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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft die Herstellung
monokristalliner Halbleitermaterialien, wie z. B. Siliciumcarbid
(SiC), und kann für
die Herstellung von Halbleitervorrichtungen eingesetzt werden, die
fähig sind, bei
höheren
Temperaturen zu arbeiten.
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Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung das epitaxiale Züchten
von Halbleitereinkristallen durch eine chemische Dampfabscheidungstechnik,
die in der speziellen Literatur auf dem Gebiet als das CVD-Verfahren
bezeichnet wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das CVD-Verfahren ist im wesentlichen
eine Technik der Abscheidung epitaxialer Schichten des zu züchtenden
Materials als ein Ergebnis einer chemischen Reaktion einer Mischung
gasförmiger
Reagenzien, die bei einer hohen Temperatur auftritt. Das im großen und
ganzen in CVD-Reaktoren zum Züchten
monokristalliner Siliciumcarbide (SiC) eingesetzte Material ist
eine mit Wasserstoff (H2) verdünnte Mischung
gasförmiger
Reagenzien, die Silicium bzw. Kohlenstoff enthalten, nämlich Silan
(SiH4) und Propan (C3H8) .
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Eine geeignet in das richtige Verhältnis gebrachte
Mischung von Reagenzien wird zu der Wachstumszone des Reaktors zugeführt. Siliciumcarbid
wird bei einer Temperatur oberhalb von 1400°C erzeugt, damit beginnend,
dass dort der Zerfall der Reagensmoleküle und die Reaktion der SiC-Bildung
aus der Dampfphase aus freiem Silicum und Kohlenstoff auf der Wachstumsoberfläche auftritt.
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Das Aufheizen wird durch einen Induktionsheizer
durchgeführt,
wobei dessen Aufnehmer im großen
und ganzen aus Graphit ausgebildet ist.
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In der Technik sind verschiedene
Reaktorkonstruktionen bekannt, die es ermöglichen, dass dünne (d.h.
eine Dicke von bis zu 50 μ)
Filme monokristallinen Siliciumcarbids in einem Temperaturbereich
von 1400°C
bis 1600°C
gezüchtet
werden, wobei. ihre Qualität
adäquat
ist, um auf dieser Basis elektronische Halbleitervorrichtungen herzustellen. Diese
Reaktoren schaffen eine Schichtdickenwachstumsrate von einigen Mikrometern
pro Stunde, was sie zur Massenzüchtung
von Einkristallen ungeeignet macht, die notwendig sind, um die industrielle
Produktion von Halbleitervorrichtungen auf der Basis von Siliciumcarbid
zu starten.
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In der Technik ist ein Sublimationsverfahren zur
Massenzüchtung
von SiC-Einkristallen bekannt, das in einer internationalen Veröffentlichung
WO 97/27350 der internationalen Anmeldung PCT/RU97/00005 beschrieben
ist. Wie alle anderen Sublimationstechniken erfordert dieses Verfahren
für seine
Implementierung ein relativ teures vorgereinigtes Quellenmaterial.
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Das Verfahren und die Vorrichtung
zum epitaxialen Züchten
unter Verwendung von CVD, das der vorliegenden Erfindung am nächsten kommt, sind
solche, die in einer internationalen Veröffentlichung WO 97/01658 der
internationalen Anmeldung PCT/SE96/00822 beschrieben sind. Die Vorrichtung ist
ein Reaktor der vertikalen Art mit einer zylinderförmigen Graphitkammer,
in der ein Substrat montiert ist, das durch einen Induktionsheizer
aufgeheizt wird. Das epitaxiale Wachstum von Siliciumcarbid wird
bei hohen Temperaturen ausgeführt,
in einem Bereich von 2000°C
bis 2500°C,
was hohe Wachstumsraten ermöglicht
und im wesentlichen erlaubt, dass Einkristalle in Mengen gezüchtet werden.
Jedoch erfordern das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dem Stand der
Tech nik, insbesondere in dem Fall des Züchtens von Einkristallen in
Mengen, dass, nachdem der Züchtungsprozeß abgeschlossen
ist, der Innenraum der Kammer gereinigt wird, um Siliciumcarbidabscheidungen
zu entfernen, die sich ungleichmäßig auf
den Wänden
absetzen, und dass die Kammer anschließend auf der Innenseite (unter
Verwendung einer Siliciumcarbidbeschichtung) wieder beschichtet wird,
was zu einem niedrigen Output führt,
der für
die industrielle Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nicht
ausreichend ist. Überdies
ermöglicht das
Verfahren, Einkristalle nur einer beschränkten Dicke zu züchten, weil
das gezüchtete
Kristall, wenn es die Dicke aufbaut, auch auf beiden Seiten wächst, und
das Kristall, das den gesamten Freiraum der Kammer ausgefüllt hat,
kann offensichtlich nur durch Aufschneiden der Kammer herausgeholt
werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren und einen Reaktor zum Züchten von Siliciumcarbid-Einkristallen in
Mengen einer hohen Qualität
anzugeben, die erforderlich ist, um Halbleitervorrichtungen herzustellen,
während
niedrige Produktionskosten und ein hoher Output geschaffen wird,
um die industrielle Anwendung der Erfindung zu gewährleisten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Unter. einem ersten Gesichtspunkt
der Erfindung wird dieses Ziel durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 erreicht, d.h. ein Verfahren zum Züchten monokristallinem Siliciumcarbids
durch chemische Dampfabscheidung auf der Wachstumsoberfläche eines
Substrats, das das Erhitzen der Wände einer Kammer mit wenigstens
einem darin montierten Substrat, so dass man die Temperatur der
Innenoberfläche
der Kammer in einem Bereich von 1800°C bis 2500°C hält, sowie die anschließende Zufuhr
von extern bereitgehaltenen Reagenzien in Form gasförmiger Verbindungen,
die Silicium bzw. Kohlenstoff enthalten, in die erhitzte Kammer
umfaßt,
wobei das Reagens in Form der siliciumhaltigen gasförmigen Verbindung
und das Reagens in Form der kohlenstoffhaltigen gasförmigen Verbindung
der Kammer getrennt zugeführt
werden und in der Nähe
der Wachstumsoberfläche
des Substrats vermischt werden.
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Die getrennte Zufuhr der Reagenzien
verhindert die Bildung und das Wachstum von SiC-Abscheidungen an
den Öffnungen
der Leitungen zur Zufuhr der Reagenzien in die Kammer, wo ansonsten eine
hohe Dampfkonzentration der Mischung von atomarem Kohlenstoff und
Silicium erreicht werden würde,
was die Bevorzugung der Abscheidung gegenüber der Sublimation von Siliciumcarbid
bei der Betriebstemperatur der Kammerwände schafft.
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Wenn die Reagenzien getrennt zugeführt werden,
findet ihr Mischen in einem erheblichen Abstand von der Öffnung der
Zufuhrleitung für
das siliciumhaltige Reagens statt. Die bei der Anfangsstufe der
Reagenszersetzung gebildeten Siliciumtropfen haben Zeit genug, durch
vollständige
Aufwärmung
zu verdampfen, wenn sie sich bis zu der Mischzone bewegen.
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Dieses verhindert eine Wechselwirkung
zwischen den Siliciumtropfen und Kohlenstoff, die zu der Bildung
stabiler Produkte führt,
d.h. Cluster, deren Abscheidung auf der Wachstumsfläche zu Defekten in
dem gezüchteten
Kristall führen
würden.
Auf diese Weise wird ein monokristallines Siliciumcarbid hoher Qualität mittels
der getrennten Reagenszufuhr erzeugt.
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Die Substrattemperatur wird vorzugsweise auf
einem niedrigeren Niveau als die Temperatur der Kammerwand gehalten.
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In der Tat kann durch Kontrollieren
des Niveaus der Reagenszufuhr eine Silicium- und Kohlenstoffkonzentration
in der Dampfphase in der Kammer erreicht werden, derart, dass die
Prozesse der Siliciumcarbidabscheidung auf der Innenfläche der
Kammer und ihre Sublimation bei der Betriebstemperatur der Kammerwände nahezu
ausgeglichen sind, wobei der Sublima tioneiprozess vorherrscht, wohingegen es
der Abscheidungsprozeß ist,
der bei kühleren Substraten
vorherrschend ist, mit dem sich ergebenden Wachstum des darauf abgeschiedenen
Siliciumcarbids.
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Die optimalen Werte des Temperaturunterschieds
zwischen den Kammerwänden
und dem Substrat liegen im Bereich von 20°C bis 90°C. Unter derartigen Bedingungen
tritt ein intensives Wachstum der Sublimationsschicht bei einer
Rate bis zu 1 mm/h auf.
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Es ist auch bevorzugt, dass die Kammer
ausgelegt ist, um das Einsetzen und das Herausnehmen des Substrats
durch eine Öffnung
in der Kammerwand zu ermöglichen,
die um den Umfang des Substrats und davon beabstandet vorgesehen
ist, desweiteren, dass inertes Gas zu der Kammer durch den Spalt
um das Substrat zugeführt
werden kann, wenn die Kristalle gezüchtet werden, und dass das
Substrat aus der Kammer herausgezogen wird, wenn die Dicke des epitaxialen
Schichtwachstums derart zunimmt, dass ihre wachsende in einer Ebene
mit der Innenfläche
der Kammerwand gehalten wird.
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In dem Verlauf der Züchtung wird
inertes Gas durch die Spalte in die Kammer zugeführt. Das erhebliche Vermindern
der Siliciumcarbid-Dampfmischungskonzentration an den Rändern des
Substrats verhindert, dass die Größe des Siliciumcarbideinkristallwachstums
in der Breite zunimmt, was es ihm ermöglicht, aus der Kammer herausgeschoben
zu. werden, wenn es wächst.
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Somit wird eine bekannte Einschränkung der Dicke
der Einkristalle, die in Mengen zu züchten sind, überwunden.
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Auch hat das Substrat vorzugsweise
eine kreisförmige
Form und wird um seine Achse senkrecht zu der Wachstumsfläche rotiert,
wenn das Siliciumcarbideinkristall gezüchtet wird.
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Das Substrat wird rotiert, um die
Gleichförmigkeit
des Wachstums der Sublimationsschichten zu verbessern.
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Man bevorzugt auch, dass monokristallines Siliciumcarbid
gleichzeitig auf zwei Substraten gezüchtet wird, die einander gegenüberliegend
an den gegenüberliegenden
Wänden
in der Kammer angeordnet sind. In diesem Fall wird das Meiste von
Siliciumcarbid der Dampfphase auf den Substraten abgeschieden.
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Es wird ferner bevorzugt, dass eine
feste Lösung
aus Tantalcarbid und Siliciumcarbid in Tantal als Material für die Innenoberfläche der
Reaktorkammer verwendet wird. Eine derartige Oberfläche ist
im wesentlichen frei von Abnutzung und ihre Eigenschaften ändern sich
nicht bei dem Prozeß des
Züchtens.
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Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt
der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Reaktor gemäß Anspruch
8 gelöst,
d.h. einem Reaktor zum Züchten monokristallinen
Siliciumcarbids durch. chemische Dampfabscheidung auf der Wachstumsoberfläche eines
Substrats, wobei der Reaktor eine Kammer und zumindest ein Substrat,
eine Einrichtung zur Zufuhr von Reagenzien in Form gasförmiger Verbindungen, die
Silicium bzw. Kohlenstoff enthalten, von außerhalb der Kammer in diese
und eine Einrichtung zum Erhitzen der Wände der Kammer umfaßt, die
es ermöglicht,
dass die Temperatur der Innenoberfläche der Kammer in einem Bereich
von 1800°C
bis 2500°C
gehalten wird, wobei die Einrichtung für die Zufuhr der Reagenzien
in Form gasförmiger
Verbindungen Leitungen für
die Zufuhr des Reagens in Form der siliciumhaltigen Verbindung in
die Kammer getrennt von dem Reagens in Form der gasförmigen kohlenstoffhaltigen
Verbindung umfaßt,
wobei die Leitungen so angebracht sind, dass die Reagenzien in der
Nähe des
Substrats vermischt werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird desweiteren durch
die Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführung dargestellt, mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen, wobei:
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1 einen
Reaktor zum Züchten
monokristallinen Siliciumcarbids im Längsschnitt in der Ebene der
Reagenszufuhrleitung zeigt;
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2 einen
Reaktor wie in 1 dargestellt im
Längsschnitt
entlang der Linie 2–2
von 1 zeigt; und
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3 einen
Reaktor wie in 1 dargestellt im
Längsschnitt
entlang der Linie 3–3
von 1 zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
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Monokristallines Siliciumcarbid wird
in einem Reaktor gezüchtet,
der in 1 dargestellt
ist, der wie gewöhnlich
in einer Gruppe von Reaktoren der Horizontalart aufgenommen sein
kann. Die Orientierung des Reaktors bezüglich der Richtung der Schwerkraft
ist für
die Ausführung
der vorgeschlagenen Erfindung nicht wichtig.
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Der Reaktor umfaßt ein zylindrisches Quarzgehäuse 1 mit
einer darin montierten Kammer 2, die sich entlang der Achse
des Gehäuses 1 koaxial
dazu erstreckt.
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Die Kammer 2 umfaßt Wände 3, die
aus Tantalblech (Ta) ausgebildet sind. Die Oberfläche der Wände, die
den Raum der Kammer 2 bestimmen, ist mit Kohlenstoff und Siliciumcarbid
dotiert.
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Die Innenwände 3 sind in einem
Aufnehmer 4 aufgenommen, der aus elekrisch leitfähigem Graphit
ausgebildet ist. Der Innenraum des Gehäuses 1, der den Aufnehmer 4 umgibt,
ist mit einem Wärmeisolator 5 aus
porösem
Graphit gefüllt.
Außerhalb
des Gehäuses 1 ist
ein Induktionsheizer 6 angeordnet, der eingestellt ist,
um den Aufnehmer 4 auf eine Temperatur von 2500°C zu erhitzen.
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An einem Ende ist die Kammer 2 mit
einer Leitung 7 zur Zufuhr des siliciumhaltigen Reagens verbunden,
und an dem gegenüberliegenden
Ende mit einer Leitung 8 zum Entfernen der gasförmigen Reaktionsprodukte.
Der Auslaß der
Leitung 8 ist mit der Vorrichtung (in der Zeichnung nicht
gezeigt) zum Evakuiieren der gasförmigen Reaktionsprodukte verbunden.
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Leitungen 9 treten in die
Kammer 2 an ihren seitlichen Seiten ein, um das kohlenstoffhaltige
Reagens zu dem zentralen Bereich der Kammer 2 zuzuführen. Substrate 10 werden
in dem zentralen Bereich der Kammer 2 angeordnet.
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Die Auslässe der Leitungen 9 in
die Kammer 2 sind derart angeordnet, dass das kohlenstoffhaltige Reagens
zu der Kammer 2 durch die Leitungen 9 und das
siliciumhaltige Reagens, das durch die Leitung 7 zuführt wird,
in der Kammer 2 in nächster
Nähe zu den
Substraten 10 gemischt werden. Die Neigungen der Leitungen 9 relativ
zu der Achse der Kammer 2 ist ausgelegt, um eine Komponente
der Strömungsrate des
kohlenstoffhaltigen Reagens entlang der Achse der Kammer 2 in
Richtung der Leitung 8 zu schaffen, um zu verhindern, dass
das durch die Leitungen 9 zugeführe kohlenstoffhaltige Reagens
in dem Bereich der Kammer 2 neben dem Auslaß der Leitung 7 gerät.
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Der Reaktor umfaßt auch die Mittel (nicht gezeigt)
zum kontrollierbaren Zuführen
beider Reagenzien in die Kammer 2.
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2 stellt
die Anordnung der Substrate 10 in der Kammer 2 dar.
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In dem zentralen Bereich der Kammer 2 sind durch
ihre Wände 3 und
den Aufnehmer 4 einander gegenüberliegende runde Löcher 11 vorgesehen,
um die kreisförmigen
Substrate 10 da hindurch einzusetzen. Die Substrate 10 sind
aus Tantal dotiert mit Kohlenstoff und Siliciumcarbid hergestellt,
wie unten beschrieben, und auf Wafern 12 montiert, die
aus dem gleichen Material wie der Aufnehmer 4 zusammengesetzt
sind.
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Das Dotierverfahren für die Wände 3 und
der Substrate 10 wird in zwei Schritten durchgeführt. Bei dem
ersten Schritt wird die Kammer 2 mit Graphitpulver gefüllt und
allmählich
aufgewärmt,
wobei die Temperatur auf 2200–2500°C erhöht wird,
und für
1 bis 3 Stunden stehengelassen wird. Graphit wird dann aus der Kammer 2 entfernt,
und bei dem zweiten Schritt werden die Bedingungen des ersten Schritts
in der Gegenwart von Siliciumcarbid in dem Raum der Kammer 2 wiederholt.
Als ein Ergebnis einer derartigen Dotierung erhält die Innenfläche der Kammer 2 eine
hohe Wärmestabilität, verliert
ihre Fähigkeit,
Siliciumcarbiddämpfe
zu absorbieren, und läuft
nicht Gefahr, bei hohen Temperaturen von Wasserstoff angegriffen
zu werden.
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Die Wafer 12 werden koaxial
auf Antriebswellen 13 befestigt. Die Glellen 13 sind
mit dem Mechanismus (nicht gezeigt) verbunden, der außerhalb des
Gehäuses 1 montiert
und dazu in Stellung verriegelt wird, wobei diese Mechanismen fähig sind,
eine Drehbewegung auf die Wellen 13 zu übertragen, und dadurch auf
die Substrate 10, und unabhängig davon eine progressive
Bewegung entlang ihrer Achsen. Diese Mechanismen können auf
eine ähnliche
Weise zu den in bekannten Konstruktionen von Bohrmaschinen eingesetzten
konstruiert werden. Um z. B. die Drehbewegung zu übertragen,
kann ein Teil der Welle 13 in der Form einer Keilwelle
ausgebildet sein, wobei die unabhängige fortschreitende Bewegung durch
einen Wagen geschaffen wird, der mit der welle über ein Lager verbunden ist.
Die Innenoberflächen der
oberen und unteren Wände 3 der
Kammer 2 sind vorzugsweise eben ausgebildet. Die Durchmesser der
Löcher 11 und
der Substrate 10 sind so spezifiziert, dass sie ringförmige Spalte 14 zwischen
den Rändern
der Substrate 10 und der Löcher 11 schaffen,
wobei ihre Breite in einem Bereich von 0,001 bis 0,01 von dem Durchmesser
des Substrats gewählt sind.
Der Reaktor umfaßt
die Mittel (nicht gezeigt) zur kontrollierbaren Zufuhr von inertem
Gas, wie z. B. Argon in die Kammer durch die Spalte 14,
wobei diese Mittel fähig
sind, den Innenraum der Kammer 2 von der Umgebung während des
Wachstumsprozesses zu isolieren.
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Die Substrate 10 sind außerhalb
der Zone direkter Wirkung des Induktionsheizers 6 angeordnet, und
werden primär
von den sie umgebenden aufgeheizten Wänden 3 und von der
Kammer 2 aufgewärmt.
Die Wärmeübertragung
von dem Aufnehmer 4 in Richtung der Substrate 10 ist
abhängig
von der Dicke der Wafer 12, wobei ein Temperaturunterschied von
20–60°C zwischen
den erhitzten Wänden 3 und
den Substraten 10 beim Anfangsschritt des Wachstums durch
eine geeignete Auswahl der Dicke erreicht wird.
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3 zeigt
eine wechselseitige Anordnung der Reaktorteile bei der Stufe des
Wachstumsprozesses, bei dem die Siliciumcarbid-Einkristalle 15 bereits
eine erhebliche Dicke erreicht haben. Bei dieser Stufe wird die
spezifizierte Temperatur der Wachstumsoberflächen 16 des Einkristalls
durch die aufgeheizten Wände 3 aufrechterhalten.
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Wie es den Fachleuten klar ist, kann
bei anderen Ausführungen
der vorliegenden Erfindung die Reaktorkammer einen anderen Aufbau
und eine andere Anordnung und Anzahl von Leitungen zur Reagenszufuhr
aufweisen, und kann auch entweder ein oder mehr als zwei Substrate
aufweisen, vorausgesetzt, dass die Substrate benachbart zueinander
angeordnet sind, so dass die Reagenzien unmittelbar in dem Gebiet
der Substrate gemischt werden.
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Gemäß der Erfindung wird monokristallines Siliciumcarbid
auf die folgende Weise gezüchtet.
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Impffilme für monokristallines SiC werden
an den Substraten 10 befestigt, wobei die Filme des zu züchtenden
Polytyps sind. Die Substrate 10 werden in Löchern 11 derart
angeordnet, dass die Wachstumszonen der Impfeinkristalle in einer
Ebene mit den Innenflächen
der Wände 3 der
Klammer liegen.
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Der Innenraum der Kammer 2 ist
gegenüber der
Umgebung isoliert und wird durch den Induktionsheizer 6 aufgeheizt.
Wenn die Wände 3 der
Kammer 2 bis zu der Arbeitstemperatur aufgewärmt sind,
die vorzugsweise in einem Bereich von 2200°C bis 2400°C eingestellt ist, werden Fremdstoffe
und ungewünschte
Verunreinigungen durch das Durchblasen unter Verwendung von Wasserstoff
und möglicherweise
Chlor entfernt.
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Ein gasförmiges siliciumhaltiges Reagens, wie
z. B. Silan (SiH4) oder Chlorsilan (SiH2Cl2), verdünnt mit
einem Trägergas
(Wasserstoff oder Helium) wird in die Kammer 2 durch die
Leitung 7 geleitet. Ein kohlenstoffhaltiges Reagens, wie
z. B. Propan (C3H8)
oder Methan (C2H4)
, gemischt mit Argon , Wasserstoff oder Helium, wird der Kammer 2 durch die
Leitungen 9 zugeführt.
Die Pfeile von 1 zeigen
die Gasströmrichtungen
an. Der Reagensmischvorgang wird in einem erheblichen Abstand von
der Öffnung
der Leitung 7 zur Zufuhr des siliciumhaltigen Reagens ausgeführt, und
die bei einer frühen
Stufe der Reagenszersetzung erzeugten Siliciumtropfen haben genug
Zeit, aufgrund der Tatsache zu verdampfen, dass sie auf dem Weg
zu der Mischzone durch und durch aufgewärmt werden. Das hindert die Siliciumtropfen
daran, mit Kohlenstoff zu reagieren, was die Bildung stabiler Produkte
mit sich bringen würde,
d.h. Cluster, deren Abscheidung auf der Wachstumsfläche zu Defekten
in dem Kristallwachstum führen
würde,
wobei all dies schließlich
zu qualitativen Siliciumcarbid-Einkristallen führt.
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Die getrennte Zufuhr der Reagenzien
verhindert die Bildung und das Wachstum von Siliciumcarbidabscheidungen
auf den Kammerwänden
in der Nähe
des Reagensmischungseintritts, wo eine hohe Konzentration von Dämpfen der
atomaren Kohlenstoffsiliciummischung anderenfalls erreicht werden würde, die
zu einer Bevorzugung der Abscheidung gegenüber der Sublimation von Siliciumcarbid
bei der Betriebstemperatur führt.
Der Anteil an Reagenzien, die der Kammer 2 pro Zeiteinheit
zugeführt
wird, wird durch das erforderliche Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoffatomen
festgelegt, die in der Dampfphase in der Nähe der Wachstumsoberflächen der Einkristalle
nach der Zersetzung der Reagensmoleküle als ein Ergebnis davon vorliegen,
dass sie in der Kammer 2 aufgewärmt wurden. Das optimale Si/C-Verhältnis ist
nahezu 1.
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Durch Einstellen des Reagenszufuhrniveaus ist
es möglich,
eine Konzentration von Silicium und Kohlenstoff in der Dampfphase
in der Kammer 2 derart zu erreichen, dass die Prozesse
der Abscheidung von Siliciumcarbid auf die Innenoberfläche der
Kammer 2 und ihre Sublimation bei der Betriebstemperatur
nahezu im Gleichgewicht sind, wobei der Sublimationsprozeß vorherrschend
ist. Andererseits herrscht der Abscheidungsprozeß auf kälteren Substraten 10 vor,
und hier findet das monokristalline Siliciumcarbidwachstum statt.
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Die Substrate 10 werden
mit der Rate von einigen Umdrehungen pro Minute rotiert, um zu einem gleichförmigeren
Wachstum der monokristallinen Schicht beizutragen.
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Wenn sich die Wachstumsschicht aufbaut, werden
die Substrate 10 aus der Kammer 2 herausgezogen,
wobei die Wachstumsoberfläche
der Einkristalle in einer stabilen Stellung gehalten wird, die in einer
Ebene mit der Innenoberfläche
der Wände 3 benachbar
der Substrate 10 ist. Da bei einer konstanten Temperatur
der Kammer 2 und mit den gleichförmig darein zugeführten Reagenzien
die epitaxiale Schichtdickenwachs tumsrate konstant bleibt, wird
es hinreichend sein, die Substrate 10 aus der Kammer bei
einer konstanten Rate herauszuziehen, die durch die Ergebnisse des
experimentellen Wachstums festgelegt werden.
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Während
des Wachstumsverfahrens wird inertes Gas, wie z. B. Argon oder Helium
durch die Spalte 14 zu der Kammer 2 zugeführt, was
durch die erhebliche Verminderung der Konzentration der Silicium
und Kohlenstoffdampfmischung die Ausdehnung von dem gezüchteten
Siliciumcarbid-Einkristall in der Breite verhindert, was es ermöglicht,
dass er aus der Kammer 2 herausgezogen wird, wenn er wächst.
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Somit. wird eine wesentliche Beschränkung der
Dicke der Einkristallmassenzüchtung überwunden,
die in der Technik bekannt ist.
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Unter derartigen Bedingungen tritt
ein intensives Wachstum der Sublimationsschicht bei einer Rate von
bis zu 1 mm/h auf. In diesem Fall wird das meiste Siliciumcarbid
auf den Substraten 10 dampfabgeschieden, wodurch der Teildruck
von Silicium und Kohlenstoffdämpfen
in der Kammer 2 benachbart der Auslaßleitung 8 sich als
wesentlich niedriger als der Wert erweist, der es zuläßt, dass
sich Abscheidungen ausbilden. Wie angegeben ist die Innenoberfläche der
Wände 3,
die aus Tantal dotiert mit Kohlenstoff und Siliciumcarbid ausgebildet
ist, praktisch keiner Abnutzung unterworfen, noch macht sie irgendeine Änderung
ihrer Eigenschaften durch, wie als Folge des Wachstumsprozesses.
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Somit ergibt das oben erwähnte Verfahren zum
Züchten
von monokristallinem Siliciumcarbid ein qualitatives Produkt und
ist im wesentlichen frei von Beschränkungen, die der Dicke des
Kristallwachstums bei ununterbrochenen Betrieb des Reaktors auferlegt
wird. Der Reaktor erlaubt es, wiederholte Wachstumszyklen ohne übermäßige Ausgaben
zu laufen, die anderenfalls entstehen würden, um seine Teile wiederherzu stellen.
Eine derartige Kombination von Eigenschaften garantiert die industrielle
Anwendung der vorgeschlagenen Erfindung.
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Obwohl es keine spezielle Diskussion
betreffend die Zugabe von Dotiermitteln während des Einkristallwachstums
gab, erlaubt die vorgeschlagene Erfindung das anwendungsspezifische
Dotieren der Siliciumcarbid-Einkristalle, die gezüchtet werden, einschließlich dem
Fall des Abwechselns der Schichten, die verschiedene Dotiermittelarten
enthalten.