使用硅碳化物晶种来生产大块硅碳化物的方法和器具技术

本文公开一种生产硅碳化物的方法。本方法包括以下步骤：提供升华炉，其包括炉壳、至少一个位于炉壳外侧的加热元件、和位于炉壳内且由绝热体包围的热区。该热区包括具有位于下区域的硅碳化物晶种前驱物、和位于上区域的硅碳化物晶种。该热区被加热以升华该硅碳化物前驱物而形成硅碳化物于该硅碳化物晶种的底面上。此外，也公开用以生产该硅碳化物的该升华炉以及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】[相关案之交互参照]本专利技术基本上涉及美国临时专利申请案第61/874,620号，申请日为2013年9月6日，该申请的完整内容在此参引合并。
本专利技术基本上涉及升华炉与形成具有低瑕疵密度之大块硅碳化物之方法。
技术介绍
因优异的化学、物理、和电子上的特性，硅碳化物(siliconcarbide,SiC)近年来引起高度的兴趣。特别是大块单晶SiC业已证明在其半导体上的应用是有用的，其包括如作为在电力电子产品中之材料和元件之基板和LED。其它关于此材料的应用也逐步浮现。在本领域中，硅碳化物可使用多种已知的方法进行制备。举例而言，大型单晶硅碳化物可使用物理气相传输法(physicalvaportransport,PVT)进行制备。在此方法中，来源(如硅碳化物粉末)，系提供至长晶炉之高温区中并且加热。此外，晶种(如硅碳化物单晶晶圆)，被提供至低温区。该硅碳化物被加热至升华，并且所产生之蒸气将抵达该较低温且材料将沉积于其上硅碳化物晶种。另外，该来源可为硅颗粒和碳颗粒之混合物，其在加热时，将反应以形成SiC并随之升华且再结晶于该晶种上。当大型的硅碳化物胚晶以长晶炉制成时，该工艺通常是难以控制的。举例而言，工艺的条件，如在该来源和晶种之间的温度梯度是至关重要的，其在长晶程序中需维持恒定，且其通常需在超过2000℃的条件下而历时数天，以为了产生具有完整而一致特性的胚晶。工艺上微小的变化也可导致生长的硅碳化物胚晶的品质产生巨大的改变。此外，在生长持续时，若工艺条件没有妥善的控制，也可能发生晶种和/或生长结晶的升华。另外，产物的品质可被使用于晶体生长腔室的组件的类型所影响，因此，取决于生长条件，有些可能会分解进而在生长时造成化学干扰。如此一来，在升华炉中的硅碳化物生长通常会使结晶中含有瑕疵，如低角度晶界、错位、硅和碳的第二相夹杂、不同的多型夹杂(differentpolytypeinclusions)、和微型管(micropipes)，其将影响材料的表现性能。此外，即使用以长晶的特定条件可被维持以生成高品质的产物，但批次之间的变异仍会产生。因此，举例而言，任何设备的来源、晶种、和组件的变异性产生不一致的产品。由于迄今仍然没有可靠且可重复的硅碳化物升华炉或可有效地且具成本效益地生成高品质的大型硅碳化物结晶的方法。因此，改良硅碳化物生长设备和方法在产业界仍有迫切的需要。
技术实现思路
本专利技术涉及一种生产硅碳化物的方法。该方法包括提供提供一个升华炉，其包括炉壳、至少一个位于炉壳外侧的加热元件、和位于炉壳内且由绝热体包围的热区等步骤。该热区包括具有上区域和下区域的坩埚、密封该坩埚的坩埚罩、位于坩埚的下区域的硅碳化物前驱物、和位于坩埚的上区域的晶种模块，该晶种模块包括具有顶面和暴露于该坩埚之上区域之底面之硅碳化物晶种，该底面面向该硅碳化物前驱物。本方法还包括以该加热元件加热该热区，以升华该硅碳化物前驱物且形成硅碳化物于该硅碳化物晶种之底面。较佳地，该晶种模块包括具有至少一个蒸气释放开口的晶种持件，且该晶种模块位于该晶种持件内。另外，较佳地，该硅碳化物晶种包括至少一晶种保护层于该晶种之顶面。本方法的各种实施例将会进行陈述。本专利技术还涉及用于形成硅碳化物的升华炉，其包括炉壳、至少一个位于炉壳外侧的加热元件、和位于炉壳内且由绝热体包围的热区。该热区包括具有上区域和下区域的坩埚、密封该坩埚的坩埚罩、位于坩埚的下区域的硅碳化物前驱物、和晶种模块，该晶种模块包括位于坩埚的上区域的硅碳化物晶种，该硅碳化物晶种具有顶面和底面，该底面面向该硅碳化物前驱物。本专利技术还涉及制备用于形成硅碳化物于升华炉中的晶种模块的方法。此方法包括提供具有顶面和底面的硅碳化物晶种，并将该硅碳化物晶种置于具有至少一蒸气释放环的晶种持件中以生产该晶种模块等步骤。本专利技术还涉及该晶种模块本身以及该硅碳化物晶种。应该理解的是，上方广义的叙述和下方细节的叙述两者皆仅为示例性和解释性的，而仅意在提供本专利技术的进一步解释，如所请求的。附图说明图1a和1b为用于本专利技术各个实施例的硅碳化物晶种持件之斜视图。图2为用于本专利技术各个实施例的升华炉之示意图。图3a和3b为用于本专利技术各个实施例的升华炉的热区的各种视图。图4为本专利技术各个实施例所生成的硅碳化物胚晶之剖视图。具体实施方式本专利技术涉及用于生产硅碳化物之方法和设备。在本专利技术之形成硅碳化物之方法中，提供一升华炉，其包括炉壳、热区、和包围位于该炉壳内的该热区的绝热体。该炉壳可为本领域任何已知用于高温结晶炉者，包括含有外壁和定义出用于冷却流体循环(如水)的冷却通道的内壁之石英外壳。此外，该炉壳也可为以空气冷却(如从壳底部至顶部)的单壁石英壳。该炉壳由至少一个加热元件所环绕，该加热元件提供热以促使并控制晶体生长。该热区包括具有坩埚罩或坩埚盖的坩埚，且硅碳化物前驱物(在本文有时简称为硅碳化物来源)和硅碳化物晶种两者皆位于该坩埚内。其将各自于后方进行详细的叙述。当绝热体被置于该炉壳内时，该绝热体围绕该热区，且可为任何于本领域已知的具有低热导度且可承受该炉中的温度和条件的材料，其包括，如石墨。较佳地，该绝热体包括多个纤维绝热体，如石墨毡，且该多个层可依据如层的厚度、该炉壳的尺寸、该坩埚的尺寸和形状、该结晶生长条件、以及成本进行变化。较佳地，该绝热体的形状和尺寸符合所使用之坩埚之形状和尺寸且提供足够低的热导度以维持用于长晶所欲的热梯度。举例而言，对于圆柱形坩埚而言，该绝热体较佳地包括具有甜甜圈形状(donutshape)的纤维绝热材料层其被堆迭以环绕该坩埚。较佳地，由绝热体围绕的该热区被封闭于持有容器中，如石英容器，以易于进行处理且维持一致的低热导度。任何存在于该持有容器之外侧和该炉壳的内侧表面之间的间隙可以填入惰性气体或混合气体(如氩气和氮气的组合)。对于本方法，该炉壳、热区、和绝热体可以各种方式组合。举例而言，在一个实施例中，该绝热体被设置在一顶部开放的持有容器中且置于该炉壳内(如在可动或固定的底座上)，其具有围绕该外壳外侧的加热元件，以及包括以该坩埚罩密封且包含该硅碳化物前驱物和该硅碳化物晶种的该坩埚的该热区，其位于该绝热体内以使该绝热体围绕该热区。或者，在另一个实施例中，该绝热体位于该炉壳内，较佳地位于持有容器内，而该坩埚位于该绝缘层内。该硅碳化物来源和该硅碳化物晶种接着置于该坩埚内，其接着可以该坩埚密封。此外，在另一个实施例中，该绝热体位在该热区周围，无论是否含有该来源和该晶种，而该热区和该绝热体一起被置于该炉壳内，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成硅碳化物的方法，包括下列步骤：i)提供升华炉，其包括炉壳、至少一个位于该炉壳外的加热元件、和位于该炉壳内并由绝热物包围的热区，该热区包括a)坩埚，具有上区域和下区域；b)坩埚罩，密封该坩埚；c)硅碳化物前驱物，位于该坩埚的该下区域中；以及d)晶种模块，位于该坩埚的该上区域中，该晶种模块包括硅碳化物晶种，该硅碳化物晶种具有暴露于该坩埚的该上区域的顶面和底面，该底面面向实质上为固体的该硅碳化物前驱物混合物，ii)使用该加热元件加热该热区，以使该硅碳化物前驱物升华；以及iii)形成硅碳化物于该硅碳化物晶种的该底面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.06 US 61/874,6201.一种形成硅碳化物的方法，包括下列步骤：
i)提供升华炉，其包括炉壳、至少一个位于该炉壳外的加热元件、和位于该炉壳内并由
绝热物包围的热区，该热区包括
a)坩埚，具有上区域和下区域；
b)坩埚罩，密封该坩埚；
c)硅碳化物前驱物，位于该坩埚的该下区域中；以及
d)晶种模块，位于该坩埚的该上区域中，该晶种模块包括硅碳化物晶种，该硅碳化物晶
种具有暴露于该坩埚的该上区域的顶面和底面，该底面面向实质上为固体的该硅碳化物前
驱物混合物，
ii)使用该加热元件加热该热区，以使该硅碳化物前驱物升华；以及
iii)形成硅碳化物于该硅碳化物晶种的该底面上。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该晶种模块包括具有至少一个蒸气释放开口的晶种
持件，且该晶种模块位于该晶种持件内。
3.如权利要求2所述的方法，其中，该晶种持件包含多个蒸气释放开口。
4.如权利要求3所述的方法，其中，该晶种持件具有与该硅碳化物的该底面垂直的中心
轴，且其中，该多个蒸气释放开口对称地绕着该中心轴而设置。
5.如权利要求3所述的方法，其中，该硅碳化物晶种为圆形硅碳化物晶圆，且其中，该多
个蒸气释放开口与该中心轴为等距。
6.如权利要求2所述的方法，其中，该坩埚包括具有一个或更多排气孔，该热区还包括
包含一个或更多孔洞的至少一个蒸气释放环，且其中，该蒸气释放环位于该晶种持件的顶
端，而该孔洞的至少一者与该坩埚的该排气孔的至少一者对齐。
7.如权利要求2所述的方法，其中，该蒸气释放开口位于该硅碳化物晶种的该底面下方
的位置。
8.如权利要求1所述的方法，其中，该硅碳化物晶种的该顶面包括晶种保护层。
9.如权利要求8所述的方法，其中，该晶种保护层具有小于约250微米的厚度。
10.如权利要求8所述的方法，其中，该晶种保护层具有小于约100微米的厚度。
11.如权利要求10所述的方法，其中，该晶种保护层的该厚度为约10微米至约90微米。
12.如权利要求10所述的方法，其中，该晶种保护层的该厚度为约30微米至约80微米。
13.如权利要求10所述的方法，...

【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