專利名稱：碳化硅晶體的生長(zhǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1所述的碳化硅晶體的生長(zhǎng)系統(tǒng)。
針對(duì)在非常高的溫度(高于1800℃)下生長(zhǎng)質(zhì)量適于在微電子工業(yè)中使用的碳化硅晶體，過(guò)去有多種提議。
首次和基本的提議由Nisshin Steel在1992年提出，它公開(kāi)在歐洲專利EP554047中。Nisshin Steel的概念保證含硅和碳的反應(yīng)氣體一起混合，保證該氣體混合物在高溫下進(jìn)入反應(yīng)腔室，和保證混合的硅和碳在基底上沉積，從而使晶體生長(zhǎng)。Nisshin Steel的實(shí)施裝置實(shí)例提供在中間溫度下的預(yù)備腔室，其中在所述腔室內(nèi)形成固體碳化硅顆粒。
該概念在1995年被OKMETIC再次利用，在國(guó)際專利申請(qǐng)WO97/01658中公開(kāi)了OKMETIC的解決方案。
第二種和基本的提議由Makarov在1999年提出，它公開(kāi)于國(guó)際專利申請(qǐng)WO00/43577中。Makarov的概念保證含硅和碳的反應(yīng)氣體在高溫下分別進(jìn)入反應(yīng)腔室并在基底附近接觸，以便硅和碳直接沉積在基底上，從而使晶體生長(zhǎng)。Makarov的發(fā)明提出了應(yīng)當(dāng)防止碳化硅沿著腔室壁沉積，因此保證碳化硅只在基底附近形成，即保證了晶體的生長(zhǎng)。
在研究Makarov提出的解決方法中，人們意識(shí)到，從化學(xué)動(dòng)力學(xué)和從流體動(dòng)力學(xué)這兩個(gè)角度考慮，該解決方案均是關(guān)鍵的。
本發(fā)明的目的是提供第三種和基本的提議，它不同于前述兩種，且與之相比有所改進(jìn)。
通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求1所列特征的碳化硅晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。
作為本發(fā)明基礎(chǔ)的概念是利用獨(dú)立的輸入設(shè)備使含碳的反應(yīng)氣體和含硅氣體進(jìn)入腔室，和使這些氣體在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)基底的腔室中心區(qū)域接觸。
濃度曲線和速度曲線因此基本上徑向恒定(顯然必然存在邊緣效應(yīng))；在基底的整個(gè)截面上因此實(shí)現(xiàn)恒定的生長(zhǎng)速度、均勻的晶體結(jié)構(gòu)和均勻的化學(xué)組成。
在從屬權(quán)利要求中列出了本發(fā)明的有利方面。
根據(jù)下述結(jié)合附圖所作的說(shuō)明，本發(fā)明將變得更清楚，其中

圖1是輔助理解對(duì)本發(fā)明教導(dǎo)的說(shuō)明的示意性截面視圖，圖2以簡(jiǎn)化的截面視圖形式示出了本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案，和圖3以簡(jiǎn)化的截面視圖形式示出了本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案。
根據(jù)本發(fā)明，在基底上生長(zhǎng)碳化硅的系統(tǒng)包括沿著軸延伸的腔室；典型地，該軸直立；該腔室具有-獨(dú)立的用于含碳?xì)怏w和含硅氣體的輸入設(shè)備，-在該腔室的第一終端區(qū)域內(nèi)設(shè)置的基底支撐設(shè)備，-在支撐設(shè)備附近設(shè)置的廢氣輸出設(shè)備，-適于加熱該腔室至高于1800℃的溫度的加熱設(shè)備。
對(duì)所述含硅氣體的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使含硅氣體進(jìn)入該腔室的第二終端區(qū)域；對(duì)所述含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使碳和硅基本上在同時(shí)遠(yuǎn)離第一終端區(qū)域和第二終端區(qū)域的腔室中心區(qū)域接觸。
在圖1中，腔室用1表示，由該腔室封閉的空間用10表示，含硅氣體輸入設(shè)備用2表示，含碳?xì)怏w輸入設(shè)備用3表示，基底支撐設(shè)備用4表示(基底裝配在設(shè)備4上并用黑線表示)，廢氣輸出設(shè)備用5表示，設(shè)備2的蒸發(fā)池(將在下面提及并描述)用21表示，設(shè)備2的中心芯(將在下面提及并描述)的兩種可能的實(shí)施方案用22A和22B表示，腔室的第一終端區(qū)域的水平面指示用Z1表示，腔室的第二終端區(qū)域的水平面指示用Z2表示，和腔室的中心區(qū)域的水平面指示用ZC表示。此外，在圖1中，用虛線示出了從設(shè)備2和3進(jìn)入腔室的氣體的象征性分布，和用鏈狀線示出了該腔室的對(duì)稱軸(但本發(fā)明系統(tǒng)的腔室不一定軸對(duì)稱)。
通過(guò)以上所述系統(tǒng)的濃度曲線和速度曲線，至少在腔室的第一終端區(qū)域內(nèi)基本上徑向恒定(顯然必然存在邊緣效應(yīng))；因此在置于支撐設(shè)備上的基底的全部截面上實(shí)現(xiàn)恒定的生長(zhǎng)速度、均勻的晶體結(jié)構(gòu)和均勻的化學(xué)組成。
此外，由于含硅氣體的輸入?yún)^(qū)域遠(yuǎn)離與含碳?xì)怏w混合的區(qū)域(中心區(qū)域ZC)，且由于該腔室處于非常高的溫度下，因此在腔室的輸入處或者在腔室的輸入處的上游形成的任何液體硅顆粒蒸發(fā)，因此沒(méi)有因碳與液體顆粒接觸導(dǎo)致形成固體碳化硅顆粒的危險(xiǎn)；這種固體碳化硅顆粒難以通過(guò)升華而破碎(尤其當(dāng)它們較大時(shí))，且由于它們?nèi)糇矒羝浔砻鎸⒉豢蓮浹a(bǔ)地破壞生長(zhǎng)的晶體，因此非常危險(xiǎn)。
最后，由于含硅氣體的輸入?yún)^(qū)域遠(yuǎn)離與含碳?xì)怏w混合的區(qū)域(中心區(qū)域ZC)，因此，一旦它們相遇，可使含硅氣體的濃度曲線和速度曲線基本上徑向恒定(顯然必然存在邊緣效應(yīng))。
根據(jù)本發(fā)明，在腔室內(nèi)劃分成三個(gè)區(qū)域第一終端區(qū)域(Z1)、中心區(qū)域(ZC)和第二終端區(qū)域(Z2)。在附圖所示的所有實(shí)施例中(尤其在圖1中)，腔室具有基本上圓筒狀且主要基本上垂直延伸(最有利的選擇)；第一終端區(qū)域Z1對(duì)應(yīng)于圓筒的上部區(qū)域和第二終端區(qū)域Z2對(duì)應(yīng)于圓筒的下部區(qū)域。
若在本發(fā)明的體系內(nèi)使用低的氣體流量(這是優(yōu)選的)，則腔室的垂直取向引起任何液體硅顆粒(尤其當(dāng)它們較大時(shí))傾向于保留在底部，直到蒸發(fā)。
作為實(shí)例，若腔室的內(nèi)徑為150mm，則第二終端區(qū)域可從底座向上延伸至約50mm的高度，中心區(qū)域可由約100mm的高度延伸至約150mm的高度，和第一終端區(qū)域可由約200mm的高度延伸至約250mm的高度。采用合適選擇的各種氣體輸出設(shè)備和氣流流量及流速，各區(qū)域的長(zhǎng)度和在各區(qū)域之間的距離可顯著降低小于一半。
顯然，由于含硅的化合物和含碳的化合物以氣體形式進(jìn)入腔室，和由于高溫導(dǎo)致存在很大程度的邊緣擴(kuò)散，因此，不可能非常精確地確定它們開(kāi)始接觸的區(qū)域和混合程度。
廢氣輸出設(shè)備可起到排放一切物質(zhì)的作用反應(yīng)產(chǎn)物、沒(méi)有反應(yīng)和/或沒(méi)有沉積的化合物與元素、載氣、蝕刻氣體和可能從腔室壁和/或生長(zhǎng)晶體上脫落的固體顆粒。
約1800℃的溫度大體上對(duì)應(yīng)于碳化硅生長(zhǎng)用的正常CVD方法的溫度極限，此外，約1800℃的這一溫度構(gòu)成了邊界溫度；典型地，低于1800℃，存在SiC的3C-類成核，和典型地高于1800℃，則存在SiC的6H-類或4H-類成核；最后，約1800℃的這一溫度確保在令人感興趣的壓力(0.1-1.0個(gè)大氣壓)和稀釋(1-20％)范圍內(nèi)，硅處于氣相中。
若對(duì)含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使碳和硅基本上在亦遠(yuǎn)離腔室壁的區(qū)域內(nèi)(部分如圖1中的情況一樣)接觸，則可更多地限制沿著腔室內(nèi)壁沉積碳化硅。
本發(fā)明系統(tǒng)的腔室可有利地具有抗成核氣體的輸入設(shè)備；這些設(shè)備可以以多種不同的方式且可能彼此組合地設(shè)置并確定其形狀和尺寸；氯化氫[HCl]可有利地用作抗成核氣體；該化合物與氣相內(nèi)的硅反應(yīng)，從而防止成核現(xiàn)象；氯化氫可有利地與氫氣組合使用。
本發(fā)明系統(tǒng)的腔室可有利地具有蝕刻氣體的輸入設(shè)備；這些設(shè)備可以以多種不同的方式且可能彼此組合地設(shè)置并確定其形狀和尺寸；氯化氫[HCl]可有利地用作蝕刻氣體；該化合物腐蝕固體沉積物和固體硅和碳化硅顆粒(尤其當(dāng)它們是多晶時(shí))，氯化氫可有利地與氫氣組合使用。
可以對(duì)蝕刻氣體的輸入設(shè)置進(jìn)行設(shè)備并確定其形狀和尺寸，從而使氣體進(jìn)入腔室的第一終端區(qū)域(如同圖2和圖3的實(shí)施方案中一樣)內(nèi)，即進(jìn)入支撐設(shè)備和廢氣輸出設(shè)備的附近。這些設(shè)備可起到防止廢氣輸出設(shè)備因材料沉積物導(dǎo)致堵塞。在圖2和圖3的實(shí)施方案中，這些設(shè)備包括中空連接套管(它還充當(dāng)腔室上部區(qū)域的腔室壁)，所述中空連接套管與合適的導(dǎo)管互連且具有多個(gè)朝向腔室內(nèi)部的孔。
可以對(duì)抗成核氣體的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使氣體進(jìn)入腔室的第二終端區(qū)域(如同圖2的實(shí)施方案中一樣)內(nèi)，即進(jìn)入含硅氣體的輸入設(shè)備的附近。這些設(shè)備可減少腔室內(nèi)、尤其腔室的第二區(qū)域內(nèi)液體硅顆粒的存在。在圖2的實(shí)施方案中，這些設(shè)備包括多個(gè)環(huán)狀排列且以約45°的角度朝腔室中心取向的噴嘴。
可以對(duì)抗成核氣體的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使氣體進(jìn)入腔室的中心區(qū)域。這些設(shè)備可減少腔室內(nèi)、尤其腔室的中心區(qū)域內(nèi)液體硅顆粒的存在。
可以對(duì)蝕刻氣體的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使氣體基本上只沿著腔室壁流動(dòng)。這些設(shè)備可除去和/或防止沿著腔室壁的碳化硅沉積物；但為了提供蝕刻氣體沿著壁的這種流動(dòng)，需要考慮其對(duì)必須受到充分保護(hù)的腔室壁的影響。
可改造蝕刻氣體的輸入設(shè)備，以引起與載氣(典型為氫氣(或者氬氣、氦氣或兩種或多種這些氣體的混合物))有關(guān)的蝕刻氣體(典型為氯化氫)進(jìn)入腔室內(nèi)，其中蝕刻氣體和載氣之間的比例可以是如10slm氫氣和1-2slm氯化氫。
本發(fā)明系統(tǒng)的支撐設(shè)備也可有利地具有蝕刻氣體的輸入設(shè)備(如同圖2和圖3中的實(shí)施方案一樣)；可以對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使氣體繞基底周圍進(jìn)入。這些設(shè)備可除去在支撐設(shè)備周圍區(qū)域內(nèi)的碳化硅沉積物(尤其多晶碳化硅)，并限制晶體的側(cè)面生長(zhǎng)。在此情況下，支撐設(shè)備可例如由具有內(nèi)部空腔并安裝在與該空腔互連的管道上的厚圓盤構(gòu)成(如同圖2和圖3中的實(shí)施方案一樣)；該管道絕熱且化學(xué)隔離；蝕刻氣體被注射到該管道內(nèi)，流經(jīng)該空腔，并從圓盤周邊形成的多個(gè)孔中流出。
本發(fā)明的系統(tǒng)可有利地包括在生長(zhǎng)過(guò)程中使支撐設(shè)備旋轉(zhuǎn)的設(shè)備(如同圖2和圖3中的實(shí)施方案一樣)。從而獲得在晶體表面區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng)條件均勻度的改進(jìn)。
本發(fā)明的系統(tǒng)可有利地包括在生長(zhǎng)過(guò)程中使支撐設(shè)備收縮(retracting)的設(shè)備(如同圖2和圖3中的實(shí)施方案一樣)。在生長(zhǎng)過(guò)程中，晶體表面因此基本上總是在腔室內(nèi)的同一位置上，而與已生長(zhǎng)的晶體長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，因此比較容易控制在晶體表面區(qū)域內(nèi)的生長(zhǎng)條件。
用以移動(dòng)支撐設(shè)備的設(shè)備可有利地受到保護(hù)，避免反應(yīng)腔室的熱和化學(xué)環(huán)境(如同圖2和圖3中的實(shí)施方案一樣)。
在附圖所示的所有實(shí)施方案中，支撐設(shè)備可支撐單一基底，這是最簡(jiǎn)單的情況。
根據(jù)本發(fā)明，可以以多種不同的方式對(duì)含硅氣體的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸。
生產(chǎn)這些設(shè)備的最簡(jiǎn)單方式是和用朝腔室的第二區(qū)域內(nèi)開(kāi)放的導(dǎo)管，若腔室垂直且為圓筒狀，則導(dǎo)管典型地垂直且在中心。該導(dǎo)管與系統(tǒng)的腔室互連，和導(dǎo)管的端部的溫度因此相當(dāng)高，盡管其仍低于腔室的溫度。
在腔室內(nèi)的導(dǎo)管嘴可有利地與適于使速度曲線均勻且防止側(cè)面旋渦的流體動(dòng)態(tài)分配器一起形成。
為了限制液體硅顆粒進(jìn)入腔室，該導(dǎo)管可有利地在導(dǎo)管的端部區(qū)域內(nèi)具有硅的蒸發(fā)池，該池示意性示于圖1中并用21表示，使液體硅顆粒蒸發(fā)的最典型和最簡(jiǎn)單的方式是加熱；事實(shí)上，圖1圖示了用合適材料包覆的石墨連接套管，它可通過(guò)感應(yīng)和輻射加熱。
為了加熱含硅氣體，該導(dǎo)管可有利地在其端部區(qū)域內(nèi)具有中心芯；中心芯可通過(guò)導(dǎo)管壁的輻射加熱；中心芯可具有各種形狀和尺寸；可設(shè)計(jì)特殊的形狀和/或尺寸，使導(dǎo)管壁與中心芯之間和中心芯與氣體之間的換熱最大化。
為了改進(jìn)含硅氣體在腔室內(nèi)的分布，該導(dǎo)管可有利地在其端部區(qū)域內(nèi)具有中心芯；中心芯可具有各種形狀和尺寸；可設(shè)計(jì)特殊的形狀和/或尺寸，以防止旋渦和控制沿壁的可能冷凝。
若合適地確定中心芯的形狀和尺寸，則它也可起到加熱和分配氣體的作用。
作為說(shuō)明，圖1只示出了這種芯的兩個(gè)實(shí)例(精確地說(shuō)，該附圖示出了位于截面內(nèi)且尚未安裝在導(dǎo)管端部?jī)?nèi)的情況)；用22A表示的第一芯具有帶兩個(gè)半球形端部且可完全插入到導(dǎo)管端部的圓筒狀；用22B表示的第二芯具有在底座區(qū)域內(nèi)具有球形蓋的倒錐形，和可置于導(dǎo)管出口的上方，以便錐體尖端插入到導(dǎo)管內(nèi)，但不會(huì)堵塞它。
為了限制液體硅顆粒進(jìn)入腔室，含硅氣體的輸入設(shè)備可有利地包括具有朝向?qū)Ч艿拈_(kāi)口的杯型元件(如同圖3的實(shí)施方案一樣)。于是通過(guò)腔室壁的輻射加熱杯型物，和流經(jīng)該杯型物的氣體通過(guò)杯壁被快速加熱到高溫；快速加熱是非常有利的，因?yàn)楣柙谔幱谄渎饵c(diǎn)以下溫度的時(shí)間縮短，因此硅顆粒的生長(zhǎng)時(shí)間縮短(和因此其尺寸縮小)；此外，任何顆粒(尤其液體硅顆粒)傾向于保留在杯型物內(nèi)直到蒸發(fā)。若導(dǎo)管延伸到杯型物內(nèi)(如同圖3的實(shí)施方案一樣)，則獲得改進(jìn)的結(jié)果；在導(dǎo)管通向腔室的路徑內(nèi)提供的突然變化因此實(shí)際上傾向于通過(guò)沖擊消除液體硅顆粒。
盡管圖3示出了圓筒狀杯型物，但該杯型物可相對(duì)于外表面和內(nèi)表面合適地確定形狀和尺寸；可設(shè)計(jì)特殊的形狀和/或尺寸以防止旋渦，最大化在腔室壁和杯型物之間以及在杯型物與氣體之間的換熱，和控制沿壁的可能冷凝。
根據(jù)本發(fā)明，可以以多種不同的方式對(duì)含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸。
含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備可包括多個(gè)沿環(huán)狀排列且朝腔室的第二區(qū)域開(kāi)放的噴嘴(如同其中噴嘴基本朝上的圖2的實(shí)施方案一樣)；對(duì)于直立圓筒狀腔室來(lái)說(shuō)，所述環(huán)和腔室典型地共軸和所述環(huán)典型地設(shè)置在圓筒底座上(如同圖2的實(shí)施方案一樣)或者設(shè)置在圓筒壁的下部。應(yīng)當(dāng)確定噴嘴的形狀和尺寸，其方式使含碳?xì)怏w的射流基本上在腔室的中心區(qū)域內(nèi)與硅接觸；噴嘴的形狀決定氣體射流的方向和形狀。
含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備可包括多個(gè)以環(huán)狀排列且朝腔室的中心區(qū)域開(kāi)放的導(dǎo)管(如同圖3的實(shí)施方案一樣)；對(duì)于直立圓筒狀腔室來(lái)說(shuō)，所述環(huán)和腔室典型地共軸和導(dǎo)管典型地全部相同且平行；為了得到良好的結(jié)果，可選擇所述環(huán)的平均直徑，以便約等于腔室內(nèi)徑的2/3。在圖3的實(shí)施方案中，這些導(dǎo)管與同腔室底座相鄰的中空?qǐng)A盤連通；一系列小的導(dǎo)管在圓盤空腔內(nèi)開(kāi)放；小的導(dǎo)管作為支流從大的共軸導(dǎo)管處延伸。
含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備可包括在腔室的中心區(qū)域內(nèi)開(kāi)放的環(huán)形導(dǎo)管；對(duì)于直立圓筒狀腔室來(lái)說(shuō)，所述環(huán)和腔室典型地共軸；為了提供含硅氣體(進(jìn)入腔室的第二區(qū)域內(nèi))的良好分布，所述環(huán)的平均直徑有利地只略微小于腔室的內(nèi)徑；在此情況下，可另外在含碳?xì)怏w的環(huán)狀導(dǎo)管周圍且接近腔室壁提供設(shè)置用于蝕刻氣體的環(huán)狀導(dǎo)管，以便保持腔室壁不具有碳化硅沉積物。
應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備，以便試圖實(shí)現(xiàn)與含硅氣體的良好混合和在腔室內(nèi)氣體的寬且均勻的分布，和試圖防止旋渦；還有利的是考慮含炭黑的氣體可能向含硅氣體的輸入設(shè)備擴(kuò)散。
關(guān)于含硅氣體的輸入設(shè)備和含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備，目的是使碳和硅進(jìn)入基底區(qū)域而不是在腔室壁上。
(含硅或碳的)前體氣體的輸入設(shè)備典型地適于使與載氣(它可以是氫氣、氬氣、氦氣或兩種或多種這些氣體的混合物)相關(guān)并因此在載氣內(nèi)稀釋的前體氣體進(jìn)入腔室；對(duì)于載氣來(lái)說(shuō)，前體氣體和載氣之間的比例可以是例如10slm，和對(duì)于前體氣體來(lái)說(shuō)，可以是1-2slm。
攜帶硅的最典型的前體氣體是硅烷[SiH4]；可有利地混合硅烷[SiH4]與氯化氫[HCl]，以便防止(或者至少限制)在導(dǎo)管內(nèi)任何地方形成硅液滴；或者可使用同時(shí)含硅和氯的化合物，例如二氯硅烷[DCS]、三氯硅烷[TCS]和四氯化硅[SiCl4]。
攜帶碳的前體氣體可以是丙烷[C3H8]、乙烯[C2H4]或乙炔[C2H2]；在這些當(dāng)中，在高溫下最穩(wěn)定的化合物是乙炔，最易處理的是丙烷，和居中的化合物是乙烯。
曲于必須在腔室內(nèi)維持很高的溫度，因此加熱設(shè)備有利地為感應(yīng)類型且適于加熱腔室壁；在任何一個(gè)附圖中均沒(méi)有示出加熱設(shè)備。
優(yōu)選維持預(yù)定的溫度曲線；特別地，腔室的中心區(qū)域內(nèi)的溫度有利地非常高(2200-2600℃)，而第一區(qū)域(和因此基底和生長(zhǎng)晶體)的溫度稍微低點(diǎn)(1800-2200℃)，以促進(jìn)碳化硅的冷凝；第一區(qū)域(含硅氣體的輸入?yún)^(qū)域)內(nèi)的溫度應(yīng)非常高(2200-2600℃)，但也可略微低于中心區(qū)域的溫度(2000-2400℃)。
在第一實(shí)施方案中，加熱設(shè)備因此可適于在腔室內(nèi)產(chǎn)生下述溫度-在第一區(qū)域內(nèi)，1800-2200℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2000℃，-在中心區(qū)域內(nèi)，2200-2600℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2400℃。
-在第二區(qū)域內(nèi)，2000-2400℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2200℃。
在第二實(shí)施方案中，加熱設(shè)備因此可適于在腔室內(nèi)產(chǎn)生下述溫度-在第一區(qū)域內(nèi)，1800-2200℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2000℃，-在中心區(qū)域內(nèi)，2200-2600℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2400℃，-在第二區(qū)域內(nèi)，2200-2600℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2400℃。
有利地安排支撐設(shè)備使之包括控溫設(shè)備。本發(fā)明系統(tǒng)的支撐設(shè)備典型地由涂有SiC或TaC層的石墨組成；這些因此還通過(guò)感應(yīng)效應(yīng)和輻射效應(yīng)充當(dāng)加熱元件。氣流例如氫氣流可有利地用于控制支撐設(shè)備的溫度；25slm的氫氣流吸收約1kW的功率，以便從環(huán)境溫度被加熱到2000℃。在此情況下，支撐設(shè)備可例如由具有內(nèi)部空腔并安裝在與該空腔互連的管道上的厚圓盤構(gòu)成；該管道絕熱且化學(xué)隔離；冷卻氣體被注射到管道內(nèi)，流經(jīng)該空腔，并從圓盤周邊內(nèi)形成的多個(gè)孔中流出。在圖2和圖3的實(shí)施方案中，在支撐設(shè)備內(nèi)部的氣流可有利地用于蝕刻和控溫這兩方面。
本發(fā)明系統(tǒng)的許多組成部件可由石墨組成，典型地，這些部件應(yīng)當(dāng)覆蓋保護(hù)層，例如SiC和TaC(其更有耐受性)的保護(hù)層。
在圖2和3中，用與圖1相同的參考標(biāo)記表示具有相同或類似功能的元件。
盡管附圖僅示出了本發(fā)明的兩個(gè)具體的實(shí)施方案，但根據(jù)前述說(shuō)明，顯然可以以多種不同的方式實(shí)施本發(fā)明，這些方式來(lái)自于對(duì)其組成設(shè)備來(lái)說(shuō)可預(yù)見(jiàn)到的多種變體的組合。
權(quán)利要求
1.用于在基底上生長(zhǎng)碳化硅晶體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括沿著軸延伸的腔室，其中該腔室具有-獨(dú)立的用于含碳?xì)怏w和含硅氣體的輸入設(shè)備，-設(shè)置在腔室的第一終端區(qū)域內(nèi)的基底支撐設(shè)備，-設(shè)置在支撐設(shè)備附近的廢氣輸出設(shè)備，-適于加熱該腔室至高于約1800℃的溫度的加熱設(shè)備，其中對(duì)含硅氣體的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使含硅氣體進(jìn)入腔室的第二終端區(qū)域，其特征在于，對(duì)含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使碳和硅基本上在同時(shí)遠(yuǎn)離第一終端區(qū)域和第二終端區(qū)域的腔室的中心區(qū)域內(nèi)接觸。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中對(duì)含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使碳和硅基本上在亦遠(yuǎn)離腔室壁的區(qū)域內(nèi)接觸。
3.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中該腔室具有蝕刻氣體的輸入設(shè)備，其中對(duì)所述輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式允許所述氣體進(jìn)入腔室的第一終端區(qū)域。
4.權(quán)利要求1、2和3任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中該腔室具有抗成核氣體的輸入設(shè)備，其中對(duì)所述輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式允許所述氣體進(jìn)入腔室的第二終端區(qū)域。
5.前述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該腔室具有抗成核氣體的輸入設(shè)備，其中對(duì)所述輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式允許所述氣體進(jìn)入腔室的中心區(qū)域內(nèi)。
6.前述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該腔室具有蝕刻氣體的輸入設(shè)備，其中對(duì)所述輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使得基本上只沿著腔室壁產(chǎn)生氣流。
7.前述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中支撐設(shè)備具有蝕刻氣體的輸入設(shè)備，其中對(duì)所述輸入設(shè)備進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式允許該氣體圍繞基底進(jìn)入。
8.前述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，它包括在生長(zhǎng)過(guò)程中使支撐設(shè)備旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。
9.前述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，它包括在生長(zhǎng)過(guò)程中使支撐設(shè)備收縮的設(shè)備。
10.前述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中含硅氣體的輸入設(shè)備包括朝腔室的第二區(qū)域開(kāi)放的導(dǎo)管。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)管在其端部區(qū)域內(nèi)具有硅的蒸發(fā)池。
12.權(quán)利要求10或11的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)管在其端部區(qū)域內(nèi)具有加熱含硅氣體和/或使其在腔室內(nèi)分布的中心芯。
13.權(quán)利要求10、11和12任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中含硅氣體的輸入設(shè)備包括具有朝向所述導(dǎo)管的開(kāi)口的杯型元件。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)管在杯內(nèi)延伸。
15.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備包括多個(gè)以環(huán)狀排列并朝腔室的第二區(qū)域開(kāi)放的噴嘴。
16.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備包括多個(gè)以環(huán)狀排列并朝腔室的中心區(qū)域開(kāi)放的導(dǎo)管。
17.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備包括在腔室的中心區(qū)域內(nèi)開(kāi)放的環(huán)狀導(dǎo)管。
18.前述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中加熱設(shè)備為感應(yīng)類型且適于加熱腔室壁。
19.權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中加熱設(shè)備適于在腔室內(nèi)產(chǎn)生下述溫度-在第一區(qū)域內(nèi)，1800-2200℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2000℃，-在中心區(qū)域內(nèi)，2200-2600℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2400℃，-在第二區(qū)域內(nèi)，2000-2400℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2200℃。
20.權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中加熱設(shè)備適于在腔室內(nèi)產(chǎn)生下述溫度-在第一區(qū)域內(nèi)，1800-2200℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2000℃，-在中心區(qū)域內(nèi)，2200-2600℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2400℃，-在第二區(qū)域內(nèi)，2200-2600℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選約2400℃。
21.前述任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中支撐設(shè)備包括控溫設(shè)備。
全文摘要
公開(kāi)了在基底上生長(zhǎng)碳化硅晶體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括沿著軸延伸的腔室(1)，其中該腔室(1)具有獨(dú)立的用于含碳?xì)怏w和含硅氣體的輸入設(shè)備(2，3)，設(shè)置在腔室的第一終端區(qū)域(Z1)內(nèi)的基底支撐設(shè)備(4)，設(shè)置在支撐設(shè)備(4)附近的廢氣輸出設(shè)備(5)，和適于加熱該腔室(1)至高于1800℃的溫度的加熱設(shè)備，對(duì)含硅氣體的輸入設(shè)備(2)進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使含硅氣體進(jìn)入腔室的第二終端區(qū)域(Z2)內(nèi)，對(duì)含碳?xì)怏w的輸入設(shè)備(3)進(jìn)行設(shè)置并確定其形狀和尺寸，其方式使碳和硅基本上在同時(shí)遠(yuǎn)離第一終端區(qū)域(Z1)和第二終端區(qū)域(Z2)的腔室的中心區(qū)域(ZC)內(nèi)接觸。
文檔編號(hào)C30B29/10GK1806069SQ200480016482
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者G·瓦倫特, V·泊澤緹, O·克迪那, M·瑪斯, N·斯派西亞勒, D·克里帕, F·普勒緹 申請(qǐng)人:Lpe公司