[发明专利]生产大块硅碳化物的方法

说明书

一种生产硅碳化物的方法，该方法包含提供升华炉的步骤，该升华炉包含炉壳、至少一个置于炉壳外的加热元件、以及置于炉壳内通过绝缘物围绕的热区。该热区包含坩埚，该坩埚具有置于其下部区中的硅碳化物先驱物及置于其上部区中的硅碳化物晶种。将该热区加热以令硅碳化物先驱物升华，在硅碳化物晶种的底部表面上形成硅碳化物。本发明亦揭露用以生成硅碳化物的升华炉以及所产生硅碳化物材料。

相关申请案交叉引用

本申请案系关于2013年9月6曰所提出的美国临时专利申请第61/874,597号。该专利申请案的完整内容系引用合并于本文中。

技术领域

本发明系关于升华炉及用于制备低缺陷密度的大块硅碳化物之方法。

背景技术

硅碳化物(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。

硅碳化物能通过各种所属领域已知的方法予以制备。例如，已使用物理气相传输(PVT)法制备硅碳化物之大型单晶。这种方法在晶体生长炉的高温区中提供如粉状硅碳化物之来源，并且予以加热。还在较低温区中提供如硅碳化物单晶晶圆之晶种。硅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硅碳化物晶种。或者，该来源可为硅与碳粒子之混合物，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硅碳化物之大型梨晶(boule)，但这个工艺通常难以控制。例如，关键在于工艺条件，如来源与晶种之间的温度梯度在整个晶体生长工艺期间保持固定，这一般是在大于2000℃的情况下进行数日，以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硅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，这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。所以，升华炉中生长的硅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、以及微管线，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以生成高品质产品，通常亦会出现批次变异性，这是因为例如：来源、晶种、或器具之组件会造成在产品中的不一致性。

基于这个理由，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硅碳化物单晶的可靠且可重复的硅碳化物升华炉或方法。因此，业界对于改良型硅碳化物生长器具及方法是有需求的。

发明内容

本发明系关于用于生产硅碳化物之方法。本方法包含提供升华炉之步骤，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。该热区包含具有上部区与下部区之坩埚、将该坩埚密封之坩埚盖、置于坩埚下部区中之实质固态硅碳化物先驱物、以及置于坩埚上部区中之晶种模块，该晶种模块包含硅碳化物晶种，硅碳化物晶种具有曝露至该坩埚上部区之顶部表面与底部表面，该底部表面面向实质固态硅碳化物先驱物。本方法更包含下列步骤：以加热元件加热热区，以使实质固态硅碳化物先驱物升华、以及在硅碳化物晶种之底部表面上形成硅碳化物。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，并且硅碳化物晶种系置于晶种保持器内。还较佳的是，硅碳化物晶种在晶种的顶部表面上包含至少一个晶种保护层。描述本方法之各个具体实施例。

要理解的是，前述发明内容及底下的实施方式两者仅属例示性及说明性，而目的是要对本发明(如权利要求书)提供进一步说明。

附图说明

图1a及1b为本发明各个具体实施例中所用硅碳化物晶种之透视图。

图2为本发明各个具体实施例中所用升华炉之示意图。

图3a及3b显示本发明各个具体实施例中所用升华炉热区之各个图示。