TWI811880B - 耐火碳化物層 - Google Patents
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Abstract
本揭示內容係關於一種用於製備包含耐火碳化物晶體之層的新穎CVD方法、可藉由該方法獲得之層及其不同用途和應用。
Description
本揭示內容係關於一種用於製備包含耐火碳化物晶體之層的新穎CVD方法、可藉由該方法獲得之層及其不同用途和應用，例如沉積在晶圓載體上。
經耐火碳化物塗覆及尤其經碳化矽(SiC)塗覆之石墨部分被規律地用在例如LED製造及半導體加工中。這些程序需要高純的部件，因此，該耐火塗料經常透過該化學氣相沉積程序(CVD)來施加。在CVD中，為供沉積SiC層，含有載體氣體(例如H2)和前驅物氣體(諸如SiCl4+CH4)之氣體混合物被饋至一個經加熱至高於1000℃之反應器中，在該反應器中該前驅物進行化學反應且在所放置之石墨部分的表面上形成固態SiC。對於在石墨部分上之SiC CVD的慣用前驅物是：甲基三氯矽烷(Cl3SiCH3，『MTS』)；及與短鏈烴(諸如甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、或丙烷(C3H8))組合之四氯化矽(SiCl4)。
該CVD程序產生具有特定晶體結構的SiC塗層(經常是β-SiC，也被稱為3C-SiC)。該等晶體能在該塗層中經無規定向的或能在較佳方向上經定向。該定向是在該SiC成長期間複雜交互作用的結果。經常地，沉積在基材(例如石墨或矽)上之該SiC晶體顯示並無強的較佳定向或以該SiC晶體之(220)平面與該基材表面平行的方式經定向(『經(220)定向』)。過去，改良耐火碳化物塗層之企圖極大地聚焦在耐火碳化物的XRD特徵，如從以下段落中所引用之先前技術所了解的。
Tu等人之J.Am.Ceram.Soc.,99[1]84-88(2016)描述一種藉由鹵化物CVD快速製造經<110>定向的β-SiC晶圓。鹵化物化學氣相沉積係利用四氯甲烷(SiCl4)及甲烷(CH4)作為前驅物而進行。在1773K之極高沉積溫度及40kPa(a)之總壓力下所製備之β-SiC膜的表面形態導致六方結構。該六方結構似乎含有大的六方晶體。圖顯示該六邊形之一角至對角的距離是5μm的極多倍。
Han等人之Key Engineering Materials Vol.616(2014)pp 37-42描述藉由鹵化物前驅物高速沉積SiC厚膜。使用四氯矽烷(SiCl4)和甲烷(CH4)作為前驅物，在1573K之沉積溫度下，該膜顯出強的<111>較佳定向。然而，在1573K下所製備之β-SiC膜的XRD圖案具有明顯的(220)繞射峰。據稱：在1573K下所沉積之β-SiC膜的表面形態展現具有六折(six-fold)對稱的錐體。然而，繪製於該SEM圖像之一圖像中的六邊形顯然不與該對應之粒子相稱。
Tu等人之Materials Research Innovations,2015,19,397-402描述藉由鹵化物化學氣相沉積製備超厚β-SiC膜。使用SiCl4作為矽來源，但分別使用甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、丙烷(C3H8)和液態石油氣作為碳來源。據說明：在包括1473K之沉積溫度和該碳來源CH4之特定條件下的CVD之後，在XRD中只有{111}峰已經被確認。在低沉積溫度區(<1473K)中，β-SiC膜之形態顯出平滑的積層結構。在高沉積溫度區(1573至1773K)中，利用不同的碳來源獲得花椰菜狀、圓丘及多重成對的晶體。
Long等人之International Journal of Applied Ceramic Technology,Vol.10,No.1,p.11-19(2013)，使用在不同溫度(1100℃、1200℃、及1300℃)下之化學氣相沉積(CVD)，在碳/碳(C/C)複合基材上製造SiC塗層。使用甲基三氯矽烷(MTS，CH3SiCl3)-H2-Ar氣體系統於化學反應。在不同沉積溫度下所製造之SiC塗層的所有X光繞射圖案具有強的(220)反射，這指明對(111)定向只有某一優先性。雖然其陳述：獲得用於在1200℃下所製造之塗層之發展甚佳的多面體結構，該SEM圖像整體指明晶體表面之高的非均質性。該等作者也已調查機械性質且總結：該(111)組織在決定該機械性質時扮演重要角色，但粒度、結晶度、及堆疊瑕疵密度較不重要。從在1200℃下所製造之塗層獲得最高的硬度值(41±2GPa)。
Chin等人之Thin Solid Films,40(1977)57-72描述很多各自在其他條件下從MTS所形成之SiC塗層。在較低沉積
溫度下所沉積之大部分的塗層中，較佳定向(立方形指標)的平面被指示為(111)。偶而，六方形橫剖面晶體係在1400℃之沉積溫度下在第71次運作中獲得。
Kim等人之Thin Solid Films 266(1995)192-197指明：當在該氣相中該前驅物被部分消耗時，不能在石墨上從MTS和H2所形成之SiC塗層中獲得(111)定向的優先性。在足以推斷出特定結構表面特徵(諸如多邊形)之解析度下，不顯出SiC表面結構。
Cheng等人之Journal of the European Ceramic Society 37(2017)509-515描述藉由鹵化物雷射化學氣相沉積製備高度定向之β-SiC塊體。在10kPa之總壓力下且在1573K之沉積溫度下所製備之塊體的表面SEM圖像顯然顯示具有約50μm之晶體橫截面直徑的大的六折表面形態。這些只具有約33GPa的硬度。另一最近的刊物(Lai等人之Journal of the American Ceramic society,2019,1-11)描述透過混合的雷射化學氣相沉積所製備之具有細粒的3C-SiC厚膜。這些已將該3C-SiC厚膜之維氏(Vickers)硬度值從30GPa改良至35GPa。
雖然耐火碳化物層之更有益的穿刺性質在一些情況下係藉由雷射CVD所達成，該方法不能以有效率的方式應用於塗覆較大的表面。
Murakawa等人之Journal of the Ceramic Society of Japan 125(2017)85-87揭示一種CVD沉積程序，其中氣態SiO和甲苯蒸氣反應以在作為催化成分之氧化鐵的存在下
產生SiC。該程序是實驗性的且就所得塗層在該XRD圖案所證明的，並非自然具有SiC晶體定向的特別優先性。再者，該程序可能不適於很多商業設定，因為彼產生纖維副產物且產生包含Fe之塗層。
可在有效率的程序中製作且提供極高的機械穩定性及蝕刻抗性的耐火碳化物層之需仍未滿足。
本揭示內容是要解決一或多個上述問題。
在第一態樣中，本揭示內容係關於一種用於製備包含碳化矽晶體之層的化學氣相沉積(CVD)方法。該層之至少一部分係從含有矽來源和芳香族碳來源之氣體混合物所形成。在該氣體混合物中之C/Si莫耳比是約0.85至約1.45，更具體是約0.9至約1.3，且尤其是約1.0至約1.2。
在一些具體例中，該芳香族碳來源是C6至C30芳香族化合物。在一些具體例中，該芳香族化合物可以是選自下列之芳香族化合物：苯、C1-C6-烷基苯、二-C1-C6-烷基苯、三-C1-C6-烷基苯、四-C1-C6-烷基苯、聯苯衍生物、二苯基甲烷衍生物及萘衍生物；更具體是選自下列之化合物：苯、甲苯、乙苯、對-二甲苯、鄰-二甲苯、間-二甲苯、1,3,5-三甲苯、柱、2-苯基己烷、聯苯、二苯基甲烷及萘；且尤其是甲苯。
在一些具體例中，反應溫度可以是約900至約1800℃，更具體是約1000至約1400℃，且尤其是約1100至1200
℃。
在一些具體例中，該反應可在降低之壓力下，更具體是約0至約300mbar，更具體是約50至約200mbar，且尤其約75至約150mbar下進行。在一些具體例中，該氣體混合物可進一步包含惰性載體氣體諸如H2或Ar。在一些具體例中，該氣體載體具有該惰性載體氣體對Si之莫耳比為約10至約40，更具體約15至約35，且尤其約20至約30。
在一些具體例中，該方法可產生獨立層(free-standing layer)。在一些具體例中，該方法可包含將該層沉積在碳質基材諸如石墨上，尤其是在包含石墨之晶圓載體上；或在矽質基材上，尤其是在包含矽之半導體材料諸如晶圓上；或在包含耐火金屬碳化物諸如碳化矽之層上。
在第二態樣中，本揭示內容係關於一種包含碳化矽晶體之層。該層可藉由在該揭示內容之該第一態樣中所述之方法所製造或可由該方法製造。該層包含在該層之橫剖面的SEM圖像分析中，該橫剖面區之表面中至多約20%具有與該層之表面最接近個別圖像之部分呈多於15°傾斜的平行線圖案。
在一些具體例中，該層之該表面可包含具有規則六方錐形的碳化矽晶體頂部，且該表面中少於10%被具有規則六方錐型的大晶體頂部所佔據，其中該頂部之規則六方底部的一角至該底部之對角的距離是至少約25μm。另外或可選擇地，該層的特徵可在於該層的拉曼(Raman)光譜包含二個重疊峰，該等峰之第一峰在758至778cm-1之範圍內
具有其最大強度，該等峰之第二峰在785至805cm-1之範圍內具有其最大強度，且藉由將該第一峰之第一表面積除以該第二峰之第二表面積所計算之表面積比是至少約0.05。
在一些具體例中，該層之表面中至少10%的部分可被具有該規則六方錐形的頂部所覆蓋。
在一些具體例中，該層可包含碳化矽晶體定向之分布，使得定向品質(orientational quality)Q是至少約0.90，具體是至少約0.95，更具體是至少約0.97，且尤其是至少約0.99，其中該定向品質Q係從利用波長1.5406Å之Cu k-α輻射所偵測的X光繞射圖的最大峰強度，根據下式所計算
其中I111 是在34.6°至36.6°範圍內的2θ的最大強度，I200 是在40.4°至42.4°範圍內的2θ的最大強度，I220 是在59.0°至61.0°範圍內的2θ的最大強度，I311 是在70.8°至72.8°範圍內的2θ的最大強度，I222 是在74.5°至76.5°範圍內的2θ的最大強度，I400 是在89.0°至91.0°範圍內的2θ的最大強度，I331 是在99.8°至101.8°範圍內的2θ的最大強度，I420 是在103.4°至105.4°範圍內的2θ的最大強度，I333/511 是在132.4°至134.4°範圍內的2θ的最大強度，I422 是在119.0°至121.0°範圍內的2θ的最大強度。
在一些具體例中，該層之表面的平均線性截距表面粒度的範圍係在約0.2至約25μm，更具體地約0.4至約10μm，且尤其約0.6至約5μm。
在一些具體例中，該層之表面硬度可比該層之橫剖面硬度高至少約0.5%，更具體地高至少約1%且尤其高至少約2%。
在一些具體例中，根據ISO 4287之該層之一表面的平均粗糙度Ra的範圍可在約0.01nm至約100nm，更具體地約0.2nm至約50nm，尤其約0.4nm至約25nm(奈米尺度之粗糙度)。另外或可選擇地，根據ISO 4287之該層之一表面的平均粗糙度Ra的範圍可在約100nm至約10μm，更具體地約200nm至約8μm，尤其約300nm至約6μm(微米尺度之粗糙度)。
在一些具體例中，該層之厚度可為至少約0.5μm，更具體地至少約1μm，且尤其至少約10μm。
在本揭示內容之第三態樣中，提供一種包含碳化矽晶體之層，其中碳化矽晶體定向之分布使得定向品質Q是至少約0.90，具體是至少約0.95，更具體是至少約0.97，且尤其是至少約0.99，其中該定向品質Q係從利用波長1.5406Å之Cu k-α輻射所偵測的X光繞射圖的最大峰強度，根據下式所計算
其中I111 是在34.6°至36.6°範圍內的2θ的最大強度，I200 是在40.4°至42.4°範圍內的2θ的最大強度，I220 是在59.0°至61.0°範圍內的2θ的最大強度，I311 是在70.8°至72.8°範圍內的2θ的最大強度，I222 是在74.5°至76.5°範圍內的2θ的最大強度，I400 是在89.0°至91.0°範圍內的2θ的最大強度，I331 是在99.8°至101.8°範圍內的2θ的最大強度，I420 是在103.4°至105.4°範圍內的2θ的最大強度，I333/511 是在132.4°至134.4°範圍內的2θ的最大強度，I422 是在119.0°至121.0°範圍內的2θ的最大強度。
在一些具體例中，該層可進一步自然有對本揭示內容之該第二態樣所述之特性。
在第四態樣中，本揭示內容係關於一種用於高溫應用之裝置，尤其是晶圓載體。該裝置包含根據本揭示內容之該第二或第三態樣的層。該層係配置在該裝置之表面上。
在第五態樣中，本揭示內容係關於根據本揭示內容之該第二或第三態樣的層用於支撐半導體材料的用途。
[圖1、5A、5B、6]及[圖8]之左圖顯示本揭示內容之不同層的頂視掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
[圖2]和[圖8]之右圖顯示橫截面SEM圖像。
[圖3]顯示在圖1中顯示之層的X光繞射圖(在用於低強
度峰之強化的可視性的對數刻度中的強度)。
[圖4A、4B]顯示在圖1中顯示之該等層的拉曼光譜。
[圖7]顯示層厚度成長作為本揭示內容之CVD塗覆方法的持續時間的函數。
[圖9]說明藉由奈米壓印所測量之硬度。
[圖10]說明在橫截面SEM圖像中的平行線圖案。
[圖11]說明根據本揭示內容之多層的實例。
包含碳化矽之立方多型體(3C-SiC)的塗層自然具有高硬度和強度、良好抗熱震性及抗腐蝕性。本發明人意外發現：(多晶型)碳化矽塗層之機械性質和化學性質可藉由使用最佳化之使用芳香族碳來源的CVD沉積程序被改良。該方法可產生大的SiC沉積物且適合大規模生產。雖然在上述Murakawa等人之Journal of the Ceramic Society of Japan 125(2017)85-87的論文中有報告差的結果，本發明人意外成功地將該反應條件最佳化，使得高均勻且經{111}定向之碳化矽晶體可大規模地經沉積在多種基材上。由於該碳化矽晶體之均勻性及極高的{111}定向，該塗層自然有優越的機械和化學性質。
在第一態樣中，本揭示內容係關於一種用於製備包含碳化矽晶體之層的化學氣相沉積(CVD)方法。該層之至少一部分係從含有矽來源和芳香族碳來源之氣體混合物所形成。
在該氣體混合物中C/Si的莫耳比是約0.85至約1.45，更具體是約0.9至約1.3，且尤其是約1.0至約1.2。該莫耳比用來指稱在該反應室中所存在之氣體混合物的碳原子總數(單元為莫耳或莫耳/升)對矽原子總數(單元為莫耳或莫耳/升)。應了解：該氣體混合物可被預先混合或獨立地個別被饋至反應槽。
在一些具體例中，可能有利的是：該氣體進一步包含鹵素來源。合適之鹵素來源在此技術中是習知的且可包括氟化物的原子、氯化物的原子及溴化物的原子。具體實例包括氯化氫及溴化氫。
在一些具體例中，該矽來源可包含Si-X鍵，其中X是氫原子、烴殘基(諸如C1-C12-烴殘基)、或鹵原子(諸如氯原子或溴原子)；或其混合物。尤其，該矽來源可包含一或多種C1-C4-烴殘基諸如甲基或乙基；或一或多種鹵素諸如氯；或其混合物。
在一些具體例中，可能有利的是：該矽來源之至少一部分及該鹵素來源之至少一部分是該氣體之相同組成的一部分，例如，當該矽來源包含Si-X鍵，其中X是鹵原子。
在一些具體例中，可能特別有利的是：該矽來源是SiCl4。
在一些具體例中，該芳香族碳來源可為C6至C30芳香族化合物。在一些具體例中，該芳香族化合物可為選自下列之芳香族化合物：苯、C1-C6-烷基苯、二-C1-C6-烷基苯、三-C1-C6-烷基苯、四-C1-C6-烷基苯、聯苯衍生物、二
苯基甲烷衍生物及萘衍生物；更具體地，選自下列之化合物：苯、甲苯、乙苯、對-二甲苯、鄰-二甲苯、間-二甲苯、1,3,5-三甲苯、柱、2-苯基己烷、聯苯、二苯基甲烷及萘；且尤其是甲苯。
在一些具體例中，該反應可在降低之壓力下，更具體約0至約300mbar，更具體約50至約200mbar，且尤其約75至約150mbar下進行。可選擇地，該CVD壓力範圍可為10至600mbar，更佳地25mbar至400mbar。然而，應了解：尤其對於高揮發性反應物，不需要在降低之壓力下運作。因此，在一些具體例中，該反應可在周圍壓力(例如約1巴)下進行。
在一些具體例中，該氣體混合物可進一步包含載體氣體諸如H2或Ar。在一些具體例中，該氣體載體之該載體氣體對Si之莫耳比為約10至約40，更具體約15至約35，且尤其約20至約30。該莫耳比可如上述被測定。
在一些具體例中，該反應溫度可為約900至約1800℃，更具體約1000至約1400℃，且尤其是約1100至1200℃。在一些具體例中，本發明之CVD方法可包含熱CVD。熱CVD異於電漿強化之化學氣相沉積(PECVD)。熱CVD一般需要比PECVD高很多的溫度，但不須電漿來源。在此之表述『熱CVD』是指在至少800℃(例如在1000至1400℃之溫度範圍內)的溫度下的CVD。
在一些具體例中，尤其有利的可以是：該方法是熱CVD方法，其中該(整個)層係在800℃或更高(例如在1000
至1400℃之溫度範圍內)之溫度下經沉積。
在一些具體例中，該方法可產生獨立層。獨立層可藉由沉積該層在基材上，接著使該層從該基材脫離而配置。
在一些具體例中，該方法可包含將該層沉積在碳質基材(諸如石墨，尤其是包含石墨之晶圓載體)上；或在矽質基材(諸如包含矽之半導體材料，諸如晶圓)上；或在包含耐火金屬碳化物(諸如碳化矽)之層上。
在第二態樣中，本揭示內容係關於一種包含碳化矽晶體之層。該層可藉由本揭示內容之第一態樣中所述之方法所製造或可由該方法製造。
該層包含在該層之橫剖面的SEM圖像分析中，該橫剖面區之表面中至多約20%具有與該層之表面最接近個別圖像之部分呈多於15°傾斜的平行線圖案。
在該CVD沉積程序的背景下，必須了解該特徵。彼為經高度定向之{111}SiC沉積的代表且指明SiC已經優先地在{111}定向下經沉積，亦即在橫剖面SEM圖像中可見的線(成長線或柱狀粒子或成對的線)係平行或基本上平行於在該CVD程序中所塗覆之表面下經沉積。換言之，該特徵界定：在該層之橫剖面的SEM圖像分析中，所分析之橫剖面的特徵在於該橫剖面區之表面的至少80%具有與該層之表面最接近個別圖像之部分呈小於15°傾斜的平行線圖案。該等橫剖切面的製備和分析在該技術中是確立的。例如，該特徵可測定如下：該層之表面之任何不平坦性被忽視，亦即該角度係在與該表面之個別部分平行的直線和與
圖案之平行線平行之另一直線之間被測量。在不平卻包含邊緣之層的情況下，不在邊緣進行該SEM圖像分析。這可藉由分析該橫剖面之SEM圖像的代表數目而容易地測定。橫剖面之SEM圖像的實例在圖10中顯示。該橫剖面包含不同晶體之剖面。晶體之每一剖面具有平行線之特徵圖案。平行線據認定是藉由在該碳化矽晶體內之成對的平面所造成。在晶體之每一剖面中，該等線與該層之一表面傾斜成一界定之角度。更具體地，該橫剖面的分析也可藉由以下步驟進行：製備與該碳化矽層之表面垂直的橫剖切面；獲得尺寸至少約1000μm2且也包括該層之該表面的邊緣的橫剖面區的SEM圖像；進行該SEM圖像的圖像分析以界定一個與該圖像化邊緣基本平行延伸至該層之該表面的線；選擇該圖像化橫剖面區之位置的代表數目(例如隨機選擇在該圖像化橫剖面區上所分布之10個位置)；對於每一個代表位置，進行位置之該代表數目的圖像分析，以確認被平行線所佔據之面積，該等平行線與定義為與圖像化邊緣層基本平行延伸至該層之該表面的線呈少於15°傾斜；對於每一代表位置，進行圖像分析以測定以該代表位置之總面積計該區之面積%：藉由計算所有代表位置之平均面積%，測定具有與該層之表面的一部分呈少於15°傾斜的平行線圖案的橫剖面區的表面。在一些具體例中，可能有利的是：在該層之橫剖面的SEM圖像分析中，該橫剖面區之該表面的至多18%，具體地至多16%，更具體地至多14%，且尤其至多12%具有與該層之表面最接近個別圖像之部分
呈多於15°傾斜的平行線圖案。
該包含碳化矽晶體之層的特徵可在於以下之進一步特徵：在一些具體例中，該層之表面包含具有規則六方錐形的碳化矽晶體頂部，且該表面中少於10%被具有規則六方錐形的大晶體頂部所佔據，其中該頂部之規則六方底部的一角至該底部之對角的距離是至少約25μm(表面性質)；及/或其中該層包含碳化矽晶體且該層之拉曼(Raman)光譜包含二個重疊峰，該等峰之第一峰在758至778cm-1之範圍內具有其最大強度，該等峰之第二峰在785至805cm-1之範圍內具有其最大強度，且藉由將該第一峰之第一表面積除以該第二峰之第二表面積所計算之表面積比是至少約0.05，具體是至少0.06，尤其是至少0.08，例如至少0.12(拉曼光譜性質)。該表面積比具體是至多1.50，更具體是至多1.30，且尤其是至多1.10，例如至多0.90或甚至僅至多0.60。該等下方邊界及上方邊界中任一者可界定表面積比的範圍。0.05至1.50、0.12至1.50、0.05至0.60、及0.12至0.60是基於具體的上方邊界和下方邊界之具體範圍的一些實例。
本揭示內容之層因此可藉由以上指明且在此簡稱為『表面性質』、『橫剖面性質』和『拉曼光譜性質』之三項性質所描述。然而，應了解：該等性質不可交換地定義該塗層，亦即藉由例如該『拉曼光譜性質』所特徵化之塗
層也不需證明例如該『表面性質』。同樣地，『拉曼光譜性質』或該『表面性質』之存在不需意指該『橫剖面性質』也被實現。作為另一實例，該『表面性質』可藉由拋光該表面而移除，同時該『橫剖面性質』被保留。
從以下所提供之實例了解：藉由本揭示內容之方法所製作之層可擁有全部三項性質，亦即該『表面性質』、該『橫剖面性質』、及該『拉曼光譜性質』。
本揭示內容也關於一種包含耐火碳化物晶體之層。耐火碳化物對通常在表面塗層或化學沉積(CVD)之技術領域中的技術人員是習知的。耐火碳化物含有非碳之碳化物的成分和碳。在例如碳化矽中，該非碳之碳化物的成分是矽。從以下進一步說明書所顯明的，本揭示內容不限於具體的耐火碳化物且碳化矽僅是(儘管是重要的)實例。因這理由，在以下將是指耐火碳化物，這尤其但不僅僅意圖是指碳化矽。
對於該表面性質所陳述的，該層之表面包含具有規則六方錐形的耐火碳化物晶體頂部。表述『規則六方錐體』具有在此技術中的普遍意義。彼是指具有規則六方底部(亦即六方底部，其中全部六個角在量度上是相等的且全部六邊具有相同長度)的錐體。該耐火碳化物晶體之頂部是在該表面之SEM圖像中可見之晶體的部分。該晶體之總高度經常比暴露錐體頂部之表面的高度大得多。很多晶體經定向以大抵或正好與在SEM圖像中可見之這些晶體的該表面或該頂部正交，因此與用於描述本揭示內容之層的
『表面性質』之該六方錐形甚符合。在一些具體例中，該六方錐形可以是有琢面的。
對於該表面性質所進一步陳述的，該表面中少於10%係被具有規則六方錐形的大晶體頂部所佔據，其中該頂部之規則六方底部的一角至該底部之對角的距離是至少約25μm。由如此大的晶體頂部所佔據的表面的量可藉由分析該表面之SEM圖像的代表數目而極容易地測定。該表面中被單一晶體頂部(其完全地佔據六方底部，該底部之一角至該底部之對角的距離是25μm或更大)所覆蓋之每一部份形成被大的晶體頂部所佔據之該特定表面之一部分。該表面之其它部分不被認為是由大的晶體頂部所佔據之表面。
當測定該表面之某一百分比是否由大的晶體頂部所佔據時，不考慮該表面之任何不均勻性，諸如藉由錐形晶體頂部之斜坡所造成之表面的不均勻性。當該表面之百分比被測定時，該表面被認為是完美平坦。因此，能分析SEM頂視圖像以供測定所需之百分比是否被所考慮之特定層所滿足。
在此所用之『六方(hexagonal)』一詞不是指在晶體內之原子晶格堆積。在此之『六方』一詞是指晶體之外形或在SEM圖像中可見之晶體的部分，不是指其晶體族群。
在一些具體例中，該表面中少於9%，更具體少於8%，且尤其少於7%，例如少於6%由具有規則六方錐形的大晶體頂部所佔據，其中該頂部之規則六方底部的一角至該底部之對角的距離是至少約25μm。
該拉曼光譜性質藉著在該層之拉曼光譜中的二個重疊峰定義本揭示內容之層。在此所指之拉曼光譜係藉由以在532nm波長及10mW功率下操作之Ar雷射垂直照射該層之經暴露表面而獲得。二峰之表面積可藉由將在約730至約840cm-1範圍內之強度與合適形狀之二線配合，例如藉由以下例示之高斯(Gaussian)和勞倫茲(Lorentzizn)函數之線性結合而獲得。該等峰之第一峰的最大強度範圍一般在763至774cm-1，更具體765至772cm-1，例如767至770cm-1，且該等峰之第二峰的最大強度範圍一般在790至801cm-1，更具體792至799cm-1，例如794至797cm-1。
在一些具體例中，該表面中至少10%，具體至少15%，更具體至少20%，且尤其至少25%的部分由具有該規則六方錐形的頂部所覆蓋。該部分包括所有具有該規則六方錐形之頂部，不管該頂部之尺寸或其六方錐體底部為何。這指明高結晶品質及強化硬度之高度較佳定向。在不希望侷限於理論下，蝕刻抗性被認為被改良。此部分之增加指明接近蜂巢狀之具有六方底部的晶體的配置。再次在不希望侷限於理論下，晶體之此種更規則的配置被認為會減少深節距數目及因此減低腐蝕的可能性。
在一些具體例中，本揭示內容之層的一表面具有在0.2至25μm，一般0.4至20μm，例如0.5至15μm範圍中的平均線性截距表面粒度(在ISO 13383-1：2012(EN)所定義的)。在不希望局限於理論下，這被認為是提供有益的蝕刻行為：上述尺寸範圍描述相對大的晶體尺寸。很多較小
的晶體由於較長之粒子邊緣會更快地被蝕刻，較小數目之較大晶體會有利於較大且有時楔形的間隙而有利於明顯量之蝕刻氣體滲透深入該層。在一些具體例中，特別有利的是：本揭示內容之層之一表面具有在1至20μm，更具體地1.2至15μm，且尤其在2至10μm範圍內的平均線性截距表面粒度(在ISO 13383-1：2012(EN)所定義的)。
在一些具體例中，該耐火碳化物係選自碳化矽、碳化鉭、碳化鈮、碳化鉿、碳化鎢、碳化硼、碳化鉭鈮、碳化鉭鉿、碳化鈦、及碳化鈮鉿；尤其是選自碳化矽、碳化鉭、碳化鈮、碳化鈦、及碳化鉿。在以上指明的，特別有利的可以是：該耐火碳化物是碳化矽。該耐火碳化物晶體尤其是碳化矽晶體。
如前所述，與具體上下文無關地，在此所用之『耐火碳化物』一詞具體是指『碳化矽』。雖然在此尤其顯示碳化矽之具體效果，對於其他耐火碳化物也觀察到相同或類似的效果是合理的，因為這些耐火碳化物在CVD中之成長遵循在以下實例中所顯示之相同或類似的物理原則。
在一些具體例中，最大的峰強度I220是在利用1.5406Å波長之Cu k-α輻射所偵測之該層的x光繞射圖中的最大峰強度I111的至多10%，具體是至多8%，更具體是至多7%，還更具體是至多6%，且尤其是至多5%。這導致高的結晶品質及強的結晶定向。該(111)平面是在該立方晶體系統中最緻密堆積的平面。使這平面與該表面平行定向導致較高之機械穩定性及經改良的腐蝕抗性。在不希望侷限於理
論下，本發明人認為這增加與接鄰晶體確實配合之晶體的數目。結果，深節距是較不可能的且因此腐蝕可被減緩。
在一些具體例中，根據本揭示內容之層可具有碳化矽晶體定向之分布，其使得定向品質Q(其係從利用波長1.5406Å之Cu k-α輻射所偵測的x光繞射圖的最大峰強度，根據下式所計算
其中I111 是在34.6°至36.6°範圍內的2θ的最大強度，I200 是在40.4°至42.4°範圍內的2θ的最大強度，I220 是在59.0°至61.0°範圍內的2θ的最大強度，I311 是在70.8°至72.8°範圍內的2θ的最大強度，I222 是在74.5°至76.5°範圍內的2θ的最大強度，I400 是在89.0°至91.0°範圍內的2θ的最大強度，I331 是在99.8°至101.8°範圍內的2θ的最大強度，I420 是在103.4°至105.4°範圍內的2θ的最大強度，I333/511 是在132.4°至134.4°範圍內的2θ的最大強度，I422 是在119.0°至121.0°範圍內的2θ的最大強度)，是至少0.60，具體是至少0.80，更具體是至少0.90，還更具體是至少0.95，且尤其是至少0.99。此被認為對該層之硬度和腐蝕抗性有進一步貢獻。
在一些具體例中，該等強度I200、I220、I311、I400、
I331、I420、I422之每一強度是在碳化矽晶體定向之隨機分布情況下所會預期之其對應的參考強度I200R、I220R、I311R、I400R、I331R、I420R、I422R的至多80%，具體是至多60%，更具體是至多40%，且尤其是至多30%。
在一些具體例中，該層之進一步特徵可在於峰強度I111之半高寬值(FWHM)係少於約0.4°，更具體係少於約0.3°且特別是少於0.2°(在1.5406Å波長的Cu k-α輻射下，在2θ上)。該特徵代表相對大之晶體，如同藉由根據本揭示內容之偏向大晶體成長之熱CVD程序可得者。
在一些具體例中，特別有利的可以是：本揭示內容之層的特徵在於峰強度I111之半高寬值(FWHM)係少於約0.4°，更具體係少於約0.3°且特別是少於0.2°(在1.5406Å波長的Cu k-α輻射下，在2θ上)；且在於表面之平均線性截距表面粒度(在ISO 13383-1：2012(EN)中所定義)的範圍係1至20μm，更具體地1.2至15μm，且尤其2至10μm。
在一些具體例中，本揭示內容之層的硬度是至少34.0GPa，較佳至少34.5GPa，例如至少35.0GPa。在拋光該層之表面之後，藉由奈米壓印，與該層之表面正交地測量該硬度。其硬度被測量之該經拋光的表面是藉由在本揭示內容之CVD方法的期間所成功成長之該晶體的末端所形成的表面。進行拋光，使得該等晶體之頂部經平坦化。異常高的硬度延長以本揭示內容之層塗覆之部件的使用期，因為在該部件之處置和使用期間的機械破壞被減少。
在一些具體例中，該層之表面硬度比該層之橫剖面硬
度高至少0.5%，具體是高至少1%，更具體是高至少1.5%，且尤其是高至少2.0%。該橫剖面硬度係在拋光該層之橫剖面之後，藉由奈米壓印所測量。該橫剖面與該層之該表面或二表面正交。在不希望侷限於理論下，從頂部之異常的硬度是由於高的定向一致性。
該層可為獨立層或在裝置之部件上的層。獨立層不包含基材。一般獨立層之二個主要表面中無一表面被貼合至基材。
本揭示內容進一步關於一種用於高溫應用之裝置，其中該裝置包含在該裝置之材料的表面上的本揭示內容的層。在此所述之高溫一般是指在200至4000℃，具體是在300至3000℃，且尤其是在400至2500℃之範圍內的溫度。
該裝置之材料不受限。在該高溫應用之高溫下穩定的每種材料適合作為該裝置之材料。在一些具體例中，該裝置之材料包含石墨、元素矽、或耐火碳化物例如碳化矽。該裝置之材料可例如為石墨材料、碳纖維強化之材料、或元素矽。該元素矽尤其可為晶圓形式，例如在半導體工業中所用的。該材料能具有用於半導體應用之載體的形狀。在此技術中習知：此種用於半導體應用之載體常具有碟形狀，該碟具有一或多個用於將半導體基材(諸如在該載體上待處理之矽系晶圓)放置在例如磊晶反應器或MOCVD反應器(其中常規使用此種載體以使層在晶圓上成長)，或電漿蝕刻反應器諸如聚焦環(focused rings)，或RTP反應器(亦即RTP環)中的凹陷。本揭示內容因此進一步關於一種
經耐火碳化物塗覆之晶圓載體，其包含本揭示內容之層或由本揭示內容之層所製作。然而，該裝置可為任何其他高溫反應器組件或高溫爐組件。該組件可例如為加熱器、充電架或充電架之部件(例如條帶)、擋板、晶圓載體以外之CVD室的組件(例如CVD室之升降銷、頂板、或入口或出口部件)。
該層也可為多層體之單一層。該多層體包含至少一個其他層。該一或多個其他層之每一者可例如為另一耐火碳化物層或碳系層。該多層體可為獨立的多層體。該多層體也可為沉積在裝置之表面上的塗層。
在一些具體例中，該層可以是包含一或多個根據本揭示內容之層以及一或多個另外的碳化矽層的多層體。
該層之厚度通常是至少0.5μm。在一些具體例中，該層之厚度是在1μm至1mm之範圍內，若該層是裝置的一層，例如在此所說明之裝置的一層。這確保在合理沉積時間下及因此在合理成本下，經該層塗覆之材料的可靠保護。在一些具體例中，該層之厚度是在100μm至100mm之範圍內，若該層是獨立層，亦即在此所說明之獨立層。
在替代具體例中，該層之厚度可以是至少約0.5μm，更具體是至少約1μm，且尤其是約10μm。在一些具體例中，特有利地可以是：該層之厚度是至少約50μm。
本揭示內容進一步關於一種包含耐火碳化物晶體之層，較佳是在此所定義之層，其中該層是獨立層且其中在該層之一表面的平均粗糙度Ra(在ISO 4287中所定義的)是
- 範圍是0.01nm至100nm，具體地0.02nm至50nm，尤其0.04nm至25nm，例如0.08nm至15nm(奈米尺度之粗糙度)；- 0.1nm至100nm，具體地0.2nm至50nm，尤其0.4nm至25nm，例如0.8nm至15nm(奈米尺度之粗糙度)；或- 100nm至10μm，具體地200nm至8μm，尤其300nm至6μm，例如400nm至5μm(微米尺度之粗糙度)。
奈米尺度之粗糙度係藉由原子力顯微鏡測量。微米尺度之粗糙度係藉由輪廓量法(profilometry)測量。二項測量在此技術中是習知的。
本揭示內容之層(其中該層之一表面具有奈米尺度之粗糙度)可藉由以下步驟形成：使用單結晶基材(尤其是單結晶矽，例如矽晶圓)在本揭示內容之方法中，將該層沉積在該單結晶基材上，且從該層移除該基材。從該層移除該基材可包含例如藉由熔化該矽以從該層熱移除該基材。本發明人已經發現：該單結晶矽表面之奈米尺度的粗糙度由該層之該表面所傳承。
本揭示內容之層(其中該層之一表面具有微米尺度之粗糙度)可藉由以下步驟形成：使用石墨基材(尤其是等壓石墨基材)在本揭示內容之方法中，將該層沉積在該石墨基材上，且從該層移除該基材。從該層移除該基材可包含例如該石墨基材之機械或氧化降解。本發明人已經發現：由於該石墨粒子所致之該石墨表面的微米尺度的粗糙度由該層之該表面所傳承。
奈米尺度或微米尺度之粗糙度因此達到該層之該表面，該表面在該層沉積之後，與該基材接觸。雖然該獨立層之該表面符合該基材之粗糙度，相反表面能具有在此所定義之『表面性質』或透過標準拋光(例如CMP)所得之0.01nm或更大之粗糙度。
本揭示內容之較佳獨立層之一表面具有在此所定義之奈米尺度或微米尺度之粗糙度，較佳具有在此所定義之奈米尺度之粗糙度，且此外，在與該具有奈米尺度之粗糙度的表面相反之表面，具有在此所定義之『表面性質』；及/或具有在此所定義之『橫剖面性質』；及/或具有在此所定義之『拉曼光譜性質』。
本揭示內容進一步關於本揭示內容之層、裝置或晶圓載體、或根據本揭示內容之方法所製作之層、裝置或晶圓載體在用於支撐半導體材料的用途。在獨立層之情況下，此一獨立層之一特定具體例是用於進一步沉積半導體材料的晶圓。
依據上述揭示內容，本揭示內容在第三態樣中也提供一種包含碳化矽晶體之層，其中碳化矽晶體定向之分布使得定向品質Q是至少約0.90，具體是至少約0.95，更具體是至少約0.97，且尤其是至少約0.99，其中該定向品質Q係從利用波長1.5406Å之Cu k-α輻射所偵測的X光繞射圖的
最大峰強度，根據下式所計算
其中I111 是在34.6°至36.6°範圍內的2θ的最大強度，I200 是在40.4°至42.4°範圍內的2θ的最大強度，I220 是在59.0°至61.0°範圍內的2θ的最大強度，I311 是在70.8°至72.8°範圍內的2θ的最大強度，I222 是在74.5°至76.5°範圍內的2θ的最大強度，I400 是在89.0°至91.0°範圍內的2θ的最大強度，I331 是在99.8°至101.8°範圍內的2θ的最大強度，I420 是在103.4°至105.4°範圍內的2θ的最大強度，I333/511 是在132.4°至134.4°範圍內的2θ的最大強度，I422 是在119.0°至121.0°範圍內的2θ的最大強度。
在一些具體例中，該層可進一步自然具有對本揭示內容之第二態樣所述之特徵。
在第四態樣中，本揭示內容係關於一種用於高溫應用之裝置，尤其是晶圓載體。該裝置包含根據本揭示內容之第二或第三態樣的層。該層被配置在該裝置之表面上。
在第五態樣中，本揭示內容係關於根據第二或第三態樣之層在用於支撐半導體材料的用途。
本揭示內容藉由以下非限制性圖式及實例更詳細地說明。
在CVD反應器中，等壓石墨基材經碳化矽塗覆。該CVD由經感應加熱之經SiC塗覆之石墨感應體(susceptor)所組成，該感應體係藉由石墨氈(felt)所絕緣(得自SGL Carbon之MFA絕緣)且放置在石英管中。該反應器之入口側與提供該載體氣體H2，及前驅物四氯化矽和甲苯的氣體供應系統連接。該反應器之出口係透過節流閥，與真空泵和洗滌系統連接。
二個石墨基材各自經本揭示內容之包含碳化矽晶體之層所塗覆。該等層係在表1中所摘述的CVD成長條件下形成。
該經塗覆之表面係經具有良好琢面之六方形SiC晶體覆蓋。具有規則六方錐形之碳化矽晶體頂部能在針對二樣本(樣本1(左圖)及2(右圖))之層的圖1中被看見。因為該晶體頂部相當小，直接清楚地，該表面中少於10%被具有規則六方錐形之大晶體頂部所佔據，其中該頂部之規則六方底部的一角至該底部之對角的距離是至少25μm。該形態存在於該表面的主要部分上，且透過SEM檢視，至少在該
部分上是均勻的。若該樣本在SEM檢視之前，經導電性金屬濺射塗覆，則在該等晶體之中心的深色點是充電效應所產生的結果且不存在。在該表面之粒度隨沉積溫度而增大。在1100℃下所製備之樣本1的平均線性截距粒度(在ISO 13383-1：2012(EN)中所定義)是1.2μm。在1200℃下所製備之樣本2的平均線性截距粒度是2.6μm。
橫剖面SEM圖像顯示從石墨表面所成長之粒子的柱狀結構(圖2)。與該表面平行延伸之線係藉由在該SiC晶體內之成對的平面所造成。那些成對的平面被認為常與該(111)晶體之平面平行。
圖3顯示樣本1(頂部)和2(底部)之X光繞射圖。該強度係在用於強化低強度峰之可見性的對數刻度中繪製。以正方形標示之峰係藉由β-SiC所引起，藉由圓形標示之峰係藉由石墨所引起。樣本1和2(3)之X光繞射圖顯示只有三個峰。這些峰位於2θ值，如在水平軸上35.6°、75.2°、及~133°所指明的且被指定為該β-SiC晶體之(111)、(222)、(333)/(511)平面。
應注意：該β-SiC之(333)及(511)平面皆在範圍為132.4°至134.4°的2θ產生無法區別之訊號。因此，該訊號在此標記為(333)/(511)。僅(111)和(222)以高強度顯示的事實產生以下結論：該三個峰主要藉由該(333)平面所引起。所有三個平面是平行的且屬於相同平面群。
該(111)訊號顯然是最強訊號，而該(222)及(333)/(511)訊號低於該(111)強度之4%(表2)。並非藉由與該
(111)平面平行之平面所引起之最強烈的β-SiC XRD訊號對於樣本1是該(220)訊號(0.13%)，且對於樣本2是該(311)及(420)訊號(0.11%)。並非與(111)平行之平面的極低訊號強度顯示在本揭示內容之層中強的晶體定向優先性。該(111)定向之強度可根據以下等式，藉由(111)+(222)+(333)/(511)平面族系的訊號對所有訊號之總XRD訊號強度的定向品質Q來量化：
若僅偵測到(111)、(222)、(333)/(511)訊號，亦即若所有經測量的晶體被完全定向，使得該(111)平面與該基材表面平行，則該定向品質Q是1。若該(111)族系的訊號中無一訊號被偵測到，亦即若經測量之晶體中無一晶體在(111)平面與該基材表面平行下經定向，則該定向品質Q是0。在經隨機定向之粉末中，由於所預期之不同訊號強度，預期的定向品質Q是0.5116。
該隨機粉末值係從粉末繞射檔案(PDF卡)#00-029-1129取得。
在此所提及之所有強度是最大強度，亦即從該X光繞射圖中之對應峰的最高點所衍生之強度。
樣本1和2之進一步特徵在於拉曼光譜(圖4A和4B)。在水平軸上之數目是波數(單位：cm-1)，在垂直軸上之數目是相對強度。該等光譜之主要特徵是β-SiC(786cm-1和963cm-1)及其第二階峰(1514cm-1和1703cm-1)之極強烈的TO和LO訊號。從圖4B可見到：具有最大值在約786cm-1之訊號係源於二個重疊峰。在1612cm-1附近有另一次要峰，其可藉由石墨之碳所引起。對於樣本1，在196cm-1和462cm-1也可見到LA和TA訊號，這指明小的粒度。
圖4B闡明：樣本1(左方)和2(右方)之層的拉曼光譜包含在730至840cm-1範圍內之二個重疊峰。對於二樣本，該重疊峰適配二個假佛克特曲線(Pseudo-Voigt-Curves，高斯及勞倫茲函數之線性組合)。該適配係在沒有特殊背景處理下進行。這揭示：該等峰之第一峰在~768cm-1具有其最大強度且該等峰之第二峰在795cm-1與796cm-1之間具有其最大強度。表3提供進一步的細節。藉由將該第一峰之第一表面積除以該第二峰之第二表面積所計算之表面積比，對於樣本1是0.33，且對於樣本2是0.30。
已經進行數項沉積實驗以調查碳前驅物濃度及所得之C/Si莫耳氣相比對該塗層之影響。該C/Si係藉由更改甲苯流量而改變，而其他參數保持固定(表4，樣本2是來自以
上實例1)。
圖1A和5B顯示經在表4之不同條件下所形成之層塗覆之石墨基材的SEM頂視圖像。樣本2在圖5A右方顯示。樣本4在圖5B左方顯示。在圖5A左方之圖面(比較用樣本3)及在圖5B右方之圖面(比較用樣本5)顯示在分別具有莫耳碳過量和莫耳矽過量之極端條件下所製成之其他層的SEM頂視圖像。僅樣本2和4顯示本揭示內容之特徵的碳化矽晶體頂部。另一方面，具有碳或矽之任一者莫耳過量的塗層導致不同的表面形態，實質上並無具有規則六方錐形的耐火碳化物晶體頂部。
在表5中摘述該XRD峰之強度。對於比較用樣本3之XRD峰強度遠比樣本2和4更接近經隨機定向之粉末的XRD峰強度，這指明在樣本3之層中沒有強得多的晶體定向。樣本2和4具有作為最強峰之該(111)峰，接著是該(222)及(333)/(511)峰，而使該塗層之強(111)較佳定向醒目。另一平面族系的最強峰是對於樣本2之具有0.11%的該(311)和
(420)峰，及對於樣本4之具有0.8%的該(311)峰。對於比較用樣本5，該(220)峰是最強的，接著是具有17.58%的該(111)峰，這指明該塗層之強的(220)定向。因極端的C/Si莫耳比而似乎不傾向本揭示內容之層的形成，但本揭示內容之層在這些極端C/Si莫耳比的範圍內容易被形成。該範圍包括1.0至1.2的C/Si莫耳比。
本揭示內容之層的厚度可藉由更改該沉積時間而調節。除了實例1之樣本2(沉積時間30分鐘)之外，樣本6牽
涉僅5分鐘之縮短的沉積，但樣本7牽涉60分鐘之延長的沉積(表6)。其餘之該程序條件保持不變。
圖2闡明作為沉積時間函數(水平軸，單位：分鐘)之樣本2、6、及7的平均層厚度(垂直軸，單位：μm)。圖3左方顯示樣本6之頂視SEM圖像且右方顯示樣本7之頂視SEM圖像。樣本6和7之表面包含具有規則六方錐形(8)的晶體頂部。該粒度和該塗層厚度(圖2)隨著沉積時間延長從樣本6增至2至7。這證明：該較佳定向不隨著該塗層變厚而改變，且此並非該基材之表面效應。確實，在表7中之XRD數據證明：隨著該厚度增加，該晶體在該(111)方向上還更加經定向，此顯示：經優先定向之塗層是該塗覆程序本身的結果。
在此所證明之該CVD程序不僅能在類似等壓石墨之多結晶之等向基材上產生，也在類似矽晶圓之單結晶基材上產生經高的(111)定向的β-SiC塗層。在該文件中之(hkl)定向意為：該(hkl)平面(及因此任何平行的結晶平面)主要與該層之一表面平行定向。單結晶基材能影響該成長，以致該成長層照著剛隨著該基材經定向的結晶定向，若基材和層之該二晶體結構足夠類似(磊晶成長)。一件經(100)定向之矽晶圓在與實例1之樣本2類似之條件下，已經用β-SiC(樣本8)塗覆。再次，在該表面之該塗層係由顯出六方圖案(圖8)的晶體組成。該橫剖面揭示該經高定向之晶體
的該柱狀之良好定序的成長。並且，XRD顯示：該塗層是經高的(111)定向的，而Q為0.9993。
透過對經拋光表面奈米壓印以測量硬度；然而，該塗層應是至少100μm厚，以避免該基材影響該硬度測量。已經對具有不同結晶定向(藉由Q比值所量化)之本揭示內容的不同耐火碳化物層進行奈米壓印測量。對於所有樣本，該等測量係對經拋光的橫剖面進行，另外，也對用於具有多於100μm厚度之塗層的經拋光頂部表面進行測量。
在圖9中，奈米壓印測量的結果(垂直軸，單位：GPa)係相對被調查之樣本的定向品質Q(水平軸)被繪製。空心
正方形指示對經拋光之頂部表面的奈米壓印測量的結果。實心圓形指示對經拋光之橫剖面的奈米壓印測量的結果。
令人訝異地發現：當對該頂部表面測量時，在耐火碳化物層中，該SiC晶體擁有在此所述之該『表面性質』、該『橫剖面性質』及該『拉曼光譜性質』中至少一種性質且具有極高硬度。還更令人訝異的：隨著Q增加，對該頂部表面所測量之硬度還進一步從~35GPa增至~38GPa。對該橫剖面之硬度測量則有相反趨勢。該硬度隨著Q增加而減低。該等相反趨勢被認為是該好得多的晶體定向的結果。當對該橫剖面測量該硬度時，該力實際上對該經較佳定向的平面呈90°角被施加。當該更具抗性之(111)平面係與該基材平行定向時，對該橫剖面所測量之硬度被認定是降低的。此認定進一步藉由原子密度所支持。雖然β-SiC之該(111)平面具有最高原子密度而似乎支持所發現之與這些平面正交之異常高的硬度，與該(111)平面正交之『平面』具有明顯較低之原子密度。在此情況下，原子密度的下降似乎與硬度下降密切相關。再者，與該表面平行之該高的原子密度相信對蝕刻劑是最具抗性的。
圖10顯示樣本2之該層的橫剖面的SEM圖像。在圖10之頂部的水平線與該層之該表面平行。虛線與該橫剖面之最強傾斜的粒子的平行線成一直線。該水平線與該虛線之間的角度是12°。在該橫剖面中，該橫剖面區之表面中約0%具有與該層之表面相對傾斜多於15°之平行線的圖案。為要測定與該層之一表面相對傾斜多於一限定角度的橫剖
面區之表面的精確百分比，技術人員會分析SEM圖像之代表數目。
本揭示內容之層也可以是多層體結構之一部分。在此實例中，包含3個經高的(111)定向的層以及3個未經(111)定向的層的6層型塗層系統已經沉積在等壓石墨基材上。該等層已經藉由在該程序之期間切換該烴氣體且更改C/Si比而產生。
在圖11中能見到的，藉由與該表面平行之線的圖案可見的該層的定向能在該沉積程序之期間被改變。該等線在圖11之右邊所顯示之例示的放大區中可容易地見到。在實例6之塗層中，層2、4、及6(從該基材算起)是本揭示內容之層，層1、3、及5是未在該(111)方向上定向之層。此一多層的結構體可能在清潔程序中降低蝕刻針孔形成的風險且也能降低藉由在高機械負荷下從該基材削去該塗層所引起的損壞。
本發明進一步關於下列具體例：
1.一種包含耐火碳化物晶體之層，其中該層之一表面包含具有規則六方錐形的耐火碳化物晶體頂部，且該表面中少於10%被具有規則六方錐形的大晶體頂部所佔據，其中該頂部之規則六方底部的一角至該底部之對角的距離是至少約25μm；及/或其中在該層之橫剖面的SEM圖像分析中，該橫剖面區之表面中至多20%具有與該層表面之最接近個別圖像之部分呈多於15°傾斜的平行線圖案，及/或其中該耐火碳化物晶體是碳化矽晶體且該層的拉曼(Raman)光譜包含二個重疊峰，該等峰之第一峰在758至778cm-1之範圍內具有其最大強度，該等峰之第二峰在785至805cm-1之範圍內具有其最大強度，且藉由將該第一峰之第一表面積除以該第二峰之第二表面積所計算之表面積比是至少0.05。
2.如具體例1之層，其中該表面中至少10%的部分被具有該規則六方錐形的頂部所覆蓋。
3.如具體例1之層，其中該表面之平均線性截距表面粒度的範圍係在0.2至25μm。
4.如具體例1之層，其中該耐火碳化物晶體是碳化矽晶體。
5.如具體例1之層，其中最大峰強度I220是在以
1.5406Å波長的Cu k-α輻射所偵測之該層的x光繞射圖中的最大峰強度I111的至多10%。
6.如具體例1或4之層，其中碳化矽晶體定向之分布是使定向品質Q是至少0.60，該定向品質Q係從利用波長1.5406Å之Cu k-α輻射所偵測的x光繞射圖的最大峰強度，根據下式所計算
其中I111 是在34.6°至36.6°範圍內的2θ的最大強度，I200 是在40.4°至42.4°範圍內的2θ的最大強度，I220 是在59.0°至61.0°範圍內的2θ的最大強度，I311 是在70.8°至72.8°範圍內的2θ的最大強度，I222 是在74.5°至76.5°範圍內的2θ的最大強度，I400 是在89.0°至91.0°範圍內的2θ的最大強度，I331 是在99.8°至101.8°範圍內的2θ的最大強度，I420 是在103.4°至105.4°範圍內的2θ的最大強度，I333/511 是在132.4°至134.4°範圍內的2θ的最大強度，I422 是在119.0°至121.0°範圍內的2θ的最大強度。
7.如具體例6之層，其中該等強度I200、I220、I311、I400、I331、I420、I422之每一強度是在碳化矽晶體定向之隨機分布情況下所預期之其對應的參考強度I200R、I220R、I311R、I400R、I331R、I420R、I422R的至多80%。
8.如具體例1之層，其中該層之表面硬度比該層之剖面硬度高至少0.5%。
9.一種用於高溫應用之裝置，其中該裝置包含前述具體例之至少一具體例的層在該裝置之材料的表面上。
10.如具體例9之裝置，其中該裝置之材料包含石墨、元素矽、或碳化矽。
11.一種經耐火碳化物塗覆之晶圓載體，其包含前述具體例之至少一具體例的層或由該層所組成。
12.一種用於製備如具體例1之層、如具體例9之裝置、或如具體例11之晶圓載體的CVD方法，其中該層之至少一部分係由含有矽來源和芳香族碳來源之氣體所形成。
13.一種包含耐火碳化物晶體之層，較佳是如具體例1之層，其中該層是獨立層且其中該層之一表面的粗糙度是在0.01nm至100nm或100nm至10μm的範圍內。
14.一種如具體例1至8或13中至少一具體例的層，具體例9或10中至少一具體例之裝置，如具體例11之經耐火碳化物塗覆之晶圓載體或如具體例12之方法所製之層、裝置或晶圓載體用於支撐半導體材料的用途。
Claims (16)
- 一種用於製備包含碳化矽晶體之層的化學氣相沉積(CVD)方法，其中該層之至少一部分係從含有矽來源和芳香族碳來源之氣體混合物所形成，其中在該氣體混合物中之C/Si莫耳比是約0.85至約1.45。
- 如請求項1之化學氣相沉積方法，其中該芳香族碳來源是C6至C30芳香族化合物。
- 如請求項1或2之化學氣相沉積方法，其中反應溫度是約900至約1800℃。
- 如請求項1或2之化學氣相沉積方法，其中反應係在降低之壓力約0至約300mbar下進行；及/或其中該氣體混合物進一步包含惰性載體氣體諸如H2或Ar，且包含該惰性載體氣體對Si之莫耳比為約10至約40之該惰性載體氣體。
- 如請求項1或2之化學氣相沉積方法，其中該方法產生獨立之層或其中該層經沉積在碳質基材上；或在矽質基材上；或在包含耐火金屬碳化物之層上。
- 一種包含碳化矽晶體之層，其中在該層之橫剖面的SEM圖像分析中，該橫剖面區之表面中至多約20%具有與該層之表面最接近個別圖像之部分呈多於15°傾斜的平行線圖案。
- 如請求項6之層，其中該層之該表面包含具有規則六方錐形的碳化矽晶體頂部，且該表面中少於10%被具有規則六方錐形的大晶體頂部所佔據，其中該頂 部之規則六方底部的一角至該底部之對角的距離是至少約25μm；及/或其中該層的特徵在於該層的拉曼(Raman)光譜包含二個重疊峰，該等峰之第一峰在758至778cm-1之範圍內具有其最大強度，該等峰之第二峰在785至805cm-1之範圍內具有其最大強度，且藉由將該第一峰之第一表面積除以該第二峰之第二表面積所計算之表面積比是至少約0.05。
- 如請求項7之層，其中該表面中至少10%的部分被具有該規則六方錐形的頂部所覆蓋。
- 一種包含碳化矽晶體之層或如請求項6至8中任一項之層，其中碳化矽晶體定向之分布是使定向品質Q是至少約0.90，其中該定向品質Q係從利用波長1.5406Å之Cu k-α輻射所偵測的X光繞射圖的最大峰強度，根據下式所計算
- 如請求項6至9中任一項之層，其中該表面之平均線性截距表面粒度的範圍係在約0.2至約25μm。
- 如請求項6至9中任一項之層，其中該層之表面硬度比該層之橫剖面硬度高至少約0.5%。
- 如請求項6至9中任一項之層，其中根據ISO 4287之該層之一表面的平均粗糙度Ra的範圍是在約0.1nm至約100nm(奈米尺度之粗糙度)；或範圍在約100nm至約10μm(微米尺度之粗糙度)。
- 如請求項6至9中任一項之層，其中該層之厚度是至少約0.5μm。
- 一種用於高溫應用之裝置，其中該裝置包含如請求項6至13中任一項之層在該裝置之表面上。
- 一種如請求項6至12中任一項之層用於支撐半導體材料的用途。
- 如請求項1或2之化學氣相沉積方法，其中該芳香族碳來源是選自下列之化合物：苯、甲苯、乙苯、對-二甲苯、鄰-二甲苯、間-二甲苯、1,3,5-三甲苯、荰、2-苯基己烷、聯苯、二苯基甲烷及萘。
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