相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求享受2015年2月5日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/112622的優(yōu)先權(quán)，其全文通過引入納入本文。

背景

1.領(lǐng)域

本公開涉及sic的物理氣相傳輸法(pvt)生長，更具體而言，涉及構(gòu)造pvt設(shè)備。

2.現(xiàn)有技術(shù)

碳化硅，sic，是一種晶體半導(dǎo)體材料，熟悉材料科學(xué)、電子學(xué)以及物理學(xué)的人員公認(rèn)其因具有寬能帶隙性質(zhì)、超高的強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率以及化學(xué)惰性性質(zhì)而具有優(yōu)勢。這些性質(zhì)使得sic成為一種對于功率半導(dǎo)體裝置的制造而言十分吸引人的半導(dǎo)體，使得功率密度和性能的提升優(yōu)于由諸如硅這樣的更加普通的材料制成的裝置。

sic最普通的形態(tài)由以立方體或六方體排布的原子構(gòu)成。si和c層的堆疊可采用多種形式，稱為多型體。碳化硅晶體的類型由表示堆疊序列中重復(fù)單元數(shù)量的數(shù)字后加代表晶型的字母來表示。例如，3c-sic多型體表示重復(fù)單元為3和立方(c)晶格，而4h-sic多型體則表示重復(fù)單元為4和六方體(h)晶格。

不同的碳化硅多型體在材料性質(zhì)上具有一些差別，特別是在電性質(zhì)上具有顯著差異。4h-sic多型體具有相對較大的能帶隙，而3c-sic具有相對較小的能帶隙，大部分其它多型體的能帶隙落入這兩者之間。對于高性能的功率裝置應(yīng)用，當(dāng)能帶隙較大時，理論上，該材料更有能力提供相對更高的高功率和熱導(dǎo)率性能。

自然界中不存在sic晶體，因此其必須依靠合成。sic的生長可通過升華/物理氣相傳輸或化學(xué)氣相沉積來進(jìn)行。

利用種晶升華使sic生長具有很大的挑戰(zhàn)性。在種晶升華中，需要超過2000℃的溫度來通過升華產(chǎn)生si/c物質(zhì)的蒸氣流，這大大限制了反應(yīng)室組件和爐的設(shè)計。原本使用利用諸如艾奇遜法(acheson)這樣的工藝形成的sic粗料作為晶體的si和c原子的來源，隨著技術(shù)越來越成熟，團(tuán)隊研發(fā)出了用于合成sic晶體生長專用的sic源材料粉末的手段。利用感應(yīng)來加熱石墨容器。小心地使容器隔熱化，以在體積內(nèi)產(chǎn)生受控的溫度梯度。使用晶種，且晶種通常成形為板狀或盤狀。通常利用晶種朝向源材料的生長表面來使該晶種取向。對容器中晶種的位置進(jìn)行設(shè)計，以使當(dāng)加熱容器時，晶種位于溫度相對較低的位置，而si-c源材料位于溫度相對較高的位置。當(dāng)容器被加熱至足以升華源材料的溫度時，蒸氣會向低溫區(qū)域移動，并且在晶種上凝結(jié)。盡管這種設(shè)備的構(gòu)思簡單，但實踐中sic的生長十分復(fù)雜，實踐者公認(rèn)其很難實施。

報導(dǎo)了一些用于升華生長的爐設(shè)計。duncan等人(《晶體生長期刊11》(journalofcrystalgrowth11)，(1971)，p.50-52)披露了一種用于晶體生長的感應(yīng)爐的設(shè)計。potter和sattelle(《晶體生長期刊12》(journalofcrystalgrowth12)，(1972)，245-248)報導(dǎo)了一種用于通過雷利(lely)升華法生長碳化硅晶體的rf感應(yīng)爐的設(shè)計。konstantinov(《碳化硅的性質(zhì)》(propertiesofsiliconcarbide)，g.l.harris,ed.,inspec，isbn0852968701，(1995)，pp.170-3)具體描述了一種用于sic的種晶升華生長的rf感應(yīng)爐的構(gòu)造和用途。該感應(yīng)爐包含可水冷或通過使用風(fēng)扇產(chǎn)生對流而冷卻的非金屬圓柱形真空腔室(例如石英或玻璃)。圓柱形感應(yīng)線圈包圍真空腔室。還提供了一種供給受控量的氣體的手段。在sic晶體生長中，氣體通常為諸如氬氣這樣的惰性氣體和諸如氮?dú)膺@樣的摻雜氣體。利用光學(xué)高溫測定法從頂部和底部測量反應(yīng)室的溫度，將高溫計的輸出值送至電腦控制器，所述電腦控制器執(zhí)行程序以控制生長過程中的rf功率、溫度、壓力和其它氣體流。konstantinov指出感應(yīng)型爐的重要優(yōu)勢在于能夠方便地對溫度場進(jìn)行調(diào)節(jié)。坩堝中的溫度梯度的數(shù)值和跡象都可利用感應(yīng)線圈沿軸向相對于反應(yīng)室的位移來改變。

歷史上，雷利(lely)首先描述了sic基于升華的晶體生長的初始步驟(us2854364-1958)，其非種晶晶體生長的方法導(dǎo)致了較小的六方體sic薄板。在1970年代和1980年代，tairov和tsvetkov在俄羅斯完成了第一種用于生產(chǎn)裝置的具有吸引人的尺寸的晶體(《晶體生長期刊》(journalofcrystalgrowth)，52(1981)，p.146-50以及《在晶體生長中控制多型體晶體生長以及多型體結(jié)構(gòu)表征的進(jìn)展》(progressincontrollingthegrowthofpolytypiccrystalsincrystalgrowthandcharacterizationofpolytypestructures)，p.krishna,ed.,pergammonpress，london，p.111(1983))。他們的方法使用雷利的晶體作為晶種，并通過如上所述的升華和傳輸來進(jìn)行生長。這些結(jié)果顯示了通過晶種選擇、壓力控制和溫度梯度對多型體進(jìn)行控制的方法。隨后，davis(us4866005-1989)披露了通過合理選擇源材料以及控制梯度而得到的改善。直至今日，仍然不斷有關(guān)于tairov、tsvetkov和davis的方法的改良被披露。

在碳化硅晶體生長的方法中，反應(yīng)室通常由致密的等靜石墨殼構(gòu)筑，且被石墨隔熱件包圍。在用于升華生長的雷利升華法中，目標(biāo)是為了實現(xiàn)最小的溫度梯度來涉及爐和反應(yīng)室。在種晶升華法中，晶體品質(zhì)的最優(yōu)化與建立對于生長過程中軸向和徑向溫度梯度的控制的能力密切相關(guān)。調(diào)節(jié)軸向梯度，以使晶種溫度稍低于源材料中的溫度。調(diào)節(jié)徑向梯度，以使晶種晶體前部的生長形狀平坦或略微凸起?？赏ㄟ^兩種方式建立梯度，其一是通過控制rf場并且在反應(yīng)室耦聯(lián)所述場；其二是通過限制某些位置處的反應(yīng)室的隔熱來加速熱損耗。由于與晶種升華晶體生長相關(guān)的高溫，無法直接監(jiān)控晶種晶體處的溫度梯度，因而通常利用有限元分析模型來進(jìn)行反應(yīng)室和線圈的設(shè)計，以建立所需的溫度梯度。如konstantinov所發(fā)現(xiàn)的那樣，石墨的性質(zhì)是高度可變的，這會限制晶體生長中的再現(xiàn)性。而且，由于無法得到高溫下的精確的材料常數(shù)，上述模型無法精確地預(yù)測熱流。從而，這導(dǎo)致對線圈與反應(yīng)室以及線圈與爐幾何構(gòu)造之間的耦聯(lián)的建模不精確。這些問題加起來會導(dǎo)致模型與生長結(jié)果直接的多種寄生誤差和不連續(xù)性。

當(dāng)出現(xiàn)了生產(chǎn)更大晶體的方法時，焦點(diǎn)還轉(zhuǎn)移至控制晶體內(nèi)的缺陷?？蓪⑷毕莘诸悶閮?nèi)包物和晶體錯位。sic晶體中的主要晶體缺陷是螺旋錯位。其中，存在被稱為微管或空心螺旋錯位的特例。另外，還存在基面錯位(basalplanedislocation)和穿緣錯位(threadingedgedislocation)。這些缺陷源自多種來源。例如，晶種晶體中所含有的缺陷可傳遞至新生長的晶體空間。因溫度梯度和熱膨脹錯配而升高的應(yīng)力在生長過程中進(jìn)入晶種和晶體內(nèi)可導(dǎo)致錯位的形成。在形成sic所需的升華蒸氣物流中的化學(xué)計量學(xué)的偏差可導(dǎo)致不穩(wěn)定的多型體生長，進(jìn)而導(dǎo)致在長成的晶體內(nèi)存在多型體內(nèi)包物，這導(dǎo)致在多型體的邊界處形成錯位。即使是錯位之間的相互作用可可產(chǎn)生或消除錯位。

利用被識別的方法生產(chǎn)的sic晶體具有高濃度的錯位。在本申請中，螺旋錯位和基面錯位濃度的常規(guī)報導(dǎo)值分別標(biāo)稱為5000～10000/cm²。最常通過對垂直于晶體對稱軸的平面中的晶體進(jìn)行切片來評估錯位。通過用熔融鹽(例如強(qiáng)氧化鉀)在350～500c的溫度范圍內(nèi)對暴露的晶體表面進(jìn)行蝕刻來使錯位顯露。每一種錯位類型都具有獨(dú)特的形狀，從而能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行特定計數(shù)。通常這些錯位進(jìn)行計數(shù)和報導(dǎo)為除以檢測面積的數(shù)字。這種表征方法是有用的，因其允許對晶面上所形成的平面半導(dǎo)體裝置中所包含的缺陷建立簡單的相關(guān)性。文獻(xiàn)中有許多例子顯示錯位在觀察平面中是不均勻分布的。大量的錯位使得對其中的每一個進(jìn)行計數(shù)是很不現(xiàn)實的，尤其是現(xiàn)今可能要求對大于或等于100mm直徑圓形所等價的區(qū)段進(jìn)行檢測。因此，對蝕刻了的區(qū)域進(jìn)行采樣，以確定錯位的量。錯誤的采樣方法可導(dǎo)致在與較大晶體相關(guān)的錯位濃度評估中出錯。在大部分報導(dǎo)中，為提供采樣方法的細(xì)節(jié)，因此，雖然不是不可能，但結(jié)果經(jīng)常難以再現(xiàn)。

對于固態(tài)物理和半導(dǎo)體裝置經(jīng)驗豐富的科學(xué)家知道，錯位會導(dǎo)致裝置性能低于材料的理論性質(zhì)。因此，現(xiàn)今的努力聚焦于改善半導(dǎo)體sic晶體的品質(zhì)，以期識別和控制可降低源于晶體生長中的缺陷的因素。

足夠大的晶體一旦被生產(chǎn)出來，就必須切割該晶體并將其制成鏡片，以使其能用于裝置中來利用平面制造方法制造半導(dǎo)體裝置。隨著許多半導(dǎo)體晶體(例如硅、砷化鎵)被成功地研發(fā)并商業(yè)化為半導(dǎo)體產(chǎn)品，由大體積晶體制造晶片的方法也為人所知。對于晶片制造和標(biāo)準(zhǔn)表征方法的常用方法和要件的評價可在wolf和tauber的《超大規(guī)模集成電路時代的硅加工》(siliconprocessingforthevlsiera)，第一卷—加工技術(shù)，第一章(latticepress-1986)中找到。

由于sic的硬度，將sic制成晶片基材相比于加工諸如硅或砷化鎵這樣的普通半導(dǎo)體晶體展現(xiàn)出獨(dú)特的挑戰(zhàn)。必須對機(jī)器進(jìn)行改造，并且將粗料變更為非常用材料。為了適應(yīng)sic而對普通晶片制造技術(shù)所做的改動經(jīng)常被其所有人作為專有信息加以保護(hù)。已報導(dǎo)在鏡面拋光的sic鏡片上觀察到大量的表面下?lián)p傷，可通過使用與用于硅工業(yè)中相似的化學(xué)增強(qiáng)機(jī)械拋光法來減少或除去這些損傷(zhou,l.等人，《碳化硅的化學(xué)機(jī)械拋光》(chemomechanicalpolishingofsiliconcarbide)、j.electrochem.soc.，第144卷，第6期，1997年6月，pp.l161-l163)。

為了在sic晶片上構(gòu)建半導(dǎo)體裝置，必須將附加的晶體sic膜沉積在晶片上，以產(chǎn)生具有所需電導(dǎo)率數(shù)值和導(dǎo)體類型的裝置活性區(qū)域。這通常是使用化學(xué)氣相沉積(cvd)法來完成。從1970年代開始，俄羅斯、日本和美國的團(tuán)隊以發(fā)表了用于利用cvd外延的sic生長技術(shù)。利用cvd生長sic的最常見的化學(xué)試劑是含有源氣體(例如甲硅烷和氯硅烷)的硅和含有源氣體(例如烴氣體)的碳的混合物。低缺陷外延層的生長的一個關(guān)鍵因素在于，基材表面傾斜遠(yuǎn)離晶體對稱軸，以允許化學(xué)原子以由基材晶體建立的堆疊順序依附至表面。當(dāng)傾斜不足時，cvd處理會在表面上生成三維缺陷，這些缺陷會導(dǎo)致無法工作的半導(dǎo)體裝置。諸如裂紋、表面下?lián)p傷、凹痕、顆粒、劃痕或污染物這樣的表面瑕疵會中斷利用cvd處理進(jìn)行的晶片晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)制(參見例如powell和larkin，phys.stat.sol.(b)202，529(1997))。重要的是，用于制造晶片的拋光和清潔處理能夠使表面瑕疵減到最少。在存在這些表面瑕疵的情況下，在外延膜中可產(chǎn)生許多缺陷，包括基面錯位和立方sic內(nèi)包物(參見例如powell等人，《第三屆國際高溫電子學(xué)交流會議》(transactionsthirdinternationalhigh-temperatureelectronicsconference)，第1卷，pp.ii-3～ii-8，桑迪亞國家實驗室，阿爾伯克基，新墨西哥州，美國，1996年6月9～14日)。

已知sic中的缺陷會限制或破壞在這些缺陷上形成的半導(dǎo)體裝置的運(yùn)行。neudeck和powell報導(dǎo)空心螺旋錯位(微管)嚴(yán)重限制了sic二極管中的電壓阻斷性能(p.g.neudeck和j.a.powell，電氣與電子工程師協(xié)會電子裝置快報，第15卷，第2期，pp.63-65，(1994))。neudeck在1994年評價了晶體(晶片)和源自外延的缺陷缺陷對功率裝置的影響，強(qiáng)調(diào)了因螺旋錯位和形態(tài)外延缺陷而對功率裝置功能產(chǎn)生的限制(neudeck，mat.sci.forum，第338-342卷，pp.1161-1166(2000))。hull報導(dǎo)了當(dāng)在具有低螺旋錯位密度的基材上生產(chǎn)二極管時，高電壓二極管逆向偏壓漏電流的分布轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低值(hull等人，mat.sci.forum，第600-603卷，p.931-934(2009))。lendenmann報導(dǎo)了雙極二極管中正向電壓的衰減與源自基材中的基面錯位的外延中的基面錯位相關(guān)(lendenmann等人，mat.sci.forum，第338-342卷，pp.1423-1426(2000))。

為了實現(xiàn)諸如sic和aln這樣的寬能帶隙晶體的可再現(xiàn)制造，必須實現(xiàn)對溫度梯度的控制。反應(yīng)室材料和爐的設(shè)計對這種控制具有直接影響。

jp2013216549a披露了一種加熱線圈，其位于坩堝主體側(cè)部之外，對反應(yīng)室或坩堝進(jìn)行感應(yīng)加熱，且包含位于坩堝主體底部外側(cè)并與開口相對的對坩堝進(jìn)行感應(yīng)加熱的底部側(cè)加熱線圈。其聲稱該排布能夠提供對于坩堝內(nèi)溫度梯度的控制。

概述

提供以下發(fā)明概述是為了提供對于本發(fā)明的一些方面和特點(diǎn)的基本理解。此發(fā)明概述并非本發(fā)明的寬泛概括，因此，其并非旨在具體識別本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)或關(guān)鍵要素，或者旨在描述本發(fā)明的范圍。其唯一的目的是以簡略方式展現(xiàn)本發(fā)明的一些概念作為下文詳述的序言。

與jp2013216549a相反，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對種晶升華中溫度梯度的高效控制可通過以下方式最佳實現(xiàn)：對rf線圈進(jìn)行設(shè)計，以將反應(yīng)室中會導(dǎo)致產(chǎn)生溫度梯度的rf場的擾動降到最低。本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，線圈的軸向高度對反應(yīng)室的軸向高度之比存在一個關(guān)鍵比例。當(dāng)該比例過低時，線圈端部距離反應(yīng)室過近，rf場變得非線性，導(dǎo)致反應(yīng)室中產(chǎn)生不可預(yù)測的溫度梯度。關(guān)于這點(diǎn)，線圈高度定義為沿線圈的軸的長度，反應(yīng)室的高度定義為沿反應(yīng)室的軸的長度，不包括任何隔熱件。反應(yīng)室可以是容納源和晶種材料的容器主體，或者，其可以是包封容納晶種和源材料的內(nèi)室的基座容器。

根據(jù)本公開的一些方面，對線圈進(jìn)行設(shè)計，以提供均勻的溫度分布，而不是產(chǎn)生梯度。結(jié)果是，主要通過反應(yīng)室的設(shè)計以及反應(yīng)室周圍的隔熱放置而非線圈來控制熱梯度的控制。通過切斷感應(yīng)線圈和反應(yīng)室對溫度梯度的影響，實現(xiàn)了高再現(xiàn)性的晶體生長。該設(shè)計策略對生長直徑等于或大于100mm的晶體尤其有效。

根據(jù)所公開的實施方式，提供了一種通過種晶升華生長來生長半導(dǎo)體晶體的感應(yīng)爐設(shè)備，其包含：石英真空腔室；在石英真空腔室的外部周圍定位的rf感應(yīng)線圈；耦合至rf感應(yīng)線圈的rf電力供給器；配置用于容納晶種晶體和源材料的反應(yīng)室，所述反應(yīng)室定義軸向長度，所述軸向長度測量為所述反應(yīng)室沿其旋轉(zhuǎn)對稱軸的高度；用于將反應(yīng)室放置于石英真空腔室內(nèi)的支承件；位于反應(yīng)室外側(cè)且配置用于在反應(yīng)室內(nèi)部產(chǎn)生熱梯度的隔熱套，其中，rf感應(yīng)線圈配置用于對反應(yīng)室產(chǎn)生均勻的感應(yīng)加熱。在一些實施方式中，rf感應(yīng)線圈的高度對反應(yīng)室的軸向長度之比在1.8～4.0、2.0～5.0、2.5～4.0或2.8～4.0的范圍內(nèi)，所述rf感應(yīng)線圈的高度沿旋轉(zhuǎn)對稱軸測得。反應(yīng)室和隔熱件由石墨制成。在一些實施方式中，配置反應(yīng)室的直徑，以適應(yīng)直徑76～200mm的晶體的生長。rf感應(yīng)線圈的高度小于石英真空腔室的高度但長于反應(yīng)室的軸向長度，所述rf感應(yīng)線圈的高度沿旋轉(zhuǎn)對稱軸測得，石英真空腔室的高度沿旋轉(zhuǎn)對稱軸測得。反應(yīng)室支承件可由rf場無法與其有效耦聯(lián)的材料制成。rf感應(yīng)線圈可具有330～725mm或330～550mm的內(nèi)徑。可在石英真空腔室的外壁上設(shè)置水套。支承件可包含接合石英真空腔室底部開口的磁流體密封。

根據(jù)另一些實施方式，提供了一種用于半導(dǎo)體晶體的物理氣相傳輸法生長的設(shè)備，其包含：由對rf輻射透明的材料制成的圓柱形真空殼體，所述真空殼體定義對稱軸；部分由對rf能量透明的材料制成且配置用于支承真空殼體內(nèi)的反應(yīng)室的反應(yīng)室支承件，以使反應(yīng)室以對對稱軸軸向居中的方式定位；具有沿對稱軸定義的高度h室的圓柱形反應(yīng)室；在真空殼體的外部周圍提供且繞著對稱軸軸向居中的rf線圈，其中，所述rf線圈配置成沿著至少高度h室產(chǎn)生均勻的rf場；和配置用于在反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生熱梯度的隔熱件。rf感應(yīng)線圈的高度對高度h室之比可在1.8～4.0、2.0～5.0、2.5～4.0或2.8～4.0的范圍內(nèi)，所述rf感應(yīng)線圈的高度沿對稱軸測得。rf線圈可具有330～725mm或330～550mm的內(nèi)徑。反應(yīng)室支承件可由rf場無法與其有效耦聯(lián)的材料制成。反應(yīng)室和隔熱件可由石墨制成。反應(yīng)室支承件可包含接合石英真空腔室底部開口的磁流體密封。可在石英真空腔室的外壁上設(shè)置水套。

根據(jù)另一些方面，提供了一種用于半導(dǎo)體晶體的物理氣相生長的方法，所述方法包括：將晶種和源材料放置于具有高度h室的反應(yīng)室內(nèi)，所述高度h室定義為沿反應(yīng)室的對稱軸的高度；將反應(yīng)室放置于石英真空腔室內(nèi)；提供配置成在反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生熱梯度的隔熱件；在石英真空腔室內(nèi)形成真空；以及在真空腔室內(nèi)產(chǎn)生rf場，其中，rf場在至少與高度h室一樣長的長度上是均勻的。晶種晶體可以是單晶sic或單晶氮化鋁的六方體多型體?？赏ㄟ^制造具有比高度h室長1.8倍～4.0倍、2.0倍～5.0倍、2.6倍～4.0倍的高度的rf線圈來使rf場均勻，所述高度沿所述對稱軸定義。

附圖的簡要說明

結(jié)合入本說明書并構(gòu)成本說明書一部分的附圖例示了本發(fā)明的實施方式，其與描述一起用于解釋和闡明本發(fā)明的原理。附圖旨在以圖解的方式闡述示例性的實施方式的主要特點(diǎn)。附圖不旨在描繪現(xiàn)實實施方式的所有特點(diǎn)或所繪組件的相對尺寸，且并非按比例繪制。

圖1是圖示根據(jù)一種實施方式的爐構(gòu)造的示意圖，而圖1a圖示了采用對流冷卻的實施方式。

圖2是圖示實施例1的實驗過程中溫度穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)偏差的分布圖。

圖3是實施例1的切片鏡片彎曲度(bow)的比較圖。

圖4是實施例1的切片鏡片翹曲度(warp)的比較圖。

圖5是與實施例2中所用各線圈類型相關(guān)的微管密度分布的比較圖。

圖6是實施例3的76～100mmn+4h-sic拋光晶片的蝕刻凹痕密度的分布圖。

發(fā)明詳述

各種披露的實施方式涉及感應(yīng)pvt反應(yīng)爐的設(shè)計。為了sic的適當(dāng)生長，需要建立熱梯度，其中，源材料所占據(jù)的區(qū)域比sic晶種所占據(jù)的區(qū)域更熱。根據(jù)下述實施方式，通過設(shè)計一種能夠在反應(yīng)室所占據(jù)的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)均勻的加熱場的感應(yīng)線圈來實現(xiàn)熱梯度。然而，反應(yīng)室和隔熱件設(shè)計成導(dǎo)致反應(yīng)室發(fā)生不均勻的熱損失。

根據(jù)一些特定的例子，以下式：

比例＝(線圈的軸向長度)/(反應(yīng)室的軸向長度)

定義的線圈高度對反應(yīng)室高度之比的最小值范圍為1.8～4.0、2.0～5.0、2.0～4.0，優(yōu)選在標(biāo)稱2.8～4.0的數(shù)值范圍內(nèi)。更大的比例不會影響晶體的生長，但是會使大爐的構(gòu)建更加昂貴且難以組裝和維護(hù)。當(dāng)需要應(yīng)用爐設(shè)計來適應(yīng)更大晶體的生長時，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的長度比(如上文所述定義)對于增加的直徑是不變的。

圖1圖示了采用本發(fā)明的特征的生長腔室的一種實施方式。在圖1的例子中，殼體110受到箱柜105的支承，箱柜105形成設(shè)備的基座。呈管式機(jī)架115形成的支承件支承反應(yīng)室120，并且可沿垂直方向移動。圖1中圖示了處于其縮回位置的管式機(jī)架115。然而，在其展開位置時，管式機(jī)架115將反應(yīng)室120放置于加工腔室的內(nèi)管125內(nèi)，其中，底部基板135接觸并密封腔室基座130，以使內(nèi)腔室管125的內(nèi)部能夠保持真空狀態(tài)?？蓪η皇一?30和基板135進(jìn)行水冷。還可在內(nèi)管125上提供外套筒127，以提供水冷，腔室蓋113密封內(nèi)管125的頂部，且也可被水冷?；?35可依附于可包含磁流體密封的密封適配件137。密封適配件137還可結(jié)合有使反應(yīng)室在生長處理過程中旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)、以及用于溫度測量的光纖高溫計頭。旋轉(zhuǎn)電機(jī)或光纖高溫計頭都沒有特別圖示于圖1中。頂部高溫計117測量隔熱了的反應(yīng)室頂部的溫度。該例子中，高溫計117依附于高溫計x-y平移臺以能夠在不同位置進(jìn)行測量。

圓柱形rf線圈140在內(nèi)管125的周圍并與內(nèi)管125共軸對齊。設(shè)計線圈140，以在內(nèi)管125內(nèi)施加均勻的電磁場。具體而言，線圈會產(chǎn)生電磁場，從而只要反應(yīng)室定位于線圈中心附近，因反應(yīng)室的存在而導(dǎo)致的該電磁場的擾動會很小。圖1的例子中，線圈的軸向長度(標(biāo)記為al線圈)對高度(即反應(yīng)室的軸向長度，標(biāo)記為al室)之比設(shè)定在2.0～4.0。以這種方式，感應(yīng)線圈設(shè)計的效果在于，反應(yīng)室的設(shè)計(幾何構(gòu)造、壁厚、隔熱件123等)將主要決定升華區(qū)中溫度的水平和均勻性。為了將真空腔室對反應(yīng)室內(nèi)rf場的影響降到最低，腔室的凸緣應(yīng)由鋁或奧氏體級的鋼材制成。腔室的高度(包括端蓋)對線圈的高度之比應(yīng)當(dāng)是al線圈的1.7倍～2.0倍或更大。

根據(jù)所公開的實施方式，線圈的設(shè)計沿著內(nèi)管的軸向長度產(chǎn)生了長度與反應(yīng)坩堝的高度至少相同的均勻場。然后，使反應(yīng)坩堝在晶體生長的過程中置于該均勻場內(nèi)。在一些實施方式中，在比反應(yīng)室高度更長的長度上產(chǎn)生均勻場，以提供安全邊界。

在一些實施方式中，提供了一種用于石英真空腔室外壁周圍的強(qiáng)迫空氣流的機(jī)構(gòu)。在圖1的實施方式中，強(qiáng)迫空氣機(jī)構(gòu)包含與空氣導(dǎo)管112耦聯(lián)并從底部向頂部遞送空氣的空氣泵111。強(qiáng)迫空氣流經(jīng)由排氣連接件144在頂部排出殼體110。相反，在圖1a中，通過在腔室蓋板底部制造空氣進(jìn)氣口142以使空氣自底部進(jìn)入(如箭頭所示)來實現(xiàn)空氣冷卻。該例子中，空氣進(jìn)氣口覆蓋有百葉窗以輔助進(jìn)行層流。排氣連接件144可引導(dǎo)至由鼓風(fēng)機(jī)輔助的排氣通風(fēng)系統(tǒng)，以輔助熱空氣的處置。

設(shè)計反應(yīng)室的內(nèi)徑，以適應(yīng)直徑為76～200mm的晶體生長。類似地，設(shè)計rf感應(yīng)線圈的內(nèi)徑以適應(yīng)這種生長，且可設(shè)定為例如330～550mm或330～725mm。為了保持反應(yīng)室內(nèi)rf場的均勻性，反應(yīng)室的支承件由rf場無法與其有效耦聯(lián)的材料制成。

實施例

實施例1—使用傳統(tǒng)線圈和新感應(yīng)線圈的76mm直徑4h-sic晶體生長。

兩臺相同的真空爐各自配有不同的線圈。準(zhǔn)備多個相同的具有隔熱件的反應(yīng)室，用于使用76mm4h-sic晶種進(jìn)行sic的升華晶體生長。在“對照”線圈爐中，線圈軸向長度對反應(yīng)室軸向長度之比為2.0，而在“新”線圈爐中，線圈軸向長度對反應(yīng)室軸向長度之比為3.6。對每臺爐執(zhí)行相同的程序以生長摻雜n的4h-sic晶體。使反應(yīng)室在線圈的軸向長度內(nèi)居中，并且受到rf場無法與其有效耦聯(lián)的材料的支承。

針對在生長階段過程中保持穩(wěn)態(tài)溫度值，在各個生長過程中追蹤溫度控制的穩(wěn)定性。各臺爐中所有生長測試的該溫度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差分布示于圖2中。圖2顯示“新”線圈(比例＝3.6)改善了批次間的溫度穩(wěn)定性。溫度的單位是攝氏度。

采用的相同的方法使用多線切片系統(tǒng)從生產(chǎn)的所有晶體上切得晶片。圖3顯示了切片晶片的彎曲度分布，圖4顯示了切片晶片的翹曲度，以對各臺爐進(jìn)行對比。彎曲度和翹曲度的單位是微米。圖3和4表明由新爐得到的晶體展現(xiàn)出密級得多的彎曲度分布以及更低的翹曲值。由于切片處理向各晶片施加了相同的表面損傷，彎曲度/翹曲度分布的變化可歸因于使用新爐(比例＝3.6)生產(chǎn)的晶體中更低的固有應(yīng)力。

實施例2—使用對照線圈和新感應(yīng)線圈的76mm直徑4h-sic晶體生長。

兩臺相同的真空爐各自配有不同的線圈。準(zhǔn)備多個相同的具有隔熱件的反應(yīng)室，用于使用76mm4h-sic晶種進(jìn)行sic的升華晶體生長。在“對照”線圈爐中，線圈軸向長度對反應(yīng)室軸向長度之比為2.0，而在“新”線圈爐中，線圈軸向長度對反應(yīng)室軸向長度之比為3.6。對每臺爐執(zhí)行相同的程序以生長摻雜n的4h-sic晶體。使反應(yīng)室在線圈的軸向長度內(nèi)居中，并且受到rf場無法與其有效耦聯(lián)的材料的支承。

將制得的晶體切成切片，并將這些切片完全加工成拋光晶片。使用kla-tencorcs2激光掃描光譜系統(tǒng)對各晶片進(jìn)行檢測，該系統(tǒng)能夠探測拋光晶片中的微管(j.wan、s.-h.park、g.chung和m.j.loboda，《導(dǎo)電和半絕緣碳化硅精品中微管裝飾和計數(shù)的比較研究》(acomparativestudyofmicropipedecorationandcountinginconductiveandsemi-insulatingsiliconcarbidewafers)，《電子材料期刊》(j.electronicmaterials)，第34卷(10)，p.1342(2005))。測量確定了晶片上微管的總技術(shù)，并且將該數(shù)值除以總測量面積。在這些測量中，測量了整個晶片，除了將2mm邊緣排出在外。圖5比較了與各線圈類型有關(guān)的微管密度的分布。圖5中，線圈類型“0”是指“對照”線圈，而線圈類型“1”是指“新”線圈。微管密度的單位是缺陷/厘米²。圖5的檢測揭示了利用“新”線圈(比例＝3.6)生產(chǎn)的晶體始終展現(xiàn)出更低的微管且具有更密集的分布。

實施例3—使用傳統(tǒng)線圈和新感應(yīng)線圈的76～100mm直徑4h-sic晶體生長。

一組相同的真空爐各自配有兩種不同感應(yīng)線圈中的一種。準(zhǔn)備多個相同的具有隔熱件的反應(yīng)室，用于使用76mm4h-sic晶種進(jìn)行sic的升華晶體生長。準(zhǔn)備另一組多個相同的具有隔熱件的反應(yīng)室，用于使用100mm4h-sic晶種進(jìn)行sic的升華晶體生長。在“對照”線圈爐中，對于76mm生長，線圈長度對反應(yīng)室長度之比為2.0，而在“新”線圈爐中，線圈長度對反應(yīng)室長度為3.6。在“對照”線圈爐中，對于100mm生長，線圈長度對反應(yīng)室長度之比為1.6，而在“新”線圈爐中，線圈長度對反應(yīng)室長度為2.9。使反應(yīng)室在線圈的長度內(nèi)居中，并且受到rf場無法與其有效耦聯(lián)的材料的支承。利用與0.016～0.028歐姆-cm電阻率范圍相對應(yīng)的氮摻雜所有長成的晶體。

從各晶體上切得切片，并在熔融koh中對這些切片進(jìn)行蝕刻，以揭示與基板、邊緣相對應(yīng)的錯位蝕刻凹痕以及螺旋錯位。在各晶片上的9個位置處對錯位蝕刻凹痕的總數(shù)進(jìn)行計數(shù)，然后將總計數(shù)除以測量面積。圖6顯示了蝕刻凹痕密度值的趨勢，比較了傳統(tǒng)和新rf線圈。

圖6顯示隨著線圈對反應(yīng)室長度之比的增加，4h-sic晶體在76mm和100mm處都出現(xiàn)了蝕刻凹痕密度的相應(yīng)下降。錯位的降低通常與生長過程中晶體應(yīng)力的降低相關(guān)。因非均勻rf場而導(dǎo)致的寄生(parasitic)溫度梯度的減小會導(dǎo)致晶體生長過程中應(yīng)力的降低。

實施例4.150mm直徑4h-sic晶體生長。

構(gòu)建支承最大200mm直徑晶體的生長的感應(yīng)爐。隔熱反應(yīng)室由4h-sic晶種晶片構(gòu)建，且該設(shè)計與約3.5的線圈對反應(yīng)室長度之比相對應(yīng)。生長了摻雜有氮的155mm直徑4h-sic晶體(6b13470010)。將該晶體切片成晶片，并用x射線拓?fù)鋵W(xué)對其進(jìn)行檢測。在切片晶片上的9個位置評估螺旋錯位和基面錯位計數(shù)。通過將錯位計數(shù)除以測量面積來確定各位置處的錯位密度?；驽e位密度在3.1～6.2×10³/cm²范圍內(nèi)，螺旋錯位密度在0.25～3.75×10²/cm²范圍內(nèi)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所述的工藝和技術(shù)并未固有地設(shè)計任何具體的設(shè)備，可通過對組件進(jìn)行任意合適組合的方式來實施。另外，可按照本文所述的教導(dǎo)來使用各種類型的通用裝置。構(gòu)建特殊設(shè)備來進(jìn)行本文所述的方法步驟也可被證明是有益的。

已參照具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，它們在任何方面都旨在進(jìn)行例示而非進(jìn)行限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解硬件、軟件和固件的多種不同組合都會適用于實施本發(fā)明。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過考慮說明書和實施本文所公開的發(fā)明，可以顯而易見地想到本發(fā)明的其他實施方式。說明書和實施例旨在只具有示例性，本發(fā)明真正的范圍和精神如所附權(quán)利要求所示。