用来生产大块硅碳化物的器具制造技术

揭露一种生产硅碳化物之方法。本方法包含提供升华炉之步骤，该升华炉包含炉壳、至少一个置于该炉壳外之加热元件、以及置于该炉壳内通过绝缘物围绕之热区。该热区包含坩埚，该坩埚具有置于其下部区中之硅碳化物先驱物及置于其上部区中之硅碳化物晶种。将该热区加热以令该硅碳化物先驱物升华，在该硅碳化物晶种之底部表面上形成硅碳化物。亦揭露用以生成硅碳化物的升华炉以及所产生的硅碳化物材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用来生产大块枯碳化物的器具 相关申请案交叉引用 本申请案系关于2013年9月6日所提出的美国临时专利申请第61/874,633号。该专 利申请案的完整内容系引用合并于本文中。
本专利技术系关于升华炉及用于制备低缺陷密度的大块娃碳化物之方法。
技术介绍
娃碳化物（SiC)近年来，因其突出的化学、物理及电气特性而受到明显关注。尤其 是，已发现大块单晶SiC有用于半导体应用，包括如：功率电子设备中之组件所用材料之基 材及LED。此种材料的其它应用也开始出现。[000引娃碳化物能通过各种所属领域已知的方法予W制备。例如，已使用物理气相传输 (PVT)法制备娃碳化物之大型单晶。运种方法在晶体生长炉的高溫区中提供如粉状娃碳化 物之来源，并且予W加热。还在较低溫区中提供如娃碳化物单晶晶圆之晶种。娃碳化物系加 热至升华，并且产生的蒸汽抵达上有材料沉积之较冷娃碳化物晶种。或者，该来源可为娃与 碳粒子之混合物，其在加热时，起反应作用而形成SiC，SiC随后升华并且在该晶种上再结 晶。 虽能使用晶体生长炉生成娃碳化物之大型梨晶（boules)，但运个工艺通常难W控 审IJ。例如，关键在于工艺条件，如来源与晶种之间的溫度梯度在整个晶体生长工艺期间保持 固定，运一般是在大于2000°C的情况下进行数日，W便生成各处特性一致的梨晶。工艺条件 的小改变会使所生长娃碳化物梨晶的品质产生大变化。再者，随着生长进行，若未妥善控制 工艺条件，还会出现晶种及/或生长中的晶体之升华。另外，产品的品质还会受晶体成长室 中所用组件的类型所影响，运是因为基于生长条件，有些可能会分解，从而化学干扰该生 长。所W，升华炉中生长的娃碳化物通常在晶体中含有缺陷，如:低角度晶界、错位、Si与C第 二相内含物、不同多型体内含物、W及微管线，其影响材料的效能特性。再者，即使能维持单 晶生长工艺的特定条件W生成高品质产品，通常亦会出现批次变异性，运是因为例如：来 源、晶种、或器具之组件会造成在产品中的不一致性。 基于运个理由，到目前还没有一种能有效且符合成本效益生成高品质大型娃碳化 物单晶的可靠且可重复的娃碳化物升华炉或方法。因此，业界对于改良型娃碳化物生长器 具及方法是有需求的。
技术实现思路
本专利技术系关于用于制备娃碳化物之升华炉，其包含炉壳、至少一个置于炉壳外之 加热元件、W及置于该炉壳内通过绝缘物围绕之热区。该热区包含具有上部区与下部区之 相蜗、将该相蜗密封之相蜗盖、置于相蜗下部区中之实质固态娃碳化物先驱物、W及置于相 蜗上部区中之晶种模块，该晶种模块包含娃碳化物晶种，该娃碳化物晶种具有曝露至该相 蜗上部区之顶部表面与底部表面，该底部表面面向实质固态娃碳化物先驱物。较佳的是，该 晶种模块包含具有至少一个蒸汽释离开口之晶种保持器，并且该娃碳化物晶种系置于该晶 种保持器内。亦较佳的是，该娃碳化物晶种在该晶种的顶部表面上包含至少一个晶种保护 层。描述该升华炉之各个具体实施例。 要理解的是，前述
技术实现思路
及底下的实施方式两者仅属例示性及说明性，而目的 是要对本专利技术（如申请专利范围）提供进一步说明。【附图说明】 图la及图化为本专利技术各个具体实施例中所用娃碳化物晶种之透视图。 图2为本专利技术各个具体实施例中所用升华炉之示意图。 图3a及图3b显示本专利技术各个具体实施例中所用升华炉热区之各个图示。 图4显示本专利技术一具体实施例所生成娃碳化物梨晶之剖面图。【具体实施方式】 本专利技术系关于用于生产娃碳化物之方法及器具。 在本专利技术形成娃碳化物之方法中，提供包含炉壳、热区、W及绝缘物之升华炉，其 中，该绝缘物围绕该炉壳中的该热区。该炉壳可为所属领域中用于高溫结晶炉之任何已知 者，包括含有界定冷却流体(如:水)循环之冷却通道之外壁与内壁之石英壳，。另外，该炉壳 还可为附有空气冷却之单壁型石英壳(如:从壳体底部至顶部者）。该炉壳系由至少一加热 元件围绕，该加热元件提供热W促进并且控制晶体生长。 该热区包含附有相蜗盖或罩之相蜗，并且娃碳化物先驱物(本文有时称为娃碳化 物源)及娃碳化物晶种两者系置于该相蜗内。运些在下面各有更详细的说明。绝缘物在置于 该炉壳内时围绕该热区，并且可为所属领域中具备低导热性之任何已知材料(包括例如:石 墨），其进一步能够耐受炉体内的溫度及状况。较佳的是，该绝缘物包含复数层纤维状绝缘 物(如:石墨拉），且该层件数目能随例如层件厚度、炉壳尺寸、相蜗尺寸与形状、晶体生长状 况、W及成本而改变。较佳的是，该绝缘层之形状及维度符合所用相蜗之形状及尺寸，并且 提供足W令晶体生长维持所需热梯度之低导热性。例如，对于圆柱形相蜗，绝缘物较佳是包 含具有甜甜圈形状之纤维状绝缘材料层，其系堆迭成将相蜗围绕。较佳的是，该绝缘物所围 绕之热区被保持容器(如:石英容器）围蔽，目的是为了便于处理并且维持持续的低的导热 性。任何介于该保持容器外侧与该炉壳内面的间隙，都能W惰性气体或气体混合物(如:氣 与氮之组合)予W填充。 本方法能用各种方式将炉壳、热区及绝缘物组合。例如，在一个具体实施例中，绝 缘物系设于上开式保持容器内，并且置于炉壳(如:可移动式或静置式台座）内，该炉壳在壳 体外侧及热区周围具有加热元件，该加热元件包含W相蜗盖予W密封之相蜗，W及含有娃 碳化物先驱物，并且娃碳化物晶种系置于该绝缘物内，W致绝缘物将热区围绕。或者，在另 一具体实施例中，绝缘物系置于炉壳内，较佳是在保持容器内，并且相蜗系置于绝缘物内。 接着将娃碳化物源及娃碳化物晶种置放于相蜗内，然后能W相蜗盖将相蜗密封。而且，在另 一具体实施例中，绝缘物系置于热区周围，附有或不附有来源及晶种，并且亦将热区及绝缘 物置于炉壳内，较佳系搭配保持容器使用。不管顺序如何，热区较佳系沿着壳体之垂直中屯、 轴水平(例如:轴向）置于炉壳之中屯、。沿着中屯、轴垂直安置系取决于例如加热元件之类型 及位置(下面有说明），w及待生成的理想热梯度。较佳的是，热区系垂直置于炉壳中屯、W及 围绕炉壳之加热元件之中屯、处或上面。能调整特定垂直定位W得到最佳生长效能。在相蜗 设有娃碳化物源及晶种后，接着能W盖体将相蜗密封。其它组合也可行，并且是所属领域具 备普通技术者已知者。视需要将多孔滤材(如：多孔石墨滤材)置于娃碳化物先驱物与娃碳 化物晶种之间。 升华炉一旦组装完成，为了使该娃碳化物先驱物升华，本专利技术之方法进一步包含 W加热元件加热热区之步骤，藉W在该娃碳化物晶种上形成娃碳化物。加热元件可为所属 领域任何已知能够将炉壳内（更尤指相蜗内）之溫度变更者，用W造成来源升华。该加热元 件可为单一元件，或能包含多个元件(较佳的是可对其提升控制者）。本专利技术之加热元件较 佳为感应加热器，其在炉壳外侧缠绕，并且能够W感应方式与炉壳内之组件(尤其是相蜗） 禪接。另外，为了要测量、维持、及/或控制相蜗内的溫度，热区还可包含至少一置于相蜗上 面之热瞄准管。此管件较佳系穿过相蜗盖至位于娃碳化物晶种上面的位置。能从那里测量 到溫度值，并且若有必要，能变更送至加热元件之功率，W确保所需晶体生长条件得W维 持。 如上所述，热区包含相蜗、相蜗盖、娃碳化物先驱物、W及娃碳化物晶种。相蜗可为 所属领域已知能够耐受升华炉内所出现状况的任何相蜗。相蜗及相蜗罩较佳系包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成硅碳化物的升华炉，其包含炉壳、至少一个置于该炉壳外的加热元件、以及置于该炉壳内通过绝缘物围绕的热区，该热区包含a)具有上部区及下部区的坩埚；b)将该坩埚密封的坩埚盖；c)置于该坩埚的该下部区中的实质固态硅碳化物先驱物；以及d)置于该坩埚的该上部区中的晶种模块，该晶种模块包含硅碳化物晶种，该硅碳化物晶种具有曝露至该坩埚的该上部区的顶部表面及底部表面，该底部表面面向该实质固态硅碳化物先驱物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·V·德切夫，P·萨坦纳日哈瓦，A·M·安德凯威，D·S·李特尔，
申请(专利权)人：GTAT公司，
类型：发明
国别省市：美国;US