, bevorzugt 1 : 3,5 bis 1 : 4,5, aufweist. Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn das gewichtsbezogene Verhältnis von Silicium zu Koh- lenstoff in der kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösung oder Dispersion, insbesondere in dem SiC-Precursorsol, 1 : 4 beträgt. Mit den zuvor genannten Verhältnissen von Silicium zu Kohlenstoff lassen sich insbesondere in einer nachfolgenden thermischen Behandlung gezielt und reproduzierbar Siliciumcarbid-Einkristalle, insbesondere einkristalline Siliciumcarbidschichten, erzeugen. In the context of the present invention, the silicon- and carbon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, receives special precursors which release silicon under process conditions and special precursors which release carbon under process conditions. In this way, the ratio of carbon to silicon in the carbon- and silicon-containing solution or dispersions can be easily varied and tailored to the respective applications. Particularly good results are obtained in the context of the present invention, when the silicon-containing compound is selected from silanes, Silanhydroly- saten, orthosilicic acid and mixtures thereof. Most preferably, the silicon-containing compound is a silane. Likewise, it has been found in the present invention, when the carbon-containing compound is selected from the group of sugars, in particular sucrose, glucose, fructose, invert sugar, maltose; Strength; Starch derivatives; organic polymers, in particular phenol-formaldehyde resin and resorcinol-formaldehyde resin, and mixtures thereof. As far as the ratio of silicon to carbon in the carbon- and silicon-containing solution or dispersion is concerned, this can of course vary within wide ranges. However, it has proven useful if the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, has a weight-based ratio of silicon to carbon in the range from 1: 1 to 1:10, in particular 1: 2 to 1: 7 , preferably 1: 3 to 1: 5, preferably 1: 3.5 to 1: 4.5. Particularly good results are obtained in the context of the present invention, when the weight ratio of silicon to carbon in the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular in the SiC Precursorsol, 1: 4. With the aforementioned ratios of silicon to carbon, silicon carbide single crystals, in particular monocrystalline silicon carbide layers, can be produced specifically and reproducibly in a subsequent thermal treatment, in particular in a subsequent thermal treatment.
Darüber hinaus kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, Dotierungsreagenzien enthält. Insbesondere für Anwendungen in der Halbleitertechnik sind Dotierungen des Siliciumcarbids mit Elementen aus der 13. und 15. Gruppe des Periodensystems der Elemente üblich, um Halbleitereigenschaften in dem Siliciumcarbidmaterial zu erzeugen, wie zuvor bereits beschrieben. Reines Siliciumcarbid kann jedoch beispielsweise als Isolator verwendet werden. In addition, it can be provided in the context of the present invention that the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, doping reagents. Particularly for semiconductor applications, doping of silicon carbide with elements of the 13th and 15th group of the Periodic Table of the Elements is common to produce semiconductor properties in the silicon carbide material, as previously described. However, pure silicon carbide can be used as an insulator, for example.
Was nun das Substrat anbelangt, auf welches die silicium- und kohlenstoffhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, aufgebracht wird, so kann dieses aus einer Vielzahl von geeigneten Materialien ausgewählt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass das Substrat ausgewählt ist aus kristallinen und amorphen Substraten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat ein amorphes Substrat. Es ist eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung, dass die Herstellung der Siliciumcarbidschichten nicht ausschließlich auf kristallinen, insbesondere einkristallinen, Substraten erfolgen muss, sondern dass auch deutlich preiswertere amorphe Substrate verwendet werden können. Was nun das Material anbelangt, aus welchem das Substrat besteht, so werden besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn das Material ausgewählt ist aus Kohlenstoff, insbesondere Graphit, und keramischen Materialien, insbesondere Siliciumcarbid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid sowie Metallen und deren Mischungen. Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch erhalten, wenn das Material des Substrats Kohlenstoff, insbesondere Graphit, ist. Insbesondere durch die Verwendung von Graphitsubstraten, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders einfach und kostengünstig dünne Schichten aus Siliciumcarbid bzw. Siliciumcarbid-Wafer herstellen. Darüber hinaus sind weitere geeignete Materialien und Substratmaterialien beispielsweise Silici- umoxid, insbesondere Siliciumdioxid-Wafer, Aluminiumoxid, beispielsweise in Form von Saphir, sowie Metalle oder metallisierte Oberflächen, welche aus einkristallinen Materialien, insbesondere Siliciumcarbid oder Siliciumdioxid-Wafern, bestehen, auf welche ein Metall, beispielsweise Platin, aufgedampft ist. As regards the substrate to which the silicon- and carbon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is applied, this can be selected from a large number of suitable materials. In the context of the present invention, it is possible that the substrate is selected from crystalline and amorphous substrates. According to a preferred embodiment of the present invention, the substrate is an amorphous substrate. It is a peculiarity of the present invention that the preparation of the silicon carbide layers does not have to be carried out exclusively on crystalline, in particular monocrystalline, substrates, but that significantly cheaper amorphous substrates can also be used. As regards the material of which the substrate is made, particularly good results are obtained when the material is selected from carbon, in particular graphite, and ceramic materials, in particular silicon carbide, silica, alumina and metals and mixtures thereof. However, particularly good results are obtained in the context of the present invention if the material of the substrate is carbon, in particular graphite. In particular, by the use of graphite substrates, thin layers of silicon carbide or silicon carbide wafer can be produced in a particularly simple and cost-effective manner using the method according to the invention. In addition, further suitable materials and substrate materials are, for example, silicon oxide, in particular silicon dioxide wafers, aluminum oxide, for example in the form of sapphire, and metals or metallized surfaces which consist of monocrystalline materials, in particular silicon carbide or silicon dioxide wafers, onto which a metal , For example, platinum, is vapor-deposited.
Im Allgemeinen wird in Verfahrensschritt (b) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, nach Aufbringung auf das Substrat einer thermischen Behandlung, insbesondere einer mehrstufigen thermischen Behandlung, unterzogen. Durch die thermische Behandlung, insbesondere die mehrstufige thermische Behandlung, wird aus der kohlenstoff- und sili- ciumhaltigen Lösung oder Dispersion, insbesondere dem SiC-Precursorsol, eine einkristalline Siliciumcarbidschicht. In general, in process step (b) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, after application to the substrate is subjected to a thermal treatment, in particular a multi-stage thermal treatment. The thermal treatment, in particular the multi-stage thermal treatment, turns the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, into a monocrystalline silicon carbide layer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird während der thermischen Behandlung According to a preferred embodiment of the present invention, during the thermal treatment
(i) in einer ersten thermischen Verfahrensstufe die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen im Bereich von 800 bis 1 .200 °C, insbesondere 900 bis 1 .100 °C, vorzugsweise 950 bis 1 .050 °C, erhitzt und  (I) in a first thermal process step, the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, to temperatures in the range of 800 to 1 .200 ° C, in particular 900 to 1 .100 ° C, preferably 950 to 1. 050 ° C, heated and
(ii) in einer auf die erste thermische Verfahrensstufe (i) folgenden zweiten thermischen Verfahrensstufe die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen von 1 .800 °C oder höher erhitzt.  (ii) in a second thermal process stage following the first thermal process stage (i), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is heated to temperatures of 1,800 ° C. or higher.
Durch eine mindestens zweistufige thermische Behandlung in Verfahrensschritt (b) wird die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion besonders schonend und vollständig in einkristallines Siliciumcarbid umgewandelt, welches nur eine äußerst geringe Anzahl an Fehlstellen aufweist. Üblicherweise wird in der ersten thermischen Verfahrensstufe (i) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, in ein Glas überführt. Durch die Erhitzung in der ersten thermischen Verfahrensstufe werden insbesondere die Löse- und Dispersionsmittel sowie andere flüchtige Stoffe entfernt und die nicht-flüchtigen Bestandteile der kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösungen oder Dispersionen pyrolysiert. Bei der Pyrolyse bleibt vorzugsweise ein Glas zurück, in welchem bevorzugt Silicium und Kohlenstoff in hoher Konzentration vorliegen. Unter einem Glas ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein amorpher Festkörper zu verstehen, welcher eine Nah-, jedoch keine Fernordnung auf- weist. Bei einem Glas handelt es sich insbesondere um eine erstarrte Schmelze. By at least two-stage thermal treatment in process step (b), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion is particularly gently and completely converted into monocrystalline silicon carbide, which has only an extremely small number of defects. Usually, in the first thermal process stage (i), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is converted into a glass. By heating in the first thermal process stage, in particular the solvents and dispersants and other volatile substances are removed and the non-volatile constituents of the carbon- and silicon-containing solutions or dispersions are pyrolyzed. In the pyrolysis, preferably a glass remains, in which preferably silicon and carbon are present in high concentration. In the context of the present invention, a glass is to be understood as meaning an amorphous solid which has a near but not a long distance order. A glass is in particular a solidified melt.
Was nun den Zeitraum anbelangt, in welchem in Verfahrensstufe (i) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, erhitzt wird, so kann dieser naturgemäß in weiten Bereichen variieren. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch bewährt, wenn in der ersten thermischen Verfahrensstufe (i) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, für einen Zeitraum von weniger als 15 Minuten, insbesondere weniger als 10 Minuten, vorzugsweise weniger als 7 Minuten, bevorzugt weniger als 5 Minuten, erhitzt wird. As far as the period in which in process step (i) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is heated, this naturally can vary within wide ranges. However, it has proven useful in the context of the present invention if, in the first thermal process stage (i), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, for a period of less than 15 minutes, in particular less than 10 minutes, preferably less than 7 minutes, preferably less than 5 minutes.
Gleichermaßen kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass in Verfahrensstufe (i) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, für einen Zeitraum von 0,5 bis 15 Minuten, insbesondere 1 bis 10 Minuten, vorzugsweise 1 ,5 bis 7 Minuten, bevorzugt 2 bis 5 Minuten, erhitzt wird. Durch die relativ kurzen Erhitzungszeiten im Rahmen der vorliegenden Erfindung in der thermischen Verfahrensstufe (i) wird eine ausreichende Pyrolyse der Ausgangsverbindungen, insbesondere der SiC-Precursoren, jedoch noch keine Kristallisation zu Siliciumcarbid erzielt. Üblicherweise wird in Verfahrensstufe (ii) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, vorzugsweise das in Verfahrensstufe (i) erhaltene Glas, in kristallines Siliciumcarbid, bevorzugt einkristallines Siliciumcarbid, umgewandelt. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn in einer ersten thermischen Verfahrensstufe (i), die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion pyrolysiert und zu einem Glas umgewandelt wird und in einem nachfolgenden getrennten Verfahrensstufe, insbesondere in der zweiten thermischen Verfahrensstufe (ii), die Kristallisation und Herstellung der Siliciumcar- bideinkristalle erfolgt. Auf diese Weise lassen sich besonders reine Siliciumcarbide- inkristalle mit geringen Anteilen an Defektstrukturen erhalten. Insbesondere ist es durch geeignete Temperaturwahl während der zweiten thermischen Verfahrensstu- fe (ii) möglich, den Polytyp des Siliciumcarbides einzustellen. So wird beispielsweise bei einer Temperatur in der zweiten Verfahrensstufe (ii) von 1800 °C der Polytyp 3C-SiC erhalten, und bei Temperaturen von über 2100 °C in der zweiten thermischen Verfahrensstufe (ii) die hexagonalen SiC-Polytypen, nämlich 4H-SiC und 6H- SiC. Similarly, it may be provided in the context of the present invention that in process step (i) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, for a period of 0.5 to 15 minutes, especially 1 to 10 minutes, preferably 1, 5 to 7 minutes, preferably 2 to 5 minutes, is heated. Due to the relatively short heating times in the context of the present invention in the thermal process step (i) sufficient pyrolysis of the starting compounds, in particular the SiC precursors, but still no crystallization to silicon carbide is achieved. Usually, in process step (ii), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, preferably the glass obtained in process step (i), is converted into crystalline silicon carbide, preferably monocrystalline silicon carbide. It has proved to be advantageous in the context of the present invention if, in a first thermal process stage (i), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion is pyrolyzed and converted into a glass and in a subsequent separate process stage, in particular in the second thermal process step (ii), the crystallization and production of Siliziumcar bideinkristalle takes place. In this way, it is possible to obtain particularly pure silicon carbide crystals having small fractions of defect structures. In particular, by suitably selecting the temperature during the second thermal process step (ii), it is possible to adjust the polytype of the silicon carbide. Thus, for example, at a temperature in the second process stage (ii) of 1800 ° C., the polytype 3C-SiC is obtained, and at temperatures above 2100 ° C. in the second thermal process stage (ii) the hexagonal SiC polytypes, namely 4H-SiC and 6H-SiC.
Was nun den Zeitraum anbelangt, für welchen die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere dass in Verfahrensstufe (i) erhaltene Glas, in der zweiten Verfahrensstufe (ii) erhitzt wird, so kann dieser in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise wird in Verfahrensstufe (ii) die kohlenstoff- und siliciumhal- tige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, vorzugsweise das in Verfahrensstufe (i) erhaltene Glas, für einen Zeitraum von über 10 Minuten, insbesondere über 15 Minuten, vorzugsweise über 20 Minuten, bevorzugt über 25 Minuten, erhitzt. Gleichermaßen kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass in Verfahrensstufe (ii) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, vorzugsweise das in Verfahrensstufe (i) erhaltene Glas, für einen Zeitraum von 10 bis 50 Minuten, insbesondere 15 bis 40 Minuten, vorzugsweise 20 bis 35 Minuten, bevorzugt 25 bis 35 Minuten, erhitzt wird. Die vorgenannten Zeiträume sind ausreichend, um eine vollständige Umwandlung der Precursoren in Siliciumcarbid und die Herstellung von Siliciumcar- bideinkristallen zu erhalten, jedoch ausreichend kurz, um eine übermäßige Sublimation von Siliciumcarbid zu verhindern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass im Anschluss an Verfahrensstufe (i) und vor Durchführung von Verfahrensstufe (ii) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, vorzugsweise das in Verfahrensstufe (i) erhaltene Glas, abgekühlt, insbesondere abgeschreckt wird. Durch eine Abkühlung, ins- besondere Abschreckung des erhaltenen Glases, wird der amorphe Glaszustand erhalten und bzw. eingefroren. Insbesondere ist es auf diese Weise möglich, eine ideale Ausgangsbedingung für die nachfolgende Umwandlung zu einkristallinem Siliciumcarbid zu erhalten. Was nun die Abkühlrate in diesem Zusammenhang anbelangt, so kann diese naturgemäß in weiten Bereichen variieren. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch bewährt, wenn die koh- lenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC- Precursorsol, vorzugsweise das in Verfahrensstufe (i) erhaltene Glas, mit einer Abkühlrate von mehr als 50 °C/min, insbesondere mehr als 70 °C/min, vorzugsweise mehr als 100 °C/min, abgekühlt wird. As far as the period for which the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular that glass obtained in process step (i), in the second process stage (ii) is heated, this can vary within wide ranges. Usually, in process step (ii), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, preferably the glass obtained in process step (i), for a period of more than 10 minutes, in particular over 15 minutes, preferably over 20 Minutes, preferably over 25 minutes, heated. Likewise, it may be provided in the context of the present invention that in process step (ii) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, preferably the glass obtained in process step (i), for a period of 10 to 50 minutes , in particular 15 to 40 minutes, preferably 20 to 35 minutes, preferably 25 to 35 minutes, is heated. The aforementioned periods are sufficient to obtain complete conversion of the precursors into silicon carbide and production of silicon carbide single crystals, but sufficiently short to prevent excessive sublimation of silicon carbide. According to a preferred embodiment of the present invention, it may be provided that, following process step (i) and before carrying out process step (ii), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, preferably in process step (i). obtained glass, cooled, in particular quenched. By cooling, in particular quenching of the resulting glass, the amorphous glass state is obtained and / or frozen. In particular, it is possible in this way to obtain an ideal starting condition for the subsequent conversion to monocrystalline silicon carbide. As far as the cooling rate in this context is concerned, this can of course vary within wide limits. However, it has proved useful in the context of the present invention if the carbon-containing and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, preferably the glass obtained in process step (i), with a cooling rate of more than 50 ° C / min , in particular more than 70 ° C / min, preferably more than 100 ° C / min, is cooled.
Üblicherweise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung zumindest die Verfahrensstufen (i) und (ii) in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere einer Inertgasatmosphäre, durchgeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird insbesondere der gesamte Verfahrensschritt (b) in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere eine Inertgasatmosphäre, durchgeführt, wobei es besonders bevorzugt wird, wenn sowohl Verfahrensschritt (a) und (b) in einer Schutzgasatmosphere, insbesondere eine Inertgasatmosphere, durchgeführt werden. Unter einem Schutzgas ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gas zu verstehen, welches die Oxidation der Bestandteile der kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösung oder Dispersion durch insbesondere Luftsauerstoff wirkungsvoll verhindert, während ein Inertgas im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gas ist, welches mit den Bestandteilen der kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösung oder Dispersion unter Verfahrensbedingungen keine Reaktion eingeht. So ist Stickstoff im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwar als Schutzgas zu verwenden, jedoch kein Inertgas, da gasförmiger Stickstoff insbesondere in Form von Nitriden in die Silici- umcarbidstruktur eingebaut werden kann. Falls jedoch eine Dotierung mit Stickstoff erwünscht ist, ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren in einer Stick- stoffatmosphere durchzuführen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Schutzgas üblicherweise ausgewählt aus Edelgasen und Stickstoff und deren Mischungen, insbesondere Argon und Stickstoff und deren Mischungen. Besonders bevorzugt wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn das Schutzgas Argon ist. Usually, in the context of the present invention, at least the process stages (i) and (ii) are carried out in a protective gas atmosphere, in particular an inert gas atmosphere. According to a preferred embodiment of the present invention, in particular the entire process step (b) is carried out in a protective gas atmosphere, in particular an inert gas atmosphere, wherein it is particularly preferred if both process steps (a) and (b) are carried out in a protective gas atmosphere, in particular an inert gas atmosphere become. In the context of the present invention, a protective gas is to be understood as meaning a gas which effectively prevents the oxidation of the components of the carbon- and silicon-containing solution or dispersion by, in particular, atmospheric oxygen, while an inert gas in the context of the present invention is a gas which is compatible with the constituents of the carbon- and silicon-containing solution or dispersion undergoes no reaction under process conditions. For example, although nitrogen is to be used as protective gas in the context of the present invention, it is not an inert gas, since gaseous nitrogen, in particular in the form of nitrides, can be incorporated into the silicon carbide structure. However, if doping with nitrogen is desired, it is also possible to carry out the process according to the invention in a nitrogen atmosphere. In the context of the present invention, the protective gas is usually selected from noble gases and nitrogen and mixtures thereof, in particular argon and nitrogen and mixtures thereof. In the context of the present invention, it is particularly preferred for the protective gas to be argon.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es darüber hinaus gleichfalls vorgesehen sein, dass im Anschluss an die thermische Behandlung, insbesondere im Anschluss an Verfahrensschritt (b), das Substrat entfernt wird. Falls im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Substrat entfernt wird, so hat es sich bewährt, wenn das Substrat oxidativ entfernt wird. Üblicherweise wird das Substrat thermisch oder chemisch entfernt, insbesondere thermisch oder chemisch oxidativ entfernt. In diesem Zusammenhang werden besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn das Substrat in einer Sauerstoffatmosphäre, mittels Ozon und/oder durch Einwirkung von wässriger Wasserstoffperoxidlösung entfernt wird. Bei der oxidativen Entfernung in einer Sauerstoffatmosphere wird das Substrat sozusagen verbrannt, was sich insbesondere bei Substraten auf Basis von Graphit anbietet. In the context of the present invention, moreover, provision may likewise be made for the substrate to be removed after the thermal treatment, in particular following process step (b). If the substrate is removed in the context of the present invention, it has proven useful if the substrate is removed by oxidation. The substrate is usually removed thermally or chemically, in particular by thermal or chemical oxidative removal. In this connection, particularly good results are obtained if the substrate is removed in an oxygen atmosphere, by means of ozone and / or by the action of aqueous hydrogen peroxide solution. In the oxidative removal in an oxygen atmosphere, the substrate is burned, so to speak, which is particularly suitable for substrates based on graphite.
Die Entfernung des Substrates erlaubt insbesondere die Herstellung von nahezu zweidimensionalen Siliciumcarbidkörpern bzw. von Siliciumcarbid-Wafern. The removal of the substrate in particular allows the production of nearly two-dimensional silicon carbide bodies or of silicon carbide wafers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dünner Schichten aus Siliciumcarbid, insbesondere wie zuvor beschrieben, wobei According to a preferred embodiment of the present invention, the present invention is a process for producing thin layers of silicon carbide, in particular as described above, wherein
(a) in einem ersten Verfahrensschritt eine flüssige kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere ein SiC-Precursorsol, auf ein Substrat aufgebracht wird,  (a) a liquid carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular a SiC precursor sol, is applied to a substrate in a first method step,
(b) in einem auf den ersten Verfahrensschritt (a) folgenden zweiten Verfahrensschritt die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, zu Siliciumcarbid umgesetzt wird, insbesondere einer thermischen Behandlung unterzogen wird, wobei  (b) in a second process step following the first process step (a), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is converted into silicon carbide, in particular subjected to a thermal treatment, wherein
(i) in einer ersten thermischen Verfahrensstufe die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen im Bereich von 800 bis 1 .200 °C, insbesondere 900 bis 1 .100 °C, vorzugsweise 950 bis 1 .050 °C, erhitzt wird und (I) in a first thermal process step, the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, to temperatures in the range of 800 to 1 .200 ° C, in particular 900 to 1 .100 ° C, preferably 950 to 1. 050 ° C, is heated and
(ii) in einer auf die erste thermische Verfahrensstufe (i) folgenden zweiten Verfahrensstufe die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen von 1 .800 °C oder höher erhitzt wird, und (ii) in a second process stage subsequent to the first thermal process stage (i), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is heated to temperatures of 1,800 ° C. or higher, and
(c) in einem auf den zweiten Verfahrensschritt (b) folgenden dritten Verfahrensschritt das Substrat entfernt wird. Im Allgemeinen wird in diesem Zusammenhang die Dicke des Wafers über die Schichtdicke der flüssigen kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösung oder Dispersion, insbesondere des SiC-Precursorsols, bestimmt. Zur Herstellung von Siliciumcarbid-Wafern mir besonders großen Dicken werden die Verfahrensschritte (a) und (b) solange wiederholt, bis ein Wafer der gewünschten Dicke erhalten ist. Auf diese Weise lassen sich einkristalline Siliciumcarbid- Wafer nahezu beliebiger Dicke auf einfache und Weise erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Verfahrensschritte (a) und (b) wiederholt, wobei in jedem Durchgang unterschiedliche kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösungen oder Dispersionen, insbesondere das SiC-Precursorsole, vorzugsweise mit unterschiedlichen Dotierungsreagenzien und/oder unterschiedlichen Konzentrationen an Dotierungsreagenzien, eingesetzt werden. Durch die Verwendung unterschiedlicher kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösungen oder Dispersionen, insbesondere das SiC-Precursorsole, bei der jeweiligen Durchführung der Verfahrensschritte (a) und (b) können Halbleitermaterialien mit schichtweise unterschiedlichen elektronischen Eigenschaftenerhalten werden, welche als Grundmaterialien für elektronische Bauteile, genutzt werden können. Beispielsweise können Schichtfolgen mit pn-Dotierung für Dioden und pnp- oder npn-Dotierungen als Basismaterialien für Bipolartransistoren verwendet werden. (c) the substrate is removed in a third method step following the second method step (b). In general, the thickness of the wafer over the layer thickness of the liquid carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular of the SiC precursor sol, is determined in this context. For producing silicon carbide wafers with particularly large thicknesses, the process steps (a) and (b) are repeated until a wafer of the desired thickness is obtained. In this way, single crystal silicon carbide wafers of almost any thickness can be easily obtained. According to a preferred embodiment of the present invention, the method steps (a) and (b) are repeated, wherein in each passage different carbon- and silicon-containing solutions or dispersions, in particular the SiC precursor sols, preferably with different doping reagents and / or different concentrations of doping reagents, be used. By using different carbon- and silicon-containing solutions or dispersions, in particular the SiC precursor sols, in the respective performance of process steps (a) and (b) semiconductor materials with layer-by-layer different electronic properties can be obtained, which can be used as base materials for electronic components , For example, layer sequences with pn doping for diodes and pnp or npn dopings can be used as base materials for bipolar transistors.
Auf diese bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lassen sich alle Vorteile, Merkmale und besonderen sowie die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gleichfalls anwenden. In this preferred embodiment of the present invention, all advantages, features and particular and preferred embodiments of the present invention can also be applied.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem z w e i t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist eine Zusammensetzung, insbesondere ein SiC-Precursorsol, in Form einer Lösung oder Dispersion, enthaltend Another object of the present invention - in accordance with an aspect of the present invention - is a composition, in particular a SiC precursor sol, in the form of a solution or dispersion
(A) mindestens eine siliciumhaltige Verbindung,  (A) at least one silicon-containing compound,
(B) mindestens eine kohlenstoffhaltige Verbindung,  (B) at least one carbon-containing compound,
(C) mindestens ein Löse- oder Dispersionsmittel und (C) at least one solvent or dispersant; and
(D) gegebenenfalls Dotierungsreagenzien.  (D) optionally doping reagents.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung eignet sich insbesondere zur Anwen- dung als kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere SiC-Precursorsolen, in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung dünner Schichten aus Siliciumcarbid. The composition according to the invention is particularly suitable for use as a carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular SiC Precursorsolen, in the inventive method for producing thin layers of silicon carbide.
Was nun die Auswahl des Löse- oder Dispersionsmittels in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung anbelangt, so kann dies aus sämtlichen geeigneten Löse- oder Dispersionsmitteln ausgewählt werden. Üblicherweise ist das Löse- oder Dispersionsmittel jedoch ausgewählt aus Wasser und organischen Lösemitteln sowie deren Mischungen. Insbesondere bei Mischungen, welche Wasser enthalten, werden die in der Regel hydrolysierbaren bzw. sovolysierbaren Ausgangsverbindungen zu an- organischen Hydroxiden, insbesondere Metallhydroxiden und Kieselsäuren, umgesetzt, welche anschließend kondensieren, so dass für die Pyrolyse und die Kristallisation geeignete Precursoren erhalten werden. As far as the selection of the solvent or dispersant in the composition according to the invention is concerned, this can be selected from all suitable solvents or dispersants. Usually, however, the solvent or dispersing agent is selected from water and organic solvents and mixtures thereof. In particular in the case of mixtures which comprise water, the starting compounds, which are generally hydrolyzable or sovolyzable, are converted to inorganic hydroxides, in particular metal hydroxides and silicic acids, which subsequently condense, so that precursors suitable for pyrolysis and crystallization are obtained.
Die eingesetzten Verbindungen sollten darüber hinaus in den verwendeten Lösemittein, insbesondere in Ethanol und/oder Wasser, ausreichend hohe Löslichkeiten aufweisen, um feinteilige Dispersionen der Lösungen, insbesondere Sole, bilden zu können und dürfen während des Herstellungsverfahrens nicht mit anderen Bestandteilen der Lösung oder Dispersion, insbesondere des Sols, zu unlöslichen Verbindungen reagieren. The compounds used should moreover have sufficiently high solubilities in the solvent used, in particular in ethanol and / or water, in order to be able to form finely divided dispersions of the solutions, in particular sols, and must not be mixed with other constituents of the solution or dispersion during the preparation process. especially the sol, react to insoluble compounds.
Darüber hinaus muss die Reaktionsgeschwindigkeit der einzelnen ablaufenden Reaktionen aufeinander abgestimmt werden, da die Hydrolyse, Kondensation und gegebenenfalls Gelation der erfindungsgemäßen Zusammensetzung nach Möglichkeit ungestört ablaufen sollte, um eine möglichst homogene Verteilung der ein- zelnen Bestandteile in dem Sol zu erhalten. In addition, the reaction rate of the individual reactions occurring must be coordinated, since the hydrolysis, condensation and optionally gelation of the composition according to the invention should, if possible, proceed undisturbed in order to obtain the most homogeneous possible distribution of the individual constituents in the sol.
Die gebildeten Reaktionsprodukte dürfen weiterhin nicht oxidationsempfindlich sein und sollten darüber hinaus nicht flüchtig sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das organische Lösemittel ausgewählt ist aus Alkoholen, insbesondere Methanol, Ethanol, 2- Propanol, Aceton, Essigsäureethylester und deren Mischungen. Besonders bevorzugt wird es in diesem Zusammenhang, wenn das organische Lösemittel ausgewählt ist aus Methanol, Ethanol, 2-Propanol und deren Mischungen, wobei insbe- sondere Ethanol bevorzugt ist. Die zuvor genannten organischen Lösemittel sind mit Wasser in weiten Bereichen mischbar und insbesondere auch für die Dispergierung oder zum Lösen polarer anorganischer Stoffe, wie beispielsweise von Metallsalzen, geeignet. Wie zuvor ausgeführt, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Mischungen aus Wasser und mindestens einem organischen Lösemittel, insbesondere Mischungen aus Wasser und Ethanol, bevorzugt als Löse- oder Dispersionsmittel verwendet. In diesem Zusammenhang wird es bevorzugt, wenn das Löse- oder Dispersionsmittel ein gewichtsbezogenes Verhältnis von Wasser zu organischem Lösemittel von 1 : 10 bis 20 : 1 , insbesondere 1 : 5 bis 15 : 1 , vorzugsweise 1 : 2 bis 10 : 1 , bevorzugt 1 : 1 bis 5 : 1 , besonders bevorzugt 1 : 3, aufweist. Durch das Verhältnis von Wasser zu organischen Lösemitteln kann einerseits die Hydrolysegeschwindigkeit, insbesondere der siliciumhaltigen Verbindung sowie der Dotierungsreagenzien, eingestellt werden, andererseits kann auch die Löslichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit der kohlenstoffhaltigen Verbindung, insbesondere der kohlenstoffhaltigen Precursorverbindung, wie beispielsweise Zucker, eingestellt werden. Furthermore, the formed reaction products must not be sensitive to oxidation and, moreover, should not be volatile. In the context of the present invention, it may be provided that the organic solvent is selected from alcohols, in particular methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, ethyl acetate and mixtures thereof. In this context, it is particularly preferred if the organic solvent is selected from methanol, ethanol, 2-propanol and mixtures thereof, with ethanol in particular being preferred. The abovementioned organic solvents are miscible with water over a wide range and, in particular, are also suitable for dispersing or for dissolving polar inorganic substances, for example metal salts. As stated above, in the context of the present invention, mixtures of water and at least one organic solvent, in particular mixtures of water and ethanol, are preferably used as solvents or dispersants. In this connection it is preferred if the solvent or dispersing agent has a weight-related ratio of water to organic solvent of 1:10 to 20: 1, in particular 1: 5 to 15: 1, preferably 1: 2 to 10: 1, preferably 1 : 1 to 5: 1, more preferably 1: 3. On the one hand, the rate of hydrolysis, in particular of the silicon-containing compound and of the doping reagents, can be adjusted by the ratio of water to organic solvents; on the other hand, the solubility and reaction rate of the carbon-containing compound, in particular of the carbonaceous precursor compound, such as, for example, sugar, can be adjusted.
Die Menge, in welcher die Zusammensetzung das Löse- oder Dispersionsmittel enthält, kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Auftragsbedingungen sowie der Art des herzustellenden dotierten oder undotierten Siliciumcarbids in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise weist die Zusammensetzung das Löse- oder Dispersionsmittel jedoch in Mengen von 10 bis 80 Gew.-%, insbesondere 15 bis 75 Gew.- %, vorzugsweise 20 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 65 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, auf. The amount in which the composition contains the solvent or dispersant may vary widely depending on the particular application conditions and the nature of the doped or undoped silicon carbide to be produced. Usually, however, the composition comprises the solvent or dispersant in amounts of 10 to 80 wt .-%, in particular 15 to 75 wt .-%, preferably 20 to 70 wt .-%, preferably 20 to 65 wt .-%, based on the composition, on.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist üblicherweise vorgesehen, dass die Zusammensetzung ein gewichtsbezogenes Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff, insbesondere in Form der siliciumhaltigen Verbindung und der kohlenstoffhaltigen Verbindung, im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 10, insbesondere 1 : 2 bis 1 : 7, vorzugsweise 1 : 3 bis 1 : 5, bevorzugt 1 : 3,5 bis 1 : 4,5, aufweist. Besonders gute Ergebnisse werden in diesem Zusammenhang erhalten, wenn die Zusammensetzung ein gewichtsbezogenes Verhältnis Silicium zu Kohlenstoff, insbesondere von silicium- haltiger Verbindung zu kohlenstoffhaltiger Verbindung, von 1 : 4 aufweist. In the context of the present invention, it is usually provided that the composition has a weight-related ratio of silicon to carbon, in particular in the form of the silicon-containing compound and the carbon-containing compound, in the range from 1: 1 to 1:10, in particular 1: 2 to 1: 7 , preferably 1: 3 to 1: 5, preferably 1: 3.5 to 1: 4.5. Particularly good results are obtained in this connection if the composition has a silicon-to-carbon weight ratio, in particular of silicon-containing compound to carbonaceous compound, of 1: 4.
Was nun die siliciumhaltige Verbindung anbelangt, so wird es bevorzugt, wenn die siliciumhaltige Verbindung ausgewählt ist aus Silanen, Silanhydrolysaten, Orthokieselsäure sowie deren Mischungen, insbesondere Silanen. Orthokieselsäure so- wie deren Kondensationsprodukte können im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise aus Alkalisilikaten erhalten werden, deren Alkalimetallionen durch lonenaustausch gegen Protonen ausgetauscht wurden. Alkalimetallverbindungen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung nach Möglichkeit nicht in der Zusammensetzung verwendet, da sie auch in die siliciumcarbidhaltige Verbindung eingelagert werden. Eine Alkalimetalldotierung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch in der Regel nicht erwünscht. Falls diese jedoch erwünscht sein sollte, können geeignete Alkalimetallsalze, beispielsweise der siliciumhaltigen Verbindungen oder auch Alkaliphosphate, verwendet werden. As far as the silicon-containing compound is concerned, it is preferred if the silicon-containing compound is selected from silanes, silane hydrolyzates, orthosilicic acid and mixtures thereof, in particular silanes. Orthosilicic acid As their condensation products can be obtained in the context of the present invention, for example, from alkali metal silicates whose alkali metal ions have been exchanged by ion exchange for protons. In the context of the present invention, alkali metal compounds are as far as possible not used in the composition since they are also incorporated into the silicon carbide-containing compound. However, alkali metal doping is generally undesirable in the context of the present invention. However, if desired, suitable alkali metal salts, for example, the silicon-containing compounds or alkali phosphates, may be used.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Silan als siliciumhaltige Verbindung verwendet wird, so hat es sich bewährt, wenn das Silan ausgewählt ist aus Silanen der allgemeinen Formel I When a silane is used as the silicon-containing compound in the context of the present invention, it has proven useful if the silane is selected from silanes of the general formula I.
R4-nSiXn (I) R 4 -nSiX n (I)
mit With
R = Alkyl, insbesondere d- bis Cs-Alkyl, vorzugsweise C bis C3-Alkyl, bevorzugt d- und/oder C2-Alkyl; R = alkyl, in particular C 1 - to C 6 -alkyl, preferably C 1 to C 3 -alkyl, preferably C 1 - and / or C 2 -alkyl;
Aryl, insbesondere C6- bis C2o-Aryl, vorzugsweise C6- bis Ci5-Aryl, bevorzugt Aryl, in particular C 6 - to C 2 o-aryl, preferably C 6 - to C 5 -aryl, is preferred
Olefin, insbesondere terminales Olefin, vorzugsweise C2- bis C-io-Olefin, bevorzugt C2- bis Cs-Olefin, besonders bevorzugt C2- bis C5-Olefin, ganz besonders bevorzugt C2- und/oder C3-Olefin, insbesondere bevorzugt Vinyl; Amin, insbesondere C2- bis do-Amin, vorzugsweise C2- bis Cs-Amin, bevorzugt C2- bis C5-Amin, besonders bevorzugt C2- und/oder C3-Amin; Olefin, in particular terminal olefin, preferably C 2 - to C-io-olefin, preferably C 2 - to Cs-olefin, more preferably C 2 - to C 5 olefin, most preferably C 2 - and / or C3-olefin, particularly preferably vinyl; Amine, in particular C 2 - to do-amine, preferably C 2 - to Cs-amine, preferably C 2 - to C 5 -amine, more preferably C 2 - and / or C 3 -amine;
Carbonsäure, insbesondere C2- bis C-m-Carbonsäure, vorzugsweise C2- bis Cs-Carbonsäure, bevorzugt C2- bis C5-Carbonsäure, besonders bevorzugt C2- und/oder C3-Carbonsäure; Carboxylic acid, in particular C 2 - to Cm-carboxylic acid, preferably C 2 - to Cs-carboxylic acid, preferably C 2 - to C 5 carboxylic acid, particularly preferably C 2 - and / or C 3 -carboxylic acid;
Alkohol, insbesondere C2- bis C-m-Alkohol, vorzugsweise C2- bis Cs-Alkohol, bevorzugt C2- bis C5-Alkohol, besonders bevorzugt C2- und/oder C3-Alkohol;Alcohol, in particular C 2 - to C 6 -alcohol, preferably C 2 - to Cs-alcohol, preferably C 2 - to C 5 -alcohol, more preferably C 2 - and / or C 3 -alcohol;
X = Halogenid, insbesondere Chlorid und/oder Bromid; X = halide, in particular chloride and / or bromide;
Alkoxy, Insbesondere Cr bis C6-Alkoxy, besonders bevorzugt Cr bis C4- Al- koxy, ganz besonders bevorzugt Cr und/oder C2-Alkoxy; und Alkoxy, in particular Cr to C6-alkoxy, particularly preferably Cr to C 4 - alkoxy, very particularly preferably Cr and / or C 2 -alkoxy; and
n = 1 - 4, vorzugsweise 3 oder 4. n = 1 - 4, preferably 3 or 4.
Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn das Silan ausgewählt ist aus Silanen der allgemeinen Formel la R4-nSiXn (la) mit However, particularly good results are obtained when the silane is selected from silanes of the general formula Ia R 4 -nSiX n (la) with
R = d- bis C3-Alkyl, insbesondere d- und/oder C2-Alkyl; R = C 1 to C 3 alkyl, in particular C 1 and / or C 2 alkyl;
C6- bis Cis-Aryl, insbesondere C6- bis C-io-Aryl; C 6 - to cis-aryl, in particular C 6 - to C 10 -aryl;
C2- und/oder C3-Olefin, insbesondere Vinyl; C 2 - and / or C 3 -olefin, in particular vinyl;
X = Alkoxy, Insbesondere C bis Cö-Alkoxy, besonders bevorzugt Cr bis C4- Al- koxy, ganz besonders bevorzugt Cr und/oder C2-Alkoxy; und X = alkoxy, in particular C 1 -C 6 -alkoxy, particularly preferably C 1 -C 4 -alkoxy, very particularly preferably C 1 and / or C 2 -alkoxy; and
n = 3 oder 4. n = 3 or 4.
Durch Hydrolyse und anschließende Kondensationsreaktion der zuvor genannten Silane können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise kondensierte Orthokieselsäuren bzw. Siloxane erhalten werden, welche nur sehr geringe Partikelgrößen aufweisen, wobei auch weitere Elemente, insbesondere Metallhydroxide in das Grundgerüst eingebaut werden können. By hydrolysis and subsequent condensation reaction of the silanes mentioned above can be obtained in the present invention in a simple manner condensed ortho silicic acids or siloxanes, which have only very small particle sizes, with other elements, in particular metal hydroxides can be incorporated into the skeleton.
Durch die Verwendung von kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösungen oder Dispersionen, insbesondere von SiC-Precursorsolen, ist es im Rahmen der vorliegen- den Erfindung möglich, die Bestandteile des herzustellenden Siliciumcarbids in homogener und feiner Verteilung möglichst räumlich benachbart zueinander anzuordnen, so dass bei Energieeinwirkung die einzelnen Bestandteile der siliciumcar- bidhaltigen Zielverbindung in unmittelbarer Nähe zueinander vorliegen und nicht erst vergleichsweise weite Strecken diffundieren müssen. Through the use of carbon- and silicon-containing solutions or dispersions, in particular of SiC precursor sols, it is possible within the scope of the present invention to arrange the components of the silicon carbide to be produced as homogeneously as possible adjacent to each other in a homogeneous and fine distribution, so that when energy is applied individual constituents of the silicon carbide-containing target compound are in the immediate vicinity of one another and do not have to diffuse for comparatively long distances.
Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn die siliciumhaltige Verbindung ausgewählt ist aus Tetraalkoxysilanen, Trialkoxysilanen und deren Mischungen, vorzugsweise Tetraethoxysilan, Tetrame- thoxysilan oder Triethoxymethylsilan und deren Mischungen. Particularly good results are obtained in the context of the present invention, when the silicon-containing compound is selected from tetraalkoxysilanes, trialkoxysilanes and mixtures thereof, preferably tetraethoxysilane, tetramethoxysilane or triethoxymethylsilane and mixtures thereof.
Was nun die Mengen anbelangt, in welcher die Zusammensetzung die siliciumhaltige Verbindung enthält, so kann diese gleichfalls in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendungsbedingungen in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise weist die Zusammensetzung die siliciumhaltige Verbindung jedoch in Mengen von 1 bis 80 Gew.-%, insbesondere 2 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, auf. As far as the amounts in which the composition contains the silicon-containing compound, this may also vary widely depending on the particular conditions of use. Usually, however, the composition contains the silicon-containing compound in amounts of 1 to 80% by weight, in particular 2 to 70% by weight, preferably 5 to 60% by weight, preferably 10 to 60% by weight, based on the composition , on.
Wie zuvor dargelegt, enthält die Zusammensetzung nach der Erfindung mindestens eine kohlenstoffhaltige Verbindung. Als kohlenstoffhaltige Verbindung kommen sämtliche Verbindungen in Betracht, welche sich entweder in den verwendeten Lösemitteln lösen oder zumindest fein dispergieren lassen und bei der Pyrolyse festen Kohlenstoff freisetzen können. Bevorzugt ist die kohlenstoffhaltige Verbindung gleichfalls in der Lage, unter Verfahrensbedingungen Metallhydroxide zu elementa- rem Metall zu reduzieren. As stated above, the composition according to the invention contains at least one carbon-containing compound. Come as a carbonaceous compound all compounds into consideration, which can either dissolve in the solvents used or at least finely dispersed and can release solid carbon in the pyrolysis. The carbonaceous compound is likewise preferably capable of reducing metal hydroxides to elemental metal under process conditions.
Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung bewährt, wenn die kohlenstoffhaltige Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe von Zuckern, insbesondere Saccharose, Glucose, Fructose, Invertzucker, Maltose; Stärke; Stärkederivaten; organischen Polymeren, insbesondere Phenol-Formaldehydharz und Resorcinol- Formaldehydharz, und deren Mischungen. It has been found in the context of the present invention, when the carbon-containing compound is selected from the group of sugars, in particular sucrose, glucose, fructose, invert sugar, maltose; Strength; Starch derivatives; organic polymers, in particular phenol-formaldehyde resin and resorcinol-formaldehyde resin, and mixtures thereof.
Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn die kohlenstoffhaltige Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe von Zuckern; Stärke, Stärkederivaten und deren Mischungen, bevorzugt Zuckern, da sich insbesondere durch die Verwendung von Zuckern und Stärke bzw. Stärkederi- vanten die Viskosität der Zusammensetzung gezielt einstellen lässt. Particularly good results are obtained in the context of the present invention, when the carbon-containing compound is selected from the group of sugars; Starch, starch derivatives and mixtures thereof, preferably sugars, since the viscosity of the composition can be specifically adjusted in particular by the use of sugars and starch or starch derivatives.
Was nun die Menge anbelangt, in welcher die Zusammensetzung die kohlenstoff- haltige Verbindung enthält, so kann diese gleichfalls in Abhängigkeit von den jeweiligen Auftrags- und Anwendungsbedingungen bzw. der herzustellenden Zielverbindungen in weiten Bereich variieren. Üblicherweise enthält die Zusammensetzung die kohlenstoffhaltige Verbindung jedoch in Mengen von 5 bis 50 Gew.-%, insbesondere 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise 12 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung. As far as the amount in which the composition contains the carbon-containing compound, this may also vary widely depending on the respective application and application conditions or the target compounds to be prepared. Usually, however, the composition contains the carbonaceous compound in amounts of 5 to 50 wt .-%, in particular 10 to 40 wt .-%, preferably 10 to 35 wt .-%, preferably 12 to 30 wt .-%, based on the composition ,
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist die Zusammensetzung gegebenenfalls ein Dotierreagenz auf. Wenn die Zusammensetzung ein Dotierreagenz aufweist, so weist die Zusammensetzung das Dotierreagenz üblicherweise in Mengen von 0,000001 bis 15 Gew.-%, insbesondere 0,000001 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,000005 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,00001 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Lösung oder Dispersion, auf. Durch die Zugabe von Dotierreagenzien können die Eigenschaften des resultierenden Siliciumcarbids entscheidend verändert werden. Falls das Siliciumcarbid mit Stickstoff dotiert werden soll, so kann beispielsweise Salpetersäure, Ammoniumchlorid oder Melamin als Dotierungsreagenzien eingesetzt werden. Im Fall von Stickstoff besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, das generative Fertigungsverfahren in einer Stickstoffatmosphäre durchzuführen, wobei gleichfalls Dotierungen mit Stickstoff erzielt werden können, welche jedoch weniger genau einzustellen sind. Weitere Dotierungsreagenzien sind insbesondere im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens genannt. In the context of the present invention, the composition optionally has a doping reagent. When the composition comprises a doping reagent, the composition usually has the doping reagent in amounts of 0.000001 to 15% by weight, in particular 0.000001 to 10% by weight, preferably 0.000005 to 5% by weight, more preferably 0.00001 to 1 wt .-%, based on the solution or dispersion on. The addition of doping reagents can decisively change the properties of the resulting silicon carbide. If the silicon carbide is to be doped with nitrogen, then, for example, nitric acid, ammonium chloride or melamine can be used as doping reagents. In the case of nitrogen, moreover, it is also possible to carry out the additive manufacturing process in a nitrogen atmosphere, wherein also doping with nitrogen can be achieved, but which are less accurate to adjust. Further doping reagents are mentioned in particular in connection with the description of the method according to the invention.
Für weitere Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Zusammensetzung entsprechend gelten. For further details of the composition according to the invention, to avoid unnecessary repetition, reference may be made to the above statements regarding the method according to the invention, which apply correspondingly with regard to the composition according to the invention.
Schließlich ist weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem d r i t t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - eine Siliciumcarbidschicht, insbesondere eine einkristalline Siliciumcarbidschicht, erhältlich nach dem zuvor beschriebenen Verfahren und/oder unter Verwendung der zuvor beschriebenen Zusammensetzung. Finally, a further subject matter of the present invention, according to one aspect of the present invention, is a silicon carbide layer, in particular a monocrystalline silicon carbide layer, obtainable by the method described above and / or using the composition described above.
Für weitergehende Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Siliciumcarbidschicht kann auf die obigen Ausführungen zu den weiteren Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Siliciumcarbidschicht entsprechend gelten. For further details on the silicon carbide layer according to the invention, reference may be made to the above statements on the further aspects of the invention, which apply correspondingly with regard to the silicon carbide layer according to the invention.

Claims

Patentansprüche: claims:
Verfahren zur Herstellung dünner Schichten aus Siliciumcarbid, Method for producing thin layers of silicon carbide,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass  that
(a) in einem ersten Verfahrensschritt eine flüssige kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere ein SiC- Precursorsol, auf ein Substrat aufgebracht wird und  (A) in a first process step, a liquid carbon and silicon-containing solution or dispersion, in particular a SiC precursor sol, is applied to a substrate and
(b) in einem auf den ersten Verfahrensschritt (a) folgenden zweiten Verfahrensschritt die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, zu Siliciumcarbid umgesetzt wird.  (b) in a second process step following the first process step (a), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is converted into silicon carbide.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verfahrensschritt (a) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder2. The method according to claim 1, characterized in that in the first process step (a) the carbon- and silicon-containing solution or
Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, als Schicht, insbesondere als homogene Schicht, auf das Substrat aufgebracht wird. Dispersion, in particular the SiC precursor sol, as a layer, in particular as a homogeneous layer, is applied to the substrate.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Ver- fahrensschritt (a) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, durch ein Beschichtungsver- fahren, insbesondere durch Tauchen (Dipcoating), Spincoating, Sprühen, Rollen oder Walzen auf das Substrat aufgebracht wird, vorzugsweise durch Tauchen, Spincoating oder Sprühen, bevorzugt durch Tauchen. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in process step (a) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC Precursorsol, by a coating process, in particular by dipping (dipcoating), spin coating, Spraying, rolling or rolling is applied to the substrate, preferably by dipping, spin coating or spraying, preferably by dipping.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (a) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 1 .000 μιη, insbesondere 0,5 bis 500 μιη, vorzugsweise 0,8 bis 300 μιη, bevorzugt 1 bis 100 μιη, auf das Substrat aufgebracht wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, eine dynamische Viskosität nach Brookfield bei 25 °C im Bereich von 3 bis 500 mPas, insbesondere 4 bis 200 mPas, vorzugsweise 5 bis 100 mPas, aufweist. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in process step (a) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC Precursorsol, with a layer thickness in the range of 0.1 to 1, 000 μιη μιη, in particular 0 , 5 to 500 μιη, preferably 0.8 to 300 μιη, preferably 1 to 100 μιη, is applied to the substrate. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC Precursorsol, a dynamic viscosity according to Brookfield at 25 ° C in the range of 3 to 500 mPas, in particular 4 to 200 mPas, preferably 5 to 100 mPas.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, Method according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol,
(A) mindestens eine siliciumhaltige Verbindung,  (A) at least one silicon-containing compound,
(B) mindestens eine kohlenstoffhaltige Verbindung und  (B) at least one carbonaceous compound and
(C) mindestens ein Löse- oder Dispersionsmittel,  (C) at least one solvent or dispersant,
enthält. contains.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Substrat ausgewählt ist aus kristallinen und amorphen Substraten, insbesondere amorphen Substraten. Method according to one of the preceding claims, characterized in that substrate is selected from crystalline and amorphous substrates, in particular amorphous substrates.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Substrats ausgewählt ist aus Kohlenstoff, insbesondere Graphit, und keramischen Materialien, insbesondere Silici- umcarbid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid sowie Metallen und deren Mischungen. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the substrate is selected from carbon, in particular graphite, and ceramic materials, in particular silicon carbide, silicon dioxide, aluminum oxide and metals and mixtures thereof.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (b) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, nach Aufbringung auf das Substrat einer thermischen Behandlung, insbesondere einer mehrstufigen thermischen Behandlung, unterzogen wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step (b) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC Precursorsol, after application to the substrate of a thermal treatment, in particular a multi-stage thermal treatment is subjected.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass während thermischen Behandlung A method according to claim 9, characterized in that during thermal treatment
(i) in einer ersten thermischen Verfahrensstufe die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC- Precursorsol, auf Temperaturen im Bereich von 800 bis 1 .200 °C, insbesondere 900 bis 1 .100 °C, vorzugsweise 950 bis 1 .050 °C, erhitzt wird und (i) in a first thermal process stage, the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, at temperatures in the range from 800 to 1,200 ° C., in particular 900 to 1 .100 ° C, preferably 950 to 1 .050 ° C, is heated and
(ii) in einer auf die erste thermische Verfahrensstufe (i) folgenden zweiten thermischen Verfahrensstufe die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen von 1 .800 °C oder höher erhitzt wird.  (ii) in a second thermal process stage following the first thermal process stage (i), the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is heated to temperatures of 1,800 ° C. or higher.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensstufe (i) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, in ein Glas überführt wird. A method according to claim 10, characterized in that in process step (i) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, is transferred into a glass.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensstufe (ii) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, vorzugsweise das in Verfahrensstufe (i) erhaltene Glas, in kristallines Siliciumcarbid umgewandelt wird. A method according to claim 10 or 1 1, characterized in that in process step (ii) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, preferably the glass obtained in process step (i), is converted into crystalline silicon carbide.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an Verfahrensstufe (i) und vor Durchführung von Verfahrensstufe (ii) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, vorzugsweise das in Verfahrensstufe (i) erhaltene Glas, abgekühlt, insbesondere abgeschreckt wird. Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that subsequent to process step (i) and before carrying out process step (ii) the carbon- and silicon-containing solution or dispersion, in particular the SiC precursor sol, preferably in process step (i) obtained glass, cooled, in particular quenched.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die thermische Behandlung, insbesondere im Anschluss an Verfahrensschritt (b), das Substrat entfernt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that following the thermal treatment, in particular following the step (b), the substrate is removed.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte (a) und (b) wiederholt werden, insbesondere wobei in jedem Durchgang unterschiedliche kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösungen oder Dispersionen, insbesondere SiC- Precursorsole, vorzugsweise mit unterschiedlichen Dotierungsreagenzien und/oder unterschiedlichen Konzentrationen an Dotierungsreagenzien, eingesetzt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method steps (a) and (b) are repeated, in particular wherein in each passage different carbon and silicon-containing solutions or dispersions, in particular SiC precursor sols, preferably with different doping reagents and / or different Concentrations of doping reagents are used.
16. Zusammensetzung, insbesondere SiC-Precursorsol, in Form einer Lösung oder Dispersion, enthaltend 16. Composition, in particular SiC precursor sol, in the form of a solution or dispersion containing
(A) mindestens eine siliciumhaltige Verbindung,  (A) at least one silicon-containing compound,
(B) mindestens eine kohlenstoffhaltige Verbindung,  (B) at least one carbon-containing compound,
(C) mindestens ein Löse- oder Dispersionsmittel und  (C) at least one solvent or dispersant; and
(D) gegebenenfalls Dotierungsreagenzien.  (D) optionally doping reagents.
17. Zusammensetzung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Löse- oder Dispersionsmittel ausgewählt ist aus Wasser und organischen Lösemitteln sowie deren Mischungen. 17. The composition according to claim 16, characterized in that the solvent or dispersant is selected from water and organic solvents and mixtures thereof.
18. Zusammensetzung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung ein gewichtsbezogenes Verhältnis von Sili- cium zu Kohlenstoff im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 10, insbesondere 1 : 2 bis 1 : 7, vorzugsweise 1 : 3 bis 1 : 5, bevorzugt 1 : 3,5 bis 1 : 4,5, aufweist. 18. Composition according to claim 16 or 17, characterized in that the composition has a weight-related ratio of silicon to carbon in the range of 1: 1 to 1:10, in particular 1: 2 to 1: 7, preferably 1: 3 to 1 : 5, preferably 1: 3.5 to 1: 4.5.
19. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die siliciumhaltige Verbindung ausgewählt ist aus Silanen, Silanhydrolysaten, Orthokieselsäure sowie deren Mischungen, insbesondere Silanen. 19. The composition according to any one of claims 16 to 18, characterized in that the silicon-containing compound is selected from silanes, silane hydrolysates, orthosilicic acid and mixtures thereof, in particular silanes.
20. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltige Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe von Zuckern, insbesondere Saccharose, Glucose, Fruc- tose, Invertzucker, Maltose; Stärke; Stärkederivaten; organischen Poly- meren, insbesondere Phenol-Formaldehydharz und Resorcinol-20. Composition according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon-containing compound is selected from the group of sugars, in particular sucrose, glucose, fructose, invert sugar, maltose; Strength; Starch derivatives; organic polymers, in particular phenol-formaldehyde resin and resorcinol
Formaldehydharz, und deren Mischungen. Formaldehyde resin, and mixtures thereof.
21 . Siliciumcarbidschicht, insbesondere einkristalline Siliciumcarbidschicht, erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder unter Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der21. Silicon carbide layer, in particular monocrystalline silicon carbide layer, obtainable by a process according to one of Claims 1 to 15 and / or using a composition according to one of Claims 1 to 15
Ansprüche 16 bis 20. Claims 16 to 20.
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KR102293576B1 (en) * 2019-11-28 2021-08-26 한국과학기술연구원 fabrication Method of high purity large size α-phase silicon carbide powder
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4028149A (en) 1976-06-30 1977-06-07 Ibm Corporation Process for forming monocrystalline silicon carbide on silicon substrates
GB9023268D0 (en) * 1990-10-25 1990-12-05 Nat Res Dev Sol-gel method of making silicon carbide and of protecting a substrate
DE19503976C1 (en) 1995-02-07 1996-05-09 Max Planck Gesellschaft Single crystal epitaxial silicon carbide layer prodn
JP4858954B2 (en) * 2006-03-29 2012-01-18 独立行政法人産業技術総合研究所 Mesoporous silicon carbide film and method for manufacturing the same
JP2010215417A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Japan Atomic Energy Agency Method for producing ceramic thin film for gas separation
JP2011079725A (en) * 2009-10-09 2011-04-21 Shin-Etsu Chemical Co Ltd Silicon carbide impregnated carbon material
US20130287941A1 (en) * 2012-04-27 2013-10-31 General Electric Company Method of producing a melt-infiltrated ceramic matrix composite article
DE102015105085A1 (en) * 2015-04-01 2016-10-06 Universität Paderborn Method for producing a silicon carbide-containing body

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