[發明專利]水平生長高質量半導體單晶的系統及該單晶的制造方法

有效

• 申請號: 202010419654.3
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN112176405B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 歐文·施密特;邁克爾·沃格爾
• 申請（專利權）人: 硅晶體有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B23/06;C30B29/36
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;何月華

1.一種用于通過物理氣相傳輸(PVT)制造半導體材料的一個或多個單晶的系統，該系統包括：

PVT生長結構，在所述PVT生長結構內設置有一個或多個籽晶，用于相應地生長所述一個或多個單晶，

其中，每個籽晶的直徑基本上等于待在所述籽晶中生長的單晶的外徑并且比待在所述一個或多個單晶的每一者上形成的無夾雜物的橫截面的預定直徑大至少10％；

反應器，所述反應器具有內腔，所述內腔用于容納用于在內部生長所述一個或多個單晶的所述PVT生長結構，

其中，所述反應器用于在相對于重力方向的一取向上容納所述PVT生長結構，使得所述PVT生長結構內部的所述一個或多個單晶的生長方向是基本上水平的或者在相對于與所述重力方向垂直的水平面在-15°至+15°之間的水平角度內；和

系統控制器，所述系統控制器用于控制所述反應器中的PVT生長過程參數；

其中，所述PVT生長過程參數包括所述反應器的所述內腔內的壓力、生長溫度、以及向所述內腔供應摻雜氣體和/或惰性氣體的氣體供應中的至少一者，

其中，所述系統控制器監測在所述反應器的所述內腔中達到的溫度，并且利用預定的PVT生長過程參數來控制PVT生長過程，所述預定的PVT生長過程參數確保每個單晶的生長表面實現在生長方向上具有最大高度的凸曲率，所述最大高度在所述PVT生長過程期間被維持在2mm到8mm的高度范圍內，

其中，所述最大高度為在生長方向上從凸的生長表面(220A，220B)到相應的單晶(209A，209B)的橫截面的最大距離，其中，所述相應的單晶(209A，209B)的橫截面具有基本上等于所述無夾雜物的橫截面的所述預定直徑的直徑并且在垂直于所述生長方向的平面內與所述凸的生長表面(220A，220B)相交，其中，所述高度范圍與所述無夾雜物的橫截面的所述預定直徑無關并且與相應的籽晶(208A，208B)的直徑無關，并且

其中，對于所述反應器，所述預定的PVT生長過程參數是基于所述反應器和所述PVT生長結構的特性、待在所述PVT生長結構內生長的所述一個或多個單晶的外徑和長度、待在所述一個或多個單晶上形成的所述無夾雜物的橫截面的預定直徑、以及用于所述PVT生長過程的溫度，利用仿真分析來確定的。

2.根據權利要求1所述的系統，其中：

所述反應器相對于所述重力方向水平取向以容納所述PVT生長結構。

3.根據權利要求1或2所述的系統，其中：

所述PVT生長結構包括容納原材料的中央原材料隔室以及在所述中央原材料隔室兩側的兩個生長隔室，其中，在每個生長隔室上沿縱向軸線與所述中央原材料隔室相距一定距離處設置有一個籽晶，用于從相同的所述原材料生長相應的單晶；

其中，用于生長半導體材料的單晶的所述原材料選自至少包括碳化硅、4H-SiC和包含III-V族元素的半導體的組。

4.根據權利要求1所述的系統，還包括：

多個反應器，每個反應器具有用于容納各自的PVT生長結構的內腔，各自的PVT生長結構用于在內部生長一個或多個半導體單晶，其中，每個反應器和各自的PVT生長結構都相對于所述重力方向水平取向，使得所述PVT生長結構中的所述一個或多個單晶的生長方向是基本上水平的或在所述水平角度內；

其中，所述多個反應器中的兩個或更多個反應器用于通過公共真空通道以串聯方式彼此連接，所述公共真空通道能夠連接到真空泵系統以在連接的所述兩個或更多個反應器的內腔中產生和/或控制公共氣相條件。

5.根據權利要求4所述的系統，還包括：

壓力測量系統，所述壓力測量系統包括一個或多個壓力傳感器，所述一個或多個壓力傳感器設置在經由所述公共真空通道連接的所述兩個或更多個反應器中的至少一個反應器中，以執行指示在相應的內腔中達到的氣相條件的壓力的測量；

其中，所述壓力測量系統用于監測所述壓力測量，并輸出用于控制所述真空泵系統的真空控制參數以及輸出用于控制氣體供應系統以在所述內腔中供應形成所述氣相的氣態組分的氣相控制參數，從而在所有連接的內腔中達到并維持基本相同的預定氣相條件；以及

其中，所述氣相條件包括所述氣相的壓力和/或組分。