炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法
【課題】より容易に製造することができ、炭化珪素を高純度で含む炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末であって、シリコン小片と炭素粉末との混合物を加熱した後に粉砕することによって形成されており、実質的に炭化珪素で構成されている炭化珪素粉末とその製造方法である。
【解決手段】炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末であって、シリコン小片と炭素粉末との混合物を加熱した後に粉砕することによって形成されており、実質的に炭化珪素で構成されている炭化珪素粉末とその製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造に用いられる半導体基板として炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の利用が進められつつある。ＳｉＣは、より一般的に用いられているシリコン（Ｓｉ）に比べて大きなバンドギャップを有する。そのため、ＳｉＣを用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の低下が小さい、といった利点を有することから、注目を集めている。
【０００３】
たとえば特許文献１（特許第４４２７４７０号公報）には、ＳｉＣ単結晶を成長させるための原料の製造方法が開示されている。ここで、特許文献１においては、少なくとも炭素（Ｃ）原料を一旦、圧力１．３Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気下で１４００℃以上２６００℃以下の温度で高温熱処理を施して硼素濃度を１ｐｐｍ以下とした後に、当該炭素原料よりも低い硼素濃度を有するシリコン原料と混合してＳｉＣ単結晶成長用の原料を作製する方法が開示されている（たとえば特許文献１の請求項１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４２７４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された方法においては、硼素濃度を低減させるために予め炭素原料を圧力１．３Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気下で１４００℃以上２６００℃以下の温度で高温熱処理する工程を行なう必要があった。また、特許文献１に記載された方法においては、上記のように前処理を行なって硼素濃度が低減された炭素原料よりも硼素濃度の低いシリコン原料を用意する必要もあった。
【０００６】
さらに、特許文献１に記載の方法によって作製された原料についてＸ線の侵入深さを変えてＸ線回折法により分析した結果、ＳｉＣは原料の表面部分のみに形成されており、原料の内部はＣが単体で存在していることが判明した。
【０００７】
このように、表面のみにしかＳｉＣが形成されていない原料を用いてＳｉＣ単結晶を成長させる場合には、所定量のＳｉＣ単結晶を得るために、充填率が低いことから、坩堝に充填される原料の量を多くする必要があった。
【０００８】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、より容易に製造することができ、炭化珪素を高純度で含む炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末であって、シリコン小片と炭素粉末との混合物を加熱した後に粉砕することによって形成されており、実質的に炭化珪素で構成されている炭化珪素粉末である。
【００１０】
ここで、本発明の炭化珪素粉末における単体炭素の含有量が５０質量％以下であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の炭化珪素粉末における単体炭素の含有量が１０質量％以下であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量が０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の炭化珪素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明は、炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末を製造する方法であって、シリコン小片と炭素粉末とを混合して混合物を作製する工程と、混合物を２０００℃以上２５００℃以下に加熱して炭化珪素粉末前駆体を作製する工程と、炭化珪素粉末前駆体を粉砕して炭化珪素粉末を作製する工程とを含む、炭化珪素粉末の製造方法である。
【００１５】
ここで、本発明の炭化珪素粉末の製造方法において、炭素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、より容易に製造することができ、炭化珪素を高純度で含む炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図２】本発明に用いられるシリコン小片の一例の模式的な平面図である。
【図３】本発明における炭化珪素粉末前駆体を作製する工程によって作製された炭化珪素粉末前駆体の一例の模式的な平面図である。
【図４】実施例１における経過時間に対する黒鉛坩堝の温度と電気炉内の圧力のプロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末を製造する方法の一例について説明する。なお、後述する各工程の前後には他の工程が含まれていてもよいことは言うまでもない。
【００１９】
＜混合物を作製する工程＞
まず、図１の模式的断面図に示すように、シリコン小片１と炭素粉末２とを混合して混合物３を作製する工程を行なう。混合物３を作製する工程は、たとえば、シリコン小片１と炭素粉末２とをそれぞれ黒鉛坩堝４に収容し、黒鉛坩堝４中でこれらを混合して混合物３を作製することによって行なうことができる。また、混合物３は、黒鉛坩堝４への収容前に、シリコン小片１と炭素粉末２とを混合して作製されてもよい。
【００２０】
ここで、シリコン小片１としては、たとえば図２の模式的平面図に示すシリコン小片１の径ｄが０．１ｍｍ以上５ｃｍ以下であるものを用いることが好ましく、１ｍｍ以上１ｃｍ以下であるものを用いることがより好ましい。この場合には、内部まで炭化珪素で構成された高純度の炭化珪素粉末が得られる傾向にある。なお、本明細書において、「径」とは、表面に存在する任意の２点を結ぶ線分のうち最長の線分の長さを意味する。
【００２１】
炭素粉末２としては、平均粒径（個々の炭素粉末２の径の平均値）が１０μｍ以上２００μｍ以下である炭素粉末を用いることが好ましい。この場合には、内部まで炭化珪素で構成された高純度の炭化珪素粉末が得られる傾向にある。
【００２２】
＜炭化珪素粉末前駆体を作製する工程＞
次に、上記のようにして作製した混合物３を２０００℃以上２５００℃以下に加熱して炭化珪素粉末前駆体を作製する工程を行なう。炭化珪素粉末前駆体を作製する工程は、たとえば、上記のように黒鉛坩堝４に収容されたシリコン小片１と炭素粉末２との混合物３を１ｋＰａ以上１．０２×１０5Ｐａ以下、特に１０ｋＰａ以上７０ｋＰａ以下の圧力の不活性ガス雰囲気下で２０００℃以上２５００℃以下の温度に加熱することにより行なうことができる。これにより、黒鉛坩堝４中でシリコン小片１のシリコンと炭素粉末２の炭素とが反応することによって、シリコンと炭素との化合物である炭化珪素が形成されて炭化珪素粉末前駆体が作製される。
【００２３】
ここで、加熱温度が２０００℃未満である場合には、加熱温度が低すぎて、シリコンと炭素との反応が内部まで進行せず、内部まで炭化珪素で形成された高純度の炭化珪素粉末前駆体を作製することができない。また、加熱温度が２５００℃を超える場合には、加熱温度が高すぎて、シリコンと炭素との反応が進行しすぎて、シリコンと炭素との反応により形成された炭化珪素からシリコンが脱離するため、内部まで炭化珪素で形成された高純度の炭化珪素粉末前駆体を作製することができない。
【００２４】
なお、上記において、不活性ガスとしては、たとえば、アルゴン、ヘリウムおよび窒素からなる群から選択された少なくとも１種を含むガスを用いることができる。
【００２５】
また、シリコン小片１と炭素粉末２との混合物３の加熱時間は、１時間以上１００時間以下であることが好ましい。この場合には、シリコンと炭素との反応が十分に行なわれて良好な炭化珪素粉末前駆体を作製することができる傾向にある。
【００２６】
また、上記の加熱後に雰囲気の圧力を低下する工程を行なうことが好ましい。この場合には、後述する炭化珪素粉末前駆体を構成する炭化珪素結晶粒子のそれぞれの内部まで炭化珪素が形成される傾向が大きくなる。
【００２７】
ここで、雰囲気の圧力を低下する工程において、雰囲気の圧力を１０ｋＰａ以下の圧力まで低下させる場合には、圧力の低下時間は１０時間以下であることが好ましく、５時間以下であることがより好ましく、１時間以下であることがさらに好ましい。圧力の低下時間が、１０時間以下である場合、より好ましくは５時間以下である場合、特に１時間以下である場合には、シリコンと炭素との反応により形成された炭化珪素からシリコンが脱離するのを好適に抑制することができるため、良好な炭化珪素粉末前駆体を作製することができる傾向にある。
【００２８】
また、上記のように、雰囲気の圧力を１０ｋＰａ以下の圧力まで低下した後には、不活性ガスを供給することなどによって雰囲気の圧力を５０ｋＰａ以上の圧力まで圧力を上昇させた後に炭化珪素粉末前駆体を室温（２５℃）まで冷却してもよく、１０ｋＰａ以下の圧力に保持した状態で炭化珪素粉末前駆体を室温（２５℃）まで冷却してもよい。
【００２９】
図３に、炭化珪素粉末前駆体を作製する工程によって作製された炭化珪素粉末前駆体の一例の模式的な平面図を示す。ここで、炭化珪素粉末前駆体６は、複数の炭化珪素結晶粒子５の集合体であって、個々の炭化珪素結晶粒子５が互いに連結することによって構成されている。
【００３０】
＜炭化珪素粉末を作製する工程＞
次に、上記のようにして作製された炭化珪素粉末前駆体６を粉砕して炭化珪素粉末を作製する工程を行なう。炭化珪素粉末を作製する工程は、たとえば、図３に示される複数の炭化珪素結晶粒子５の集合体である炭化珪素粉末前駆体６を炭化珪素の単結晶若しくは多結晶のインゴット、または炭化珪素の単結晶若しくは多結晶がコーティングされた工具で粉砕することによって行なうことができる。
【００３１】
なお、炭化珪素の単結晶若しくは多結晶以外のもので炭化珪素粉末前駆体６の粉砕を行なった場合には、たとえば、塩酸、王水およびフッ酸からなる群から選択された少なくとも１種を含む酸で炭化珪素粉末を洗浄することが好ましい。たとえば炭化珪素粉末前駆体６を鋼鉄製のもので粉砕した場合には、粉砕された炭化珪素粉末に、たとえば、鉄、ニッケル、コバルトなどの金属不純物が混入または付着しやすくなる。そのため、このような金属不純物を除去するために、上記の酸で洗浄することが好ましい。
【００３２】
＜炭化珪素粉末＞
上記のようにして作製された炭化珪素粉末は、その表面だけでなく内部までも炭化珪素で形成されている傾向が大きくなり、実質的に炭化珪素から構成されている。なお、実質的に炭化珪素から構成されているとは、炭化珪素粉末の９９質量％以上が炭化珪素から形成されていることを意味する。
【００３３】
たとえば、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料においては、その表面部分においては単体炭素からなる不純物の含有量は少ないが、その内部まで合わせると原料を占める単体炭素の含有量は５０質量％よりも多くなる。特許文献１においては、原料の表面のみに対してＸ線回折法による分析が行なわれており、Ｘ線の侵入深さを増大させて、その内部までＸ線回折法による分析が行なわれていなかった。そのため、従来の特許文献１においては、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料の内部についてはシリコンと炭素との反応が進行しておらず、炭素が単体で存在していることについては気付かれていない。
【００３４】
一方、本発明における炭化珪素粉末は、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料と比較して、その内部まで反応が進んで炭化珪素が形成されていることから、炭化珪素粉末における単体炭素の含有量は炭化珪素粉末の５０質量％以下とすることができ、好ましくは１０質量％以下とすることができる。そのため、本発明における炭化珪素粉末は、炭化珪素が高純度に含まれた炭化珪素粉末とすることができる。
【００３５】
また、本発明における炭化珪素粉末は、上述のように高純度の炭化珪素から形成されていることから、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量を０．５ｐｐｍ以下とすることかでき、アルミニウムの含有量を１ｐｐｍ以下とすることができる。すなわち、本発明における炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は、炭化珪素粉末全体の０．００００５質量％以下であり、アルミニウムの含有量は炭化珪素粉末全体の０．０００１％質量％以下となる。
【００３６】
また、本発明における炭化珪素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。炭化珪素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２ｍｍ以下である場合には、炭化珪素結晶を結晶成長させる際に、炭化珪素粉末の黒鉛坩堝４への充填率を高くすることができるとともに、炭化珪素結晶の成長速度も大きくなる傾向にある。なお、炭化珪素粉末の平均粒径は、個々の炭化珪素粉末の径の平均値を意味する。
【００３７】
上述のように、本発明においては、従来の特許文献１に記載の方法のように、炭素原料の前処理を行なう必要がなく、前処理を行なった炭素原料よりも硼素濃度の低いシリコン原料を用意する必要もない。そのため、本発明においては、炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末をより容易に製造することができる。
【００３８】
また、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料は、その内部に単体炭素が残留しやすいが、本発明においては、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料と比較して、炭化珪素粉末の内部までシリコンと炭素との反応が進行して、その内部に炭化珪素が形成され、高純度の炭化珪素からなる粉末とすることができる。これにより、本発明においては、従来の特許文献１に記載の原料を用いた場合と比べて、炭化珪素結晶を成長させるときに坩堝に充填される炭化珪素粉末の量を減らすことができ、坩堝に対する原料の充填率を低くすることができる。そのため、本発明においては、炭化珪素結晶の製造に用いられる坩堝を小型化することができ、装置の小型化を進めることができる。また、従来の特許文献１に記載の坩堝と同じ大きさの坩堝を用いた場合には、より大きな炭化珪素結晶を結晶成長させることが可能になる。
【００３９】
さらに、本発明の炭化珪素粉末は高純度で、高密度の炭化珪素から形成されていることから、本発明の炭化珪素粉末を用いて炭化珪素結晶を結晶成長させた場合には、従来の特許文献１に記載の原料を用いた場合と比べて、炭化珪素結晶の平均結晶成長速度を大きくすることができる。そのため、本発明の炭化珪素粉末を用いて炭化珪素結晶を作製した場合には、炭化珪素結晶をより効率的に製造することができる。
【００４０】
以上のように、本発明によれば、炭化珪素を高純度で含む炭化珪素粉末をより容易に製造することができる。
【実施例】
【００４１】
＜実施例１＞
まず、シリコン小片として径が１ｍｍ以上１ｃｍ以下のシリコン小片を複数用意し、炭素粉末として平均粒径が２００μｍである炭素粉末を用意した。ここで、シリコン小片は、シリコン単結晶引き上げ用純度９９．９９９９９９９９９％のシリコンチップとした。
【００４２】
次に、上記で用意したシリコン小片１５４．１ｇと、炭素粉末６５．９ｇとを軽く混練して得られた混合物を黒鉛坩堝に投入した。ここで、黒鉛坩堝は、予め０．０１３Ｐａのアルゴンガス減圧下で高周波加熱炉で２３００℃に加熱し、１４時間保持する処理を行なったものを用いた。
【００４３】
次に、上記のように、シリコン小片と炭素粉末との混合物が投入された黒鉛坩堝を電気加熱炉に入れ、一旦０．０１Ｐａまで真空引きした後、純度として９９．９９９９％以上のアルゴンガスで置換して電気炉内の圧力を７０ｋＰａとした。
【００４４】
次に、図４に示すように、電気炉内の圧力を７０ｋＰａに保持した状態でシリコン小片と炭素粉末との混合物が収容された黒鉛坩堝を２３００℃に加熱してその温度で２０時間保持した。その後、電気炉内の圧力を２分間で１０ｋＰａまで減圧した後に黒鉛坩堝の温度を室温（２５℃）まで低下させた。なお、図４は、経過時間に対する黒鉛坩堝の温度と電気炉内の圧力のプロファイルを示している。なお、図４においては、黒鉛坩堝の温度の変化が実線で表わされ、電気炉内の圧力の変化が１点鎖線で表わされている。
【００４５】
次に、上記の加熱処理によって作製された炭化珪素粉末前駆体を黒鉛坩堝から取り出した。ここで、炭化珪素粉末前駆体を観察したところ、炭化珪素粉末前駆体は、複数の炭化珪素結晶粒子の集合体であって、個々の炭化珪素結晶粒子が互いに連結することによって構成されていた。
【００４６】
次に、上記のようにして得られた炭化珪素粉末前駆体を炭化珪素多結晶でコーティングされた工具を用いて粉砕することによって実施例１の炭化珪素粉末を作製した。ここで、実施例１の炭化珪素粉末の平均粒径は２０μｍであった。
【００４７】
上記のようにして得られた実施例１の炭化珪素粉末について粉末Ｘ線回折法により定性分析を行なった。ここで、Ｘ線のターゲットをＣｕにした場合には、Ｘ線の侵入深さを１０μｍ以上とすることができるため、実施例１の炭化珪素粉末の内部を構成する成分を特定することができる。
【００４８】
上記の粉末Ｘ線回折法（θ−２θスキャン）によって、実施例１の炭化珪素粉末の構成成分の定性分析および定量分析（簡易定量測定）を行なった結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率（１００×（Ｃの存在を示すＸ線回折ピークの積分値）／（炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和））は１％未満であることが確認され、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率（１００×（ＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値）／（炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和））は９９％以上であることが確認された。そのため、実施例１の炭化珪素粉末は、その内部までほとんど炭化珪素から形成されており（炭化珪素の含有量９９質量％以上）、単体炭素の含有量が１質量％未満である高純度の炭化珪素粉末であると考えられる。
【００４９】
また、実施例１の炭化珪素粉末の粉末Ｘ線回折法によるＸ線回折ピークの積分値を対比した結果、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量は１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００５０】
＜実施例２＞
電気炉内の圧力を減圧しなかったこと以外は実施例１と同様にして実施例２の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００５１】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は１％未満であって、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は９９％以上であることが確認された。そのため、実施例２の炭化珪素粉末も、その内部までほとんど炭化珪素から形成されており（炭化珪素の含有量９９質量％以上）、単体炭素の含有量が１質量％未満である高純度の炭化珪素粉末であると考えられる。
【００５２】
また、実施例２の炭化珪素粉末の粉末Ｘ線回折法によるＸ線回折ピークの積分値を対比した結果、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量は１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００５３】
＜実施例３＞
黒鉛坩堝の加熱温度を２０００℃にしたこと以外は実施例１と同様にして実施例３の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００５４】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は１％未満であって、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は９９％以上であることが確認された。そのため、実施例３の炭化珪素粉末も、その内部までほとんど炭化珪素から形成されており（炭化珪素の含有量９９質量％以上）、単体炭素の含有量が１質量％未満である高純度の炭化珪素粉末であると考えられる。
【００５５】
また、実施例３の炭化珪素粉末の粉末Ｘ線回折法によるＸ線回折ピークの積分値を対比した結果、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量は１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００５６】
＜実施例４＞
黒鉛坩堝の加熱温度を２５００℃にしたこと以外は実施例１と同様にして実施例４の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００５７】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は１％未満であって、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は９９％以上であることが確認された。そのため、実施例４の炭化珪素粉末も、その内部までほとんど炭化珪素から形成されており（炭化珪素の含有量９９質量％以上）、単体炭素の含有量が１質量％未満である高純度の炭化珪素粉末であると考えられる。
【００５８】
また、実施例４の炭化珪素粉末の粉末Ｘ線回折法によるＸ線回折ピークの積分値を対比した結果、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量は１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００５９】
＜比較例１＞
まず、炭素原料としてハロゲンガス中で２０００℃以上の熱処理を行った高純度炭素粉体を用意し、シリコン原料としてシリコン単結晶引き上げ用純度９９．９９９９９９９９９％のシリコンチップを用意した。
【００６０】
ここで、炭素原料は、黒鉛坩堝に投入され、黒鉛坩堝とともに、予め０．０１３Ｐａのアルゴンガス減圧下で、高周波加熱炉で約２２００℃に加熱し、１５時間保持する処理を行なう前処理が行なわれた。
【００６１】
なお、上記の前処理後の炭素原料およびシリコン原料の硼素濃度は、ＧＤＭＳ（グロー放電質量分析）測定でそれぞれ０．１１ｐｐｍ、０．００１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００６２】
また、シリコン原料であるシリコンチップは、主に数ｍｍから十数ｍｍの大きさのものが用いられており、上記の前処理後の炭素原料の平均粒径は９２μｍであった。
【００６３】
次に、上記の炭素原料およびシリコン原料をそれぞれ６５．９ｇ及び１５４．１ｇに秤量し、軽く混練した後に、炭素原料とシリコン原料との混合粉を先述の黒鉛坩堝に充填した。
【００６４】
次に、炭素原料とシリコン原料とが収容された黒鉛坩堝を電気加熱炉に投入し、電気炉内の圧力を一旦０．０１Ｐａまで真空引きした後、純度として９９．９９９９％以上のアルゴンガスで置換して電気炉内の圧力を８０ｋＰａとした。この電気炉内の圧力を調整しながら、１４２０℃まで加熱し、２時間維持した後に、更に１９００℃まで加熱し、３時間維持し、降温した。
【００６５】
上記のようにして得られた比較例１について、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００６６】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は５０％よりも大きいことが確認された。そのため、比較例１の炭化珪素粉末の内部は、ほとんど炭素から形成されており、単体炭素の含有量が５０質量％よりも大きいと考えられる。
【００６７】
＜比較例２＞
黒鉛坩堝の加熱温度を１９５０℃にしたこと以外は実施例１と同様にして比較例２の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００６８】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は５０％よりも大きいことが確認された。そのため、比較例３の炭化珪素粉末の内部は、ほとんど炭素から形成されており、単体炭素の含有量が５０質量％よりも大きいと考えられる。これは、黒鉛坩堝の加熱温度が低すぎて、シリコンと炭素との反応が内部まで進行しなかったことによるものと考えられる。
【００６９】
＜比較例３＞
黒鉛坩堝の加熱温度を２５５０℃にしたこと以外は実施例１と同様にして比較例３の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００７０】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は５０％よりも大きいことが確認された。そのため、比較例４の炭化珪素粉末の内部も、ほとんど炭素から形成されており、単体炭素の含有量が５０質量％よりも大きいと考えられる。これは、黒鉛坩堝の加熱温度が高すぎて、シリコンと炭素との反応により生成した炭化珪素からシリコンが脱離したことによるものと考えられる。
【００７１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法に利用できる可能性がある。
【符号の説明】
【００７３】
１ シリコン小片、２ 炭素粉末、３ 混合物、４ 黒鉛坩堝、５ 炭化珪素結晶粒子、６ 炭化珪素粉末前駆体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造に用いられる半導体基板として炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の利用が進められつつある。ＳｉＣは、より一般的に用いられているシリコン（Ｓｉ）に比べて大きなバンドギャップを有する。そのため、ＳｉＣを用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の低下が小さい、といった利点を有することから、注目を集めている。
【０００３】
たとえば特許文献１（特許第４４２７４７０号公報）には、ＳｉＣ単結晶を成長させるための原料の製造方法が開示されている。ここで、特許文献１においては、少なくとも炭素（Ｃ）原料を一旦、圧力１．３Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気下で１４００℃以上２６００℃以下の温度で高温熱処理を施して硼素濃度を１ｐｐｍ以下とした後に、当該炭素原料よりも低い硼素濃度を有するシリコン原料と混合してＳｉＣ単結晶成長用の原料を作製する方法が開示されている（たとえば特許文献１の請求項１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４２７４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された方法においては、硼素濃度を低減させるために予め炭素原料を圧力１．３Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気下で１４００℃以上２６００℃以下の温度で高温熱処理する工程を行なう必要があった。また、特許文献１に記載された方法においては、上記のように前処理を行なって硼素濃度が低減された炭素原料よりも硼素濃度の低いシリコン原料を用意する必要もあった。
【０００６】
さらに、特許文献１に記載の方法によって作製された原料についてＸ線の侵入深さを変えてＸ線回折法により分析した結果、ＳｉＣは原料の表面部分のみに形成されており、原料の内部はＣが単体で存在していることが判明した。
【０００７】
このように、表面のみにしかＳｉＣが形成されていない原料を用いてＳｉＣ単結晶を成長させる場合には、所定量のＳｉＣ単結晶を得るために、充填率が低いことから、坩堝に充填される原料の量を多くする必要があった。
【０００８】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、より容易に製造することができ、炭化珪素を高純度で含む炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末であって、シリコン小片と炭素粉末との混合物を加熱した後に粉砕することによって形成されており、実質的に炭化珪素で構成されている炭化珪素粉末である。
【００１０】
ここで、本発明の炭化珪素粉末における単体炭素の含有量が５０質量％以下であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の炭化珪素粉末における単体炭素の含有量が１０質量％以下であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量が０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の炭化珪素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明は、炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末を製造する方法であって、シリコン小片と炭素粉末とを混合して混合物を作製する工程と、混合物を２０００℃以上２５００℃以下に加熱して炭化珪素粉末前駆体を作製する工程と、炭化珪素粉末前駆体を粉砕して炭化珪素粉末を作製する工程とを含む、炭化珪素粉末の製造方法である。
【００１５】
ここで、本発明の炭化珪素粉末の製造方法において、炭素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、より容易に製造することができ、炭化珪素を高純度で含む炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図２】本発明に用いられるシリコン小片の一例の模式的な平面図である。
【図３】本発明における炭化珪素粉末前駆体を作製する工程によって作製された炭化珪素粉末前駆体の一例の模式的な平面図である。
【図４】実施例１における経過時間に対する黒鉛坩堝の温度と電気炉内の圧力のプロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末を製造する方法の一例について説明する。なお、後述する各工程の前後には他の工程が含まれていてもよいことは言うまでもない。
【００１９】
＜混合物を作製する工程＞
まず、図１の模式的断面図に示すように、シリコン小片１と炭素粉末２とを混合して混合物３を作製する工程を行なう。混合物３を作製する工程は、たとえば、シリコン小片１と炭素粉末２とをそれぞれ黒鉛坩堝４に収容し、黒鉛坩堝４中でこれらを混合して混合物３を作製することによって行なうことができる。また、混合物３は、黒鉛坩堝４への収容前に、シリコン小片１と炭素粉末２とを混合して作製されてもよい。
【００２０】
ここで、シリコン小片１としては、たとえば図２の模式的平面図に示すシリコン小片１の径ｄが０．１ｍｍ以上５ｃｍ以下であるものを用いることが好ましく、１ｍｍ以上１ｃｍ以下であるものを用いることがより好ましい。この場合には、内部まで炭化珪素で構成された高純度の炭化珪素粉末が得られる傾向にある。なお、本明細書において、「径」とは、表面に存在する任意の２点を結ぶ線分のうち最長の線分の長さを意味する。
【００２１】
炭素粉末２としては、平均粒径（個々の炭素粉末２の径の平均値）が１０μｍ以上２００μｍ以下である炭素粉末を用いることが好ましい。この場合には、内部まで炭化珪素で構成された高純度の炭化珪素粉末が得られる傾向にある。
【００２２】
＜炭化珪素粉末前駆体を作製する工程＞
次に、上記のようにして作製した混合物３を２０００℃以上２５００℃以下に加熱して炭化珪素粉末前駆体を作製する工程を行なう。炭化珪素粉末前駆体を作製する工程は、たとえば、上記のように黒鉛坩堝４に収容されたシリコン小片１と炭素粉末２との混合物３を１ｋＰａ以上１．０２×１０5Ｐａ以下、特に１０ｋＰａ以上７０ｋＰａ以下の圧力の不活性ガス雰囲気下で２０００℃以上２５００℃以下の温度に加熱することにより行なうことができる。これにより、黒鉛坩堝４中でシリコン小片１のシリコンと炭素粉末２の炭素とが反応することによって、シリコンと炭素との化合物である炭化珪素が形成されて炭化珪素粉末前駆体が作製される。
【００２３】
ここで、加熱温度が２０００℃未満である場合には、加熱温度が低すぎて、シリコンと炭素との反応が内部まで進行せず、内部まで炭化珪素で形成された高純度の炭化珪素粉末前駆体を作製することができない。また、加熱温度が２５００℃を超える場合には、加熱温度が高すぎて、シリコンと炭素との反応が進行しすぎて、シリコンと炭素との反応により形成された炭化珪素からシリコンが脱離するため、内部まで炭化珪素で形成された高純度の炭化珪素粉末前駆体を作製することができない。
【００２４】
なお、上記において、不活性ガスとしては、たとえば、アルゴン、ヘリウムおよび窒素からなる群から選択された少なくとも１種を含むガスを用いることができる。
【００２５】
また、シリコン小片１と炭素粉末２との混合物３の加熱時間は、１時間以上１００時間以下であることが好ましい。この場合には、シリコンと炭素との反応が十分に行なわれて良好な炭化珪素粉末前駆体を作製することができる傾向にある。
【００２６】
また、上記の加熱後に雰囲気の圧力を低下する工程を行なうことが好ましい。この場合には、後述する炭化珪素粉末前駆体を構成する炭化珪素結晶粒子のそれぞれの内部まで炭化珪素が形成される傾向が大きくなる。
【００２７】
ここで、雰囲気の圧力を低下する工程において、雰囲気の圧力を１０ｋＰａ以下の圧力まで低下させる場合には、圧力の低下時間は１０時間以下であることが好ましく、５時間以下であることがより好ましく、１時間以下であることがさらに好ましい。圧力の低下時間が、１０時間以下である場合、より好ましくは５時間以下である場合、特に１時間以下である場合には、シリコンと炭素との反応により形成された炭化珪素からシリコンが脱離するのを好適に抑制することができるため、良好な炭化珪素粉末前駆体を作製することができる傾向にある。
【００２８】
また、上記のように、雰囲気の圧力を１０ｋＰａ以下の圧力まで低下した後には、不活性ガスを供給することなどによって雰囲気の圧力を５０ｋＰａ以上の圧力まで圧力を上昇させた後に炭化珪素粉末前駆体を室温（２５℃）まで冷却してもよく、１０ｋＰａ以下の圧力に保持した状態で炭化珪素粉末前駆体を室温（２５℃）まで冷却してもよい。
【００２９】
図３に、炭化珪素粉末前駆体を作製する工程によって作製された炭化珪素粉末前駆体の一例の模式的な平面図を示す。ここで、炭化珪素粉末前駆体６は、複数の炭化珪素結晶粒子５の集合体であって、個々の炭化珪素結晶粒子５が互いに連結することによって構成されている。
【００３０】
＜炭化珪素粉末を作製する工程＞
次に、上記のようにして作製された炭化珪素粉末前駆体６を粉砕して炭化珪素粉末を作製する工程を行なう。炭化珪素粉末を作製する工程は、たとえば、図３に示される複数の炭化珪素結晶粒子５の集合体である炭化珪素粉末前駆体６を炭化珪素の単結晶若しくは多結晶のインゴット、または炭化珪素の単結晶若しくは多結晶がコーティングされた工具で粉砕することによって行なうことができる。
【００３１】
なお、炭化珪素の単結晶若しくは多結晶以外のもので炭化珪素粉末前駆体６の粉砕を行なった場合には、たとえば、塩酸、王水およびフッ酸からなる群から選択された少なくとも１種を含む酸で炭化珪素粉末を洗浄することが好ましい。たとえば炭化珪素粉末前駆体６を鋼鉄製のもので粉砕した場合には、粉砕された炭化珪素粉末に、たとえば、鉄、ニッケル、コバルトなどの金属不純物が混入または付着しやすくなる。そのため、このような金属不純物を除去するために、上記の酸で洗浄することが好ましい。
【００３２】
＜炭化珪素粉末＞
上記のようにして作製された炭化珪素粉末は、その表面だけでなく内部までも炭化珪素で形成されている傾向が大きくなり、実質的に炭化珪素から構成されている。なお、実質的に炭化珪素から構成されているとは、炭化珪素粉末の９９質量％以上が炭化珪素から形成されていることを意味する。
【００３３】
たとえば、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料においては、その表面部分においては単体炭素からなる不純物の含有量は少ないが、その内部まで合わせると原料を占める単体炭素の含有量は５０質量％よりも多くなる。特許文献１においては、原料の表面のみに対してＸ線回折法による分析が行なわれており、Ｘ線の侵入深さを増大させて、その内部までＸ線回折法による分析が行なわれていなかった。そのため、従来の特許文献１においては、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料の内部についてはシリコンと炭素との反応が進行しておらず、炭素が単体で存在していることについては気付かれていない。
【００３４】
一方、本発明における炭化珪素粉末は、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料と比較して、その内部まで反応が進んで炭化珪素が形成されていることから、炭化珪素粉末における単体炭素の含有量は炭化珪素粉末の５０質量％以下とすることができ、好ましくは１０質量％以下とすることができる。そのため、本発明における炭化珪素粉末は、炭化珪素が高純度に含まれた炭化珪素粉末とすることができる。
【００３５】
また、本発明における炭化珪素粉末は、上述のように高純度の炭化珪素から形成されていることから、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量を０．５ｐｐｍ以下とすることかでき、アルミニウムの含有量を１ｐｐｍ以下とすることができる。すなわち、本発明における炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は、炭化珪素粉末全体の０．００００５質量％以下であり、アルミニウムの含有量は炭化珪素粉末全体の０．０００１％質量％以下となる。
【００３６】
また、本発明における炭化珪素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。炭化珪素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２ｍｍ以下である場合には、炭化珪素結晶を結晶成長させる際に、炭化珪素粉末の黒鉛坩堝４への充填率を高くすることができるとともに、炭化珪素結晶の成長速度も大きくなる傾向にある。なお、炭化珪素粉末の平均粒径は、個々の炭化珪素粉末の径の平均値を意味する。
【００３７】
上述のように、本発明においては、従来の特許文献１に記載の方法のように、炭素原料の前処理を行なう必要がなく、前処理を行なった炭素原料よりも硼素濃度の低いシリコン原料を用意する必要もない。そのため、本発明においては、炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末をより容易に製造することができる。
【００３８】
また、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料は、その内部に単体炭素が残留しやすいが、本発明においては、従来の特許文献１に記載の方法によって作製された原料と比較して、炭化珪素粉末の内部までシリコンと炭素との反応が進行して、その内部に炭化珪素が形成され、高純度の炭化珪素からなる粉末とすることができる。これにより、本発明においては、従来の特許文献１に記載の原料を用いた場合と比べて、炭化珪素結晶を成長させるときに坩堝に充填される炭化珪素粉末の量を減らすことができ、坩堝に対する原料の充填率を低くすることができる。そのため、本発明においては、炭化珪素結晶の製造に用いられる坩堝を小型化することができ、装置の小型化を進めることができる。また、従来の特許文献１に記載の坩堝と同じ大きさの坩堝を用いた場合には、より大きな炭化珪素結晶を結晶成長させることが可能になる。
【００３９】
さらに、本発明の炭化珪素粉末は高純度で、高密度の炭化珪素から形成されていることから、本発明の炭化珪素粉末を用いて炭化珪素結晶を結晶成長させた場合には、従来の特許文献１に記載の原料を用いた場合と比べて、炭化珪素結晶の平均結晶成長速度を大きくすることができる。そのため、本発明の炭化珪素粉末を用いて炭化珪素結晶を作製した場合には、炭化珪素結晶をより効率的に製造することができる。
【００４０】
以上のように、本発明によれば、炭化珪素を高純度で含む炭化珪素粉末をより容易に製造することができる。
【実施例】
【００４１】
＜実施例１＞
まず、シリコン小片として径が１ｍｍ以上１ｃｍ以下のシリコン小片を複数用意し、炭素粉末として平均粒径が２００μｍである炭素粉末を用意した。ここで、シリコン小片は、シリコン単結晶引き上げ用純度９９．９９９９９９９９９％のシリコンチップとした。
【００４２】
次に、上記で用意したシリコン小片１５４．１ｇと、炭素粉末６５．９ｇとを軽く混練して得られた混合物を黒鉛坩堝に投入した。ここで、黒鉛坩堝は、予め０．０１３Ｐａのアルゴンガス減圧下で高周波加熱炉で２３００℃に加熱し、１４時間保持する処理を行なったものを用いた。
【００４３】
次に、上記のように、シリコン小片と炭素粉末との混合物が投入された黒鉛坩堝を電気加熱炉に入れ、一旦０．０１Ｐａまで真空引きした後、純度として９９．９９９９％以上のアルゴンガスで置換して電気炉内の圧力を７０ｋＰａとした。
【００４４】
次に、図４に示すように、電気炉内の圧力を７０ｋＰａに保持した状態でシリコン小片と炭素粉末との混合物が収容された黒鉛坩堝を２３００℃に加熱してその温度で２０時間保持した。その後、電気炉内の圧力を２分間で１０ｋＰａまで減圧した後に黒鉛坩堝の温度を室温（２５℃）まで低下させた。なお、図４は、経過時間に対する黒鉛坩堝の温度と電気炉内の圧力のプロファイルを示している。なお、図４においては、黒鉛坩堝の温度の変化が実線で表わされ、電気炉内の圧力の変化が１点鎖線で表わされている。
【００４５】
次に、上記の加熱処理によって作製された炭化珪素粉末前駆体を黒鉛坩堝から取り出した。ここで、炭化珪素粉末前駆体を観察したところ、炭化珪素粉末前駆体は、複数の炭化珪素結晶粒子の集合体であって、個々の炭化珪素結晶粒子が互いに連結することによって構成されていた。
【００４６】
次に、上記のようにして得られた炭化珪素粉末前駆体を炭化珪素多結晶でコーティングされた工具を用いて粉砕することによって実施例１の炭化珪素粉末を作製した。ここで、実施例１の炭化珪素粉末の平均粒径は２０μｍであった。
【００４７】
上記のようにして得られた実施例１の炭化珪素粉末について粉末Ｘ線回折法により定性分析を行なった。ここで、Ｘ線のターゲットをＣｕにした場合には、Ｘ線の侵入深さを１０μｍ以上とすることができるため、実施例１の炭化珪素粉末の内部を構成する成分を特定することができる。
【００４８】
上記の粉末Ｘ線回折法（θ−２θスキャン）によって、実施例１の炭化珪素粉末の構成成分の定性分析および定量分析（簡易定量測定）を行なった結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率（１００×（Ｃの存在を示すＸ線回折ピークの積分値）／（炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和））は１％未満であることが確認され、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率（１００×（ＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値）／（炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和））は９９％以上であることが確認された。そのため、実施例１の炭化珪素粉末は、その内部までほとんど炭化珪素から形成されており（炭化珪素の含有量９９質量％以上）、単体炭素の含有量が１質量％未満である高純度の炭化珪素粉末であると考えられる。
【００４９】
また、実施例１の炭化珪素粉末の粉末Ｘ線回折法によるＸ線回折ピークの積分値を対比した結果、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量は１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００５０】
＜実施例２＞
電気炉内の圧力を減圧しなかったこと以外は実施例１と同様にして実施例２の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００５１】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は１％未満であって、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は９９％以上であることが確認された。そのため、実施例２の炭化珪素粉末も、その内部までほとんど炭化珪素から形成されており（炭化珪素の含有量９９質量％以上）、単体炭素の含有量が１質量％未満である高純度の炭化珪素粉末であると考えられる。
【００５２】
また、実施例２の炭化珪素粉末の粉末Ｘ線回折法によるＸ線回折ピークの積分値を対比した結果、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量は１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００５３】
＜実施例３＞
黒鉛坩堝の加熱温度を２０００℃にしたこと以外は実施例１と同様にして実施例３の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００５４】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は１％未満であって、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は９９％以上であることが確認された。そのため、実施例３の炭化珪素粉末も、その内部までほとんど炭化珪素から形成されており（炭化珪素の含有量９９質量％以上）、単体炭素の含有量が１質量％未満である高純度の炭化珪素粉末であると考えられる。
【００５５】
また、実施例３の炭化珪素粉末の粉末Ｘ線回折法によるＸ線回折ピークの積分値を対比した結果、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量は１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００５６】
＜実施例４＞
黒鉛坩堝の加熱温度を２５００℃にしたこと以外は実施例１と同様にして実施例４の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００５７】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は１％未満であって、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＳｉＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は９９％以上であることが確認された。そのため、実施例４の炭化珪素粉末も、その内部までほとんど炭化珪素から形成されており（炭化珪素の含有量９９質量％以上）、単体炭素の含有量が１質量％未満である高純度の炭化珪素粉末であると考えられる。
【００５８】
また、実施例４の炭化珪素粉末の粉末Ｘ線回折法によるＸ線回折ピークの積分値を対比した結果、炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量は０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量は１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００５９】
＜比較例１＞
まず、炭素原料としてハロゲンガス中で２０００℃以上の熱処理を行った高純度炭素粉体を用意し、シリコン原料としてシリコン単結晶引き上げ用純度９９．９９９９９９９９９％のシリコンチップを用意した。
【００６０】
ここで、炭素原料は、黒鉛坩堝に投入され、黒鉛坩堝とともに、予め０．０１３Ｐａのアルゴンガス減圧下で、高周波加熱炉で約２２００℃に加熱し、１５時間保持する処理を行なう前処理が行なわれた。
【００６１】
なお、上記の前処理後の炭素原料およびシリコン原料の硼素濃度は、ＧＤＭＳ（グロー放電質量分析）測定でそれぞれ０．１１ｐｐｍ、０．００１ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００６２】
また、シリコン原料であるシリコンチップは、主に数ｍｍから十数ｍｍの大きさのものが用いられており、上記の前処理後の炭素原料の平均粒径は９２μｍであった。
【００６３】
次に、上記の炭素原料およびシリコン原料をそれぞれ６５．９ｇ及び１５４．１ｇに秤量し、軽く混練した後に、炭素原料とシリコン原料との混合粉を先述の黒鉛坩堝に充填した。
【００６４】
次に、炭素原料とシリコン原料とが収容された黒鉛坩堝を電気加熱炉に投入し、電気炉内の圧力を一旦０．０１Ｐａまで真空引きした後、純度として９９．９９９９％以上のアルゴンガスで置換して電気炉内の圧力を８０ｋＰａとした。この電気炉内の圧力を調整しながら、１４２０℃まで加熱し、２時間維持した後に、更に１９００℃まで加熱し、３時間維持し、降温した。
【００６５】
上記のようにして得られた比較例１について、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００６６】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は５０％よりも大きいことが確認された。そのため、比較例１の炭化珪素粉末の内部は、ほとんど炭素から形成されており、単体炭素の含有量が５０質量％よりも大きいと考えられる。
【００６７】
＜比較例２＞
黒鉛坩堝の加熱温度を１９５０℃にしたこと以外は実施例１と同様にして比較例２の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００６８】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は５０％よりも大きいことが確認された。そのため、比較例３の炭化珪素粉末の内部は、ほとんど炭素から形成されており、単体炭素の含有量が５０質量％よりも大きいと考えられる。これは、黒鉛坩堝の加熱温度が低すぎて、シリコンと炭素との反応が内部まで進行しなかったことによるものと考えられる。
【００６９】
＜比較例３＞
黒鉛坩堝の加熱温度を２５５０℃にしたこと以外は実施例１と同様にして比較例３の炭化珪素粉末を作製し、実施例１と同一の条件で粉末Ｘ線回折法による定性分析および定量分析を行なった。
【００７０】
その結果、炭化珪素粉末を構成するすべての成分にそれぞれ対応するＸ線回折ピークの積分値の和に対するＣの存在を示すＸ線回折ピークの積分値の比率は５０％よりも大きいことが確認された。そのため、比較例４の炭化珪素粉末の内部も、ほとんど炭素から形成されており、単体炭素の含有量が５０質量％よりも大きいと考えられる。これは、黒鉛坩堝の加熱温度が高すぎて、シリコンと炭素との反応により生成した炭化珪素からシリコンが脱離したことによるものと考えられる。
【００７１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法に利用できる可能性がある。
【符号の説明】
【００７３】
１ シリコン小片、２ 炭素粉末、３ 混合物、４ 黒鉛坩堝、５ 炭化珪素結晶粒子、６ 炭化珪素粉末前駆体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末であって、
シリコン小片と炭素粉末との混合物を加熱した後に粉砕することによって形成されており、実質的に炭化珪素で構成されている、炭化珪素粉末。
【請求項２】
前記炭化珪素粉末における単体炭素の含有量が５０質量％以下である、請求項１に記載の炭化珪素粉末。
【請求項３】
前記炭化珪素粉末における単体炭素の含有量が１０質量％以下である、請求項１または２に記載の炭化珪素粉末。
【請求項４】
前記炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量が０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量が１ｐｐｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の炭化珪素粉末。
【請求項５】
前記炭化珪素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の炭化珪素粉末。
【請求項６】
炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末を製造する方法であって、
シリコン小片と炭素粉末とを混合して混合物を作製する工程と、
前記混合物を２０００℃以上２５００℃以下に加熱して炭化珪素粉末前駆体を作製する工程と、
前記炭化珪素粉末前駆体を粉砕して前記炭化珪素粉末を作製する工程とを含む、炭化珪素粉末の製造方法。
【請求項７】
前記炭素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下である、請求項６に記載の炭化珪素粉末の製造方法。
【請求項１】
炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末であって、
シリコン小片と炭素粉末との混合物を加熱した後に粉砕することによって形成されており、実質的に炭化珪素で構成されている、炭化珪素粉末。
【請求項２】
前記炭化珪素粉末における単体炭素の含有量が５０質量％以下である、請求項１に記載の炭化珪素粉末。
【請求項３】
前記炭化珪素粉末における単体炭素の含有量が１０質量％以下である、請求項１または２に記載の炭化珪素粉末。
【請求項４】
前記炭化珪素粉末におけるホウ素の含有量が０．５ｐｐｍ以下であって、アルミニウムの含有量が１ｐｐｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の炭化珪素粉末。
【請求項５】
前記炭化珪素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の炭化珪素粉末。
【請求項６】
炭化珪素結晶成長用の炭化珪素粉末を製造する方法であって、
シリコン小片と炭素粉末とを混合して混合物を作製する工程と、
前記混合物を２０００℃以上２５００℃以下に加熱して炭化珪素粉末前駆体を作製する工程と、
前記炭化珪素粉末前駆体を粉砕して前記炭化珪素粉末を作製する工程とを含む、炭化珪素粉末の製造方法。
【請求項７】
前記炭素粉末の平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下である、請求項６に記載の炭化珪素粉末の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４０８６９（Ｐ２０１２−２４０８６９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１０９５９（Ｐ２０１１−１１０９５９）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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