TWI770905B - 用於加熱多個坩鍋之裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於用於生長晶體之坩堝器件(100)。該坩堝器件(100)包括加熱室(140)、第一晶體(111)可於其中生長之至少第一坩堝(110)及第二晶體(121)可於其中生長之至少第二坩堝(120)。該第一坩堝(110)及該第二坩堝(120)沿水平及垂直及任何定向方向彼此隔開地配置於該加熱室(140)內。該坩堝器件(100)進一步包括配置於該加熱室(140)內之加熱系統，其中該加熱系統經構形以沿該水平及垂直及任何定向方向調整溫度。

Description

用於加熱多個坩鍋之裝置
本發明係關於一種用於生長晶體之生長室及生長晶體之方法。
在越來越多技術領域中，需要單晶材料，例如半導體技術領域中之晶圓。單晶體或單晶固體係其中整個樣本之晶格對於樣本之邊緣係連續及完整的且無晶粒邊界之材料。無與晶粒邊界相關聯之缺陷之存在可賦予單晶獨特性質，特別係機械、光學及電氣性質，取決於結晶結構之類型，該等性質亦可係各向異性。除使其等在一些寶石中變得珍貴之外，此等性質亦被工業應用於技術應用中，尤其在光學器件及電子器件中。
晶體生長係其中當更多原子或分子或離子添加至其等在晶格中之位置中時預先存在之晶體變得更大之程序。晶體界定為配置於在所有三個空間維度上延伸之有序重複圖案(即，晶格)中之原子、分子或離子。因此晶體生長不同於液滴之生長，因為在生長期間，分子或離子必須按順序落入正確晶格位置中以使良序晶體生長。
例如，晶體生長可用於獲得化合物及半導體(例如碳化物、氧化物、氟化物、氮化物、矽、鍺及砷化鎵)、金屬(例如鈀、鉑、銀、金)、鹽及合成寶石之單晶體。
進一步應用可為用於電子器件工業中以製造半導體器件(例如積體電路晶片、電晶體、大功率器件等)之大型圓柱形晶錠或人造剛玉之生長。
對於生長晶體，使用各自晶體爐，其提供足夠溫度使得晶體生長發生。然而，在晶體爐之加熱室中難以提供可調整溫度場。
因此，本發明之目的係提供在各自加熱室中提供可調整溫度場之晶體爐。
此目的由根據獨立請求項之標的之用於生長晶體之生長室(即，坩堝器件)及用於生長晶體之方法來解決。
根據本發明之第一態樣，呈現用於生長晶體之坩堝器件。該坩堝器件包括加熱室、其中第一晶體可生長之至少第一坩堝及其中第二晶體可生長之至少第二坩堝。該第一坩堝及該第二坩堝沿水平方向彼此隔開地配置於該加熱室內。該坩堝器件包括配置於該加熱室內之加熱系統，其中該加熱系統經構形用於調整溫度，具體而言沿該水平及/或垂直方向或任何其他定向方向。
根據進一步態樣，描述生長晶體之方法。根據該方法，藉由配置於加熱室內之加熱系統來調整該加熱室內之溫度，具體而言沿該水平及/或垂直方向或任何其它定向方向。至少其中第一晶體可生長之第一坩堝及其中第二晶體可生長之第二坩堝沿水平方向彼此隔開地配置於該加熱室內。
該坩堝器件可為裝置，諸如爐，其包括針對該等坩堝提供可加熱容納空間之該加熱室。該加熱系統加熱該等坩堝之該內部體積直至達到所要溫度。可分別在該加熱室及該等坩堝之該內部體積內部提供之該溫度可為100°C至1400°C，較佳的約2200°C或更高。
具體而言，該加熱系統包括沿該水平方向彼此隔開之各自加熱元件使得可加熱該加熱室內部之特定水平間隔開位置，特定言之相對於彼此個別加熱，使得可調整沿該水平方向之所要溫度梯度。具體而言，調整沿該水平方向亦沿該垂直方向之恆溫。另外，特定言之，可精確地調整沿該垂直方向(且在實例中亦沿水平方向)之所界定之溫度梯度以提供該晶體生長之最佳控制。該加熱元件可為RF (射頻)加熱器或電阻加熱器及/或加熱產生器。此外，加熱元件可由入口注入熱介質(諸如高溫氣體)形成。該等加熱元件可形成配置於該加熱室內部之該特定位置處之單一加熱區塊。此外，如下文所描述，該等加熱元件可形成具有(例如)線性或圓形延伸部之長加熱陣列/線。
該加熱室可包括絕緣材料，使得該加熱室之該內部體積與環境熱隔離。至少兩個或複數個第一坩堝及第二坩堝可配置於該坩堝器件之該加熱室中。該複數個坩堝可沿線性平移配置方向配置。此外，該複數個坩堝可沿圓形、矩形或橢圓形配置方向配置。
各坩堝包括其中該晶體生長發生之內部體積。該坩堝可由選自包括基於金屬、基於氧化物、基於氮化物、基於碳及緻密石墨之群組(組合物)之一者之材料製成。晶種元件可放置於該坩堝內部。該晶種元件由所要單晶體材料(例如SiC (碳化矽))製成。此外，將源材料(諸如反應流體，例如所要晶體材料，例如高純度SiC粉末)放入該坩堝之該內部體積中。該反應流體可由包括(例如)噴嘴之管線注入。若該坩堝內部之溫度增加，則反應液中之該所要材料生長至該種晶之表面。此外，可(例如)經由管線注入晶體材料之進一步源，其中該源材料選自由固相材料、液相、氣相材料及/或上述相之混合物組成之群組(組合物)之一者。該反應流體可包括甲基三氯矽烷(MTS)及(例如)前驅物(諸如SiH4 (矽烷)或Cx Hy )。此外，金屬材料、陶瓷材料或其組件可用作為源材料。此外，進一步開口可提供至該坩堝以自該各自坩堝提取出剩餘材料。
該等坩堝可包括具有圓形、橢圓形或矩形基面之圓柱形。
該種晶可(例如)藉由夾緊構件及/或藉由使用黏著材料膠合而固定至該坩堝內部之該各自固定區域。
在該坩堝之該內部體積中，目標係提供所要精確溫度梯度以控制該晶體在生長表面處之生長。然而，難以(例如)在該加熱室內部沿水平方向提供恆定溫度。具體而言，該坩堝之一側相對於該坩堝之水平相對側可具有不同溫度，因為一側(例如)更靠近該加熱室之壁或該加熱室之加熱元件。
因此，藉由本發明之方法，提供加熱系統，其包括(例如)配置於該加熱室內部之加熱元件且其中該加熱系統與其加熱元件一起包括可調整、具體地而言沿該水平方向及/或垂直方向之均勻溫度分佈。因此，藉由本發明裝置，可調整沿該晶體表面之均勻溫度分佈，使得可提供沿該晶體表面之等溫或零溫度梯度。例如，在此上下文中該水平方向在水平平面內運行。例如，該坩堝之該底部亦配置於該水平平面內或包括平行於該水平平面之底面。特定言之，該複數個坩堝沿該水平方向彼此隔開。垂直方向界定為垂直於該水平方向。
因此，可分別在該第一坩堝內之特定高度及垂直位置處相對於相鄰第二坩堝之特定高度及垂直位置處之溫度調整類似溫度。因此，可在所有相鄰坩堝中提供晶體之恆定晶體生長。
根據本發明之進一步例示性實施例，該加熱系統包括沿該第一坩堝及該第二坩堝延伸之加熱元件。換言之，該加熱元件特定言之沿各坩堝之各自第一側通過該複數個坩堝。因此，沿各坩堝之該第一側之溫度可由該加熱元件調整，使得沿該第一側之溫度可調整至該坩堝之相對第二側之溫度，使得具體而言可達成沿該水平方向之均勻溫度分佈。
根據進一步例示性實施例，該加熱元件係內加熱環，其中該內加熱環配置於該第一坩堝與該第二坩堝之間。換言之，複數個第一及第二坩堝可沿圓形配置配置，其中該內加熱環由各自複數個坩堝包圍。因此，由該複數個坩堝包圍之該內區域可相對於包圍該等坩堝之外區域調整。
根據進一步例示性實施例，該加熱系統包括沿該第一坩堝及該第二坩堝延伸之進一步加熱元件。換言之，該進一步加熱元件特定言之沿各坩堝之各自第二側通過該複數個坩堝，其中各坩堝之該第二側係相對於各坩堝之該第一側之相對側。換言之，該複數個坩堝可配置於該等各自加熱元件與該等進一步加熱元件之間。因此，該加熱元件及該進一步加熱元件可透過各自坩堝沿該水平方向界定均勻溫度分佈。然而，根據進一步例示性實施例，可調整該溫度梯度使得該等坩堝之該第一側及該第二側之不同溫度由該加熱元件及該進一步加熱元件調整。換言之，該加熱元件可將相對於由該進一步加熱元件產生之施加於該等坩堝之第二側之該加熱能量之不同加熱能量提供至該等坩堝之第一側。
根據進一步例示性實施例，該外加熱元件係外加熱環，其中該第一坩堝及該第二坩堝配置於該外加熱環內部。該外加熱環包括大於該內加熱環之直徑且該內加熱環配置於該外加熱環內。該第一坩堝及該第二坩堝配置於該內加熱環與該外加熱環之間。該第一坩堝及該第二坩堝圍繞該內加熱環周向配置使得該等坩堝之該等內側引導至該內加熱環且該等坩堝之該外側引導至該外加熱環。
該內加熱環及該外加熱環係(例如)由加熱介質浸盈之電阻加熱元件或加熱環管。
根據進一步例示性實施例，該加熱元件係內加熱元件，其中該加熱系統包括沿該第一坩堝及該第二坩堝延伸之進一步內加熱元件且其中該內加熱元件及該進一步內加熱元件配置於彼此上方且彼此隔開，使得該加熱室之下體積可由該內加熱元件加熱且該加熱室之上體積可由該進一步內加熱元件加熱。該第一坩堝之至少第一下區段配置於該下體積中且該第一坩堝之至少第一上區段配置於該上加熱體積中。
因此，該內加熱元件及該進一步內加熱元件沿垂直方向配置於彼此上方，使得沿該垂直方向之垂直溫度梯度可調整。具體而言，如上文所描述，該進一步內加熱元件形成配置於該內加熱環上方之進一步內加熱環。
具體而言，該晶體之該生長表面歸因於該晶體之生長而改變其在該坩堝內之垂直位置。因此，考慮到該生長表面之該垂直位置，可精確地調整該各自生長表面處之溫度。例如，在該生長表面之該區域處，可相對於該生長表面之上或下位置調整不同溫度。然而，亦可能在該坩堝內提供不同垂直加熱區。
根據進一步例示性實施例，該進一步加熱元件係外加熱元件，其中該加熱系統包括沿該第一坩堝及該第二坩堝延伸之進一步外加熱元件且其中該外加熱元件及該進一步外加熱元件配置於彼此上方且彼此隔開，使得該加熱室之該下體積可由該外加熱元件加熱且該加熱室之該上體積可由該進一步外加熱元件加熱。
因此，該外加熱元件及該進一步外加熱元件沿垂直方向配置於彼此上方，使得垂直溫度梯度可調整。具體而言，如上文所描述，該進一步外加熱元件形成配置於該外加熱環上方之進一步外加熱環。
例如，在包括該內環、該外環、該進一步內環及該進一步外環之實施例中，在該等坩堝之四個區段(該第一側之該上區段及該下區段及相對第二側之該上區段及該下區段)上，可調整特定溫度，使得沿該水平方向之恆定溫度及/或沿該坩堝體積內之垂直方向之溫度梯度係可調整的。
此外，在進一步例示性實施例中，在該下加熱元件與該上加熱元件之間，可配置複數個進一步中間加熱元件以沿該垂直方向提供不同溫度區段。例如，複數個內及/或外加熱環可配置於彼此上方。在進一步例示性實施例中，該複數個加熱環可沿該垂直方向相對於彼此移動。
根據進一步例示性實施例，至少該加熱元件，特定言之垂直地、可移動地配置於該加熱室內。因此，可非常精確地調整該溫度梯度且(例如)恆定溫度係可調整的。例如，該加熱元件可以沿水平方向調整，使得該加熱元件至該各自坩堝之(水平)距離可調整。
另外或替代地，該加熱元件可沿垂直方向調整，使得該加熱元件可分別配置於(例如)該坩堝及該複數個坩堝之頂部與底部之間。在例示性實施例中，該內或外加熱環可調整其直徑以調整該等坩堝與該等各自加熱環之間的距離。
在例示性實施例中，該內加熱元件及該外加熱元件配置於該等坩堝之底該等底部區段處，其中在該各自內外加熱元件上方配置各自進一步內加熱元件及外加熱元件，其等可相對於以下內加熱元件及外加熱元件沿垂直方向調整。另外，配置於該坩堝之該等底部區段處之該等加熱元件亦可沿該垂直方向移動。
例如，當該各自加熱元件可沿該等各自導軌移動及滑動時，可在該加熱室內調整沿該各自垂直或水平方向之導軌。該等各自加熱元件沿該等各自導軌之移動可由各自伺服馬達控制。另外，控制活塞亦可配置於該加熱室內以沿該所要水平或垂直方向移動該等各自加熱元件。
根據進一步例示性實施例，該加熱系統包括配置於該加熱室中之熱阻隔離，使得該熱阻隔離以第一加熱體積及第二加熱體積分離該加熱室。具體而言，該加熱系統經構形以獨立於彼此加熱該第一加熱體積及該第二加熱體積。例如，該第一加熱體積係下加熱體積且該第二加熱體積係該加熱室之上加熱體積。
根據進一步例示性實施例，該熱阻隔離包括配置於該第一坩堝與該第二坩堝之間且沿垂直方向延伸來以第一加熱體積及第二加熱體積分離該加熱室之垂直熱阻片，其中該第一坩堝配置於該第一加熱體積中且該第二坩堝配置於該第二加熱體積中。因此，藉由該垂直熱阻片，可更精確地調整(例如)兩個相鄰坩堝之間的溫度梯度或恆定溫度。特定言之，該垂直熱阻片具有垂直延伸方向且因此在該等坩堝之該底部區段之間延伸至該等坩堝之該頂部區段。該等垂直熱阻片可由(例如)由隔熱材料(諸如碳化人造纖維及其類似者)形成。
根據進一步例示性實施例，該熱阻隔離包括在水平方向上延伸以使該加熱室在上體積及下體積中分離之水平熱阻片，其中該第一坩堝之至少第一上區段配置於該第一上體積中且該第一坩堝之至少第一下區段配置於該下體積中。因此，可更精確地調整該上體積中之該坩堝之溫度及該下體積中之該坩堝之溫度，因為兩個體積均由該水平熱阻片熱隔離。具體而言，若加熱元件配置於該下體積中且進一步加熱元件配置於該上體積中，則可調整具有較大逐步溫差之兩個溫度區段。特定言之，該水平熱阻片具有水平延伸方向且因此可在至少兩個相鄰坩堝之間延伸。該水平熱阻片可由(例如)由隔熱材料(諸如碳化人造纖維及其類似者)形成。
具體而言，根據進一步例示性實施例，該垂直及/或具體而言該水平熱阻片可移動。特定言之，該水平熱阻片可特定言之沿垂直方向移動，配置於該加熱室內，使得該第一上體積及該第二下體積之高度可調整。例如，該水平熱阻片可耦合至配置於(例如)該加熱室之側壁處之垂直導軌，使得該水平熱阻片可沿該垂直導軌移動。
根據進一步例示性實施例，該水平熱阻片包括該第一坩堝可透過其插入之至少一通孔，其中該水平熱阻片特定言之包括該第二坩堝可透過其插入之第二通孔。因此，至少一坩堝或所有坩堝可插入該水平熱阻片內之各自通孔中。因此，該水平熱阻片僅提供小間隙至該等坩堝及(例如)該加熱室之該壁，使得在由該水平熱阻片分離之上體積與下體積之間提供適當熱隔離。
根據進一步例示性實施例，至少該第一坩堝可移動地(特定言之垂直地)配置於該加熱室內。例如，該第一坩堝或所有坩堝可配置於各自提升台或提升活塞處，使得該第一坩堝及/或所有坩堝可沿該垂直方向提升以在該加熱室內之所要溫度區中移動。
根據進一步例示性實施例，至少該第一坩堝可旋轉地配置於該加熱室內。例如，藉由該例示性實施例，該坩堝可旋轉，使得坩堝之內第一側可(例如)自該溫度室內之內位置旋轉至外位置。
根據進一步例示性實施例，該坩堝器件進一步包括該第一坩堝及該第二坩堝配置於其上之轉台，其中該轉台可相對於該加熱系統旋轉。因此，該等各自坩堝可沿圓周方向定位於在該處調整所要溫度梯度之該加熱室內之所要位置處。
根據進一步例示性實施例，該加熱室包括各自感測器(特定言之溫度感測器)透過其在該加熱室內突出之複數個觀察孔。因此，提供該加熱室內之該等加熱區之適當監視。分別基於該等量測溫度及加熱區，可個別調整該加熱系統之該加熱元件。
根據進一步例示性實施例，至少該第一坩堝包括導引透過該加熱室之管線以在該第一坩堝內供應源材料及/或用於自該第一坩堝排出源材料。例如，複數個各自管線可耦合至該各自坩堝。
根據進一步例示性實施例，該管線耦合至該第一坩堝之底部，其中該第一坩堝特定言之包括用於固定種晶之晶種固定區段。該晶種固定區段可位於該坩堝之頂部區段或底部區段處。
綜上所述，藉由本發明，提供用於晶體生長(用於由(例如) SiC、AlN、Al2 O3 等組成之晶體)之多坩堝電阻加熱爐。例如，該複數個坩堝之配置可為(例如)圓形、縱向或沿曲線。各坩堝可用於生長任何大小之晶體，即，其可按預期比例放大至16英寸。根據本發明，提供加熱系統，其包括用於精確控制該加熱室內之熱場之獨立(水平及垂直)加熱元件。該等加熱元件可移動以精確控制該加熱室之該熱場。另外，該等坩堝可移動(升降坩堝)以精確控制該熱場。此外，提供用於精確控制該加熱室之該熱場之可移動熱阻片/螢幕(即，絕緣層)。另外，提供用於精確控制該加熱室之該熱場之多個觀察孔。此外，提供該等坩堝之旋轉以增強熱場之均勻性及該生長室/坩堝中之反應性及載體(源)材料組分之混合。因此，可在該生長表面提供接近等溫之晶體生長前沿以獲得最小熱應力及錯位。此外，(若干)高多孔性材料通道(管線)用於直接饋送反應性及/或摻雜組分(用於氣相晶體生長)。
應注意已參考不同標的描述本發明之實施例。特定言之，已參考裝置型請求項描述一些實施例，而已參考方法型請求項描述其他實施例。然而，熟習技術者將自以上及以下描述收集除非另有通知，否則除屬於一類型之標的之特徵之任何組合之外，與不同標的有關之特徵之間(特定言之裝置型請求項之特徵與方法型請求項之特徵之間)的任何組合亦被視為使用此應用揭示。
圖式中之繪示係示意性的。應注意在不同圖中，類似或相同元件具有相同參考符號。
圖1展示根據本發明之例示性實施例之用於生長晶體111、112之坩堝器件100之示意圖。坩堝器件100包括加熱室140、其中第一晶體111可生長之至少第一坩堝110及其中第二晶體121可生長之至少第二坩堝120。第一坩堝110及第二坩堝120沿水平方向彼此隔開地配置於加熱室140內。坩堝器件100進一步包括配置於加熱室140內之加熱系統，其中加熱系統經構形用於沿水平及垂直及任何定向方向調整溫度。
坩堝器件100係包括針對坩堝110、120提供可加熱容納空間之加熱室140之爐。加熱系統加熱坩堝110、120之內部體積直至達到所要溫度。可分別在加熱室140及坩堝110、120之內部體積內部提供之溫度可為100°C至1400°C，較佳的約2200°C或更高。
具體而言，加熱系統包括各自加熱元件101、102、103、104，沿水平及垂直及任何定向方向彼此隔開使得加熱室140內部之特定水、垂直及任何定向方向隔開位置可加熱，特定言之相對於彼此個別加熱使得可調整沿水平及垂直及任何定向方向之所要溫度梯度。加熱元件101、102、103、104可為RF (射頻)加熱器、電阻加熱器及加熱產生器。此外，加熱元件可由入口注入熱介質(諸如高溫氣體)形成。加熱元件101、102、103、104可形成配置於加熱室140內部之特定位置處之單一加熱區塊。此外，如圖2中詳細展示，加熱元件101、102、103、104可形成具有(例如)線性或圓形延伸部之長加熱陣列/線。
加熱室140可包括絕緣材料115，使得加熱室140之內部體積熱隔離。在坩堝器件100之加熱室140中，可配置至少兩個或複數個第一坩堝及第二坩堝110、120、130。該複數個坩堝110、120、130可沿線性、平移配置方向配置。此外，該複數個坩堝110、120、130可沿圓形配置方向配置(參閱圖2)。
各坩堝110、120包括其中發生晶體生長之內部體積。在坩堝110、120內部，可放置晶種元件。晶種元件由所要單晶體材料製成，諸如藍寶石。此外，將提供所要晶體材料(例如高純度SiC粉末)之反應流體之源材料117放入坩堝110、120之內部體積中。反應流體可由包括(例如)噴嘴或多孔元件116之管線109注入。
種晶可(例如)藉由夾緊構件及/或藉由使用黏著材料膠合而固定至坩堝110、120內部之各自固定區域。如圖1中所展示，第一晶體111及第二晶體121固定在各自第一及第二坩堝110、120之頂部區段112、122處，使得晶體111、121自頂部區段112、122生長至各自坩堝110、120之各自底部區段。
加熱系統包括(例如)沿第一坩堝110及第二坩堝120延伸之內加熱元件101及進一步內加熱元件103。內加熱元件101及進一步內加熱元件103配置於彼此上方且彼此隔開，使得加熱室140之下體積v1可由內加熱元件101加熱且加熱室140之上體積v2可由進一步內加熱元件103加熱。坩堝110、120之至少下區段配置於下體積v1中且坩堝110、120之至少上區段配置於上加熱體積v2中。
因此，內加熱元件101及進一步內加熱元件103沿垂直方向配置於彼此上方，使得垂直溫度梯度係可調整的。
具體而言，晶體111、121之生長表面歸因於晶體111、121之生長而改變其在坩堝110、120內之垂直位置。因此，各自生長表面處之溫度可考慮生長表面之垂直位置而精確地調整。例如，在生長表面之區域處，可相對於生長表面之上或下位置調整不同溫度。然而，亦可在坩堝120、130內提供不同垂直加熱區。
根據進一步例示性實施例，進一步加熱元件係外加熱元件102，其中加熱系統包括沿第一坩堝110及第二坩堝120延伸之進一步外加熱元件104且其中外加熱元件102及進一步外加熱元件104配置於彼此上方且彼此隔開，使得加熱室140之下體積v1可由外加熱元件102加熱且加熱室140之上體積v2可由進一步外加熱元件104加熱。
因此，外加熱元件102及進一步外加熱元件104沿垂直方向配置於彼此上方，使得垂直溫度梯度可調整。在下加熱元件101、102與上加熱元件103、104之間，可配置複數個進一步中間加熱元件以沿垂直方向提供不同溫度區段。
特定言之，加熱元件101、102、103、104可垂直地、可移動地配置於加熱室140內。因此，可非常精確地調整溫度梯度。例如，可沿水平方向調整加熱元件101、102、103、104，使得加熱元件101、102、103、104至各自坩堝110、120之(水平)距離可調整。另外或替代地，加熱元件101、102、103、104可沿垂直方向調整，使得加熱元件101、102、103、104可分別配置於(例如)坩堝110、120之頂部112、122及底部與複數個個坩堝130之間。
具體而言，內加熱元件101及外加熱元件102配置於坩堝110、120之底部區段處，其中在各自內加熱元件101及外加熱元件102上方，配置可沿相對於下方之內及外加熱元件101、102之垂直方向調整之各自進一步內加熱元件103及外加熱元件104。另外，配置於坩堝110、120之底部區段之加熱元件101、102亦可沿垂直方向移動。
此外，熱阻隔離105、106可配置於加熱室140中，使得熱阻隔離105、106以第一加熱體積及第二加熱體積分離加熱室140。
熱電阻隔離器包括配置於第一坩堝110與第二坩堝120之間且沿垂直方向延伸來以第一加熱體積及第二加熱體積分離加熱室之垂直熱阻片106，其中第一坩堝110配置於第一加熱體積中且第二坩堝120配置於第二加熱體積中。因此，藉由垂直熱阻片106，可更精確地調整(例如)兩個相鄰坩堝110、120之間的溫度梯度。
此外，熱阻隔離包括在水平方向上延伸以在上體積v2及下體積v1中分離加熱室140之水平熱阻片105，其中第一坩堝110之至少第一上區段配置於第一上體積v2中且第一坩堝110之至少第一下區段配置於下體積v1中。因此，可更精確地調整上體積v2中之坩堝110、120之溫度及下體積v1中之坩堝110、120之溫度，因為兩個體積v1、v2均由水平熱阻片105熱隔離。
水平熱阻片105包括第一坩堝110及第二坩堝120可透過其插入之通孔107。因此，水平熱阻片105僅提供小間隙至坩堝110、120、130及(例如)加熱室140之壁，使得在由水平熱阻片105分離之上體積v2與下體積v1之間提供適當熱隔離。
具體而言，垂直及/或具體而言水平熱阻片105、106係可移動的。特定言之，水平熱阻片105可特定言之沿垂直方向移動地配置於加熱室140內，使得第一上體積v2及第二下體積v1之高度可調整。水平熱阻片105可耦合至(例如)配置於加熱室140之側壁處之垂直導軌，使得水平熱阻片105可沿垂直導軌移動。
此外，第一坩堝110及第二坩堝120可移動地配置於加熱室140內。例如，坩堝110、120可配置於提升活塞上使得坩堝110及120沿垂直方向提升以在加熱室140內之所要溫度區中移動。
此外，加熱室140包括各自感測器(特定言之溫度感測器)透過其在加熱室140內突出之複數個觀察孔108。
此外，坩堝110、120耦合至導引透過加熱室140之管線109以在坩堝110、120內供應源材料117及/或用於自坩堝110、120排出源材料117。例如，複數個各自管線可耦合至各自坩堝110、120。
在圖1中所展示之特定實施例中，各自管線109耦合至坩堝110、120之各自底部。特定言之，坩堝110、120包括用於在頂部區段112、122處固定種晶之晶種固定區段。
圖2展示根據本發明之例示性實施例之坩堝器件100之俯視圖。複數個坩堝110、120、130圍繞加熱室140之中心周向配置。
內加熱元件101、103形成為內加熱環201。內加熱環201配置於坩堝110、120、130之間。內加熱環201由各自坩堝110、120、130包圍。因此，可相對於包圍坩堝110、120、130之外區域來調整由複數個坩堝110、120、130包圍之內區域。
此外，進一步加熱元件102、104可形成為外加熱環202。坩堝110、120、130配置於內加熱環201與外加熱環202之間。坩堝110、120、130中內側引導至內加熱環201且坩堝110、120、130之外側引導至外加熱環202。
內加熱環201及外加熱環202係(例如)由加熱介質浸盈之電阻加熱元件或加熱環管。
例如，複數個內及/或外加熱環201、202可配置於彼此上方。複數個加熱環201、202可沿垂直方向相對於彼此移動。此外，內或外加熱環201、202可調整其直徑以調整坩堝110、120、130之間的距離。
圖3展示根據圖2之坩堝器件之熱圖。內加熱環201及外加熱環202以此一使得提供內加熱環201與外加熱環202之間的區域及幾乎恆定溫度之方式調整，使得所有坩堝110、120、130可具有類似溫度。具體而言，可調整沿水平方向之均勻溫度分佈。
圖4展示根據圖1之坩堝器件100之熱圖。可個別調整加熱元件101、102、103、104，使得各溫度元件101、102、103、104將預界定熱能輻射至加熱室140之內部體積中。具體而言，在例示性實施例中，相對於由進一步加熱元件103、104調整之上體積v2，下體積v1由加熱元件101、102以較高溫度調整。體積v1及v2兩者之溫度可進一步由水平熱阻片105分離。
圖5展示根據本發明之例示性實施例之包括管線109中之多孔元件116之坩堝110。在坩堝110中，晶體生長111在頂部區段112處發生。源材料117填充在坩堝110內。具體而言，源材料117蒸發且源材料之粒子分別生長在第一晶體111及種晶之表面上。具體而言，在管線109之末端，可安裝多孔元件116。因此，可藉由透過多孔元件116按壓源材料117來改良源材料117之蒸發。
圖6展示包括具有不同功率密度之四個加熱元件101、102、103、104之坩堝器件100之示意圖。例如，內加熱元件101 (諸如內加熱環201)通過右側上底部區段上之坩堝110。在相對左側，外加熱元件102 (諸如祭壇加熱環202)通過坩堝110。因此，在坩堝110之頂部區段112處，各自內及外加熱元件103、104 (其亦可為環形)配置於坩堝110之各自內側及外側。
因此，在坩堝110之四個區段(第一側之上區段及下區段及相對第二側之上區段及下區段)上，可調整特定溫度，使得坩堝體積內之非常具體及詳細之溫度分佈係可調整的。為在坩堝110內提供(例如)幾乎均勻之溫度分佈，按鈕加熱元件101、102可相對於坩堝110之頂部區段112處之加熱元件103、104以更大加熱功率調整。
圖7展示圖6中所展示之坩堝器件之熱圖。如可自透過坩堝110運行之等溫線可看出，其中發生晶體生長之坩堝110之中心區段中之溫度在2200°C與2280°C之間變動。在此高溫下，生長方向上之此小溫差及沿晶體表面之均勻溫度分佈支援坩堝110之內部體積內之各自晶體111之均質且因此適當晶體生長。
應注意術語「包括」不排除其它元件或步驟且「一」不排除複數。亦可組合結合不同實施例描述之元件。亦應注意申請專利範圍中之參考符號不應被解釋為限制申請專利範圍之範疇。
100:坩堝器件 101:內加熱元件 102:外加熱元件 103:進一步內加熱元件 104:進一步外加熱元件 105:水平熱阻片 106:垂直熱阻片 107:通孔 108:觀察孔 109:管線 110:第一坩堝 111:第一晶體 112:晶體/頂部區段/頂部 115:絕緣材料 116:多孔元件 117:源材料 120:第二坩堝 121:第二晶體 122:頂部區段/頂部 130:坩堝 140:加熱室 201:內加熱環 202:外加熱環 v1:下體積 v2:上體積
上文所界定之態樣及本發明之進一步態樣自下文將描述之實施例之實例變得明顯且參考實施例之實例來解釋。下文將參照實施例之實例更詳細地描述本發明但本發明不限於此。 圖1展示根據本發明之例示性實施例之坩堝器件之示意圖。 圖2展示根據本發明之例示性實施例之坩堝器件之俯視圖。 圖3展示根據圖2之坩堝器件之熱圖。 圖4展示根據圖1之坩堝器件之熱圖。 圖5展示根據本發明之例示性實施例之包括管線中之多孔元件之坩堝。 圖6展示根據本發明之例示性實施例之包括具有不同功率密度之四個加熱元件之坩堝器件之示意圖。 圖7展示根據本發明之例示性實施例之圖6中所展示之坩堝器件之熱圖。
100:坩堝器件
101:內加熱元件
102:外加熱元件
103:進一步內加熱元件
104:進一步外加熱元件
105:水平熱阻片
106:垂直熱阻片
107:通孔
108:觀察孔
109:管線
110:第一坩堝
111:第一晶體
112:晶體/頂部區段/頂部
115:絕緣材料
116:多孔元件
117:源材料
120:第二坩堝
121:第二晶體
122:頂部區段/頂部
140:加熱室
v1:下體積
v2:上體積

Claims (19)

  1. 一種用於生長晶體之坩堝器件(100)，該坩堝器件(100)包括加熱室(140)，至少一第一坩堝(110)，第一晶體(111)可於其中生長，至少一第二坩堝(120)，第二晶體(121)可於其中生長，其中該第一坩堝(110)及該第二坩堝(120)沿水平方向彼此隔開地配置於該加熱室(140)內，加熱系統，其配置於該加熱室(140)內，該加熱系統經構形用於調整溫度，其中該加熱系統包括配置於該加熱室中之熱阻隔離，使得該熱阻隔離以上加熱體積及下加熱體積分離該加熱室(140)。
  2. 如請求項1之坩堝器件(100)，其中該加熱系統包括沿該第一坩堝(110)及該第二坩堝(120)延伸之加熱元件(101)。
  3. 如請求項2之坩堝器件(100)，其中該加熱元件(101)係內加熱環(201)，其中該內加熱環(201)係配置於該第一坩堝(110)與該第二坩堝(120)之間。
  4. 如請求項1至3中任一項之坩堝器件(100)， 其中該加熱系統包括沿該第一坩堝(110)及該第二坩堝(120)延伸之進一步加熱元件(102)。
  5. 如請求項4之坩堝器件(100)，其中該進一步加熱元件(102)係外加熱環(202)，其中該第一坩堝(110)及該第二坩堝(120)係配置於該外加熱環(202)內部。
  6. 如請求項2或3之坩堝器件(100)，其中該加熱元件(101)係內加熱元件(101)，其中該加熱系統包括沿該第一坩堝(110)及該第二坩堝(120)延伸之進一步內加熱元件(103)，其中該內加熱元件(101)及該進一步內加熱元件(103)經配置而彼此隔開，使得該加熱室(140)之下體積可由該內加熱元件(101)加熱且該加熱室(140)之上體積可由該進一步內加熱元件(103)加熱，其中該第一坩堝(110)之至少一第一下區段係配置於該下體積中且該第一坩堝(110)之至少一第一上區段係配置於該上加熱體積中。
  7. 如請求項4之坩堝器件(100)，其中該進一步加熱元件(102)係外加熱元件(102)，其中該加熱系統包括沿該第一坩堝(110)及該第二坩堝(120)延伸之進一步外加熱元件(104)，其中該進一步加熱元件(102)及該進一步外加熱元件(104)係經配置而 彼此隔開，使得該加熱室(140)之該下體積可由該進一步加熱元件(102)加熱且該加熱室(140)之該上體積可由該進一步外加熱元件(104)加熱。
  8. 如請求項4之坩堝器件(100)，其中至少該進一步加熱元件(102)係垂直地、可移動地配置於該加熱室(140)內。
  9. 如請求項1至3中任一項之坩堝器件(100)，其中該熱阻隔離包括配置於該第一坩堝(110)與該第二坩堝(120)之間且沿垂直方向延伸來以第一加熱體積及第二加熱體積分離該加熱室(140)之垂直熱阻片(106)，其中該第一坩堝(110)係配置於該第一加熱體積中且該第二坩堝(120)係配置於該第二加熱體積中。
  10. 如請求項1至3中任一項之坩堝器件(100)，其中該熱阻隔離包括在水平方向上延伸來以該上加熱體積及該下加熱體積分離該加熱室(140)之水平熱阻片(105)，其中該第一坩堝(110)之至少一第一上區段係配置於該第一上體積中且該第一坩堝(110)之至少一第一下區段係配置於該下體積中。
  11. 如請求項10之坩堝器件(100)，其中該水平熱阻片(105)係可移動地、沿垂直方向配置於該加熱室(140)內，使得該第一上體積及該第二下體積之高度係可調整的。
  12. 如請求項10之坩堝器件(100)，其中該水平熱阻片(105)包括該第一坩堝(110)可透過其插入之至少一個通孔(107)，其中該水平熱阻片(105)包括該第二坩堝(120)可插入至其之第二通孔(107)。
  13. 如請求項1至3中任一項之坩堝器件(100)，其中至少該第一坩堝(110)係垂直地、可移動地配置於該加熱室(140)內。
  14. 如請求項1至3中任一項之坩堝器件(100)，其中至少該第一坩堝(110)係可旋轉地配置於該加熱室(140)內。
  15. 如請求項1至3中任一項之坩堝器件(100)，其進一步包括轉台，該第一坩堝(110)及該第二坩堝(120)配置於其上，其中該轉台可相對於該加熱系統旋轉。
  16. 如請求項1至3中任一項之坩堝器件(100)，其中該加熱室(140)包括複數個觀察孔(108)，各別溫度感測器透過該等觀察孔(108)在該加熱室(140)內突出。
  17. 如請求項1至3中任一項之坩堝器件(100)， 其中至少該第一坩堝(110)包括管線(109)，該管線(109)導引通過該加熱室(140)以在該第一坩堝(110)內供應源材料及/或用於將源材料排出該第一坩堝(110)外。
  18. 如請求項17之坩堝器件(100)，其中該管線(109)係耦合至該第一坩堝(110)之底部，其中該第一坩堝(110)包括用於固定種晶之晶種固定區段，其中該晶種固定區段係位於該坩堝之頂部區段處。
  19. 一種用於生長晶體之方法，該方法包括藉由配置於加熱室(140)內之加熱系統沿水平及垂直及/或任何定向方向調整該加熱室(140)內之溫度，其中至少第一坩堝(110)及第二坩堝(120)沿水平方向彼此隔開地配置於該加熱室(140)內，其中第一晶體(111)可於該第一坩堝(110)中生長及其中第二晶體(121)可於該第二坩堝(120)中生長，其中該加熱系統包括配置於該加熱室中之熱阻隔離，使得該熱阻隔離以上加熱體積及下加熱體積分離該加熱室(140)。
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