JP2018118874A - Silicon carbide powder, method for manufacturing the same and method for manufacturing silicon carbide single crystal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a silicon carbide powder capable of stabilizing the growth rate of a silicon carbide single crystal to suppress the occurrence of a defect, such as a silicon droplet, a method for manufacturing the same; and a method for manufacturing a silicon carbide single crystal.SOLUTION: The method for manufacturing silicon carbide powder comprises: mixing an inorganic siliceous raw material with a carbonaceous raw material to obtain a silicon carbide manufacturing raw material; sintering the silicon carbide manufacturing raw material at a temperature of 2200°C or higher to form a massive material consisting of silicon carbide; cooling the massive material consisting of the silicon carbide obtained in the sintering step while blocking to contact the massive material to oxygen; pulverizing the cooled massive material; and classifying the pulverized material to obtain silicon carbide powder having a free carbon concentration of 0.05 mass% or more in a region from a particle surface to a depth of 10 μm. The silicon carbide powder is used as a raw material when manufacturing a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、昇華再結晶法(改良レーリー法)で炭化珪素の単結晶を製造する際の原料となる炭化珪素粉末、その製造方法、及び炭化珪素単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide powder that is a raw material for producing a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method (an improved Rayleigh method), a method for producing the same, and a method for producing a silicon carbide single crystal.

炭化珪素粉末は、その高硬度性、高熱伝導性、高温耐熱性から、成形砥石、セラミックス部品等の材料として使用されている。また、炭化珪素の単結晶は、シリコンと比較すると、バンドギャップは約3倍、絶縁破壊電界強度は約10倍という物性を有するので、シリコンに代わるパワー半導体用基盤の材料として注目されている。   Silicon carbide powder is used as a material for molding wheels, ceramic parts and the like because of its high hardness, high thermal conductivity, and high temperature heat resistance. In addition, silicon carbide single crystal is attracting attention as a power semiconductor substrate material that replaces silicon because it has a physical property of about three times the band gap and about ten times the dielectric breakdown electric field strength compared to silicon.

炭化珪素単結晶の製造方法として、原料である炭化珪素粉末を2000℃以上の高温条件下において昇華させ、炭化珪素を単結晶成長させる昇華再結晶法がよく知られており、工業的に広く使用されている。   As a method for producing a silicon carbide single crystal, a sublimation recrystallization method in which silicon carbide powder as a raw material is sublimated under a high temperature condition of 2000 ° C. or higher to grow a single crystal of silicon carbide is well known and widely used industrially. Has been.

昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を得る方法においては、単結晶の成長速度を安定させることが重要である。成長速度が不安定であるとマイクロパイプ欠陥等の欠陥の原因になりやすく、またホウ素の添加を行ってp型半導体とするなど単結晶に対してドープを行う場合、単結晶に添加されるドーパントの濃度が、単結晶成長が速いほど相対的に小さくなり、不均一になってしまう。   In a method of obtaining a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method, it is important to stabilize the growth rate of the single crystal. If the growth rate is unstable, it tends to cause defects such as micropipe defects, and when doping a single crystal such as by adding boron to form a p-type semiconductor, a dopant added to the single crystal The higher the single crystal growth, the smaller the concentration of becomes and becomes non-uniform.

結晶成長速度を安定させる方法として、特許文献1には、昇華速度が不安定になるのは、昇華時に断熱容器として使用する黒鉛製のるつぼに昇華ガスのSiが吸収されることによってるつぼの断熱性が変化してるつぼの加熱条件が変化するためであると考え、るつぼに対して前もってSiを吸収させることでるつぼの断熱性変化を抑制するという方法が記載されている。   As a method for stabilizing the crystal growth rate, Patent Document 1 discloses that the sublimation rate becomes unstable because the sublimation gas Si is absorbed into a graphite crucible used as a heat insulation container during sublimation, thereby insulating the crucible. It is considered that this is because the heating conditions of the crucible change due to changes in the properties, and a method is described in which the heat insulation property of the crucible is suppressed by absorbing Si in advance in the crucible.

また、特許文献2には、シリコン小片と炭素粉末を加熱した6H型のポリタイプを持つ炭化珪素粉末前駆体を昇華の原料として使用することで、昇華を行う際の炭化珪素結晶の成長速度を高める方法が記載されている。   In addition, Patent Document 2 uses a silicon carbide powder precursor having a 6H-type polytype obtained by heating silicon pieces and carbon powder as a sublimation raw material, thereby increasing the growth rate of silicon carbide crystals during sublimation. A method of enhancing is described.

また、特許文献3には、原料として炭化珪素と炭素の混合物を原料粉末とすることで、Siリッチな雰囲気下での急激な結晶成長に起因するシリコンドロップレットの発生を抑制しつつ、結晶成長面と原料粉末近傍の温度差が200℃以上という温度差の大きい条件での結晶の高速成長を行う方法が記載されている。   Further, in Patent Document 3, by using a mixture of silicon carbide and carbon as a raw material as a raw material powder, crystal growth is suppressed while suppressing generation of silicon droplets due to rapid crystal growth in a Si-rich atmosphere. A method is described in which a crystal is grown at high speed under the condition that the temperature difference between the surface and the raw material powder is 200 ° C. or more.

特開2014−43394号公報JP 2014-43394 A 特開2013−252998号公報JP 2013-252998 A 特開2013−103848号公報JP2013-103848A

上記の各文献では、Siガスが断熱材に吸収されることによる断熱材の劣化、Siガス濃度の過剰によるシリコンドロップレットの発生といった欠陥の発生メカニズムが論じられているが、総じて、炭化珪素粉末を昇華させる際、特に昇華初期において、昇華ガス中のSi濃度がC濃度よりも高くなることが欠陥発生の原因となっている。   In each of the above documents, the generation mechanism of defects such as deterioration of the heat insulating material due to absorption of Si gas by the heat insulating material and generation of silicon droplets due to excessive Si gas concentration is discussed. When sublimating the silicon, the Si concentration in the sublimation gas is higher than the C concentration, particularly in the initial stage of sublimation, causing defects.

これに対して原料の炭素濃度を上げる、Siガスの発生を加味した系あるいは昇華条件とすることで影響を緩和する方法が検討されているが、原料の炭素濃度を上げることは、炭素原料を余分に加熱する必要があることからエネルギー効率の低下につながり、Siガスの発生を加味した系や昇華条件を選ぶ方法は、繰り返し炭化珪素単結晶を製造する際に断熱材の劣化等の状況に応じて都度条件を再検討する必要があることから、工業的な生産に不向きである。   On the other hand, a method for reducing the influence by increasing the carbon concentration of the raw material, taking into account the generation of Si gas, or a sublimation condition is being studied. Since it is necessary to heat excessively, it leads to a decrease in energy efficiency, and the method of selecting a system and sublimation conditions that take into account the generation of Si gas is a condition such as deterioration of the heat insulating material when repeatedly producing silicon carbide single crystals. Accordingly, it is necessary to review the conditions each time, so it is not suitable for industrial production.

したがって、本発明の目的は、炭化珪素粉末の昇華初期において、昇華ガス中のSi濃度がC濃度よりも高くなることを抑制して、炭化珪素単結晶の成長速度を安定させ、シリコンドロップレット等の欠陥の発生を抑制できる炭化珪素粉末、その製造方法、及び炭化珪素単結晶の製造方法を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to suppress the Si concentration in the sublimation gas from becoming higher than the C concentration in the initial sublimation of the silicon carbide powder, to stabilize the growth rate of the silicon carbide single crystal, It is in providing the silicon carbide powder which can suppress generation | occurrence | production of the defect of this, its manufacturing method, and the manufacturing method of a silicon carbide single crystal.

上記目的を達成するため、本発明の炭化珪素粉末は、昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を製造する際の原料として用いられる炭化珪素粉末において、粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.10〜3.0質量%であることを特徴とする。   To achieve the above object, the silicon carbide powder of the present invention is a silicon carbide powder used as a raw material for producing a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method. The silicon carbide powder is free in the region from the particle surface to a depth of 10 μm. The carbon concentration is 0.10 to 3.0% by mass.

本発明の炭化珪素粉末によれば、粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.05質量%以上であるため、昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を製造する際、昇華初期におけるSiの昇華を遅らせ、かつCの昇華を促進することができ、成長初期の単結晶におけるSiが過剰となることがなく、昇華初期におけるシリコンドロップレットなどの欠陥の発生を抑制できると共に、安定した成長速度で単結晶を成長させることができる。また、遊離炭素濃度が大きいのが表面のみであれば、原料として炭素質材料を混合してCリッチな条件で運転する場合と異なり、昇華後期においてカーボンインクルージョンなどの欠陥の要因となることも防ぐことができる。   According to the silicon carbide powder of the present invention, since the free carbon concentration in the region from the particle surface to a depth of 10 μm is 0.05% by mass or more, when a silicon carbide single crystal is produced by a sublimation recrystallization method, sublimation is performed. It is possible to delay the sublimation of Si in the initial stage and promote the sublimation of C, the Si in the single crystal in the initial stage of growth does not become excessive, and the generation of defects such as silicon droplets in the initial stage of sublimation can be suppressed, A single crystal can be grown at a stable growth rate. Also, if the free carbon concentration is high only on the surface, it is possible to prevent defects such as carbon inclusion in the later stage of sublimation, unlike the case where the carbonaceous material is mixed as a raw material and the operation is performed under C-rich conditions. be able to.

そして、粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.10〜3.0質量%であるため、単結晶の成長速度をより安定化することができる。   And since the free carbon density | concentration in the area | region from the particle | grain surface to a depth of 10 micrometers is 0.10-3.0 mass%, the growth rate of a single crystal can be stabilized more.

また、本発明の炭化珪素粉末においては、篩の目開き寸法による粒度範囲が106〜2360μmであることが好ましい。なお、本発明における粒度範囲とは、篩分けを行った時に95質量%以上の粒子がその範囲に入ることを意味する。細かい粒子だとカーボンの微粉のためにカーボンインクルージョンが起こりやすく、粗い粒子だと比表面積が小さいため昇華速度が遅くなり、シリコンドロップレットが発生しやすくなる傾向がある。   Moreover, in the silicon carbide powder of this invention, it is preferable that the particle size range by the opening dimension of a sieve is 106-2360 micrometers. The particle size range in the present invention means that 95% by mass or more of particles fall within the range when sieving. Fine particles tend to cause carbon inclusion due to fine carbon powder, and coarse particles tend to have low sublimation speed due to a small specific surface area, and silicon droplets tend to occur.

一方、本発明の炭化珪素粉末の製造方法は、昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を製造する際の原料として用いられる炭化珪素粉末の製造方法において、無機珪酸質原料と炭素質原料とを混合して炭化珪素製造用原料を得る原料作成工程と、前記炭化珪素製造用原料を2200℃以上で焼成することにより、炭化珪素からなる塊状物を形成する焼成工程と、前記焼成工程で得られた炭化珪素からなる塊状物を冷却する冷却工程と、冷却された前記塊状物を粉砕し、粉砕物を分級することにより所定粒度の炭化珪素粉末を得る粉末形成工程とを含み、前記冷却工程の際、前記塊状物が酸素と接触するのを遮断しつつ冷却することを特徴とする。   On the other hand, the method for producing silicon carbide powder according to the present invention is a method for producing silicon carbide powder used as a raw material for producing a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method, wherein an inorganic siliceous raw material and a carbonaceous raw material are used. A raw material preparation step for obtaining a raw material for silicon carbide production by mixing, a firing step for forming a lump of silicon carbide by firing the raw material for silicon carbide production at 2200 ° C. or higher, and the firing step. A cooling step of cooling the lump of silicon carbide, and a powder forming step of obtaining a silicon carbide powder of a predetermined particle size by crushing the cooled lump and classifying the lump. In this case, the mass is cooled while blocking contact with oxygen.

本発明の炭化珪素粉末の製造方法によれば、冷却工程の際、炭化珪素からなる塊状物が酸素と接触するのを遮断しつつ冷却することにより、粒子の表面領域において遊離炭素と酸素が燃焼反応して表面の遊離炭素濃度が低下するのを防ぐことができ、最終的に得られる炭化珪素粉末の粒子表面の遊離炭素濃度を高めることができる。それによって前述した効果を有する炭化珪素粉末を得ることができる。   According to the method for producing silicon carbide powder of the present invention, free carbon and oxygen are combusted in the surface region of the particles by cooling while blocking the lump of silicon carbide from coming into contact with oxygen during the cooling step. It is possible to prevent the free carbon concentration on the surface from lowering due to the reaction, and to increase the free carbon concentration on the particle surface of the finally obtained silicon carbide powder. Thereby, silicon carbide powder having the above-described effects can be obtained.

本発明の炭化珪素粉末の製造方法においては、前記冷却工程の際、前記塊状物が酸素と接触するのを遮断しつつ冷却することにより、最終的に得られる炭化珪素粉末の粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.05質量%以上となるようにすることが好ましい。これによれば、前述した効果を更に良好に得ることができる。   In the method for producing the silicon carbide powder of the present invention, the cooling is performed while blocking the contact of the lump with oxygen during the cooling step, thereby reducing the depth from the particle surface of the silicon carbide powder finally obtained. It is preferable that the free carbon concentration in the region up to 10 μm is 0.05% by mass or more. According to this, the effect mentioned above can be acquired still more favorably.

本発明の炭化珪素粉末の製造方法においては、前記冷却工程を、前記塊状物に水を噴霧しつつ行うことが好ましい。この方法より、塊状物の周辺が蒸気でバリアされることにより塊状物表面が空気中の酸素による酸化を受けにくくなるようにすることができ、また蒸発潜熱により高温の塊状物の冷却が促進されることにより、塊状物表面が、燃焼反応が起こりやすい高温状態に保たれる時間を短くすることができる。   In the manufacturing method of the silicon carbide powder of this invention, it is preferable to perform the said cooling process, spraying water on the said lump. By this method, the periphery of the lump can be blocked by steam so that the lump surface is less susceptible to oxidation by oxygen in the air, and cooling of the high temperature lump is promoted by latent heat of vaporization. By doing this, it is possible to shorten the time during which the lump surface is maintained in a high temperature state in which a combustion reaction easily occurs.

本発明の炭化珪素粉末の製造方法においては、前記粉末形成工程において、篩の目開き寸法による粒度範囲が106〜2360μmとなるように、前記粉砕及び分級を行うことが好ましい。これによって、昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を製造する際、カーボンインクルージョンや、シリコンドロップレットが発生しにくい炭化珪素粉末を得ることができる。   In the method for producing silicon carbide powder of the present invention, it is preferable that in the powder forming step, the pulverization and classification are performed so that the particle size range depending on the sieve opening size is 106 to 2360 μm. Thereby, when manufacturing a silicon carbide single crystal by the sublimation recrystallization method, a silicon carbide powder in which carbon inclusion and silicon droplets are hardly generated can be obtained.

更に、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、前述した炭化珪素粉末を原料として、昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を成長させることを特徴とする。それによって前述した作用効果を得ることができる。   Furthermore, the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention is characterized in that a silicon carbide single crystal is grown by the sublimation recrystallization method using the above-described silicon carbide powder as a raw material. Thereby, the above-described operational effects can be obtained.

本発明の炭化珪素粉末によれば、昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を製造する際、昇華初期におけるSiの昇華を遅らせ、かつCの昇華を促進することができ、成長初期の単結晶におけるSiが過剰となることがなく、昇華初期におけるシリコンドロップレットなどの欠陥の発生を抑制できると共に、安定した成長速度で単結晶を成長させることができる。また、昇華後期においてカーボンインクルージョンなどの欠陥が発生することも防ぐことができる。   According to the silicon carbide powder of the present invention, when a silicon carbide single crystal is produced by a sublimation recrystallization method, it is possible to delay the sublimation of Si in the initial stage of sublimation and promote the sublimation of C. Si is not excessive, and generation of defects such as silicon droplets in the initial stage of sublimation can be suppressed, and a single crystal can be grown at a stable growth rate. In addition, it is possible to prevent the occurrence of defects such as carbon inclusion in the later stage of sublimation.

本発明の炭化珪素粉末の製造方法によれば、冷却工程の際、炭化珪素からなる塊状物が酸素と接触するのを遮断しつつ冷却することにより、粒子の表面領域において遊離炭素と酸素が燃焼反応して表面の遊離炭素濃度が低下するのを防ぐことができ、最終的に得られる炭化珪素粉末の粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.05質量%以上となるようにすることができる。   According to the method for producing silicon carbide powder of the present invention, free carbon and oxygen are combusted in the surface region of the particles by cooling while blocking the lump of silicon carbide from coming into contact with oxygen during the cooling step. It is possible to prevent the free carbon concentration on the surface from decreasing due to the reaction, and the free carbon concentration in the region from the particle surface of the finally obtained silicon carbide powder to a depth of 10 μm is 0.05% by mass or more. Can be.

本発明の炭化珪素単結晶の製造方法によれば、昇華初期におけるシリコンドロップレットなどの欠陥の発生を抑制できると共に、安定した成長速度で単結晶を成長させることができる。   According to the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention, generation of defects such as silicon droplets in the initial stage of sublimation can be suppressed, and a single crystal can be grown at a stable growth rate.

本発明の実施例において、昇華再結晶法で炭化珪素の単結晶を製造する際に用いたるつぼの構造を示す概略断面図である。In the Example of this invention, it is a schematic sectional drawing which shows the structure of the crucible used when manufacturing the silicon carbide single crystal by the sublimation recrystallization method. 同実施例において、成長した単結晶を取出し、スライスする状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which takes out the grown single crystal and slices in the Example. 同実施例において、スライスした単結晶から試料片を切り出す状態を示す説明図である。In the Example, it is explanatory drawing which shows the state which cuts out a sample piece from the sliced single crystal.

以下、本発明の実施形態を挙げて、本発明について更に詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the present invention.

まず、炭化珪素粉末の製造方法について説明する。ここでは、固相反応を利用した方法について説明するが、液相反応などを利用した方法であってもよい。   First, a method for producing silicon carbide powder will be described. Although a method using a solid phase reaction will be described here, a method using a liquid phase reaction or the like may be used.

本発明の炭化珪素粉末の製造方法は、無機珪酸質原料と炭素質原料とを混合して炭化珪素製造用原料を得る原料作成工程と、前記炭化珪素製造用原料を2200℃以上で焼成することにより、炭化珪素からなる塊状物を形成する焼成工程と、前記焼成工程で得られた炭化珪素からなる塊状物を冷却する冷却工程と、冷却された前記塊状物を粉砕し、粉砕物を分級することにより所定粒度の炭化珪素粉末を得る粉末形成工程とを含んでいる。そして、前記冷却工程の際、前記塊状物が酸素と接触するのを遮断しつつ冷却することにより、最終的に得られる炭化珪素粉末の粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.05質量%以上となるようにすることを特徴とする。   The method for producing silicon carbide powder according to the present invention comprises a raw material preparation step of obtaining a raw material for producing silicon carbide by mixing an inorganic siliceous raw material and a carbonaceous raw material, and firing the raw material for producing silicon carbide at 2200 ° C. or higher. By the firing step of forming a lump of silicon carbide, the cooling step of cooling the lump of silicon carbide obtained in the baking step, the cooled lump is pulverized, and the pulverized product is classified And a powder forming step of obtaining a silicon carbide powder having a predetermined particle size. During the cooling step, the free carbon concentration in the region from the particle surface of the finally obtained silicon carbide powder to a depth of 10 μm is 0 by cooling while blocking the mass from coming into contact with oxygen. 0.05% by mass or more.

無機珪酸質原料としては、珪石などの結晶質シリカ、シリカフューム、シリカゲル等の非晶質シリカ、あるいは顆粒状等の金属シリコンが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。無機珪酸質原料の平均粒径は、焼成時の環境、原料の状態(結晶質、非晶質)、炭素質原料との反応性などによって、適宜選ばれる。ただし、焼成時の反応性が良く、炉の制御が容易となるので、無機珪酸質原料としては、非晶質シリカを用いることが好ましい。   Examples of the inorganic siliceous material include crystalline silica such as silica, silica fume, amorphous silica such as silica gel, and granular metal silicon. These may be used alone or in combination of two or more. The average particle size of the inorganic siliceous material is appropriately selected depending on the environment during firing, the state of the material (crystalline or amorphous), the reactivity with the carbonaceous material, and the like. However, it is preferable to use amorphous silica as the inorganic siliceous raw material because the reactivity during firing is good and the furnace is easily controlled.

炭素質原料としては、例えば、天然黒鉛、人工黒鉛等の結晶質カーボンや、カーボンブラック、コークス、活性炭等の非晶質カーボンが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。炭素質原料の平均粒径は、焼成時の環境、原料の状態(結晶質、非晶質)、及び炭素質材料との反応性などによって、適宜選ばれる。   Examples of the carbonaceous raw material include crystalline carbon such as natural graphite and artificial graphite, and amorphous carbon such as carbon black, coke, and activated carbon. These may be used alone or in combination of two or more. The average particle diameter of the carbonaceous raw material is appropriately selected depending on the environment during firing, the state of the raw material (crystalline or amorphous), the reactivity with the carbonaceous material, and the like.

無機珪酸質原料と炭素質原料とを混合して、炭化珪素粉末用の原料を調整する。この際の混合方法は任意であり、湿式混合、乾式混合の何れであってもよい。混合の際の炭素質原料と無機珪酸質原料の混合モル比(C/Si)は、焼成時の環境、炭化珪素粉末用原料の粒径、反応性などを考慮して、最適なものを選択する。ここでいう「最適」とは、焼成によって得られる炭化珪素の収量を向上させ、且つ、無機珪酸質原料及び炭素質原料の未反応の残存量を小さくさせることを意味する。   An inorganic siliceous raw material and a carbonaceous raw material are mixed to prepare a raw material for silicon carbide powder. The mixing method at this time is arbitrary, and may be either wet mixing or dry mixing. The mixing molar ratio (C / Si) of the carbonaceous raw material and inorganic siliceous raw material during mixing is selected in consideration of the environment during firing, the particle size of the silicon carbide powder raw material, reactivity, etc. To do. The term “optimum” as used herein means improving the yield of silicon carbide obtained by firing and reducing the unreacted residual amount of the inorganic siliceous raw material and carbonaceous raw material.

得られた混合粉末(炭化珪素製造用の原料)を2200℃以上、好ましくは2500℃以上で焼成して、塊状の炭化珪素を得る。   The obtained mixed powder (raw material for silicon carbide production) is fired at 2200 ° C. or higher, preferably 2500 ° C. or higher to obtain bulk silicon carbide.

焼成方法は、特に限定されないが、外部加熱による方法、通電加熱による方法等が挙げられる。外部加熱の方法としては、例えば、流動層炉、バッチ式の炉などを用いる方法が挙げられる。通電加熱による方法としては、例えば、アチソン炉を用いる方法が挙げられる。   The firing method is not particularly limited, and examples thereof include a method using external heating and a method using current heating. Examples of the external heating method include a method using a fluidized bed furnace, a batch type furnace, and the like. Examples of the method using electric heating include a method using an Atchison furnace.

焼成雰囲気は、還元雰囲気であることが好ましい。還元性が弱い雰囲気下で焼成すると、炭化珪素の収率が低下するためである。この際、無機珪酸質原料の一つとして非晶質シリカを用いると、反応性が良いことから炉の制御が容易になるため、無機珪酸質原料には非晶質シリカを単独あるいは、一部に非晶質シリカ含む混合物を使うことが好適である。   The firing atmosphere is preferably a reducing atmosphere. This is because the yield of silicon carbide is reduced when fired in an atmosphere having low reducing ability. At this time, if amorphous silica is used as one of the inorganic siliceous raw materials, the furnace is easily controlled due to good reactivity. It is preferable to use a mixture containing amorphous silica.

なお、本明細書中、「アチソン炉」とは、上方が開口した箱型の間接抵抗加熱炉をいう。ここで、間接抵抗加熱とは、被加熱物に電流を直接流すのではなく、電流を流して発熱させた発熱体によって炭化珪素を得るものである。また、このようなアチソン炉の具体的構成の一例は、特開2013−112544号公報に記載されている。   In the present specification, the “Atchison furnace” refers to a box-type indirect resistance heating furnace having an open top. Here, the indirect resistance heating does not directly flow an electric current to an object to be heated, but obtains silicon carbide by a heating element that generates heat by flowing an electric current. An example of a specific configuration of such an Atchison furnace is described in Japanese Patent Laid-Open No. 2013-112544.

このような炉を用いることにより、下記式(1)に示した反応が生じ、炭化珪素(SiC)からなる塊状物が得られる。
SiO+3C→SiC+2CO …(1)
By using such a furnace, the reaction shown in the following formula (1) occurs, and a lump made of silicon carbide (SiC) is obtained.
SiO 2 + 3C → SiC + 2CO (1)

アチソン炉の発熱体の種類は、電気を通すことができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、黒鉛粉、カーボンロッド等が挙げられる。   The type of the heating element of the Atchison furnace is not particularly limited as long as it can conduct electricity, and examples thereof include graphite powder and carbon rod.

発熱体を構成する物質の形態は、特に限定されず、例えば、粉状、塊状等が挙げられる。発熱体は、アチソン炉の通電方向の両端に設けられた電極芯を結ぶように全体として棒状の形状になるように設けられる。ここでの棒状の形状とは、例えば、円柱状、角柱状等が挙げられる。   The form of the substance constituting the heating element is not particularly limited, and examples thereof include powder and lump. The heating element is provided so as to have a rod-like shape as a whole so as to connect the electrode cores provided at both ends in the energizing direction of the Atchison furnace. Examples of the rod shape here include a columnar shape and a prismatic shape.

通電後、炉内に炭化珪素からなる塊状物が生成する。そして、炉内が常温になるまで冷却を行う。この際、冷却中の炭化珪素塊状物が酸素と接触するのを遮断することで、粒子の表面領域において遊離炭素と酸素が燃焼反応して表面の遊離炭素濃度が低下するのを防ぐことができる。   After energization, a lump made of silicon carbide is generated in the furnace. And it cools until the inside of a furnace becomes normal temperature. At this time, by blocking the silicon carbide agglomerates during cooling from coming into contact with oxygen, it is possible to prevent the free carbon and oxygen from burning and reacting in the surface region of the particles, thereby reducing the surface free carbon concentration. .

冷却中の炭化珪素塊状物が酸素と接触するのを遮断する方法としては、冷却中の炭化珪素塊状物にミスト状の水を噴霧する方法が好ましく採用される。この方法より、塊状物の周辺が蒸気でバリアされることにより塊状物表面が空気中の酸素による酸化を受けにくくなるようにすることができ、また蒸発潜熱により高温の塊状物の冷却が促進されることにより、塊状物表面が、燃焼反応が起こりやすい高温状態に保たれる時間を短くすることができる。   As a method for blocking the silicon carbide block during cooling from coming into contact with oxygen, a method of spraying mist-like water onto the silicon carbide block during cooling is preferably employed. By this method, the periphery of the lump can be blocked by steam so that the lump surface is less susceptible to oxidation by oxygen in the air, and cooling of the high temperature lump is promoted by latent heat of vaporization. By doing this, it is possible to shorten the time during which the lump surface is maintained in a high temperature state in which a combustion reaction easily occurs.

なお、冷却中の炭化珪素塊状物が酸素と接触するのを遮断する方法としては、炉内が常温になるまで、アルゴンガス等の不活性ガスを導入して空冷を行う方法や、顆粒状やペレット状の炭素粒や金属シリコン粒を、塊状物を覆うように供給する方法なども採用できる。   In addition, as a method of blocking the silicon carbide lump being cooled from coming into contact with oxygen, until the inside of the furnace reaches room temperature, a method of introducing an inert gas such as argon gas to perform air cooling, A method of supplying pellet-like carbon particles or metal silicon particles so as to cover the lump can also be adopted.

そして、得られた炭化珪素からなる塊状物(インゴット)を粉砕する。粉砕方法は、トップグラインダー、ディスクグラインダー、ジェットミル、ボールミル等を用いて粉砕する方法が挙げられる。   And the lump (ingot) which consists of obtained silicon carbide is grind | pulverized. Examples of the pulverization method include a pulverization method using a top grinder, a disk grinder, a jet mill, a ball mill and the like.

その後、所望の粒度範囲になるように、粉砕物を分級することが好ましい。分級は、篩を用いた方法が最も簡便であり、好ましい。ただし、分級は、篩を用いた方法に限定されず、乾式、湿式の何れでもよい。また、乾式の分級として、気流を用いた例えば遠心式の分級方法を用いることもできる。   Thereafter, it is preferable to classify the pulverized product so as to obtain a desired particle size range. For classification, a method using a sieve is the simplest and preferable. However, classification is not limited to a method using a sieve, and may be either dry or wet. Further, as a dry classification, for example, a centrifugal classification method using an air flow can be used.

分級によって、篩の目開き寸法による粒度範囲が、好ましくは106〜2360μm、より好ましくは250〜2000μm、最も好ましくは355〜1700μmとなるように調整する。細かい粒子だとカーボンの微粉のためにカーボンインクルージョンが起こりやすく、粗い粒子だと比表面積が小さいため昇華速度が遅くなり、シリコンドロップレットが発生しやすくなる傾向がある。   By classification, the particle size range depending on the sieve opening size is preferably 106 to 2360 μm, more preferably 250 to 2000 μm, and most preferably 355 to 1700 μm. Fine particles tend to cause carbon inclusion due to fine carbon powder, and coarse particles tend to have low sublimation speed due to a small specific surface area, and silicon droplets tend to occur.

また、粉砕物を、塩酸などを用いて適宜酸洗浄することにより、粉砕によるコンタミネーションを除去してもよい。   Further, contamination by pulverization may be removed by appropriately washing the pulverized product with hydrochloric acid or the like.

こうして得られた本発明の炭化珪素粉末は、粒子表面の遊離炭素濃度が高いという特徴を有している。本発明において粒子表面の遊離炭素濃度とは、粒子全体における遊離炭素の割合ではなく、炭化珪素粒のうち表面に相当する部分に関して、その中の遊離炭素の割合のことである。粒子表面からどのくらいの深さまでを表面と考えるかについて、発明者らは、種々研究の結果、深さ10μm程度までの領域における遊離炭素濃度が、特に昇華初期におけるシリコンドロップレットの抑制に寄与していることを見出した。このため、本発明では、炭化珪素粉末の粒子表面から深さ10μmまでの領域を表面に相当する部分と考えて、その部分の遊離炭素濃度を求めることとした。この遊離炭素濃度をどのようにして求めたかについて、以下説明する。   The silicon carbide powder of the present invention thus obtained has a feature that the free carbon concentration on the particle surface is high. In the present invention, the concentration of free carbon on the particle surface is not the proportion of free carbon in the entire particle, but the proportion of free carbon in the portion corresponding to the surface of the silicon carbide grains. As a result of various studies, the inventors have found that the free carbon concentration in the region up to a depth of about 10 μm contributes to the suppression of silicon droplets in the initial stage of sublimation. I found out. For this reason, in this invention, the area | region from the particle | grain surface of silicon carbide powder to the depth of 10 micrometers is considered as a part corresponded to the surface, and it decided to obtain | require the free carbon concentration of the part. How the free carbon concentration was determined will be described below.

まず、昇華再結晶法(改良レーリー法)で結晶質の炭化珪素粉末を製造する場合、基本的に遊離炭素は表面にしか形成されない。これは、この方法では、偶発的に発生した(たまたま蒸気濃度の高い場所で種結晶が生じた)小さな結晶の周りで気相反応が起きて徐々に結晶が成長し、遊離炭素のような異物は結晶から排斥されて中には取り込まれないためである。遊離炭素は、結晶成長のごく最後に、表面が炭化する、あるいは表面にごく小さな黒鉛が付着することによって生成する。   First, when producing crystalline silicon carbide powder by the sublimation recrystallization method (modified Rayleigh method), free carbon is basically formed only on the surface. This is because, in this method, a gas phase reaction occurs around a small crystal that happens to occur (accordingly, a seed crystal occurs in a place with a high vapor concentration), and the crystal gradually grows. Is excluded from the crystal and not taken into the crystal. Free carbon is generated at the very end of crystal growth by carbonizing the surface or by attaching very small graphite to the surface.

一方、粒子の中に遊離炭素が残る場合がある。それは、反応中に炭化珪素粒子同士がせめぎ合って成長し、最終的に一つの粒子となり、せめぎ合いに巻き込まれた炭素源が中に残るケースである。本発明の粒子もそういった炭素は一定の割合で存在すると推定される。   On the other hand, free carbon may remain in the particles. This is a case where silicon carbide particles grow together by crushing during the reaction, finally becoming one particle, and the carbon source involved in the claw remains. In the particles of the present invention, it is estimated that such carbon is present at a certain ratio.

しかし、本発明では表面下10μmの炭素のみを測定したいので、試料は粉砕せず、JIS R 6124「遊離炭素の定量方法」によって、遊離炭素の含有率を測定することにした。この方法では、試料を粉砕する場合、せめぎ合いに巻き込まれて中に残った炭素も粉砕で露出して検出されるが、粉砕しない場合、中に残った炭素は検出されない。   However, in the present invention, since it is desired to measure only 10 μm of carbon below the surface, the sample was not pulverized, and the free carbon content was determined by JIS R 6124 “Method for quantifying free carbon”. In this method, when the sample is pulverized, carbon remaining in the crush is exposed and detected by pulverization. However, when not pulverized, carbon remaining in the sample is not detected.

ここで、「粒子全体に対する遊離炭素量」だと、遊離炭素は粒子表面にしかないので、粒径の大きいものの方が、相対的に値が小さくなる。しかし、粒径の大きいものでも、「表面部分に何%以上含まれている」という評価方法で見れば、表面の遊離炭素濃度の高いものは、粒径の小さいものと同じように欠陥抑制の効果を発揮する、という考えに基づいて、本発明においては、「粒子表面から深さ10μmまでの領域」を表面と仮定し、その部分における遊離炭素濃度を求めることとした。   Here, with respect to “the amount of free carbon relative to the entire particle”, since free carbon is only on the particle surface, the value of the larger particle size becomes relatively smaller. However, even if the particle size is large, the percentage of free carbon on the surface is the same as that having a small particle size in terms of defect suppression, as seen by the evaluation method that “the surface portion contains more than%”. Based on the idea that the effect is exhibited, in the present invention, the “region from the particle surface to a depth of 10 μm” is assumed to be the surface, and the free carbon concentration in that portion is determined.

そこで、まず、測定する炭化珪素粉末における表面部分の割合を求める。炭化珪素粉末に篩による分級を行い、粒度分布を求める。累積重量が50%となるような粒径を粉末の平均粒径とする。便宜上炭化珪素粉末は一律にここで求めた平均粒径を持つ球状粒子であると仮定する。この時の粒子半径をD(μm)とする。この時、炭化珪素粉末における表面部分の割合Rは、下記式(2)で求められる。   Therefore, first, the ratio of the surface portion in the silicon carbide powder to be measured is obtained. The silicon carbide powder is classified with a sieve to obtain the particle size distribution. The particle diameter at which the cumulative weight is 50% is defined as the average particle diameter of the powder. For convenience, it is assumed that the silicon carbide powder is a spherical particle having the average particle diameter obtained here. The particle radius at this time is D (μm). At this time, the ratio R of the surface portion in the silicon carbide powder is obtained by the following formula (2).

粉末における表面部分の割合Rを求めた上で、前記JIS R 6124「遊離炭素の定量方法」によって遊離炭素の含有率を測定する。ここで、試料は粒径に関わらず粉砕せずに測定し、助燃剤は使用しない。そうして求められる遊離炭素濃度は、粉末粒子の表面の遊離炭素濃度である。   After determining the ratio R of the surface portion in the powder, the content of free carbon is measured by the JIS R 6124 “Quantitative method for free carbon”. Here, the sample is measured without being pulverized regardless of the particle diameter, and no auxiliary combustor is used. The free carbon concentration thus determined is the free carbon concentration on the surface of the powder particles.

求められた遊離炭素の含有率がX(%)であったとすると、本発明における粒子表面における遊離炭素濃度S(%)は、下記式(3)で求められる。   When the obtained free carbon content is X (%), the free carbon concentration S (%) on the particle surface in the present invention is obtained by the following formula (3).

本発明の炭化珪素粉末は、上記のようにして求めた粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.05質量%以上、好ましくは0.10〜3.0質量%、より好ましくは0.15〜2.0質量%とされている。なお、遊離炭素が多すぎると、C過剰となり、単結晶におけるカーボンインクルージョンの原因となる恐れがあり、結晶成長が困難となる可能性がある。   In the silicon carbide powder of the present invention, the free carbon concentration in the region from the particle surface to a depth of 10 μm determined as described above is 0.05% by mass or more, preferably 0.10 to 3.0% by mass, more preferably Is 0.15 to 2.0 mass%. In addition, when there is too much free carbon, it will become C excess and may cause the carbon inclusion in a single crystal, and crystal growth may become difficult.

発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、本発明の炭化珪素粉末を原料として、昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を成長させる方法である。昇華再結晶法により炭化珪素単結晶を製造する方法は、常法に従って行えばよく、特に限定されないが、概略は下記の通りである。   The method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention is a method for growing a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method using the silicon carbide powder of the present invention as a raw material. The method for producing the silicon carbide single crystal by the sublimation recrystallization method may be performed according to a conventional method, and is not particularly limited, but the outline is as follows.

まず、原料である炭化珪素粉末を例えば黒鉛製のるつぼ内に充填し、このるつぼを加熱装置内に配設する。ただし、炭化珪素粉末が中に充填される容器は、黒鉛製のるつぼに限定されず、昇華再結晶法で単結晶炭化珪素を製造する際に使用されるものであればよい。   First, the raw material silicon carbide powder is filled into a crucible made of graphite, for example, and this crucible is disposed in a heating device. However, the container in which the silicon carbide powder is filled is not limited to a graphite crucible, and any container may be used as long as it is used when producing single crystal silicon carbide by a sublimation recrystallization method.

そして、るつぼをアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気とした減圧下で、るつぼ内の原料が2000〜2500℃となるように加熱する。ただし、るつぼの蓋の下面の炭化珪素単結晶が成長する部分は、これより100℃程度温度低くなるようにしておく。   And it heats so that the raw material in a crucible may become 2000-2500 degreeC under pressure reduction which made the crucible inert gas atmosphere, such as argon gas. However, the temperature of the portion where the silicon carbide single crystal grows on the lower surface of the lid of the crucible is about 100 ° C. lower than this.

この加熱を数時間から数十時間持続させる。これにより、原料である炭化珪素粉末が昇華して昇華ガスとなり、蓋の下面に到達して単結晶化し、この単結晶が成長することにより炭化珪素単結晶の塊状物を得ることができる。   This heating is continued for several hours to several tens of hours. Thereby, the silicon carbide powder as a raw material is sublimated to become a sublimation gas, reaches the lower surface of the lid and is single-crystallized, and this single crystal grows, whereby a lump of silicon carbide single crystal can be obtained.

本発明の炭化珪素粉末は、前述したように、粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.05質量%以上であるため、昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を製造する際、昇華初期におけるSiの昇華を遅らせ、かつCの昇華を促進することができ、成長初期の単結晶におけるSiが過剰となることがなく、昇華初期におけるシリコンドロップレットなどの欠陥の発生を抑制できると共に、安定した成長速度で単結晶を成長させることができる。また、遊離炭素濃度が大きいのが表面のみであれば、原料として炭素質材料を混合してCリッチな条件で運転する場合と異なり、昇華後期においてカーボンインクルージョンなどの欠陥の要因となることも防ぐことができる。   As described above, the silicon carbide powder of the present invention has a free carbon concentration in the region from the particle surface to a depth of 10 μm of 0.05% by mass or more, and therefore, a silicon carbide single crystal is produced by a sublimation recrystallization method. At this time, the sublimation of Si in the initial stage of sublimation can be delayed and the sublimation of C can be promoted, so that Si in the single crystal in the initial stage of growth does not become excessive, and generation of defects such as silicon droplets in the initial stage of sublimation is suppressed In addition, a single crystal can be grown at a stable growth rate. Also, if the free carbon concentration is high only on the surface, it is possible to prevent defects such as carbon inclusion in the later stage of sublimation, unlike the case where the carbonaceous material is mixed as a raw material and the operation is performed under C-rich conditions. be able to.

以下、本発明の実施例を説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されない。   Examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
非晶質珪酸質原料(非晶質シリカ)と炭素質原料(カーボンブラック)を、2軸ミキサーを用いて炭素と珪素のモル比(C/Si)が3.20となるように混合して、炭化珪素製造用原料を得た。
Example 1
Mix amorphous siliceous material (amorphous silica) and carbonaceous material (carbon black) using a biaxial mixer so that the molar ratio of carbon to silicon (C / Si) is 3.20. A raw material for producing silicon carbide was obtained.

得られた炭化珪素製造用原料850kg、及び発熱体を、アチソン炉(アチソン炉の内寸:長さ2500mm、幅1000mm、高さ850mm)に収容した後、2200℃で13.5時間焼成を行った。   850 kg of the obtained raw material for producing silicon carbide and the heating element were placed in an Atchison furnace (inner dimensions of the Atchison furnace: length 2500 mm, width 1000 mm, height 850 mm) and then fired at 2200 ° C. for 13.5 hours. It was.

その後、空冷による冷却を行う一方、炉の高さに対して更に2.0m高い位置から、25℃の蒸留水200g/minをミスト状にして噴霧した。ここでミストは上方に向けて噴霧しており、ゆるやかな速度で炉に向かって降下する。結果として塊状の炭化珪素粉末を得た。   Then, while cooling by air cooling, 200 g / min of distilled water at 25 ° C. was sprayed in a mist form from a position 2.0 m higher than the height of the furnace. Here, the mist is sprayed upward and descends toward the furnace at a moderate speed. As a result, a massive silicon carbide powder was obtained.

得られた塊状の炭化珪素を、トップグラインダー、ディスクミルを用いて粉砕し、炭化珪素粉末を得た。なお、得られた炭化珪素粉末は、結晶質の炭化珪素粉末であった。   The obtained massive silicon carbide was pulverized using a top grinder and a disk mill to obtain silicon carbide powder. The obtained silicon carbide powder was a crystalline silicon carbide powder.

得られた炭化珪素粉末を、目開き1700μm、500μmのふるいを用いて、500〜1700μmの範囲に分級した。この粉末について、前述した方法で表面の遊離炭素濃度の測定を行った。   The obtained silicon carbide powder was classified into a range of 500 to 1700 μm using a sieve having openings of 1700 μm and 500 μm. About this powder, the surface free carbon concentration was measured by the method mentioned above.

図1に示すように、上記分級によって得られた炭化珪素粉末150.0gからなる原料5を、内寸φ120×200mmの黒鉛製のるつぼ1に充填した。このるつぼ1に、中心に厚さ5mmの台座2を備えた黒鉛製の板3に、直径50.8mm、厚み1.0mmの円盤状にカットした炭化珪素の単結晶(種結晶)4を接着したもので蓋をし、周囲をグラファイト製の断熱材で覆った。   As shown in FIG. 1, a raw material 5 composed of 150.0 g of silicon carbide powder obtained by the above classification was filled in a graphite crucible 1 having an inner dimension of 120 × 200 mm. A single crystal (seed crystal) 4 of silicon carbide cut into a disk shape having a diameter of 50.8 mm and a thickness of 1.0 mm is bonded to the crucible 1 and a graphite plate 3 having a pedestal 2 having a thickness of 5 mm at the center. Then, it was covered with a heat insulating material made of graphite.

この全体を炉の中に静置して、3Torr(400Pa)のアルゴン雰囲気下において、誘導加熱にて炉底温度が2350℃となるように加熱を行った。   The whole was left in a furnace and heated in an argon atmosphere of 3 Torr (400 Pa) so that the furnace bottom temperature was 2350 ° C. by induction heating.

ここで、昇温速度が10℃/minとなるように制御し、温度が2350℃になった時点の時間から10時間の加熱を行った。その後、炉を停止し、常温まで空冷してから、るつぼ1を取り出した。昇華により成長した単結晶4を台座2から取り外し、その重量変化(g)を加熱時間(=10h)で割った値から昇華速度を算出した。   Here, the heating rate was controlled to be 10 ° C./min, and heating was performed for 10 hours from the time when the temperature became 2350 ° C. Then, after stopping the furnace and air-cooling to room temperature, the crucible 1 was taken out. The single crystal 4 grown by sublimation was removed from the base 2, and the sublimation rate was calculated from the value obtained by dividing the weight change (g) by the heating time (= 10h).

また、図2に示すように、取り外した単結晶4について、直径50mmに外周を研削したのち、台座2に接着していた面から1.2mm、2.2mmの位置でそれぞれスライスを行い、単結晶を平板状に切り出した(すなわち、単結晶の元の厚みが1.0mmであるから、結晶成長の最初の0.2〜1.2mm分を切り出した)。   Further, as shown in FIG. 2, the removed single crystal 4 was ground at 50 mm in diameter and then sliced at positions 1.2 mm and 2.2 mm from the surface bonded to the pedestal 2. The crystal was cut into a flat plate shape (that is, since the original thickness of the single crystal was 1.0 mm, the first 0.2 to 1.2 mm of crystal growth was cut out).

分析のため、切り出した単結晶から、図3のように5mm角の試料を15片切り出した。なお、図3中の数字は、長さ(mm)である。   For analysis, 15 pieces of 5 mm square samples were cut out from the cut single crystal as shown in FIG. In addition, the number in FIG. 3 is length (mm).

この15片の試料のうち、各7片(約1.1g)をそれぞれランダムに選び、粉砕により100μmのふるいを全通する粉末にしたのち、JIS R 6124の方法(中和滴定法による表面珪酸の定量、燃焼容量法による遊離炭素の定量)で遊離珪酸、遊離炭素の定量を行った。遊離珪酸が検出された試料についてはシリコンドロップレットが発生している、遊離炭素が検出された試料についてはカーボンインクルージョンが発生していると判断した。   Of these 15 pieces, each 7 pieces (about 1.1 g) were selected at random, and pulverized into a powder that passed through a 100 μm sieve, and then the method of JIS R 6124 (surface silicic acid by neutralization titration method). Quantification of free silicic acid and free carbon by the determination of free carbon by combustion capacity method. It was determined that silicon droplets were generated for the samples in which free silicic acid was detected, and that carbon inclusions were generated for the samples in which free carbon was detected.

(実施例2)
実施例2については、実施例1と同様の方法で炭化珪素粉末を製造したが、冷却時の噴霧水量を100g/minとした。
(Example 2)
About Example 2, although the silicon carbide powder was manufactured by the method similar to Example 1, the amount of spray water at the time of cooling was 100 g / min.

(実施例3〜11)
実施例3〜6については実施例1と同じ方法で、実施例7〜8については実施例2と同じ方法で炭化珪素粉末を製造したが、分級に用いるふるいを変え、表1に記載する粒度範囲に限定した。実施例9〜11については実施例1と同じ方法で炭化珪素粉末を製造したが、原料の非晶質シリカ粉末の25%を、同Siモルの金属シリコン粉末(純度>99.999%、粒径150〜425μm)に置換した原料を用いた。
(Examples 3 to 11)
Silicon carbide powder was produced in the same manner as in Example 1 for Examples 3 to 6 and in the same manner as in Example 2 for Examples 7 to 8, but the sieve used for classification was changed, and the particle sizes listed in Table 1 were used. Limited to range. In Examples 9 to 11, silicon carbide powder was produced by the same method as in Example 1, except that 25% of the raw amorphous silica powder was converted to metal silicon powder of the same Si mole (purity> 99.999%, grain size). A raw material substituted with a diameter of 150 to 425 μm was used.

(比較例1〜10)
実施例1と同様の方法によって塊状の炭化珪素粉末を製造し、表1のように分級範囲を変えた。ただし、比較例1〜4では、冷却時に噴霧を行わなかった。また、比較例5〜6では、冷却時に水の噴霧を行う代わりに、空気を50L/minの流量で炉に向けて噴射した(これは水を100g/minで噴霧する際の空気消費量に相当する)。比較例7〜8では、実施例1と同様に水を噴霧したが、炭素と珪素のモル比(C/Si)を2.7とした原料を用いた。比較例9〜10では、実施例1と同様に水を噴霧したが、炭素と珪素のモル比(C/Si)を3.5とした原料を用いた。
(Comparative Examples 1-10)
Agglomerated silicon carbide powder was produced by the same method as in Example 1, and the classification range was changed as shown in Table 1. However, in Comparative Examples 1 to 4, no spraying was performed during cooling. Moreover, in Comparative Examples 5-6, instead of spraying water at the time of cooling, air was injected toward the furnace at a flow rate of 50 L / min (this corresponds to the amount of air consumed when spraying water at 100 g / min). Equivalent to). In Comparative Examples 7 to 8, water was sprayed in the same manner as in Example 1, but a raw material having a carbon to silicon molar ratio (C / Si) of 2.7 was used. In Comparative Examples 9 to 10, water was sprayed in the same manner as in Example 1, but a raw material having a carbon to silicon molar ratio (C / Si) of 3.5 was used.

いくつかの試料については、結晶成長後の単結晶をスライスした段階で単結晶表面にカーボンインクルージョンの黒点が見られた。   For some samples, black spots of carbon inclusions were observed on the surface of the single crystal when the single crystal after crystal growth was sliced.

各実施例、比較例について、粒度範囲、表面の遊離炭素濃度、実験で得られた昇華試験の結果を表1に示す。   Table 1 shows the particle size range, the surface free carbon concentration, and the results of the sublimation test obtained in the experiment for each example and comparative example.

表1に示されるように、実施例1〜11ではいずれの例もカーボンインクルージョンの発生を示す遊離C濃度は定量下限値以下であり、またシリコンドロップレットの発生を示唆する遊離Si濃度も定量下限値以下であるか、比較例1〜10と比較して少なかった。   As shown in Table 1, in each of Examples 1 to 11, the free C concentration indicating the occurrence of carbon inclusion is below the lower limit of quantification, and the free Si concentration suggesting the generation of silicon droplets is also the lower limit of quantification. It was less than the value or less compared with Comparative Examples 1-10.

一方、比較例1〜10は、比較例9〜10を除いていずれも遊離Si濃度が高く、一方、比較例9〜10のようにCリッチな条件で製造された、表面だけでなく全体がCリッチな炭化珪素粉末では、遊離Siは抑制できるものの遊離Cが多くなることが分かった。   On the other hand, all of Comparative Examples 1 to 10 except for Comparative Examples 9 to 10 have a high free Si concentration. On the other hand, not only the surface but also the whole produced under C-rich conditions as in Comparative Examples 9 to 10 It was found that C-rich silicon carbide powder increases free C, although free Si can be suppressed.

以上から、表面の遊離炭素濃度が大きい原料を用いることがカーボンインクルージョンやシリコンドロップレットの抑制に有効であることが読み取れる。
From the above, it can be seen that the use of a raw material having a high free carbon concentration on the surface is effective in suppressing carbon inclusion and silicon droplets.

Claims (7)

昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を製造する際の原料として用いられる炭化珪素粉末において、粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.10〜3.0質量%である炭化珪素粉末。   In a silicon carbide powder used as a raw material when producing a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method, the carbonization concentration in the region from the particle surface to a depth of 10 μm is 0.10 to 3.0 mass%. Silicon powder. 篩の目開き寸法による粒度範囲が106〜2360μmである請求項1記載の炭化珪素粉末。   The silicon carbide powder according to claim 1, wherein a particle size range according to a sieve opening size is 106 to 2360 μm. 昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を製造する際の原料として用いられる炭化珪素粉末の製造方法において、
無機珪酸質原料と炭素質原料とを混合して炭化珪素製造用原料を得る原料作成工程と、
前記炭化珪素製造用原料を2200℃以上で焼成することにより、炭化珪素からなる塊状物を形成する焼成工程と、
前記焼成工程で得られた炭化珪素からなる塊状物を冷却する冷却工程と、
冷却された前記塊状物を粉砕し、粉砕物を分級することにより所定粒度の炭化珪素粉末を得る粉末形成工程とを含み、
前記冷却工程の際、前記塊状物が酸素と接触するのを遮断しつつ冷却することを特徴とする炭化珪素粉末の製造方法。
In the method for producing silicon carbide powder used as a raw material when producing a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method,
A raw material preparation step for obtaining a raw material for producing silicon carbide by mixing an inorganic siliceous raw material and a carbonaceous raw material;
A firing step of forming a lump of silicon carbide by firing the raw material for producing silicon carbide at 2200 ° C. or higher;
A cooling step for cooling the lump made of silicon carbide obtained in the firing step;
A powder forming step of pulverizing the cooled mass and obtaining a silicon carbide powder having a predetermined particle size by classifying the pulverized product,
In the cooling step, the lump is cooled while being blocked from coming into contact with oxygen.
前記冷却工程の際、前記塊状物が酸素と接触するのを遮断しつつ冷却することにより、最終的に得られる炭化珪素粉末の粒子表面から深さ10μmまでの領域における遊離炭素濃度が0.05質量%以上となるようにする請求項3記載の炭化珪素粉末の製造方法。   In the cooling step, cooling is performed while blocking the mass from coming into contact with oxygen, so that the free carbon concentration in the region from the particle surface of the finally obtained silicon carbide powder to a depth of 10 μm is 0.05. The method for producing silicon carbide powder according to claim 3, wherein the content is not less than mass%. 前記冷却工程を、前記塊状物に水を噴霧しつつ行う請求項3又は4記載の炭化珪素粉末の製造方法。   The manufacturing method of the silicon carbide powder of Claim 3 or 4 which performs the said cooling process, spraying water on the said lump. 前記粉末形成工程において、篩の目開き寸法による粒度範囲が106〜2360μmとなるように、前記粉砕及び分級を行う請求項3〜5のいずれか1項に記載の炭化珪素粉末の製造方法。   The method for producing silicon carbide powder according to any one of claims 3 to 5, wherein, in the powder forming step, the pulverization and classification are performed so that a particle size range according to a sieve opening size is 106 to 2360 µm. 請求項1又は2に記載の炭化珪素粉末を原料として、昇華再結晶法により炭化珪素の単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。   A method for producing a silicon carbide single crystal, comprising growing a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method using the silicon carbide powder according to claim 1 or 2 as a raw material.
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