RU2495163C2 - Способ получения больших однородных кристаллов карбида кремния с использованием процессов возгонки и конденсации - Google Patents

Способ получения больших однородных кристаллов карбида кремния с использованием процессов возгонки и конденсации Download PDF

Info

Publication number
RU2495163C2
RU2495163C2 RU2010123917/05A RU2010123917A RU2495163C2 RU 2495163 C2 RU2495163 C2 RU 2495163C2 RU 2010123917/05 A RU2010123917/05 A RU 2010123917/05A RU 2010123917 A RU2010123917 A RU 2010123917A RU 2495163 C2 RU2495163 C2 RU 2495163C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reaction chamber
cylindrical reaction
furnace
polycrystalline silicon
mixture
Prior art date
Application number
RU2010123917/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010123917A (ru
Inventor
Марк ЛОБОДА
Сеунг-хо ПАРК
Виктор ТОРРЕС
Original Assignee
Доу Корнинг Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Доу Корнинг Корпорейшн filed Critical Доу Корнинг Корпорейшн
Publication of RU2010123917A publication Critical patent/RU2010123917A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2495163C2 publication Critical patent/RU2495163C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/956—Silicon carbide
    • C01B32/963—Preparation from compounds containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/956—Silicon carbide
    • C01B32/963—Preparation from compounds containing silicon
    • C01B32/984—Preparation from elemental silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/005—Growth of whiskers or needles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в изготовлении полупроводниковых материалов. Способ получения монолитных кристаллов карбида кремния включает i) помещение смеси, содержащей крошку поликристаллического кремния и порошок углерода, на дно цилиндрической реакционной камеры, имеющей крышку; ii) герметизацию цилиндрической реакционной камеры; iii) помещение цилиндрической реакционной камеры в вакуумную печь; iv) откачивание из печи воздуха; v) заполнение печи смесью газов, которые по существу являются инертными газами, до приблизительно атмосферного давления; vi) нагревание цилиндрической реакционной камеры в печи до температуры от 1975 до 2500°С; vii) снижение давления в цилиндрической реакционной камере до менее 50 Торр, но не менее 0,05 Торр; и viii) осуществление сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры. Изобретение позволяет получить большие кристаллы карбида кремния, создать воспроизводимый способ выращивания кристаллов с высокой степенью чистоты. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл.

Description

ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩУЮ ЗАЯВКУ
По данной заявке испрашивается приоритет предварительной заявки США №61/013083, поданной 12 декабря 2007 года, в соответствии с 35 U.S.C. §119(е). Предварительная заявка США №61/013083 включена в данное описание посредством ссылки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящем изобретении описан способ получения больших кристаллов карбида кремния (SiC). Этот способ может быть специально предназначен для получения поликристаллического SiC или кристаллического SiC любого политипа.
Кристаллический карбид кремния является полупроводниковым материалом, который используется для изготовления устройств из карбида кремния, которые могут работать при более высоких мощностях и при более высоких температурах, чем традиционные полупроводниковые кристаллические материалы, такие как арсениды кремния и галлия.
Объемные кристаллы SiC трудно вырастить, поскольку процесс выращивания требует чрезвычайно высоких температур (1900-2500°С). Наиболее общим способом выращивания объемных кристаллов SiC является метод сублимации (возгонки).
Эталонным способом выращивания объемных кристаллов SiC, применяющимся в промышленности, является способ сублимации, описанный Davis с соавт. в патенте US RE 34,861. Этот способ является усовершенствованием способа, ранее описанного Lely (US 2,854,364), Tairov (см. J.Crystal Growth, 52 (1981) pp.46) и многими другими.
Реакции сублимации для выращивания объемных кристаллов SiC обычно проводят в закрытой реакционной камере, которая помещена в печь. Источником нагревания этой реакции может быть резистивное нагревание или радиочастотное индукционное нагревание. Как правило, реакционная камера изготовлена из графита. В камеру помещают затравку кристалла, обычно в верхней части камеры, а источник материала для выращивания кристаллов помещают напротив затравки. При нагревании реакционной камеры материал источника испаряется, а затем конденсируется на затравке.
Хотя описанный способ сравнительно просто представить, на практике его трудно осуществить. Прохождение реакции и перенос паров зависит от многих факторов, причем ни один из них не поддается прямому контролю при осуществлении процесса. Процесс нельзя контролировать in-situ (на месте), поскольку он происходит в закрытой светонепроницаемой камере. На перенос паров от источника материала к затравке, осаждение и кристаллизацию сильно влияет распределение температуры в камере. В процессе испарения материала и его переноса в область затравки распределение температуры в камере изменяется. Для достижения успешного роста кристаллов необходимо согласовывать все эти факторы заранее.
Обычно в качестве источника материала используется порошок карбида кремния. На процесс роста кристаллов влияет выбор размера частиц и гранулометрический состав материала. Davis с соавторами раскрывают, что порошок карбида кремния должен иметь композицию постоянного политипа, которая имеет постоянное соотношение политипов. Это максимизирует воспроизводимость композиции пара. Wang с авторами (J.Crystal Growth (2007) doi: 10.1016/j.jcrysgro. 2007.03.022) и ссылки в этой статье показывают, что геометрия частиц порошка SiC влияет на упаковку, и для повышения скорости роста кристаллов можно использовать различные размеры частиц SiC.
Чистота порошка SiC влияет чистоту полученных кристаллов SiC, что, в свою очередь, влияет на их сопротивление и электропроводность. В настоящее время не существует порошков карбида кремния, имеющих низкую стоимость и высокую чистоту, получаемых простым способом. Для ограничения включения нежелательных примесей из источника материала в кристаллы SiC требуется особый контроль реакционной среды (температура, давление и т.п.) в процессе выращивания кристаллов SiC методом сублимации. Примеры таких примесей при выращивании кристаллов SiC для полупроводниковых устройств включают бор, фосфор, азот, алюминий, титан, ванадий и железо.
Ota с соавторами (Materials Science Forum Vols. 457-460 (2004) p.115) раскрывают, что кристаллы SiC с высоким удельным сопротивлением можно получить с использованием порошковых смесей чистого кремния и углерода путем варьирования относительных количеств кремния и углерода в смеси. Эти авторы сообщают о результатах, полученных с использованием источника материала на основе смесей порошка кремния и углерода, и сообщают, что спекание этой смеси дает лучшие результаты, чем использование порошка SiC. Использование смесей порошка кремния и углерода в качестве источника материала дает пониженное содержание примесей бора и алюминия. Однако данная работа не дает представления о воспроизводимости этого способа.
Также сообщалось о других вариантах исходных материалов для выращивания кристаллов SiC. Balakrishna с соавторами (US 5,985,024) разработали способ снижения примесей, включаемых в кристаллы SiC в процессе выращивания, с использованием нового источника SiC in-situ, при котором высокочистый металлический кремний испаряют с присутствии высокочистого углеводородного газа для доставки частиц для роста карбида кремния. Maruyama с соавторами (US 7,048,798 В2) описали способ получения источника порошкового SiC путем реакции кремнийорганических соединений и полимеров, содержащих углерод.
Если не контролировать размер частиц порошка SiC и упаковку, способ выращивания кристаллов не будет воспроизводиться. Контроль чистоты исходных материалов также важен для получения высокочистых кристаллов SiC. Для получения источников SiC, альтернативных существующему порошку SiC, которые содержат малое количество примесей и пригодны для выращивания кристаллов SiC, требуется много усилий. Разработка воспроизводимого способа выращивания кристаллов SiC, пригодных для полупроводниковых устройств, требует тонкого равновесия различных факторов и управления этими факторами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Первый вариант осуществления изобретения относится к способу получения монолитных кристаллов карбида кремния, включающему i) введение смеси, содержащей крошку поликристаллического кремния и порошок углерода, в цилиндрическую реакционную камеру, имеющую крышку; ii) герметизацию цилиндрической реакционной камеры; iii) помещение цилиндрической реакционной камеры в вакуумную печь; iv) откачивание из печи воздуха; v) заполнение печи смесью газов, которые по существу являются инертными газами, до приблизительно атмосферного давления; vi) нагревание цилиндрической реакционной камеры в печи до температуры от 1600 до 2500°С; vii) снижение давления в цилиндрической реакционной камере до менее 50 Торр, но не менее 0,05 Торр; и viii) осуществление сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры.
Второй вариант осуществления изобретения относится к способу, описанному выше, который дополнительно включает: ix) введение продукта со стадии viii) во вторую цилиндрическую реакционную камеру, содержащую затравочный кристалл карбида кремния, помещенный на внутренней поверхности крышки камеры; x) герметизацию цилиндрической реакционной камеры; xi) помещение цилиндрической реакционной камеры в вакуумную печь; xii) откачивание из печи воздуха; xiii) заполнение печи смесью газов, которые по существу являются инертными газами, до приблизительно атмосферного давления; xiv) нагревание цилиндрической реакционной камеры в печи до температуры от 1600 до 2500°С; xv) снижение давления в цилиндрической реакционной камере до менее 50 Торр, но не менее 0,05 Торр; и xvi) осуществление сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Крошку поликристаллического кремния, используемую в способе согласно изобретению, обычно получают методом выращивания кристаллов на основе химического осаждения из паровой фазы (метод CVD), таким как метод Сименса (Часть 1-2 в книге W.O'Mara, R.Herring, L.Hunt; "Handbook of Semiconductor Silicon Technology," Noyes Publications, Norwich, NY, 1990 ISBN 0-8155-1237-6). Крошку поликристаллического кремния и порошок углерода выбирают по размерам, причем размеры частиц порошка углерода значительно меньше размеров частиц крошки поликристаллического кремния. Отбирают крошку поликристаллического кремния, имеющую особый гранулометрический состав. Крошку поликристаллического кремния используют в виде одного кристалла, либо в виде кристалла, разделенного на несколько кусков. Сверхчистый поликристаллический кремний с чистотой более 99,99% обычно дробят вручную или механическим путем. Частицы поликристаллического кремния имеют неправильную форму. Выбирают частицы, имеющие максимальные размеры от 0,5 до 10 мм, либо от 0,5 до 3,5 мм, либо от 1 до 3,5 мм.
Как правило, размеры частиц порошка углерода значительно меньше размеров частиц крошки поликристаллического кремния, которые составляют от 5 до 125 мкм. Крошку поликристаллического кремния и порошок углерода загружают в цилиндрическую реакционную камеру. Общая масса смеси поликристаллического кремния и углерода составляет от 0,3 до 2,0 кг. Количества поликристаллического кремния и порошка углерода являются такими, чтобы молярное соотношение поликристаллического кремния к углероду составляло от 0,9 до 1,2. Цилиндрическую реакционную камеру заполняют смесью крошки поликристаллического кремния и порошка углерода так, что она заполняет от 30% до 60% объема реакционного пространства, либо от 35 до 50% объема реакционного пространства камеры.
Как правило, цилиндрическая реакционная камера выполнена из электропроводного графита. Цилиндрическая электропроводная графитовая реакционная камера имеет навинчиваемую крышку. Высота и диаметр реакционной камеры являются такими, чтобы она имела такой объем, чтобы на дне помещалась смесь крошки поликристаллического кремния и порошка углерода, а сверху было свободное пространство.
Цилиндрическую реакционную камеру герметизируют с использованием обычных доступных средств, однако, как правило, реакционную камеру герметизируют механическими методами. Цилиндрическую реакционную камеру герметизируют путем плотного навинчивания крышки с резьбой.
Примером вакуумной печи является печь с вакуумной камерой, объем которой является достаточным, чтобы в нее поместилась реакционная камера. Источник нагревания может быть встроен в печь изнутри (система с резистивным нагревом), либо может быть установлен снаружи (система с радиочастотным индукционным нагревом).
Откачивание из печи воздуха осуществляют с использованием механической насосной системы на основе масла, либо насосной системы сухого типа для достижения вакуума менее 0,05 Торр; также можно использовать турбомолекулярный насос для достижения низкого вакуума (<1Е-3 Торр).
Примером смеси газов, которые по существу являются инертными газами, является аргон или гелий. Смесь газов может дополнительно содержать следовые количества азота или кислорода, но их содержание в смеси составляет менее 0,5%.
Цилиндрическую реакционную камеру, как правило, нагревают с использованием системы с радиочастотным индукционным нагревом.
Цилиндрическую реакционную камеру нагревают до температуры от 1600 до 2500°С, либо до 1975-2200°С. Давление является близким к атмосферному (300-600 Торр), причем камеру нагревают постепенно до температуры от 1600 до 2500°С. При высокой температуре крошка поликристаллического кремния расплавляется и реагирует с порошком углерода. Эти условия выдерживают в течение примерно 10-100 часов, затем реакционную камеру охлаждают.
Давление в цилиндрической реакционной камере снижают путем открытия дроссельной заслонки, соединенной с вакуумным насосом для обеспечения более высокой скорости откачивания. Это осуществляется системой с автоматическим контролем давления. Давление снижают до менее 50 Торр, но более 0,05 Торр, и выдерживают в течение 30-100 часов, затем камеру охлаждают.
Период времени для сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры обычно составляет 24-100 часов.
Реакционная камера также может содержать затравочный кристалл карбида кремния, помещенный на внутренней поверхности крышки камеры. Примером затравочного кристалла карбида кремния является отполированный диск из карбида кремния, либо монокристалл карбида кремния. Политип затравочного кристалла является таким же, как у желаемого выращиваемого кристалла.
Когда камеру открывают, на крышке камеры находится выращенный большой кристалл поликристаллического карбида кремния.
Во втором варианте осуществления изобретения способ, описанный выше, дополнительно включает: ix) введение продукта со стадии viii) во вторую цилиндрическую реакционную камеру, содержащую затравочный кристалл карбида кремния, помещенный на внутренней поверхности крышки камеры; x) герметизацию цилиндрической реакционной камеры; xi) помещение цилиндрической реакционной камеры в вакуумную печь; xii) откачивание из печи воздуха; xiii) заполнение печи смесью газов, которые по существу являются инертными газами, до приблизительно атмосферного давления; xiv) нагревание цилиндрической реакционной камеры в печи до температуры от 1600 до 2500°С; xv) снижение давления в цилиндрической реакционной камере до менее 50 Торр, но не менее 0,05 Торр; и xvi) осуществление сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры.
Вторая цилиндрическая реакционная камера, затравочный кристалл карбида кремния, помещенный на внутренней поверхности крышки камеры, герметизация цилиндрической реакционной камеры, печь, откачивание из печи воздуха, заполнение печи смесью газов, которые по существу являются инертными газами, до приблизительно атмосферного давления, нагревание цилиндрической реакционной камеры в печи, снижение давления в цилиндрической реакционной камере, период времени для сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры осуществляются так же, как описано выше для первого варианта осуществления изобретения, включая его предпочтительные варианты.
Способ согласно изобретению позволяет устранить проблемы, связанные с порошками кремния и углерода, с контролем композиции пара, при этом достигается хорошая воспроизводимость выращивания кристалла SiC.
Конечным продуктом любого из вариантов осуществления изобретения является кристалл SiC. Если не используют затравочный кристалл карбида кремния в процессе переноса паров, выращенный продукт будет поликристаллическим. Если используют затравочный кристалл, политип выращенного кристалла будет определяться политипом затравочного кристалла. Наиболее распространенные политипы включают 3С, 4Н и 6Н. С использованием описанных способов можно вырастить кристаллы толщиной 1-50 мм и более с диаметром 50-150 мм при условии, что исходная масса исходного материала карбида кремния больше, чем масса целевого кристалла SiC, и высота графитовой реакционной камеры над источником материала превышает ожидаемую высоту кристалла.
Выращенный кристалл SiC можно обработать механически и разрезать на пластины. Такие пластины используют для изготовления полупроводниковых устройств.
В дополнение к аргону в печь можно вводить легирующую добавку, такую как азот- или фосфорсодержащий газ, в этом случае получают выращенный материал с проводимостью n-типа. В дополнение к аргону в печь можно вводить легирующую добавку, такую как бор- или алюминий-содержащий газ, в этом случае получают выращенный материал с проводимостью p-типа. Легирующую добавку вводят в момент времени, когда давление в печи снижают от атмосферного до желаемого.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры даны для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Специалистам следует понимать, что методы, раскрытые в примерах, представляют собой иллюстративные методики, открытые изобретателями, которые хорошо работают на практике. Однако специалистам следует понимать, что в свете настоящего описания можно осуществить многие изменения для конкретных вариантов изобретения и все равно получить подобные или аналогичные результаты, не отклоняясь от духа и объема изобретения. Все проценты являются массовыми процентами.
Пример 1
Цилиндрическую реакционную камеру из графита высокой степени чистоты высотой примерно 20 см и внутренним диаметром 10 см заполняли смесью крошки поликристаллического кремния высокой степени чистоты и порошка углерода. Кусочки крошки поликристаллического кремния имели максимальные размеры в диапазоне 0,5-3,5 мм. Частицы порошка углерода имели размеры в диапазоне 5-125 мкм. Общая масса смеси крошки поликристаллического кремния и порошка углерода составляла примерно 0,75 кг, причем смесь содержала 70% поликристаллического кремния. Реакционную камеру заполняли смесью до примерно 45% ее объема. Реакционную камеру герметизировали графитовой крышкой, оборачивали графитовой изоляцией и присоединяли порт через изоляцию для обеспечения монторинга температуры в камере с использованием оптического пирометра. Затем реакционную камеру помещали в вакуумную печь. Из печи откачивали воздух до давления менее 30 мТорр, и заполняли печь аргоном до давления более 350 Торр. Температуру в реакционной камере повышали до 2200°С. На этой стадии давление снижали до 5 Торр и поддерживали постоянным в течение 20 часов. Затем камеру охлаждали до комнатной температуры. В верхней части реакционной камеры образовался цилиндрический кристалл поликристаллического SiC. Масса кристалла составляла 600 г.
Полученный кристалл поликристаллического SiC помещали на дно реакционной камеры из графита высокой степени чистоты высотой примерно 20 см и внутренним диаметром 10 см. 4Н SiC кристалл был установлен на внутренней поверхности графитовой крышки, которую использовали для герметизации камеры. Реакционную камеру оборачивали графитовой изоляцией и присоединяли порт через изоляцию для обеспечения монторинга температуры в камере с использованием оптического пирометра. Затем реакционную камеру помещали в вакуумную печь. Из печи откачивали воздух, и заполняли печь аргоном до давления более 600 Торр. Через 3 часа температуру в реакционной камере повышали до 2180°С. На этой стадии давление снижали до 2 Торр, ив камеру вводили смесь аргона и азота. Эти условия поддерживали приблизительно 80 часов. На внутренней поверхности крышки камеры образовался кристалл 4Н SiC. Было измерено, что удельное сопротивление полученного кристалла 4Н SiC было около 0,025 Ом-см, а концентрация азота была 7×1018 атомов/см3. Со стороны верхней части кристалла была, отрезана пластина, в которой определяли количество примесей с использованием вторичной ионной масс-спектроскопии (SIMS). Результаты представлены в Таблице 1.
Таблица 1
Результаты тестирования AI6018/ВЕ6021
Элемент Концентрация (атомов/см3)
Р Менее 1×1014*
В 1,6×1015
Al 5,9×1013
Ti Менее 6×1012*
V Менее 2×1012*
Fe Менее 2×1014*
*- это предел детектирования методом SIMS
Пример 2
Цилиндрическую реакционную камеру из графита высокой степени чистоты высотой примерно 20 см и внутренним диаметром 10 см заполняли смесью крошки поликристаллического кремния высокой степени чистоты и порошка углерода. Кусочки крошки поликристаллического кремния имели максимальные размеры в диапазоне 0,5-3,5 мм. Частицы порошка углерода имели размеры в диапазоне 5-125 мкм. Общая масса смеси крошки поликристаллического кремния и порошка углерода составляла примерно 0,75 кг, причем смесь содержала 70% поликристаллического кремния. Реакционную камеру заполняли смесью до примерно 45% ее объема. Реакционную камеру герметизировали графитовой крышкой, оборачивали графитовой изоляцией и присоединяли порт через изоляцию для обеспечения монторинга температуры в камере с использованием оптического пирометра. Затем реакционную камеру помещали в вакуумную печь. Из печи откачивали воздух до давления менее 30 мТорр, и заполняли печь аргоном до давления более 350 Торр. Температуру в реакционной камере повышали до 2200°С. На этой стадии давление снижали до 5 Торр и поддерживали постоянным в течение 20 часов. Затем камеру охлаждали до комнатной температуры. В верхней части реакционной камеры образовался цилиндрический кристалл поликристаллического SiC. Масса кристалла составляла 500 г.
Полученный кристалл поликристаллического SiC помещали на дно реакционной камеры из графита высокой степени чистоты высотой примерно 20 см и внутренним диаметром 10 см. 4Н SiC кристалл был установлен на внутренней поверхности графитовой крышки, которую использовали для герметизации камеры. Реакционную камеру оборачивали графитовой изоляцией и присоединяли порт через изоляцию для обеспечения монторинга температуры в камере с использованием оптического пирометра. Затем реакционную камеру помещали в вакуумную печь. Из печи откачивали воздух, и заполняли печь аргоном до давления более 600 Торр. Через 3 часа температуру в реакционной камере повышали до 2180°С. На этой стадии давление снижали до 2 Торр. Эти условия поддерживали приблизительно 80 часов. На внутренней поверхности крышки камеры образовался кристалл 4Н SiC. Было измерено, что удельное сопротивление полученного кристалла 4Н SiC было около 1×104 Ом-см, а концентрация азота была 5×1016 атомов/см3. Со стороны верхней части кристалла была отрезана пластина, в которой определяли количество примесей с использованием вторичной ионной масс-спектроскопии (SIMS). Результаты представлены в Таблице 2.
Таблица 2
Результаты тестирования AI6008/ВЕ6008
Элемент Концентрация (атомов/см3)
Р Менее 1×1014*
В 2,3×1015
Al 7,7×1013
Ti Менее 6×1012*
V Менее 2×1012*
Fe Менее 2×1014*
*- это предел детектирования методом SIMS

Claims (16)

1. Способ получения монолитных кристаллов карбида кремния, включающий
i) помещение смеси, содержащей крошку поликристаллического кремния и порошок углерода, на дно цилиндрической реакционной камеры, имеющей крышку;
ii) герметизацию цилиндрической реакционной камеры;
iii) помещение цилиндрической реакционной камеры в вакуумную печь;
iv) откачивание из печи воздуха;
v) заполнение печи смесью газов, которые, по существу, являются инертными газами, до приблизительно атмосферного давления;
vi) нагревание цилиндрической реакционной камеры, содержащей крошку поликристаллического кремния и порошок углерода, в печи до температуры от 1975 до 2500°С;
vii) снижение давления в цилиндрической реакционной камере до менее 50 торр, но не менее 0,05 торр; и
viii) осуществление сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры.
2. Способ по п.1, где размеры и форма частиц крошки поликристаллического кремния и порошка углерода отличаются.
3. Способ по п.1 или 2, где размеры частиц крошки поликристаллического кремния составляют от 0,5 до 10 мм.
4. Способ по п.1, где размеры частиц крошки поликристаллического кремния составляют от 1 до 3,5 мм.
5. Способ по п.2, где размеры частиц крошки поликристаллического кремния составляют от 1 до 3,5 мм.
6. Способ по пп.1, 2, 4 или 5, где размеры частиц порошка углерода составляют от 5 до 125 мкм.
7. Способ по п.1, где смесь крошки поликристаллического кремния и порошка углерода занимает 35-50% общего объема реакционной камеры.
8. Способ по п.1, где смесь газов содержит аргон.
9. Способ по п.1, где реакционную камеру изготавливают из электропроводного графита.
10. Способ по п.1, где в реакционной камере устанавливают затравочный кристалл карбида кремния на внутреннюю поверхность крышки камеры.
11. Способ по п.1, дополнительно включающий
ix) введение продукта со стадии viii) во вторую цилиндрическую реакционную камеру, содержащую затравочный кристалл карбида кремния, помещенный на внутренней поверхности крышки камеры;
х) герметизацию цилиндрической реакционной камеры;
xi) помещение цилиндрической реакционной камеры в вакуумную печь;
xii) откачивание из печи воздуха;
xiii) заполнение печи смесью газов, которые, по существу, являются инертными газами, до приблизительно атмосферного давления;
xiv) нагревание цилиндрической реакционной камеры в печи до температуры от 1600 до 2500°С;
xv) снижение давления в цилиндрической реакционной камере до менее 50 торр, но не менее 0,05 торр; и
xvi) осуществление сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры.
12. Способ по п.1 или 11, где используют реакционную камеру, изготовленную из электропроводного графита высокой степени чистоты, порошок углерода высокой степени чистоты и крошку поликристаллического кремния высокой степени чистоты.
13. Способ по п.11, где используют реакционную камеру, изготовленную из электропроводного графита высокой степени чистоты.
14. Способ по п.1 или 11, где для заполнения печи после откачивания воздуха используют смесь газов, которая дополнительно содержит легирующий газ.
15. Способ по п.14, где легирующий газ выбирают из азота, фосфорсодержащего газа, борсодержащего газа или алюминийсодержащего газа.
16. Продукт из карбида кремния, изготовленный способом по п.1, с использованием крошки поликристаллического кремния, содержащий суммарное количество примесей В, Р, Al, Ti, V и Fe менее 1·1016 атомов/см3.
RU2010123917/05A 2007-12-12 2008-10-08 Способ получения больших однородных кристаллов карбида кремния с использованием процессов возгонки и конденсации RU2495163C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1308307P 2007-12-12 2007-12-12
US61/013,083 2007-12-12
PCT/US2008/079126 WO2009075935A1 (en) 2007-12-12 2008-10-08 Method to manufacture large uniform ingots of silicon carbide by sublimation/condensation processes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010123917A RU2010123917A (ru) 2012-01-20
RU2495163C2 true RU2495163C2 (ru) 2013-10-10

Family

ID=40344869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010123917/05A RU2495163C2 (ru) 2007-12-12 2008-10-08 Способ получения больших однородных кристаллов карбида кремния с использованием процессов возгонки и конденсации

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8765091B2 (ru)
EP (1) EP2245217A1 (ru)
JP (1) JP5524855B2 (ru)
KR (1) KR101566020B1 (ru)
CN (1) CN101896646A (ru)
AU (1) AU2008335680B2 (ru)
RU (1) RU2495163C2 (ru)
TW (1) TWI441963B (ru)
WO (1) WO2009075935A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770838C1 (ru) * 2021-05-04 2022-04-22 Юрий Николаевич Макаров СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КАРБИДА КРЕМНИЯ С ПРОВОДИМОСТЬЮ n-ТИПА

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9388509B2 (en) 2005-12-07 2016-07-12 Ii-Vi Incorporated Method for synthesizing ultrahigh-purity silicon carbide
DE102009016132B4 (de) * 2009-04-03 2012-12-27 Sicrystal Ag Verfahren zur Herstellung eines langen Volumeneinkristalls aus SiC oder AlN und langer Volumeneinkristall aus SiC oder AlN
JP2012240869A (ja) * 2011-05-18 2012-12-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法
JP2013189355A (ja) * 2012-03-15 2013-09-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素単結晶の製造方法および製造装置
CN102674357A (zh) * 2012-05-29 2012-09-19 上海硅酸盐研究所中试基地 用于碳化硅单晶生长的高纯碳化硅原料的合成方法
JP5219230B1 (ja) * 2012-09-04 2013-06-26 エルシード株式会社 ＳｉＣ蛍光材料及びその製造方法並びに発光素子
US8860040B2 (en) 2012-09-11 2014-10-14 Dow Corning Corporation High voltage power semiconductor devices on SiC
US9018639B2 (en) 2012-10-26 2015-04-28 Dow Corning Corporation Flat SiC semiconductor substrate
US9738991B2 (en) 2013-02-05 2017-08-22 Dow Corning Corporation Method for growing a SiC crystal by vapor deposition onto a seed crystal provided on a supporting shelf which permits thermal expansion
US9797064B2 (en) 2013-02-05 2017-10-24 Dow Corning Corporation Method for growing a SiC crystal by vapor deposition onto a seed crystal provided on a support shelf which permits thermal expansion
US9017804B2 (en) 2013-02-05 2015-04-28 Dow Corning Corporation Method to reduce dislocations in SiC crystal growth
US8940614B2 (en) 2013-03-15 2015-01-27 Dow Corning Corporation SiC substrate with SiC epitaxial film
US9919972B2 (en) * 2013-05-02 2018-03-20 Melior Innovations, Inc. Pressed and self sintered polymer derived SiC materials, applications and devices
US9657409B2 (en) * 2013-05-02 2017-05-23 Melior Innovations, Inc. High purity SiOC and SiC, methods compositions and applications
US10322936B2 (en) 2013-05-02 2019-06-18 Pallidus, Inc. High purity polysilocarb materials, applications and processes
US11091370B2 (en) 2013-05-02 2021-08-17 Pallidus, Inc. Polysilocarb based silicon carbide materials, applications and devices
KR101933069B1 (ko) * 2013-07-26 2018-12-27 투-식스 인코포레이티드 초고순도 탄화규소의 합성 방법
JP2016532629A (ja) * 2013-09-06 2016-10-20 ジーティーエイティー コーポレーションＧｔａｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 炭化ケイ素前駆体からのバルクの炭化ケイ素の製造方法及び装置
US9279192B2 (en) 2014-07-29 2016-03-08 Dow Corning Corporation Method for manufacturing SiC wafer fit for integration with power device manufacturing technology
CN105734672B (zh) * 2014-12-10 2018-11-30 北京天科合达半导体股份有限公司 一种在含氧气氛下生长高质量碳化硅晶体的方法
WO2016126554A1 (en) * 2015-02-05 2016-08-11 Dow Corning Corporation Furnace for seeded sublimation of wide band gap crystals
CN105463573A (zh) * 2015-12-22 2016-04-06 中国电子科技集团公司第二研究所 降低碳化硅晶体杂质并获得高纯半绝缘碳化硅晶体的方法
CN107190322B (zh) * 2017-04-01 2019-06-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种大尺寸电阻率可调的碳化硅多晶陶瓷的生长方法
CN109205625B (zh) * 2017-07-03 2020-12-25 比亚迪股份有限公司 一种制备碳化硅粉末的方法
CN109646979B (zh) * 2019-01-10 2021-04-20 成都中建材光电材料有限公司 一种高纯无氧硒真空精馏装置
CN113990938A (zh) * 2020-07-27 2022-01-28 环球晶圆股份有限公司 碳化硅晶片及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06316499A (ja) * 1993-04-30 1994-11-15 Sharp Corp 炭化珪素単結晶の製造方法
RU2094547C1 (ru) * 1996-01-22 1997-10-27 Юрий Александрович Водаков Сублимационный способ выращивания монокристаллов карбида кремния и источник карбида кремния для осуществления способа
RU2157864C2 (ru) * 1995-07-27 2000-10-20 Сименс Акциенгезелльшафт Способ изготовления монокристаллов карбида кремния
WO2002021575A2 (en) * 2000-09-06 2002-03-14 Silbid Ltd. Method of producing silicon carbide and various forms thereof
JP2002284599A (ja) * 2001-03-27 2002-10-03 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化珪素単結晶の成長方法
EP1392895B1 (en) * 2001-05-25 2005-08-03 Cree, Inc. Semi-insulating silicon carbide without vanadium domination
EP1158077B1 (en) * 1999-12-27 2007-08-29 Showa Denko Kabushiki Kaisha Method and apparatus for producing single crystal of silicon carbide

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL87348C (ru) 1954-03-19 1900-01-01
JP3934695B2 (ja) * 1995-05-31 2007-06-20 株式会社ブリヂストン 炭化ケイ素単結晶製造用高純度炭化ケイ素粉体の製造方法
JPH0977594A (ja) * 1995-09-11 1997-03-25 Nippon Steel Corp 低抵抗単結晶炭化珪素の製造方法
US5985024A (en) 1997-12-11 1999-11-16 Northrop Grumman Corporation Method and apparatus for growing high purity single crystal silicon carbide
JP4574852B2 (ja) 1998-07-13 2010-11-04 エスアイクリスタル アクチエンゲゼルシャフト ＳｉＣ単結晶の成長方法
JP4288792B2 (ja) * 1999-10-15 2009-07-01 株式会社デンソー 単結晶製造方法及び単結晶製造装置
EP1205573A1 (en) * 2000-11-10 2002-05-15 Shipley Company LLC Silicon carbide with high thermal conductivity
JP4903946B2 (ja) 2000-12-28 2012-03-28 株式会社ブリヂストン 炭化ケイ素単結晶の製造方法及び製造装置
US7105053B2 (en) * 2002-02-14 2006-09-12 Rec Silicon Inc. Energy efficient method for growing polycrystalline silicon
US7601441B2 (en) * 2002-06-24 2009-10-13 Cree, Inc. One hundred millimeter high purity semi-insulating single crystal silicon carbide wafer
JP5740111B2 (ja) * 2010-07-22 2015-06-24 三菱マテリアル株式会社 多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴット
JP2014047105A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Shinano Denki Seiren Kk 炭化珪素粉の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06316499A (ja) * 1993-04-30 1994-11-15 Sharp Corp 炭化珪素単結晶の製造方法
RU2157864C2 (ru) * 1995-07-27 2000-10-20 Сименс Акциенгезелльшафт Способ изготовления монокристаллов карбида кремния
RU2094547C1 (ru) * 1996-01-22 1997-10-27 Юрий Александрович Водаков Сублимационный способ выращивания монокристаллов карбида кремния и источник карбида кремния для осуществления способа
EP1158077B1 (en) * 1999-12-27 2007-08-29 Showa Denko Kabushiki Kaisha Method and apparatus for producing single crystal of silicon carbide
WO2002021575A2 (en) * 2000-09-06 2002-03-14 Silbid Ltd. Method of producing silicon carbide and various forms thereof
JP2002284599A (ja) * 2001-03-27 2002-10-03 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化珪素単結晶の成長方法
EP1392895B1 (en) * 2001-05-25 2005-08-03 Cree, Inc. Semi-insulating silicon carbide without vanadium domination

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770838C1 (ru) * 2021-05-04 2022-04-22 Юрий Николаевич Макаров СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КАРБИДА КРЕМНИЯ С ПРОВОДИМОСТЬЮ n-ТИПА

Also Published As

Publication number Publication date
AU2008335680A1 (en) 2009-06-18
JP2011506253A (ja) 2011-03-03
US8765091B2 (en) 2014-07-01
US20120114545A1 (en) 2012-05-10
JP5524855B2 (ja) 2014-06-18
AU2008335680B2 (en) 2013-11-21
CN101896646A (zh) 2010-11-24
TWI441963B (zh) 2014-06-21
EP2245217A1 (en) 2010-11-03
KR101566020B1 (ko) 2015-11-04
KR20100100944A (ko) 2010-09-15
TW200932964A (en) 2009-08-01
WO2009075935A1 (en) 2009-06-18
RU2010123917A (ru) 2012-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2495163C2 (ru) Способ получения больших однородных кристаллов карбида кремния с использованием процессов возгонки и конденсации
US8216369B2 (en) System for forming SiC crystals having spatially uniform doping impurities
CN1173079C (zh) 氮化铝外延生长法及所用生长室
JP6001768B2 (ja) ＮＵ型及びＰＩ型のバナジウム補償型ＳＩＳｉＣ単結晶及びその結晶成長方法
US10294584B2 (en) SiC single crystal sublimation growth method and apparatus
CN105308223B (zh) 用于合成超高纯度碳化硅的方法
US7794842B2 (en) Silicon carbide single crystal, silicon carbide single crystal wafer, and method of production of same
JPS6357400B2 (ru)
EP2284122B1 (en) Low nitrogen concentration carbonaceous material
KR20210111177A (ko) 탄화규소 결정 및 이를 제조하는 방법
JPH10509689A (ja) 昇華育種による炭化シリコン単結晶の製造方法及び装置
Semmelroth et al. Growth of SiC polytypes by the physical vapour transport technique
CN110203933B (zh) 一种降低碳化硅粉体中氮杂质含量的方法
Hsiao et al. Major Carrier Element Concentrations in SiC Powder and Bulk Crystal
JPH09142995A (ja) Ｐ型単結晶炭化珪素の製造方法
CN115261977A (zh) 碳化硅预处理方法和装置
CN118083983A (zh) 含氮的碳化硅粉料的制备方法及碳化硅晶体的生长方法
US20050087123A1 (en) Low nitrogen concentration carbonaceous material and manufacturing method thereof
JPH04310594A (ja) 結晶成長方法

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200226

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200716