JPH04139014A - Production of silicon carbide - Google Patents

Production of silicon carbide

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JPH04139014A
JPH04139014A JP2256886A JP25688690A JPH04139014A JP H04139014 A JPH04139014 A JP H04139014A JP 2256886 A JP2256886 A JP 2256886A JP 25688690 A JP25688690 A JP 25688690A JP H04139014 A JPH04139014 A JP H04139014A
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JP
Japan
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silicon carbide
gas
reaction
heating
cvd
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Application number
JP2256886A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Arai
荒井 真次
Masato Kamata
鎌田 真人
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH04139014A publication Critical patent/JPH04139014A/en
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Abstract

PURPOSE:To easily obtain high-purity silicon carbide powder, particles and films excellent in crystallinity by supplying hydrocarbon-contg. gas to a reaction chamber in which a solid Si is disposed and heating both of them simultaneously to cause CVD reaction. CONSTITUTION:A hydrocarbon-contg. gas 3 is introduced into a reaction chamber 2 in which a solid Si 5 (on a holder 6) as the source material is disposed. Decomposition of the supplied gas 3 (with a filament 8) and heating of the solid Si 5 (with a heater 7) are performed simultaneously to precipitate silicon carbide in vapor phase.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、粒状、膜状の炭化珪素を製造するのに好適
な炭化珪素の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for producing silicon carbide suitable for producing granular or film-like silicon carbide.

(従来の技術) 炭化珪素は天然には産出されない人造鉱物であり、古く
から研磨材料としての用途を中心として、高温耐食性、
耐磨耗性、高強度などの特性を生かして耐火煉瓦や高温
発熱体などに広く利用されている。近年では、高密度に
焼結された炭化珪素素材は、高温強度が優れていること
から、1500℃以上の高温で使用する構造物への応用
か検討され、一部では実用化されている。また、炭化珪
素は、電気的には広いバンドギャップを有するIV−V
l族化合物半導体として知られており、単結晶を用いた
発光ダイオードや高温ダイオードの研究開発も行われて
いる。さらに最近では、炭化珪素結晶の本来の高熱伝導
性と電気絶縁性とを兼備した新しい炭化珪素焼結体が開
発され、半導体用放熱基板として実用化されている。
(Conventional technology) Silicon carbide is an artificial mineral that is not produced naturally, and has been used mainly as an abrasive material since ancient times.
It is widely used in firebricks and high-temperature heating elements due to its properties such as wear resistance and high strength. In recent years, high-density sintered silicon carbide materials have excellent high-temperature strength, so their application to structures that are used at high temperatures of 1,500° C. or higher has been studied, and some have even been put into practical use. In addition, silicon carbide is an IV-V material with a wide electrical band gap.
It is known as a Group I compound semiconductor, and research and development is also underway on light-emitting diodes and high-temperature diodes using single crystals. Furthermore, recently, a new silicon carbide sintered body that combines the inherent high thermal conductivity and electrical insulation properties of silicon carbide crystals has been developed and put into practical use as a heat dissipation substrate for semiconductors.

炭化珪素を製造方法には種々の方法があり、以下の4つ
の方法に大別される。すなわち、■粉末状態の珪素(S
t)と炭素(C)とを直接反応させる方法、■二酸化珪
素(S102)のCによる還元反応を利用する方法、■
Siの水素化物例えばシラン(S l m H2m+z
)ガスやSiの塩化物例えば四塩化珪素(SiC14)
ガスと炭化水素例えばプロパン(03H8)ガスやメタ
ン(CH4)ガスとを気相反応させる方法、■有機珪素
化合物例えばポリカルボシラン((−S i CH,C
H3−CCHs CHs −)。)を合成し、これを焼
成して炭化珪素を製造する方法である。これらの方法は
、上述の炭化珪素の用途に応じて適宜使い分けられてい
る。例えば、研磨材や焼結体を得るための粉末を大量に
製造するためには■の方法が広く用いられている。■の
方法は炭化珪素繊維を製造する方法として有名である。
There are various methods for producing silicon carbide, which are roughly classified into the following four methods. In other words, ■ Powdered silicon (S
A method of directly reacting t) with carbon (C), ■ A method of utilizing the reduction reaction of silicon dioxide (S102) with C, ■
A hydride of Si, such as silane (S l m H2m+z
) gas or Si chloride such as silicon tetrachloride (SiC14)
A method of reacting a gas with a hydrocarbon such as propane (03H8) gas or methane (CH4) gas in the gas phase;
H3-CCHs CHs -). ) is synthesized and fired to produce silicon carbide. These methods are appropriately used depending on the use of the silicon carbide described above. For example, method (2) is widely used to produce a large amount of powder for obtaining abrasive materials and sintered bodies. Method (2) is famous as a method for producing silicon carbide fibers.

また、■の方法は、主として基板や繊維の表面に薄膜を
形成する場合や、高純度の単結晶合成に用いられ、通常
CVD(化学蒸着法)と呼ばれている方法であり、原料
のガスに種々の方法でエネルギを付与し様々な化学反応
を生じさせるごとによって固体の炭化珪素を得る方法で
ある。この方法は、化学反応を生じさせる条件によって
、粉末や粒ばかりでなく膜が得られること、炭化珪素の
融点よりも低い温度で粒や膜を形成することができるこ
と、複雑な形状の基体上にも均一厚さで膜を形成するこ
とができること、原料ガスの純度管理により高純度の炭
化珪素が得られることなどの特徴を有している。
In addition, method (2) is mainly used for forming thin films on the surfaces of substrates or fibers, and for synthesizing high-purity single crystals, and is usually called CVD (chemical vapor deposition). In this method, solid silicon carbide is obtained by applying energy to the silicon carbide using various methods to cause various chemical reactions. This method has the following advantages: depending on the conditions that cause the chemical reaction, not only powders and grains but also films can be obtained; grains and films can be formed at a temperature lower than the melting point of silicon carbide; It also has features such as being able to form a film with a uniform thickness and being able to obtain highly pure silicon carbide by controlling the purity of the raw material gas.

ところで、CVDによる炭化珪素の合成では、前述した
S t a H2m+2.5iC14などのSiを含む
ガス、C3H8C2H4CH4などのCを含むガス、S
 i (CH3) C13(CHi)4siなどのSi
とCとを含むガスが用いられることが多い。これらいず
れの場合においても、SiはSiの水素化物のガスや塩
化物のガスとして反応系に供給されることが特徴である
By the way, in the synthesis of silicon carbide by CVD, Si-containing gases such as the aforementioned S ta H2m+2.5iC14, C-containing gases such as C3H8C2H4CH4, S
i (CH3) Si such as C13(CHi)4si
A gas containing C and C is often used. In any of these cases, the characteristic is that Si is supplied to the reaction system as Si hydride gas or chloride gas.

このような特徴を有するCVD法は上述のように基体上
に炭化珪素の膜を形成する方法として適しているが、膜
彰成は1000℃以上の高温で実施されることが一般的
であり基体物質によっては熱膨張係数の差に起因して膜
に亀裂が入ったり、また基体との密着性が十分でないた
めに基体から膜が剥離することがある。また、CVD法
によって炭化珪素粉体を製造する場合には、生成条件の
制御によって、粒径分布が狭く、粒径が0.01〜0.
1μmの粒子からなる超微粉体が容易に得られる特徴が
ある。すなわち、従来のCVDによる炭化珪素の製造方
法は、サブミクロン域の微粉を得るのに適している。し
かし、粗粒を得るためには必ずしも適していない。さら
に、CVD法で製造した炭化珪素よりも一層結晶性が優
れた炭化珪素が望まれている。
The CVD method, which has these characteristics, is suitable as a method for forming a silicon carbide film on a substrate as described above, but film formation is generally carried out at a high temperature of 1000°C or higher, and the substrate Depending on the material, the film may crack due to a difference in thermal expansion coefficient, or the film may peel off from the substrate due to insufficient adhesion to the substrate. In addition, when producing silicon carbide powder by the CVD method, the particle size distribution is narrow, and the particle size is 0.01 to 0.000% by controlling the production conditions.
It has the characteristic that ultrafine powder consisting of particles of 1 μm can be easily obtained. That is, the conventional method for producing silicon carbide by CVD is suitable for obtaining fine powder in the submicron range. However, it is not necessarily suitable for obtaining coarse particles. Furthermore, there is a desire for silicon carbide that has even better crystallinity than silicon carbide produced by CVD.

(発明が解決しようとする課題) 以上のように、炭化珪素の製造方法は種々あり、用途に
応じて夫々の方法の特徴を活かすべく各方法が用いられ
ている。しかし、結晶性が優れた高純度の炭化珪素粉末
、粒体及び膜を容易に得ることができ、しかも健全な膜
を確実に得ることができる方法は未だ確立されていない
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, there are various methods for producing silicon carbide, and each method is used to take advantage of the characteristics of each method depending on the application. However, a method has not yet been established that can easily obtain highly purified silicon carbide powder, particles, and films with excellent crystallinity, and can also reliably obtain a healthy film.

この発明はかかる事情に鑑み寸なされたものであって、
結晶性が優れた高純度の炭化珪素粉末、粒体及σ膜を容
易に得ることができ、しかも健全な膜を確実に得ること
ができる炭化珪素の製造方法を提供することを目的とす
る。
This invention was made in consideration of such circumstances, and
It is an object of the present invention to provide a method for producing silicon carbide that can easily obtain high-purity silicon carbide powder, granules, and σ film with excellent crystallinity, and can also reliably obtain a healthy film.

[発明の構成] (課題を解決するための手段及び作用)この発明に係る
炭化珪素の製造方法は、原料物質としての固体Siが設
けられた反応容器内に炭化水素を含むガスを供給し、供
給されたガスの分解と前記固体Stの加熱とを同時に行
って炭化珪素を気相析出させることを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means and Effects for Solving the Problems) A method for producing silicon carbide according to the present invention includes supplying a gas containing hydrocarbons into a reaction vessel provided with solid Si as a raw material, The method is characterized in that silicon carbide is deposited in a vapor phase by simultaneously decomposing the supplied gas and heating the solid St.

本願発明者らは、反応容器中に固体状態のSiを設け、
このSiを加熱するとともに、放電や加熱などにより炭
素源ガスを分解する所謂CVD反応を生じさせることに
より、Si上又はその近傍に設置された基板上に結晶性
の優れた炭化珪素が成長することを見出した。この発明
はこのような知見に基づいてなされたものである。
The inventors provided Si in a solid state in a reaction vessel,
By heating this Si and causing a so-called CVD reaction that decomposes the carbon source gas by electric discharge, heating, etc., silicon carbide with excellent crystallinity grows on the Si or on the substrate placed near it. I found out. This invention was made based on such knowledge.

反応容器内に設けられたStは、CVDにより炭化珪素
を生成するための原料となる。従って、このSiは分解
した炭素源ガスと反応することができればよく、その形
態は問わない。すなわち、粉末状、粒状、塊状、板状な
ど種々の形態を採り得る。ただし、炭化珪素をSi上に
析出させる目的に対しては、SLはSiCの原料である
と同時に、下地としての役目も果たすことになる。
St provided in the reaction vessel serves as a raw material for producing silicon carbide by CVD. Therefore, this Si may be in any form as long as it can react with the decomposed carbon source gas. That is, it can take various forms such as powder, granules, lumps, and plates. However, for the purpose of depositing silicon carbide on Si, SL serves as a raw material for SiC and also as a base.

炭化珪素を構成するもう一方の元素であるCの原料とし
ては、炭化水素を含むガスを用いる。これにより、結晶
性が良好な炭化珪素を成長させることがてきる。ここて
、炭化水素を含むガスとは、メタン(CH4) 、エタ
ン(C2H,、)、プロパン(C3H8)、エチレン(
C2H4)、アセチレン(C2H2)などの炭化水素ガ
スそのもの、又はアセトン(CHs COCHi )、
メチルアルコール(CH30H) 、エチルアルコール
(C2H,OH)  プロピルアルコール(CiH70
H)  ブチルアルコール(C4H90H)  アセト
アルデヒド(C)l、CHO)などの炭化水素基を含む
有機化合物をいい、これらのうち1種又は2種以上を用
いることができる。これらの炭素源ガスは、分解により
、C5CH%CH2、CH3などの炭素化学種になり、
これらの化学種が上記のCVD反応に重要な役割を果た
していると考えることができる。
A gas containing hydrocarbons is used as a raw material for C, which is the other element constituting silicon carbide. Thereby, silicon carbide with good crystallinity can be grown. Here, gases containing hydrocarbons include methane (CH4), ethane (C2H, ), propane (C3H8), ethylene (
C2H4), hydrocarbon gas itself such as acetylene (C2H2), or acetone (CHs COCHi),
Methyl alcohol (CH30H), ethyl alcohol (C2H,OH), propyl alcohol (CiH70
H) Butyl alcohol (C4H90H) Refers to an organic compound containing a hydrocarbon group such as acetaldehyde (C)l, CHO), and one or more of these can be used. These carbon source gases become carbon species such as C5CH%CH2, CH3 by decomposition,
It can be considered that these chemical species play an important role in the above CVD reaction.

なお、本発明においては、上記ガスとともに、次に示す
ようなガスを反応容器に供給して反応させることにより
、B、AI、Ga、In、TI。
In addition, in the present invention, B, AI, Ga, In, and TI are produced by supplying the following gases to the reaction vessel and reacting them together with the above gases.

N、P、As、Sb、Biなどのうち1種又は2種以上
の元素を含んだ炭化珪素を製造することができる。すな
わち、単体ガスとしてのB、AlGa、In、Tl、N
、P、As、Sb、Bi。
Silicon carbide containing one or more elements among N, P, As, Sb, Bi, etc. can be produced. That is, B, AlGa, In, Tl, N as single gases
, P, As, Sb, Bi.

化合物ガスとしてのB2 Hb 、Ba Hro、B2
0s 、CH3BCI□、 (CHiAIBr2)2、(CH3)2AICI。
B2 Hb, Ba Hro, B2 as compound gas
0s, CH3BCI□, (CHiAIBr2)2, (CH3)2AICI.

[(CH3)  s  A  l  コ  2 、  
G a 2 H6、(CH3)s Ga、(CH3)2
 GaBH4、(CHi )s I n、(CH3)i
 T 1.NH3、PHi 、ASH3、N2 H4、
P209、CH−i As B r2 、CH3As 
H2、(CHs ) s A s s  (CHi )
 3B 1 %(C2H5) 3 B is S bH
s、CI CH2SbCl、CHI 5bH2、(CH
l)sSbなどのうち1種又は2種以上を反応ガスとし
て用いる。ここで、B、AI、Ga。
[(CH3) s A l co 2 ,
Ga 2 H6, (CH3)s Ga, (CH3)2
GaBH4, (CHi)s I n, (CH3)i
T1. NH3, PHi, ASH3, N2 H4,
P209, CH-iAsBr2, CH3As
H2, (CHs) s A s s (CHi)
3B 1% (C2H5) 3B is S bH
s, CI CH2SbCl, CHI 5bH2, (CH
l) One or more of sSb and the like are used as a reactive gas. Here, B, AI, Ga.

In、Tl、P、As、Sb、Biなどの単体は、抵抗
加熱や電子ビーム加熱などによりガス化して用いる。ま
た、例えば[(CM))s A 1]2は常温では液体
であるが、揮発性なので加熱により気化させて用いる。
Single substances such as In, Tl, P, As, Sb, and Bi are used after being gasified by resistance heating, electron beam heating, or the like. Further, for example, [(CM))s A 1]2 is a liquid at room temperature, but since it is volatile, it is used after being vaporized by heating.

さらに、例えばB 2 Hbは常温で気体なのでそのま
ま用いる。上記元素を含んだガスの反応容器への供給量
は、目的とするドープ量やガスの種類、ガスの加熱・分
解方法などにより左右されるので特に限定されないが、
−設置には(不純物)/(炭素)の原子比で10−5〜
10−2の範囲が好適である。
Further, for example, B 2 Hb is a gas at room temperature, so it is used as is. The amount of gas containing the above elements to be supplied to the reaction vessel is not particularly limited, as it depends on the desired doping amount, the type of gas, the method of heating and decomposing the gas, etc.
- For installation, the atomic ratio of (impurities) / (carbon) is 10-5 ~
A range of 10-2 is preferred.

炭化珪素を析出させるための下地材料は、上記CVD反
応の反応雰囲気の温度以上の融点を有するものであれば
よく、特に限定されない。下地材料としての基板は、S
iの近傍に、あるいはSi上で反応したガスの流れの下
流に設置されていればよい。析出反応が短時間の場合に
は、基板上で炭化珪素は独立した粒子として成長し、従
ってこれを回収することにより炭化珪素粉末が得られる
The base material for depositing silicon carbide is not particularly limited as long as it has a melting point equal to or higher than the temperature of the reaction atmosphere of the CVD reaction. The substrate as the base material is S
It may be installed near i or downstream of the flow of gas reacted on Si. When the precipitation reaction is short-term, silicon carbide grows as independent particles on the substrate, and silicon carbide powder can be obtained by collecting the particles.

析出反応を長時間行うと、析出した炭化珪素粒子の融合
合体が起こり一様膜が形成され成長する。
When the precipitation reaction is carried out for a long time, the precipitated silicon carbide particles fuse and coalesce to form a uniform film and grow.

また、反応容器内に設置された原料としてのSi自体を
下地として使用する場合には、Si上に炭化珪素の粒、
膜を形成することができるため、Siと炭化珪素の接合
体が得られる。この場合、Si表面での化学反応により
炭化珪素が生成するため、Siと炭化珪素との結合は強
固であり、従って密着性に優れた接合体を得ることがで
きる。
In addition, when using Si itself as a raw material installed in a reaction vessel as a base, silicon carbide particles,
Since a film can be formed, a bonded body of Si and silicon carbide can be obtained. In this case, since silicon carbide is generated by a chemical reaction on the Si surface, the bond between Si and silicon carbide is strong, and therefore a bonded body with excellent adhesion can be obtained.

なお、この原料Siとして単結晶の81を用いる場合に
は、条件を適切に調整することにより、単結晶Si上に
炭化珪素をエピタキシャル成長させることができ、単結
晶の炭化珪素を得ることができる。
Note that when single-crystal 81 is used as the raw material Si, silicon carbide can be epitaxially grown on single-crystal Si by appropriately adjusting conditions, and single-crystal silicon carbide can be obtained.

次に炭化珪素の析出反応について説明する。Next, the precipitation reaction of silicon carbide will be explained.

先ず、上述した炭素源としての炭化水素を含むガスを原
料としてのSiを設置した反応容器に供給する。この場
合に炭素源ガスとともに水素ガスを容器内に導入するこ
とが好ましい。水素ガスは、炭素源ガスを反応容器に導
入するためのキャリヤガスとしての役目を有し、さらに
分解により生成する水素原子の作用により°炭化珪素の
析出を促進する効幕を有するからである。炭素源ガスと
水素ガスとの混合比は特に限定されるものではないが、
その好ましい範囲は炭素源ガスの種類によって異なる。
First, a gas containing the above-mentioned hydrocarbon as a carbon source is supplied to a reaction vessel in which Si as a raw material is installed. In this case, it is preferable to introduce hydrogen gas into the container together with the carbon source gas. This is because hydrogen gas has the role of a carrier gas for introducing the carbon source gas into the reaction vessel, and also has the effect of promoting the precipitation of silicon carbide by the action of hydrogen atoms generated by decomposition. Although the mixing ratio of carbon source gas and hydrogen gas is not particularly limited,
The preferable range varies depending on the type of carbon source gas.

ただし、一般的に(炭素源ガス)/(水素ガス)−0,
001〜1゜0の範囲とすることが好ましい。炭素源ガ
スとしてメタンガスを用いる場合には、(メタンガス)
/(水素ガス)−〇、001〜0.003の範囲で最も
結晶性が良い炭化珪素を成長させることができる。
However, generally (carbon source gas)/(hydrogen gas) -0,
It is preferable to set it as the range of 001-1.0. When using methane gas as a carbon source gas, (methane gas)
/(Hydrogen gas)-〇, silicon carbide with the best crystallinity can be grown in the range of 001 to 0.003.

CVD反応を生じさせるためにはSiの加熱が必要であ
るが、加熱方法は特に限定されない。
Although heating of Si is necessary to cause the CVD reaction, the heating method is not particularly limited.

Siの加熱温度は、結晶性の良い炭化珪素を大きい析出
速度で析出させるためには、900〜1400℃の範囲
にすることが好ましい。なお、上限の1400℃はSi
の融点を考慮したものである。
The heating temperature for Si is preferably in the range of 900 to 1400°C in order to precipitate silicon carbide with good crystallinity at a high precipitation rate. Note that the upper limit of 1400°C is
This takes into account the melting point of

このようなSiの加熱と同時に、Si上に供給する炭素
源ガス又は炭素源ガスと水素ガスとの混合ガスの分解反
応を誘起させる。分解反応を誘起する方法は特に限定さ
れるものではなく、熱、電子、光などによりガスの分解
に足るエネルギを付与し得る方法であればよい。すなわ
ち、CVD反応において一般的にに用いられている方法
、例えば、熱フィラメントによる熱分解を利用する方法
(熱フィラメントCVD)、正電位を印加した電極を設
け、電子を導くことによりガスの分解・励起を促進させ
る方法(電子衝撃CvD)、マイクロ波放電や直流放電
によるプラズマを用いた方法(プラズマCVD)  レ
ーザー照射による方法(レーザーCVD)などを適用す
ることができる。
Simultaneously with such heating of the Si, a decomposition reaction of the carbon source gas or the mixed gas of the carbon source gas and hydrogen gas supplied onto the Si is induced. The method of inducing the decomposition reaction is not particularly limited, and any method may be used as long as it can provide sufficient energy to decompose the gas using heat, electrons, light, or the like. In other words, methods commonly used in CVD reactions, such as a method that utilizes thermal decomposition using a hot filament (hot filament CVD), provide an electrode to which a positive potential is applied and conduct electrons to decompose and decompose gas. A method of promoting excitation (electron impact CVD), a method using plasma using microwave discharge or direct current discharge (plasma CVD), a method using laser irradiation (laser CVD), etc. can be applied.

反応圧力は炭化珪素の成長速度に深く係わる条件である
が、他の条件によって適正な範囲が変化するため、特定
範囲に限定されない。一般的には、圧力が高いと反応に
寄与する炭素濃度が高まることに起因して成長速度が増
加する。結晶性の良い炭化珪素を成長させるためには、
合成反応の方法に応じた適切な圧力に設定する必要があ
り、例えばプラズマCVDの場合には、0.1〜100
0Torrの範囲が望ましい。
Although the reaction pressure is a condition deeply related to the growth rate of silicon carbide, the appropriate range changes depending on other conditions, so it is not limited to a specific range. Generally, higher pressure increases the growth rate due to higher carbon concentration contributing to the reaction. In order to grow silicon carbide with good crystallinity,
It is necessary to set an appropriate pressure according to the method of synthesis reaction, for example, in the case of plasma CVD, the pressure
A range of 0 Torr is desirable.

反応容器内においては、適当な流量で炭素源ガス又は混
合ガスを供給しその流量に応じて容器内のガスを排出し
て、ある程度のガスの流れを形成することが好ましい。
In the reaction vessel, it is preferable to supply the carbon source gas or mixed gas at an appropriate flow rate and to discharge the gas in the vessel according to the flow rate to form a certain amount of gas flow.

これにより、反応によって消費された原料ガスを補充す
るとともに、反応によって生成した不要なガス成分(炭
化珪素の成長に寄与しないか、又は炭化珪素の成長に不
都合となるガス成分)を反応容器外に排出することがで
きる。この場合のガス流量は、合成方法や合成装置の規
模に応じて適宜決定されるものであり、特に限定される
ものではない。
This replenishes the raw material gas consumed by the reaction, and removes unnecessary gas components generated by the reaction (gas components that do not contribute to the growth of silicon carbide or are inconvenient for the growth of silicon carbide) out of the reaction vessel. Can be discharged. The gas flow rate in this case is appropriately determined depending on the synthesis method and the scale of the synthesis apparatus, and is not particularly limited.

炭化珪素の析出のための気相中での炭素源ガスの分解・
励起及び基体上での析出反応を制御する条件は、特に限
定されず、上述した各合成方法に応じた反応条件を設定
すればよい。例えば、熱フイラメント法ではフィラメン
トを2000℃以上に加熱することが望ましい。また、
直流放電を用いたCVDでは、放電としては正規グロー
放電よりもアーク放電側の領域を必要とするので、直流
印加電圧を、両極間距離及び反応圧カ一定条件下におけ
る正規グロー放電時の両極間電圧と向等か又はそれより
高い値に設定することが好ましい。
Decomposition of carbon source gas in the gas phase for the precipitation of silicon carbide
The conditions for controlling the excitation and precipitation reaction on the substrate are not particularly limited, and the reaction conditions may be set according to each of the above-mentioned synthesis methods. For example, in the hot filament method, it is desirable to heat the filament to 2000° C. or higher. Also,
CVD using DC discharge requires a region on the arc discharge side compared to regular glow discharge. It is preferable to set it to a value equal to or higher than the voltage.

本発明によれば、上述のように、Si源として固体Si
を用いて、CVDを生じさせる全く新しい方法によって
、結晶性が良好な炭化珪素の粉末、粒及び膜を容易に製
造することができる。特に、原料としての固体Si自体
を使用することにより、Siと炭化珪素が強固に結合し
たStと炭化珪素の接合体を、粒状又は膜状の形態で形
成することができる。また、炭素源ガス及び固体Siと
して高純度のものを用いることにより、高純度の炭化珪
素を得ることができる。
According to the present invention, as described above, solid Si is used as the Si source.
Using this method, silicon carbide powder, grains, and films with good crystallinity can be easily produced by a completely new method of generating CVD. In particular, by using solid Si itself as a raw material, a joined body of St and silicon carbide in which Si and silicon carbide are strongly bonded can be formed in a granular or film-like form. In addition, by using high purity carbon source gas and solid Si, high purity silicon carbide can be obtained.

(実施例) 以下、この発明の実施例について説明する。(Example) Examples of the present invention will be described below.

実施例1 第1図に示した気相成長装置を用いて炭化珪素を製造し
た。この気相成長装置1は、石英ガラス製の反応容器2
を備えている。この反応容器2には、この中に原料ガス
を供給するためのガス供給装置(図示せず)に接続され
たガス供給口3、及び反応によって生じた不要なガスを
排出するための排気装置(図示せず)に接続された排出
口4が設けられている。また、反応容器2内にはSi基
体5を固定するためのモリブデン製ホルダー6が配設さ
れている。ホルダー6の下方には、図示しない電源から
給電されることによりSi基体5を加熱して所定の温度
に調整する加熱ヒーター7が設けられている。さらに、
ホルダー6の上方には、反応容器2内に導入された原料
ガスとしての炭素源ガスを分解するためのタンタル製の
フィラメント8が設けられている。このフィラメント8
は、モリブデン製給電治具9に固定され、図示しない電
源からこの給電治具9を介して給電される。
Example 1 Silicon carbide was manufactured using the vapor phase growth apparatus shown in FIG. This vapor phase growth apparatus 1 includes a reaction vessel 2 made of quartz glass.
It is equipped with The reaction vessel 2 includes a gas supply port 3 connected to a gas supply device (not shown) for supplying raw material gas into the reaction vessel 2, and an exhaust device (not shown) for discharging unnecessary gas generated by the reaction. A discharge port 4 connected to a pipe (not shown) is provided. Furthermore, a molybdenum holder 6 for fixing the Si substrate 5 is disposed within the reaction vessel 2. A heater 7 is provided below the holder 6 to heat the Si substrate 5 and adjust the temperature to a predetermined temperature by being supplied with power from a power source (not shown). moreover,
A filament 8 made of tantalum is provided above the holder 6 to decompose the carbon source gas introduced into the reaction vessel 2 as a raw material gas. This filament 8
is fixed to a power supply jig 9 made of molybdenum, and is supplied with power via this power supply jig 9 from a power supply (not shown).

このような装置を用いて以下の手順で炭化珪素を製造し
た。
Silicon carbide was produced using such an apparatus according to the following procedure.

先ず、反応容器2内のホルダー6に、Si基体5として
直径15m5のSi円盤を設置した。次いで、反応容器
2内を10−’Torrに排気後、フィラメント8を2
200℃に加熱しながら、メタン/水素の容積比0.1
/99.9の混合ガスを圧力60 Torr及び流量1
50 cc/分で反応容器2内に通流すると共に、Si
基体5のフィラメント8側の温度を1000℃に保持し
た。なお、この際に、加熱ヒータ7をSi基体5の温度
を調節するための補助加熱源として用いた。このように
してCVD反応を生しさせ、この反応を10時間継続さ
せた。その後、ガスの供給、フィラメント8及びヒータ
7による加熱を中止した。
First, a Si disk with a diameter of 15 m5 was placed as the Si substrate 5 in the holder 6 inside the reaction vessel 2. Next, after evacuating the inside of the reaction vessel 2 to 10-' Torr, the filament 8 was
Methane/hydrogen volume ratio 0.1 while heating to 200°C
/99.9 mixed gas at a pressure of 60 Torr and a flow rate of 1
While flowing into the reaction vessel 2 at a rate of 50 cc/min, Si
The temperature of the filament 8 side of the base 5 was maintained at 1000°C. Note that at this time, the heater 7 was used as an auxiliary heating source for adjusting the temperature of the Si substrate 5. In this way, a CVD reaction was allowed to occur, and this reaction was continued for 10 hours. Thereafter, the supply of gas and the heating by the filament 8 and heater 7 were stopped.

Si基体5を取り出して走査型電子顕微鏡で観察したと
ころ、表面全面に直径が0.5μmの粒子径が揃った粒
子からなる−様な膜が形成されていることが確゛認され
た。次に、この試料を厚み方向に沿って強制的に破壊し
て、その断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、膜厚
が約1μmであることが確認された。一方、この膜につ
いてX線回折試験を行ったところ、回折ピークはシャー
プであり、パターン及びピーク強度比はβ型炭化珪素の
粉末X線回折データと一致した。これらのことから、S
i基体上に形成された膜は結晶性の優れたβ型炭化珪素
の粒子からなる多結晶膜であることが確認された。
When the Si substrate 5 was taken out and observed under a scanning electron microscope, it was confirmed that a -like film consisting of particles with a uniform diameter of 0.5 μm was formed over the entire surface. Next, this sample was forcibly broken along the thickness direction, and its cross section was observed with a scanning electron microscope, and as a result, it was confirmed that the film thickness was about 1 μm. On the other hand, when an X-ray diffraction test was conducted on this film, the diffraction peak was sharp, and the pattern and peak intensity ratio matched the powder X-ray diffraction data of β-type silicon carbide. From these reasons, S
It was confirmed that the film formed on the i-substrate was a polycrystalline film made of β-type silicon carbide particles with excellent crystallinity.

また、炭素源ガスとして、エタン、プロパン、エチレン
、アセチレン、アセトン、メチルアルコール、エチルア
ルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ア
セトアルデヒドを用いること以外は上記条件と同一の条
件で反応を行ったところ、メタンガスの場合と同様に炭
化珪素が生成された。
In addition, when the reaction was carried out under the same conditions as above except that ethane, propane, ethylene, acetylene, acetone, methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, and acetaldehyde were used as the carbon source gas, methane gas was Silicon carbide was produced as in the case.

実施例2 この実施例では実施例1で用いた装置と類似の第2図に
示す気相成長装置11により炭化珪素を製造した。第2
図中、第1図と同じものには同じ符号を付して説明を省
略する。この装置においては反応容器2内に、ガスの流
れの上流側すなわちガス供給口3側に平均粒子径が40
μmのSi粉末12が装入された炭化珪素製容器13が
設置されている。この容器13のガス流下流側にはSi
基板14を固定するためのモリブデン製ホルダー15が
配設され、このホルダー15の下方には加熱ヒーター1
6が設けられている。
Example 2 In this example, silicon carbide was manufactured using a vapor phase growth apparatus 11 shown in FIG. 2, which is similar to the apparatus used in Example 1. Second
In the figure, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted. In this device, an average particle diameter of 40 mm is placed in the reaction vessel 2 on the upstream side of the gas flow, that is, on the gas supply port 3 side.
A silicon carbide container 13 charged with μm Si powder 12 is installed. On the downstream side of the gas flow of this container 13, Si
A molybdenum holder 15 for fixing the substrate 14 is provided, and a heating heater 1 is provided below this holder 15.
6 is provided.

このような装置を用いて以下の手順で炭化珪素を製造し
た。
Silicon carbide was produced using such an apparatus according to the following procedure.

先ず、反応容器2内のホルダー15に、直径15mmの
円盤状のSi基板14を設置した。次いで、反応容器2
内を10−’Torrに排気後、フィラメント8を22
00℃に加熱しながら、メタン/水素の容積比0.1/
99.9の混合ガスを圧力60 Torr及び流量30
0 cc/分で反応容器2内に通流すると共に、Si粉
末12のフィラメント8側の温度を1200℃に保持し
た。また、加熱ヒータ16の加熱によりSi基板14の
表面温度を950℃に保持した。このようにしてCVD
反応を生じさせ、この反応を10時間継続させた。その
後、ガスの供給、フィラメント8及びヒータ7.16に
よる加熱を中止した。
First, a disk-shaped Si substrate 14 with a diameter of 15 mm was placed in a holder 15 inside the reaction container 2 . Next, reaction container 2
After exhausting the inside to 10-'Torr, set the filament 8 to 22
While heating to 00℃, the volume ratio of methane/hydrogen is 0.1/
99.9 mixed gas at a pressure of 60 Torr and a flow rate of 30
The flow was conducted into the reaction vessel 2 at a rate of 0 cc/min, and the temperature of the filament 8 side of the Si powder 12 was maintained at 1200°C. Further, the surface temperature of the Si substrate 14 was maintained at 950° C. by heating with the heater 16 . In this way, CVD
A reaction was allowed to occur and continued for 10 hours. Thereafter, the supply of gas and the heating by the filament 8 and heater 7.16 were stopped.

Si基板14の表面を走査型電子顕微鏡で観察するとと
もにX線回折試験を行ったところ、基板表面全体に約0
.2μmの粒子径が揃った粒子からなる膜が形成されて
いること、及びこの膜は結晶性に優れたβ型炭化珪素の
多結晶膜であることが確認された。また、反応後に炭化
珪素製容器13内の粉末についてX線回折を行ったとこ
ろ、炭化珪素及びSiの回折ピークが観察され、炭化珪
素とStの複合体の粉末が生成していることが確認され
た。
When the surface of the Si substrate 14 was observed with a scanning electron microscope and an X-ray diffraction test was performed, it was found that approximately 0.
.. It was confirmed that a film made of particles with a uniform particle size of 2 μm was formed, and that this film was a polycrystalline β-type silicon carbide film with excellent crystallinity. Furthermore, when X-ray diffraction was performed on the powder in the silicon carbide container 13 after the reaction, diffraction peaks of silicon carbide and Si were observed, confirming that a composite powder of silicon carbide and St was produced. Ta.

[発明の効果] この発明によれば、結晶性が優れた高純度の炭化珪素粉
末、粒体及び膜を容易に得ることができ、しかも健全な
膜を確実に得ることができる炭化珪素の製造方法を提供
することができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to easily obtain silicon carbide powder, granules, and films of high purity with excellent crystallinity, and to produce silicon carbide in which a healthy film can be reliably obtained. method can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図及び第2図はこの発明に係る炭化珪素を製造する
ための気相成長装置を示す断面図である。 1.11;気相成長装置、2;反応容器、5;Si基体
、6,15;ホルダー 7,16;ヒーター 8;フィ
ラメント、12;Si粉末、14HSi基板 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1 図 第2図
1 and 2 are cross-sectional views showing a vapor phase growth apparatus for producing silicon carbide according to the present invention. 1.11; Vapor phase growth apparatus, 2; Reaction vessel, 5; Si substrate, 6, 15; Holder 7, 16; Heater 8; Filament, 12; Si powder, 14 HSi substrate applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue No. 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 原料物質としての固体Siが設けられた反応容器内に炭
化水素を含むガスを供給し、供給されたガスの分解と前
記固体Siの加熱とを同時に行って炭化珪素を気相析出
させることを特徴とする炭化珪素の製造方法。
A gas containing a hydrocarbon is supplied into a reaction vessel provided with solid Si as a raw material, and silicon carbide is precipitated in a vapor phase by simultaneously decomposing the supplied gas and heating the solid Si. A method for producing silicon carbide.
JP2256886A 1990-09-28 1990-09-28 Production of silicon carbide Pending JPH04139014A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007223853A (en) * 2006-02-24 2007-09-06 National Institute For Materials Science Manufacturing method of silicon carbide nanowire
JP2008100863A (en) * 2006-10-18 2008-05-01 National Institute For Materials Science Silicon carbide nanostructure and its producing method
JP2017055003A (en) * 2015-09-11 2017-03-16 株式会社東芝 Semiconductor device and manufacturing method therefor

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