高纯SiC晶体的制造方法与流程

本发明涉及制造高纯碳化硅(silicon carbide，sic)晶体的方法，更具体地，涉及以优秀的收率大量生产杂质的含量极低的高纯sic的方法。

背景技术：

1、近来，将碳化硅用作用于各种电子器件及用途的半导体材料。碳化硅因其物理强度及对化学侵蚀的高抗性而特别有用。碳化硅还具有包括辐射硬度(radiationhardness)、较宽的带隙、高饱和电子漂移速度(saturated electron drift velocity)、高工作温度及光谱的蓝(blue)、紫(violet)及紫外(ultraviolet)区域中的高能质子的吸收及释放在内的优秀的电子特性。

2、碳化硅单晶利用高抗氧化性及优秀的电特性，代替最高工作温度为250℃的si半导体来在高温下使用，化学性质稳定，对于辐射能力等的抗性强，从而具有适合制造在特殊环下工作的半导体元件的优点。并且，在led产业中，将碳化硅单晶用作用于使gan(用作led基板)生长的基板，因此，随着led市场的扩大，高纯sic单晶的需求增加，由此，结晶生长所需的原材料的需求及所需纯度也增加。

3、作为以往的高纯碳化硅原材料粉末的制造方法具有各种方法，如一例，利用艾奇逊法、碳热还原法、液相聚合物热解法等。尤其，高纯碳化硅粉末合成工艺使用碳热还原法。即，混合碳源及硅源材料，可通过对混合物进行碳化工序及合成工序来合成碳化硅粉末。但是，在通过上述的现有的方法的情况下，具有生成具有各种结晶相及纯度的碳化硅粉末的局限。

4、在韩国公开专利公报第10-2011-0021530号(现有文献1)中报告了如下的技术：为了制造在通过pvt方法的碳化硅单晶制造中使用的高纯颗粒碳化硅粉末，混合固相的二氧化硅与固相的碳原料后，在1600℃至1900℃的温度下进行热碳还原反应，从而合成高纯碳化硅粉末。

5、在美国授权专利第4702900号(现有文献2)中报告了如下的技术：为了合成β相的高纯碳化硅颗粒粉末，选择硅醇盐及碳化合物种类来制造二氧化硅-碳前体后，在真空或如氩(ar)等的非活性气体条件下进行热处理来获得碳化硅粉末。

6、在美国授权专利第5863325号(现有文献3)中报告了如下的优化的热处理工艺：在通过上述工序制造的碳化硅粉末的金属杂质中，合成了数ppm的高纯β碳化硅颗粒粉末，将上述所制造的β相的碳化硅粉末用作单晶原料。

7、如美国授权专利第5704985号，通过cvd商业化生产接近理论sic密度(3.2g/cm3)的块状sic形状。在该工序中，含硅及碳的气相前体在升温条件，通常在1200℃至1400℃的温度下反应来形成固体sic，通常，sic沉着在石墨等的适合的基板。还可使用如三甲基硅烷的含有si及c原子两者的单一前体。可利用高纯前体，但在通过cvd生成的商业级块状sic中，如商业级块状sic通常含有硼(0.7-2ppm)、金属杂质及氮(100ppm以下)，尤其，对于半绝缘sic结晶，其纯度不足以用作sic结晶生长中的晶体源。

8、但是，在上文中说明的现有的方法，难以经济性地制造碳化硅粉末，并且，具有难以由高纯度制造的问题，因此，需要研究对于高纯sic晶体的大量生产方法的研究。

9、现有文献1：韩国公开专利公报第10-2011-0021530号

10、现有文献2：美国授权专利第4702900号

11、现有文献3：美国授权专利第5863325号

12、现有文献4：美国授权专利第5704985号

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的目的在于，提供如下的方法：解决现有的制造方法所具有的局限，以优秀的收率大量生产杂质含量极低的高纯sic晶体。

3、并且，本发明提供如下的sic晶体：具有β相的单相，或者具有α相与β相共存的复合相。

4、技术方案

5、本发明提供一种sic晶体的制造方法，用于制造高纯sic晶体，其包括：步骤i)，准备含有反应腔室的反应器，上述反应腔室包括连接于电源的一对电极以及与上述电极电连接的一对以上的导电发热体；步骤ii)，对上述导电发热体进行加热；步骤iii)，混合硅源前体、碳源前体及载气；步骤iv)，将上述混合气体注入至上述反应腔室；步骤v)，在上述导电发热体上沉积sic；以及步骤vi)，从上述导电发热体分离并获取沉积的上述sic晶体。

6、在本发明中，上述导电发热体的温度可升温至1000℃至1800℃，由此，上述反应腔室内部的温度可加热至1000℃至1500℃。

7、上述导电发热体可选自钼(mo)、钨(w)、铂(pt)、石墨、碳纤维增强碳(carbonfiber reinforced carbon，cfrc)、sic及多晶硅中。

8、上述导电发热体可具有一对以上的细丝形态。

9、上述导电发热体上的sic沉积速度可以为10g/hr以上。

10、上述硅源前体可以为选自三氯硅烷(tcs)、二氯硅烷(dcs)、四氯化硅(stc)及甲硅烷中的一种以上。

11、上述硅源前体可以为三氯硅烷。

12、上述碳源前体可以为丙烷(c3h8)。

13、上述载气可以为氢气(h2)。

14、上述混合气体中的硅源前体与碳源前体之间的si∶c的原子比可以为0.5∶1～2∶1。

15、上述混合气体中的硅源前体与碳源前体之间的si∶c的原子比可以为1∶1。

16、本发明提供一种sic晶体，其通过上述方法制造，纯度为6n以上。

17、上述sic晶体可具有β相的单相或α相与β相共存的复合相。

18、上述sic晶体的金属杂质的总含量为1ppm以下。

19、发明效果

20、本发明的制造方法能够以优秀的收率大量生产高纯sic晶体。

21、并且，根据本发明的方法，可提高sic晶体的质量及生产性。

22、并且，根据本发明的制造方法，可提供金属杂质的总含量为1ppm以下的上述高纯sic晶体，上述高纯sic晶体可具有β相的单相或α相与β相共存的复合相。

技术特征：

1.一种sic晶体的制造方法，其为制造高纯sic晶体的方法，上述sic晶体的制造方法的特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述反应腔室内部的温度为1000℃至1500℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将上述导电发热体的温度升温至1000℃至1800℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述导电发热体选自钼、钨、铂、石墨、碳纤维增强碳、sic及多晶硅中。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述导电发热体具有一对以上的细丝形态。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述导电发热体上的sic沉积速度为10g/hr以上。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述硅源前体为选自三氯硅烷、二氯硅烷、四氯化硅及甲硅烷中的一种以上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，上述硅源前体为三氯硅烷。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述碳源前体为丙烷，即，c3h8。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述载气为氢气，即，h2。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述混合气体中的硅源前体与碳源前体之间的si∶c的原子比为0.5∶1～2∶1。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，上述混合气体中的硅源前体与碳源前体之间的si∶c的原子比为1∶1。

13.一种sic晶体，通过权利要求1至12中任一项所述的方法制造，其特征在于，纯度为6n以上。

14.根据权利要求13所述的sic晶体，其特征在于，具有β相的单相。

15.根据权利要求13所述的sic晶体，其特征在于，具有α相与β相共存的复合相。

16.根据权利要求13所述的sic晶体，其特征在于，金属杂质的总含量为1ppm以下。

技术总结
高纯SiC晶体的制造方法，本发明涉及制造高纯碳化硅(silicon carbide，SiC)晶体的方法，更具体地，涉及以优秀的收率大量生产杂质的含量极低的高纯SiC的方法。

技术研发人员：金佳福,姜秉昶,朴秉铉,田埈基,郑昌垣,全昇安
受保护的技术使用者：OCI有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12