RU173041U1 - Устройство для получения совершенных монокристаллов карбида кремния с дополнительными регулирующими контурами индукционного нагрева - Google Patents
Устройство для получения совершенных монокристаллов карбида кремния с дополнительными регулирующими контурами индукционного нагрева Download PDFInfo
- Publication number
- RU173041U1 RU173041U1 RU2017105577U RU2017105577U RU173041U1 RU 173041 U1 RU173041 U1 RU 173041U1 RU 2017105577 U RU2017105577 U RU 2017105577U RU 2017105577 U RU2017105577 U RU 2017105577U RU 173041 U1 RU173041 U1 RU 173041U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon carbide
- crucible
- single crystals
- temperature gradient
- growth
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/26—Vacuum evaporation by resistance or inductive heating of the source
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
- C30B23/06—Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
- C30B23/066—Heating of the material to be evaporated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B30/00—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions
- C30B30/04—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions using magnetic fields
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Получение совершенных монокристаллов карбида кремния является необходимой составляющей производства диодов, светодиодов, транзисторов, микросхем и спецприборов как элементной базы силовой микроэлектроники. Для выращивания совершенных монокристаллов предлагается устройство для получения монокристаллического карбида кремния - SiC, отличающееся тем, что для поддержания в ростовой камере температуры порядка 2500°С и требуемого ростового градиента температур 1÷4°С/мм применяется высокочастотный основной нагревательный контур (индукционный нагреватель) на мощных IGBT транзисторах, дополненный четырьмя управляемыми регулирующими колебательными контурами, позволяющими плавно и точно поддерживать необходимые значения градиента температур распределенной системы по оси тигля. Необходимые значения параметров сублимации удается поддерживать в оптимальном режиме путем управления четырьмя дополнительными управляемыми регулирующими контурами точной настройки, питающимися от основного нагревательного контура за счет индукционной связи.
Description
Полезная модель относится к микроэлектронике и ее целью является предлагаемое новое устройство для получения монокристаллического карбида кремния - SiC. Современная микроэлектроника и силовая электроника, в отличие от существующей элементной базы требует создания приборов, работающих в жестких температурных и радиационных условиях. Разработка и изготовление диодов, светодиодов, транзисторов, микросхем и спецприборов являются необходимой составляющей элементной базы нового поколения силовой микроэлектроники. Эффективные светодиоды на основе SiC уже широко используются в автомобилестроении, во многих энергосберегающих технологиях, силовых приборах и осветительных устройствах. Карбид кремния обладает уникальными свойствами, такими как химическая инертность, термическая стойкость, высокая теплопроводность, высокое напряжение электрического пробоя, механическая прочность и другими важными характеристиками [Гнесин Г.Г. «Карбидокремниевые материалы». М., 1977]. Совершенные монокристаллы SiC являются незаменимыми материалами при изготовлении подложек, буферных слоев, пленок в упомянутых выше устройствах и приборах силовой электроники.
Существующие устройства для получения монокристаллов SiC путем сублимации их из газовой фазы выглядят следующим образом: в ростовой камере (тигле), снабженной теплоизоляцией размещают параллельно одна напротив другой испаряющую поверхность источника SiC и ростовую поверхность затравочного монокристаллического SiC, расположенного на графитовом держателе. В ростовой камере создается поле рабочих температур порядка 2500°С с осевым градиентом от затравочного монокристалла к источнику [Афанасьев А.В., Ильин В.А., Лебедев А.О., Лучинин В.В., Таиров Ю.М. Микро- и нанотехнологии в новом технологическом укладе. №1 - 2(13-14)/2011, стр. 11-19]. Недостатком этих устройств является то, что при использовании сильнотокового (более 1000А) омического нагрева отсутствует надежное управление градиентами полей температур, и, как следствие, в образцах появляется большое количество механических напряжений, примесей и дефектов.
Известно устройство, в котором реализуется сублимационный рост монокристаллов карбида кремния [US Patent Application Publication №2009/053125, published Feb. 26, 2009, «Stabilizing 4H Poly type During Sublimation Growth of SiC Single Crystals»]. Данное устройство предусматривает размещение источника карбида кремния (в частности, поликристаллического карбида кремния) в нижней части ростовой камеры и герметизацию ростовой камеры с помощью верхней крышки, на которой закреплен затравочный кристалл. При выращивании кристалла карбида кремния температура затравочного кристалла поддерживается ниже, чем температура источника карбида кремния. Температура источника карбида кремния и затравочного кристалла контролируются оптическим пирометром через отверстия в теплоизоляции, диаметр которых значительно меньше диаметра затравочного кристалла, причем наличие таких пирометрических отверстий практически не влияет на температуру затравочного кристалла. Использование этого устройства позволяет стабилизировать 4H-SiC политип за счет использования в процессе роста церия или его соединений в качестве добавок. Однако, вследствие того, что требуемое распределение рабочих температур внутри ростовой камеры, а также градиент температур внутри кристалла в процессе роста в этом устройстве обеспечиваются только нагревателем в основании ростовой камеры, возможности регулирования режимами сублимации кристалла ограничены.
Известно устройство для выращивания монокристаллов карбида кремния, представленное в патенте [US Patent №6428621, published August 6, 2002, «Method for growing low defect density siliconcarbide»]. Это устройство включает параллельное размещение в ростовой камере, снабженной теплоизоляцией, одна напротив другой испаряющей поверхности источника карбида кремния и ростовой поверхности затравочного монокристалла. Рабочая температура имеет значение порядка 2500°С, предпочтительный градиент температур составляет 1÷4°С/мм. При этом необходимое распределение рабочих температур в ростовой камере обеспечивается не только нагревом ростовой камеры нагревателем, но и дополнительно за счет охлаждения затравочного кристалла через пирометрическое отверстие в теплоизоляции ростовой камеры, диаметр которого приблизительно равен диаметру затравочного кристалла. Такие условия создания температурного градиента внутри ростовой камеры позволяют расширить диапазон режимов выращивания кристаллов и, как следствие, повысить скорость их роста, а также оказывать влияние на геометрическую форму кристалла. Однако при завершении процесса роста в процессе охлаждения теплоотвод через пирометрическое отверстие в тепловой изоляции ростовой камеры продолжает оказывать влияние на температурный градиент в выращенном монокристалле, что сопровождается возрастанием в нем механических напряжений на разрыв и на срез. При этом возрастание механических напряжений в монокристалле на разрыв и на срез приводит к образованию в нем трещин и дислокаций.
Прототипом предлагаемого устройства по совокупности основных признаков является устройство для выращивания монокристаллов карбида кремния, представленное в патенте KR 20140041250 А, 04.04.2014, которое содержит тигель, где находится исходный материал в виде подготовленных зерен кристалла; первая и вторая нагревательные катушки, установленные снаружи тигля и подсоединенные к одному источнику энергии. Расстояние между катушками изменяется, поэтому для любой части тигля обеспечивается хорошая регуляция теплового режима. Однако, необходимые точные значения линейного градиента температур с плавным распределением по длине оси тигля, трудно обеспечить только одним дополнительным контуром.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в получении более совершенных монокристаллов карбида кремния, с минимальным количеством механических напряжений, трещин и примесей.
Указанный технический результат достигается за счет:
введения в нагревательную систему тигля четырех дополнительных управляемых регулирующих колебательных контуров с подстроечными конденсаторами, расположенных равномерно на оси тигля параллельно друг к другу и перпендикулярно оси тигля, обеспечивающих необходимый градиент температур, питающихся от основного нагревательного контура за счет индукционной связи и осуществляющих плавную и точную подстройку текущих значений градиента температур на оси тигля в ходе сублимации, что является наиболее существенным признаком процесса роста совершенного кристалла;
неподвижного закрепления четырех управляемых регулирующих контуров, что позволяет оптимизировать значения полей температур нагрева в распределенной системе в отличие от перемещаемого контура прототипа (патент KR 20140041250 А, 04.04.2014).
Структура устройства для получения совершенных монокристаллов карбида кремния показана на фигуре 1, где 1 - источник карбида кремния; 2 - корпус ростовой камеры (тигель); 3 - основной нагревательный контур; 4 - четыре дополнительных колебательных управляемых регулирующих контура; 5 - затравочный монокристалл (ростовая поверхность); 6 - крышка тигля.
Основной нагревательный контур 3 представляет собой высокочастотный индукционный нагреватель на мощных IGBT транзисторах. Дополнительные управляемые регулирующие колебательные контура 4 позволяют поддерживать необходимый градиент температуры с высокой точностью за счет подстроечных конденсаторов, обеспечивающих резонансный режим с основным нагревательным контуром. Стабильность режима сублимации поддерживается путем изменения электрических параметров дополнительных управляемых регулирующих колебательных контуров.
В предлагаемом устройстве стабильные значения градиента температуры 1÷4°С/мм с высокой точностью обеспечиваются путем измерения текущих температур с накоплением их значений в базе данных внешней памяти и дальнейшей автоматизированной обработкой полученной информации. Это необходимо для обеспечения коррекции траектории оптимального режима сублимации совершенного монокристалла с минимальным количеством примесей и внутренних механических напряжений. Качество кристалла проверяется после каждого рабочего цикла. В дальнейшем при повторении реализации процесса роста монокристалла используется наработанная база данных использованных режимов. При этом пользователем выбирается траектория режимных значений, позволяющая достичь наилучшего качества кристалла автоматически.
В зоне роста создаются стабильные поля рабочих температур с осевым градиентом в направлении от затравочного монокристалла 5 к источнику карбида кремния 1. Это обеспечивает равномерное испарение источника карбида кремния 1 и кристаллизацию SiC из паровой фазы на ростовой поверхности затравочного монокристалла 5 SiC за счет поддержания стабильных градиентов температур в ростовой камере и постоянных значений температур около поверхности затравочного монокристалла 5. Тигель предлагаемого устройства состоит из корпуса 2 и крышки 6 с пьедесталом для затравочного монокристалла 5. В результате, выращиваемый монокристаллический SiC, при наличии стабильных градиентов температуры равномерно растет как однородное продолжение пьедестала, обладая высокой степенью совершенства.
Необходимая точность регулирования сублимационного процесса по текущим значениям температур с заданным градиентом достигается путем обработки результатов измерений и фиксацией в базе данных, что позволяет с высокой точностью поддерживать оптимальное значение градиентов температуры. Предлагаемое устройство позволяет реализовать получение совершенных монокристаллов SiC. Практическое использование предлагаемого устройства не ограничивается применением для получения совершенных монокристаллов карбида кремния, а может быть применено и для получения других кристаллов тугоплавких материалов, например нитридов.
Claims (1)
- Устройство для получения совершенных монокристаллов карбида кремния с дополнительными регулирующими контурами индукционного нагрева, включающее тигель, состоящий из корпуса и крышки с пьедесталом для затравочного монокристалла, основной нагревательный контур, источник карбида кремния, ростовую поверхность с затравочным монокристаллом SiC, размещенным под крышкой тигля, образующих зону роста с управляемым извне осевым градиентом температуры, обеспечивающим оптимальную сублимацию карбида кремния в направлении от источника к затравочному монокристаллу, отличающееся тем, что нагревательная система тигля снабжена четырьмя дополнительными управляемыми регулирующими контурами, неподвижно закрепленными, расположенными равномерно на оси тигля параллельно друг к другу и перпендикулярно оси тигля, обеспечивающими плавную и точную настройку осевого градиента температуры вдоль оси тигля за счет индукционной связи с основным нагревательным контуром.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017105577U RU173041U1 (ru) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | Устройство для получения совершенных монокристаллов карбида кремния с дополнительными регулирующими контурами индукционного нагрева |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017105577U RU173041U1 (ru) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | Устройство для получения совершенных монокристаллов карбида кремния с дополнительными регулирующими контурами индукционного нагрева |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU173041U1 true RU173041U1 (ru) | 2017-08-08 |
Family
ID=59632929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017105577U RU173041U1 (ru) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | Устройство для получения совершенных монокристаллов карбида кремния с дополнительными регулирующими контурами индукционного нагрева |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU173041U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001068954A2 (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-20 | Ii-Vi Incorporated | Axial gradient transport apparatus and process |
US20020023581A1 (en) * | 2000-02-15 | 2002-02-28 | Vodakov Yury Alexandrovich | Method for growing low defect density silicon carbide |
KR20140041250A (ko) * | 2012-09-27 | 2014-04-04 | 주식회사 피에스텍 | 결정 성장 장치 |
-
2017
- 2017-02-20 RU RU2017105577U patent/RU173041U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020023581A1 (en) * | 2000-02-15 | 2002-02-28 | Vodakov Yury Alexandrovich | Method for growing low defect density silicon carbide |
WO2001068954A2 (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-20 | Ii-Vi Incorporated | Axial gradient transport apparatus and process |
KR20140041250A (ko) * | 2012-09-27 | 2014-04-04 | 주식회사 피에스텍 | 결정 성장 장치 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107208310B (zh) | 碳化硅单晶的制造方法 | |
US9068277B2 (en) | Apparatus for manufacturing single-crystal silicon carbide | |
US5746827A (en) | Method of producing large diameter silicon carbide crystals | |
JP6111873B2 (ja) | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法 | |
JP6267303B2 (ja) | 結晶の製造方法 | |
CN116607216B (zh) | 电阻法碳化硅生长炉内部温场调节方法、***及生长方法 | |
WO2016121577A1 (ja) | 結晶の製造方法 | |
Gao et al. | Control of 4H polytype of SiC crystals by moving up the crucible to adjust the temperature field of the growth interface | |
JP6321836B2 (ja) | 炭化珪素の結晶のインゴット、炭化珪素のウェハ、炭化珪素の結晶のインゴットおよび炭化珪素のウェハの製造方法 | |
EP0956381B1 (en) | Apparatus for growing large silicon carbide single crystals | |
CN105463571A (zh) | SiC单晶的制造方法 | |
RU173041U1 (ru) | Устройство для получения совершенных монокристаллов карбида кремния с дополнительными регулирующими контурами индукционного нагрева | |
JP6869077B2 (ja) | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法 | |
JPH10101495A (ja) | SiC単結晶の製造方法 | |
JP5375783B2 (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法 | |
CN105420813A (zh) | 无掺杂元素的高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置 | |
CN105463573A (zh) | 降低碳化硅晶体杂质并获得高纯半绝缘碳化硅晶体的方法 | |
JP6190070B2 (ja) | 結晶の製造方法 | |
TWI767309B (zh) | 碳化矽晶錠之製造方法以及製造碳化矽晶錠之系統 | |
JP2006096578A (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法及び炭化珪素単結晶インゴット | |
JP4184622B2 (ja) | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法 | |
JP5823947B2 (ja) | SiC単結晶の製造方法 | |
CN113512758A (zh) | 碳化硅晶锭及其制造方法和用于制造碳化硅晶锭的*** | |
KR20210068748A (ko) | 웨이퍼 제조 장치, 대구경 실리콘 카바이드 웨이퍼 제조 방법 및 그에 의해 제조된 대구경 실리콘 카바이드 웨이퍼 | |
JP2016185885A (ja) | インゴットおよびインゴットの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180221 |