[發明專利]通過升華/凝結方法生產大的均勻碳化硅晶錠的方法

無效

• 申請號: 200880120412.1
• 申請日: 2008-10-08
• 公開（公告）號: CN101896646A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 馬克·洛博達;樸承浩;維克托·托里斯
• 申請（專利權）人: 陶氏康寧公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36;C01B31/36
• 代理公司: 北京市德恒律師事務所 11306
• 代理人: 孫征;陸鑫

相關申請的交叉引用

本申請要求享有2007年12月12提交的在35U.S.C.§119(e)之下的美國臨時專利申請序列號61/013083的受益。美國臨時專利申請序列號61/013083結合于本文中作為參考。

技術領域

本發明描述了一種生產大碳化硅(SiC)晶錠的方法。該方法能夠進行設計而生產多晶SiC，或任何多晶類型的晶體SiC。

背景技術

晶體碳化硅是適用于碳化硅器件制作的半導體材料，這種碳化硅器件相比于傳統半導體晶體材料如硅和砷化鎵，能夠在更高功率和更高溫度下工作。

塊狀晶體SiC是很難生長的材料，因為生長工藝過程需要極度高溫(1900至2500℃)。生長塊狀晶體SiC最常見的方法是升華。

在商業用途上塊狀晶體SiC生長的基準技術(benchmark?art)是Davis等的美國專利RE34,861的技術，其中描述了一種升華方法。其中的方法是作為由LeIy(US2,854,364)，Tairov(參見J.Crystal?Growth，52(1981)pp.46)和其它人先前報道的方法的改進出現的。

塊狀晶體SiC生長的升華反應通常在位于爐子中的封閉圓柱形反應池中實施。反應熱源可以是電阻加熱或RF感應加熱。所述反應池典型地由石墨制成。種晶置于池內，通常在頂部，而晶體生長的源材料放在種子的對面。一旦加熱反應池，源材料就蒸發而隨后凝結在種晶上。

盡管以上描述的方法想象相對簡單，但是實際上實現卻困難。反應控制和蒸汽傳輸取決于許多變量，這些變量中沒有一個在工藝過程期間是直接在用戶控制之下的。該方法不能原位監控，因為是在封閉的不透明反應池中實施的。來自源的蒸汽向種晶傳輸，其凝結和結晶都顯著地受到池中的溫度分布影響。隨著物料蒸發和從源區域向種晶區域傳輸，溫度分布也發生變化。為了實現成功的晶體生長，所有這些變量需要先驗性地協調實施。

典型地，粉末形式的碳化硅用作源材料。顆粒粒徑及其分布的選擇將會影響生長工藝過程。Davis等教導認為，粉末應該是恒定的多型體組合物，“其由恒定比例的多型體構成，包括單個多型體。”在如此實施中，這最大化蒸汽組合物的可重復性。Wang??等(J.Crystal??Growth??(2007)doi：10.1016/j.jcrysgro.2007.03.022)和其中的參考文獻證實SiC粉末顆粒粒徑幾何形狀影響裝填，而不同SiC顆粒粒徑能夠用于提高晶體生長速率。

SiC粉末的純度將會影響SiC晶體的純度，而由此影響其電阻率值和電的傳導。低成本高純度碳化硅粉末并不易于獲得。在升華SiC晶體生長期間反應環境(溫度，壓力等)的特殊控制需要限制有害雜質從源引入到SiC晶體中。對于半導體器件應用有關SiC晶體生長的雜質實例包括硼，磷，氮，鋁，鈦，釩和鐵。

Ota等(Materials?Science?Forum?VoIs.457-460(2004)p.115)證實了采用純硅和碳粉混合物的高電阻率SiC晶體的生長能夠通過粉末混合物中硅和碳的相對含量的變化而實現。他們報道了采用基于硅和碳粉混合物的混合的源的結果，而他們討論了燒結混合物給出了相當于SiC粉末源的較好結果。硅和碳粉源顯示出硼和鋁引入降低。這項工作并未提供他們方法可重復性的見解。

對于SiC晶體生長的源材料的其它變型都已經報道。Balakrishna等(US5,985,024)開發了一種方法，通過采用新型SiC原位源方法降低了雜質引入，其中高純硅金屬在高純烴氣體存在下蒸發以遞送用于碳化硅生長的種。Maruyama等(US?7,048,798B2)描述了通過將有機硅原料和含樹脂的碳反應而形成SiC源粉末材料的方法。

如果不控制SiC粉末粒徑和填充，SiC晶體生長工藝過程就會缺乏可重復性。源材料的純度控制對于產生高純SiC晶體是很重要的。對于產生雜質低而適用于SiC晶體生長的通用SiC粉末的替代物需要更多的努力。生長適用于半導體器件應用的SiC晶體的可重復方法需要所有這些變量的細微平衡和管理。

發明內容