[发明专利]从硅碳化物先驱物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的加热元件、和位于炉壳内由绝热体包围的热区。热区包括具有位于下区域的硅碳化物先驱物和位于上区域的硅碳化物晶种的坩埚。热区经加热以升华硅碳化物先驱物，于硅碳化物晶种的底部表面形成硅碳化物。同样公开用以生产硅碳化物的升华炉以及所生产的硅碳化物材料。

[相关申请之交互参照]

本发明系关于2013年9月6日申请之美国临时发明专利申请案第61/874,606号。此专利之全部内容在此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明系关于升华炉与制备具有低瑕疵密度的大块硅碳化物的方法。

背景技术

因优异的化学、物理、和电子特性，硅碳化物(silicon carbide,SiC)近年来引起高度的兴趣。特别是，已发现大块单晶SiC在半导体上的应用，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，大型单晶硅碳化物已使用物理气相传输(physical vapor transport,PVT)法进行制备。在此方法中，来源，如硅碳化物粉末，被提供至长晶炉之高温区中并加热。此外，晶种，如硅碳化物单晶晶圆，被提供至低温区。硅碳化物被加热至升华，且使所得蒸气抵达较低温之硅碳化物晶种而材料沉积于其上。或者，来源可为硅颗粒和碳颗粒之混合物，其在加热时反应以形成SiC，随后升华且再结晶于晶种之上。

当大型的硅碳化物胚晶以长晶炉制成时，工艺通常是难以控制的。举例而言，工艺的条件，如在来源和晶种之间的温度梯度是至关重要的，其在长晶过程(通常需在超过2000℃下耗时数天)中需维持恒定，以产生具有完整而一致特性的胚晶。工艺上微小的变化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，也可能发生晶种及/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，因为，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在结晶中含有瑕疵，如低角度晶界、错位、硅和碳的第二相夹杂、不同的多型夹杂(polytype inclusion)、和微型管(micropipe)，其将影响材料的表现性能。此外，即使用于长单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典型常见，因为，举例而言，器具的来源、晶种、和组件的任何变异性可产生不一致的产品。

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单晶的方法。因此，改良硅碳化物生长器具和方法在产业界仍有需要。

发明内容

本发明系关于一种生产硅碳化物的方法。该方法包括提供提供升华炉，其包括炉壳、至少一个位于炉壳外的加热元件、和位于炉壳内由绝热体包围的热区的步骤。该热区包括具有上区域和下区域的坩埚、密封坩埚的坩埚罩、和位于坩埚的下区域的实质上为固体的硅碳化物先驱物。在一个具体实施例中，先驱物为实质上为固体的硅碳化物先驱物混合物，其包括经由加热含有硅颗粒和碳颗粒之颗粒混合物所制备的硅碳化物。在另一个具体实施例中，先驱物为经由加热颗粒硅碳化物所制备。硅碳化物晶种位于坩埚的上区域，硅碳化物晶种具有顶部表面和底部表面，其底部表面面向实质上为固体的硅碳化物先驱物混合物。此方法还包括使用加热元件加热热区使实质上为固体的硅碳化物先驱物升华并形成硅碳化物于硅碳化物晶种之底部表面。本方法的各种具体实施例将被陈述。