单晶成长的方法技术

一种单晶成长的方法包含：放置多晶源材料于单晶成长机台的腔室中。放置晶种层于单晶成长机台的腔室中，且晶种层固定于单晶成长机台的上盖下。借由单晶成长机台的加热器加热多晶源材料以沉积半导体材料层于晶种层上。在沉积半导体材料层之后，提供冷却气体于上盖的背侧以冷却晶种层与半导体材料层。以冷却晶种层与半导体材料层。以冷却晶种层与半导体材料层。

【技术实现步骤摘要】
单晶成长的方法


[0001]本专利技术的一些实施方式是关于一种单晶成长的方法，尤其是关于如何冷却晶体的方法。

技术介绍

[0002]物理气相传输(physical vapor transport，PVT)为一种适合用于形成晶体(例如碳化硅)的技术。在形成晶体材料或冷却晶体材料期间，晶体中的温度梯度变化所造成的热应力(thermal stress)容易造成晶体中不同种类的缺陷，例如微管(Micro
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pipe)、基面差排(basal plane dislocation)、穿透刃状差排(threading edge dislocation)等。这些缺陷可能会使后续形成的半导体元件良率下降。

技术实现思路

[0003]根据本专利技术的一些实施方式，一种单晶成长的方法包含：放置多晶源材料于单晶成长机台的腔室中。放置晶种层于单晶成长机台的腔室中，且晶种层固定于单晶成长机台的上盖下。借由单晶成长机台的加热器加热多晶源材料以沉积半导体材料层于晶种层上。在沉积半导体材料层之后，提供冷却气体于上盖的背侧以冷却晶种层与半导体材料层。
[0004]根据本专利技术的一些实施方式，提供冷却气体于上盖的背侧以使得晶种层的温度梯度大于半导体材料层的温度梯度。
[0005]根据本专利技术的一些实施方式，方法还包含改变冷却气体的流速。
[0006]根据本专利技术的一些实施方式，单晶成长机台还包含置于上盖上的保温盖，保温盖具有复数个开口，其中提供冷却气体于上盖的背侧包含自供气源提供冷却气体至保温盖的开口，使得冷却气体于开口以及保温盖与上盖之间的间隙间流通。
[0007]根据本专利技术的一些实施方式，冷却气体包含惰性气体。
[0008]根据本专利技术的一些实施方式，一种单晶成长的方法包含放置多晶源材料于单晶成长机台的腔室中。放置晶种层于单晶成长机台的腔室中，且晶种层固定于单晶成长机台的上盖下。借由单晶成长机台的加热器加热多晶源材料以沉积半导体材料层于晶种层上。在沉积半导体材料层之后，借由加热器降低腔室的温度。在借由加热器降低腔室的温度时，提供冷却气体于上盖以冷却晶种层。
[0009]根据本专利技术的一些实施方式，上述的方法还包含改变冷却气体提供至上盖的温度。
[0010]根据本专利技术的一些实施方式，当晶种层冷却至决定温度时，停止提供冷却气体至上盖。
[0011]根据本专利技术的一些实施方式，上述的方法还包含在提供冷却气体之前，预热冷却气体。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，在借由加热器降低腔室的温度的期间，冷却气体提供至上盖的温度维持在定值。
[0013]本专利技术的实施方式提供一些优势。使用提供于上盖背侧的冷却气体可使晶种层与部分半导体材料层的温度梯度增加。据此，因内部应力致使产生的缺陷较易于形成在晶种层与靠近晶种层的部分半导体材料层中，而不继续往下成长至半导体材料层中以破坏半导体材料层单晶的均匀性。
附图说明
[0014]图1绘示本专利技术的一些实施方式的单晶生长工艺的流程图。
[0015]图2至图4A绘示本专利技术的一些实施方式中的单晶成长工艺的中间阶段。
[0016]图4B绘示图4A中的单晶成长机台的温度分布。
[0017]图5与图6绘示本专利技术的一些实施方式中，在冷却半导体材料层期间的可调整的设备参数。
[0018]图7绘示本专利技术的一些实施方式中的单晶成长工艺的中间阶段。
[0019]图8至图11绘示本专利技术的另一些实施方式中，在冷却半导体材料层期间的可调整的设备参数。
具体实施方式
[0020]本专利技术的一些实施方式可减少欲生长的晶体中的缺陷。具体而言，本专利技术的一些实施方式在单晶生长结束后的晶体冷却期间，利用提供于晶体背侧的冷却气体来冷却部分晶体区域，使晶体中的缺陷可被限制在靠近晶种层处。据此，因内部应力致使产生的缺陷便不会延伸至整个晶体中。
[0021]图1绘示本专利技术的一些实施方式的单晶生长工艺100的流程图。应了解到，在这些实施方式中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。在工艺100的操作102中，放置多晶源材料于单晶成长机台的腔室中。在一些实施方式中，单晶成长机台为如图2所示的单晶成长机台200。在一些实施方式中，单晶成长机台200为物理气相传输(physical vapor transport，PVT)机台。
[0022]图2绘示本专利技术的一些实施方式中的单晶成长工艺100的中间阶段。单晶成长机台200的外壳可由侧壁202、保温盖204与基座206构成。侧壁202、保温盖204与基座206由热导绝缘材料组成，使内部的晶体(即图3中的半导体材料层SM)可在高温下形成，而不受外界的温度影响。保温盖204中包含复数个开口204a，用于在后续的冷却工艺中引入冷却气体。在一些实施方式中，可将遮盖204b(例如栓塞或是可移动遮盖)置于开口204a中，以在单晶成长的加热期间提供热绝缘。用于提供单晶生长空间的坩埚212与上盖214置于外壳内，其中上盖214位于保温盖204下方。坩埚212与上盖214由耐热材料组成，例如石墨或其他合适的材料。在一些实施方式中，坩埚212与上盖214可承受至约摄氏2800度的温度。加热器220包围单晶成长机台200的外壳。举例而言，加热器220可螺旋状地环绕单晶成长机台200的外壳，因此在图2中绘示螺旋状加热器220的断面。单晶成长机台200可还包含连接加热器220的控制器230。在单晶成长期间，控制器230控制加热器220以提供所需的热能。此外，依据不同的情况，可使用控制器230调整加热器220的温度与温度上升/下降速率。
[0023]多晶源材料SO置于坩埚212内的腔室。多晶源材料SO为固体，例如粉体。可根据欲成长的晶体来选择多晶源材料SO的种类。举例而言，在欲生长碳化硅(SiC)晶体的情况下，
则多晶源材料SO主要由碳化硅制成。
[0024]接着，回到图1，在工艺100的操作104中，放置晶种层于单晶成长机台的腔室中。晶种层SE固定在上盖214下，且面向坩埚212内的腔室。在一些实施方式中，晶种层SE由与多晶源材料SO相同的材料制成。举例而言，当多晶源材料SO由碳化硅制成时，晶种层SE也是由碳化硅制成的单晶材料。
[0025]接着，回到图1，在工艺100的操作106中，借由单晶成长机台的加热器加热多晶源材料以沉积半导体材料层于晶种层上。具体而言，如图3所示，待多晶源材料SO与晶种层SE都放置完成，即可使用控制器230控制加热器220以加热多晶源材料SO。在加热过程中，坩埚212的腔室的下部的温度比上盖214附近的温度高。待坩埚212的腔室的下部的温度到达多晶源材料SO的升华点时，多晶源材料SO升华成气体。升华的气体移动至温度较低的上盖214下的晶种层SE处，并在晶种层SE上沉积半导体材料层SM。在一些实施方式中，在加热多晶源材料SO之前，可使用遮盖204b堵住开口204a，以提供良好的热绝缘。在一些实施方式中，若多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶成长的方法，其特征在于，包含：放置多晶源材料于单晶成长机台的腔室中；放置晶种层于该单晶成长机台的该腔室中，且该晶种层固定于该单晶成长机台的上盖下；借由该单晶成长机台的加热器加热该多晶源材料以沉积半导体材料层于该晶种层上；及在沉积该半导体材料层之后，提供冷却气体于该上盖的背侧以冷却该晶种层与该半导体材料层。2.根据权利要求1所述的方法，其中提供该冷却气体于该上盖的该背侧以使得该晶种层的温度梯度大于该半导体材料层的温度梯度。3.根据权利要求1所述的方法，其中还包含改变该冷却气体的流速。4.根据权利要求1所述的方法，其中该单晶成长机台还包含保温盖，置于该上盖上，该保温盖具有复数个开口，其中提供该冷却气体于该上盖的该背侧包含自供气源提供该冷却气体至该保温盖的至少该些开口，使得该冷却气体于该些开口以及该保温盖与该上盖之间的间隙间流通。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈中怡，
申请(专利权)人：鸿海精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：