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EP4217528A1 - Method for growing single crystals - Google Patents

Method for growing single crystals

Info

Publication number
EP4217528A1
EP4217528A1 EP21794711.8A EP21794711A EP4217528A1 EP 4217528 A1 EP4217528 A1 EP 4217528A1 EP 21794711 A EP21794711 A EP 21794711A EP 4217528 A1 EP4217528 A1 EP 4217528A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crucible
seed crystal
weight
crystal layer
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21794711.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kanaparin Ariyawong
Ghassan Barbar
Robert Ebner
Chih-Yung Hsiung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebner Industrieofenbau GmbH
Original Assignee
Ebner Industrieofenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebner Industrieofenbau GmbH filed Critical Ebner Industrieofenbau GmbH
Publication of EP4217528A1 publication Critical patent/EP4217528A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B35/00Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002Crucibles or containers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides

Definitions

  • the invention relates to a device for growing single crystals, in particular single crystals made of silicon carbide, 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 s section, the receiving space being used for growing the Crystals is formed, the device having at least one seed crystal layer.
  • 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.
  • One problem that occurs with known methods is detaching the ingot that is produced when the crystals are grown from the lid, since the ingot has grown together with the lid in the conventional methods. Cutting or sawing methods are usually used for this purpose.
  • the conventional solutions favor the formation of imperfections in a transition region between the cover and edge regions of the seed crystal, since deposits can occur on side edges of the seed crystal that are not intended for crystal growth in the known solutions.
  • the object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to simplify the production of single crystals.
  • the seed crystal layer is weighted down on a side facing away from the receiving space by means of a weight and, in particular only, is fixed in its position against at least one holding section of the crucible by the weight of the weight.
  • the solution according to the invention makes it possible in a simple manner to remove the ingot from the crucible without having to cut off or detach the ingot from the lid for this purpose.
  • the seed crystal layer bears against the at least one holding section with at least one outer edge region.
  • the at least one holding section is designed to run around an opening of the opening section.
  • the at least one holding section is formed by at least one section of a holder facing a central longitudinal axis of the crucible with an annular or tubular base body, with the at least one holding section protruding from the base body.
  • a particularly reliable positioning of the holder in the crucible provides that the holder is screwed into the crucible.
  • the holder has an external thread on a lateral surface of the base body, with a lateral surface delimiting the opening having an internal thread corresponding to the external thread.
  • the weight is arranged between the seed crystal layer and a cover of the crucible, the weight and cover being formed separately from one another.
  • the weighting mass is arranged loosely between the cover and the seed crystal layer.
  • a variant of the invention consists in the at least one seed crystal layer being applied to a carrier substrate and the weighting mass resting on the carrier substrate.
  • the carrier substrate can advantageously be formed from graphite.
  • the weighting mass and/or the mount can be made of metal, ceramic, mineral or plastic, in particular refractory materials, carbides, oxides or nitrides.
  • FIG. 1 shows an apparatus for the production of single crystals by means of physical vapor deposition with a conventional attachment of a seed crystal
  • FIG. 2 shows a section through a crucible of a first variant of a device according to the invention
  • FIG 3 shows a section through a crucible of a second variant of a device according to the invention
  • 4 shows a section through a crucible of a second variant of a device according to the invention.
  • the furnace 401 comprises an evacuatable chamber 402 with a crucible 403 accommodated therein.
  • the crucible 403 is essentially pot-shaped, with an upper end region being closed 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 there is a starting material 407 which serves as a raw material for the crystal growth on the seed crystal 405 and which is gradually used up during the production 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.
  • a device 501 for growing single crystals comprises a crucible 502.
  • the crucible 502 defines an outer lateral surface 503 and also delimits a receiving space 504 with an axial extent 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.
  • seed crystal layer 507 is weighted down on a side facing away from 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 weight of weight 508. Provision is preferably made for the seed crystal layer 507 to be formed only by the weight of the weight 508.
  • the device 501 and the furnace can be designed 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. 3, 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. If the seed crystal layer 507 is applied to a carrier substrate, the weighting mass 508 can rest on the carrier substrate. 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.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

The invention relates to a device (501) for growing single crystals, in particular silicium carbide single crystals, and comprises a crucible (502), the crucible (502) defining an outer surface (503) and delimiting a receptacle (504) having an axial extent between a bottom portion (505) and an opening portion (506). The receptacle (504) is designed for crystal growth and at least one seed crystal layer (507) is located in the opening portion (506), the seed crystal layer (507) being weighted down by means of a weighting mass (508) at a side remote from the receptacle (504) and being fixed, in particular exclusively, by the weight force of the weighting mass (508) in its position against at least one holding portion (509) located in the opening portion.

Description

VORRICHTUNG ZUM ZÜCHTEN VON EINKRISTALLEN DEVICE FOR GROWING MONOCRYSTALS
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Züchten von Einkristallen, insbesondere von Einkristallen aus Siliziumcarbid, umfassend einen Tiegel, welcher Tiegel eine äußere Mantelfläche definiert und weiters einen Aufnahmeraum mit einer Axialerstreckung zwischen einem Bodenabschnitt und einem Öffnung s ab schnitt umgrenzt, wobei der Aufnahmeraum zum Züchten der Kristalle ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung zumindest eine Keimkristallschicht aufweist. The invention relates to a device for growing single crystals, in particular single crystals made of silicon carbide, 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 s section, the receiving space being used for growing the Crystals is formed, the device having at least one seed crystal layer.
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. Today, single crystals are artificially produced on an industrial scale for many technical applications. According to the phase transitions that lead to the crystal, growth from the melt, from the solution and from the gas phase can be differentiated. In the case of growth from the gas phase, the production methods of sublimation or physical gas phase deposition and the method of chemical gas phase deposition can also be distinguished. In physical vapor deposition, the substance to be grown is vaporized by heating so that it transitions into the gas phase. Under suitable conditions, the gas can resublimate on a seed crystal, as a result of which the crystal grows. The raw material (powder or granules), which is usually polycrystalline, undergoes recrystallization in this way. Chemical vapor deposition works in a similar way. With this, the transition of the substance to be grown into the gas phase is only possible through an auxiliary substance to which the substance binds chemically, since otherwise the vapor pressure would be too low. In connection with the auxiliary substance, a higher transport rate towards the seed crystal is thus achieved.
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, den bei Heranzucht der Kristalle entstehenden Ingot von dem Deckel zu lösen, da der Ingot bei den herkömmlichen Verfahren mit dem Deckel verwachsen ist. Hierzu kommen üblicherweise Schneide oder Sägeverfahren zum Einsatz. Darüber hinaus wird durch die herkömmlichen Lösungen das Entstehen von Störstellen in einem Übergangsbereich zwischen Deckel und Randbereichen des Keimkristall begünstigt, da Ablagerungen an nicht für das Kristallwachstum vorgesehenen Seitenkanten des Keimkristalls bei den bekannten Lösungen vorkommen können. There is great interest in silicon carbide monocrystals, particularly because of their semiconductor properties. They 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. One problem that occurs with known methods is detaching the ingot that is produced when the crystals are grown from the lid, since the ingot has grown together with the lid in the conventional methods. Cutting or sawing methods are usually used for this purpose. In addition, the conventional solutions favor the formation of imperfections in a transition region between the cover and edge regions of the seed crystal, since deposits can occur on side edges of the seed crystal that are not intended for crystal growth in the known solutions.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und die Herstellung von Einkristallen zu vereinfachen. The object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to simplify the production of single crystals.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Keimkristallschicht an einer dem Aufnahmeraum abgewandten Seite mittels einer Beschwerungsmasse beschwert und, insbesondere nur, durch die Gewichtskraft der Beschwerungsmasse in ihrer Position gegen zumindest einen Halteabschnitt des Tiegels fixiert ist. This object is achieved according to the invention in that the seed crystal layer is weighted down on a side facing away from the receiving space by means of a weight and, in particular only, is fixed in its position against at least one holding section of the crucible by the weight of the weight.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es auf einfache Weise, den Ingot aus dem Tiegel zu entfernen, ohne hierfür den Ingot von dem Deckel abschneiden bzw. ablösen zu müssen. The solution according to the invention makes it possible in a simple manner to remove the ingot from the crucible without having to cut off or detach the ingot from the lid for this purpose.
Um nicht der Kristallisation dienende Bereiche abzudecken kann es vorgesehen sein, dass die Keimkristallschicht mit zumindest einem äußeren Randbereich an dem zumindest einen Halteabschnitt anliegt. In order to cover regions that are not used for crystallization, it can be provided that the seed crystal layer bears against the at least one holding section with at least one outer edge region.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass der zumindest eine Halteabschnitt um eine Öffnung des Öffnungsabschnittes umlaufend ausgebildet ist. It has proven to be particularly advantageous that the at least one holding section is designed to run around an opening of the opening section.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine Halteabschnitt zumindest einen durch einen einer Längsmittelachse des Tiegels zugewandten Abschnitt einer Halterung mit einem ring- oder rohrförmigen Grundkörper gebildet ist, wobei der zumindest eine Halteabschnitt von dem Grundkörper absteht. According to a preferred development of the invention, it can be provided that the at least one holding section is formed by at least one section of a holder facing a central longitudinal axis of the crucible with an annular or tubular base body, with the at least one holding section protruding from the base body.
Eine besonders zuverlässige Positionierung der Halterung in dem Tiegel sieht vor, dass die Halterung in den Tiegel eingeschraubt ist. Gemäß einer bevorzugten Variante kann es hierbei vorgesehen sein, dass die Halterung an einer Mantelfläche des Grundkörpers ein Außengewinde aufweist, wobei eine die Öffnung begrenzende Mantelfläche ein mit dem Außengewinde korrespondierendes Innengewinde aufweist. A particularly reliable positioning of the holder in the crucible provides that the holder is screwed into the crucible. According to a preferred variant, it can be provided here that the holder has an external thread on a lateral surface of the base body, with a lateral surface delimiting the opening having an internal thread corresponding to the external thread.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Beschwerungsmasse zwischen der Keimkristallschicht und einem Deckel des Tiegels angeordnet, wobei Beschwerungsmasse und Deckel getrennt voneinander ausgebildet sind. In an advantageous development, the weight is arranged between the seed crystal layer and a cover of the crucible, the weight and cover being formed separately from one another.
Als besonders günstig hat sich herausgestellt, dass die Beschwerungsmasse lose zwischen Deckel und Keimkristallschicht angeordnet ist. It has turned out to be particularly favorable that the weighting mass is arranged loosely between the cover and the seed crystal layer.
Eine Variante der Erfindung besteht darin, dass die zumindest eine Keimkristallschicht auf einem Trägersubstrat aufgebracht ist und die Beschwerungsmasse an dem Trägersubstrat aufliegt. A variant of the invention consists in the at least one seed crystal layer being applied to a carrier substrate and the weighting mass resting on the carrier substrate.
Vorteilhafterweise kann das Trägersubstrat aus Graphit gebildet sein. The carrier substrate can advantageously be formed from graphite.
Die Beschwerungsmasse und/oder die Halterung kann aus Metall, Keramik, Mineral oder Kunststoff hergestellt ist, insbesondere aus feuerfesten Materialien, Carbiden, Oxiden oder Nitriden. The weighting mass and/or the mount can be made of metal, ceramic, mineral or plastic, in particular refractory materials, carbides, oxides or nitrides.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Tiegel in einer Kammer eines induktiv geheizten Ofens angeordnet ist. Provision is preferably made for the crucible to be arranged in a chamber of an inductively heated furnace.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. For a better understanding of the invention, it is explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: They each show in a greatly simplified, schematic representation:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen mittels physikalischer Gasphasenabscheidung mit einer herkömmlichen Anbringung eines Keimkristalls; 1 shows an apparatus for the production of single crystals by means of physical vapor deposition with a conventional attachment of a seed crystal;
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Tiegel einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 2 shows a section through a crucible of a first variant of a device according to the invention;
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Tiegel einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 4 einen Schnitt durch einen Tiegel einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 3 shows a section through a crucible of a second variant of a device according to the invention; 4 shows a section through a crucible of a second variant of a device according to the invention.
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 Lageangaben, 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. As an introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numbers or the same component designations, it being possible for the disclosures contained throughout the description to be applied to the same parts with the same reference numbers or the same component designations. The position information selected in the description, such as top, bottom, side, etc., is related to the directly described and illustrated figure and these position information are to be transferred to the new position in the event of a change in position.
Die Fig. 1 zeigt einen Ofen 401 zur Herstellung von Einkristallen mittels physikalischer Gasphasenabscheidung. Der Ofen 401 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. 1 shows a furnace 401 for producing single crystals by means of physical vapor deposition. The furnace 401 comprises an evacuatable chamber 402 with a crucible 403 accommodated therein. The crucible 403 is essentially pot-shaped, with an upper end region being closed by a cover 404. In this case, an underside of the cover 404 of the crucible 403 is usually designed for fastening a seed crystal 405 . In a bottom area 406 of the crucible 403 there is a starting material 407 which serves as a raw material for the crystal growth on the seed crystal 405 and which is gradually used up during the production process.
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. The transition of the starting material 407 into the gas phase is achieved by heating using a heater 408 . According to this exemplary embodiment, 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. At the same time, 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 .
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. 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.
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 Fig. 2 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. By heating the starting material 407 and causing atoms or molecules thereof to gaseous phase, they can diffuse in the interior of the crucible 403 to the seed crystal 405 and be deposited thereon, as a result of which crystal growth takes place. According to Fig. 2, a device 501 according to the invention 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 extent 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 Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die Keimkristallschicht 507 erfindungsgemäß 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 sowie der Ofen aus Fig. 2 ausgebildet sein. In contrast to the embodiment according to Fig. 1, according to the invention, seed crystal layer 507 is weighted down on a side facing away from 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 weight of weight 508. Provision is preferably made for the seed crystal layer 507 to be formed only by the weight of the weight 508. In other respects, the device 501 and the furnace can be designed from FIG.
Wie aus Fig. 2 weiters ersichtlich ist kann die die Keimkristallschicht 507 mit zumindest einem äußeren Randbereich an dem zumindest einen Halteabschnitt 509 anliegen. As can also be seen from FIG. 2 , at least one outer edge region of the seed crystal layer 507 can bear against the at least one holding section 509 .
Der Halteabschnitt 509 kann um eine Öffnung 510 des Öffnungsabschnittes 506 umlaufend ausgebildet sein. The holding section 509 can be configured to run around an opening 510 of the opening section 506 .
Gemäß den Figuren 3 und 4 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. 3 dargestellt ist oder eingesteckt sein, wie in Fig. 4 gezeigt. According to FIGS. 3 and 4, 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. 3, or plugged in, as shown in FIG.
Gemäß der in Fig. 3 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. 4 kann sich die in den Tiegel eingesteckte Halterung 510 an einem VorsprungAccording to the embodiment shown in FIG. 3, 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. According to FIG. 4, the holder 510 inserted into the crucible can be located on a projection
514 des Tiegel 502 abstützen. Der Vorsprung 514 kann beispielsweise um die Öffnung des Öffnungsabschnittes 506 umlaufend ausgebildet sein. 514 of the crucible 502. The projection 514 can be formed, for example, around the opening of the opening portion 506 encircling.
Die Beschwerungsmasse 508 kann zwischen der Keimkristallschicht 507 und einem DeckelThe weighting mass 508 can be placed between the seed crystal layer 507 and a cover
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. 515 of the crucible 502 can be arranged, the weight 508 and cover 515 being formed separately from one another. The weighting mass 508 is preferably arranged loosely between the cover 515 and the seed crystal layer 507 .
Die Keimkristallschicht 507 kann als mechanisch selbsttragende Schicht ausgebildet oder aber auch auf einem Trägersubstrat aufgebracht sein. Falls die Keimkristallschicht 507 auf ein Trägersubstrat aufgebracht ist, kann die Beschwerungsmasse 508 an dem Trägersubstrat aufliegen. Als besonders geeignet für das Trägersubstrat hat sich Graphit herausgestellt. 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. If the seed crystal layer 507 is applied to a carrier substrate, the weighting mass 508 can rest on the carrier substrate. Graphite has proven to be particularly suitable for the carrier substrate.
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, Carbide, Oxide oder Nitride erwiesen. The weight 508 and/or the mount 510 may be made of metal, ceramic, mineral, or plastic. For example, refractory materials, carbides, oxides or nitrides have proven to be particularly suitable.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden. Finally, for the sake of clarity, it should be pointed out that some elements are shown not to scale and/or enlarged and/or reduced in size for a better understanding of the structure.
Bezugszeichenaufstellung list of reference numbers
Ofen oven
Kammer chamber
Tiegel crucible
Deckel lid
Keimkristall seed crystal
Bodenabschnitt bottom section
Ausgangsmaterial starting material
Heizung heating
Isolierung insulation
Vorrichtung contraption
Tiegel crucible
Mantelfläche lateral surface
Aufnahmeraum recording room
Bodenabschnitt bottom section
Öffnungsabschnitt opening section
Keimkristallschicht seed layer
Beschwerungsmasse weighting mass
Halteabschnitt holding section
Halterung bracket
Grundkörper body
Außengewinde external thread
Innengewinde inner thread
Vorsprung head Start
Deckel lid

Claims

- 8 -P a t e n t a n s p r ü c h e - 8 -Claims
1. Vorrichtung (501) zum Züchten von Einkristallen, insbesondere von Einkristallen aus Siliziumcarbid, umfassend einen Tiegel (502), welcher Tiegel (502) eine äußere Mantelfläche (503) definiert und weiters einen Aufnahmeraum (504) mit einer Axialerstreckung zwischen einem Bodenabschnitt (505) und einem Öffnung s ab schnitt (506) umgrenzt, wobei der Aufnahmeraum (504) zum Züchten der Kristalle ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung zumindest eine Keimkristallschicht (507) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht (507) an einer dem Aufnahmeraum (504) abgewandten Seite mittels einer Beschwerungsmasse (508) beschwert und, insbesondere nur, durch die Gewichtskraft der Beschwerungsmasse (508) in ihrer Position gegen zumindest einen Halteabschnitt (509) des Tiegels fixiert ist. 1. Device (501) for growing single crystals, in particular single crystals made of silicon carbide, comprising a crucible (502), which crucible (502) defines an outer lateral surface (503) and furthermore a receiving space (504) with an axial extent between a bottom section ( 505) and an opening section (506), the receiving space (504) being designed for growing the crystals, the device having at least one seed crystal layer (507), characterized in that the seed crystal layer (507) is attached to one of the receiving space (504) on the opposite side by means of a weight (508) and is fixed in its position against at least one holding section (509) of the crucible, in particular only by the weight of the weight (508).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimkristallschicht (507) mit zumindest einem äußeren Randbereich an dem zumindest einen Halteabschnitt (509) anliegt. 2. Device according to claim 1, characterized in that the seed crystal layer (507) rests with at least one outer edge area on the at least one holding section (509).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Halteabschnitt (509) um eine Öffnung (510) des Öffnungsabschnittes (506) umlaufend ausgebildet ist. 3. Device according to claim 2, characterized in that the at least one holding section (509) is designed to run around an opening (510) of the opening section (506).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Halteabschnitt (509) zumindest einen durch einen einer Längsmittelachse des Tiegels zugewandten Abschnitt einer Halterung (510) mit einem ring- oder rohrförmigen Grundkörper (511) gebildet ist, wobei der zumindest eine Halteabschnitt (509) von dem Grundkörper (511) absteht. 4. The device according to claim 2 or 3, characterized in that the at least one holding section (509) is formed by at least one section of a holder (510) facing a central longitudinal axis of the crucible with an annular or tubular base body (511), the at least one holding section (509) protrudes from the base body (511).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (510) in den Tiegel (502) eingeschraubt ist. 5. Device according to claim 4, characterized in that the holder (510) is screwed into the crucible (502).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (510) an einer Mantelfläche des Grundkörpers (511) ein Außengewinde (512) aufweist, wobei eine - 9 - die Öffnung begrenzende Mantelfläche ein mit dem Außengewinde korrespondierendes Innengewinde (513) aufweist. 6. The device according to claim 5, characterized in that the holder (510) on a lateral surface of the base body (511) has an external thread (512), wherein a - 9 - the lateral surface delimiting the opening has an internal thread (513) corresponding to the external thread.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschwerungsmasse (508) zwischen der Keimkristallschicht (507) und einem Deckel (514) des Tiegels (502) angeordnet ist, wobei Beschwerungsmasse (508) und Deckel (514) getrennt voneinander ausgebildet sind. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the weight (508) is arranged between the seed crystal layer (507) and a cover (514) of the crucible (502), the weight (508) and cover (514) are formed separately from each other.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschwerungsmasse (508) lose zwischen Deckel (514) und Keimkristallschicht (507) angeordnet ist. 8. The device according to claim 7, characterized in that the weight (508) is arranged loosely between the cover (514) and seed crystal layer (507).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Keimkristallschicht (507) auf einem Trägersubstrat aufgebracht ist und die Beschwerungsmasse (508) an dem Trägersubstrat aufliegt. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one seed crystal layer (507) is applied to a carrier substrate and the weighting mass (508) rests on the carrier substrate.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat aus Graphit gebildet ist. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the carrier substrate is formed from graphite.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschwerungsmasse (508) und/oder die Halterung (510) aus Metall, Keramik, Mineral o- der Kunststoff hergestellt ist, insbesondere aus feuerfesten Materialien, Carbiden, Oxiden o- der Nitriden. 11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the weight (508) and/or the holder (510) is made of metal, ceramic, mineral or plastic, in particular of refractory materials, carbides, oxides or the like - the nitrides.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (502) in einer Kammer eines induktiv geheizten Ofens angeordnet ist. 12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the crucible (502) is arranged in a chamber of an inductively heated furnace.
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