[发明专利]多组件陶瓷坩埚及其制造方法

说明书

相关申请交叉参考

本申请要求2006年6月20日提交的US 60/805238的权益，通过引用，该专利申请全文并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于元素提纯、化合及半导体晶体生长的坩埚，例如分子束外延(MBE)泻流室或源容器，尤其是包括构成单一体的多组件的坩埚。本发明还提供了制造这种坩埚的方法和设备。

背景技术

陶瓷材料例如热解氮化硼(pBN)的结构、物理性质、纯度和化学惰性使其成为对元素提纯、化合以及半导体晶体生长有吸引力的容器材料。取决于用途及所需坩埚容量，坩埚可具有如美国专利No.5,158,750中公开的直壁圆柱形构形；如美国专利No.5,759,646中公开的直的但为锥形壁的构形；如美国专利No.4,946,542中公开的在其直壁上有阶跃或缩进部分；或如美国专利No.5,932,294中公开的用于MBE泻流室的在底部和圆锥形顶部之间具有细颈的单组件坩埚的负拉伸坩埚。

PBN坩埚是用现有技术中的已知工艺制造的，即，通过首先制备具有所需坩埚形状的型芯；在型芯上沉积氮化硼直至获得所需厚度的氮化硼；并且最后，从型芯上移走氮化硼坩埚。通常用石墨作为型芯材料。对具有直或锥形器壁(比底端大的顶端)的坩埚，由于其热收缩系数，石墨以比pBN高的比率收缩，可以相对容易地脱除石墨型芯而使pBN坩埚从型芯移走。但是，对在坩埚壁上具有缩进或曲线部分例如坩埚壁的颈，则必须设计如美国专利No.5,827,371中公开的分裂成为多个组件的指定型芯以移走型芯的顶部。至于底部部分，另一个工序步骤是：将坩埚加热至300-750℃40小时以氧化型芯底部部分，由此破坏石墨型芯的底部部分并及形成单一体单块pBN坩埚。

本发明涉及一种包括形成单一体的多组件的陶瓷坩埚，以及由许多组件制造单一体坩埚而无需从坩埚破坏并除去复杂石墨型芯的加热步骤的方法。

发明内容

开发了一种可在分子束外延(MBE)泻流室应用中使用的单一体氮化硼坩埚。该坩埚由沿其圆周连接起来的至少两部分构成，并且通过包含热解氮化硼或热解石墨的至少一层涂层密封接头。在一个实施方案中，将涂层模制形成预定的几何形状，该涂层具有适宜形成用来接受DC或AC电流以加热坩埚的至少一个电极的至少两个单独的末端。

本发明还涉及一种用于制备单一体坩埚的方法，包括步骤：a)在至少两个不同型芯的表面上沉积热解氮化硼(pBN)以形成坩埚的至少两个构件；b)将型芯从pBN构件移走；c)沿圆周将这些构件连接起来形成单一体坩埚；和d)在接头表面上沉积包含热解氮化硼或热解石墨的涂层以密封两构件之间的接头。

附图说明

图1A是根据本发明具有顶部和底部的多组件坩埚的实施方案的剖面图。

图1B是根据本发明的多组件坩埚第二个实施方案的剖面图，具有顶部、底部和连接顶部和底部的中间组件的3个组件，形成一单一体。

图2A是本发明多组件坩埚第二个实施方案的剖面图。

图2B是图2A的多组件坩埚的透视图。

图3是本发明多组件坩埚的另一个实施方案的剖面图。

图4是显示一个实施方案的坩埚当装有熔融铝时的热循环示意图。

具体实施方式

当在本文使用时，近似措辞可用来修饰任何可变但不给其所涉及的基本功能带来变化的定量表述。因此，由一个术语或一些术语如“约”和“基本上”修饰的值，有时可不限于指定的精确值。

当在本文使用时，术语“坩埚”可与用于元素提纯、化合、半导体晶体生长及通过分子束外延(MBE)的金属和掺杂剂的沉积的“容器”或“器皿”互换使用。术语“多组件”可与“多构件”或“多个构件”互换使用，以指代构成本发明单一体(或单组件、单体)坩埚的多个组件。

通过描述其制造工艺并参考其附图，本发明坩埚的实施方案说明如下。

坩埚实施方案：图1A说明了包括2个独立组件的本发明坩埚10的一个实施方案。第一组件是具有带侧壁13、位于侧壁13一端的封闭端底14、以及具有圆周51的开放顶部的基本为圆柱构形的底部部件12。第二组件是具有带圆周41的开放底部、带有锥形器壁的顶部连接于向外伸展的环形边缘16的负拉伸锥形壁15的具有圆周40的顶部或口的顶部部件11。在一个实施方案中，锥形壁15与向外伸展的环形边缘16形成45°角。