WO2022061389A1 - Verfahren zum züchten von einkristallen - Google Patents

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crucible
crystal plates
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Kanaparin Ariyawong
Ghassan Barbar
Robert Ebner
Chih-Yung Hsiung
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Ebner Industrieofenbau Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device for growing single crystals, in particular made of silicon carbide (SiC), comprising a crucible, which crucible defines an outer lateral surface and further delimits a receiving space with an axial extension between a bottom section and an opening section, the receiving space for growing the Single crystals is formed, the device having at least one seed crystal layer.
  • SiC silicon carbide
  • the invention relates to a method for producing a seed crystal layer, in particular made of silicon carbide.
  • silicon carbide monocrystals are manufactured in furnaces with a crucible, in which the silicon carbide raw material is heated, and a seed crystal, on which further crystal growth takes place through accumulation.
  • the interior of the process chamber is also evacuated.
  • Graphite is used as the material for the innermost process chamber with the crucible.
  • the seed crystal is usually located directly on a lid of a crucible containing the raw material.
  • the seed crystal layer is composed of a plurality of seed crystal plates in the manner of a mosaic.
  • the solution according to the invention enables the production of ingots and subsequently wafers made of silicon carbide with any diameter.
  • Assembling the seed crystal layer is made significantly easier by the fact that the seed crystal plates each have a polygonal, in particular hexagonal, peripheral contour.
  • the seed crystal plates are connected to a cover of the crucible with or without intermediate layers arranged between the seed crystal plates and the cover.
  • the seed crystal plates can also be applied to a substrate that is separate from the cover.
  • the substrate is made of graphite.
  • the seed crystal layer has a thickness of between 350-2000 ⁇ m.
  • the seed crystal layer has a basis weight of 2.20 kg/m 2 to 3.90 kg/m 2 . Furthermore, it has proven advantageous that the seed crystal layer has at least one polished and/or ground and/or dry-etched surface.
  • the seed crystal layer has a surface-related roughness value of between 10 nm and 0.01 nm.
  • the seed crystal layer can be doped with at least one material, in particular SiC or AlN.
  • the above-mentioned object can also be achieved according to the invention with a method of the type mentioned at the outset in that the seed crystal layer is composed of a plurality of seed crystal plates in a mosaic-like manner.
  • the seed crystal plates can be applied to a substrate with or without the arrangement of at least one intermediate layer between the substrate and seed crystal plates.
  • At least one epitaxial layer made of monocrystalline silicon carbide can be applied to the seed crystal plates, in particular by means of a CVD method.
  • the seed crystal plates can be held together by the applied epitaxial layer.
  • the individual seed crystal plates have a surface-related roughness value of between 10 nm and 0.01 nm. Due to the formation of very smooth surfaces, the seed crystal plates can also adhere to a substrate, for example a lid of the crucible, without further intermediate layers, in particular adhesion promoter layers.
  • the seed crystal layer can be dry-etched, ground and/or polished.
  • the composite seed crystal layer can be subjected to a heat treatment. Provision can furthermore be made for the seed crystal layer to be provided with at least one material, in particular SiC or AlN, under a sublimation atmosphere.
  • FIG. 1 shows a first variant of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows a second variant of a device according to the invention
  • FIG. 6 shows a section through a seed crystal layer arranged on a substrate.
  • the furnace comprises an evacuatable chamber 402 with a crucible 403 accommodated therein.
  • the crucible 403 is of essentially pot-shaped design, with an upper end region being closed off by a cover 404 .
  • an underside of the cover 404 of the crucible 403 is usually designed for fastening a seed crystal 405 .
  • a bottom area 406 of the crucible 403 is a starting material 407 as a raw material for crystal growth on the Seed crystal 405 is used and is gradually consumed during the manufacturing process.
  • the transition of the starting material 407 into the gas phase is achieved by heating using a heater 408 .
  • the starting material 407 and the crucible 403 are heated inductively by the heater 408 .
  • the crucible 403 arranged in the chamber 402 is also encased by an insulation 409 for thermal insulation.
  • the insulation 409 prevents heat losses from the crucible 403 and achieves a heat distribution in the interior of the crucible 403 that is favorable for the growth process of the crystal on the seed crystal 405 .
  • a glass material in particular a quartz glass, is preferably used as the material for the chamber 402 .
  • the crucible 403 and the insulation 409 surrounding it are preferably made of graphite, with the insulation 409 being formed by a graphite felt.
  • the starting material 407 By heating the starting material 407 and causing atoms or molecules thereof to gaseous phase, they can be diffused in the interior of the crucible 403 to the seed crystal 405 and deposited thereon, whereby crystal growth takes place.
  • the seed crystal layer 507 is composed of a plurality of seed crystal plates 507a, 507b, 507c in the manner of a mosaic.
  • the individual seed crystal plates 507a, 507b, 507c are preferably put together in such a way that the crystal orientations of the seed crystal plates 507a, 507b, 507c are oriented in the same way and a closed flat surface results.
  • the fact that the individual seed crystal plates are made from wafers has proven to be advantageous here.
  • At least one epitaxial layer made of monocrystalline silicon carbide can be applied to the seed crystal plates 507a, 507b, 507c, in particular by means of a CVD method.
  • the application of the epitaxial layer represents a possibility of connecting the individual seed crystal plates 507a, 507b, 507c to one another.
  • the composite seed crystal layer 507 may be subjected to a heat treatment to remove any defects.
  • the seed crystal layer 507 can be heated to a temperature of over 1200° C. and this temperature can be maintained between 10 minutes and 3 hours. the. This can be followed by cooling and thermal annealing of defects at a temperature of less than 800°C.
  • the heat treatment can take place, for example, in a protective gas atmosphere.
  • the seed crystal layer 507 can be provided with a material, in particular SiC or AlN, in a sublimation atmosphere.
  • the seed crystal layer can be doped with the material.
  • the seed crystal plates 507a, 507b, 507c can each have a polygonal, in particular hexagonal, peripheral contour.
  • the seed crystal plates 507a, 507b, 507c can be connected to the lid 404 of the crucible 403 with or without intermediate layers arranged between the seed crystal plates and the lid, as is shown, for example, in FIG.
  • the seed crystal plates 507a, 507b, 507c can also be applied to a substrate which is separate from the cover 403, as is shown in FIG.
  • the seed crystal layer 507 has a preferred thickness of between 350-2000 ⁇ m and a preferred basis weight of between 2.20 kg/m 2 and 3.90 kg/m 2 .
  • the seed layer 507 may have one or two polished and/or lapped surfaces. It has turned out to be particularly favorable that the seed crystal layer has a surface-related roughness value of between 10 nm and 0.01 nm.
  • the area-related roughness value is defined, for example, in the EN ISO 25178 standard.
  • the seed crystal plates 507a, 507b, 507c are put together like a mosaic.
  • a device 501 for growing single crystals in particular single crystals made of silicon carbide, comprises a crucible 502.
  • the crucible 502 defines an outer lateral surface 503 and also delimits a receiving space 504 with an axial extension between a bottom section 505 and an opening section 506.
  • the accommodation space 504 is formed for growing the crystals, with at least one seed crystal layer 507 being arranged in the opening portion 506 .
  • the crucible 502 can be arranged in a chamber, as it corresponds to the chamber 402 and can also be inductively heated. In contrast to the embodiment according to FIG.
  • the seed crystal layer 507 is weighted down on a side facing away from the receiving space 504 by means of a weight 508 and is fixed in its position against at least one holding portion 509 arranged in the opening portion by the weight of the weight 508. Provision is preferably made for the seed crystal layer 507 to be formed only by the weight of the weight 508. Otherwise, the device 501 can be designed like the furnace from FIG.
  • At least one outer edge region of the seed crystal layer 507 can bear against the at least one holding section 509 .
  • the holding section 509 can be configured to run around an opening 510 of the opening section 506 .
  • the holding section 509 can be formed by at least one section of a holder 510 facing a longitudinal central axis of the crucible with an annular or tubular base body 511, with the holding section 509 protruding from the base body 511.
  • the holder 510 can be screwed into the crucible 502, as shown in FIG. 4, or plugged in, as shown in FIG.
  • the holder 510 can have an external thread 512 on a lateral surface of the base body 511, wherein a lateral surface delimiting the opening can have an internal thread 513 corresponding to the external thread.
  • the holder 510 inserted into the crucible can be located on a projection
  • the projection 514 can be formed, for example, around the opening of the opening portion 506 encircling.
  • the weighting mass 508 can be placed between the seed crystal layer 507 and a cover
  • the weighting mass 508 is preferably arranged loosely between the cover 515 and the seed crystal layer 507 .
  • the seed crystal layer 507 can be in the form of a mechanically self-supporting layer or can also be applied to a carrier substrate 516, as is shown in FIG. If the seed crystal layer 507 is applied to a carrier substrate, the weighting mass 508 can rest on the carrier substrate 516 .
  • Graphite has proven to be particularly suitable for the carrier substrate.
  • the weight 508 and/or the mount 510 may be made of metal, ceramic, mineral, or plastic.
  • metal ceramic, mineral, or plastic.
  • refractory materials, carbides, oxides or nitrides have proven to be particularly suitable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Züchten von Einkristallen, insbesondere aus Siliziumcarbid, umfassend einen Tiegel, welcher Tiegel eine äußere Mantelfläche definiert und weiters einen Aufnahmeraum mit einer Axialerstreckung zwischen einem Bodenabschnitt und einem Öffnungsabschnitt umgrenzt, wobei der Aufnahmeraum zum Züchten der Einkristalle ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung zumindest eine Keimkristall Schicht (507) aufweist, wobei die Keimkristall Schicht (405, 507) aus mehreren Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) mosaikartig zusammengesetzt ist.

Description

VERFAHREN ZUM ZÜCHTEN VON EINKRISTALLEN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Züchten von Einkristallen, insbesondere aus Sili- ziumcarbid (SiC), umfassend einen Tiegel, welcher Tiegel eine äußere Mantelfläche definiert und weiters einen Aufnahmeraum mit einer Axialerstreckung zwischen einem Bodenabschnitt und einem Öffnungsabschnitt umgrenzt, wobei der Aufnahmeraum zum Züchten der Einkristalle ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung zumindest eine Keimkristallschicht aufweist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Keimkristallschicht, insbesondere aus Siliziumcarbid.
Für viele technische Anwendungen werden heute Einkristalle in industriellem Maßstab künstlich hergestellt. Nach den Phasenübergängen, die zu dem Kristall führen, können dabei die Züchtung aus der Schmelze, aus der Lösung und aus der Gasphase unterschieden werden. Bei der Züchtung aus der Gasphase können weiters die Herstellungsmethoden der Sublimation bzw. der physikalischen Gasphasenabscheidung sowie die Methode der chemischen Gasphasenabscheidung unterschieden werden. Bei der physikalischen Gasphasenabscheidung wird die zu züchtende Substanz durch Erhitzen verdampft, sodass sie in die Gasphase übergeht. Das Gas kann unter geeigneten Bedingungen an einem Keimkristall resublimieren, wodurch ein Wachstum des Kristalls erfolgt. Das üblicherweise poly kristallin vorliegende Rohmaterial (Pulver oder Granulat) erfährt auf diese Weise eine Umkristallisation. Ähnlich funktioniert die chemische Gasphasenabscheidung. Bei dieser wird der Übergang der zu züchtenden Substanz in die Gasphase erst durch eine Hilfssubstanz, an die die Substanz chemisch bindet, möglich, da sonst der Dampfdruck zu gering wäre. In Verbindung mit der Hilfssubstanz wird so eine höhere Transportrate hin zu dem Keimkristall erreicht.
An Siliziumcarbid-Einkristallen besteht insbesondere wegen ihrer Halbleiter-Eigenschaften großes Interesse. Ihre Herstellung wird in Öfen mit einem Tiegel, in dem das Siliziumcarbid- Rohmaterial aufgeheizt wird, und einem Keimkristall, an dem durch Anlagerung das weitere Kristallwachstum erfolgt, durchgeführt. Das Innere der Prozesskammer ist außerdem evakuiert. Als Material für die innerste Prozesskammer mit dem Tiegel wird Graphit verwendet. Üblicherweise befindet sich der Keimkristall direkt an einem Deckel eines das Rohmaterial enthaltenden Tiegels. Ein Problem, welches bei bekannten Verfahren auftritt, ist es, dass die Größe der Fläche der Keimkristalle üblicherweise begrenzt ist, weshalb sich nur Ingots aus Einkristalle mit beschränktem Durchmesser herstellen lassen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und die Herstellung von Ingots und in weiterer Folge von Wafern größerem Durchmessers zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Keimkristallschicht aus mehreren Keimkristallplatten mosaikartig zusammengesetzt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Herstellung von Barren und in weiterer Folge von Wafern aus Siliziumcarbid mit beliebigen Durchmessern.
Um Einkristalle sehr hoher Qualität zu erhalten, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Kristallorientierungen der Keimkristallplatten in der Keimkristallschicht gleich ausgerichtet sind.
Ein Zusammensetzen der Keimkristallschicht, wird dadurch wesentlich erleichtert, dass die Keimkristallplatten je eine polygonale, insbesondere hexagonale, Umfangskontur aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Keimkristallplatten mit einem Deckel des Tiegels mit oder ohne zwischen den Keimkristallplatten und dem Deckel angeordnete Zwischenschichten verbunden sind.
Die Keimkristallplatten können aber auch auf ein von dem Deckel getrenntes Substrat aufgebracht sein.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass das Substrat aus Graphit gebildet ist.
Um eine gute mechanische Stabilität und eine selbsttragende Keimkristallschicht zu erzielen, kann es vorgesehen sein, dass die Keimkristallschicht eine Dicke zwischen 350 - 2000pm aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Keimkristallschicht ein Flächengewicht von 2,20 kg/m2 bis 3,90 kg/m2 aufweist. Weiters hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Keimkristallschicht zumindest eine polierte und/oder geschliffene und/oder trockengeätzte Oberfläche aufweist.
Als besonders günstig hinsichtlich der Qualität der gezüchteten Einkristalle hat sich herausgestellt, dass die Keimkristallschicht einen flächenbezogenen Rauheitswert zwischen 10 nm und 0,01 nm aufweist.
Weiters kann die Keimkristallschicht mit zumindest einem Material dotiert sein, insbesondere SiC oder AIN.
Die oben genannte Aufgabe lässt sich auch mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch lösen, dass die Keimkristallschicht aus mehreren Keimkristallplatten mosaikartig zusammengesetzt wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass die einzelnen Keimkristallplatten aus Wafern hergestellt sind.
Die Keimkristallplatten können auf ein Substrat mit oder ohne Anordnung zumindest einer Zwischenschicht zwischen Substrat und Keimkristallplatten aufgebracht werden.
Darüber hinaus kann auf die Keimkristallplatten zumindest eine Epitaxie- Schicht aus Einkristallinem Siliziumcarbid, insbesondere mittels eines CVD-Verfahrens, aufgebracht werden. Die Keimkristallplatten können durch die aufgebrachte Epitaxie-Schicht zusammengehalten werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich auch erwiesen, dass die einzelnen Keimkristallplatten einen flächenbezogenen Rauheitswert zwischen 10 nm und 0,01 nm aufweisen. Durch die Ausbildung sehr glatte Oberflächen können die Keimkristallplatten auch ohne weitere Zwischenschichten, insbesondere Haftvermittlerschichten, an einem Substrat, beispielsweise einem Deckel des Tiegels anhaften.
Weiters kann die Keimkristallschicht trockengeätzt, geschliffen und/oder poliert werden.
Um eventuelle Defektstellen zu beseitigen kann die zusammengesetzte Keimkristallschicht einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Weiters kann es vorgesehen sein, die Keimkristallschicht mit zumindest einem Material, insbesondere SiC oder AIN, unter einer Sublimationsatmosphäre zu versehen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Keimkristallschicht;
Fig. 3 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5 eine vierte Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 6 einen Schnitt durch eine auf einem Substrat angeordnete einer Keimkristallschicht.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Eageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 401 in Form eines Ofens zur Herstellung von Einkristallen mittels physikalischer Gasphasenabscheidung. Der Ofen umfasst eine evakuierbare Kammer 402 mit einem darin aufgenommenen Tiegel 403. Der Tiegel 403 ist im Wesentlichen topfförmig ausgebildet, wobei ein oberer Endbereich durch einen Deckel 404 abgeschlossen wird. Eine Unterseite des Deckels 404 des Tiegels 403 ist dabei üblicherweise zur Befestigung eines Keimkristalls 405 ausgebildet. In einem Bodenbereich 406 des Tiegels 403 befindet sich ein Ausgangsmaterial 407 das als Rohstoff für das Kristallwachstum an dem Keimkristall 405 dient und das während des Herstellungsprozesses allmählich aufgebraucht wird.
Der Übergang des Ausgangsmaterials 407 in die Gasphase wird durch Erhitzen mithilfe einer Heizung 408 erreicht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt das Aufheizen des Ausgangsmaterials 407 und des Tiegels 403 durch die Heizung 408 induktiv. Der in der Kammer 402 angeordnete Tiegel 403 ist außerdem zur thermischen Dämmung von einer Isolierung 409 umhüllt. Durch die Isolierung 409 werden gleichzeitig Wärmeverluste aus dem Tiegel 403 vermieden und wird eine für den Wachstumsprozess des Kristalls an dem Keimkristall 405 günstige Wärmeverteilung in dem Inneren des Tiegels 403 erreicht.
Als Material für die Kammer 402 dient vorzugsweise ein Glaswerkstoff, insbesondere ein Quarzglas. Der Tiegel 403 als auch die diesen umgebende Isolierung 409 bestehen vorzugsweise aus Graphit, wobei die Isolierung 409 durch einen Graphit-Filz gebildet wird.
Indem durch Erhitzen des Ausgangsmaterials 407 Atome bzw. Moleküle davon in die Gasphase übergehen, können diese in dem Innenraum des Tiegels 403 zu dem Keimkristall 405 diffundieren und sich daran ablagern, wodurch das Kristallwachstum erfolgt.
Gemäß Figur 2 ist die Keimkristallschicht 507 aus mehreren Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c mosaikartig zusammengesetzt. Die einzelnen Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c werden hierbei bevorzugt so zusammengesetzt, dass die Kristallorientierungen der Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c gleichartig ausgerichtet sind und sich eine geschlossene ebene Fläche ergibt. Als günstig hat sich hierbei erweisen, dass die einzelnen Keimkristallplatten aus Wafern hergestellt sind.
Auf die Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c kann mindestens eine Epitaxie- Schicht aus einkristallinem Siliziumcarbid, insbesondere mittels eines CVD- Verfahrens, aufgebracht werden. Das Aufbringen der Epitaxie- Schicht stellt, neben der Anordnung und Verbindung der einzelnen Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c auf einem Substrat eine Möglichkeit dar die einzelnen Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c miteinander zu verbinden. Die zusammengesetzte Keimkristallschicht 507 kann einer Wärmebehandlung unterzogen werden um etwaige Defekte zu beseitigen. So kann die Keimkristallschicht 507 beispielsweise auf eine Temperatur von über 1200°C erhitzt werden und diese Temperatur zwischen 10min und 3h gehalten wer- den. Hierauf kann ein Abkühlen und thermisches Ausheilen von Defekten bei einer Temperatur von weniger als 800°C erfolgen. Die Wärmebehandlung kann beispielsweise in einer Schutzgasatmosphäre erfolgen.
Weiters kann die Keimkristallschicht 507 mit einem Material, insbesondere SiC oder AIN, in einer Sublimationsatmosphäre versehen werden. Insbesondere kann die Keimkristallschicht mit dem Material dotiert werden.
Wie aus Figur 2 weiters erkennbar ist, können die die Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c je eine polygonale, insbesondere hexagonale, Umfangskontur aufweisen.
Die Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c können mit dem Deckel 404 des Tiegels 403 mit o- der ohne mit oder ohne zwischen den Keimkristallplatten und dem Deckel angeordnete Zwischenschichten verbunden sein, wie dies beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist. Die Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c können aber auch auf ein von dem Deckel 403 getrenntes Substrat aufgebracht werden, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
Die Keimkristallschicht 507 weist eine bevorzugte Dicke zwischen 350 — 2000pm auf sowie ein bevorzugtes Flächengewicht zwischen 2,20 kg/m2 und 3,90 kg/m2 auf.
Darüber hinaus kann die Keimkristallschicht 507 eine oder zwei polierte und/oder geläppte Oberflächen aufweisen. Als besonders günstig hat sich herausgestellt, dass die Keimkristallschicht einen flächenbezogenen Rauheitswert zwischen 10 nm und 0,01 nm aufweist. Der flächenbezogene Rauheitswert ist beispielswiese in der Norm EN ISO 25178 Norm definiert.
Zur Herstellung der Keimkristallschicht 507 werden die Keimkristallplatten 507a, 507b, 507c mosaikartig zusammengesetzt.
Gemäß Fig. 3 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 501 zum Züchten von Einkristallen, insbesondere von Einkristallen aus Siliziumcarbid, einen Tiegel 502. Der Tiegel 502 definiert eine äußere Mantelfläche 503 und umgrenzt weiters einen Aufnahmeraum 504 mit einer Axialerstreckung zwischen einem Bodenabschnitt 505 und einem Öffnungsabschnitt 506. Der Aufnahmeraum 504 ist zum Züchten der Kristalle ausgebildet, wobei in dem Öffnungsabschnitt 506 zumindest eine Keimkristallschicht 507 angeordnet ist. Der Tiegel 502 kann in einer Kammer, wie sie der Kammer 402 entspricht angeordnet sein und ebenfalls induktiv erhitzt werden. In Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die Keimkristallschicht 507 an einer dem Aufnahmeraum 504 abgewandten Seite mittels einer Beschwerungsmasse 508 beschwert und durch die Gewichtskraft der Beschwerungsmasse 508 in ihrer Position gegen zumindest einen in dem Öffnungsabschnitt angeordneten Halteabschnitt 509 fixiert. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Keimkristallschicht 507 nur durch die Gewichtskraft der Beschwerungsmasse 508. Im Übrigen kann die Vorrichtung 501 wie der Ofen aus Fig. 2 ausgebildet sein.
Wie aus Fig. 3 weiters ersichtlich ist kann die die Keimkristallschicht 507 mit zumindest einem äußeren Randbereich an dem zumindest einen Halteabschnitt 509 anliegen.
Der Halteabschnitt 509 kann um eine Öffnung 510 des Öffnungsabschnittes 506 umlaufend ausgebildet sein.
Gemäß den Figuren 4 und 5 kann der Halteabschnitt 509 zumindest einen durch einen einer Längsmittelachse des Tiegels zugewandten Abschnitt einer Halterung 510 mit einem ring- o- der rohrförmigen Grundkörper 511 gebildet sein, wobei der der Halteabschnitt 509 von dem Grundkörper 511 absteht. Die Halterung 510 kann in den Tiegel 502 eingeschraubt sein, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist oder eingesteckt sein, wie in Fig. 5 gezeigt.
Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform kann die Halterung 510 an einer Mantelfläche des Grundkörpers 511 ein Außengewinde 512 aufweisen, wobei eine die Öffnung begrenzende Mantelfläche ein mit dem Außengewinde korrespondierendes Innengewinde 513 aufweisen kann.
Gemäß Fig. 5 kann sich die in den Tiegel eingesteckte Halterung 510 an einem Vorsprung
514 des Tiegel 502 abstützen. Der Vorsprung 514 kann beispielsweise um die Öffnung des Öffnungsabschnittes 506 umlaufend ausgebildet sein.
Die Beschwerungsmasse 508 kann zwischen der Keimkristallschicht 507 und einem Deckel
515 des Tiegels 502 angeordnet sein, wobei die Beschwerungsmasse 508 und Deckel 515 getrennt voneinander ausgebildet sind. Bevorzugt ist die Beschwerungsmasse 508 lose zwischen Deckel 515 und Keimkristallschicht 507 angeordnet.
Die Keimkristallschicht 507 kann als mechanisch selbsttragende Schicht ausgebildet oder aber auch auf einem Trägersubstrat 516 aufgebracht sein, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Falls die Keimkristallschicht 507 auf ein Trägersubstrat aufgebracht ist, kann die Beschwerungsmasse 508 an dem Trägersubstrat 516 aufliegen. Als besonders geeignet für das Trägersubstrat hat sich Graphit herausgestellt.
Die Beschwerungsmasse 508 und/oder die Halterung 510 können aus Metall, Keramik, Mineral oder Kunststoff hergestellt sein. Als besonders geeignet haben sich beispielsweise feuerfeste Materialien, Karbide, Oxide oder Nitride herausgestellt.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung
Vorrichtung 510 Halterung
Kammer 511 Grundkörper
Tiegel 512 Außengewinde
Deckel 513 Innengewinde
Keimkristall 514 Vor sprung
Bodenabschnitt 515 Deckel
Ausgangsmaterial
Heizung
Isolierung
Klumpen
Pulver
Höhe
Pressling
Silizium
Achse
Lager
Vorratsbehälter
Zuleitung
Vorrichtung
Tiegel
Mantelfläche
Aufnahmeraum
Bodenabschnitt
Öffnungsabschnitt
Keimkristall a-c Keimkristallplatten
Beschwerungsmasse
Halteabschnitt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung (401, 501) zum Züchten von Einkristallen, insbesondere aus Silizi- umcarbid, umfassend einen Tiegel (403, 502), welcher Tiegel (403, 502) eine äußere Mantelfläche (503) definiert und weiters einen Aufnahmeraum (504) mit einer Axialerstreckung zwischen einem Bodenabschnitt (406, 505) und einem Öffnungsabschnitt (506) umgrenzt, wobei der Aufnahmeraum (504) zum Züchten der Einkristalle ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung zumindest eine Keimkristallschicht (507) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht (405, 507) aus mehreren Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) mosaikartig zusammengesetzt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallorientierungen der Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) in der Keimkristallschicht gleich ausgerichtet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) je eine polygonale, insbesondere hexagonale, Umfangskontur aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) mit einem Deckel (404) des Tiegels (403) mit oder ohne mit oder ohne zwischen den Keimkristallplatten und dem Deckel angeordnete Zwischenschichten verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) auf ein von dem Deckel (403, 515) getrenntes Substrat (516) aufgebracht sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Graphit gebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht eine Dicke zwischen 350 -2000pm aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht ein Flächengewicht von 2,20 kg/m2 bis 3,90 kg/m2 aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht zumindest eine polierte und/oder trockengeätzte und/oder geschliffene Oberfläche aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht einen flächenbezogenen Rauheitswert zwischen 10 nm und 0,01 nm aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht (507) mit zumindest einem Material dotiert ist, insbesondere SiC oder AIN.
12. Verfahren zur Herstellung einer Keimkristallschicht, insbesondere aus Silizi- umcarbid, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht (507) aus mehreren Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) mosaikartig zusammengesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) aus Wafern hergestellt sind.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) auf ein Substrat mit oder ohne Anordnung zumindest einer Zwischenschicht zwischen Substrat und Keimkristallplatten aufgebracht werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Keimkristallplatten (507a, 507b, 507c) zumindest eine Epitaxie-Schicht aus Einkristallinem Siliziumcarbid, insbesondere mittels eines CVD- Verfahrens, aufgebracht wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht geschliffen, poliert und/oder trockengeätzt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzte Keimkristallschicht (507) einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht (507) mit zumindest einem Material, insbesondere SiC oder AIN, in einer Sublimationsatmosphäre versehen wird.
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