本发明涉及一种长晶设备及长晶方法，尤其涉及一种碳化硅长晶设备及其长晶方法。
背景技术：
在碳化硅长晶设备中使用物理气相传输(physicalvaportransport,pvt)成长碳化硅晶体，与对碳化硅晶体进行掺杂以调整其电阻率等技术是非常普遍的。
然而，碳化硅晶体的电阻率会随着掺杂效果而有敏感变化。举例而言，若掺杂效果不佳，则容易对碳化硅晶体的电阻率与晶体良率产生不良影响。因此，如何提升掺杂效果，以降低掺杂对碳化硅晶体的电阻率与晶体良率产生不良影响的机率，进而可以提升后续产品的可靠性与品质实已成目前亟欲解决的课题。
技术实现要素：
本发明是针对一种碳化硅长晶设备及其长晶方法，其可以提升掺杂效果，以降低因掺杂过量或掺杂不均匀对碳化硅晶体的电阻率与晶体良率产生不良影响的机率且可以降低晶体中的杂质提高晶体的纯度，进而可以提升后续产品的可靠性与品质。
根据本发明的实施例，一种碳化硅长晶设备，包括物理气相传输单元以及原子层沉积单元。物理气相传输单元具有长晶炉，经配置以在长晶炉的内部空间中成长碳化硅晶体。原子层沉积单元耦接于长晶炉，经配置以对碳化硅晶体进行原子掺杂动作。
在根据本发明的实施例的碳化硅长晶设备中，上述的原子层沉积单元以长晶炉为腔体。
在根据本发明的实施例的碳化硅长晶设备中，上述的碳化硅长晶设备还包括气体通道，经配置以连接内部空间与原子层沉积单元。
在根据本发明的实施例的碳化硅长晶设备中，上述的物理气相传输单元包括帮浦，经配置以对内部空间进行负压动作。
根据本发明的实施例，一种碳化硅长晶方法，包括以下步骤。(a)在物理气相传输单元的长晶炉的内部空间中生长碳化硅晶体。(b)在执行步骤(a)的同时通过原子层沉积单元的前驱物对处于生长状态下的碳化硅晶体进行原子掺杂。
在根据本发明的实施例的碳化硅长晶方法中，上述的碳化硅长晶方法更包括提供预前驱物且控制所述预前驱物的温度范围介于0℃至250℃之间，以形成气态前驱物，其中预前驱物为固态化合物、液态化合物或其组合。
在根据本发明的实施例的碳化硅长晶方法中，上述的预前驱物包括钒系、硼系、铝系化合物或其组合。
在根据本发明的实施例的碳化硅长晶方法中，上述的前驱物的饱和蒸气压范围介于0.01托耳至100托耳之间。
在根据本发明的实施例的碳化硅长晶方法中，还包括将物理气相传输单元所需的工艺气体混入前驱物导入内部空间中。
在根据本发明的实施例的碳化硅长晶方法中，上述的工艺气体包括氩气、氢气、氮气、氨气、氧气或其组合。
基于上述，本发明在物理气相传输单元与原子层沉积单元的组合下，利用原子层沉积单元对物理气相传输单元中的碳化硅晶体进行原子掺杂动作可以提升掺杂效果，以降低因掺杂过量或掺杂不均匀对碳化硅晶体的电阻率与晶体良率产生不良影响的机率且可以降低晶体中的杂质提高晶体的纯度，进而可以提升后续产品的可靠性与品质。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一些实施例的碳化硅长晶设备的示意图；
图2是依照图1中的其中一实施例的碳化硅长晶设备的示意图；
图3是依照本发明一实施例的碳化硅长晶方法的流程图。
附图标记说明
10:碳化硅晶体
100、100a:碳化硅长晶设备
110、110a:物理气相传输单元
112:长晶炉
113:过滤器
114:帮浦
120、120a:原子层沉积单元
121:控制器
122:阀件
122a:气动阀
122b:针阀
124:存储槽
126:真空计
128:质量流量控制器
130:气体通道
g:工艺气体
p:前驱物
s:内部空间
s100、s200:步骤
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
以下将参考附图来全面地描述本发明的例示性实施例，但本发明还可按照多种不同形式来实施，且不应解释为限于本文所述的实施例。在附图中，为了清楚起见，各区域、部位及层的大小与厚度可不按实际比例绘制。为了方便理解，下述说明中相同的元件将以相同之符号标示来说明。
图1是依照本发明的一些实施例的碳化硅长晶设备的示意图。请参照图1，碳化硅长晶设备100包括物理气相传输(physicalvaportransport,pvt)单元110与原子层沉积(atomiclayerdeposition,ald)单元120。物理气相传输单元110具有长晶炉112，经配置以在长晶炉112的内部空间s中成长碳化硅晶体10。原子层沉积单元120耦接于长晶炉112，经配置以对碳化硅晶体10进行原子掺杂动作。在此，物理气相传输单元110例如是以升华法在长晶炉112的内部空间s中成长碳化硅晶体10。升华法例如是通过高温将碳化硅粉料(未示出)升华，然后冷凝成核后而成长成碳化硅晶体10。此外，原子掺杂可以是将掺杂物以原子形式进行掺杂动作。
因此，碳化硅长晶设备100在物理气相传输单元110与原子层沉积单元120的组合下，利用原子层沉积单元120对物理气相传输单元110中的碳化硅晶体10进行原子掺杂动作可以提升掺杂效果，以降低掺杂对碳化硅晶体10的电阻率与晶体良率产生不良影响的机率且可以降低晶体中的杂质提高晶体的纯度，进而可以提升后续产品的可靠性与品质。进一步而言，原子层沉积单元120的原子掺杂特性可以较精准的控制掺杂物的掺杂量，以降低因掺杂过量而对碳化硅晶体10的电阻率产生不良影响的机率，且此特性可以于碳化硅晶体10中形成较均匀的掺杂分布，以降低因掺杂分布不均匀而对碳化硅晶体10的晶体良率产生不良影响的机率。
在一实施例中，原子层沉积单元120可以以长晶炉112为腔体，以直接在长晶炉112的内部空间s中进行原子掺杂动作，因此，在物理气相传输单元110与原子层沉积单元120的组合下，原子层沉积单元120可以不具有另一腔体，因此图1中以虚线表示，而具有降低碳化硅长晶设备100所需的容积空间的优点，但本发明不限于此。然而，本发明不限于此，在其他未示出的实施例中，原子层沉积单元可以具有另一腔体，用以容置单元中相关构件。
在一实施例中，碳化硅长晶设备100可以更包括气体通道130，经配置以连接内部空间s与原子层沉积单元120。进一步而言，气体通道130经配置以输送原子层沉积单元120的物质至内部空间s中，以对碳化硅晶体10进行原子掺杂动作。此外，物理气相传输单元110可以包括帮浦114，经配置以对内部空间s进行负压动作(抽真空)，因此，原子层沉积单元120的物质可以通过压力差经由气体通道130导入内部空间s中，以对碳化硅晶体10进行原子掺杂动作。在一实施例中，长晶炉112可以配置有蝶形阀(butterflycontrolisolationvalve)(未示出)，以控制内部空间s内的压力，使原子层沉积单元120的物质可以顺利地通过压力差经由气体通道130导入内部空间s中。然而，本发明不限于此，原子层沉积单元120的物质可以经由其他适宜的方式进入至内部空间s中，以对碳化硅晶体10进行原子掺杂动作。
在一实施例中，于碳化硅长晶设备100生长后的碳化硅晶体10可以是半绝缘碳化硅晶体(semi-insulatingsiliconcarbidecrystal)或n型碳化硅晶体(n-typesiliconcarbidecrystal)，其中半绝缘碳化硅晶体的定义例如是电阻率为104ω·cm至108ω·cm，而n型碳化硅晶体的定义例如是电阻率为10-3ω·cm至10-1ω·cm。然而，本发明不限于此，碳化硅长晶设备100可以用于生长任何适宜的碳化硅晶体。
图2是依照图1中的其中一实施例的碳化硅长晶设备的示意图。应说明的是，图1中的碳化硅长晶设备100的实例可以为图2中的碳化硅长晶设备100a，因此图1与图2中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明，关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
请参照图2，本实施例的碳化硅长晶设备100a的物理气相传输单元110a可以包括长晶炉112、过滤器113以及帮浦114。此外，原子层沉积单元120a可以包括控制器121、多个阀件122、存储槽124、真空计126以及质量流量控制器128。进一步而言，控制器121可以用于控制原子层沉积单元120a的工艺参数，以快速有效的控制原子层沉积单元120a的掺杂情况。举例而言，控制器121可以控制原子层沉积单元120a的开关速度(以毫秒计算)、开启时间长短、开关频率、开关次数等工艺参数，但本发明不限于此，控制器121所控制的工艺参数可视实际设计上的需求而定。此外，真空计126可以用于确认原子层沉积单元120a的管路压力以及测量前驱物p的饱和蒸气压。另一方面，包括多个气动阀122a以及针阀122b的多个阀件122以及质量流量控制器128可以用以控制前驱物p与工艺气体g的流动状态。
应说明的是，本发明的特点为物理气相传输单元110与原子层沉积单元120之间的组合，因此，本发明不限制物理气相传输单元与原子层沉积单元的构件与配置。举例而言，除了前述实施例中所述的构件与配置外，本发明的物理气相传输单元与原子层沉积单元可以是在任何所属技术领域中技术人员所知的物理气相传输系统与原子层沉积系统的设备下进行调整与设计，只要物理气相传输单元可以用于生长碳化硅晶体且原子层沉积单元可以用于对碳化硅晶体进行原子掺杂动作皆属于本发明的保护范围。
以下通过附图说明本发明一实施例的碳化硅长晶方法的主要流程。图3是依照本发明一实施例的碳化硅长晶方法的流程图。请同时参考图1至图3，首先，在物理气相传输单元110的长晶炉112的内部空间s中生长碳化硅晶体10(步骤s100)。接着，在执行s100步骤的同时通过原子层沉积单元120的前驱物p对处于生长状态下的碳化硅晶体10进行原子掺杂(步骤s200)。
因此，相较于将粉末颗粒尺寸的掺杂物(dopant)添加至碳化硅粉料(sicpowder)中，以成长出所需的碳化硅晶体而言，本发明在物理气相传输单元110与原子层沉积单元120的组合下，通过原子层沉积单元120的前驱物p对处于生长状态下的碳化硅晶体10进行原子掺杂可以提升掺杂效果，以降低因掺杂过量或掺杂不均匀对碳化硅晶体10的电阻率与晶体良率产生不良影响的机率，进而可以提升后续产品的可靠性与品质。
在一实施例中，可以通过提供预前驱物且控制预前驱物的温度范围例如是介于0℃至250℃之间(未示出)，以形成气态前驱物p再掺杂至碳化硅晶体10中。前驱物p的饱和蒸气压范围例如是介于0.01托耳(torr)至100托耳之间。在一些实施例中，预前驱物可以包括固态化合物、液态化合物或其组合。在一些实施例中，预前驱物可以包括有机材料、无机材料或其组合。在一些实施例中，预前驱物可以包括高活性材料、低活性材料或其组合。在一些实施例中，预前驱物可以包括钒系(vanadium)、硼系、铝系化合物或其组合。举例而言，预前驱物例如是四(二甲胺)钒(tetrakis(dimethylamino)vanadium)、三溴化硼(borontribromide)、三甲基铝(trimethylalane)或其组合。然而，本发明不限于此，前驱物p的饱和蒸气压与种类以及预前驱物的种类皆可以视实际设计上的需求进行选择。
在一实施例中，碳化硅长晶方法的步骤可以更包括将物理气相传输单元110所需的工艺气体g混入前驱物p导入内部空间s中，因此，工艺气体g可以不用通过另一管线额外通入内部空间s中，以简化工艺。工艺气体g可以包括氩气、氢气、氮气、氨气、氧气或其组合。进一步而言，工艺气体g可以视实际应用上的需求而通入相应适宜的气体至内部空间s中。举例而言，当工艺气体g为氮气时，所形成的碳化硅晶体10可应用于功率元件的制作，但本发明不限于此。此外，在一实施例中，可以是通过负压的方式将工艺气体g伴随着处于温度范围介于0℃至250℃之间的前驱物p一同导入内部空间s中，但本发明不限于此。
综上所述，本发明在物理气相传输单元与原子层沉积单元的组合下，利用原子层沉积单元对物理气相传输单元中的碳化硅晶体进行原子掺杂动作可以提升掺杂效果，以降低因掺杂过量或掺杂不均匀对碳化硅晶体的电阻率与晶体良率产生不良影响的机率且可以降低晶体中的杂质提高晶体的纯度，进而可以提升产品的可靠性与品质。再者，原子层沉积单元可以以长晶炉为腔体，以直接在长晶炉的内部空间中进行原子掺杂动作，因此，在物理气相传输单元与原子层沉积单元的组合下，还可以具有降低碳化硅长晶设备所需的容积空间的优点。此外，碳化硅长晶方法的步骤可以更包括将物理气相传输单元所需的工艺气体混入前驱物导入内部空间中，因此，工艺气体可以不用通过另一管线额外通入内部空间中，以简化工艺。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
