TWM653101U

TWM653101U - 碳化矽長晶裝置

Info

Publication number: TWM653101U
Application number: TW112211846U
Authority: TW
Inventors: 何俊賢
Original assignee: 晶成材料股份有限公司
Priority date: 2023-11-01
Filing date: 2023-11-01
Publication date: 2024-03-21

Abstract

本創作係提供一種碳化矽長晶裝置，其包括：(a)一坩堝，該坩堝具有一上側開放部、一下底部以及環側部所形成的容置空間，且該坩堝供一碳化矽原料或碳粉與矽粉或碳化矽原料加上上述碳粉或矽粉至少一種粉末以適當比例置於該坩堝的容置空間；(b)一坩堝蓋體，該坩堝蓋體具有一上部、一環側部及一背側，其位於該上側開放部作為該坩堝之上蓋，且該坩堝蓋體供一碳化矽晶種固定於該坩堝蓋體的背側，該背側係朝向於該碳化矽原料或其組合原料；(c)一隔熱單元，環設於該坩堝與坩堝蓋體的外表面；(d)一個或複數個第一加熱器及一個或複數個第二加熱器，設置於該坩堝之下底部、環側部及/或該坩堝蓋體上部、環側部，且該第一加熱器可設置於該坩堝任意之一個或多個位置，且其中該第一加熱器與該第二加熱器之加熱方式不同；(e)一個或複數個微波產生器，連結於該第一加熱器；以及(f)一數據監測單元，設置於該坩堝外側，以控制於碳化矽進行高溫長晶製程時該坩堝之溫度維持於1800至2500℃。本創作之碳化矽長晶裝置係透過微波直接加熱碳化矽或碳化矽晶種的方式，解決於長晶過程中，會產生晶體周邊容易形成碳包覆與晶體中差排錯位之缺陷的問題，減少在高溫製程中來自於坩堝或反應腔體的碳或雜質污染以及減少碳化矽晶體之外緣缺陷，且搭配感應線圈或電阻加熱的方式，可以較低之功率消耗對坩堝進行加熱，以長時間維持該坩堝在高溫狀態。

Description

碳化矽長晶裝置

本創作係關於一種碳化矽長晶裝置，特別係一種微波直接且快速加熱碳化矽之長晶裝置；然本創作並不以此為限。

由於碳化矽具有優異的耐熱性和機械強度，並且在物理和化學上穩定，適合作為半導體材料，因此工業上對於碳化矽單晶基板的需求日漸增加。

目前常見的碳化矽單晶生成方法有液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy，LPE) 、物理氣相傳輸(Physical Vapor Transport, PVT)及高溫化學氣相沉積法(High Temperature Chemical Vapor Deposition, HTCVD)等。物理氣相傳輸又可稱為昇華法，是目前碳化矽晶體生成方法中最成熟的技術，且由於該方法所形成之晶體具有較低的缺陷水準，因此也是商業上主要用來量產的技術。物理氣相傳輸係將碳化矽原料或碳粉與矽粉或碳化矽原料加上上述碳粉或矽粉至少一種粉末以適當比例置入長晶爐，將由碳化矽單晶形成的晶種固定在長晶爐內部蓋體上端，在高溫且氣氛的空間通過感應線圈加熱以石墨製成之坩堝體，以間接加熱的方式使碳化矽或混合原料昇華，藉由控制溫度梯度的方式，讓昇華後之氣體冷卻後，附著在碳化矽晶種上，形成一單晶碳化矽晶體。

先前技術如台灣發明專利公開第TW201717699A號，其揭示一種微波加熱裝置，該裝置係為一種多重模態的微波加熱裝置，包含加熱腔室、載台、旋轉及升降機構、微波發射機、半波整流電源供應器及縱向矩形導波管與橫向矩形導波管。該微波發射機經由縱向矩形導波管及橫向矩形導波管連接於加熱腔室，採用工業通用加熱頻率輸入微波至加熱腔室內，並激發加熱腔室的多重固有模態，進而達到均勻加熱之目的。

台灣發明專利公開第TW201534756A號則揭示一種碳化矽薄膜的製造方法，該案以微波電漿輔助化學氣相沉積法在低壓及以大量氫氣稀釋前驅物的氣體氛圍下低溫成長碳化矽薄膜。該方法之步驟包含：利用機械幫浦將腔體內壓力抽至低壓；利用一微波產生器產生微波，使腔體內形成微波電漿；在不對置於腔體內的一基板額外加熱的情形下，帶該微波電漿使該基板升溫；而待基板溫度穩定時，將作為前驅物之含氯矽基化合物或含氯分子導入腔體中，以在該基板上沉積形成立方晶系之碳化矽薄膜。

由先前技術內容可知，現今微波已成熟應用於半導體產業之電漿形成或材料間接加熱技術。此外，藉由微波進行加熱，可直接使坩堝內之碳化矽原料昇華而形成碳化矽晶球或晶錠；雖然微波加熱碳化矽的速度極快，且一但停止微波後可快速得到碳化矽溫度下降的回饋，對快速即時的溫場控制有顯著功效；然而，對整體熱場要長時間維持在高溫，單以微波加熱需要有較大的功率消耗。是以，為解決上述問題，本案創作人經由結合微波及感應線圈或電阻加熱的方式，可同時快速反應及調控碳化矽原料與碳化矽晶種及晶體的溫度，亦可用較低的功率長時間穩定坩堝溫度與整體溫場。

有鑑於此，本創作一方面提供一種碳化矽長晶裝置，其包括：(a)一坩堝，該坩堝具有一上側開放部、一下底部以及環側部所形成的容置空間，且該坩堝供一碳化矽原料或碳粉與矽粉或碳化矽原料加上上述碳粉或矽粉至少一種粉末以適當比例置於該坩堝的容置空間；(b)一坩堝蓋體，該坩堝蓋體具有一上部、一環側部及一背側，其位於該上側開放部作為該坩堝之上蓋，且該坩堝蓋體供一碳化矽晶種固定於該坩堝蓋體的背側，該背側係朝向於該碳化矽原料或其組合原料；(c)一隔熱單元，環設於該坩堝與坩堝蓋體的外表面；(d)一個或複數個第一加熱器及一個或複數個第二加熱器，設置於該坩堝之下底部、環側部及/或該坩堝蓋體上部、環側部，且該第一加熱器可設置於該坩堝任意之一個或多個位置，且其中該第一加熱器與該第二加熱器之加熱方式不同；(e)一個或複數個微波產生器，連結於該第一加熱器；以及(f)一數據監測單元，設置於該坩堝外側，以控制於碳化矽進行高溫長晶製程時該坩堝之溫度維持於1800至2500℃；其中，經由該些第一加熱器發射之微波之功率及頻率可分別調整。

根據本創作之一實施例，該些第一加熱器係為微波加熱器，該些第二加熱器係為感應加熱線圈及/或電阻加熱器。

根據本創作之一實施例，經由該些第一加熱器發射之微波功率大於0.3kW。

根據本創作之一實施例，經由該些第一加熱器發射之微波功率為3~1000kW。

根據本創作之一實施例，經由該些第一加熱器發射之微波頻率為300MHz~300GHz。

根據本創作之一實施例，經由該些第一加熱器發射之微波頻率為至少一選自800MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz或13GHz之任一種。

根據本創作之一實施例，經由該些第一加熱器發射之微波係具有相同功率，或者，經由該些第一加熱器發射之微波具有不同的功率。

根據本創作之一實施例，經由該些第一加熱器發射之微波頻率為單頻或多頻。

根據本創作之一實施例，該些第一加熱器包含一相位移轉裝置及一導波管。

根據本創作之一實施例，該些微波產生器包含一控制系統及一電源供應器。

根據本創作之一實施例，該控制系統包含一功率控制器及一磁控管。

根據本創作之一實施例，該些微波產生器進一步包含一隔離器，連接於該功率控制器。

根據本創作之一實施例，該些第一加熱器係電性連接一個或複數個頻率選擇板。

根據本創作之一實施例，該坩鍋的容置空間內進一步包含一個或複數個共振子。

根據本創作之一實施例，該共振子或該頻率選擇板下方設有一驅動裝置。

根據本創作之一實施例，該坩堝之材質為石墨、石墨附石墨烯層、石墨附碳化鉭層或石墨附碳化物層。

根據本創作之一實施例，該坩堝之溫度係控制於1900至2450℃。

根據本創作之一實施例，該坩堝蓋體背側之溫度係控制於1870至2420℃。

根據本創作之一實施例，該坩堝及該坩堝蓋體背側之溫度差為 30至200℃，且該坩堝之溫度高於該坩堝蓋體背側。

根據本創作之一實施例，該碳化矽長晶裝置係進一步包含一移動機構，該移動機構係設置於該坩堝，使該坩堝進行垂直移動或水平移動。

根據本創作之一實施例，該碳化矽長晶裝置係進一步包含一移動機構，該移動機構係設置於該些第一加熱器，使該些第一加熱器進行垂直移動、水平移動或前後移動。

根據本創作之一實施例，該碳化矽長晶裝置係進一步包含一冷卻機構，設置於該隔熱單元外側。

根據本創作之一實施例，該碳化矽長晶裝置係進一步包含一微波反射元件，設置於隔熱單元外側。

根據本創作之一實施例，該微波反射元件係進一步包含一微波反射板及一微波反射器，該微波反射器係設置於坩堝與微波反射板之間，該微波反射器透過形狀、表面圖形、角度調整或轉動來進行微波方向調整。

根據本創作之一實施例，該數據監測單元係為一非接觸式感測器。

根據本創作之一實施例，該數據監測單元更包括一微波感測器，設置於該坩堝外側，以監測微波功率。

根據本創作之一實施例，該數據監測單元係將一監測數據傳送至該控制系統，且該控制系統經由該監測數據調整該第一加熱器之功率。

根據本創作之一實施例，該些微波產生器下方設有一驅動裝置，並透過該驅動裝置以調整該些微波產生器的方向。

本創作之碳化矽長晶裝置藉由第一加熱器可針對坩堝內填充之碳化矽原料進行直接加熱，提供更均勻的溫度分布，使晶體之生長速度更快、所生成之碳化矽晶球/晶錠更為均勻。由於長晶過程中，會產生晶體周邊容易形成碳包覆與晶體中差排錯位之缺陷的問題，因此本創作之碳化矽長晶裝置係透過微波直接加熱碳化矽原料的方式，因熱源並非來自於坩堝或反應腔體的電阻加熱或感應加熱之熱傳導，故可以控制最熱區並非為坩堝或反應腔體，以減少在高溫製程中來自於坩堝或反應腔體的碳或雜質污染或改變昇華之氣體組成的疑慮，減少碳化矽晶體之外緣缺陷，亦有利於生成較大尺寸之碳化矽晶體，具有工業上之競爭優勢。

此外，本創作之裝置亦保有傳統之感應線圈或電阻加熱模式，藉由第二加熱器可針對坩堝進行加熱，以較低之功率維持該坩堝之溫度。本創作藉由結合感應線圈或電阻及微波加熱的方式，可達到以較低之功率消耗使坩堝長時間維持於高溫，並透過微波快速調整碳化矽原料、碳化矽晶種與成長中碳化矽晶體的溫度，使坩堝與坩堝蓋體及碳化矽原料與碳化矽晶種及成長中之晶體具有均勻且可被即時控制溫度之的溫場環境，以減少晶球或晶錠生成時的缺陷。另外，本裝置還包含了數據監測單元，藉由監控坩堝與坩堝蓋體之溫度變化，即時調整微波對應坩堝內碳化矽原料與坩堝蓋體碳化矽晶種至合適的溫度，使碳化矽晶球/晶錠或晶種成長產生擴晶的效果。

根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依實際比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本創作相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號指稱相似的元件及部件。

以下實施方式不應視為過度地限制本創作。本創作所屬技術領域中具有通常知識者可在不背離本創作之精神或範疇的情況下對本文所討論之實施例進行修改及變化，而仍屬於本創作之範圍。

於本文中，除非上下文另有載明，則術語「包含」、「包括」、「具有」或「含有」係包含性或開放性，並不排除其他未闡述之元素或方法步驟；術語「一」及「該」可解釋為單數亦可解釋為複數；術語「一個或多個」意旨「至少一個」，因此可以包括單個特徵或混合物/組合。此外，在本說明書及後附之申請專利範圍中，除非另外載明，否則「設置於某物之上」可視為直接或間接以貼附或其他形式與某物之表面接觸，該表面之界定應視說明書內容之前後/段落語意以及本說明所屬領域之通常知識予以判斷。

請一併參照圖1，本創作提供一種碳化矽長晶裝置100，其包括：(a)一坩堝110、(b)一坩堝蓋體120，其具有一上部、一環側部及一背側、(c)一隔熱單元130，環設於該坩堝110與坩堝蓋體120的外表面、(d)一個或複數個第一加熱器140及一個或複數個第二加熱器150，設置於該坩堝110之下底部、環側部及/或該坩堝蓋體120上部、環側部、(e)一個或複數個微波產生器連結於該第一加熱器140以及(f)一數據監測單元160，設置於該坩堝110外側。

具體而言，本文所述之坩堝110具有一上側開放部、一下底部以及環側部所形成的容置空間，該容置空間可供一碳化矽原料111或碳粉與矽粉或碳化矽原料加上上述碳粉或矽粉至少一種粉末以適當比例置於該坩堝110內；而所述之坩堝蓋體120係位於該上側開放部作為該坩堝110之上蓋。根據本創作之一實施例，該坩堝110供一碳化矽原料111置於該坩堝的容置空間；而該坩堝蓋體120供一碳化矽晶種112固定於該坩堝蓋體120的背側，該背側係朝向於該碳化矽原料111或其組合原料。詳言之，該碳化矽原料111係置於該坩堝110的容置空間，且占據該容置空間至少1/2以上之比例；而該坩堝蓋體120具有一石墨環121，該石墨環121可將氣流傳導至碳化矽晶種112上；該碳化矽晶種112係藉由一黏著層113固定於該坩堝蓋體120的背側，藉由該坩堝蓋體120放置於該坩堝110之上側開放部，作為該坩堝110之上蓋，以使該坩堝110產生一圍封空間。

本創作之坩堝110係設置於一反應腔體200內，該反應腔體200可為任何已知用於高溫結晶爐者。介於該隔熱單元130及該反應腔體200之間的空隙可以惰性氣體或氣體混合物填充；所述惰性氣體可以在該反應腔體200的內部空間中流動。具體地，該惰性氣體或氣體可以為氬氣、氦氣、氮氣及其混合氣體。根據本創作之一實施例，該反應腔體200之材質為石英。

該坩堝110之材質可為任何具備高熔點之習知材料，且為可承受長晶過程的任何狀況之坩堝；根據本創作之一實施例，該坩堝110之材質為石墨、石墨附石墨烯層、石墨附碳化鉭層或石墨附碳化物層。由於石墨具有良好的耐高溫及特殊熱性能、熱膨脹係數小、導電和導熱性佳，且在高溫條件下不容易軟化等特性，以及石墨在極高溫下會趨於隔熱狀態；因此，於一較佳實施態樣中，該坩堝110之材質為石墨。

本文所述之環設於該坩堝110外表面之隔熱單元130可為任何已知的高熔點製成較低導熱性材料，且可耐受坩堝110內的溫度，例如：石墨氈或其他石墨保溫材等。於一較佳實施態樣中，該隔熱單元130為複數層纖維狀，且該層數可隨著坩堝尺寸、坩堝形狀、反應腔體尺寸、晶體生長情形而變化。較佳地，該隔熱單元130之形狀符合坩堝110尺寸及形狀。

此外，為了維持低導熱性，該碳化矽長晶裝置係包含一冷卻機構170，設置於該隔熱單元130外側。本創作之冷卻機構170可控制坩堝110周圍之流體，以達到降溫或維持導熱性之效果，而所述流體可為水或是空氣。詳言之，該冷卻機構170可為含有冷卻流體(如：水)循環之冷卻通道之外壁與內壁之殼體，或者，可為附有空氣冷卻之單壁型殼體(如：從殼體底部至頂部者)，該殼體可為石英材。

坩堝110之形狀或尺寸可隨著反應腔體200、碳化矽原料111用量或待形成之碳化矽產物形狀及尺寸而有所變化。根據本創作之一實施例，該坩堝110可為一圓柱狀，且該坩堝110之上側開放部及下底部具有不同形狀或截面積，而該隔熱單元130可緊貼於上側開放部及下底部，使其整個與坩堝110表面接觸，或者，該隔熱單元130可僅緊貼於下底部而未緊貼於上側開放部，以使該坩堝110之上側開放部與隔熱單元130間具有一間隙。

該坩堝110係沿著反應腔體200之垂直中心軸水平(例如：軸向)置於反應腔體200之中心。該設置係取決於例如加熱元件之類型及位置，以及待生成的理想熱梯度。於一較佳實施態樣中，該坩堝110係垂直設置於該反應腔體200中心且為加熱元件所圍繞之反應腔體200之上或其中心處，然本創作不以此為限。另外，所屬技術領域中具有通常知識者可依據需求添加多孔濾材，例如多孔石墨濾材，於碳化矽原料111及碳化矽晶種112之間。

本文所述之碳化矽原料111能夠以任何形式存在，例如但不限於粉末、固體、顆粒或其組合。另外，該碳化矽原料111亦可為多孔、非多孔、低密度固體或高密度固體。此外，所述之碳化矽原料111可以各種方式製備，例如但不限於：提供一碳化矽混合物，且予以加熱以生成固態碳化矽原料；其中，該轉化程度可依據加熱的溫度、矽與碳之比例或混合物之形式等而有所不同。舉例而言，利用矽粒子與碳粒子所組成之混合物，可以增加反應表面積；較佳地，係使用過量之碳以使矽對碳化矽混合物之轉化，例如：該用於製備碳化矽原料之碳對矽莫耳比為1.2；於一較佳實施態樣中，該莫耳比為0.8至1.2；更佳地，該莫耳比為1.0至1.2。又，該矽粒子、碳粒子或碳化矽粒子之平均粒徑為50μm至10mm，例如但不限於50μm、80μm、100μm、300μm、500μm、700μm、900μm、1mm、1.2mm、1.8mm、2mm、2.6mm、3mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm。

請一併參照圖2，所述之碳化矽原料111可直接設置於該坩堝110之容置空間下方，或者，設置於一獨立容器中並裝設於該坩堝110之容置空間。詳細而言，根據本創作之一實施例，碳化矽長晶裝置300進一步包含一獨立容器310，該獨立容器310可包含一或多個容載空間，且為可耐受碳化矽產物生長所需之條件的容器。根據本創作之一實施例，該獨立容器310係為石墨。再者，該獨立容器310之形狀可依據坩堝110形狀或碳化矽原料111之用量而有所不同，然本創作不予以限制。

本文所述之碳化矽晶種112為本領域具有通常知識者所熟知之任何晶種。根據本創作之一實施態樣，該晶種為單晶；於一較佳實施態樣中，該晶種為碳化矽晶圓，且更佳係為單晶低缺陷之圓形碳化矽晶圓。根據本創作之一實施例，該圓形碳化矽晶圓的直徑為80mm至350mm，例如但不限於80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、105mm、110mm、115mm、120mm、125mm、130mm、135mm、140mm、145mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm、290mm、300mm、310mm、320mm、330mm、340mm或350mm。然本創作不加以限制該碳化矽晶種112之直徑，其可依據坩堝尺寸或待生成碳化矽產物之尺寸而有所不同。此外，該碳化矽晶種112之厚度亦可依據需求而調整；根據本創作之一實施例，該碳化矽晶種之厚度為0.5mm至3mm，例如但不限於0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3mm。

由於本創作之碳化矽晶種112為單晶碳化矽，因此具有一矽面及一碳面，且可視待形成之碳化矽產物之多形體而選擇任一面設置為面向碳化矽原料111。例如：製備6H碳化矽產物時，可將該晶種之矽面設置為面向碳化矽原料111進行成形，以獲得所需之碳化矽產物；若製備4H碳化矽產物時，則可將該晶種之碳面設置為面向碳化矽原料111以獲得該產物。根據本創作之一實施態樣，該長晶裝置係包含一晶種維持器，該晶種維持器係設置於該坩堝蓋體 120上，用以乘載該碳化矽晶種112而可露出該晶種之底面。該晶種維持器為可承受晶種生長變化之容器，且維持該晶種位置而不干擾晶種生長。本創作不予以限制該晶種維持器之材料，僅需可耐受該碳化矽晶種112生長的高溫條件即可。

該碳化矽晶種112具有一表面及一底面，且該表面係貼附於坩堝蓋體120，而該底面則面向坩堝下底部之碳化矽原料111。根據本創作之一實施例，該碳化矽晶種112之表面具有一保護層，該保護層可藉由對該晶種之生長產生抑制作用，以防止該碳化矽晶種112變質。具體而言，該保護層可為一或複數層，且該保護層之材料可為石墨、含碳層等，然本創作不以此為限。本領域技藝人士當能利用該領域所熟知的技術進行表面塗覆或鍍膜，以在晶種表面生成保護層。此外，該經塗覆或鍍膜保護層之晶種任意面(碳面或矽面)，即為該晶種之表面，係固定於坩堝蓋體120上。

復請參照圖1，本創作之一個或複數個第一加熱器140及一個或複數個第二加熱器150係設置於該坩堝之下底部、環側部及/或該坩堝蓋體，且該第一加熱器140可設置於該坩堝任意之一個或多個位置，且其中該第一加熱器140與該第二加熱器150之加熱方式不同。根據本創作之一實施例，該些第一加熱器140係為微波加熱器，該些第二加熱器150係為感應線圈及/或電阻加熱器。感應線圈可為例如但不限於射頻感應線圈(RF Coil)，其係圍繞著坩堝，藉由一射頻產生器輸出功率以加熱坩堝。電阻加熱器之材質包含但不限於石墨、鎢或鉬等。

請一併參照圖1，若該第一加熱器140為微波加熱器，該第二加熱器150為感應線圈，則該第一加熱器140可設置於該坩堝之下底部、環側部及/或該坩堝蓋體，該第二加熱器150設置於該坩堝之環側部，於較佳實施樣態中，該第一加熱器140係設置於坩堝之下底部與該坩堝蓋體；該第二加熱器150係設置於坩堝之環側部。請一併參照圖3，若該第一加熱器140為微波加熱器，該第二加熱器150為電阻加熱器，則該第一加熱器140及該第二加熱器150均可設置於該坩堝之下底部、環側部及/或該坩堝蓋體，於一較佳實施態樣中，該第一加熱器140係設置於該坩堝蓋體或坩堝之下底部；及該第二加熱器150係設置該坩堝之下底部或該坩堝環側部，藉此，該些加熱器方能直接對碳化矽原料111及碳化矽晶種112進行加熱，達到最佳的加熱效果。

具體而言，當該第一加熱器140為微波加熱器，該第二加熱器150為感應線圈時，該第一加熱器140係設置於該坩堝之下底部及該坩堝蓋體，而該第二加熱器150係設置於該坩堝之環側部(如圖1所示) ；根據本創作之另一實施態樣中，當該第一加熱器140為微波加熱器，而該第二加熱器150為電阻加熱器時(如圖3所示)，該第一加熱器140及該第二加熱器150係設置於該坩堝110之下底部、環側部及坩堝蓋體120，藉此，該第一加熱器140可直接針對碳化矽原料111進行加熱，第二加熱器150則加熱坩堝110使其能用較低之消耗功率維持坩堝溫度，或將部分熱能傳導至堝內的碳化矽原料111。然而，該第一加熱器140可不限於設置於該坩堝之下底部及該坩堝蓋體之一側或兩側，該第二加熱器150亦不限於設置於該坩堝之環側部、坩堝之下底部或該坩堝蓋體。根據本創作之再一實施態樣中，該第一加熱器140為微波加熱器，該第二加熱器150為感應線圈及電阻加熱器，其中，該第一加熱器140及該電阻加熱器係設置於該坩堝之下底部及該坩堝蓋體，該感應線圈係設置於該坩堝之環側部(如圖4所示)。

由於微波加熱器具有直接加熱碳化矽材料並可即時控制溫度之優點，且其可設置於坩堝110的任意位置上，便於針對碳化矽原料111或碳化矽晶種112進行即時升溫或降溫之效果；然而該微波加熱器主要針對碳化矽原料111或碳化矽晶種112進行加熱，對加熱坩堝110之效果較不顯著，因此本創作藉由搭配傳統的感應線圈或電阻加熱方式，可以較低之功率消耗使坩堝110保持一定溫度，減少微波所需耗費的電能。

請一併參照圖3，根據本創作之一實施例，該碳化矽長晶裝置100係進一步包含一微波反射元件，該微波反射元件係設置於隔熱單元130外側。根據本創作之一實施態樣中，所述微波反射元件包含微波反射板180或微波反射器181。該微波反射板180可具有凹凸狀，例如波浪、曲線或其他圖案化之3D立體等結構，或者，該微波反射板180之設置相對於坩堝可呈現一角度；經由上述設置，可將該第一加熱器140所產生之微波進行反射，進一步使坩堝110內之碳化矽原料111或碳化矽晶種112受熱均勻，以獲得品質良好之碳化矽產物。所述微波反射器181係設置於坩堝110與微波反射板180之間，該微波反射器181透過形狀、表面圖形、角度調整來進行微波方向調整，或者，該微波反射器181可藉由旋轉、移動、轉動或其組合來進行微波反射以形成駐波，藉此以增加微波的均勻性。於一較佳實施態樣中，該碳化矽長晶裝置100可同時包含微波反射板180及微波反射器181。

本創作之冷卻機構170以及微波反射板180均設置於該隔熱單元130外側，本領域具有通常知識者可依據操作需求將三者之相對位置進行調整。於一實施態樣中，該冷卻機構170係夾設於該隔熱單元130及該微波反射板180之間；於一較佳實施態樣中，如圖3所示，該微波反射板180係夾設於該冷卻機構170及該隔熱單元130之間。詳細而言，該微波反射板180具有複數個通孔，該些通孔係對應至連結至第一加熱器140，使該些第一加熱器140產生的微波穿透該些通孔以進入至該坩堝110內，對坩堝110內之碳化矽原料111或碳化矽晶種112進行加熱。藉由該微波反射板180不停地反射微波，可使該第一加熱器140所產生之微波持續對坩堝110內之碳化矽原料111或碳化矽晶種112作用。於另一實施態樣中，該微波反射板180亦可不具有通孔；藉由使從其他角度方向射入之微波在微波反射板180間進行反射或產生駐波，以對坩堝110內之碳化矽原料111或碳化矽晶種112作用。

本創作之碳化矽長晶裝置具有一個或複數個第一加熱器140及一個或複數個第二加熱器150設置於該坩堝110之下底部、環側部及/或該坩堝蓋體120之上部或其環側部，藉由將該些第一加熱器140圍繞設置在坩堝110周圍以提供微波，使坩堝中的碳化矽原料111透過直接吸收微波能量轉換為熱能，快速提升溫度而發生反應，昇華成含矽及碳或兩者其一或二之蒸氣，該蒸氣隨熱場之溫度梯度往上移動至碳化矽晶種112上，並於碳化矽晶種112上沉積，最終生成碳化矽產物；另外，藉由該些第二加熱器150所產生之能量，可使坩堝110的溫度上升，進而將熱能間接傳導至坩堝110內的碳化矽原料111及碳化矽晶種112。具體而言，該第一加熱器140包含一導波管141，藉由該導波管141將其所輸出之微波傳輸至坩堝110內之碳化矽原料111與坩堝蓋體上之碳化矽晶種112進行加熱，而該導波管141可連結於坩堝110或坩堝蓋體120，或不連結於坩堝110或坩堝蓋體120。進一步地，該第一加熱器140及第二加熱器150與該坩堝110之間可依據需求夾設隔熱單元130或微波反射板180；若該第一加熱器140及第二加熱器150與該坩堝110之間夾設一隔熱單元130，則該第一加熱器140及第二加熱器150係設置於該隔熱單元130外側，並經由導波管141將微波傳輸至坩堝110內之碳化矽原料111與坩堝蓋體上之碳化矽晶種112 (如圖1所示)；若該第一加熱器140及第二加熱器150與該坩堝110之間夾設有隔熱單元130及微波反射板180，則該第一加熱器140係設置於該微波反射板180外，並經由導波管141將微波穿透至微波反射板180，使微波進行反射形成駐波，再傳輸至坩堝110內之碳化矽原料111與坩堝蓋體上之碳化矽晶種112進行微波加熱，而該第二加熱器150則設置於該坩堝110上以提供該坩堝110熱能(如圖3所示)。本創作藉由該第一加熱器140所輸出之微波，對坩堝110內之碳化矽原料111與坩堝蓋體上之碳化矽晶種112進行直接加熱，以及藉由第二加熱器150提供坩堝110熱能，藉此使碳化矽原料111直接或間接昇華，以在碳化矽晶種112上形成碳化矽單晶。

所述第一加熱器140係以陣列方式排列，該陣列可為橫向陣列或縱向陣列(如圖3所示)，或該第一加熱器140可任意排列(如圖4所示)。具體地，該第一加熱器140可設置於相對該坩堝110任意之一個或多個位置，例如等距或不等距分布於該坩堝110之環側部上、分布於該坩堝110之上側開放部或下底部上、部分分布於該坩堝110之上側開放部且部分分布於該坩堝110之下底部上，然本創作不予以限制。於一較佳實施態樣中，該第一加熱器140係設置於該坩堝110之上側開放部、環側部及下底部；更佳地，該第一加熱器140係設置於該坩堝110之上側開放部及下底部。此外，該第一加熱器140可設置於反應腔體200之內側、中間或外側；如圖3所示，該第一加熱器140係設置於反應腔體200之中間，穿透過該反應腔體200以發射微波，然本創作不予以限制。根據本創作之一實施例，該第一加熱器140之數量係大於2個，然本創作不以此為限，技藝人士可依據需求調整該第一加熱器140的數量及位置；較佳地，該第一加熱器140之數量越多，可產生越均勻之加熱效果。

請一併參照圖5，根據本創作之一實施例，該第一加熱器140進一步包含一微波產生器142及一相位移轉裝置143；其中，該微波產生器142係包含一控制系統1421及一電源供應器1422，且更進一步，該控制系統1421包含功率控制器1423及一磁控管1424。詳細而言，該微波產生器142藉由電源供應器1422供應電源，使磁控管1424產生微波；該微波產生器142所產生之微波藉由第一加熱器140之導波管141傳送至坩堝110，以使坩堝110加熱。所述導波管141亦可將微波傳送至微波反射器181或相位移轉裝置143以反射微波，產生駐波而對坩堝110進行加熱。根據本創作之一實施例，經由該些第一加熱器140發射之微波功率及頻率可分別調整，其中，經由該些第一加熱器140發射之微波功率為相同或不同；根據本創作之一實施例，經由該些第一加熱器140發射之微波功率大於0.3 kW，例如但不限於：大於0.3kW、大於0.5 kW、大於1 kW、大於2 kW、大於3 kW、大於5 kW、大於20 kW、大於50 kW、大於100 kW、大於500 kW、大於600 kW、大於700 kW或大於800 kW；於一較佳實施態樣中，經由該些第一加熱器140發射之微波功率為3~1000 kW，然本創作不以此為限。根據本創作之另一實施例，經由該些第一加熱器140發射之微波頻率為單頻或多頻；其中，經由該些第一加熱器140發射之微波頻率為300 MHz~300 GHz，例如但不限於：300 MHz、475 MHz、500 MHz、615MHz、638 MHz、700 MHz、800MHz、896 MHz、900 MHz、915 MHz、1 GHz、1.412GHz、2.214GHz、2.45 GHz、3.017GHz、3.82GHz、5.8 GHz、13 GHz、15 GHz、60 GHz、150 GHz、200 GHz、250 GHz或300 GHz；於一較佳實施態樣中，經由該些第一加熱器140發射之微波頻率為至少一選自800 MHz、915 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz或13 GHz之任一種。

由於長晶過程中將原料昇華需要很高的溫度，若溫度不夠或升溫太慢，會造成碳化矽原料因含矽與含碳之蒸氣壓不同而先後產生蒸氣，容易造成含矽或碳蒸氣比例失衡，使所形成之碳化矽產物品質不佳，故提供一穩定且均勻的高溫溫場係為重要。

創作人經實驗發現，對石墨、碳化矽及氧化鋁三者提供同樣的微波功率下，石墨及氧化鋁對於微波之吸收度很差，微波後所能提升之溫度很低；而碳化矽材料對於微波之吸收度較佳，可提升至較高的溫度；因此，本創作藉由提供一大於0.3 kW之功率，可使坩堝內之碳化矽材料的溫度高達2000℃以上，促使該碳化矽原料昇華完全，並形成碳化矽產物。在微波加熱的過程中，微波穿過坩堝，並直接加熱碳化矽原料或碳化矽晶種，除了對碳化矽升溫速率可大幅度提升外，更大幅節省所需之加熱時間。另外，藉由感應線圈或電阻加熱的方式，可以較低之功率維持該坩堝之溫度。本創作藉由結合微波加熱及感應線圈或電阻式加熱的方法，可達到以較低之功率消耗使坩堝長時間於高溫，並透過微波快速調整碳化矽原料、碳化矽晶種與成長中碳化矽晶體的溫度，使坩堝與坩堝蓋體及碳化矽原料與碳化矽晶種及成長中之晶體具有均勻且可被即時控制溫度之的溫場環境，以減少晶球或晶錠生成時的缺陷。

所述相位移轉裝置143係與控制系統1421相連接，以接受控制系統1421之指令，進而使相位移轉裝置143可改變微波產生器142所產生之微波的相位。藉此，該微波產生器142輸入至坩堝110的微波可以在多種不同相位中切換，以對應該坩堝110產生不同相位排列組合的駐波圖形。根據本創作之一實施態樣，該相位移轉裝置143為6位元數位相位移轉裝置，可產生64種不同的相位組合，然本創作不以此為限。

相位移轉裝置143所輸出之微波會輸入至功率控制器1423；該功率控制器1423亦與控制系統1421相連接，以接收控制系統1421所發出之指令，進而使功率控制器1423可調控該微波產生器142所產生之功率。詳言之，該功率控制器1423包含一功率放大模組1425及一功率分配模組1426；該功率放大模組1425可放大微波產生器142所產生之功率，並進一步利用該功率分配模組1426將功率分配至第一加熱器140；藉此，該微波產生器142輸入至坩堝的微波可以調整成適合的加熱功率，且可以在多種功率中切換，產生不同功率排列組合的駐波。根據本創作之一實施態樣，該功率放大模組1425可為二級放大器或三級放大器，然本創作不以此為限。其中，該功率放大器可為氮化鎵固態功率放大器。

根據本創作之一實施例，該功率控制器1423進一步包含一偏壓電路。該功率放大模組1425之數量與該偏壓電路之數量相同；進一步地，該偏壓電路與控制系統1421連接，接收控制系統1421所發出之指令，以控制功率放大模組1425的偏壓，藉此以控制後續對微波產生器142所產生之微波進行二級放大。此外，該偏壓電路亦可與一數據監測單元160連接，利用該數據監測單元160針對該偏壓電路之偏壓進行量測。

復請參照圖5，根據本創作之一實施例，該微波產生器142進一步包含一隔離器1427，連接於該功率控制器1423。具體而言，該隔離器1427係用於隔離由坩堝110所反射回來之微波，藉此以保護該功率控制器1423因為直接接收到反射回來的微波而導致功率控制器1423的損壞。由隔離器1427隔離反射訊號，該經功率放大模組1425放大後所輸出之微波僅單向傳輸至坩堝；接著，該微波通過微波反射板180傳送至坩堝110，藉此以將對坩堝110內部的碳化矽原料111或坩堝蓋體上的碳化矽晶種112進行直接加熱動作。

本創作之碳化矽長晶裝置還包含一數據監測單元160，設置於該坩堝110外側(如圖1所示)，亦可設置於該坩堝蓋體120外側上(如圖3所示)，藉此以監測坩堝內容置空間及坩堝蓋體之溫度。詳細而言，該數據監測單元160為一紅外線感測裝置，用以感測溫度；進一步地，該數據監測單元160為接觸式或非接觸式溫度感測器；所述接觸式係採用高熔點材料或其包覆之熱電偶；而非接觸式係在坩堝外側的保溫材料上開一小孔，並利用紅外線溫度檢測裝置監測溫度。於一較佳實施態樣中，該數據監測單元160係為一非接觸式感測器，其監控溫度的區域可為坩堝下底部、環側部、坩堝蓋體上部、環側部。所述之數據監測單元160可設置一或多組於坩堝蓋體，例如二組、三組或五組等，使該數據監測單元160垂直或傾斜朝向坩堝蓋體120以感應坩堝蓋體120的溫度，藉此以控制碳化矽晶種的徑向溫度差。本創作之碳化矽長晶裝置100藉由該數據監測單元160可獲得該坩堝110及該坩堝蓋體120之溫度，進而控制該坩堝110內側以及容置空間所含之碳化矽原料111與碳化矽晶種112之溫度。根據本創作之一實施例，該坩堝之溫度係控制於1800至2500℃，例如但不限於1800℃、1850℃、1900℃、1950℃、2000℃、2050℃、2100℃、2150℃、2200℃、2250℃、2300℃、2350℃、2400℃、2450℃或2500℃；於一較佳實施態樣中，該坩堝的溫度係控制於1900至2450℃；藉由調控坩堝之溫度，進而使置於該坩堝之碳化矽原料的溫度得以被控制。根據本創作之一實施例，其中該坩堝蓋體背側的溫度係控制於1870至2420℃，例如但不限於1870℃、1900℃、1910℃、1930℃、1950℃、1980℃、2000℃、2010℃、2030℃、2050℃、2060℃、2080℃、2100℃、2120℃、2140℃、2150℃、2160℃、2170℃、2180℃、2190℃、2200℃、2250℃、2280℃、2300℃、2350℃、2380℃、2400℃或2420℃；藉由調控坩堝蓋體背側之溫度，亦可使置於該坩堝蓋體背側之碳化矽晶種受到控制，以達到最佳晶種生長條件。

此外，該坩堝及坩堝蓋體背側之溫度差亦須控制於一定範圍內，使其所製備出之碳化矽產物的品質優良。根據本創作之一實施例，該坩堝及該坩堝蓋體背側之溫度差為30至200℃，例如但不限於30℃、40℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃，且該坩堝之溫度高於該坩堝蓋體背側。

根據本創作之一實施例，該數據監測單元160更包括一微波感測器161，設置於該坩堝110外側。該微波感測器161係用以監測微波功率，以回饋調整第一加熱器輸出之微波，避免裝置損壞。根據本創作之一實施例，該數據監測單元160係將一監測數據傳送至該控制系統1421，且該控制系統1421經由監測到的微波數據調整該第一加熱器140之功率。詳言之，該控制系統1421分別與該微波感測器161及第一加熱器140連接；根據該微波感測器161所監測之第一加熱器140之微波及坩堝110反射之微波的相位及功率，產生一監測數據，並將該監測數據傳送至該控制系統1421，並進一步控制該第一加熱器140所輸出之微波的功率、相位及頻率。

根據本創作之一實施例，該數據監測單元160可為一獨立處理器，或者，與控制系統1421為同一處理器。該數據監測單元160係分別與第一加熱器140、微波感測器161及控制系統1421連接，該數據監測單元160可量測該第一加熱器140的偏壓，以監測該第一加熱器140是否符合預期操作狀態。此外，該數據監測單元160亦可藉由讀取微波感測器161對第一加熱器140所輸出之微波及坩堝110所反射之微波的分析結果，獲得該第一加熱器140及該坩堝110所反射之微波的相位及功率，以判斷第一加熱器140所產生之微波及坩堝110所反射之微波的相位及功率是否符合預期狀態。

微波加熱對於晶體擴晶與晶體長度之增大有正面的幫助。透過數據監測單元160偵測溫度與控制系統1421調節微波，該方式可讓長晶部之整體溫場受到良好的控制與改善，徑向與軸向溫度都能透過微波調節控制，進一步提高單批生長之碳化矽晶體大小與長度，同時也可得到較低的應力與差排缺陷。

根據本創作之一實施例，該坩堝110的容置空間內進一步包含一個或複數個共振子。根據本創作之較佳實施例，該共振子係指置於該坩堝下底部之碳化矽原料111。藉由該共振子與該第一加熱器140之微波產生共振，以使該共振子周圍的加熱功率增加，達到加熱均勻性，進而獲得坩堝內碳化矽原料111整體的加熱效果提升。

根據本創作之一實施例，該些第一加熱器140係電性連接一個或複數個頻率選擇板。本文所述之頻率選擇板係電性連結於該些第一加熱器140之控制系統1421，該頻率選擇板可允許特定頻率通過，而過濾非該範圍內之頻率。經過濾後之微波可於坩堝110內形成共振，以達到加熱作用。

根據本創作之一實施例，該共振子或該頻率選擇板設有一驅動裝置。該驅動裝置可用以移動或旋轉該共振子或該頻率選擇板。舉例而言，該驅動裝置可藉由持續或間歇移動該共振子或該頻率選擇板，調整該共振子或該頻率選擇板與待加熱物(如碳化矽原料)之間的距離，以達到均勻加熱的效果；或者，該驅動裝置可藉由持續或間接旋轉該共振子或該頻率選擇板，調整該共振子或該頻率選擇板與待加熱物之間的方位，以使該待加熱物可被均勻地加熱。根據本創作另一實施例，該些微波產生器142下方亦設有一驅動裝置，並透過該驅動裝置以調整該些微波產生器142的方向，而可對該坩堝110產生不同方向之微波。

根據本創作之一實施例，該碳化矽長晶裝置100係進一步包含一移動機構190，該移動機構190係設置於該坩堝110上，使該坩堝110進行垂直移動或水平移動，如圖3及圖4所示；根據本創作之另一實施例，該移動機構亦可設置於該些第一加熱器上(圖未示)，使該些第一加熱器140進行垂直移動、水平移動或前後移動。進一步地，該移動機構190可使該坩堝110或該些第一加熱器140移動或旋轉，調整坩堝110或第一加熱器140的位置。於長晶的過程中，增加該坩堝110或第一加熱器140的旋轉速度，可增加微波加熱的均勻性，進而減少溫度的波動所造成晶種生成之晶體的直徑變化。此外，該移動機構亦可搭配前述之微波反射器181同時作動，使第一加熱器140進行移動或旋轉至一適當角度，並利用微波反射器181改變微波方向，針對待加熱產物提供一最佳微波效果。

本創作另一方面提供一種碳化矽晶球/晶錠 (Boule/Ingot)，其係利用如上所述之碳化矽長晶裝置所形成的碳化矽晶球/晶錠，該碳化矽晶球/晶錠再經過加工後可形成碳化矽晶種或碳化矽基板，以作為半導體產業之原料；其中，該碳化矽晶種可作為生長新的碳化矽晶球/晶錠之原料。

該形成碳化矽晶球/晶錠之條件係在環境壓力為0.5托爾(torr)至250托爾下進行，例如但不限於0.5托爾、1托爾、2托爾、3托爾、4托爾、5托爾、7托爾、10托爾、20托爾、30托爾、40托爾、50托爾、60托爾、70托爾、80托爾、90托爾、100托爾、110托爾、120托爾、130托爾、140托爾、150托爾、200托爾或250托爾；長晶所需的溫度控制在1800至2600攝氏度，例如但不限於1800攝氏度、1900攝氏度、2000攝氏度、2100攝氏度、2200攝氏度、2300攝氏度、2400攝氏度、2500攝氏度或2600攝氏度；該碳化矽長晶裝置之升溫速率係為5至1500℃/min，例如但不限於5℃/min、10℃/min、30℃/min、50℃/min、80℃/min、100℃/min、150℃/min、200℃/min、250℃/min、300℃/min、350℃/min、400℃/min、450℃/min、500℃/min、550℃/min、600℃/min、650℃/min、700℃/min、750℃/min、800℃/min、850℃/min、900℃/min、950℃/min、1000℃/min、1100℃/min、1200℃/min、1300℃/min、1400℃/min或1500℃/min；長晶的時間為5至200小時，例如但不限於5小時、10小時、20小時、30小時、40小時、50小時、60小時、70小時、80小時、90小時、100小時、110小時、120小時、130小時、140小時、150小時、160小時、170小時、180小時、190小時或200小時。經由控制上述長晶條件，可獲得本創作之碳化矽晶球/晶錠。

本創作再一方面提供一種碳化矽晶球/晶錠之形成方法，其係利用如上所述之碳化矽長晶裝置所形成的碳化矽晶球/晶錠之製法。具體而言，該方法係將一碳化矽原料加入至坩堝中，且固定一碳化矽晶種於該坩堝蓋體上；將該坩堝蓋體放置於該坩堝之上側開放部以使坩堝內部形成一圍封空間；接續，啟動微波產生器以產生微波，並藉由第一加熱器將該微波經由導波管穿透至微波反射元件，由微波反射元件將微波進行反射，再傳輸至坩堝以對該坩堝內的碳化矽原料與坩堝蓋體上碳化矽晶種進行加熱；坩堝內之碳化矽原料經加熱後昇華成氣體，並凝固於該碳化矽晶種上；碳化矽晶種隨著凝固之氣體增加而逐漸形成本創作之碳化矽晶錠或晶球。其中，該碳化矽晶錠之加熱過程中，該形成碳化矽晶球/晶錠之條件係在環境壓力為0.5托爾(torr)至250托爾下進行，例如但不限於0.5托爾、1托爾、2托爾、3托爾、4托爾、5托爾、7托爾、10托爾、20托爾、30托爾、40托爾、50托爾、60托爾、70托爾、80托爾、90托爾、100托爾、110托爾、120托爾、130托爾、140托爾、150托爾、200托爾或250托爾；加熱溫度係控制於1800至2600攝氏度，例如但不限於1800攝氏度、1900攝氏度、2000攝氏度、2100攝氏度、2200攝氏度、2300攝氏度、2400攝氏度、2500攝氏度或2600攝氏度；該碳化矽長晶裝置之升溫速率係為5至1500℃/min，例如但不限於5℃/min、10℃/min、30℃/min、50℃/min、80℃/min、100℃/min、150℃/min、200℃/min、250℃/min、300℃/min、350℃/min、400℃/min、450℃/min、500℃/min、550℃/min、600℃/min、650℃/min、700℃/min、750℃/min、800℃/min、850℃/min、900℃/min、950℃/min、1000℃/min、1100℃/min、1200℃/min、1300℃/min、1400℃/min或1500℃/min；長晶的時間為5至200小時，例如但不限於5小時、10小時、20小時、30小時、40小時、50小時、60小時、70小時、80小時、90小時、100小時、110小時、120小時、130小時、140小時、150小時、160小時、170小時、180小時、190小時或200小時。

經上述方法所形成之碳化矽晶球或晶錠可具有較低的差排錯位之缺陷；具體地，該碳化矽晶球或晶錠之微管密度(Micro-pipe Density, MPD) ＜ 3ea/cm ²，較佳為0.1至1 ea/cm ²；缺陷密度(Etch-pit Density, EPD) ＜ 20000ea/cm ²，較佳為500至15000 ea/cm ²；貫通刃狀位錯(Threading Edge Dislocation, TED) ＜ 15000ea/cm ²，較佳為500至10000 ea/cm ²；貫通螺旋位錯(Threading Screw Dislocation, TSD) ＜ 5000ea/cm ²，較佳為100至3000 ea/cm ²；基底面位錯(Basal Plane Dislocation, BPD) ＜ 8000ea/cm ²，較佳為500至5000 ea/cm ²。藉由降低晶體的差排錯位之缺陷，可提升晶體完整度，有利於生成較大尺寸的碳化矽晶球或晶錠。 實施例

在下文中，將進一步以詳細說明與實施例描述本創作。然而，應理解這些實施例僅用於幫助可更加容易理解本創作而非用於限制本創作之範圍。

實施例1：不同組合之第一加熱器及第二加熱器的功率消耗

以下係將第一加熱器及第二加熱器設置於不同位置以測試不同組合之長晶裝置所需消耗之功率差異；具體而言，本試驗係將第一加熱器及第二加熱器依下列組合進行配置：組合A：第一加熱器設置於坩堝的上下部及環側部組合B：第一加熱器設置於坩堝的上下部且第二加熱器(感應線圈)設置於坩堝的環側部組合C：第一加熱器設置於坩堝的上下部且第二加熱器(電阻式)設置於坩堝的環側部組合D：第一加熱器設置於坩堝的上部且第二加熱器(電阻式)設置於坩堝下部且第二加熱器(感應線圈)設置於坩堝環側部依照上述不同組合之加熱器對碳化矽與坩堝進行升溫，並記錄各組合將碳化矽與坩堝加熱至2250℃所需消耗之功率，結果如下表1及圖6。

表1

	功率消耗(kW)
組合A：上下部與環側部第一加熱器	51
組合B：上下部第一加熱器+環側部第二加熱器(感應線圈)	17
組合C：上下部第一加熱器+環側部第二加熱器(電阻式)	36
組合D：上部第一加熱器+下部第二加熱器(電阻式)+ 環側部第二加熱器(感應線圈)	19

由表1及圖6可知，相較於僅設置第一加熱器之裝置(組合A)，於上下部設置第一加熱器及環側部設置第二加熱器之裝置(組合B至D)所消耗之功率較低；且進一步地，第一加熱器與感應線圈之配置(組合B)所消耗之功率更低。因此，本創作藉由結合第一加熱器(微波)及第二加熱器(感應線圈或電阻式)的方式，可達到以較低之功率消耗使坩堝長時間於高溫，使坩堝與坩堝蓋體及碳化矽原料與碳化矽晶種及成長中之晶體具有均勻且可被即時控制溫度之的溫場環境。此外，功率消耗會隨著填料量改變 (即，填料越多，功率消耗越大)；上開表1數據為低功率測試條件 (即填料量較低)，而圖 6 則為同時涵蓋低功率及高功率測試條件。

實施例2：不同組合之第一加熱器及第二加熱器對晶體生長之徑向溫度差的影響

確認第一加熱器及第二加熱器之最佳配置位置後，接著測試該些組合對於徑向溫度差之影響；本試驗係利用不同加熱器組合進行升溫，並記錄坩堝蓋體與坩鍋底部於不同加熱器組合下的徑向溫度差，結果如下表2及圖7。

表2

	坩堝蓋體徑向溫度差	坩堝底部徑向溫度差
上下部與環側部第一加熱器	2.5	3
上下部第一加熱器+ 環側部第二加熱器(感應線圈)	2.5	4
上下部第一加熱器+ 環側部第二加熱器(電阻式)	2.5	3.5
上部第一加熱器+ 下部第二加熱器(電阻式)+ 環側部第二加熱器(感應線圈)	2.5	6

在實施例1中已得知，於上下部設置第一加熱器及環側部設置第二加熱器之裝置所消耗之功率較僅設置第一加熱器之裝置低。而本試驗結果顯示，即便於上下部設置第一加熱器及環側部設置第二加熱器之裝置所消耗之功率較低，其仍可具有與僅設置第一加熱器之裝置相同的徑向溫度差。因此，本創作之裝置可以較低之功率消耗使坩堝長時間維持於高溫，且同時保持較低的徑向溫度差，以減少晶球或晶錠生成時的缺陷。

綜上所述，本創作之碳化矽長晶裝置藉由第一加熱器可針對坩堝內填充之碳化矽原料與坩堝蓋體上之碳化矽晶種進行直接加熱，提供更均勻的溫度分布，使晶體之生長速度更快、所生成之碳化矽晶球/晶錠更為均勻。由於長晶過程中，會產生晶體周邊容易形成碳包覆與晶體中差排錯位之缺陷的問題，因此本創作之碳化矽長晶裝置係透過微波直接加熱碳化矽原料與碳化矽晶種的方式，因熱源並非來自於坩堝或反應腔體的電阻加熱或感應加熱之熱傳導，故可以控制最熱區並非為坩堝或反應腔體，以減少在高溫製程中來自於坩堝或反應腔體的碳或雜質污染，減少碳化矽晶體之外緣缺陷，亦有利於生成較大尺寸之碳化矽晶體，具有工業上之競爭優勢。

本文中，所提供的所有範圍旨在包括在給定之範圍內的每個特定範圍以及在該給定範圍之間的子範圍的組合。此外，除非另有說明，否則本文提供的所有範圍皆包括所述範圍的端點。從而，範圍1-5具體包括1、2、3、4和5，以及諸如2-5、3-5、2-3、2-4、1-4等子範圍。

在本說明書中引用的所有刊物和專利申請案皆透過引用併入本文，並且出於任何及所有目的，每一個別刊物或專利申請案皆明確且個別地指出以透過引用併入本文。在本文與透過引用併入本文的任何刊物或專利申請案之間存在不一致的情況下，以本文為準。

以上已將本創作做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍內。

100、300:碳化矽長晶裝置

110:坩堝

111:碳化矽原料

112:碳化矽晶種

113:黏著層

120:坩堝蓋體

121:石墨環

130:隔熱單元

140:第一加熱器

141:導波管

142:微波產生器

1421:控制系統

1422:電源供應器

1423:功率控制器

1424:磁控管

1425:功率放大模組

1426:功率分配模組

1427:隔離器

143:相位移轉裝置

150:第二加熱器

160:數據監測單元

161:微波感測器

170:冷卻機構

180:微波反射板

181:微波反射器

190:移動機構

200:反應腔體

310:獨立容器

現就參考附圖僅以舉例的方式描述本創作技術的實施態樣，其中：圖1係根據本創作一實施例之碳化矽長晶裝置之示意圖；圖2係根據本創作一實施例之碳化矽長晶裝置之示意圖；圖3係根據本創作一實施例之碳化矽長晶裝置之示意圖；圖4係根據本創作一實施例之碳化矽長晶裝置之示意圖；圖5係根據本創作一實施例之第一加熱器之系統示意圖；圖6係根據本創作一實施例之不同組合之第一加熱器及第二加熱器的功率消耗之結果圖；圖7係根據本創作一實施例之不同組合之第一加熱器及第二加熱器對晶體生長的徑向溫度差之結果圖。

應當理解，本創作之各方面不限於附圖所示之配置、手段及特性。

100:碳化矽長晶裝置