[发明专利]使用硅碳化物晶种来生产大块硅碳化物的方法和器具

说明书

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。

[相关案之交互参照]

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

因优异的化学、物理、和电子上的特性，硅碳化物(silicon carbide,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(physical vapor transport,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(different polytypeinclusions)、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。

发明内容

本发明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。

本发明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。