在SiC晶体升华生长中，在坩埚中装入具有间隔开的位置关系的SiC源材料和SiC籽晶，并且在该生长坩锅内的籽晶周围设有阻隔件。所述阻隔件在生长坩埚内的第一侧限定其中SiC单晶在SiC籽晶上生长的生长区域。所述阻隔件在生长坩埚内的第二侧限定位于SiC籽晶周围的蒸气捕获阱。将生长坩埚加热至SiC生长温度，由此SiC源材料升华并形成被输送至生长区域的蒸气，在生长区域中，蒸气通过在SiC籽晶上沉积而使SiC晶体生长。该蒸气的一部分进入蒸气捕获阱，在该蒸气捕获阱中，蒸气在SiC晶体生长期间从生长区域被除去。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及SiC单晶的物理气相传输生长。
技术介绍
4H和6H多型碳化硅的晶片被用作晶格匹配衬底，以使SiC和GaN的取向附生层生长，这些取向附生层被用于制造电カ和RF应用的SiC基半导体设备和GaN基半导体设备。通过被普遍称为物理气相传输(PVT)的升华技术来以エ业规模生长SiC单晶。PVT 生长通常在石墨坩埚中进行，该石墨坩埚装有通常放在坩埚底端的固体SiC升华源材料， 以及通常放在坩埚顶端的SiC单晶种。升华源材料通常为独立合成的多晶SiC颗粒。将装载好的坩埚放于炉中，并加热至生长温度，该生长温度通常介于2000°C与M00°C之间。在生长期间，一般保持源材料的温度比籽晶的温度高约10°c至200°C。达到合适的高温吋，升华源蒸发，并且诸如Si、Si2C和/或SiC2等蒸气种类填充坩埚内部。升华源和籽晶之间的温差迫使蒸气种类迁移，并在籽晶上凝结从而使SiC单晶在籽晶上生长。为了控制生长速率以利于获得良好的晶体质量，在惰性气体低压下(通常为1 托至100托)进行PVT生长。通常，使用这种基础PVT构造生长的SiC晶体具有结构缺陷，如夹杂、微管和位错。 通常认为，夹杂有碳、硅和异源多型物是由气相化学计量比的偏差造成的，其通常以Si:C 原子比表示。众所周知，SiC是以在蒸气中Si:C的原子比大于1这样的方式不均衡升华的。 根据SiC源的条件(如颗粒结构和尺寸、多型組成、化学计量比、温度等)，在升华源材料上方的蒸气中的Si:c比可高达1. 5或更高。如果蒸气中的Si:C比过高，在处于生长之中的SiC 晶体中就会形成硅夹杂物。反之，如果蒸气中的Si:c比过低，在处于生长之中的SiC晶体中就会形成碳夹杂物。还据信，六角4H和6H多型SiC单晶的稳定生长需要使用富含碳的气相，而异源多型夹杂物(如15R)是由气相化学计量比的偏差造成的。当SiC升华源材料含有金属杂质时，长成的碳化硅单晶中就会存在金属碳化物的夹杂物。PVT长成的SiC单晶中的夹杂物导致局部应力，其通过位错和微管的生成、倍増和移动而减轻。当SiC单晶晶片被用作GaN或SiC取向附生的衬底时，衬底上存在有夹杂物、 微管和位错对取向附生层的质量和在所述取向附生层上形成的半导体设备的性能是有害的。自PVT生长技术初始，已开发了众多エ艺改进来提高长成的晶体质量和降低缺陷愈阵也/又。例如，Hunter的美国专利No. 5，858，086 (以下简称为“ ‘086专利”)披露了通过升华使AlN (氮化铝)晶体生长的系统。附图说明图1示出了在‘ 086Himter专利中披露的系统的示意图，其中蒸气2从AlN源材料4进入空间6 (空间6位于AlN籽晶8之前)，并且在籽晶8上沉积，从而使AlN晶体10生长。随着AlN晶体10进行生长，围绕在生长之中的AIN晶体10周围的蒸气2变得迟缓、被污染并逐渐不适于高质量AlN晶体10的生长。为了避免这ー缺陷，在AlN籽晶8和AlN晶体10要生长的所在空间周围放置穿孔阻隔件12。如图1所示， 阻隔件12向AlN源4延伸。生长坩锅14中环绕阻隔件12的那部分被构造成与阻隔件12 一起限定间隙16，间隙16能够使蒸气2的一部分如箭头18所示通过穿孔阻隔件12，从而使该部分蒸气通过ー个或多个通气孔19从生长坩埚14的内部逸出至生长坩埚14外部的空间。Balakrishna等的美国专利No. 5，985，OM披露了一种用于高纯度SiC单晶生长的系统。图2示出了在Balakrishna等的专利中披露的系统的示意图，其中来自升华源材料 22的硅蒸气20向SiC籽晶M上升，其中硅蒸气20与由外源提供的含碳气体沈混合。由含Si蒸气和含C蒸气之间的反应而产生SiC蒸气观到达SiC籽晶24，并在其上沉积，使 SiC晶体30在SiC籽晶M上生长。用过的SiC蒸气观、气体和气态杂质经由介于SiC晶体30与保护性衬里36 (理想地由高纯度碳化硅或碳化钽制成)之间的间隙34以及位于生长坩埚32顶部的ー个或多个孔或通气ロ 38，从生长坩锅32的内部逸出至生长坩锅32外部的空间。Hunter的美国专利No. 6，045，613 (以下简称为“ ‘613专利，，)披露了如图3所示的SiC晶体生长系统，其中来自Si升华源材料50的Si蒸气48与C气体或N气体52 —起向SiC或SiN单晶种M上升，在这里，它们分別形成生长之中的SiC或SiN晶体56。(图3 所示的生长系统也可用于生长AlN晶体)。类似于‘086专利(图1)，用过的或受污染的气体以及蒸气48、52通过设在生长坩埚59顶部的一个或多个通气ロ或孔58从生长坩埚59逸出。一旦蒸气48、52逸出到生长坩锅59的外部，其就会被位于生长坩埚外部的特定吸气炉 (未示出)除去。Hunter的美国专利No. 6，086，672披露了用于AlN-SiC合金晶体生长的系统，其类似于在上述‘086Hunter专利(图1)中披露的生长系统。Tsvetkov等的美国专利No. 7，323，052披露了含有密度降低的点缺陷的SiC单晶的升华生长。据信，该缺陷的原因是蒸气中含过多的硅。图4中示出了在该专利中公开的装置的示意图，其中石墨生长坩锅60限定升华容器62，在容器62的底部具有SiC升华源材料64，并且在容器62的顶部的支架68上设置有SiC晶种66。为了优化在SiC晶体70在籽晶66上生长期间的蒸气化学计量学，SiC蒸气74的一部分经由位于生长坩埚60顶部的 ー个或多个出ロ 72，从生长坩锅60的内部排出至位于生长坩锅60外部的容器或空间76。 容器76被限定在生长坩埚60的外部与炉腔的外壁78之间。合适的阻隔材料80通常存在于容器76中。一般来说，由高密度、小晶粒石墨制成的坩埚用于SiC晶体升华生长。这里，高密度或致密的石墨是这样的石墨其密度为1. 70g/cm3至1. 85g/cm3、粒度为几微米至几十微米并且孔隙率为10 %的级别。本领域技术人员可以认识到这类石墨对于常规气体是高度渗透的，这些气体例如是N2、Ar、He、C0、C02、HCl等。然而，致密石墨对SiC升华形成的蒸气(如 Si、Si2C和SiC2)表现出非常低的滲透性。在SiC升华生长期间，从由致密石墨制成的封闭坩埚中流失的蒸气通常不超过几克，这不足以使得从坩埚中除去足够或所需的蒸气。致密石墨对含Si蒸气的这种低渗透性是在上述现有技术的生长坩埚中设置特定的孔或通气ロ 以实现通气目的的主要原因。还已知，低密度多孔的石墨能够对由SiC升华形成的含Si蒸气种类表现出较高的滲透性。这里，低密度石墨是这样的石墨其密度为0. 8g/cm3至1. 6g/cm3、孔隙率介于30% 与60%之间并且孔径介于1微米与100微米之间。在Tsvetkov等的美国专利No. 7，323，052 中利用了低密度石墨的这些特性，其中，可替代图4示出的出口 72的是，生长坩埚60的一个或多个部分可由特别对原子硅蒸气具有滲透性的低密度石墨制备。Si原子通过扩散穿过低密度石墨进入容器76中从而从生长坩锅60的内部逸出，由此降低在容器62的SiC晶体 70生长区域中的蒸气74的Si含量。总之，上述现有技术教导了通过以下方式从环绕在生长之中的晶体周围的空间部分地除去蒸气本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：阿维纳什·K·古普塔，伊利娅·茨维巴克，爱德华·西门纳斯，瓦拉塔拉詹·伦加拉詹，马库斯·L·盖特金，
申请(专利权)人：IIVI有限公司，
类型：发明
国别省市：
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