[發(fā)明專利]生產大塊硅碳化物的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480049097.3
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN105518187B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設計）人: R·V·德切夫;P·薩坦納日哈瓦;A·M·安德凱威;D·S·李特爾
• 申請（專利權）人: GTAT公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉

一種生產硅碳化物的方法，該方法包含提供升華爐的步驟，該升華爐包含爐殼、至少一個置于爐殼外的加熱元件、以及置于爐殼內通過絕緣物圍繞的熱區(qū)。該熱區(qū)包含坩堝，該坩堝具有置于其下部區(qū)中的硅碳化物先驅物及置于其上部區(qū)中的硅碳化物晶種。將該熱區(qū)加熱以令硅碳化物先驅物升華，在硅碳化物晶種的底部表面上形成硅碳化物。本發(fā)明亦揭露用以生成硅碳化物的升華爐以及所產生硅碳化物材料。

相關申請案交叉引用

本申請案系關于2013年9月6曰所提出的美國臨時專利申請第61/874,597號。該專利申請案的完整內容系引用合并于本文中。

技術領域

本發(fā)明系關于升華爐及用于制備低缺陷密度的大塊硅碳化物之方法。

背景技術

硅碳化物(SiC)近年來，因其突出的化學、物理及電氣特性而受到明顯關注。尤其是，已發(fā)現大塊單晶SiC有用于半導體應用，包括如：功率電子設備中之組件所用材料之基材及LED。此種材料的其它應用也開始出現。

硅碳化物能通過各種所屬領域已知的方法予以制備。例如，已使用物理氣相傳輸(PVT)法制備硅碳化物之大型單晶。這種方法在晶體生長爐的高溫區(qū)中提供如粉狀硅碳化物之來源，并且予以加熱。還在較低溫區(qū)中提供如硅碳化物單晶晶圓之晶種。硅碳化物系加熱至升華，并且產生的蒸汽抵達上有材料沉積之較冷硅碳化物晶種?；蛘撸搧碓纯蔀楣枧c碳粒子之混合物，其在加熱時，起反應作用而形成SiC，SiC隨后升華并且在該晶種上再結晶。

雖能使用晶體生長爐生成硅碳化物之大型梨晶(boule)，但這個工藝通常難以控制。例如，關鍵在于工藝條件，如來源與晶種之間的溫度梯度在整個晶體生長工藝期間保持固定，這一般是在大于2000℃的情況下進行數日，以便生成各處特性一致的梨晶。工藝條件的小改變會使所生長硅碳化物梨晶的品質產生大變化。再者，隨著生長進行，若未妥善控制工藝條件，還會出現晶種及/或生長中的晶體之升華。另外，產品的品質還會受晶體成長室中所用組件的類型所影響，這是因為基于生長條件，有些可能會分解，從而化學干擾該生長。所以，升華爐中生長的硅碳化物通常在晶體中含有缺陷，如：低角度晶界、錯位、Si與C第二相內含物、不同多型體內含物、以及微管線，其影響材料的效能特性。再者，即使能維持單晶生長工藝的特定條件以生成高品質產品，通常亦會出現批次變異性，這是因為例如：來源、晶種、或器具之組件會造成在產品中的不一致性。

基于這個理由，到目前還沒有一種能有效且符合成本效益生成高品質大型硅碳化物單晶的可靠且可重復的硅碳化物升華爐或方法。因此，業(yè)界對于改良型硅碳化物生長器具及方法是有需求的。

發(fā)明內容

本發(fā)明系關于用于生產硅碳化物之方法。本方法包含提供升華爐之步驟，升華爐包含爐殼、至少一個置于該爐殼外之加熱元件、以及置于該爐殼內通過絕緣物圍繞之熱區(qū)。該熱區(qū)包含具有上部區(qū)與下部區(qū)之坩堝、將該坩堝密封之坩堝蓋、置于坩堝下部區(qū)中之實質固態(tài)硅碳化物先驅物、以及置于坩堝上部區(qū)中之晶種模塊，該晶種模塊包含硅碳化物晶種，硅碳化物晶種具有曝露至該坩堝上部區(qū)之頂部表面與底部表面，該底部表面面向實質固態(tài)硅碳化物先驅物。本方法更包含下列步驟：以加熱元件加熱熱區(qū)，以使實質固態(tài)硅碳化物先驅物升華、以及在硅碳化物晶種之底部表面上形成硅碳化物。較佳的是，該晶種模塊包含具有至少一個蒸汽釋離開口之晶種保持器，并且硅碳化物晶種系置于晶種保持器內。還較佳的是，硅碳化物晶種在晶種的頂部表面上包含至少一個晶種保護層。描述本方法之各個具體實施例。

要理解的是，前述發(fā)明內容及底下的實施方式兩者僅屬例示性及說明性，而目的是要對本發(fā)明(如權利要求書)提供進一步說明。

附圖說明

圖1a及1b為本發(fā)明各個具體實施例中所用硅碳化物晶種之透視圖。

圖2為本發(fā)明各個具體實施例中所用升華爐之示意圖。

圖3a及3b顯示本發(fā)明各個具體實施例中所用升華爐熱區(qū)之各個圖示。