[發(fā)明專利]使用硅碳化物晶種來生產大塊硅碳化物的方法和器具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480049104.X
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN105518189B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 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: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B15/00
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉

本文公開一種生產硅碳化物的方法。本方法包括以下步驟：提供升華爐，其包括爐殼、至少一個位于爐殼外側的加熱元件、和位于爐殼內且由絕熱體包圍的熱區(qū)。該熱區(qū)包括具有位于下區(qū)域的硅碳化物晶種前驅物、和位于上區(qū)域的硅碳化物晶種。該熱區(qū)被加熱以升華該硅碳化物前驅物而形成硅碳化物于該硅碳化物晶種的底面上。此外，也公開用以生產該硅碳化物的該升華爐以及產生的硅碳化物材料。

[相關案之交互參照]

本發(fā)明基本上涉及美國臨時專利申請案第61/874,620號，申請日為2013年9月6日，該申請的完整內容在此參引合并。

技術領域

本發(fā)明基本上涉及升華爐與形成具有低瑕疵密度之大塊硅碳化物之方法。

背景技術

因優(yōu)異的化學、物理、和電子上的特性，硅碳化物(silicon carbide,SiC)近年來引起高度的興趣。特別是大塊單晶SiC業(yè)已證明在其半導體上的應用是有用的，其包括如作為在電力電子產品中之材料和元件之基板和LED。其它關于此材料的應用也逐步浮現。

在本領域中，硅碳化物可使用多種已知的方法進行制備。舉例而言，大型單晶硅碳化物可使用物理氣相傳輸法(physical vapor transport,PVT)進行制備。在此方法中，來源(如硅碳化物粉末)，系提供至長晶爐之高溫區(qū)中并且加熱。此外，晶種(如硅碳化物單晶晶圓)，被提供至低溫區(qū)。該硅碳化物被加熱至升華，并且所產生之蒸氣將抵達該較低溫且材料將沉積于其上硅碳化物晶種。另外，該來源可為硅顆粒和碳顆粒之混合物，其在加熱時，將反應以形成SiC并隨之升華且再結晶于該晶種上。

當大型的硅碳化物胚晶以長晶爐制成時，該工藝通常是難以控制的。舉例而言，工藝的條件，如在該來源和晶種之間的溫度梯度是至關重要的，其在長晶程序中需維持恒定，且其通常需在超過2000℃的條件下而歷時數天，以為了產生具有完整而一致特性的胚晶。工藝上微小的變化也可導致生長的硅碳化物胚晶的品質產生巨大的改變。此外，在生長持續(xù)時，若工藝條件沒有妥善的控制，也可能發(fā)生晶種和/或生長結晶的升華。另外，產物的品質可被使用于晶體生長腔室的組件的類型所影響，因此，取決于生長條件，有些可能會分解進而在生長時造成化學干擾。如此一來，在升華爐中的硅碳化物生長通常會使結晶中含有瑕疵，如低角度晶界、錯位、硅和碳的第二相夾雜、不同的多型夾雜(different polytypeinclusions)、和微型管(micropipes)，其將影響材料的表現性能。此外，即使用以長晶的特定條件可被維持以生成高品質的產物，但批次之間的變異仍會產生。因此，舉例而言，任何設備的來源、晶種、和組件的變異性產生不一致的產品。

由于迄今仍然沒有可靠且可重復的硅碳化物升華爐或可有效地且具成本效益地生成高品質的大型硅碳化物結晶的方法。因此，改良硅碳化物生長設備和方法在產業(yè)界仍有迫切的需要。

發(fā)明內容

本發(fā)明涉及一種生產硅碳化物的方法。該方法包括提供提供一個升華爐，其包括爐殼、至少一個位于爐殼外側的加熱元件、和位于爐殼內且由絕熱體包圍的熱區(qū)等步驟。該熱區(qū)包括具有上區(qū)域和下區(qū)域的坩堝、密封該坩堝的坩堝罩、位于坩堝的下區(qū)域的硅碳化物前驅物、和位于坩堝的上區(qū)域的晶種模塊，該晶種模塊包括具有頂面和暴露于該坩堝之上區(qū)域之底面之硅碳化物晶種，該底面面向該硅碳化物前驅物。本方法還包括以該加熱元件加熱該熱區(qū)，以升華該硅碳化物前驅物且形成硅碳化物于該硅碳化物晶種之底面。較佳地，該晶種模塊包括具有至少一個蒸氣釋放開口的晶種持件，且該晶種模塊位于該晶種持件內。另外，較佳地，該硅碳化物晶種包括至少一晶種保護層于該晶種之頂面。本方法的各種實施例將會進行陳述。

本發(fā)明還涉及用于形成硅碳化物的升華爐，其包括爐殼、至少一個位于爐殼外側的加熱元件、和位于爐殼內且由絕熱體包圍的熱區(qū)。該熱區(qū)包括具有上區(qū)域和下區(qū)域的坩堝、密封該坩堝的坩堝罩、位于坩堝的下區(qū)域的硅碳化物前驅物、和晶種模塊，該晶種模塊包括位于坩堝的上區(qū)域的硅碳化物晶種，該硅碳化物晶種具有頂面和底面，該底面面向該硅碳化物前驅物。