IT201900015416A1 - Apparecchio per la crescita di una fetta di materiale semiconduttore, in particolare di carburo di silicio, e procedimento di fabbricazione associato - Google Patents

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Ruggero ANZALONE
Nicolo' Frazzetto
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “APPARECCHIO PER LA CRESCITA DI UNA FETTA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE, IN PARTICOLARE DI CARBURO DI SILICIO, E PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE ASSOCIATO”
La presente invenzione è relativa ad un apparecchio per la crescita di una fetta di materiale semiconduttore, in particolare di carburo di silicio, e un procedimento di fabbricazione associato.
Come noto, i dispositivi a semiconduttore sono tipicamente fabbricati in fette di silicio. Tuttavia, le fette di carburo di silicio (SiC) sono diventate sempre più popolari grazie, almeno in parte, alle favorevoli proprietà chimico-fisiche del SiC. Ad esempio, il SiC presenta generalmente una banda proibita superiore rispetto al silicio. Di conseguenza, il SiC, anche a spessori relativamente piccoli, ha una tensione di rottura maggiore rispetto al silicio e quindi può essere vantaggiosamente utilizzato in applicazioni ad alta tensione, quali dispositivi di potenza.
Il carburo di silicio si presenta in diverse forme o politipi cristallografici. I politipi più comuni sono il politotipo cubico (politipo 3C-3C-SiC), il politotipo esagonale (politipi 4H-SiC e 6H-SiC) e il politipo romboedrico (politotipo 15R-SiC). Fra questi, attualmente il politotipo cubico 3C-SiC è oggetto di studio approfondito, grazie alle sue proprietà uniche rispetto ad altri politipi di wafer. Ad esempio, generalmente le fette 3C-SiC hanno una minore densità di trappole sull'interfaccia SiO2/3C-SiC e hanno una maggiore mobilità degli elettroni di canale. Altre caratteristiche che rendono il 3C-SiC interessante consistono nel basso valore della resistenza in condizione accesa Ron, particolarmente utile nel caso di dispositivi che lavorano fino e oltre 650 V.
Tuttavia, la fabbricazione di fette di carburo di silicio è più complessa di quella di fette di silicio e, attualmente, sul mercato non sono disponibili substrati 3C-SiC
Un apparecchio e un procedimento per la fabbricazione di una fetta di carburo di silicio (SiC) sono descritti nella domanda di brevetto pubblicata US 2013/0157448 intitolata ″Method for manufacturing a silicon carbide wafer and respective equipment″, depositata a nome della Richiedente. Tale domanda di brevetto descrive un processo di fabbricazione della fetta di SiC includente il posizionamento di un substrato di silicio su un supporto (chiamato ″suscettore″) in una camera di reazione, la crescita di uno strato epitassiale 3C-SiC sul substrato di silicio, e quindi la separazione del substrato di silicio dallo strato epitassiale 3C-SiC mediante fusione del substrato di silicio. Il silicio fuso viene quindi drenato attraverso una coppia di aperture di scarico previste al di sotto del supporto.
Per migliorare la separazione del substrato di silicio dallo strato epitassiale 3C-SiC, la Richiedente ha sviluppato una camera di reazione perfezionata, descritta nella domanda di brevetto statunitense pubblicata US 2018/0090350 e intitolata "Apparatus for manufacturing a silicon carbide wafer". Qui, il suscettore è formato da una pluralità di barre di forma inclinata o rivolta verso il basso in modo da favorire il flusso del silicio fuso attraverso le aperture fra le barre. Inoltre, una spugna è disposta in un recipiente a tazza, al di sotto del supporto allo scopo di raccogliere il silicio fuso e semplificarne la rimozione dalla camera di reazione. Tuttavia, anche tale soluzione si è dimostrata non sempre in grado di drenare correttamente il silicio fuso nel serbatoio di raccolta, dato che, talvolta, il silicio fuso si attacca e aderisce al supporto stesso, a causa della tensione superficiale tra di essi.
Un ulteriore perfezionamento è descritto nella domanda di brevetto statunitense 16/182050 depositata il 6 novembre 2018, intitolata ″Apparecchio e metodo per la fabbricazione di una fetta″. Qui, il suscettore comprende un telaio esterno definente un'apertura e portante una pluralità di bracci che si estendono dal telaio verso l'interno dell'apertura e sono sospesi su un recipiente. I bracci si estendono a sbalzo, sono fissati ad un'estremità al telaio e hanno una estremità libera diretta verso il centro dell'apertura. L'estremità libera è dotata di una punta sporgente verso l'alto.
Anche il suscettore descritto nella domanda di brevetto statunitense 16/182050 non risolve però completamente il problema del distacco del silicio dal supporto. In particolare, parte del silicio si attacca alle punte dei bracci e rimane attaccato lì. A ciò si aggiunge il fatto che è stato verificato che, in alcune situazioni, la fetta di carburo di silicio non cresce uniformemente, ma forma un bordo esterno policristallino.
Scopo della presente invenzione è mettere a disposizione un apparecchio e un metodo perfezionati che superino gli inconvenienti della tecnica nota e permettano la fabbricazione di fette di carburo di silicio, anche di dimensioni elevate.
Secondo la presente invenzione vengono realizzati un apparecchio e un procedimento per la crescita di una fetta di carburo di silicio, come definiti nelle rivendicazioni allegate.
In pratica, il presente apparecchio comprende un supporto formato da un telaio, un'apertura nel telaio e da una pluralità di bracci estendentisi nell'apertura, verso il centro della stessa. I bracci definiscono una superficie di appoggio per una fetta che è ribassata rispetto al telaio.
Infatti, studi della Richiedente hanno mostrato che, durante la crescita del SiC (ottenuta per induzione in un reattore di tipo CVD - Chemical Vapour Deposition) sul substrato di silicio, la distribuzione del calore all'interno della camera di reazione non è uniforme, ma il bordo della fetta è più freddo di qualche decina di gradi rispetto al centro. La Richiedente ha ipotizzato che tale gradiente di temperatura sia dovuto alla instabilità del flusso dei gas di crescita, che dovrebbero lambire in modo laminare la fetta di silicio iniziale e il primo strato sottile di SiC che cresce sul substrato di silicio. Dato che la fetta iniziale è più in alto e sporge dal substrato, è stato ipotizzato che questo determini un'instabilità nel flusso dei gas di crescita, e di conseguenza si generi un gradiente di temperatura.
Per risolvere tale problema, quindi, il supporto viene realizzato in modo che i bracci di supporto siano disposti più in basso rispetto al telaio e la fetta di silicio iniziale viene disposta all'interno del telaio, in modo che la sua superficie superiore sia all'incirca allineata con quella del telaio.
Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 è una sezione trasversale di una forma di realizzazione del presente apparecchio;
- la figura 2 è una vista dall'alto di una forma di realizzazione di un supporto utilizzabile nell'apparecchio di figura 1;
- la figura 3 è una vista prospettica dall'alto del supporto di figura 2;
- la figura 4 è una vista prospettica ingrandita di un dettaglio supporto di figura 2;
- la figura 5 è una sezione trasversale del supporto di figura 2, preso lungo la linea di sezione V-V di figura 2;
- la figura 6 è una sezione trasversale attraverso una parte del supporto di figura 2, preso lungo la linea di sezione Vi-VI di figura 2;
- la figura 7 è una vista dall'alto di un'altra forma di realizzazione di un supporto utilizzabile nell'apparecchio di figura 1;
- le figure 8-12 sono viste in sezione trasversale mostranti fasi successive di fabbricazione di una fetta di materiale semiconduttore utilizzando l'apparecchio di figura 1; e
- la figura 13 è una vista prospettica del substrato delle figure 2-4 con una fetta di materiale semiconduttore ottenuta al termine del processo di fabbricazione.
La figura 1 mostra un apparecchio 10 per la crescita di una fetta di carburo di silicio. L'apparecchio 10 comprende un corpo 12, un riscaldatore 14, un condotto di ingresso 16, un condotto di uscita 18, un supporto 20 (anche chiamato ″suscettore″) e un recipiente 22, ad esempio sagomato a tazza.
Il corpo 12 forma una camera di reazione 24, delimitante uno spazio chiuso dove avvengono le reazioni. Il supporto 20 e il recipiente 22 sono posizionati all'interno della camera di reazione 24. Il corpo 12 è generalmente realizzato di materiale termicamente isolante, e isola termicamente la camera di reazione 24 dall'ambiente esterno.
Il riscaldatore 14 è accoppiato al corpo 12, per esempio disposto affacciato alla camera di reazione 24. Il riscaldatore 14 riscalda la camera di reazione 24 e quanto contenuto all'interno della camera di reazione 24 (ad esempio il supporto 20, il recipiente 22, gas, substrati, fette o altri oggetti o sostanze). Il riscaldatore 14 può essere realizzato in qualsiasi modo. Ad esempio, il riscaldatore 14 può essere un riscaldatore induttivo includente una pluralità di bobine; oppure un riscaldatore resistivo includente resistori coperti da carburo, o altro tipo di dispositivo di riscaldamento.
Il condotto di ingresso 16 fornisce un percorso fluidico dall'ambiente esterno all'apparecchio 10 verso la camera di reazione 24 e può essere usato per immettere precursori e gas nella camera di reazione 24, come discusso sotto.
Il condotto di uscita 18 fornisce un percorso fluidico dalla camera di reazione 24 verso l'esterno dell'apparecchio 10. Esso può essere anche utilizzato per scaricare gas di reazione formati nella camera di reazione 24 verso l'esterno, come discusso sotto.
In particolare, nell'apparecchio 10, la camera di reazione 24 è di tipo a flusso orizzontale. A tale scopo, ad esempio, come mostrato in figura 1, il condotto di ingresso 16 e il condotto di uscita 18 sono allineati orizzontalmente fra loro, e i gas fluiscono longitudinalmente lungo una superficie superiore del supporto 20.
Il supporto 20 è disposto sul recipiente 22 e nella camera di reazione 24. Il supporto 20 costituisce una piattaforma per ricevere e trattenere un substrato o una fetta, all'interno della camera di reazione 24. In particolare, come discusso sotto, un substrato di silicio viene disposto sul supporto 20 durante la fabbricazione di una fetta di SiC.
Come discusso in dettaglio di seguito con riferimento alle figure 2-7, il supporto 20 include un telaio 26 posizionato al di sopra e supportato dal recipiente 22, per portare un substrato da lavorare, qui un substrato di silicio monocristallino, come discusso in dettaglio con riferimento alle figura 8-12; un'apertura 28 circondata e definita dal telaio 26; e una pluralità di bracci 30, estendentisi dal telaio 26 verso l'interno dell'apertura 28, per supportare qui il substrato di silicio.
Il recipiente 22 è disposto nella camera di reazione 24, direttamente al di sotto del supporto 20. Il supporto 20 appoggia sul recipiente 22 in modo che il materiale che viene scaricato attraverso l'apertura 28 del supporto 20 durante il funzionamento dell'apparecchio 10 (silicio fuso) possa essere raccolto dal recipiente 22. Il recipiente 22 include una base 32 e una parete laterale 34. La base 32 si estende direttamente sotto all'apertura 28 e ai bracci 30 del supporto 20. La base 32 porta una spugna 33, come descritto in US 2018/0090350, citato sopra. La parete laterale 34 del recipiente 22 è disposta direttamente al di sotto del telaio 26 del supporto 20.
Le figure 2-6 mostrano un supporto 20 utilizzabile nell'apparecchio 10.
In dettaglio, come indicato sopra, il supporto 20 include il telaio 26, l'apertura 28 e una pluralità di bracci 30, realizzati in un solo pezzo.
Il telaio 26 ha forma generale a corona circolare, delimitato esternamente da una parete esterna 26A, internamente da una parete interna 26B, superiormente da una superficie superiore 26C e inferiormente da una superficie inferiore 26D. La parete esterna 26A è qui cilindrica ed ha diametro correlato a quello della camera di reazione 24; la parete interna 26B ha forma generalmente cilindrica, il cui diametro dipende dalla dimensione delle fette che si vogliono realizzare, di poco maggiore rispetto al diametro della fetta, come spiegato sotto. La superficie inferiore 26D è portata dal recipiente 22 e la superficie superiore 26C, opposta alla superficie inferiore 26D, definisce qui un piano di riferimento. Il telaio 26 ha inoltre altezza HF costante, dipendente dalla camera di reazione 24 impiegata e solitamente inferiore ad 1 cm, ad esempio inferiore a 0,5 cm.
Il telaio 26 presenta inoltre una pluralità di sporgenze 40 estendentisi radialmente all'interno della apertura 28, verso il centro e a distanza reciproca uniforme. Nell'esempio di realizzazione delle figure 2-6, ad esempio, il telaio 26 ha otto sporgenze 40, ciascuna delimitata da pareti arcuate 40A aventi convessità rivolta verso l'apertura 28 e da una parete traversale 40B, che si estende fra le pareti arcuate 40A. Le sporgenze 40 hanno qui lo stesso spessore del telaio 26. Le pareti traversali 40B (di forma planare o leggermente arcuata) definiscono, nel loro complesso, una parete virtuale, approssimativamente cilindrica, di diametro sostanzialmente uguale, o al massimo poco maggiore, rispetto al diametro della fetta a semiconduttori da crescere, come spiegato sotto.
Le sporgenze 40 possono mancare, nel qual caso, la parete cilindrica formata dalle porzioni di superficie 40A coincide con la parete interna 26B del telaio.
I bracci 30 hanno forma a barretta, lineare, si estendono a sbalzo a partire dalle sporgenze 40, uno per ogni sporgenza, radialmente verso il centro dell'apertura 28, ed hanno una estremità libera 31 sospesa sul contenitore 22. In dettaglio, qui ciascun braccio 30 ha sezione trasversale (secondo un piano parallelo ai piani tangenziali alle superfici interna ed esterna 26A, 26B del telaio 26) a forma di pentagono non equilatero, come mostrato in figura 6. Specificamente, la sezione trasversale dei bracci 30 è qui costituita da una porzione superiore 30A di forma triangolare e da una porzione inferiore 30B di forma trapezoidale rovesciata (con base maggiore coincidente con la base della forma triangolare della porzione superiore 30A). In pratica, la porzione superiore 30A di ciascun braccio 30 è delimitata da due lati inclinati superiori 41, 42 e la porzione inferiore 30B di ciascun braccio 30 è delimitata da due lati inclinati inferiori 45, 46 e da un lato inferiore 47. I due lati superiori inclinati 41, 42 di ciascun braccio 30 formano fra di loro (nella rappresentazione ideale mostrata in figura 6) una linea di vertice 43 anche se, in una realizzazione pratica, i bracci 40 presentano superiormente una porzione di superficie di vertice, più o meno arrotondata.
Nella forma di realizzazione mostrata, i lati inclinati superiori 41, 42 presentano angolo di inclinazione α (rispetto ad un piano passante per le basi delle porzioni superiore 30A e inferiore 30B) minore rispetto ai lati inclinati inferiori 45, 46 (angolo di inclinazione β), favorendo il flusso di materiale sciolto, come spiegato in dettaglio in seguito con riferimento al procedimento di fabbricazione rappresentato nelle figure 8-12.
In sezione longitudinale lungo la linea di vertice 43 (mostrata in figura 5), i bracci 30 hanno altezza HA costante, inferiore a quella HF del telaio 26. In particolare, la distanza d = HF - HA è approssimativamente pari all'altezza di un substrato da inserire nel telaio 26, come discusso in dettaglio in seguito. Ad esempio, la distanza d può essere di almeno 60-70 µm, in particolare compresa fra 200 e 300 µm.
I bracci 30 hanno inoltre tutti la stessa lunghezza L, a partire dalle sporgenze 40.
In particolare, i bracci 30 possono avere lunghezza L compresa fra 11 e 13 mm, ad esempio circa 12 mm; altezza HA dipendente dalla geometria della camera di reazione e compreso ad esempio fra 0,3 e 0,7 cm, in particolare di circa 0,5 cm; altezza H1 della porzione superiore 30A maggiore dell'altezza H2 della porzione inferiore 30B; angoli di inclinazione α e β massimi in funzione dei limiti imposti dal costruttore, in cui la somma di α β può essere compresa tra 110° e 150° (con, in generale, β > α, come indicato sopra).
Le linee di vertice 43 dei bracci 30 definiscono un piano di appoggio virtuale 44 che, insieme alla parete definita dalle superfici laterali 40B delle sporgenze 40, forma una sede ribassata 48 per una fetta a semiconduttori da crescere, come spiegato in dettaglio in seguito con riferimento alle figure 8-12.
Il supporto 20, e in particolare i bracci 30, possono essere ricoperti da un rivestimento (non mostrato) che contrasta l'adesione di eventuale materiale (in particolare, silicio sciolto, come discusso sotto). Ad esempio, il rivestimento può essere di carburo di silicio, come descritto nel brevetto US 2018/0090350 sopra citato.
La figura 7 mostra un supporto 120 destinato alla fabbricazione di fette di diametro di 6'. Il supporto 120 di figura 7 ha struttura generale simile a quella del supporto 20 di figura 2, con bracci 130 diretti verso l'interno dell'apertura (qui indicata con 128), ma l'apertura 128, ed in particolare la parete cilindrica formata dalle porzioni di superficie (qui indicate con 140A) delle sporgenze (qui 140) ha dimensioni maggiori, per poter accogliere la fetta.
Le figure da 8 a 12 mostrano una forma di realizzazione di un procedimento di fabbricazione di una fetta di carburo di silicio, in particolare una fetta SiC-3C, usando l'apparecchio 10 di figura 2. In queste figure, il corpo 12, il riscaldatore 14, il condotto di ingresso 16 e il condotto di uscita 18 non sono mostrati, per semplicità. Inoltre, per semplicità, si farà riferimento al supporto 20 delle figure 2-6, ma quanto indicato si applica anche al supporto 120 di figura 7.
In dettaglio, figura 8, un substrato 58 di un primo materiale, qui un substrato di silicio, è posizionato nella camera di reazione 24, e precisamente nella sede 48 del supporto 20. Il substrato 58 è inserito, quasi incastrato, all'interno della sede 48, con il proprio bordo 58A a contatto con le porzioni di superficie 40B delle sporgenze 40, sui bracci 30, in modo che la sua superficie inferiore 58B sia a contatto con il vertice 43 delle porzioni superiori 30A dei bracci 30, sul piano di appoggio virtuale 44.
Il substrato 58 ha spessore più piccolo possibile, compatibilmente con caratteristiche di fragilità. Ad esempio, il substrato 58 può avere spessore di almeno 60-70 µm, in particolare compreso fra 200 e 300 µm.
Dato che, come indicato sopra, la distanza d fra il piano di appoggio virtuale 44 e il piano di riferimento 26C è approssimativamente pari allo spessore del substrato 58, la superficie superiore di questo si dispone all'incirca a filo con il piano di riferimento formato dalla superficie superiore 26C del telaio 26 e il substrato 58 non sporge sostanzialmente in altezza dall'apertura 28.
Il substrato 58 ha generalmente una struttura cristallina. Inoltre, in questa fase, la camera di reazione 24 è a temperatura ambiente.
Una volta che il substrato 58 è posizionato nel supporto 20, la camera di reazione 24 viene sigillata e riscaldata dal riscaldatore 14 ad una prima temperatura. Ad esempio, la prima temperatura può essere compresa tra 450 e 550°C. All'interno della camera di reazione 24 viene inoltre impostato un primo livello di pressione, ad esempio compreso tra 8·10<-5 >e 12·10<-5 >bar.
Dopo che la camera di reazione 24 è stata riscaldata alla prima temperatura, essa viene portata ad una seconda temperatura, maggiore della prima temperatura. Ad esempio, la seconda temperatura può essere compresa tra 1050 e 1150°C.
All'interno della camera di reazione 24 viene inoltre impostato un secondo livello di pressione, maggiore del primo livello di pressione, ad esempio compreso tra 75 e 125 mbar.
La camera di reazione 24 viene mantenuta al secondo livello di pressione per il resto del processo.
Dopo che la camera di reazione 24 è stata riscaldata alla seconda temperatura, il substrato 58 viene immerso in idrogeno (H2). L'idrogeno viene introdotto nella camera di reazione 24 attraverso il condotto di ingresso 16. Inoltre, il substrato 58 è sottoposto a operazioni di attivazione, introducendo acido cloridrico (HCl) nella camera di reazione 24 attraverso il condotto di ingresso 16.
La camera di reazione 10 viene quindi riscaldata dal riscaldatore 14 ad una terza temperatura, maggiore della seconda temperatura. Ad esempio, la terza temperatura è compresa tra 1340 e 1400°C.
Sempre con riferimento alla figura 8, mentre la camera di reazione 24 viene portata alla terza temperatura o dopo che essa ha raggiunto la terza temperatura, un precursore a base di carbonio viene introdotto nella camera di reazione 24 attraverso il condotto di ingresso 16. Il precursore a base di carbonio carbonizza gli atomi di silicio superficiale del substrato 58 per formare uno strato sottile di SiC, come 3C-SiC, avente spessore, ad esempio, dell'ordine di pochi nanometri. Questo è spesso indicato come carbonizzazione a rampa. Come verrà discusso in seguito, il sottile strato di SiC agisce come seme per la crescita di SiC.
In questa fase, grazie alla disposizione del substrato 58 all'interno della sede 48, con la sua superficie superiore a filo con la superficie superiore 26C del telaio 26, i gas fluiscono lambendo il substrato 58 (o la fetta in crescita) con un moto approssimativamente laminare. Ciò permette di avere un flusso di gas più uniforme ed una distribuzione di temperatura più costante rispetto agli apparecchi noti.
La distribuzione costante della temperatura è anche favorita dal fatto che, in questa fase, così come nelle successive fasi di crescita e nelle fasi preliminari di riscaldamento, in modo di per sé noto e non mostrato, il supporto 20 viene fatto ruotare all'interno della camera di reazione 24. In questo modo, il substrato 58 viene lambito dai gas immessi a partire da tutta la circonferenza, e quindi in modo più uniforme possibile durante la crescita.
Quando la camera di reazione 24 è alla terza temperatura, un precursore a base di silicio viene aggiunto al precursore a base di carbonio nella camera di reazione 24. Di conseguenza, un primo strato di SiC 60 inizia a crescere in modo epitassiale dallo strato sottile di SiC, come mostrato in Figura 9. Questa fase viene spesso definita crescita etero-epitassiale.
Successivamente, mantenendo un flusso di H2 nella camera di reazione 24 attraverso il condotto di ingresso 16, viene eseguito un processo di fusione. In particolare, la camera di reazione 24 viene riscaldata dal riscaldatore 14 fino a una quarta temperatura, maggiore della temperatura di fusione del substrato 58 e minore della temperatura di fusione del primo strato di SiC 60. Ad esempio, la quarta temperatura è compresa tra 1550 e 1650°C. Di conseguenza, come mostrato in Figura 10, il substrato 58 fonde e si deposita nel recipiente 22, assorbito dalla spugna 33. In particolare, il silicio fuso (indicato con 66 in figura 10) proveniente dal substrato 58 scorre lungo i lati inclinati superiori 41, 42 dei bracci 30, fluisce lungo i lati inclinati inferiori 45, 46 dei bracci 30 e cade dal supporto 20 sul fondo del contenitore 22, dove viene raccolto e assorbito dalla spugna 33.
In questa fase, la minima area di contatto tra il supporto 20 e il substrato 58 (in corrispondenza del vertice 43 della porzione superiore 30A dei bracci 30) e l'inclinazione dei lati inclinati superiori e inferiori 41, 42, 45, 46 favorisce il flusso del silicio fuso 66 dal substrato 58. Infatti, quando il substrato 58 viene fuso, la tensione superficiale tra il supporto 20 e il silicio fuso 66 è ridotta. Inoltre, la presenza dei lati inclinati inferiori 45, 46 favorisce la caduta del silicio fuso 66 dai lati inclinati superiori 41, 42 direttamente verso il basso.
Di conseguenza, è meno probabile che il silicio fuso 66 si attacchi o aderisca ai bracci 30; viceversa, esso tende a distaccarsi dal supporto 20 e a fluire verso il fondo del recipiente 22.
Il fatto che i lati inclinati superiori 41, 42 si estendano per l'intera lunghezza dei bracci 30 consente il distacco del silicio fuso 66 da tutta la superficie inferiore 58A del substrato 58.
La camera di reazione 24 può essere mantenuta alla quarta temperatura fino a quando tutto il substrato 58 viene rimosso dal primo strato di SiC 60.
In alternativa, come mostrato nella figura 10, la quarta temperatura della camera di reazione 24 può essere mantenuta fino a quando piccole porzioni o un sottile strato residuo 70 del substrato 58 rimangono sul supporto 20. In questa forma di realizzazione, come discusso in seguito con riferimento alla figura 12, lo strato residuo 70 del substrato 58 viene rimosso mediante un processo di attacco chimico (″etching″).
In figura 11, un precursore a base di silicio e carbonio viene introdotto nella camera di reazione 24 attraverso il condotto di ingresso 16. Quindi, il primo strato di SiC 60 continua a crescere di spessore, ovvero un secondo strato di SiC 68 inizia a crescere sul primo strato di SiC 60. Questa fase viene spesso indicata come crescita omo-epitassiale. Il precursore a base di silicio e carbonio può essere alimentato durante la fase di fusione del substrato 58. In alternativa, il precursore a base di silicio e carbonio viene alimentato dopo che è completato il processo di fusione del substrato 58.
Quando il secondo strato di SiC 68 raggiunge uno spessore desiderato, il flusso del precursore a base di silicio e carbonio viene arrestato. Eventuali gas di reazione nella camera di reazione 24 vengono rimossi dalla camera di reazione 24 attraverso il condotto di uscita 18 (figura 1).
Come precedentemente indicato, nel caso che la fetta di SiC contenga porzioni residue 70 del substrato 58, queste vengono rimosse tramite un processo di attacco chimico durante la crescita del secondo strato di SiC 68 o al termine di tale crescita. In questo caso, un gas di attacco chimico, quale acido cloridrico (HCl), viene introdotto nella camera di reazione 24 attraverso il condotto di ingresso 16 (figura 1). Le porzioni residue 70 del substrato 58 ancora accoppiate al primo strato di SiC 60 sono quindi rimosse dal gas di attacco chimico e generalmente rimosse attraverso il condotto di uscita 18, figura 12.
Una volta rimosse le porzioni residue 70 del substrato 58, la camera di reazione 10 viene arrestata, sfiatata e riportata ad una temperatura inferiore (ad es. temperatura ambiente). La fetta di SiC risultante 72 può essere quindi immersa in H2 o Ar.
La figura 13 mostra una fetta si SiC 72 così ottenuta sul supporto 20.
Con l'apparecchio e il procedimento descritti, quindi, grazie al fatto che il telaio 26 è molto vicino alla fetta in crescita e al fatto che questa, inizialmente, non sporge superiormente dal supporto, è possibile ottenere una migliore distribuzione di temperatura e ridurre l'instabilità di flusso, consentendo di crescere fette di SiC sostanzialmente monocristalline per tutto il loro diametro e prive di zone di bordo policristalline.
Inoltre, grazie alla forma dei bracci 30 e al loro numero limitato, il distacco del silicio può avvenire in modo più affidabile e completo rispetto alle soluzioni note.
Di conseguenza, diventa possibile la fabbricazione di fette di SiC di dimensioni elevate, anche superiori a 6', ad esempio di 8', fino a 12', anche se il processo e l'apparecchio operano affidabilmente e vantaggiosamente anche per la fabbricazione di fette di dimensioni minori, quali fette da 2', 4' e 6'.
Risulta infine chiaro che all'apparecchio e al procedimento qui descritti ed illustrati possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Ad esempio, le diverse forme di realizzazione descritte possono essere combinate in modo da fornire ulteriori soluzioni.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio (10) per la crescita di fette di materiale semiconduttore, in particolare di carburo di silicio, comprendente: una camera (24); un recipiente (22) di raccolta nella camera; un supporto (20) nella camera e sul recipiente, il supporto (20) includendo un telaio (26), un'apertura (28) circondata dal telaio, una pluralità di bracci (30) e una sede (48) all'interno dell'apertura (28); in cui il telaio (26) presenta una prima ed una seconda superficie (26D, 26C), fra loro opposte, la prima superficie (26D) del telaio essendo rivolta verso il supporto (20); i bracci (30) sono formati da barrette a sbalzo, estendentisi dal telaio (26) nell'apertura (28), aventi altezza massima inferiore rispetto al telaio e presentanti superiormente un bordo di appoggio (43), i bordi di appoggio dei bracci definendo un piano di appoggio (44) che è ribassato rispetto alla seconda superficie (26C) del telaio, e la sede (48) presenta un fondo formato dal piano di appoggio (44).
  2. 2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui il piano di appoggio (44) è disposto ad una distanza (d) dalla seconda superficie (26C) del telaio (26) pari all'altezza di un substrato (58) da inserire in uso nella sede (48).
  3. 3. Apparecchio secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il piano di appoggio (44) è disposto ad una distanza (d) dalla seconda superficie (26C) del telaio (26).
  4. 4. Apparecchio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i bracci (30) sono delimitati superiormente ciascuno da almeno un lato inclinato (41, 42), il lato inclinato di ciascun braccio avendo un'inclinazione non nulla rispetto al piano di appoggio (44).
  5. 5. Apparecchio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui i bracci (30) sono delimitati superiormente ciascuno da una coppia di lati inclinati superiori (41, 42), contigui, formanti fra loro una linea di vertice (43) appartenente al piano di appoggio (44).
  6. 6. Apparecchio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i bracci (30) sono delimitati inferiormente ciascuno da una coppia di lati inclinati inferiori (45, 46).
  7. 7. Apparecchio secondo la rivendicazione precedente, in cui i bracci (30) presentano sezione trasversale pentagonale.
  8. 8. Apparecchio secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui i lati inclinati inferiori (45, 46) presentano inclinazione, rispetto ad un piano parallelo al piano di appoggio (44), maggiore rispetto ai lati inclinati superiori (41, 42).
  9. 9. Apparecchio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una pluralità di sporgenze (40) estendentisi dal telaio (26) all'interno dell'apertura (28), ciascuna sporgenza (40) avendo pareti di raccordo (40A) estendentisi dal telaio (26) trasversalmente ad esso ed una parete traversale (40B) estendentesi fra le pareti di raccordo (40A), le pareti traversali (40B) formando, insieme al piano di appoggio (44), la sede (48), in cui ciascun braccio (30) si estende a partire da una rispettiva parete traversale (40B).
  10. 10. Procedimento di fabbricazione, utilizzando l'apparecchio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, l'apparecchio comprendendo: una camera (24); un recipiente (22) di raccolta nella camera; un supporto (20) nella camera e sul recipiente, il supporto includendo un telaio (26), un'apertura (28) circondata dal telaio, una pluralità di bracci (30) e una sede (48) all'interno dell'apertura; in cui il telaio (26) presenta una prima ed una seconda superficie (26D, 26C), fra loro opposte, la prima superficie (26D) del telaio essendo rivolta verso il supporto (20); i bracci (30) sono formati da barrette a sbalzo, estendentisi dal telaio (26) nell'apertura(28), aventi altezza massima inferiore rispetto al telaio e presentanti superiormente un bordo di appoggio (43), i bordi di appoggio dei bracci definendo un piano di appoggio (44) che è ribassato rispetto alla seconda superficie (26C) del telaio, e la sede (48) presenta un fondo formato dal piano di appoggio (44), il procedimento comprendente le fasi di: introdurre un substrato (58) di un primo materiale nella sede (48) in modo che il substrato (58) sia disposto approssimativamente a filo con il telaio (26); formare uno strato (60) di un secondo materiale sul substrato, lo strato del secondo materiale avendo un primo spessore; successivamente separare almeno una prima porzione del substrato (66) dallo strato (60) del secondo materiale, fondendo la prima porzione del substrato (58); crescere lo strato (60) del secondo materiale fino a quando lo strato del secondo materiale ha un secondo spessore, maggiore del primo spessore.
  11. 11. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, comprendente inoltre, dopo la fase di crescere lo strato (60) del secondo materiale, separare una seconda porzione (70) del substrato dallo strato (60) del secondo materiale mediante attacco chimico.
  12. 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10 o 11, in cui il secondo materiale include carburo di silicio e il primo materiale include silicio.
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