Пластина большого диаметра из sic и способ ее изготовления

Пластина большого диаметра из sic и способ ее изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к пластине большого диаметра из SiC и способу ее изготовления и, в частности, относится к пластине из SiC, увеличенной по своему диаметру с тем, чтобы сделать пригодной для практического применения пластину из монокристаллического SiC, используемую в способе изготовления полупроводников на основе SiC, а также к способу ее изготовления.

Уровень техники

Существует способ роста кристаллов вытягиванием из жидкой фазы, согласно которому затравочный кристалл, который является основой для выращиваемого кристалла, погружают в расплавленный кремний и при этом вращают, а затем постепенно вытягивают с получением выращенного кристалла Si. Однако, поскольку карбид кремния SiC не имеет жидкой фазы ниже 3000^оС, то для выращивания кристаллов из него широко используется способ сублимационной рекристаллизации. Однако методика изготовления пластин из SiC еще не доработана, и многие пластины, которые возможно сегодня изготавливать, имеют кристаллические дефекты. Поскольку кристалл хорошего качества до сих пор не был получен в виде пластины большого диаметра, то размер пластины из монокристаллического α-SiC для полупроводниковых устройств на основе SiC и эмиссионных лазеров на основе GaN, которая доступна в настоящее время для практического применения, ограничен примерно двумя дюймами, хотя она и поступает на рынок.

С другой стороны, что касается устройства, которое может манипулировать обычной пластиной из монокристаллического кремния, то имеются устройства, которые могут манипулировать такими пластинами с размером от 6 дюймов до 12 дюймов, но при этом ни одна линия изготовления полупроводников не может манипулировать пластинами из монокристаллического α-SiC размером в два дюйма, которые меньше упомянутых выше пластин. Таким образом, возможно изготовление пластин из SiC размером в два дюйма для практического применения, но они не соответствуют фактическим требованиям промышленности. Существует особенно повышенный спрос на пластины из монокристаллического α-SiC, пригодные для практического применения, поскольку пластина из монокристаллического α-SiC имеет высокую электрическую прочность диэлектрика. Следовательно, является желательным манипулирование ей на линии изготовления полупроводников.

Упоминаемый выше способ изготовления пластин большого диаметра из монокристаллического кремния известен из выложенного патента Японии № 10-55975. Этот способ изготовления предусматривает выращивание поликристаллического или монокристаллического Si вокруг стержня из монокристаллического Si. Однако, поскольку стержень из монокристаллического кремния используется в качестве исходного материала, то устройство становится крупным, а применяемым в этом способе исходным материалом является только кремний, в то время как применение SiC, который является перспективным полупроводниковым материалом, в этом документе не раскрыто. Кроме того, получаемая структура двойного кольцевого слоя Si примерно в 1,1 раза больше диаметра исходного материала, и этот результат трудно назвать достижением большого диаметра.

Ввиду упоминаемой выше проблемы известного уровня техники, с целью экономичного изготовления полупроводниковых устройств на основе SiC, настоящее изобретение ставит перед собой задачу обеспечения пластины большого диаметра из SiC, которая может быть использована в существующей линии изготовления устройств на основе Si, для обеспечения возможности манипулирования такими пластинами из SiC, а также создания способа ее изготовления.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на выращивание поликристаллического SiC с наружным диаметром шесть дюймов и внутренним диаметром два дюйма вокруг, например, пластины из монокристаллического α-SiC размером два дюйма, обычно имеющейся в продаже. Упомянутая задача решается исходя из знания того, что вследствие вышеизложенного возможно изготовление устройства на основе SiC путем использования существующей линии изготовления устройств на основе Si размером в четыре дюйма или более.

В частности, настоящее изобретение характеризуется увеличением диаметра за счет двойной структуры, в которой поликристаллический SiC выращен до размера, соответствующего устройству манипулирования (манипулятору) существующей линии изготовления полупроводников, вокруг внешней периферии (внешнего периметра) пластины малого диаметра из монокристаллического α-SiC. В этом случае желательно разместить по меньшей мере две или более упомянутых выше пластины малого диаметра из монокристаллического α-SiC. Также желательно, чтобы упомянутый выше поликристаллический SiC представлял собой β-SiC, полученный методом ХОПФ (химического осаждения из паровой фазы). Также для обнаружения пластины целесообразно образовать упомянутый выше поликристаллический SiC так, чтобы он имел высокую отражательную способность по отношению к световому излучению лазера.

Способ изготовления пластины большого диаметра из SiC согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что он включает в себя стадии, на которых выращивают поликристаллический SiC с по меньшей мере одной стороны поверхности пластины малого диаметра из монокристаллического α-SiC таким образом, чтобы иметь размер по наружному диаметру, соответствующий устройству манипулирования существующей линии изготовления полупроводников, а затем шлифуют упомянутый поликристаллический SiC на упомянутой поверхности пластины из монокристаллического α-SiC с получением SiC увеличенного диаметра с двойной структурой, в которой поликристаллический SiC выращен вокруг внешней периферии пластины малого диаметра из монокристаллического α-SiC.

Согласно вышеизложенному решению, предлагается такая структура пластины, в которой поликристаллический SiC сформирован на периферийной части пластины из монокристаллического α-SiC. Это делает возможным использование существующей установки для изготовления устройств на основе Si с целью изготовления устройств на основе SiC. Когда α-SiC используется в линии изготовления устройств на основе Si, α-SiC пропускает световое излучение лазера вследствие большой ширины запрещенной энергетической зоны по отношению к световому излучению лазера в устройстве обнаружения пластины, и поэтому делается заключение, что пластина отсутствует, хотя в действительности она в наличии. Однако, если вокруг α-SiC разместить поликристаллический SiC с высокой отражательной способностью по отношению к световому излучению лазера, то обеспечивается возможность обнаружения такой пластины существующим устройством.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему способа изготовления пластины большого диаметра из SiC согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет собой вид в сечении установки для изготовления пластины из α-SiC согласно упомянутому варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.3 представляет собой вид сбоку в сечении пластины из SiC, изготовленной согласно упомянутому варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.4 представляет собой вид сбоку в сечении пластины из α-SiC, изготовленной согласно упомянутому варианту воплощения настоящего изобретения.

Оптимальный вариант воплощения изобретения

Один из вариантов воплощения пластины большого диаметра из SiC согласно настоящему изобретению и способ ее изготовления подробно поясняются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Предпочтительный вариант воплощения пластины из SiC согласно упомянутому варианту воплощения поясняется со ссылкой на пластину с размером в шесть дюймов, взятым в качестве примера.

Вначале изготавливают пластину 10 из α-SiC, являющуюся материалом пластины большого размера из SiC, например, следующим образом. Фиг.2 показывает вид сбоку в сечении установки 1 для изготовления пластины из α-SiC. Как показано на Фиг.2, в центральной части данной установки размещен графитовый тигель 11. Графитовый тигель 11 состоит из корпуса 13 и крышки 15. Исходный материал 17 SiC содержится в нижней части внутри корпуса 13 тигля, а подложка 19 из α-SiC прикреплена к крышке 15.

Графитовый тигель 11 имеет внешнюю периферию, окруженную теплоизоляционным материалом 21, и размещен в высокочастотной печи, которая не показана. Высокочастотная печь имеет, например, высокочастотную катушку 23, установленную на ее внешней стороне, а также имеет расположенную внутри нее полую сдвоенную трубку 25, выполненную из кварца и состоящую из двух трубок, выполненных из кварцевого материала. Охлаждающая вода 27 протекает между этими двумя выполненными из кварца трубками сдвоенной трубки 25. Высокочастотной печью управляют с получением фиксированного значения температуры по выходному сигналу высокочастотного генератора, который не показан. Поверхность графитового тигля 11 измеряют пирометром 29 из зазора в теплоизоляционном материале 21 в его верхней и нижней части, и, таким образом, температуру графитового тигля 11 поддерживают на фиксированном значении с помощью высокочастотной катушки 23, управляемой по выходному сигналу высокочастотного генератора. Когда высокочастотная печь нагрета, исходный материал 17 SiC и подложка 19 α-SiC внутри графитового тигля 11 нагреваются до температуры примерно от 2200^оС до 2400^оС. Фаза 31 α-SiC осаждается на поверхности подложки 19 α-SiC, и при этом формируется SiC 33.

Следовательно, как показано на Фиг.3, на подложке 19 α-SiC растет фаза 31 α-SiC кристалла 6Н с толщиной Та=10˜50 мм, причем с использованием монокристалла в качестве подложки можно получить монокристалл того же размера, что и диаметр подложки. Затем полученный простой объемный кристалл (10˜50 мм) полируют, в результате чего получают пластину 50 α-SiC с 6Н, которая показана на Фиг.4.

Эту пластину 50 из α-SiC размером в два дюйма и толщиной 0,5 мм, изготовленную согласно способу сублимационной рекристаллизации, используют в упомянутом варианте воплощения.

Фиг.1 иллюстрирует способ изготовления пластины большого диаметра из α-SiC. Как показано на Фиг.1(1), пластину 50 α-SiC размещают в центральной части круглой графитовой плиты 52 с диаметром 6 дюймов. Затем на пластину 50 α-SiC помещают графитовую маску 54.

В этом состоянии выполняют химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ) с указанного стрелками направления на круглую графитовую плиту 52 и маску 54, как показано на Фиг.1 (2). А именно, в случае пластины из монокристаллического α-SiC на графитовой плите в качестве источника Si используют SiH₄, SiHCl₃ и т.п., а в качестве источника С используют С₃Н₈ и т.п., причем их подают в реактор ХОПФ, и внутри данного реактора SiC химически осаждают на упомянутые графитовую плиту и пластину из монокристаллического α-SiC. Размер поликристаллического вещества, сформированного на пластине из монокристаллического α-SiC, задают в соответствии с размером графитовой плиты. В соответствии с этим, выращивают поликристаллический β-SiC 56 толщиной 0,8 мм. Для выращивания β-SiC 56 данный способ выполняют при температуре менее 2000^оС.

После химического осаждения из паровой фазы излишний β-SiC 56 удаляют шлифовкой до тех пор, пока не будет вскрыта поверхность маски 54 (Фиг.1 (3)). Круглую графитовую плиту 52 и маску 54 выжигают и таким образом получают SiC 60 большого диаметра с двойной структурой из концентрических кругов.

Выполняют операцию шлифовки и операцию полировки SiC 60 большого диаметра, и, как показано на Фиг.1 (4), получают шестидюймовый SiC 60 большого диаметра в виде единой плиты, состоящей из образующей центральную часть пластины, представляющей собой пластину 50 из монокристаллического α-SiC размером в два дюйма, и из периферийной части, представляющей собой поликристаллический β-SiC 56. Пластина 50 из монокристаллического α-SiC в центральной части полученного SiC 60 большого диаметра является бесцветной и прозрачной или зеленой и прозрачной, а поликристаллический β-SiC 56 в периферийной части является желтым или черным. Поскольку полученный SiC 60 большого диаметра имеет высокую отражательную способность по отношению к направляемому на периферийную часть световому излучению лазера, он является обнаруживаемым посредством данного светового излучения лазера и устройства обнаружения пластины, используемого в линии изготовления устройств на основе Si.

В описываемом выше варианте воплощения поликристаллический SiC формируют на периферийной части, но он не всегда должен представлять собой β-фазу. Не всегда обязательно получать его методом ХОПФ, и вместо этого можно использовать сублимационный способ. Если в этом сублимационном способе для получения периферийной части используют SiC, то обеспечивают его реагирование при высокой температуре, и поэтому кристаллическая система превращается в α-SiC в виде стабильного слоя.

Устройство манипулирования существующей линии изготовления полупроводников на основе Si можно использовать в состоянии, как оно есть, также и для работы с полученным таким образом SiC 60 большого диаметра. Благодаря этому, устройство можно сформировать в области пластины 50 α-SiC размером в два дюйма, и пластину 50 α-SiC можно сделать пригодной для практического использования. Соответственно, обеспечивается возможность использования пластины 50 α-SiC на практическом уровне, которую можно было ранее применять для изготовления полупроводниковых устройств только в масштабе лабораторных установок, а теперь ее можно использовать в полупроводниковой промышленности.

В описываемом выше варианте воплощения пластина 50 α-SiC расположена в центральной части SiC 60 большого диаметра. Однако пластину 50 α-SiC можно сформировать в положении, смещенном из центра. В альтернативном варианте, можно расположить множество двухдюймовых пластин 50 α-SiC в плоскости круглой графитовой плиты 52 большого диаметра. Это осуществимо, поскольку используется методика осаждения β-SiC 56 на пластину 50 α-SiC, размещенную на круглой графитовой плите 52, как это показано на Фиг.1.

Согласно приводимому выше пояснению, настоящее изобретение обеспечивает получение увеличенного диаметра за счет двойной структуры, в которой поликристаллический SiC выращен до размера, который соответствует устройству манипулирования существующей линии изготовления полупроводников, на внешней периферии пластины малого диаметра из монокристаллического α-SiC. Соответственно, с точки зрения экономичного изготовления полупроводниковых устройств на основе SiC положительные эффекты могут быть достигнуты благодаря возможности манипулирования пластинами из SiC с использованием существующей в настоящее время линии изготовления устройств на основе Si.

Промышленная применимость

Способ изготовления полупроводников из SiC согласно настоящему изобретению позволяет увеличить диаметр пластины из монокристаллического α-SiC с размером два дюйма и обеспечивает возможность применения ее в устройстве манипулирования существующей линии изготовления полупроводников.

1. Пластина большого диаметра из SiC, в которой путем осаждения поликристаллического SiC в плоскости на внешнюю периферию пластины малого диаметра из монокристаллического α-SiC, которая сформирована заранее в виде пластины, эта пластина из монокристаллического α-SiC увеличена в диаметре в виде двойной структуры из монокристаллического SiC и поликристаллического SiC.

2. Пластина большого диаметра из SiC по п.1, в которой по меньшей мере две упомянутых пластины малого диаметра из монокристаллического α-SiC размещены на плоскости.

3. Пластина большого диаметра из SiC по п.1, в которой упомянутый поликристаллический SiC представляет собой β-SiC, полученный методом ХОПФ.

4. Пластина большого диаметра из SiC по п.1, в которой упомянутый поликристаллический SiC имеет высокую отражательную способность по отношению к световому излучению лазера для обнаружения пластины.

5. Способ изготовления пластины большого диаметра из SiC, включающий в себя стадии, на которых:

плоско размещают пластину малого диаметра из монокристаллического α-SiC, которая сформирована заранее, на графитовой плите и наносят графитовую маску на поверхность этой пластины,

осаждают поликристаллический SiC в плоскости со стороны поверхности маски на графитовую плиту и пластину из монокристаллического α-SiC,

затем шлифуют поликристаллический SiC на поверхности пластины из монокристаллического α-SiC до тех пор, пока не будет вскрыта поверхность маски, после чего маску и плиту выжигают с получением пластины увеличенного диаметра из SiC с двойной структурой, в которой часть из поликристаллического SiC сформирована на внешней периферии пластины малого диаметра из монокристаллического α-SiC.