DE112006001204T5

DE112006001204T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Siliciumkarbidkristallen

Info

Publication number: DE112006001204T5
Application number: DE112006001204T
Authority: DE
Inventors: Valeri F. Tsvetkov; David Phillip Malta
Original assignee: Cree Inc
Current assignee: Wolfspeed Inc
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP5289045B2; US20060254505A1; DE112006001204B4; WO2006124103A1; JP2008540316A; US7387680B2

Abstract

Verfahren zum Wachsen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial, wobei das Verfahren umfasst:
Einführen eines Siliciumkarbid-Seed-Kristalls in eine Siliciumkarbid-Wachstumskammer, wobei der Siliciumkarbid-Seed-Kristall eine erste Siliciumkarbid-Wachstumsfläche mit einer ersten Wachstumsebene zum Halten des Wachstums eines Siliciumkarbidkristalls aus einem Siliciumkarbid-Quellmaterial in einer ersten kristallographischen Richtung in Entsprechung zu der ersten Wachstumsebene aufweist,
Einführen einer Vielzahl von Siliciumkarbidkristall-Wachstumsteilern in die Siliciumkarbid-Wachstumskammer, wobei die Teiler gegenüberliegende Flächen aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Wachstumsfläche ausgerichtet sind, wobei die Teiler voneinander beabstandet sind, um eine Vielzahl von Durchgängen zwischen den Teilern mit einer ausreichenden Größe zu bilden, um dazwischen das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen zu gestatten,
Zuführen eines Siliciumkarbid-Quellmaterials in die Kammer, und
Wachsen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial auf der ersten Wachstumsfläche in der ersten kristallographischen Richtung in die Durchgänge, um eine Vielzahl von Siliciumkarbidkristallen mit gegenüberliegenden Flächen zu bilden, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Wachstumsfläche sind, wobei die gegenüberliegenden Flächen des Siliciumkarbidkristalls eine...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Siliciumkarbid-Kristallmaterials. Die Erfindung wurde durch die US-Regierung unter der Vertragsnummer N00014-02-C-0302 gefördert. Die US-Regierung kann bestimmte Rechte an dieser Erfindung innehaben.
Siliciumkarbid (SiC) ist ein vorteilhaftes Material, das bei der Herstellung von Halbleiterelementen verwendet wird. Siliciumkarbid weist verschiedene Eigenschaften auf, die in derartigen Elementen nützlich sind, wie etwa eine breite Bandlücke, einen hohen Wärmekoeffizienten, eine niedrige dielektrische Konstante und eine hohe Temperaturstabilität. Deshalb können Siliciumkarbidmaterialien hervorragende Halbleitereigenschaften vorsehen und können elektronische Elemente aus Siliciumkarbid bei höheren Temperaturen betrieben werden als Elemente aus anderen derzeit in der Branche verwendeten Materialien.
Herkömmlicherweise werden zwei verschiedene Techniken für die Ausbildung von kristallinem Siliciumkarbid für Halbleiteranwendungen verwendet. Die erste Technik wird als chemische Gasphasenabscheidung („CVD") bezeichnet. Bei dieser Technik werden reaktive Gase in ein System eingeführt, um Siliciumkarbidkristalle gewöhnlich in Epitaxieschichten auf einem geeigneten Substrat zu bilden.
Die zweite Technik wird allgemein als Sublimation bezeichnet. Bei dieser Technik wird ein Siliciumkarbidmaterial (gewöhnlich in der Form eines Pulvers) als Startmaterial verwendet. Das Siliciumkarbid-Startmaterial wird in einem Tiegel erhitzt, bis es sublimiert, d.h. verdampft, wobei man das verdampfte Material dann kondensieren lässt, um die gewünschten Kristalle zu erzeugen. Dies kann bewerkstelligt werden, indem ein Siliciumkarbid-Seed-Material in den Tiegel eingeführt wird und auf eine Temperatur erhitzt wird, die geringer ist als die Temperatur, bei der das Siliciumkarbid sublimiert. Ein bahnbrechendes Patent, das Verfahren zum Bilden von kristallinem Siliciumkarbid für Halbleiteranwendungen unter Verwendung von derartigen Sublimationstechniken beschreibt, ist das US-Patent Nr. 4,866,005 (Davis et al.) vom 12. September 1989, das als US-Patent Nr. Re. 34,861 vom 14. Februar 1995 neu ausgegeben wurde. Beide Patente sind hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen.
Viele Halbleiteranwendungen erfordern ein einkristallines Material mit sehr wenigen Defekten in dem Kristallgitter und/oder wenigen unerwünschten Unreinheiten. Auch bei einem reinen Material kann eine fehlerhafte Gitterstruktur verhindern, dass das Material für elektrische Elemente nützlich ist, wobei die Unreinheiten in einem derartigen Kristall vorzugsweise kontrolliert werden, um bestimmte gewünschte elektrische Eigenschaften (wie etwa eine n- oder p-Leitfähigkeit) vorzusehen. Zum Beispiel können Kristallfehler in dem SiC-Einkristall wie etwa Micropipe-Defekte, Schraub-Fehlstellen, Kanten-Fehlstellen, Stapelfehler usw. ein Lecken des Stroms und eine reduzierte Durchschlagspannung in einem SiC-Element zur Folge haben.
Ein Ansatz zum Verbessern der SiC-Qualität konzentriert sich auf die Seed-Kristallausrichtung in dem Tiegel. SiC-Einkristalle enthalten eine {0001}-Ebene (auch als c-Ebene bezeichnet) als Hauptebenenausrichtung. SiC-Einkristalle enthalten weiterhin eine {1-100}-Ebene und eine {11-20}-Ebene (die a-Ebenen), die senkrecht zu der {0001}-Ebene sind. Herkömmlicherweise verwenden Sublimationsprozesse wie die oben genannten die c-Ebene {0001} eines Siliciumkarbid-Seed-Kristalls als Wachstumsfläche für das Wachstum von Siliciumkarbid-Einkristallen in der <0001>-Wachstumsrichtung.
Auf einer c-Ebene, d.h. in einer <0001>-Richtung unter Verwendung einer {0001}-Ebene als Seed-Kristallfläche gewachsene SiC-Einkristalle enthalten Micropipe-Defekte mit einer Dichte von bis zu 10³ cm^–2. Derartige SiC-Kristalle können auch andere Defekte aufweisen, wie etwa Schraub-Fehlstellen mit einer Dichte von 10³ bis 10⁹ cm^–2, und Kanten-Fehlstellen mit einer Dichte von 10⁹ bis 10⁵ cm^–2 in einer Richtung, die im wesentlichen parallel zu der <0001>-Richtung ist. Die Defekte und Fehlstellen werden in Elemente übernommen, die unter Verwendung des SiC-Einkristalls erzeugt werden, wobei es sich zum Beispiel um Elemente handelt, die in einer auf dem SiC-Kristall gewachsenen Epitaxieschicht erzeugt werden. Dementsprechend sind die Defekte und Fehlstellen auch in der Epitaxieschicht mit im wesentlichen der gleichen Dichte wie in dem SiC-Einkristallwafer vorhanden und beeinträchtigen die Eigenschaften des Elements.
Durch das Wachsen von SiC-Einkristallen auf einem Seed-Kristall mit der a-Ebene als Wachstumsfläche können die Konzentrationen von Micropipe-Defekten und Fehlstellen in der {0001}-Ebene reduziert werden. Der resultierende Kristall kann jedoch andere unerwünschte Defekte enthalten, wie vor allem Stapelfehler in den {0001}-Ebenen mit einer Dichte von 10² bis 10⁴ cm^–1 in einer Richtung parallel zu der Richtung des Kristallwachstums. Derartige Defekte werden ebenfalls in die Produkte übernommen, die den SiC-Kristall als Komponente enthalten. Aus einem derartigen SiC-Wafer erzeugte SiC-Leistungselemente weisen wiederum einen relativ hohen Ein-Widerstand und ein relativ großes Stromlecken in der umgekehrten Richtung auf, wodurch die Leistung der Einrichtung beeinträchtigt wird.
Die US-Patentanmeldungsveröffentlichung 2003/007611 betrifft einen Prozess zum Herstellen von SiC-Einkristallen unter Verwendung einer Reihe von Seed-Kristallen mit unterschiedlichen Wachstumsebenen. In der '611-Anmeldung wächst ein erster SiC-Kristall in einer <1-100>- oder <11-20>-Richtung (in einer „a-Ebene") auf einem ersten Seed-Kristall mit einer ersten Wachstumsfläche, die gewöhnlich eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder weniger in Bezug auf eine {1-100}- oder {11-20}-Ebene ist. Der resultierende Siliciumkarbidkristall wird (zum einem Wafer) verarbeitet, um einen zweiten Seed-Kristall mit einer zweiten Wachstumsfläche mit einer Neigung von 45 bis 90 Grad in Bezug auf eine {0001}-Ebene des ersten gewachsenen Kristalls vorzusehen. Dann lässt man einen weiteren Siliciumkarbidkristall auf dem zweiten Seed-Kristall wachsen, aus dem ein endgültiger Seed-Kristall mit einer Wachstumsfläche in einer Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder weniger in Bezug auf eine {0001}-Ebene des zweiten gewachsenen Kristalls gebildet wird.
Die '611-Anmeldung gibt an, dass der Prozess die Kanten-Fehlstellen und Stapelfehler reduziert. Der Prozess ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden. Die in jedem Schritt erzeugten SiC-Kristalle müssen verarbeitet werden, d.h. die Siliciumkarbid-Boule muss zu einem Wafer verarbeitet, d.h. geteilt, poliert und geschliffen werden (um ein polykristallines Wachstum zu entfernen), um einen Seed-Kristall zu bilden, der für die Verwendung in dem nächsten Schritt des Prozesses geeignet ist. Jeder dieser Schritte kann zeitaufwändig und arbeitsintensiv sein. Außerdem kann das Unterteilen jeder folgenden gewachsenen SiC–Kristall-Boule einen wesentlichen Materialverlust zur Folge haben, was eine insgesamt schlechte Ausbeute mit sich bringt.
Deshalb besteht ein Bedarf für Verfahren zum Erzeugen eines SiC-Kristallmaterials, das als Siliciumkarbid-Seed-Kristalle mit reduzierten Defekten genutzt werden kann, auf kosteneffiziente und zeiteffiziente Weise, um die Massenproduktion von derartigen Materialien enthaltenden Halbleiterelementen zu vereinfachen.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Siliciumkarbid- Kristallmaterialien mit reduzierten Defekten an. Um die Konzentration von Defekten zu reduzieren, lässt man Siliciumkarbidkristalle in alternierenden kristallographischen Wachstumsrichtungen wachsen. Durch das derartige Alternieren des Wachstums von Siliciumkarbid können Defekte begrenzt werden, die für eine bestimmte Kristallausrichtung spezifisch sind. Die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erzeugten Siliciumkarbidkristalle sind nützlich als Siliciumkarbid-Seed-Kristalle, die wegen ihrer reduzieren Defektkonzentrationen die Erzeugung von Siliciumkarbid-Einkristallen mit ebenfalls reduzierten Defektkonzentrationen vereinfachen können.
Die Erfindung gestattet auch die Erzeugung einer Vielzahl von Siliciumkarbidmaterialien in einem einzigen Sublimationsschritt. Siliciumkarbidkristalle können also auf zeit- und kosteneffiziente Weise erzeugt werden. Weiterhin wird das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen derart gerichtet, dass eine folgende Nutzung der Kristalle ohne zeitaufwändige und arbeitsintensive Schritte möglich ist, wie sie häufig in den Techniken aus dem Stand der Technik nötig sind. Außerdem ermöglicht die Erfindung größere Ausbeuten an Siliciumkarbidmaterialien.
Das Verfahren der Erfindung umfasst einen Schritt zum Einführen eines Siliciumkarbid-Seed-Kristalls in eine Siliciumkarbid-Wachstumskammer. Der Seed-Kristall weist eine erste Siliciumkarbid-Wachstumsfläche mit einer ersten Wachstumsebene auf. Der Seed-Kristall hält dementsprechend das Wachstum des Siliciumkarbidkristalls aus einem Siliciumkarbid- Quellmaterial in einer ersten kristallographischen Richtung in Entsprechung zu der ersten Wachstumsebene.
Das Verfahren umfasst weiterhin einen Schritt zum Einführen einer Vielzahl von Siliciumkarbidkristall-Wachstumsteiler in die Siliciumkarbid-Wachstumskammer. Die Teiler weisen gegenüberliegende Flächen auf, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Wachstumsfläche ausgerichtet sind. Außerdem sind die Teiler voneinander beabstandet, um eine Vielzahl von Durchgängen zu bilden. Die Durchgänge zwischen den Teilen weisen eine Größe auf, die ausreicht, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen zwischen den Teilern zu gestatten.
In dem Verfahren wird Siliciumkarbid-Quellmaterial in die Kammer eingeführt und lässt man ein Siliciumkarbid-Kristallmaterial auf der ersten Wachstumsfläche in der ersten kristallographischen Richtung wachsen. Die Teiler lenken die Richtung des Kristallwachstums, sodass der Kristall von der Wachstumsfläche in die Durchgänge zwischen den Teilen wächst, um eine Vielzahl von Siliciumkarbidkristallen mit gegenüberliegenden Flächen zu bilden, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Wachstumsfläche sind. Die resultierenden Siliciumkarbidkristalle können die Form der Durchgänge spiegeln, in die ihr Wachstum gelenkt wird, wobei die Durchgänge einen plattenartigen Aufbau für die Siliciumkarbidkristalle vorsehen. Daraus resultiert, dass die gegenüberliegenden Flächen der resultierenden Siliciumkarbidkristalle eine zweite Wachstumsfläche mit einer zweiten Wachstumsebene vorsehen, die sich von der ersten Wachstumsebene unterscheidet. Die auf diese Weise erzeugte Vielzahl von Siliciumkarbidkristallen ist für die Verwendung als Seed-Kristalle in folgenden Sublimationsschritten geeignet, in denen die zweite Wachstumsebene der entnommenen Kristalle das Wachstum der zusätzlichen Siliciumkarbidkristalle in einer zweiten kristallographischen Richtung hält.
In folgenden Schritten wird wenigstens einer der Siliciumkarbidkristalle mit der zweiten Wachstumsebene entnommen und in die Siliciumkarbid-Wachstumskammer eingeführt, um die zweite Wachstumsebene als zweite Siliciumkarbid-Wachstumsfläche zu exponieren. Ein Siliciumkarbid-Quellmaterial wird zu der Kammer zugeführt und man lässt Siliciumkarbid-Kristallmaterial auf der zweiten Wachstumsfläche in der zweiten kristallographischen Richtung wachsen.
Auf diese Weise können Siliciumkarbidkristalle in alternierenden kristallographischen Wachstumsrichtungen wachsen, wodurch eine für eine bestimmte Kristallausrichtung spezifische Defektbildung begrenzt werden kann. Weil außerdem die Teiler die Bildung von plattenartigen Strukturen aus Siliciumkarbidkristall fördern können, können die Kristalle als Seed-Kristalle in folgenden Sublimationsprozessen genutzt werden, ohne dass hierfür die zeitaufwändigen und arbeitsintensiven Schritte zur Waferbildung (d.h. das Teilen einer Kristall-Boule, das Schleifen zum Entfernen eines polykristallinen Wachstums, usw.) der Techniken aus dem Stand der Technik erforderlich sind. Weil auf derartige Schritte zur Waferbildung verzichtet werden kann, werden auch die Abfälle reduziert und wird die Ausbeute erhöht.
Die vorliegende Erfindung gibt weiterhin eine Vorrichtung zum Erzeugen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial an. Die Vorrichtung umfasst eine Siliciumkarbid-Wachstumskammer mit wenigstens einem Siliciumkarbid-Seed–Kristall. Der Seed-Kristall weist eine erste Siliciumkarbid-Wachstumsfläche mit einer ersten Siliciumkarbidkristall-Wachstumsebene zum Halten des Wachstums des Siliciumkarbid-Kristallmaterials aus einem Siliciumkarbid-Quellmaterial in einer ersten kristallographischen Richtung in Entsprechung zu der ersten Wachstumsebene auf. Die Vorrichtung der Erfindung umfasst weiterhin eine Vielzahl von Siliciumkarbidkristall-Wachstumsteilern in der Wachstumskammer. Die Teiler weisen gegenüberliegende Flächen auf, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Wachstumsfläche ausgerichtet sind und von einander beabstandet sind, um dazwischen eine Vielzahl von Durchgängen zu bilden, deren Größe ausreicht, um das Wachstum der Siliciumkarbidkristalle zu gestatten.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Nachdem die Erfindung vorstehend allgemein beschrieben wurde, wird im Folgenden auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu ist. 1 ist eine schematische Querschnittansicht eines beispielhaften Seed-Sublimationssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen eines Siliciumkarbid-Kristallmaterials.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen einige, aber nicht alle Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die Erfindung kann auf verschiedene Weise realisiert werden und ist nicht auf die hier gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsformen dienen lediglich dazu, die Erfindung zu erläutern. Gleiche Bezugszeichen geben jeweils identische Teile an.
Die allgemeinen Aspekte von verschiedenen Techniken für das Wachstum von Siliciumkarbid wie etwa eine chemische Gasphasenabscheidung und Seed-Sublimations-Techniken sind seit vielen Jahren wohlbekannt. Weiterhin weiß der Fachmann, der mit dem Wachstum von Kristallen und insbesondere in schwierigen Materialsystemen wie etwa Siliciumkarbid vertraut ist, dass die Details einer bestimmten Technik je nach den Umständen gezielt variiert werden müssen. Dementsprechend sind die hier gegebenen Beschreibungen in einem allgemeinen und schematischen Sinne zu verstehen, wobei der Fachmann die vorliegende Erfindung auf der Basis der vorliegenden Beschreibung ohne übermäßiges Experimentieren ausführen können sollte.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf eine Seed-Sublimations-Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann auf beliebige Typen von Vorrichtungen und Techniken aus dem Stand der Technik für das Wachstum von Siliciumkarbid-Kristallmaterial auf einem Siliciumkarbidkristall-Seed-Substrat angewendet werden.
1 ist eine schematische Querschnittansicht eines Sublimationssystems für das Seed-Sublimations-Wachstum eines nützlich betrachteten Typs für die vorliegende Erfindung. Das Sublimationssystem wird allgemein durch das Bezugszeichen 10 angegeben. Das Sublimationssystem 10 umfasst einen Grafittiegel 12 mit Seitenwänden 14 und gegenüberliegenden Enden wie zum Beispiel einem Deckel 16 und einem Boden 18. Die Innenflächen der Seitenwände 14, des Deckels 16 und des Bodens 18 definieren eine Siliciumkarbidkristall-Wachstumskammer 20, die wie gezeigt eine Sublimationskammer in dem Tiegel 12 sein kann, die für das Wachstum von Siliciumkarbid-Kristallmaterial durch Sublimation geeignet ist, was auch als physikalischer Gasphasentransport (PVT) bezeichnet wird.
Der Tiegel 12 weist vorzugsweise eine zylindrische Form auf, kann aber auch verschiedene andere Formen aufwiesen. Zum Beispiel kann der Tiegel 12 vier separate Wände 14 aufweisen, die positioniert sind, um ein allgemein solides Rechteck oder eine Würfelform zu bilden. Dementsprechend umfasst jede Wand 14 des Tiegels 12 eine Wandkonfiguration, die geeignet ist, um eine Sublimationskammer 20 zu erzeugen, wobei es sich um eine einzelne kontinuierliche Wand zum Bilden eines im wesentlichen zylindrischen Tiegels oder um vier separate Wände zum Bilden eines allgemein würfelförmigen Tiegels usw. handeln kann.
Das Sublimationssystem 10 kann weiterhin eine Vielzahl von Induktionsspulen 22 umfassen, die den Tiegel 12 erwärmen, wenn Strom an den Spulen 22 angelegt wird. Alternativ hierzu umfassen einige Systeme ein Widerstandsheizen. Dem Fachmann auf dem Gebiet der Kristallwachstumstechniken sollte deutlich sein, dass das System unter Umständen in einem wassergekühlten Quarzgefäß eingeschlossen sein kann. Außerdem umfasst das Seed-Sublimations-System 10 wenigstens einen Gaseinlass und einen Gasauslass (nicht gezeigt), die mit dem Tiegel 12 kommunizieren. Derartige Zusätze sind jedoch direkt relevant für die Erfindung und werden hier nicht näher beschrieben, um die Zeichnung und die Beschreibung auf das wesentliche zu beschränken. Dem Fachmann sollte weiterhin deutlich sein, dass Siliciumkarbid-Sublimationssysteme des hier beschriebenen Typs auf dem Markt erhältlich sind und speziellen Anforderungen angepasst werden können. Sie können also durch den Fachmann ohne übermäßige Experimente ausgewählt werden.
Der Tiegel 12 ist gewöhnlich durch eine Isolation 24 umgeben, von der mehrere Teile in 1 gezeigt sind. 1 zeigt eine bestimmte Größe und Platzierung der Isolation 24, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass die Größe und Platzierung der Isolation 24 entsprechend gewählt werden kann um einen gewünschten Temperaturgradienten (axial und radial) entlang des Tiegels 12 vorzusehen. Diese möglichen Varianten sind nicht gezeigt, um die Darstellung zu vereinfachen.
Der Tiegel 12 umfasst einen oder mehrere Teile, in denen ein Siliciumkarbid-Quellmaterial 26 aufgenommen werden kann. Das Siliciumkarbid-Quellmaterial 26 wird gewöhnlich in der Form eines Pulvers vorgesehen. 1 zeigt das Siliciumkarbid-Quellmaterial 26 in einem unteren Teil des Tiegels 12, was eine typische Anordnung darstellt. Als weitere vertraute Variation verteilen einige Systeme das Quellmaterial in einer vertikalen, zylindrischen Anordnung, in der das Quellmaterial einen größeren Teil des Innenraums des Tiegels 12 umgibt als in der Anordnung von 1. Die hier beschriebene Erfindung kann unter Verwendung von beiden Typen realisiert werden.
Ein Siliciumkarbid-Seed–Kristall mit einer Siliciumkarbidkristall-Wachstumsfläche 30 wird durch das Bezugszeichen 28 angegeben. Wie in 1 gezeigt, wird der Siliciumkarbid-Seed–Kristall 28 gewöhnlich im oberen Bereich des Tiegels 12 platziert. Ein wachsender Siliciumkarbidkristall lagert sich während des Seed-Sublimationswachstums auf der Wachstumsfläche 30 des Seed-Kristalls 28 wie weiter unten näher beschrieben ab.
An dem Seed-Kristall 28 kann eine der Siliciumkarbidkristall-Wachstumsebenen zu der Sublimationskammer 20 hin freiliegen, um das Wachstum des Siliciumkarbid-Kristallmaterials in einer kristallographischen Richtung in Entsprechung zu der gewählten Wachstumsebene zu fördern und zu halten. Wie weiter oben beschrieben, umfassen SiC-Einkristalle eine {0001}-Wachstumsebene (c-Ebene) als Hauptebenenausrichtung sowie {1-100}- und {11-20}-Wachstumsebenen (a-Ebenen), die senkrecht zu der {0001}-Wachstumsebene sind.
Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass Variationen von einer Bezugswachstumsebene innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung möglich sind. Zum Beispiel kann eine {0001}-Wachstumsebene Wachstumsebenen umfassen, die mit einem Winkel zwischen ungefähr –45° und ungefähr +45° relativ zu der {0001}-Bezugsebene geneigt sind. Entsprechend können {1-100}- und eine {11-20}-Wachstumsebene Wachstumsebenen umfassen, die mit einem Winkel zwischen ungefähr –45° und ungefähr +45° relativ zu der {1-100}- oder {11-20}-Bezugsebene geneigt sind. Dementsprechend umfasst der Bezug auf eine Wachstumsebene Winkelvariationen von ungefähr +/–45°. Die Angabe „ungefähr" in Bezug auf eine bestimmte Wachstumsebene (zum Beispiel eine „ungefähre" {0001}-Wachstumsebene, eine „ungefähre" {1-100}-Wachstumsebene oder eine „ungefähre" {11-20}-Wachstumsebene) wird hier verwendet, um Variationen einer bestimmten Wachstumsebene wie etwa Neigungsvariationen relativ zu der Wachstumsebene zwischen ungefähr –45° und ungefähr +45° zu bezeichnen. Dem Fachmann sollte also deutlich sein, dass die Bezugnahme auf Wachstumsebenen von Siliciumkarbid Variationen zu dieser Ebene beinhaltet, sodass die Erfindung nicht auf einen Siliciumkarbidkristall mit einer exakten Wachstumsebene beschränkt ist.
Dementsprechend kann in der vorliegenden Erfindung der Seed-Kristall 28 eine ungefähre {0001}-Wachstumsebene aufweisen, die als Wachstumsfläche 30 freiliegt, um Siliciumkarbidkristalle in im wesentlichen der <0001>-Richtung wachsen zu lassen. Alternativ hierzu kann der Seed-Kristall 28 eine ungefähre {1-100}-Wachstumsebene oder eine ungefähre {11-20}-Wachstumsebene aufweisen, die als Wachstumsfläche 30 freiliegt, um Siliciumkarbidkristalle in jeweils im wesentlichen den Richtungen <1-100> und <11-20> wachsen zu lassen.
In alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann die Sublimationskammer 20 zwei oder mehre Seed-Kristalle 28 umfassen, wobei wenigstens zwei derselben unterschiedliche Wachstumsebenen aufweisen, die zu dem Inneren der Sublimationskammer als Wachstumsflächen 30 freiliegen, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen in verschiedenen kristallographischen Richtungen zu fördern und zu halten. Zum Beispiel kann die Sublimationskammer 20 wenigstens zwei Seed-Kristalle 28 aufweisen, die nebeneinander platziert sind, sodass die Wachstumsfläche 30 jedes Seed-Kristalls 28 zu dem Inneren der Sublimationskammer hin freiliegt, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen auf jeder Wachstumsfläche zu fördern und zu halten. In diesem Beispiel kann wenigstens einer der Seed-Kristalle 28 eine ungefähre {0001}-Wachstumsebene als Wachstumsfläche 30 aufweisen, die zu der Sublimationskammer freiliegt, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen in im wesentlichen der <0001>-Richtung zu fördern und zu halten. Der andere der Seed-Kristalle 28 kann eine {1-100}- oder {11-20}-Wachstumsebene als Wachstumsfläche 30 aufweisen, die zu dem Inneren der Sublimationskammer hin freiliegt, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen in im wesentlichen der <1-100> oder der <1-20>-Richtung zu fördern und zu halten. Dieser Aspekt der Erfindung ist nicht auf die Verwendung von zwei verschiedenen Wachstumsflächen beschränkt, sodass die Sublimationskammer also zum Beispiel auch drei oder mehr Seed-Kristalle 28 umfassen kann, wobei wenigstens zwei derselben jeweils unterschiedliche Wachstumsebenen aufweisen, die zu dem Inneren des Tiegels hin freiliegen.
Eine Siliciumkarbid-Seed-Kristallhalterung hält gewöhnlich den Seed-Kristall 28 in Position, wobei die Seed-Halterung an dem Tiegel 12 befestigt ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Seed-Halterung einstückig mit dem Deckel 16 ausgebildet, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass der Deckel und die Seed-Halterung auch als separate Komponenten ausgebildet sein können. Die Seed-Halterung ist auf geeignete Weise an dem Tiegel befestigt, wobei verschiedene Auflage- oder Gewindeverbindungen verwendet werden können. In der in 1 gezeigten Ausrichtung umfassen die oberen Teile der Seed-Halterung und die oberen Teile des Tiegels 12 jeweils Gewinde, sodass die Seed-Halterung oben auf den Tiegel 12 geschraubt werden kann, um den Seed-Kristall 28 in der gewünschten Position zu halten. Dem Fachmann sollte jedoch deutlich sein, dass die Seed-Halterung alternativ hierzu auch in einem unteren Bereich des Tiegels 12 in der Nähe des Tiegelbodens 18 positioniert werden kann, wobei sie als separate Komponente oder einstückig mit dem Tiegel 12 vorgesehen werden kann. Die Seed-Halterung ist vorzugsweise eine Seed-Halterung aus Graphit.
Dotierungsatome können in dem Sublimationssystem 10 vorgesehen werden. Durch das Zuführen von Dotierungsgasen zu dem Seed-Sublimationssystem 10 werden Dotierungsatome in einem wachsenden Kristall integriert. Die Dotierungsmittel werden in Obereinstimmung mit deren Eigenschaft als Akzeptor und Donor ausgewählt. Donor-Dotierungsmittel weisen eine n-Leitfähigkeit auf, und Akzeptor-Dotierungsmittel weisen eine p-Leitfähigkeit auf. Beispielhafte Dotierungsmittel mit einer n-Leitfähigkeit sind N, P, As, Sb, Bi und Mischungen aus denselben. Beispielhafte Dotierungsmittel mit einer p-Leitfähigkeit sind B, Al, Ga, In, Ti und Mischungen aus denselben.
Das Sublimationssystem 10 der Erfindung umfasst weiterhin eine Vielzahl von Teilern, die in 1 durch das Bezugszeichen 32 angegeben werden und das Wachstum von Siliciumkarbid-Kristallmaterial führen, das von den Wachstumsflächen 30 wächst. Insbesondere lenken die Teiler 32 wie weiter unten im Detail erläutert das Siliciumkarbid-Kristallwachstum in Räume oder Durchgänge 34 zwischen den Teilern 32. Auf diese Weise vereinfacht die Vorrichtung der Erfindung das Wachstum einer Vielzahl von Siliciumkarbid-Kristallstrukturen, die hier als Siliciumkarbid-Kristallplatten bezeichnet werden, wenn verdampftes Siliciumkarbid-Quellmaterial auf den Wachstumsflächen 30 des Seed-Kristalls 28 abgelagert wird und einen wachsenden Siliciumkarbidkristall bildet. Die Siliciumkarbid-Kristallplatten können einfach aus dem Tiegel entnommen und in verschiedenen nachgeordneten Prozessen verwendet werden, wobei die entnommenen Kristalle etwa als Seed-Kristalle in folgenden Sublimationsprozessen verwendet werden können, ohne dass hierfür zeitaufwändige oder kostspielige Schritte zur Waferbildung durchgeführt werden müssen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung der entnommenen Kristalle als Seed-Kristalle in Sublimationsprozessen beschränkt. Die entnommenen Kristalle können zum Beispiel auch als Substrate bei der Herstellung von elektronischen Elementen wie etwa als Substrate zum Halten des Wachstums (auch des epitaxialen Wachstums) von einer oder mehreren Schichten aus Siliciumkarbid oder anderen Materialien verwendet werden. Wie weiter unten ausführlicher erläutert, können die Teiler 32 auch als Puffer zum Puffern von Spannungen in den wachsenden Siliciumkarbidkristallen verwendet werden, wodurch wiederum die Bildung von Defekten in den Kristallen wie etwa Stapelfehlern reduziert werden kann.
Die Teiler 32 können verschiedene Formen aufweisen, wobei sie jedoch allgemein als Glieder mit gegenüberliegenden oberen und unteren Kanten 36, gegenüberliegenden Seitenkanten 38 und gegenüberliegenden Hauptflächen 40 beschrieben werden können. Die Teiler 32 sind in dem Tiegel 12 derart angeordnet, dass die oberen Kanten 36 den Wachstumsflächen 30 der Seed-Kristalle 28 benachbart sind, diese aber nicht berühren. Anders gesagt, sind die oberen Kanten 36 der Teiler 32 gewöhnlich von den Wachstumsflächen 30 der Seed-Kristalle 28 beabstandet. Die Teiler 32 können auch derart in der Tiegelkammer 12 positioniert werden, dass die gegenüberliegenden Flächen 40 im wesentlichen senkrecht zu den Wachstumsflächen 30 der Seed-Kristalle 28 ausgerichtet sind.
Außerdem sind die Teiler 32 voneinander beabstandet, um wie oben genannt eine Vielzahl von Räumen oder Durchgängen 34 zwischen benachbarten Teilern zu bilden. Auf diese Weise bilden die Teiler 32 eine Vielzahl von Durchgängen 34, die den Durchgang von flüchtigen Substanzen aus dem Siliciumkarbid-Quellmaterial 26 zu den Wachstumsflächen 30 der Seed-Kristalle 28 gestatten.
Die Teiler 32 können in der Tiegelkammer 12 auf verschiedene Weise gesichert sein, um die Bewegung und Verschiebung derselben während der Seed-Sublimationsprozesse zu minimieren. Zum Beispiel können die gegenüberliegenden Seitenkanten 38 in Schlitze (nicht gezeigt) oder andere einstückig oder separat vorgesehene Haltemechanismen eingefügt werden, die auf gegenüberliegenden wänden 14 der Tiegelkammer ausgebildet sind, um Körper wie die Teiler 32 zu sichern. Es können auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Mechanismen zum Aufnehmen und Sichern von Körpern wie etwa den Teilern 32 von 1 verwendet werden, die aber hier der Einfachheit halber nicht gezeigt sind.
Die Teiler 32 können verschiedene Konfigurationen aufweisen, solange die Teiler gegenüberliegende Hauptflächen 40 aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zu den Wachstumsflächen 30 der Seed-Kristalle 28 ausgerichtet sind. Zum Beispiel weisen die in 1 gezeigten Teiler 32 ein allgemein plattenförmgies Aussehen mit im wesentlichen rechteckig geformten gegenüberliegenden Flächen 40 auf, die im wesentlichen flach oder plan sind und miteinander ausgerichtet sind. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigte Teilerform beschränkt, wobei in einem anderen Beispiel ein oder mehrere Teiler 32 eine profilierte Form aufweisen können, wobei eine oder beide der gegenüberliegenden Hauptflächen 40 im wesentlichen nicht plan sind (d.h. eine oder beide der gegenüberliegenden Flächen 40 eine profilierte Oberfläche wie etwa eine Zickzack-Konfiguration mit alternierenden „Gipfeln" und „Tälern", eine gekrümmte Flächenkonfiguration usw. aufweist).
Wenn das verdampfte Siliciumkarbid-Quellmaterial zuerst auf den Wachstumsflächen 30 der Seed-Kristalle 28 und dann auf dem wachsenden Siliciumkarbidkristall kondensiert, lenken die Teiler 32 das Wachstums des Siliciumkarbidkristalls von den Siliciumkarbid-Wachstumsflächen in die Durchgänge 34 zwischen den Teilern 32. Der Sublimationsprozess schreitet für eine ausreichende Zeitdauer fort, um das Wachstum einer Vielzahl von Siliciumkarbidkristallen in den Durchgängen 34 in einer Richtung entlang und parallel zu den Öffnungsflächen 40 zu gestatten. Die Länge der resultierenden Siliciumkarbidkristalle kann variieren und ist allgemein nicht größer als diejenige eines Teilers 32 neben einem bestimmten Kristall. Anders ausgedrückt, wachsen die Siliciumkarbidkristalle nicht über die unteren Kanten 36 der Teiler 32 hinaus, um eine mögliche Querkontamination der Kristalle in benachbarten Räumen 34 zu minimieren.
Das Sublimationsverfahren kann auf diese Weise eine Vielzahl von Siliciumkarbid-Kristallplatten in den Durchgängen 34 zwischen den Teilern 34 ausbilden. Jede der Siliciumkarbid-Kristallplatten kann gegenüberliegende Flächen aufweisen, die die Flächenkonfiguration einer benachbarten Fläche 40 eines bestimmten Teilers spiegeln. Auf diese Weise können zum Beispiel durch die Verwendung der Teiler 34 mit den gezeigten im wesentlichen flachen gegenüberliegenden Flächen 40 Siliciumkarbid-Kristallplatten mit ebenfalls im wesentlichen flachen gegenüberliegenden Flächen vorgesehen werden. Alternativ hierzu können durch die Verwendung von Teilern, bei denen eine oder beide der gegenüberliegenden Flächen eine profilierte Konfiguration aufweisen, das Wachstum von Siliciumkarbid-Kristallplatten mit einer Oberflächenkonfiguration zur Folge haben, die die geformte Flächenkonfiguration einer benachbarten Fläche 40 spiegeln.
Allgemein sind die Teiler 32 aus einem Material mit einer Dichte ausgebildet, die ausreichend gering ist, sodass das Material ausreichend weich ist, um einen Puffer zwischen den Siliciumkarbidkristallen vorzusehen und die Spannung an dem wachsenden Siliciumkarbid zu Puffern. Das Material sollte andererseits eine ausreichende Dichte aufweisen, um zu verhindern, dass das verdampfte Siliciumkarbid-Quellmaterial in die Teiler eindringt, was unerwünschte Reaktionen mit dem Material und die Bildung eines Verbundstoffes zur Folge hätte. Die Teiler 32 sind allgemein aus Graphit ausgebildet, das in verschiedenen Dichten auf dem Markt erhältlich ist. Die Verwendung eines Graphitmaterials kann zusätzliche Vorteile bieten. So wird etwa eine zusätzliche Kohlenstoffdampfquelle in einem Bereich in Nachbarschaft zu den wachsenden Siliciumkarbidkristallen vorgesehen. Im Gegensatz dazu enthält die Gasphase in Nachbarschaft zu einem wachsenden Siliciumkarbidkristall bei herkömmlichen Sublimationsprozessen gewöhnlich zu wenig Kohlenstoff.
Zum Beispiel können für die Erfindung nützliche Graphitmaterialien eine Dichte zwischen ungefähr 1,70 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) und ungefähr 2,00 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) aufweisen, um ein Eindringen des verdampften Quellmaterials in die Teiler im wesentlichen zu verhindern und gleichzeitig einen gewünschten Puffereffekt vorzusehen. Graphitmaterialien mit Dichten innerhalb dieses Bereiches sind auf dem Markt erhältlich. Dazu gehören zum Beispiel die Graphitmaterialien von Carbone of America, SGL und POCO.
Das Material der Teiler 32 wird auch mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgewählt, der im wesentlichen gleich oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient eines Siliciumkarbidkristalls ist, der in Nachbarschaft zu dem Teiler ausgebildet wird. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials kann in Abhängigkeit von den besonderen Eigenschaften eines in dem Tiegel der Erfindung wachsenden bestimmten Siliciumkarbidkristalls variieren, solange der Wärmeausdehnungskoeffizient des Teilermaterials im wesentlichen gleich oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des resultierenden Kristalls ist. Allgemein ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Teilermaterials kleiner als oder ungefähr gleich 4 × 10⁶°C^–1 und vorzugsweise kleiner als oder ungefähr gleich 3,8 × 10⁶°C^–1. Dadurch wird eine Spannung in dem gemäß der Erfindung erzeugten Siliciumkarbidkristall reduziert oder im wesentlichen beseitigt, wenn der Kristall nach dem Wachstumsprozess abkühlt, wodurch die Bildung von Defekten reduziert wird.
Ein oder mehrere Teiler 32 können aus einer einzelnen Schicht eines gewählten Materials ausgebildet werden. Alternativ hierzu können ein oder mehrere der Teiler 32 aus mehreren Schichten gewählter Materialien bestehen, wobei es sich um gleiche oder verschiedene Materialien handeln kann. Zum Beispiel können ein oder mehrere Teiler 32 aus einer einzelnen Schicht eines gewählten Graphitmaterials bestehen. Als weiteres Beispiel können ein oder mehrere Teiler 32 durch zwei oder mehr Schichten aus gewählten Materialien ausgebildet sein. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann jede der Schichten aus demselben Material ausgebildet sein oder können alternativ hierzu zwei oder mehr Schichten aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein, zum Beispiel aus verschiedenen Graphitmaterialien mit unterschiedlichen Dichten, Wärmeausdehnungskoeffizienten usw.
Dieser Aspekt der Erfindung kann besonders vorteilhaft in Ausführungsformen der Erfindung sein, die zwei oder mehr Seed-Kristalle 28 in verschiedenen Wachstumsebenen als Wachstumsflächen 30 verwenden. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass Siliciumkarbidkristalle verschiedene Eigenschaften wie etwa unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wenigstens teilweise in Abhängigkeit von der kristallographischen Wachstumsrichtung des Kristalls aufweisen. Dementsprechend können ein oder mehrere Teiler wenigstens eine gegenüberliegende Fläche 40 aufweisen, die aus einem ersten Material ausgebildet ist, das Eigenschaften wie etwa einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen den entsprechenden Eigenschaften eines neben der Fläche gewachsenen Kristalls entsprechen, der aus einem ersten Seed-Kristall mit einer Wachstumsfläche in einer ersten Wachstumsebene stammt. In demselben Beispiel kann die andere der gegenüberliegenden Flächen 40 eines bestimmten Teilers 32 aus einem anderen Material mit Eigenschaften bestehen, die im wesentlichen den entsprechenden Eigenschaften eines anderen Kristalls in Nachbarschaft zu dieser Fläche entsprechen, wobei der zweite Kristall aus einem anderen Seed mit einer Wachstumsfläche in einer anderen Wachstumsebene stammt.
Als zusätzliche Komponente können eine oder mehrere der Teiler eine Beschichtung auf einer oder beiden gegenüberliegenden Flächen 40 umfassen. Die Beschichtung sieht eine Grenzfläche gegenüber dem Eindringen eines Dampfes aus dem Siliciumkarbid-Quellmaterial vor. Die Beschichtung kann auch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der im wesentlichen gleich oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient eines Siliciumkarbid-Einkristalls ist, der auf einer bestimmten Fläche 40 eines Teilers 32 wachsen soll. Beispielhafte Beschichtungsmaterialien, die für diesen Aspekt der Erfindung nützlich sind, sind etwa Metalle mit hohen Schmelzpunkten und Karbide derselben, wie zum Beispiel Tantal und Tantalkarbid, Niob und Niobkarbid, Titan und Titankarbid, Zirkonium und Zirkoniumkarbid, Hafnium und Hafniumkarbid usw. sowie Mischungen aus denselben. Ein beispielhaftes Beschichtungsmaterial ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes pyrolytisches Graphitmaterial. Derartige Materialien sind auf dem Markt erhältlich.
Die Beschichtung kann aus einer einfachen Schicht bestehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine einfache Schicht beschränkt, wobei zwei oder mehr Beschichtungen aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien auf einer oder beiden gegenüberliegenden Flächen 40 eines oder mehrerer Teiler 32 vorhanden sein können. Außerdem kann die Beschichtung auf der gesamten Fläche der Teiler 32 oder alternativ hierzu auf einem bestimmten Teil eines Teilers 32 wie zum Beispiel entlang eines Teils von einer oder beiden gegenüberliegenden Flächen 40 eines oder mehrerer Teiler 32 in Nachbarschaft zu den Kristallwachstumsflächen 30 vorgesehen sein.
Andere Details der Teiler 32 wie etwa die Anzahl der Platten in der Vorrichtung, die Abmessungen der Teiler (Länge, Breite, Höhe) und die Positionierung in der Vorrichtung (Abstand zu den Wachstumsflächen 30 der Seed-Kristalle 28 und Abstand zueinander) können sich je nach den gewünschten Eigenschaften der resultierenden Siliciumkarbid- Kristallplatten und etwa der gewünschten Dicke der Platten unterscheiden. Auf der Basis der vorliegenden Lehren kann der Fachmann verschiedene Variationen in der Größe, Position usw. der Teiler wählen. Derartige mögliche Variationen sind jedoch der Einfachheit halber hier nicht gezeigt.
Die vorliegende Erfindung gibt weiterhin ein Verfahren zum Erzeugen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial an, das als Siliciumkarbid-Seed-Kristalle in folgenden Sublimationsprozessen verwendet werden kann. Allgemein ist das Verfahren der Erfindung ein Sublimations- oder physikalischer Gasphasen-Transportprozess für die Erzeugung von Siliciumkarbidkristallen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Sublimationsverfahren beschränkt, sondern kann auch auf andere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren für die Erzeugung von Siliciumkarbid-Kristallmaterial unter Verwendung eines Seed-Kristalls für die Bildung und das Wachstum von entsprechenden Siliciumkarbidkristallen verwendet werden. Der einfacheren Darstellung halber wird die vorliegende Erfindung jedoch mit Bezug auf eine Anwendung für Sublimationstechniken beschrieben.
Das allgemeine Schema des Sublimationswachstums wurde weiter oben kurz beschrieben und ist dem Fachmann aus zahlreichen Publikationen bekannt. Gewöhnlich wird ein elektrischer Strom mit einer Frequenz, auf die der Tiegel 12 reagiert, durch die Induktionsspulen 22 geführt, um den Graphittiegel 12 zu erwärmen. Die Menge und die Platzierung der Isolation 24 werden entsprechend gewählt, um einen Temperaturgradienten zwischen dem Quellmaterial 26 und dem wachsenden Kristall zu erzeugen, wenn der Tiegel 12 das Quellmaterial 26 auf Sublimationstemperaturen erwärmt.
Typische Sublimationstemperaturen liegen im Bereich von 1800–2400°C, wobei eine Temperatur von ungefähr 2000°C oder höher für viele Anwendungen besonders geeignet ist. Bei diesen Temperaturen verdampfen flüchtige Substanzen aus dem Siliciumkarbid-Quellmaterial 26. Der Temperaturgradient wird hergestellt, um die Temperatur des Seeds 28 und anschließend des wachsenden Kristalls nahe, aber unter der Temperatur der Siliciumkarbidquelle zu halten, um eine Kondensation der bei der Sublimation des Siliciumkarbids verdampften Substanzen zuerst auf dem Seed-Kristall 28 und dann auf dem wachsenden Kristall thermodynamisch zu fördern, wie in dem US-Patent Nr. 4,866,005 beschrieben.
Wenn die gewünschte Kristallgröße erreicht wurde, wird das Wachstum beendet, indem die Temperatur des Systems auf unter 1900°C reduziert wird und der Druck auf über 400 Torr erhöht wird. Außerdem kann es vorteilhaft sein, den Kristall nach Abschluss des Sublimationswachstumsprozesses zu glühen. Der Kristall kann bei Temperaturen über ungefähr 2500°C für eine Zeitdauer von mehr als 30 Minuten geglüht werden.
Der Einfachheit halber wird hier von einem einfachen Temperaturgradienten gesprochen, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, dass vorzugsweise mehrere Gradienten in dem Tiegel 12 vorgesehen werden, die in axiale und radiale Gradienten oder eine Vielzahl von Isotherme unterteilt werden können. Wenn die Temperaturgradienten und die anderen Bedingungen (Druck, Trägergase usw.) korrekt aufrechterhalten werden, fördert die gesamte Thermodynamik eine Kondensation der verdampften Substanzen zuerst auf dem Seed 28 und dann auf dem wachsenden Kristall in demselben Polytyp wie der Seed 28.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Seed-Kristall aus einem Siliciumkarbid mit einem gewünschten Polytyp in eine Sublimationskammer wie etwa die weiter oben mit Bezug auf 1 beschriebene eingeführt. Außerdem wird ein Siliciumkarbid-Quellmaterial in die Sublimationskammer eingeführt. Das Siliciumkarbid-Quellmaterial ist gewöhnlich ein Siliciumkarbidpulver, wobei aber auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Quellmaterialien in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet werden können. Außerdem können aus dem Stand der Technik bekannte Dotierungsmittel in Übereinstimmung mit bekannten Techniken in den Tiegel eingeführt werden.
Der Siliciumkarbid-Seed-Kristall weist wenigstens eine Fläche auf, die geeignet ist, um das Wachstum von Silciumkarbidkristallen zu fördern. Der Seed-Kristall wird derart in der Sublimationskammer positioniert, dass die Wachstumsfläche einem verflüchtigten Siliciumkarbid-Quellmaterial ausgesetzt wird, um eine ausreichende Kondensation desselben auf der Wachstumsfläche zu gestatten, sodass das Wachstum des gewünschten Kristalls gefördert wird. Insbesondere weist der Seed-Kristall eine Siliciumkarbid-Wachstumsfläche auf, die einer bestimmten Siliciumkarbid-Wachstumsebene wie einer ungefähren {0001}, {1-100} oder {11-20}-Wachstumsebene entspricht und zu dem Inneren der Sublimationskammer hin freiliegt, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen in der entsprechenden kristallographischen Wachstumsrichtung (d.h. im wesentlichen in einer <0001>, <1-100> oder <11-20>-Richtung) zu halten.
Wie weiter oben erläutert, können zwei oder mehr Seed-Kristalle in die Sublimationskammer eingeführt werden. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung können wenigstens zwei der Seed-Kristalle unterschiedliche Wachstumsebenen aufweisen, die zu dem Inneren der Sublimationskammer als Wachstumsflächen freiliegen, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen in verschiedenen kristallographischen Richtungen zu fördern.
Nachdem der Seed-Kristall und das Siliciumkarbid-Quellmaterial in die Sublimationskammer eingeführt wurden, wird die Temperatur des Siliciumkarbid-Quellmaterials zu einer Temperatur erhöht, die ausreicht, damit das Siliciumkarbid aus dem Quellmaterial sublimiert. Wenn die Temperatur des Quellmaterials erhöht wird, wird auch die Temperatur der Wachstumsfläche des Seed-Kristalls entsprechend erhöht, und zwar gewöhnlich zu einer Temperatur, die sich der Temperatur des Quellmaterials annähert, aber niedriger als die Temperatur ist, bei der das Siliciumkarbid sublimiert, um die Kondensation der sublimierten Substanzen aus dem Quellmaterial auf dem Seed-Kristall zu fördern. In einem Beispiel kann das Quellmaterial auf eine Temperatur von ungefähr 2000°C erwärmt werden, während der Seed-Kristall auf eine etwas niedrigere Temperatur erwärmt wird. Es können auch Temperaturen unter oder über diesen Temperaturen verwendet werden, solange die Reaktionsbedingungen entsprechend gewählt werden, um eine Sublimation und Kondensation von Siliciumkarbid zu fördern und den gewünschten Siliciumkarbidkristall zu bilden. Andere Prozessbedingungen in dem Tiegel können in Übereinstimmung mit aus dem Stand der Technik bekannten Prozeduren kontrolliert werden, wie zum Beispiel die Dampfdrücke, die Temperaturgradienten zwischen der Wachstumsfläche des Seed-Kristalls und dem Quellmaterial usw.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Vielzahl von Teilern, die derart positioniert sind, dass die gegenüberliegenden Flächen im wesentlichen senkrecht zu den Wachstumsflächen der Seed-Kristalle ausgerichtet sind. Die Teiler sind voneinander beabstandet, um Öffnungen mit einer ausreichenden Größe zu bilden, die ein fortgesetztes Wachstums des Siliciumkarbidkristalls zwischen den Teilern gestattet. Die Teiler lenken oder führen das Wachstum des Siliciumkarbidkristalls in die Öffnungen in einer Richtung entlang und im wesentlichen parallel zu den gegenüberliegenden Flächen des Teiler. Auf diese Weise bildet das Verfahren der Erfindung eine Vielzahl von Siliciumkarbidplatten mit einer Dicke, die im wesentlichen gleich oder kleiner als die Distanz zwischen den Flächen der benachbarten Teiler ist, die die Durchgänge bilden, in die das Wachstum des Siliciumkarbidkristalls gelenkt wird.
Die resultierenden Siliciumkarbidplatten weisen gegenüberliegende Hauptflächen auf, die im wesentlichen parallel zu den Flächen von benachbarten Teilen sind, die den Raum bilden, in den die Siliciumkarbidplatten wachsen. Die gegenüberliegenden Flächen der resultierenden Siliciumkarbidplatten weisen dementsprechend eine Wachstumsebene auf, die sich von der Wachstumsebene des den Wachstum haltenden Seed-Kristalls unterscheiden. Anderes ausgedrückt, weisen die gegenüberliegenden Hauptflächen der resultierenden Siliciumkarbid-Kristallplatten eine Wachstumsfläche mit einer Wachstumsebene auf, die im wesentlichen senkrecht zu der Wachstumsebene des Seed-Kristalls ist. Die Siliciumkarbid-Kristallplatten können entsprechend aus der Sublimationskammer entnommen werden, ggf. poliert werden und als Seed-Kristalle für folgende Sublimationsprozesses verwendet werden, um das Wachstum eines Siliciumkarbidkristalls mit einer anderen kristallographischen Ausrichtung zu fördern und zu halten. Das Verfahren umfasst optional das Wiederholen dieser Schritte, um Siliciumkarbidkristalle in alternierenden kristallographischen Richtungen wachsen zu lassen.
Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung einen ersten Sublimationsschritt umfassen, der einen ersten Seed-Kristall mit einer ungefähren {0001}-Wachstumsebene verwendet, um eine Vielzahl von Siliciumkarbid-Kristallplatten in im wesentlichen der <0001>-Richtung wachsen zu lassen. Die resultierenden Siliciumkarbid-Kristallplatten weisen dann gegenüberliegende Hauptflächen auf, die im wesentlichen senkrecht zu der {0001}-Wachstumsfläche des ersten Seed-Kristalls sind. Die gegenüberliegenden Flächen der resultierenden Siliciumkarbid-Kristallplatten weisen eine Wachstumsebene von ungefähr {1-100} oder {11-20} auf. Die Siliciumkarbid-Kristallplatten können entnommen und in einem zweiten Sublimationsschritt als Seed-Kristalle mit Wachstumsflächen in Entsprechung zu den {1-100} oder {11-20}-Wachstumsebenen verwendet werden, um das Wachstum eines Siliciumkarbidkristalls in einer kristallographischen Ausrichtung zu fördern und zu halten, die der Wachstumsebene der gegenüberliegenden Hauptflächen der Platten, d.h. der <1-100> oder <11-20>-Richtung entsprechen.
Die Verwendung von wie oben beschriebenen Teilern in dem zweiten Sublimationsschritt erzeugt einen zweiten Satz von Siliciumkarbidplatten mit gegenüberliegenden Hauptflächen, die im wesentlichen senkrecht zu der Wachstumsfläche des Seed-Kristalls sind. Die gegenüberliegenden Hauptflächen des resultierenden zweiten Satzes von Siliciumkarbid-Kristallplatten weist dann eine Wachstumsebene von ungefähr {0001} auf. Der zweite Satz von Siliciumkarbid-Kristallplatten kann entnommen und wiederum als Seed-Kristalle in einem dritten Sublimationsschritt verwendet werden, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen in der <0001–Richtung zu fördern. Die Schritte können optional fortgeführt werden, um Siliciumkarbidkristalle mit einem gewünschten Reduktionsgrad an Defekten, einer gewünschten Größe usw. vorzusehen.
Auf diese Weise sieht das Verfahren der Erfindung eine Technik für die Herstellung einer Vielzahl von Siliciumkarbid-Kristallplatten in einem einzelnen Schritt vor, die für die Verwendung als Seed-Kristalle in folgenden Sublimationsschritten geeignet sind. Die Siliciumkarbidplatten können als Seed-Kristalle verwendet werden, ohne dass hierfür Schritte für die Waferbildung durchgeführt werden müssen, die zeitaufwändig und arbeitsintensiv sind. Die Schritte zur Waferbildung können auch einen wesentlichen Materialverlust zur Folge haben, sodass die auf diese Schritte verzichtende vorliegende Erfindung auch die Ausbeute erhöht.
Außerdem sieht das Verfahren der Erfindung eine Technik zum Minimieren von Defektbildungen in einem Seed-Kristall vor. Dadurch kann wiederum die Defektbildung in unter Verwendung des verbesserten Seed-Kristalls erzeugten Siliciumkarbidkristallen reduziert werden. Die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erzeugten Siliciumkarbidkristalle können reduzierte Defekte aufweisen, weil durch das Alternieren des Wachstums des Siliciumkarbidkristalls in verschiedenen kristallographischen Richtungen Defekte senkrecht zu der Wachstumsrichtung begrenzt werden können. Zum Beispiel resultiert das Wachsen eines ersten Siliciumkarbidkristalls in der <0001>-Richtung in einem Kristall mit Defekten, die mit dem Wachstum in dieser Richtung assoziiert sind, wobei es sich etwa um Micropipes, Kanten-Fehlstellen usw. handeln kann. Das Wachsen eines zweiten Siliciumkarbidkristalls auf einer Wachstumsebene, die senkrecht zu der <0001>-Richtung des resultierenden Kristalls ist, d.h. auf der {1-100} oder {11-20}-Wachstumsebene, kann jedoch eine weitere Fortpflanzung dieser Defekte begrenzen, wodurch die Konzentration derartiger Defekte in einem darauf gewachsenen Siliciumkarbidkristall wesentlich reduziert werden kann. Das Wachsen des zweiten Kristalls in der <1-100> oder <11-20>-Richtung kann mit dieser Wachstumsebene assoziierte Defekte zur Folge haben, wie etwa Stapelfehler. Dementsprechend kann ein Wachsen eines dritten Siliciumkarbidkristalls auf einer Wachstumsebene senkrecht zu der <1-100> oder <11-20>-Richtung des zweiten Kristalls auf der {0001}-Wachstumsebene des zweiten Kristalls diese Defekte begrenzen, sodass der dritte Siliciumkarbidkristall eine wesentlich reduzierte Anzahl von Stapelfehlern sowie reduzierte Konzentrationen von Micropipes und Fehlstellen aufweist.
Die Zeichnung und die Beschreibung schildern eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die jedoch beispielhaft zu verstehen ist, und den durch die Ansprüche definierten Erfindungsumfang keineswegs einschränkt.
Zusammenfassung
Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wachsen von Siliciumkarbidkristallen angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine Sublimationskammer mit einer Vielzahl von beabstandeten Teilern, die die Richtung des Siliciumkarbid-Kristallwachstums in Durchgänge zwischen den Teilern lenken können, um eine Vielzahl von Siliciumkarbid-Kristallplatten zu bilden. Die Siliciumkarbid-Kristallplatten können dann als Seed-Kristalle in folgenden Sublimationsschritten verwendet werden, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen in verschiedenen kristallographischen Richtungen zu fördern, wodurch Defektbildungen minimiert werden.

Claims

Verfahren zum Wachsen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial, wobei das Verfahren umfasst: Einführen eines Siliciumkarbid-Seed-Kristalls in eine Siliciumkarbid-Wachstumskammer, wobei der Siliciumkarbid-Seed-Kristall eine erste Siliciumkarbid-Wachstumsfläche mit einer ersten Wachstumsebene zum Halten des Wachstums eines Siliciumkarbidkristalls aus einem Siliciumkarbid-Quellmaterial in einer ersten kristallographischen Richtung in Entsprechung zu der ersten Wachstumsebene aufweist, Einführen einer Vielzahl von Siliciumkarbidkristall-Wachstumsteilern in die Siliciumkarbid-Wachstumskammer, wobei die Teiler gegenüberliegende Flächen aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Wachstumsfläche ausgerichtet sind, wobei die Teiler voneinander beabstandet sind, um eine Vielzahl von Durchgängen zwischen den Teilern mit einer ausreichenden Größe zu bilden, um dazwischen das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen zu gestatten, Zuführen eines Siliciumkarbid-Quellmaterials in die Kammer, und Wachsen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial auf der ersten Wachstumsfläche in der ersten kristallographischen Richtung in die Durchgänge, um eine Vielzahl von Siliciumkarbidkristallen mit gegenüberliegenden Flächen zu bilden, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Wachstumsfläche sind, wobei die gegenüberliegenden Flächen des Siliciumkarbidkristalls eine zweite Wachstumsfläche mit einer zweiten Wachstumsebene bilden, die sich von der ersten Wachstumsebene unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Wachstumsebene das Wachstum eines Siliciumkarbidkristalls aus einem Siliciumkarbid-Quellmaterial in einer zweiten kristallographischen Richtung hält.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die folgenden Schritte umfasst: Entfernen von wenigstens einem der Siliciumkarbidkristalle mit der zweiten Wachstumsebene aus der Kammer, Einführen des Siliciumkarbidkristalls mit der zweiten Wachstumsebene in eine Siliciumkarbid-Wachstumskammer, um die zweite Wachstumsebene als eine zweite Siliciumkarbid-Wachstumsfläche zu exponieren, Zuführen eines Siliciumkarbid-Quellmaterials in die Kammer, und Wachsen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial auf der zweiten Wachstumsfläche in der zweiten kristallographischen Richtung.
Verfahren nach Anspruch 3, weiterhin gekennzeichnet durch das Einführen einer Vielzahl von Siliciumkarbidkristall-Wachstumsteilern in die Siliciumkarbid-Wachstumskammer vor dem Zuführschritt, wobei die Teiler gegenüberliegende Flächen aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zu der zweiten Wachstumsfläche ausgerichtet sind, wobei die Teiler voneinander beabstandet sind, um eine Vielzahl von Durchgängen zwischen den Teilern mit einer ausreichenden Größe zu bilden, um dazwischen das Wachstum der Siliciumkarbidkristalle zu gestatten, wobei der Schritt zum Wachsen das Wachsen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial auf der zweiten Wachstumsfläche in der zweiten kristallographischen Richtung in die Durchgänge umfasst, um eine Vielzahl von Siliciumkarbidkristallen mit gegenüberliegenden Flächen zu bilden, die im wesentlichen senkrecht zu der zweiten Wachstumsrichtung sind, wobei die gegenüberliegenden Flächen des Siliciumkarbidkristalls eine dritte Wachstumsfläche mit einer dritten Wachstumsebene vorsehen, die sich von der zweiten Wachstumsebene unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die dritte Wachstumsebene das Wachstum eines Siliciumkarbidkristalls aus einem Siliciumkarbid-Quellmaterial in einer dritten kristallographischen Richtung hält.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Wachstumsebene und die dritte Wachstumsebene im wesentlichen gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin umfasst: Entfernen von wenigstens einem der Siliciumkarbidkristalle mit der dritten Wachstumsebene aus der Kammer, Einführen des Siliciumkarbidkristalls mit der dritten Wachstumsebene in eine Siliciumkarbid-Wachstumskammer, um die dritte Wachstumsebene als eine dritte Siliciumkarbid-Wachstumsfläche zu exponieren, Zuführen eines Siliciumkarbid-Quellmaterials in die Kammer, und Wachsen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial auf der dritten Wachstumsfläche in der dritten kristallographischen Richtung.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt zum Einführen eines Siliciumkarbid-Seed-Kristalls in eine Siliciumkarbid-Wachstumskammer das Einführen eines Siliciumkarbid-Seed-Kristalls mit einer ersten Wachstumsebene umfasst, die aus der Gruppe gewählt ist, die eine ungefähre {0001}-Wachstumsebene, eine ungefähre {1-100}-Wachstumsebene und eine ungefähre {11-20}-Wachstumsebene umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die ungefähre {0001}-Wachstumsebene eine Wachstumsebene mit einer Neigung zwischen ungefähr –45° und ungefähr +45° in Bezug auf eine {0001}-Wachstumsebene umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die ungefähre {1-100}-Wachstumsebene eine Wachstumsebene mit einer Neigung zwischen ungefähr –45° und ungefähr +45° in Bezug auf eine {1-100}-Wachstumsebene umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die ungefähre {11-20}-Wachstumsebene eine Wachstumsebene mit einer Neigung zwischen ungefähr –45° und ungefähr +45° in Bezug auf eine {11-20}-Wachstumsebene umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Wachstumsebene eine ungefähre {0001}-Ebene ist und wobei die zweite Wachstumsebene eine ungefähre {1-100}-Wachstumsebene oder eine ungefähre {11-20}-Wachstumsebene ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Wachstumsebene eine ungefähre {1-100}-Wachstumsebene oder eine ungefähre {11-20}-Wachstumsebene ist und wobei die zweite Wachstumsebene eine ungefähre {0001}-Wachstumsebene ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Einführen des Siliciumkarbid-Seed-Kristalls das Einführen von wenigstens zwei Siliciumkarbid-Seed-Kristallen mit jeweils verschiedenen Siliciumkarbidkristall-Wachstumsebenen umfasst, um das Wachstum von Siliciumkarbid-Kristallmaterial in wenigstens zwei verschiedenen kristallographischen Richtungen zu halten.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt zum Einführen einer Vielzahl von Teilern das Einführen von wenigstens einem Teiler umfasst, der eine erste Schicht, die eine der gegenüberliegenden Flächen des Teilers bildet und aus einem ersten Material besteht, das einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Siliciumkarbidkristalls ist, der in Nachbarschaft dazu von wenigstens einer der verschiedenen Siliciumkarbid- Wachstumsebenen wächst, und eine zweite Schicht umfasst, die die andere gegenüberliegende Fläche des Teilers bildet und aus einem zweiten Material besteht, das einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheidet und im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines anderen Siliciumkarbidkristalls ist, der in Nachbarschaft dazu von der anderen der verschiedenen Siliciumkarbid-Wachstumsebenen wächst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Einführen des ersten Siliciumkarbid-Seed-Kristalls das Einführen von drei oder mehr Siliciumkarbid-Seed-Kristallen umfasst, wobei denen wenigstens zwei derselben Siliciumkarbidkristall-Wachstumsebenen umfassen, die sich voneinander unterscheiden, um das Wachstum von Siliciumkarbid-Kristallmaterial in wenigstens zwei verschiedenen kristallographischen Richtungen zu halten.
Siliciumkarbidkristall, der in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Anspruch 1 erzeugt wird.
Siliciumkarbidkristall, der in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Anspruch 3 erzeugt wird.
Siliciumkarbidkristall, der in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Anspruch 7 erzeugt wird.
Siliciumkarbidkristall, der in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Anspruch 12 erzeugt wird.
Siliciumkarbidkristall, der in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Anspruch 13 erzeugt wird.
Vorrichtung zum Erzeugen von Siliciumkarbid-Kristallmaterial, die umfasst: eine Siliciumkarbid-Wachstumskammer, wenigstens einen Siliciumkarbid-Seed-Kristall mit einer ersten Siliciumkarbid-Wachstumsfläche mit einer ersten Siliciumkarbidkristall-Wachstumsebene in der Kammer zum Halten des Wachstums von Siliciumkarbid-Kristallmaterial aus einem Siliciumkarbid-Quellmaterial in einer ersten kristallographischen Richtung in Entsprechung zu der ersten Wachstumsebene, und eine Vielzahl von Siliciumkarbidkristall-Wachstumsteilern in der Siliciumkarbid-Wachstumskammer, wobei die Teiler gegenüberliegende Flächen aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Wachstumsfläche ausgerichtet sind, wobei die Teiler voneinander beabstandet sind, um eine Vielzahl von Durchgängen zwischen den Teilern mit einer ausreichenden Größe zu bilden, um dazwischen das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen zu gestatten.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Teiler ein Material umfassen, das eine ausreichende Dichte aufweist, um Spannungen an den in den Durchgängen gewachsenen Siliciumkarbidkristallen zu Puffern.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das Material eine ausreichende Dichte aufweist, um ein Eindringen des Siliciumkarbid-Quellmaterials im wesentlichen zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei das Material ein Kohlenstoff mit einer Dichte zwischen ungefähr 1,70 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) und ungefähr 2,00 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Teiler ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten umfassen, der ausgewählt ist, um eine Defektbildung eines benachbarten Siliciumkarbidkristalls zu minimieren.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Teiler ein Material umfassen, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines in Nachbarschaft dazu gewachsenen Siliciumkarbidkristalls ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, die weiterhin wenigstens einen zweiten Siliciumkarbid-Seed–Kristall umfasst, der eine zweite Siliciumkarbidkristall-Wachstumsfläche mit einer zweiten Siliciumkarbid-Wachstumsebene aufweist, die sich von der ersten Wachstumsebene unterscheidet, um das Wachstum eines Siliciumkarbid-Kristallmaterials aus einem Siliciumkarbid-Quellmaterial in einer zweiten kristallographischen Richtung zu gestatten, die sich von der ersten kristallographischen Richtung unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 28, die weiterhin drei oder mehr Siliciumkarbid-Seed-Kristalle umfasst, wobei zwei derselben jeweils verschiedene Siliciumkarbidkristall-Wachstumsebenen aufweisen, um das Wachstum von Siliciumkarbid-Kristallmaterial in wenigstens zwei verschiedenen kristallographischen Richtungen zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die erste Siliciumkarbidkristall-Wachstumsebene eine Wachstumsebene umfasst, die aus der Gruppe gewählt ist, die eine ungefähre {0001}-Wachstumsebene, eine ungefähre {1-100}-Wachstumsebene und eine ungefähre {11-20}-Wachstumsebene umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die erste und die zweite Wachstumsebene jeweils eine Wachstumsebene umfassen, die aus der Gruppe gewählt ist, die eine ungefähre {0001}-Wachstumsebene, eine ungefähre {1-100}-Wachstumsebene und eine ungefähre {11-20}-Wachstumsebene umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Teiler im wesentlichen plane gegenüberliegende Flächen aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Teiler im wesentlichen nicht-plane gegenüberliegende Flächen aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei wenigstens einer der Teiler eine einzelne Schicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei wenigstens einer der Teiler eine erste Schicht und eine zweite Schicht umfasst, wobei die erste und die zweite Schicht gegenüberliegende Flächen des Teilers bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die erste und die zweite Schicht aus demselben Material ausgebildet sind, sodass der Teiler gleiche Eigenschaften auf den gegenüberliegenden Flächen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die erste und die zweite Schicht aus verschiedenen Materialien ausgebildet sind, sodass der Teiler unterschiedliche Eigenschaften auf den gegenüberliegenden Flächen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei wenigstens einer der Teiler eine Beschichtung auf wenigstens einer der gegenüberliegenden Flächen des Teilers aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei wenigstens einer der Teiler eine Beschichtung auf beiden gegenüberliegenden Flächen des Teilers aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei das Beschichtungsmaterial ein Metall, ein Metallkarbid oder eine Mischung aus denselben umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei das Beschichtungsmaterial aus der Gruppe gewählt ist, die Tantal, Tantalkarbid, Niob, Niobkarbid, Titan, Titankarbid, Zirkonium, Zirkoniumkarbid, Hafnium, Hafniumkarbid und Mischungen aus denselben umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei das Beschichtungsmaterial eine pyrolytische Graphitbeschichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Vielzahl von Siliciumkarbidkristall-Wachstumsteilern in der Siliciumkarbid-Wachstumskammer gegenüberliegende Flächen aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten und der zweiten Wachstumsfläche ausgerichtet sind, wobei die Teiler voneinander beabstandet sind, um eine Vielzahl von Durchgängen zwischen den Teilern mit einer ausreichenden Größe zu bilden, um das Wachstum von Siliciumkarbidkristallen zwischen denselben zu gestatten, um eine Vielzahl von Siliciumkarbidkristallen mit verschiedenen kristallographischen Ausrichtungen in Entsprechung zu der ersten und der zweiten Wachstumsebene zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 43, wobei wenigstens einer der Teiler eine erste Schicht, die aus einem ersten Material ausgebildet ist, und eine zweite Schicht umfasst, die aus einem zweiten Material ausgebildet ist, das andere Eigenschaften als das erste Material aufweist, wobei die erste und die zweite Schicht jeweils gegenüberliegende Flächen des wenigstens einen Teilers bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei die erste Schicht ein Material mit einem ersten Wärmedehnungskoeffizienten umfasst, der im wesentlichen gleich dem Wärmausdehnungskoeffizienten eines Siliciumkarbidkristalls ist, der in Nachbarschaft dazu von der ersten oder zweiten Siliciumkarbid-Wachstumsebene wächst, und wobei die zweite Schicht ein Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten umfasst, der sich von dem ersten Wärmausdehnungskoeffizienten unterscheidet und im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines anderen Siliciumkarbidkristalls ist, der in Nachbarschaft dazu von der anderen Siliciumkarbid-Wachstumsebene wächst.