两个碳化硅层的同时生长的制作方法-k8凯发

本公开一般涉及用于单晶碳化硅层的升华生长的系统和方法。具体地，涉及用于同时生长两个外延单晶碳化硅层的系统和方法。

背景技术：

1、近年来，对能够在高功率水平和高温下操作的电子设备的提高的能量效率的需求不断增加。硅(si)是目前功率器件半导体中最常用的材料，碳化硅(sic)由于其高热导率、高饱和电子漂移速度和高击穿电场强度而成为非常合适的材料。

2、用于通过升华生长单晶sic层的最常见技术是通过物理气相传输(pvt)。在该技术中，单晶层将在其上生长的籽晶和源材料被放置在坩埚中并且被加热到源材料的升华温度，其通常是粉末的形式。来自源材料的蒸气物质随后沉积在籽晶上，单晶层可从籽晶生长。然而，使用粉末作为源材料具有若干缺点。由于制造工艺，粉末通常包括杂质。此外，粉末中的热分布不够均质，导致对粉末的升华的控制较少。另外的缺点是来自粉末的固体颗粒落到晶种上的风险，导致最终晶体结构中的夹杂物和杂质。

3、pvt的一个版本是升华夹层法(ssm)，其中代替粉末，将单片sic板用作源材料。例如，使用板有利于控制源材料的温度均匀性。该方法的另一个优点是源材料与籽晶/衬底之间的短距离，其具有蒸气物质不与坩埚的壁反应的积极效果。

4、然而，该工艺仍然是耗时的，并且还不适于一次生产多于一个单晶。随着对sic单晶的需求增加，需要增加生产容量和效率，同时保持或甚至增加质量。欧洲专利申请ep2664695 a1中公开了用于同时生长多于一个sic单晶体的系统。两个单晶体分别在两个生长隔室中产生，并且源材料包含在向两个生长隔室进料的单个隔室中。源材料还呈粉末形式。

5、因此，仍然需要克服上述至少一些问题的改进的系统和方法。

技术实现思路

1、本文描述的系统和方法通过提供用于在相应的第一衬底和第二衬底上同时生产第一外延单晶层和第二外延单晶层的系统来克服这些问题，所述系统包括：第一内部容器，所述第一内部容器限定用于容纳第一源材料和所述第一衬底的第一腔体；第二内部容器，所述第二内部容器限定用于容纳第二源材料和所述第二衬底的第二腔体；隔热容器，所述隔热容器被布置成在其中容纳所述第一内部容器和所述第二内部容器；外部容器，所述外部容器被布置成在其中容纳所述隔热容器以及所述第一内部容器和所述第二内部容器；以及加热装置，所述加热装置被布置在所述外部容器外部并且被配置成同时加热所述第一腔体和所述第二腔体。

2、通过提供限定两个腔体的两个容器，所述两个腔体两者都被布置在同一隔热容器内，生产能力可以加倍。因为可以使用一个系统来实现两个单晶层的生产，所以每生产层的能量消耗减少了至少50％。

3、在本公开的一个实施方式中，还提供了加热体，该加热体在所述隔热容器内被布置在第一内部容器与第二内部容器之间，并且其中，加热装置还被配置成同时加热加热体以及第一腔体和第二腔体。

4、加热体具有蓄热器的功能，该蓄热器通常将热量均等地和同时地分配给系统、并且特别是第一腔体和第二腔体。通过这种布置结构，一个单个加热体足以加热两个腔体，这更节能并且因此可以减少功耗。

5、在本公开的一个实施方式中，第一内部容器、第二内部容器和加热体一体式形成。

6、在本公开的一个实施方式中，第一内部容器被布置在第二内部容器的上方。此外，第一内部容器和第二内部容器的形状是圆柱形的并且具有相同的直径。

7、在本公开的一个实施方式中，第一内部容器包括上部部分和下部部分，并且第二内部容器包括上部部分和下部部分，第一内部容器的下部部分与第二内部容器的上部部分基本上相同。

8、使第一内部容器的下部部分与第二内部容器的上部部分基本上相同，这使得两个腔体内部的热降是相等的。

9、本公开的一个实施方式包括用于在第一腔体中将第一源材料布置在距第一衬底预定距离处的第一装置和用于在第二腔体中将第二源材料布置在距第二衬底预定距离处的第二装置。

10、控制源材料与相应衬底之间的距离确保两个单晶层同时且均质地生长。

11、在本公开的一个实施方式中，第一源材料被布置在第一衬底的下方，并且第二源材料被布置在第二衬底的上方。

12、当第一内部容器被布置在第二内部容器上方时，从而提供更靠近系统中心的第一源材料和第二源材料，这种布置结构是特别有益的。此外，如果加热体被布置在内部容器之间，则源材料将更靠近加热体，因此具有足够快速的初始温度升高，以便充分快速地达到升华温度。

13、在本公开的一个实施方式中，隔热容器和外部容器的形状为圆柱形，并且第一源材料和第二源材料以及第一衬底和第二衬底为盘形形状。

14、本公开的一个实施方式还包括被布置在相应的第一内部容器和第二内部容器内部的第一碳获取器和第二碳获取器。

15、在本公开的一个实施方式中，加热装置能够沿着外部容器移动。

16、该特征的作用是可以调节第一腔体和第二腔体内的温度和热降。

17、本公开的目的还在于提供一种用于在相应的第一衬底和第二衬底上同时生产第一外延单晶层和第二外延单晶层的方法，该方法包括：提供第一内部容器，该第一内部容器限定用于容纳第一源材料和第一衬底的第一腔体；提供第二内部容器，该第二内部容器限定用于容纳第二源材料和第二衬底的第二腔体；将第一源材料和第一衬底布置在第一腔体中，并且将第二源材料和第二衬底布置在第二腔体中；将第一内部容器和第二内部容器布置在隔热容器内；将隔热容器布置在外部容器内；在外部容器外部提供加热装置，以同时加热第一腔体和第二腔体；将第一腔体和第二腔体排空到预定压力；将惰性气体引入第一腔体和第二腔体；通过加热装置将第一腔体和第二腔体中的温度同时升高到预定生长温度；在第一腔体和第二腔体中保持预定生长温度，直到已经实现相应的第一衬底和第二衬底上的第一外延单晶层和第二外延单晶层的预定厚度为止；冷却第一衬底和第二衬底。

18、通过提供第一内部容器和第二内部容器并且将两者布置在同一隔热容器内，并且使用相同的加热装置加热这两者，可以在一个系统中同时产生两个外延单晶层。生产变得更加节能、空间高效并且减少了生产时间。

19、在本公开的一个实施方式中，第一源材料和第二源材料是单片碳化硅。

20、在本公开的一个实施方式中，将第一源材料和第二源材料以及第一衬底和第二衬底布置在相应的第一腔体和第二腔体中的步骤包括将第一源材料布置在第一衬底下方并且将第二源材料布置在第二衬底上方。

21、在本公开的一个实施方式中，将第一内部容器和第二内部容器布置在隔热容器内的步骤包括将第一内部容器布置在第二内部容器上方。

22、本公开的一个实施方式还包括在第一内部容器与第二内部容器之间提供加热体。

23、在本公开的一个实施方式中，升高第一腔体和第二腔体的温度的步骤还包括：同时升高布置在第一内部容器和第二内部容器之间的加热体的温度。

技术特征：

1.一种用于在相应的第一衬底和第二衬底上同时生产第一外延单晶层和第二外延单晶层的系统(100)，所述系统包括：

2.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述系统还包括：加热体(5)，所述加热体(5)在所述隔热容器(6)内被布置在所述第一内部容器(3)与所述第二内部容器(4)之间，并且其中，所述加热装置(8)还被配置成同时加热所述加热体(5)以及所述第一腔体和所述第二腔体。

3.根据权利要求2所述的系统(100)，其中，所述第一内部容器(3)、所述第二内部容器(4)和所述加热体(5)一体式形成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述第一内部容器(3)被布置在所述第二内部容器(4)上方。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述第一内部容器(3)和所述第二内部容器(4)的形状为圆柱形并且具有相同的直径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，所述系统还包括：

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述隔热容器(6)和所述外部容器(7)的形状是圆柱形的，并且所述第一源材料和所述第二源材料以及所述第一衬底和所述第二衬底是盘形形状的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，所述系统还包括：

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述加热装置(8)能够沿着所述外部容器(7)移动。

12.一种用于在相应的第一衬底和第二衬底上同时生产第一外延单晶层和第二外延单晶层的方法，所述方法包括：

13.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述第一源材料和所述第二源材料是单片碳化硅。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述第一源材料和所述第二源材料以及所述第一衬底和所述第二衬底布置在相应的所述第一腔体和所述第二腔体中的步骤包括：

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，将所述第一内部容器(3)和所述第二内部容器(4)布置在隔热容器(6)内的步骤包括：将所述第一内部容器(3)布置在所述第二内部容器(4)上方。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，所述方法还包括：在所述第一内部容器(3)与所述第二内部容器(4)之间提供加热体(5)。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，升高所述第一腔体和所述第二腔体的温度的步骤还包括：同时升高所述加热体(5)的温度。

技术总结
提供了一种用于在相应的第一衬底和第二衬底上同时生产第一外延单晶层和第二外延单晶层的系统(100)，该系统包括：第一内部容器(3)，其限定用于容纳第一源材料和第一衬底的第一腔体；第二内部容器(4)，其限定用于容纳第二源材料和第二衬底的第二腔体；隔热容器(6)，其被布置成在其中容纳第一内部容器(3)和第二内部容器(4)；外部容器(7)，其被布置成在其中容纳隔热容器(6)以及第一内部容器(3)和第二内部容器(4)；以及加热装置(8)，其被布置在外部容器(7)外部并且被配置成同时加热第一腔体和第二腔体。

技术研发人员：董林,k·阿拉萨德,j·p·埃克曼
受保护的技术使用者：碳化硅i斯德哥尔摩公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8