用于寬能帶隙晶體的種晶升華的爐的制作方法

相關申請的交叉引用

本申請要求享受2015年2月5日提交的美國臨時專利申請號62/112622的優先權，其全文通過引入納入本文。

背景

1.領域

本公開涉及sic的物理氣相傳輸法(pvt)生長，更具體而言，涉及構造pvt設備。

2.現有技術

碳化硅，sic，是一種晶體半導體材料，熟悉材料科學、電子學以及物理學的人員公認其因具有寬能帶隙性質、超高的強度、高熱導率以及化學惰性性質而具有優勢。這些性質使得sic成為一種對于功率半導體裝置的制造而言十分吸引人的半導體，使得功率密度和性能的提升優于由諸如硅這樣的更加普通的材料制成的裝置。

sic最普通的形態由以立方體或六方體排布的原子構成。si和c層的堆疊可采用多種形式，稱為多型體。碳化硅晶體的類型由表示堆疊序列中重復單元數量的數字后加代表晶型的字母來表示。例如，3c-sic多型體表示重復單元為3和立方(c)晶格，而4h-sic多型體則表示重復單元為4和六方體(h)晶格。

不同的碳化硅多型體在材料性質上具有一些差別，特別是在電性質上具有顯著差異。4h-sic多型體具有相對較大的能帶隙，而3c-sic具有相對較小的能帶隙，大部分其它多型體的能帶隙落入這兩者之間。對于高性能的功率裝置應用，當能帶隙較大時，理論上，該材料更有能力提供相對更高的高功率和熱導率性能。

自然界中不存在sic晶體，因此其必須依靠合成。sic的生長可通過升華/物理氣相傳輸或化學氣相沉積來進行。

利用種晶升華使sic生長具有很大的挑戰性。在種晶升華中，需要超過2000℃的溫度來通過升華產生si/c物質的蒸氣流，這大大限制了反應室組件和爐的設計。原本使用利用諸如艾奇遜法(acheson)這樣的工藝形成的sic粗料作為晶體的si和c原子的來源，隨著技術越來越成熟，團隊研發出了用于合成sic晶體生長專用的sic源材料粉末的手段。利用感應來加熱石墨容器。小心地使容器隔熱化，以在體積內產生受控的溫度梯度。使用晶種，且晶種通常成形為板狀或盤狀。通常利用晶種朝向源材料的生長表面來使該晶種取向。對容器中晶種的位置進行設計，以使當加熱容器時，晶種位于溫度相對較低的位置，而si-c源材料位于溫度相對較高的位置。當容器被加熱至足以升華源材料的溫度時，蒸氣會向低溫區域移動，并且在晶種上凝結。盡管這種設備的構思簡單，但實踐中sic的生長十分復雜，實踐者公認其很難實施。

報導了一些用于升華生長的爐設計。duncan等人(《晶體生長期刊11》(journalofcrystalgrowth11)，(1971)，p.50-52)披露了一種用于晶體生長的感應爐的設計。potter和sattelle(《晶體生長期刊12》(journalofcrystalgrowth12)，(1972)，245-248)報導了一種用于通過雷利(lely)升華法生長碳化硅晶體的rf感應爐的設計。konstantinov(《碳化硅的性質》(propertiesofsiliconcarbide)，g.l.harris,ed.,inspec，isbn0852968701，(1995)，pp.170-3)具體描述了一種用于sic的種晶升華生長的rf感應爐的構造和用途。該感應爐包含可水冷或通過使用風扇產生對流而冷卻的非金屬圓柱形真空腔室(例如石英或玻璃)。圓柱形感應線圈包圍真空腔室。還提供了一種供給受控量的氣體的手段。在sic晶體生長中，氣體通常為諸如氬氣這樣的惰性氣體和諸如氮氣這樣的摻雜氣體。利用光學高溫測定法從頂部和底部測量反應室的溫度，將高溫計的輸出值送至電腦控制器，所述電腦控制器執行程序以控制生長過程中的rf功率、溫度、壓力和其它氣體流。konstantinov指出感應型爐的重要優勢在于能夠方便地對溫度場進行調節。坩堝中的溫度梯度的數值和跡象都可利用感應線圈沿軸向相對于反應室的位移來改變。

歷史上，雷利(lely)首先描述了sic基于升華的晶體生長的初始步驟(us2854364-1958)，其非種晶晶體生長的方法導致了較小的六方體sic薄板。在1970年代和1980年代，tairov和tsvetkov在俄羅斯完成了第一種用于生產裝置的具有吸引人的尺寸的晶體(《晶體生長期刊》(journalofcrystalgrowth)，52(1981)，p.146-50以及《在晶體生長中控制多型體晶體生長以及多型體結構表征的進展》(progressincontrollingthegrowthofpolytypiccrystalsincrystalgrowthandcharacterizationofpolytypestructures)，p.krishna,ed.,pergammonpress，london，p.111(1983))。他們的方法使用雷利的晶體作為晶種，并通過如上所述的升華和傳輸來進行生長。這些結果顯示了通過晶種選擇、壓力控制和溫度梯度對多型體進行控制的方法。隨后，davis(us4866005-1989)披露了通過合理選擇源材料以及控制梯度而得到的改善。直至今日，仍然不斷有關于tairov、tsvetkov和davis的方法的改良被披露。

在碳化硅晶體生長的方法中，反應室通常由致密的等靜石墨殼構筑，且被石墨隔熱件包圍。在用于升華生長的雷利升華法中，目標是為了實現最小的溫度梯度來涉及爐和反應室。在種晶升華法中，晶體品質的最優化與建立對于生長過程中軸向和徑向溫度梯度的控制的能力密切相關。調節軸向梯度，以使晶種溫度稍低于源材料中的溫度。調節徑向梯度，以使晶種晶體前部的生長形狀平坦或略微凸起。可通過兩種方式建立梯度，其一是通過控制rf場并且在反應室耦聯所述場；其二是通過限制某些位置處的反應室的隔熱來加速熱損耗。由于與晶種升華晶體生長相關的高溫，無法直接監控晶種晶體處的溫度梯度，因而通常利用有限元分析模型來進行反應室和線圈的設計，以建立所需的溫度梯度。如konstantinov所發現的那樣，石墨的性質是高度可變的，這會限制晶體生長中的再現性。而且，由于無法得到高溫下的精確的材料常數，上述模型無法精確地預測熱流。從而，這導致對線圈與反應室以及線圈與爐幾何構造之間的耦聯的建模不精確。這些問題加起來會導致模型與生長結果直接的多種寄生誤差和不連續性。

當出現了生產更大晶體的方法時，焦點還轉移至控制晶體內的缺陷。可將缺陷分類為內包物和晶體錯位。sic晶體中的主要晶體缺陷是螺旋錯位。其中，存在被稱為微管或空心螺旋錯位的特例。另外，還存在基面錯位(basalplanedislocation)和穿緣錯位(threadingedgedislocation)。這些缺陷源自多種來源。例如，晶種晶體中所含有的缺陷可傳遞至新生長的晶體空間。因溫度梯度和熱膨脹錯配而升高的應力在生長過程中進入晶種和晶體內可導致錯位的形成。在形成sic所需的升華蒸氣物流中的化學計量學的偏差可導致不穩定的多型體生長，進而導致在長成的晶體內存在多型體內包物，這導致在多型體的邊界處形成錯位。即使是錯位之間的相互作用可可產生或消除錯位。

利用被識別的方法生產的sic晶體具有高濃度的錯位。在本申請中，螺旋錯位和基面錯位濃度的常規報導值分別標稱為5000～10000/cm²。最常通過對垂直于晶體對稱軸的平面中的晶體進行切片來評估錯位。通過用熔融鹽(例如強氧化鉀)在350～500c的溫度范圍內對暴露的晶體表面進行蝕刻來使錯位顯露。每一種錯位類型都具有獨特的形狀，從而能夠對它們進行特定計數。通常這些錯位進行計數和報導為除以檢測面積的數字。這種表征方法是有用的，因其允許對晶面上所形成的平面半導體裝置中所包含的缺陷建立簡單的相關性。文獻中有許多例子顯示錯位在觀察平面中是不均勻分布的。大量的錯位使得對其中的每一個進行計數是很不現實的，尤其是現今可能要求對大于或等于100mm直徑圓形所等價的區段進行檢測。因此，對蝕刻了的區域進行采樣，以確定錯位的量。錯誤的采樣方法可導致在與較大晶體相關的錯位濃度評估中出錯。在大部分報導中，為提供采樣方法的細節，因此，雖然不是不可能，但結果經常難以再現。

對于固態物理和半導體裝置經驗豐富的科學家知道，錯位會導致裝置性能低于材料的理論性質。因此，現今的努力聚焦于改善半導體sic晶體的品質，以期識別和控制可降低源于晶體生長中的缺陷的因素。

足夠大的晶體一旦被生產出來，就必須切割該晶體并將其制成鏡片，以使其能用于裝置中來利用平面制造方法制造半導體裝置。隨著許多半導體晶體(例如硅、砷化鎵)被成功地研發并商業化為半導體產品，由大體積晶體制造晶片的方法也為人所知。對于晶片制造和標準表征方法的常用方法和要件的評價可在wolf和tauber的《超大規模集成電路時代的硅加工》(siliconprocessingforthevlsiera)，第一卷—加工技術，第一章(latticepress-1986)中找到。

由于sic的硬度，將sic制成晶片基材相比于加工諸如硅或砷化鎵這樣的普通半導體晶體展現出獨特的挑戰。必須對機器進行改造，并且將粗料變更為非常用材料。為了適應sic而對普通晶片制造技術所做的改動經常被其所有人作為專有信息加以保護。已報導在鏡面拋光的sic鏡片上觀察到大量的表面下損傷，可通過使用與用于硅工業中相似的化學增強機械拋光法來減少或除去這些損傷(zhou,l.等人，《碳化硅的化學機械拋光》(chemomechanicalpolishingofsiliconcarbide)、j.electrochem.soc.，第144卷，第6期，1997年6月，pp.l161-l163)。

為了在sic晶片上構建半導體裝置，必須將附加的晶體sic膜沉積在晶片上，以產生具有所需電導率數值和導體類型的裝置活性區域。這通常是使用化學氣相沉積(cvd)法來完成。從1970年代開始，俄羅斯、日本和美國的團隊以發表了用于利用cvd外延的sic生長技術。利用cvd生長sic的最常見的化學試劑是含有源氣體(例如甲硅烷和氯硅烷)的硅和含有源氣體(例如烴氣體)的碳的混合物。低缺陷外延層的生長的一個關鍵因素在于，基材表面傾斜遠離晶體對稱軸，以允許化學原子以由基材晶體建立的堆疊順序依附至表面。當傾斜不足時，cvd處理會在表面上生成三維缺陷，這些缺陷會導致無法工作的半導體裝置。諸如裂紋、表面下損傷、凹痕、顆粒、劃痕或污染物這樣的表面瑕疵會中斷利用cvd處理進行的晶片晶體結構的復制(參見例如powell和larkin，phys.stat.sol.(b)202，529(1997))。重要的是，用于制造晶片的拋光和清潔處理能夠使表面瑕疵減到最少。在存在這些表面瑕疵的情況下，在外延膜中可產生許多缺陷，包括基面錯位和立方sic內包物(參見例如powell等人，《第三屆國際高溫電子學交流會議》(transactionsthirdinternationalhigh-temperatureelectronicsconference)，第1卷，pp.ii-3～ii-8，桑迪亞國家實驗室，阿爾伯克基，新墨西哥州，美國，1996年6月9～14日)。

已知sic中的缺陷會限制或破壞在這些缺陷上形成的半導體裝置的運行。neudeck和powell報導空心螺旋錯位(微管)嚴重限制了sic二極管中的電壓阻斷性能(p.g.neudeck和j.a.powell，電氣與電子工程師協會電子裝置快報，第15卷，第2期，pp.63-65，(1994))。neudeck在1994年評價了晶體(晶片)和源自外延的缺陷缺陷對功率裝置的影響，強調了因螺旋錯位和形態外延缺陷而對功率裝置功能產生的限制(neudeck，mat.sci.forum，第338-342卷，pp.1161-1166(2000))。hull報導了當在具有低螺旋錯位密度的基材上生產二極管時，高電壓二極管逆向偏壓漏電流的分布轉變為較低值(hull等人，mat.sci.forum，第600-603卷，p.931-934(2009))。lendenmann報導了雙極二極管中正向電壓的衰減與源自基材中的基面錯位的外延中的基面錯位相關(lendenmann等人，mat.sci.forum，第338-342卷，pp.1423-1426(2000))。

為了實現諸如sic和aln這樣的寬能帶隙晶體的可再現制造，必須實現對溫度梯度的控制。反應室材料和爐的設計對這種控制具有直接影響。

jp2013216549a披露了一種加熱線圈，其位于坩堝主體側部之外，對反應室或坩堝進行感應加熱，且包含位于坩堝主體底部外側并與開口相對的對坩堝進行感應加熱的底部側加熱線圈。其聲稱該排布能夠提供對于坩堝內溫度梯度的控制。

概述

提供以下發明概述是為了提供對于本發明的一些方面和特點的基本理解。此發明概述并非本發明的寬泛概括，因此，其并非旨在具體識別本發明的關鍵點或關鍵要素，或者旨在描述本發明的范圍。其唯一的目的是以簡略方式展現本發明的一些概念作為下文詳述的序言。

與jp2013216549a相反，本發明人發現對種晶升華中溫度梯度的高效控制可通過以下方式最佳實現：對rf線圈進行設計，以將反應室中會導致產生溫度梯度的rf場的擾動降到最低。本發明人意外地發現，線圈的軸向高度對反應室的軸向高度之比存在一個關鍵比例。當該比例過低時，線圈端部距離反應室過近，rf場變得非線性，導致反應室中產生不可預測的溫度梯度。關于這點，線圈高度定義為沿線圈的軸的長度，反應室的高度定義為沿反應室的軸的長度，不包括任何隔熱件。反應室可以是容納源和晶種材料的容器主體，或者，其可以是包封容納晶種和源材料的內室的基座容器。

根據本公開的一些方面，對線圈進行設計，以提供均勻的溫度分布，而不是產生梯度。結果是，主要通過反應室的設計以及反應室周圍的隔熱放置而非線圈來控制熱梯度的控制。通過切斷感應線圈和反應室對溫度梯度的影響，實現了高再現性的晶體生長。該設計策略對生長直徑等于或大于100mm的晶體尤其有效。

根據所公開的實施方式，提供了一種通過種晶升華生長來生長半導體晶體的感應爐設備，其包含：石英真空腔室；在石英真空腔室的外部周圍定位的rf感應線圈；耦合至rf感應線圈的rf電力供給器；配置用于容納晶種晶體和源材料的反應室，所述反應室定義軸向長度，所述軸向長度測量為所述反應室沿其旋轉對稱軸的高度；用于將反應室放置于石英真空腔室內的支承件；位于反應室外側且配置用于在反應室內部產生熱梯度的隔熱套，其中，rf感應線圈配置用于對反應室產生均勻的感應加熱。在一些實施方式中，rf感應線圈的高度對反應室的軸向長度之比在1.8～4.0、2.0～5.0、2.5～4.0或2.8～4.0的范圍內，所述rf感應線圈的高度沿旋轉對稱軸測得。反應室和隔熱件由石墨制成。在一些實施方式中，配置反應室的直徑，以適應直徑76～200mm的晶體的生長。rf感應線圈的高度小于石英真空腔室的高度但長于反應室的軸向長度，所述rf感應線圈的高度沿旋轉對稱軸測得，石英真空腔室的高度沿旋轉對稱軸測得。反應室支承件可由rf場無法與其有效耦聯的材料制成。rf感應線圈可具有330～725mm或330～550mm的內徑。可在石英真空腔室的外壁上設置水套。支承件可包含接合石英真空腔室底部開口的磁流體密封。

根據另一些實施方式，提供了一種用于半導體晶體的物理氣相傳輸法生長的設備，其包含：由對rf輻射透明的材料制成的圓柱形真空殼體，所述真空殼體定義對稱軸；部分由對rf能量透明的材料制成且配置用于支承真空殼體內的反應室的反應室支承件，以使反應室以對對稱軸軸向居中的方式定位；具有沿對稱軸定義的高度h室的圓柱形反應室；在真空殼體的外部周圍提供且繞著對稱軸軸向居中的rf線圈，其中，所述rf線圈配置成沿著至少高度h室產生均勻的rf場；和配置用于在反應室內產生熱梯度的隔熱件。rf感應線圈的高度對高度h室之比可在1.8～4.0、2.0～5.0、2.5～4.0或2.8～4.0的范圍內，所述rf感應線圈的高度沿對稱軸測得。rf線圈可具有330～725mm或330～550mm的內徑。反應室支承件可由rf場無法與其有效耦聯的材料制成。反應室和隔熱件可由石墨制成。反應室支承件可包含接合石英真空腔室底部開口的磁流體密封。可在石英真空腔室的外壁上設置水套。

根據另一些方面，提供了一種用于半導體晶體的物理氣相生長的方法，所述方法包括：將晶種和源材料放置于具有高度h室的反應室內，所述高度h室定義為沿反應室的對稱軸的高度；將反應室放置于石英真空腔室內；提供配置成在反應室內產生熱梯度的隔熱件；在石英真空腔室內形成真空；以及在真空腔室內產生rf場，其中，rf場在至少與高度h室一樣長的長度上是均勻的。晶種晶體可以是單晶sic或單晶氮化鋁的六方體多型體。可通過制造具有比高度h室長1.8倍～4.0倍、2.0倍～5.0倍、2.6倍～4.0倍的高度的rf線圈來使rf場均勻，所述高度沿所述對稱軸定義。

附圖的簡要說明

結合入本說明書并構成本說明書一部分的附圖例示了本發明的實施方式，其與描述一起用于解釋和闡明本發明的原理。附圖旨在以圖解的方式闡述示例性的實施方式的主要特點。附圖不旨在描繪現實實施方式的所有特點或所繪組件的相對尺寸，且并非按比例繪制。

圖1是圖示根據一種實施方式的爐構造的示意圖，而圖1a圖示了采用對流冷卻的實施方式。

圖2是圖示實施例1的實驗過程中溫度穩定性的標準偏差的分布圖。

圖3是實施例1的切片鏡片彎曲度(bow)的比較圖。

圖4是實施例1的切片鏡片翹曲度(warp)的比較圖。

圖5是與實施例2中所用各線圈類型相關的微管密度分布的比較圖。

圖6是實施例3的76～100mmn+4h-sic拋光晶片的蝕刻凹痕密度的分布圖。

發明詳述

各種披露的實施方式涉及感應pvt反應爐的設計。為了sic的適當生長，需要建立熱梯度，其中，源材料所占據的區域比sic晶種所占據的區域更熱。根據下述實施方式，通過設計一種能夠在反應室所占據的區域內產生相當均勻的加熱場的感應線圈來實現熱梯度。然而，反應室和隔熱件設計成導致反應室發生不均勻的熱損失。

根據一些特定的例子，以下式：

比例＝(線圈的軸向長度)/(反應室的軸向長度)

定義的線圈高度對反應室高度之比的最小值范圍為1.8～4.0、2.0～5.0、2.0～4.0，優選在標稱2.8～4.0的數值范圍內。更大的比例不會影響晶體的生長，但是會使大爐的構建更加昂貴且難以組裝和維護。當需要應用爐設計來適應更大晶體的生長時，發現關鍵的長度比(如上文所述定義)對于增加的直徑是不變的。

圖1圖示了采用本發明的特征的生長腔室的一種實施方式。在圖1的例子中，殼體110受到箱柜105的支承，箱柜105形成設備的基座。呈管式機架115形成的支承件支承反應室120，并且可沿垂直方向移動。圖1中圖示了處于其縮回位置的管式機架115。然而，在其展開位置時，管式機架115將反應室120放置于加工腔室的內管125內，其中，底部基板135接觸并密封腔室基座130，以使內腔室管125的內部能夠保持真空狀態。可對腔室基座130和基板135進行水冷。還可在內管125上提供外套筒127，以提供水冷，腔室蓋113密封內管125的頂部，且也可被水冷。基板135可依附于可包含磁流體密封的密封適配件137。密封適配件137還可結合有使反應室在生長處理過程中旋轉的旋轉電機、以及用于溫度測量的光纖高溫計頭。旋轉電機或光纖高溫計頭都沒有特別圖示于圖1中。頂部高溫計117測量隔熱了的反應室頂部的溫度。該例子中，高溫計117依附于高溫計x-y平移臺以能夠在不同位置進行測量。

圓柱形rf線圈140在內管125的周圍并與內管125共軸對齊。設計線圈140，以在內管125內施加均勻的電磁場。具體而言，線圈會產生電磁場，從而只要反應室定位于線圈中心附近，因反應室的存在而導致的該電磁場的擾動會很小。圖1的例子中，線圈的軸向長度(標記為al線圈)對高度(即反應室的軸向長度，標記為al室)之比設定在2.0～4.0。以這種方式，感應線圈設計的效果在于，反應室的設計(幾何構造、壁厚、隔熱件123等)將主要決定升華區中溫度的水平和均勻性。為了將真空腔室對反應室內rf場的影響降到最低，腔室的凸緣應由鋁或奧氏體級的鋼材制成。腔室的高度(包括端蓋)對線圈的高度之比應當是al線圈的1.7倍～2.0倍或更大。

根據所公開的實施方式，線圈的設計沿著內管的軸向長度產生了長度與反應坩堝的高度至少相同的均勻場。然后，使反應坩堝在晶體生長的過程中置于該均勻場內。在一些實施方式中，在比反應室高度更長的長度上產生均勻場，以提供安全邊界。

在一些實施方式中，提供了一種用于石英真空腔室外壁周圍的強迫空氣流的機構。在圖1的實施方式中，強迫空氣機構包含與空氣導管112耦聯并從底部向頂部遞送空氣的空氣泵111。強迫空氣流經由排氣連接件144在頂部排出殼體110。相反，在圖1a中，通過在腔室蓋板底部制造空氣進氣口142以使空氣自底部進入(如箭頭所示)來實現空氣冷卻。該例子中，空氣進氣口覆蓋有百葉窗以輔助進行層流。排氣連接件144可引導至由鼓風機輔助的排氣通風系統，以輔助熱空氣的處置。

設計反應室的內徑，以適應直徑為76～200mm的晶體生長。類似地，設計rf感應線圈的內徑以適應這種生長，且可設定為例如330～550mm或330～725mm。為了保持反應室內rf場的均勻性，反應室的支承件由rf場無法與其有效耦聯的材料制成。

實施例

實施例1—使用傳統線圈和新感應線圈的76mm直徑4h-sic晶體生長。

兩臺相同的真空爐各自配有不同的線圈。準備多個相同的具有隔熱件的反應室，用于使用76mm4h-sic晶種進行sic的升華晶體生長。在“對照”線圈爐中，線圈軸向長度對反應室軸向長度之比為2.0，而在“新”線圈爐中，線圈軸向長度對反應室軸向長度之比為3.6。對每臺爐執行相同的程序以生長摻雜n的4h-sic晶體。使反應室在線圈的軸向長度內居中，并且受到rf場無法與其有效耦聯的材料的支承。

針對在生長階段過程中保持穩態溫度值，在各個生長過程中追蹤溫度控制的穩定性。各臺爐中所有生長測試的該溫度值的標準偏差分布示于圖2中。圖2顯示“新”線圈(比例＝3.6)改善了批次間的溫度穩定性。溫度的單位是攝氏度。

采用的相同的方法使用多線切片系統從生產的所有晶體上切得晶片。圖3顯示了切片晶片的彎曲度分布，圖4顯示了切片晶片的翹曲度，以對各臺爐進行對比。彎曲度和翹曲度的單位是微米。圖3和4表明由新爐得到的晶體展現出密級得多的彎曲度分布以及更低的翹曲值。由于切片處理向各晶片施加了相同的表面損傷，彎曲度/翹曲度分布的變化可歸因于使用新爐(比例＝3.6)生產的晶體中更低的固有應力。

實施例2—使用對照線圈和新感應線圈的76mm直徑4h-sic晶體生長。

兩臺相同的真空爐各自配有不同的線圈。準備多個相同的具有隔熱件的反應室，用于使用76mm4h-sic晶種進行sic的升華晶體生長。在“對照”線圈爐中，線圈軸向長度對反應室軸向長度之比為2.0，而在“新”線圈爐中，線圈軸向長度對反應室軸向長度之比為3.6。對每臺爐執行相同的程序以生長摻雜n的4h-sic晶體。使反應室在線圈的軸向長度內居中，并且受到rf場無法與其有效耦聯的材料的支承。

將制得的晶體切成切片，并將這些切片完全加工成拋光晶片。使用kla-tencorcs2激光掃描光譜系統對各晶片進行檢測，該系統能夠探測拋光晶片中的微管(j.wan、s.-h.park、g.chung和m.j.loboda，《導電和半絕緣碳化硅精品中微管裝飾和計數的比較研究》(acomparativestudyofmicropipedecorationandcountinginconductiveandsemi-insulatingsiliconcarbidewafers)，《電子材料期刊》(j.electronicmaterials)，第34卷(10)，p.1342(2005))。測量確定了晶片上微管的總技術，并且將該數值除以總測量面積。在這些測量中，測量了整個晶片，除了將2mm邊緣排出在外。圖5比較了與各線圈類型有關的微管密度的分布。圖5中，線圈類型“0”是指“對照”線圈，而線圈類型“1”是指“新”線圈。微管密度的單位是缺陷/厘米²。圖5的檢測揭示了利用“新”線圈(比例＝3.6)生產的晶體始終展現出更低的微管且具有更密集的分布。

實施例3—使用傳統線圈和新感應線圈的76～100mm直徑4h-sic晶體生長。

一組相同的真空爐各自配有兩種不同感應線圈中的一種。準備多個相同的具有隔熱件的反應室，用于使用76mm4h-sic晶種進行sic的升華晶體生長。準備另一組多個相同的具有隔熱件的反應室，用于使用100mm4h-sic晶種進行sic的升華晶體生長。在“對照”線圈爐中，對于76mm生長，線圈長度對反應室長度之比為2.0，而在“新”線圈爐中，線圈長度對反應室長度為3.6。在“對照”線圈爐中，對于100mm生長，線圈長度對反應室長度之比為1.6，而在“新”線圈爐中，線圈長度對反應室長度為2.9。使反應室在線圈的長度內居中，并且受到rf場無法與其有效耦聯的材料的支承。利用與0.016～0.028歐姆-cm電阻率范圍相對應的氮摻雜所有長成的晶體。

從各晶體上切得切片，并在熔融koh中對這些切片進行蝕刻，以揭示與基板、邊緣相對應的錯位蝕刻凹痕以及螺旋錯位。在各晶片上的9個位置處對錯位蝕刻凹痕的總數進行計數，然后將總計數除以測量面積。圖6顯示了蝕刻凹痕密度值的趨勢，比較了傳統和新rf線圈。

圖6顯示隨著線圈對反應室長度之比的增加，4h-sic晶體在76mm和100mm處都出現了蝕刻凹痕密度的相應下降。錯位的降低通常與生長過程中晶體應力的降低相關。因非均勻rf場而導致的寄生(parasitic)溫度梯度的減小會導致晶體生長過程中應力的降低。

實施例4.150mm直徑4h-sic晶體生長。

構建支承最大200mm直徑晶體的生長的感應爐。隔熱反應室由4h-sic晶種晶片構建，且該設計與約3.5的線圈對反應室長度之比相對應。生長了摻雜有氮的155mm直徑4h-sic晶體(6b13470010)。將該晶體切片成晶片，并用x射線拓撲學對其進行檢測。在切片晶片上的9個位置評估螺旋錯位和基面錯位計數。通過將錯位計數除以測量面積來確定各位置處的錯位密度。基面錯位密度在3.1～6.2×10³/cm²范圍內，螺旋錯位密度在0.25～3.75×10²/cm²范圍內。

應當理解的是，本文所述的工藝和技術并未固有地設計任何具體的設備，可通過對組件進行任意合適組合的方式來實施。另外，可按照本文所述的教導來使用各種類型的通用裝置。構建特殊設備來進行本文所述的方法步驟也可被證明是有益的。

已參照具體實施例對本發明進行了描述，它們在任何方面都旨在進行例示而非進行限制。本領域技術人員將理解硬件、軟件和固件的多種不同組合都會適用于實施本發明。而且，本領域技術人員通過考慮說明書和實施本文所公開的發明，可以顯而易見地想到本發明的其他實施方式。說明書和實施例旨在只具有示例性，本發明真正的范圍和精神如所附權利要求所示。