KR20170017787A - 실리콘에 실리콘 또는 실리콘 카바이드에 실리콘 카바이드를 직접 본딩하기 위한 방법들 - Google Patents

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Abstract

제 1 실리콘 부분을 제 2 실리콘 부분에 본딩하기 위한 방법은, 제 1 실리콘 부분 및 제 2 실리콘 부분을 열 절연 구조체 내의 표면 상에 직접적으로 물리적으로 접촉하여 배치하는 단계; 열 절연 구조체 내의 압력을 미리 결정된 압력으로 제어하는 단계; 열 절연 구조체 내의 온도를 하나 이상의 가열기들을 사용하여 미리 결정된 온도로 제어하는 단계; 프로세스 기간 동안 제 1 실리콘 부분과 제 2 실리콘 부분을 본딩하는 단계를 포함한다. 미리 결정된 온도는 1335 ℃ 이상 1414 ℃ 미만인 온도 범위 내에 있다.

Description

실리콘에 실리콘 또는 실리콘 카바이드에 실리콘 카바이드를 직접 결합하기 위한 방법들{METHODS FOR DIRECTLY BONDING SILICON TO SILICON OR SILICON CARBIDE TO SILICON CARBIDE}
본 개시는 실리콘 부품들을 함께 또는 실리콘 카바이드 부품들을 함께 직접 결합하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경 기술 설명은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제공하기 위한 것이다. 본 발명자들의 성과로서 본 배경기술 섹션에 기술되는 정도의 성과, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
반도체 프로세싱 시스템들은 실리콘 (Si) 또는 실리콘 카바이드 (SiC) 로 이루어질 필요가 있는 컴포넌트들 (components) 을 포함할 수도 있다. 실리콘 또는 실리콘 카바이드를 사용하여 이루어진 큰 컴포넌트들은 제작하기에 비용이 많이 든다. 이들 큰 컴포넌트들을 제작하기 위한 스타트 블랭크들 (starting blanks) 을 생성할 비용은 완성된 부품의 치수들에 의해 증가한다. 실리콘을 사용할 때, 스타트 블랭크들은 통상적으로 요구된 두께로 슬라이스된 단결정, DF (dislocation free) 실리콘 잉곳들 및 다결정질 실리콘 잉곳들로 이루어진다.
많은 경우들에서, 머시닝 프로세스는 시간 소모적이고 노동비가 많이 든다. 일부 컴포넌트들은 스타트 블랭크로부터 제거될 많은 양들의 재료를 요구할 수도 있다. 일부 컴포넌트들 (예컨대 내부 플레넘을 가진 가스 분배 플레이트) 은 모놀리식 실리콘 블랭크를 사용하여 제작하는 것이 불가능하다. 코어 드릴링 (core drilling) 및 EDM (electrical discharge machining) 은 링 형상의 컴포넌트들과 같은 특정한 타입들의 컴포넌트들에 대한 재료 손실 및 머시닝 시간을 감소시키기 위한 효과적인 방법들이다. 보다 큰 컴포넌트들은 별도로 머시닝되고 이어서 함께 결합되는 2 이상의 보다 작은 컴포넌트들을 사용하여 어셈블될 수 있다. 이 방법은 단일의, 모놀리식 블랭크로부터 동일한 부품을 제작하는 것과 비교할 때 상당히 보다 적은 제작 비용이 들 수 있다.
엘라스토머들은 실리콘을 실리콘에, 실리콘을 흑연에, 그리고 실리콘을 알루미늄에 결합하도록 사용되어 왔다. 그러나, 엘라스토머 결합은 상대적으로 약한 인장 강도 (통상적으로 약 ~ 470 psi) 를 갖는다. 엘라스토머의 사용은 또한 작동 온도를 약 185 ℃로 제한한다. 엘라스토머 결합은 통상적으로 벌크 실리콘보다 고 저항률 그리고 보다 저 열 전도도를 갖는다. 엘라스토머 결합은 또한 기판 프로세싱 시스템들에서 입자 오염을 생성하기 쉽다.
액체 상 결합은 함께 결합될 2 이상의 부품들 사이에 알루미늄 또는 금과 같은 결합제를 배치하는 것을 수반한다. 결합제는 결합제의 융해 온도 이상의 온도에서 가열된다. 결합들이 통상적으로 강하지만, 최대 적용 온도는 Si-Al에 대해 580 ℃이고 Si-Au에 대해 363 ℃인, Si와 결합제의 공융 온도에 의해 제한되고, 이온도는 일부 기판 프로세싱 시스템 애플리케이션들에 대해 매우 낮을 수도 있다. 부가적으로, 결합제는 기판 프로세싱 시스템들에서 차후의 사용 동안 금속 오염을 증가시킬 수도 있고 그리고 비휘발성 입자들을 생성할 수도 있다. 오염 위험에 더하여, Si와 결합 재료들 사이의 CTE (coefficient of thermal expansion) 는 통상적으로 상이하고, 이는 Si 내에 전단 응력을 유발할 수 있고 결합된 부품의 기계적 강도를 약하게 할 수 있다.
제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법은, 제 1 실리콘 부품 및 제 2 실리콘 부품을 열 절연 구조체 내의 표면 상에 직접적으로 물리적으로 콘택트하여 배치하는 단계; 열 절연 구조체 내의 압력을 미리 결정된 압력으로 제어하는 단계; 열 절연 구조체 내의 온도를 하나 이상의 가열기들을 사용하여 미리 결정된 온도로 제어하는 단계; 및 프로세스 기간 동안 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품을 결합하는 단계를 포함한다. 미리 결정된 온도는 1335 ℃ 이상 1414 ℃ 미만인 온도 범위 내에 있다.
다른 특징들에서, 열 절연 구조체 내의 압력은 1 Torr 미만이다. 프로세스 기간은 10 시간 내지 50 시간이다. 방법은 결합 동안 불활성 가스를 열 절연 구조체에 공급하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 580 ℃ 초과인 사용 동안의 작동 온도를 견딜 수 있다. 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 580 ℃ 초과 1335 ℃ 미만인 사용 동안의 작동 온도들을 견딜 수 있다.
다른 특징들에서, 방법은 결합 동안 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 홀딩하도록 외력을 공급하는 단계를 포함한다. 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 1.17 +/- 0.09 W/㎝-K의 열 전도도를 갖는다. 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 2000 PSI 초과인 인장 강도를 갖는다.
다른 특징들에서, 방법은 표면과 제 1 실리콘 부품 및 제 2 실리콘 부품 중 적어도 하나 사이에 탄소 재료를 배치하는 단계를 더 포함한다. 탄소 재료는 흑연 및 그래포일 (grafoil) 로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 외력은 프레스 및 웨이트 (weight) 중 하나에 의해 공급된다.
다른 특징들에서, 방법은 프레스 및 웨이트 중 하나와 제 1 실리콘 부품 및 제 2 실리콘 부품 중 적어도 하나 사이에 탄소 재료를 배치하는 단계를 포함한다. 제 1 실리콘 부품 및 제 2 실리콘은 개재된 결합 재료를 사용하지 않고 함께 결합된다. 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 실리콘-실리콘 공유 결합이다.
다른 특징들에서, 열은 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품의 측면들로부터 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품의 중심들로 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품 내로 흐른다. 외부 표면 융해는 프로세스 기간 동안 결합 영역들 내에서 발생한다. 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품 사이의 접합부에서의 모세관력들은 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품 사이의 갭 내로 융해된 실리콘을 인출한다. 응고 시, 실리콘 부품들은 함께 결합된다.
다른 특징들에서, 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품은 단결정질 실리콘으로 이루어진다. 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품은 다결정질 실리콘으로 이루어진다. 제 1 실리콘 부품과 제 2 실리콘 부품은 열 절연 구조체 내에서 서셉터 상에 배치된다. 서셉터는 하단 표면과 측벽들을 포함한다. 가열기는 측벽들과 열 절연 구조체 사이에 배치된다.
제 1 실리콘 카바이드 부품을 제 2 실리콘 카바이드 부품에 결합하기 위한 방법은, 제 1 실리콘 카바이드 부품 및 제 2 실리콘 카바이드 부품을 직접적으로 물리적으로 콘택트하여 컨테이너 내에 배치하는 단계; 제 1 실리콘 카바이드 부품 및 제 2 실리콘 카바이드 부품을 실리콘 카바이드/실리콘 가루 매트릭스로 둘러싸는 단계; 열 절연 구조체 내에 컨테이너를 배치하는 단계; 열 절연 구조체 내의 압력을 미리 결정된 압력으로 제어하는 단계; 열 절연 구조체 내의 온도를 하나 이상의 가열기들을 사용하여 미리 결정된 온도로 제어하는 단계; 및 프로세스 기간 동안 제 1 실리콘 카바이드 부품과 제 2 실리콘 카바이드 부품을 결합하는 단계를 포함한다. 미리 결정된 온도는 1600 ℃ 이상 2000 ℃ 미만인 온도 범위 내에 있다.
다른 특징들에서, 열 절연 구조체 내의 압력은 1 Torr 미만이다. 프로세스 기간은 10 시간 내지 50 시간이다. 방법은 1 기압 미만의 압력에서의 결합 동안 열 절연 구조체에 불활성 가스를 공급하는 단계를 포함한다. 제 1 실리콘 카바이드 부품과 제 2 실리콘 카바이드 부품 사이에 형성되는 결합은 580 ℃ 초과 1600 ℃ 미만인 사용 동안의 작동 온도들을 견딜 수 있다.
다른 특징들에서, 제 1 실리콘 카바이드 부품과 제 2 실리콘 카바이드 부품은 개재된 결합 재료를 사용하지 않고 함께 결합된다. 제 1 실리콘 카바이드 부품과 제 2 실리콘 카바이드 부품 사이에 형성되는 결합은 Si-C 공유 결합이다.
본 개시의 적용 가능성의 추가의 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 분명해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 오직 예시의 목적들을 위해 의도된 것이고 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른, 실리콘 부품들을 결합하기 위한 결합 장치의 예의 기능 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 본 개시에 따른, 실리콘 부품들 또는 실리콘 카바이드 부품들을 결합하기 위한 결합 장치의 다른 예들의 기능 블록도들이다.
도 5는 본 개시에 따른, 실리콘 부품들의 결합을 제어하기 위한 제어기의 예의 기능 블록도이다.
도 6은 실리콘 부품들을 결합하기 위한 방법의 예의 흐름도이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들 (elements) 을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은 2015년 8월 7일 출원된 미국 가출원 제 62/202,364 호의 이점을 주장한다. 상기 언급된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
이제 도 1 내지 도 4를 참조하면, 결합 장치 (50) 의 예들이 도시된다. 도 1에서, 결합 장치 (50) 는 하우징 (52) 을 포함하도록 도시된다. 열 절연 구조체 (56) 는 하우징 (52) 의 내부에 배치된다. 열 절연 구조체 (56) 는 내측 캐비티 (59) 를 규정하는, 하단부 (57) 및 하나 이상의 측벽들 (58) 을 포함한다. 상단부 (55) 는 제거 가능할 수도 있고 그리고/또는 개구 (미도시) 를 포함할 수도 있다.
서셉터 (60) 는 열 절연 구조체 (56) 의 내측 캐비티 (59) 내에 배치된다. 서셉터 (60) 는 결합될 부품들을 수용하기 위한 내측 캐비티 (65) 를 규정하는 하단부 (61) 및 하나 이상의 측벽들 (62) 을 포함한다. 일부 예들에서, 서셉터 (60) 는 흑연으로 이루어지고 그리고 원통형 또는 큐비클형 (cubicle) 단면을 갖지만, 다른 재료들 및/또는 단면들이 사용될 수도 있다. 하나 이상의 지지부들 (66) 은 서셉터 (60) 에 부착될 수도 있거나 서셉터 (60) 로부터 열 절연 구조체 (56) 의 내측 캐비티 (59) 의 하단 표면 (68) 으로 연장할 수도 있다. 지지부들 (66) 은 하단 표면 (68) 으로부터 이격된 위치에 서셉터 (60) 를 위치시킨다.
하나 이상의 가열기들 (74) 은 서셉터 (60) 의 측벽들 (62) 의 외측 주변부 주위에 배치될 수도 있다. 가열기 (74) 는 서셉터 (60) 로부터 미리 결정된 갭만큼 이격될 수도 있다. 마찬가지로, 가열기 (76) 는 서셉터 (60) 의 상단 표면 위의 미리 결정된 거리에 배치될 수도 있다. 부가적인 가열기들 (미도시) 은 서셉터 (60) 의 하단 표면에 근접하여 배치될 수도 있다. 일부 예들에서, 가열기들 (74 및 76) 은 선형, 나선형, 코일형, 또는 "S"-형상의 구성들을 가질 수도 있지만, 다른 구성들이 사용될 수도 있다.
가스는 가스 유입부 (80) 에 의해 열 절연 구조체 (56) 의 내측 캐비티 (59) 에 공급될 수도 있다. 가스 및 다른 반응물질들은 가스 유출부 (82) 에 의해 열 절연 구조체 (56) 의 내측 캐비티 (59) 로부터 배기될 수도 있다. 일부 예들에서, 아르곤 (Ar), 헬륨 (He) 또는 분자 질소 (N2) 와 같은 불활성 가스 또는 Ar/H2, N2/H2와 같은 불활성 가스의 형성 가스가 결합 프로세스 동안 열 절연 구조체 (56) 의 내측 캐비티 (59) 에 공급될 수도 있다. 압력 센서 (84) 는 내측 캐비티 (59) 내의 압력을 측정하도록 내측 캐비티 (59) 내에 배치될 수도 있다. 써모커플들 (86 및 88) 은 열 절연 구조체 (56) 의 내측 캐비티 (59) 내의 하나 이상의 온도들을 센싱하도록 사용될 수도 있다.
사용시, 실리콘으로 이루어진 부품들 (90 및 92) 은 직접적으로 콘택트하여 배치될 수도 있고 그리고 서셉터 (60) 의 내측 캐비티 (65) 내에 배치될 수도 있다. 일부 예들에서, 웨이트와 같은 프레스 (94) 는 부품들을 함께 홀딩하기 위해서 외력을 공급하도록 사용될 수도 있다. 다른 예들에서, 부품들 중 하나의 웨이트는 부품들을 함께 홀딩하도록 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 0.01 ㎫ 내지 10 ㎫의 외력은 결합될 하나 이상의 부품들의 웨이트 또는 프레스 (94) 를 사용하여 Si-Si의 직접적인 결합을 위해 사용될 수도 있다.
일부 예들에서, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 엘라스토머 또는 액체 결합제와 같은 이질적인 개재된 재료들을 사용하지 않고 부품들을 함께 연결하기 위한 실리콘 (Si) 대 Si 결합을 생성한다. 일부 예들에서, 방법은 부품들을 함께 홀딩하도록 프레스 (94) 를 사용하는 것을 포함한다. 일부 예들에서, 외력은 결합될 표면적에 비례한다. 부품들은 미리 결정된 결합 기간 동안 진공에서 미리 결정된 온도로 가열된다. 일부 예들에서, 공유 결합이 부품들 사이에 생성된다.
일부 예들에서, 실리콘 부품들은 융해점의 6 % 이내인 온도로 가열된다. 열은 부품들의 측면들로부터 부품들의 중심으로 흐르고 이는 국부화된 외부 표면 융해를 야기한다. 모세관력들은 2 개의 부품들 사이의 갭 내로 융해물을 당기고 그리고 2 개의 부품들을 함께 결합한다. 부품들의 재료들이 동일하고 그리고 부가적인 재료가 사용되지 않기 때문에, 발생한 컴포넌트는 매우 고 순도를 갖는다. 기판 프로세싱 시스템들 내의 차후의 사용 동안의 오염은 엘라스토머들 또는 액체 결합제들을 사용하여 결합된 부품들과 비교할 때 감소된다. 또한, 결합된 부품에 CTE 불일치로 유도된 전단 응력은 없다.
일부 예들에서, 결합 장치 내의 압력은 불활성 가스를 사용하지 않고 1 Torr 미만이다. 일부 예들에서, 결합 장치 내의 압력은 불활성 가스가 사용될 때 1 기압 미만이다. 일부 예들에서, 프로세스 온도는 1335 ℃ 이상 1414 ℃ 미만 (실리콘의 융해 온도) 이다. 일부 예들에서, 프로세스 기간은 10 내지 50 시간이다.
일부 예들에서, 탄소 재료 (96) 는 서셉터 (60) 및/또는 프레스 (94) 와 같은 외부 픽스처들과 실리콘 부품들 사이에 사용된다. 일부 예들에서, 탄소 재료 (96) 는 흑연 또는 그래포일을 포함하지만, 다른 재료들이 사용될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들에 의해 생성된 결합은 2000 psi를 초과하는 인장 강도를 갖는다. 결합의 저항률은 벌크 실리콘과 동일하다. 결합의 열 전도도 (1.17 +/- 0.09 W/㎝-K) 는 벌크 실리콘의 열 전도도 (1.18 - 1.20 W/㎝-K) 와 동일하다. 동일한 저항률 및 캐리어 타입을 갖는 부품들에 대해, 결합은 동일한 저항률 및 캐리어 타입을 가질 것이다. 상이한 캐리어 타입을 갖는 부품들에 대해, 결합은 부품들 양자보다 고 저항률을 가질 것이고 그리고 p-n 접합이 형성될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 기판 프로세싱 시스템들에 유용한 고 작동 온도들 (예를 들어 1000 ℃ 초과의 온도) 을 인에이블한다 (enable). 단지 예를 들면, 결합 컴포넌트들은 할로겐계 플라즈마와 직접 대면하는 영역들에서 사용될 수 있다.
도 2에서, 서셉터 커버 (98) 는 서셉터 (60) 의 내측 캐비티 (65) 의 개구를 커버하도록 사용될 수도 있다. 도 3에서, 서셉터 (60) 는 서셉터 커버 (98) 및 측벽들 (62) 없이 사용될 수도 있다.
도 4에서, 유사한 방법이 실리콘 카바이드 (SiC) 로 이루어진 2 이상의 부품들을 함께 결합하도록 사용된다. 예를 들어, 제 1 SiC 부품 (101) 은 제 2 SiC 부품 (103) 에 결합된다. 일부 예들에서, 제 1 SiC 부품 (101) 및 제 2 SiC 부품 (103) 은 제 1 SiC 부품 (101) 및 제 2 SiC 부품 (103) 을 둘러싸는 SiC/Si 가루 매트릭스 (107) 와 직접적으로 콘택트하여 컨테이너 (105) 내에 배치된다. SiC/Si 가루 매트릭스 (107) 는 형성되는 결합에 부정적으로 영향을 줄 수도 있는 승화를 감소시킨다. 제 1 SiC 부품 (101) 및 제 2 SiC 부품 (103) 은 1600 ℃ 내지 2000 ℃의 온도 범위 내의 온도로 가열된다. 일부 예들에서, 상기에 기술된 유사한 압력들이 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 부압에서 Ar과 같은 불활성 가스가 사용될 수도 있다.
이제 도 5를 참조하면, 제어 시스템 (109) 이 부품들의 결합 동안 결합 장치 (50) 의 동작을 제어하도록 사용될 수도 있다. 제어 시스템 (109) 은 내측 캐비티 (59) 내의 온도들을 모니터링하도록 써모커플들 (114) (예컨대 써모커플들 (86 및 88)) 과 통신하는 제어기 (110) 를 포함한다. 제어기 (110) 는 또한 진공압을 생성하고 그리고/또는 내측 캐비티 (59) 를 배기하도록 배기 펌프 (116) 및 배기 밸브 (118) 와 통신할 수도 있다.
제어기 (110) 는 내측 캐비티 (59) 내부의 압력을 제어하도록 압력 센서 (120) 와 통신할 수도 있다. 불활성 가스는 하나 이상의 밸브들 (122) 및 하나 이상의 질량 유량 제어기들 (MFC들) (124) 을 사용하여 열 절연 구조체 (56) 의 내측 캐비티 (59) 에 공급될 수도 있다. 제어기 (110) 는 결합 동안 결합 장치 (50) 내의 온도를 제어하도록 하나 이상의 가열기들 (126) (예컨대 도 1 및 도 2의 가열기들 (74 및 76)) 과 통신할 수도 있다. 제어기 (110) 는 미리 결정된 결합 기간을 결정하도록 내부 타이머 (미도시) 또는 외부 타이머 (128) 와 통신할 수도 있다.
이제 도 6을 참조하면, 부품들을 함께 결합하기 위한 방법 152가 도시된다. 154에서, 2 이상의 부품들은 결합 장치 내에 직접적으로 콘택트하여 배치된다. 실리콘 카바이드 부품들의 경우에, SiC 부품들은 컨테이너 내의 SiC/Si 가루 매트릭스 내에 배치된다. 156에서, 프레스는 2 이상의 부품들의 결합 표면들을 함께 홀딩하기 위해서 외력을 제공하도록 사용될 수도 있다. 158에서, 압력은 결합 장치 내의 미리 결정된 압력으로 유지된다. 160에서, 가열기들은 결합 동안 결합 장치 내에서 미리 결정된 온도를 유지한다. 162에서, 방법은 미리 결정된 결합 기간이 끝났는지를 결정한다. 그렇지 않다면, 방법은 158로 되돌아간다. 다른 경우라면, 방법은 종료된다.
본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들을 사용하여 형성된 실리콘 결합 또는 실리콘 카바이드 결합은 Si-Si 공유 결합 또는 Si-C 공유 결합이다. 결합은 결합제로서 산소, 수소, 또는 금속과 같은 이질적인 재료를 수반하지 않는다. 결합은 또한 약한 반데르발스 힘들 (van der Waals force), 수소 결합들, 양극 결합들, 또는 접착력을 수반하지 않는다.
본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 저 온도 구배를 가진 결합 장치를 사용하여 실리콘 또는 실리콘 카바이드의 융해점 근방에서의 결합을 개시한다. 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 목표된 물리적 특성들을 가진 고 순도 실리콘 또는 실리콘 카바이드를 제공한다. 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 기판 프로세싱 시스템들에서 사용된 컴포넌트들의 설계 및 제작 동안 부가적인 융통성을 제공한다.
전술한 기술은 단순히 특성을 예시하는 것이고 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 애플리케이션, 또는 용도를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시는 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들을 연구함으로써 명백해질 것이기 때문에 그렇게 제한되지 않아야 한다. 방법 내에서 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기에 기술되지만, 본 개시의 임의의 실시예에 대해 기술된 임의의 하나 이상의 이들 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않아도, 임의의 다른 실시예들의 피처들로 및/또는 임의의 다른 실시예들의 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시예들의 또 다른 실시예와의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 및 기능적 관계들은, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)", 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트가 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하도록 해석되지 않아야 한다.
일부 구현예들에서, 제어기는 시스템의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 예를 들어 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 열 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스를 제어하도록 프로그램될 수도 있다.
제어기는 인스트럭션들을 수신하고 인스트럭션들을 발행하고 동작을 제어하고, 측정된 파라미터들을 모니터링하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 프로세서들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 결합 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 되는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제어기는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다.

Claims (27)

  1. 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품 및 상기 제 2 실리콘 부품을 열 절연 구조체 내의 표면 상에 직접적으로 물리적으로 콘택트하여 배치하는 단계;
    상기 열 절연 구조체 내의 압력을 미리 결정된 압력으로 제어하는 단계;
    상기 열 절연 구조체 내의 온도를 하나 이상의 가열기들을 사용하여 미리 결정된 온도로 제어하는 단계; 및
    프로세스 기간 동안 상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품을 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 미리 결정된 온도는 1335 ℃ 이상 1414 ℃ 미만인 온도 범위 내에 있는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 절연 구조체 내의 상기 압력은 1 Torr 미만인, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 기간은 10 시간 내지 50 시간인, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    1 기압 미만의 압력에서의 상기 결합 동안 상기 열 절연 구조체에 불활성 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 580 ℃ 초과인 사용 동안의 작동 온도를 견딜 수 있는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 580 ℃ 초과 1335 ℃ 미만인 사용 동안의 작동 온도들을 견딜 수 있는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 동안 상기 제 1 실리콘 부품을 상기 제 2 실리콘 부품에 홀딩하도록 외력을 공급하는 단계를 더 포함하는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 1.17 +/- 0.09 W/㎝-K의 열 전도도를 갖는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 2000 PSI 초과인 인장 강도를 갖는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    웨이트 (weight) 또는 프레스와 상기 제 1 실리콘 부품 및 상기 제 2 실리콘 부품 중 적어도 하나 사이에 탄소 재료를 배치하는 단계를 더 포함하는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄소 재료는 흑연 및 그래포일 (grafoil) 로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 외력은 프레스 및 웨이트 중 하나에 의해 공급되는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프레스 및 상기 웨이트 중 하나와 상기 제 1 실리콘 부품 및 상기 제 2 실리콘 부품 중 적어도 하나 사이에 탄소 재료를 배치하는 단계를 더 포함하는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품 및 상기 제 2 실리콘은 개재된 결합 재료를 사용하지 않고 함께 결합되는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품 사이에 형성되는 결합은 실리콘-실리콘 공유 결합인, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    열은 상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품의 측면들로부터 상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품의 중심들로 상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품 내로 흐르고, 외부 표면 융해는 프로세스 기간 동안 발생하고, 상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품 사이의 접합부에서의 모세관력들은 상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품 사이의 좁은 갭 내로 융해된 실리콘을 인출하는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품은 단결정질 실리콘으로 이루어지는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품은 다결정질 실리콘으로 이루어지는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 부품과 상기 제 2 실리콘 부품은 상기 열 절연 구조체 내에서 서셉터 상에 배치되는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 서셉터는 하단 표면과 측벽들을 포함하고 그리고 상기 가열기는 상기 측벽들과 상기 열 절연 구조체 사이에 배치되는, 제 1 실리콘 부품을 제 2 실리콘 부품에 결합하기 위한 방법.
  21. 제 1 실리콘 카바이드 부품을 제 2 실리콘 카바이드 부품에 결합하기 위한 방법에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 카바이드 부품 및 상기 제 2 실리콘 카바이드 부품을 직접적으로 물리적으로 콘택트하여 컨테이너 내에 배치하는 단계;
    상기 제 1 실리콘 카바이드 부품 및 상기 제 2 실리콘 카바이드 부품을 실리콘 카바이드/실리콘 가루 매트릭스로 둘러싸는 단계;
    열 절연 구조체 내에 상기 컨테이너를 배치하는 단계;
    상기 열 절연 구조체 내의 압력을 미리 결정된 압력으로 제어하는 단계;
    상기 열 절연 구조체 내의 온도를 하나 이상의 가열기들을 사용하여 미리 결정된 온도로 제어하는 단계; 및
    프로세스 기간 동안 상기 제 1 실리콘 카바이드 부품과 상기 제 2 실리콘 카바이드 부품을 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 미리 결정된 온도는 1600 ℃ 이상 2000 ℃ 미만인 온도 범위 내에 있는, 제 1 실리콘 카바이드 부품을 제 2 실리콘 카바이드 부품에 결합하기 위한 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 열 절연 구조체 내의 상기 압력은 1 Torr 미만인, 제 1 실리콘 카바이드 부품을 제 2 실리콘 카바이드 부품에 결합하기 위한 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 프로세스 기간은 10 시간 내지 50 시간인, 제 1 실리콘 카바이드 부품을 제 2 실리콘 카바이드 부품에 결합하기 위한 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    1 기압 미만의 압력에서의 상기 결합 동안 상기 열 절연 구조체에 불활성 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는, 제 1 실리콘 카바이드 부품을 제 2 실리콘 카바이드 부품에 결합하기 위한 방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 카바이드 부품과 상기 제 2 실리콘 카바이드 부품 사이에 형성되는 결합은 580 ℃ 초과 1600 ℃ 미만인 사용 동안의 작동 온도들을 견딜 수 있는, 제 1 실리콘 카바이드 부품을 제 2 실리콘 카바이드 부품에 결합하기 위한 방법.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 카바이드 부품과 상기 제 2 실리콘 카바이드 부품은 개재된 결합 재료를 사용하지 않고 함께 결합되는, 제 1 실리콘 카바이드 부품을 제 2 실리콘 카바이드 부품에 결합하기 위한 방법.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 카바이드 부품과 상기 제 2 실리콘 카바이드 부품 사이에 형성되는 결합은 Si-C 공유 결합인, 제 1 실리콘 카바이드 부품을 제 2 실리콘 카바이드 부품에 결합하기 위한 방법.
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