[发明专利]一种生长SiC晶体的籽晶粘结方法

说明书

技术领域

本发明属于晶体生长领域，涉及一种用于生长高质量SiC晶体的籽晶粘结方法。

背景技术

微电子、光电子和信息技术等现代工业技术在以硅为代表的第一代和以砷化镓为代表的第二代半导体材料的基础上获得了迅猛发展，广泛应用于航空航天、核能、通信、国防安全等领域。同时，现代工业技术的发展对半导体材料和器件提出了更高的要求。硅和砷化镓等半导体材料受自身结构和性能的限制，不能满足高温、高频、大功率等应用的要求。相比之下，碳化硅晶体(SiC)具有宽带隙、高击穿场强、高热导率、高载流子饱和漂移速度等优点，可以满足高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等应用的要求，在航空航天、信息技术、国防安全等领域具有巨大的潜力，是第三代半导体的核心材料。

SiC晶体通常采用物理气相输运法进行生长，其生长室典型结构如图1所示。SiC原料置于生长室下部，籽晶固定在坩埚顶部，固定籽晶的部分通常被称为籽晶托。通过控制生长室温度和压力，使SiC原料从坩埚下部升华，上升至籽晶上进行堆积生长，最终获得SiC单晶。石墨具有良好的高温性能和机械加工性能、并且价格适宜，被广泛用于制作SiC晶体生长用坩埚。

SiC晶体生长是一个复杂的气相输运和结晶过程，影响因素多，其中籽晶固定技术是影响晶体生长过程和结晶质量的关键因素。通常，采用粘结剂将SiC籽晶粘结在籽晶托上的方式固定籽晶。籽晶粘结首先要保证将籽晶稳定的固定在籽晶托上，确保高温环境下晶体生长过程中，籽晶不脱落。另外，籽晶粘结效果对晶体结晶质量也有很大影响，一方面粘结剂涂刷不均匀，容易导致籽晶与籽晶托之间间隙不均匀，使得籽晶不同区域的温度不均匀，影响晶体均匀生长；另一方面，粘结剂固化后会产生机械应力作用于籽晶，粘结剂分布均匀性直接影响机械应力在籽晶不同区域的分布均匀性，同时从室温升至晶体生长温度，不均匀的热应力和机械应力易使籽晶发生变形，从而影响结晶质量，严重时易导致籽晶开裂破坏。籽晶的粘结固定和保护对SiC晶体生长影响显著，据专利WO2008033994A1报道，籽晶背升华会造成籽晶破坏，在晶体中引入大量微管缺陷，要抑制籽晶背升华，需要使籽晶和籽晶托之间保持均匀间隙，同时间隙小于10μm，但专利并未详细介绍相关籽晶粘结固定方法。专利CN101580964A提出对籽晶托进行致密化处理，来抑制籽晶背升华，提高晶体的结晶质量。籽晶粘结固定方法是SiC晶体生长的关键技术，与籽晶保护也密切相关，直接影响晶体的结晶质量，有关SiC晶体直径粘结固定技术尚未见详细报道，解决籽晶粘结固定问题对生长高质量SiC晶体十分重要。

发明内容

为了解决物理气相输运法(PVT)生长SiC晶体中籽晶粘结固定问题，本发明公开了一种生长高质量SiC晶体的籽晶粘结方法，所述方法可均匀粘结固定SiC籽晶，且所述方法的实施可以减少籽晶受热应力和机械应力发生开裂的概率，同时提高籽晶不同区域温度分布均匀性，提高晶体质量和成品率。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案来实现：

一种生长高质量SiC晶体的籽晶粘结方法，包括如下步骤：

(1)、丝网印刷：将丝网覆盖在籽晶托或籽晶上，将粘结剂均匀涂刷在丝网覆盖的籽晶托或丝网覆盖的籽晶上，然后将丝网与籽晶托和籽晶分离，得到刷有粘结剂的籽晶托或刷有粘结剂的籽晶。

(2)、籽晶粘结：将未涂刷粘结剂的籽晶紧密粘结在步骤(1)所得的刷有粘结剂的籽晶托上，或者将步骤(1)所得的刷有粘结剂的籽晶紧密粘结在未涂刷粘结剂的籽晶托上，或者将步骤(1)所得的刷有粘结剂的籽晶紧密粘结在步骤(1)所得的刷有粘结剂的籽晶托上；其中，所述粘结剂位于籽晶与籽晶托之间，且籽晶与籽晶托之间的间隙均匀。

(3)、将粘结籽晶和籽晶托的结粘结剂进行固化处理，其中，固化后的粘结剂层的厚度为7-100μm。

所述的丝网印刷，是指将丝网覆盖在籽晶托或籽晶上，用刷子将粘结剂涂刷在丝网覆盖的籽晶托或籽晶上。丝网的厚度可以确保粘结剂涂刷厚度，通过采用不同厚度和目数的丝网，可以调节涂刷粘结剂的厚度，同时丝网厚度一致性确保涂刷的粘结剂厚度均匀性。

所述的籽晶粘结，是指利用丝网印刷方法将粘结剂均匀涂刷在籽晶托上，然后将未涂刷粘结剂的籽晶粘结在已涂刷粘结剂的籽晶托上，或利用丝网印刷方法将粘结剂均匀涂刷在籽晶上，然后将涂刷粘结剂的籽晶粘结在未涂刷粘结剂的籽晶托上，或利用丝网印刷方法将粘结剂分别均匀涂刷在籽晶托和籽晶上，然后将涂刷粘结剂的籽晶粘结在涂刷粘结剂的籽晶托上。其中，籽晶托的直径与籽晶的直径相同或比籽晶直径略大，晶体是在籽晶上延续长大的。