[发明专利]一种从籽晶托上剥离碳化硅籽晶的方法

说明书

本发明公开了一种从籽晶托上剥离碳化硅籽晶的方法。该方法主要利用氧化性酸在一定温度下可以与籽晶粘合剂——糖或有机胶等有机物发生化学反应，而碳化硅籽晶不与氧化性酸反应，从而将碳化硅籽晶从籽晶托上剥离，剥离下的籽晶通过水洗、烘干和返抛后可再用于晶体生长。

技术领域

本发明属于晶体生长领域，具体来说涉及一种用于生长高质量碳化硅晶体工艺改进。

背景技术

随着第一代硅半导体及第二代砷化镓半导体材料发展日趋成熟,其器件应用也趋于极限。现代科技越来越多的领域需要工作频率高,功率密度高,耐高温,化学稳定性好以及可以在强辐射环境中工作的材料,因此第三代半导体(即宽禁带半导体,禁带宽度大于2.2eV)受到了人们的极大关注,这些材料包括碳化硅,氮化铝，氮化镓，氧化锌，金刚石等等,其中技术最为成熟的就是碳化硅。碳化硅为间接带隙半导体,其带隙3.0ev，热导率和击穿电场高,化学稳定性好,抗高辐射等等。

目前生长碳化硅晶体最有效的方法是物理气相传输法(journal ofcrystalgrowth43(1978)209-212)，典型的生长室结构如图1所示。坩埚由上部的盖和下部的锅组成，上部的盖用于粘籽晶，通常称之为籽晶托，下部的埚用于装碳化硅原料。生长碳化硅晶体所用的坩埚材料主要为三高石墨(高强度、高密度和高纯度)。由于石墨高温稳定、导热性好、加工方便、价格适宜，在生长碳化硅晶体中被广泛使用。

在生长碳化硅晶体过程中，碳化硅籽晶通过粘合剂粘到籽晶托上。在籽晶粘结过程中，由于籽晶托表面平整度差、粘合剂粘结不均匀以及籽晶烧结时粘合剂释放气体等因素，使得籽晶与籽晶托间出现空隙。空隙区域与高温碳化后的粘合剂区域之间导热性的差异会造成籽晶背面温度分布不均匀。设计石墨坩埚上部保温材料散热孔的大小和形状，保证在晶体生长时生长室内形成需要的温度梯度，碳化硅原料处于高温区，籽晶处于低温区(参见图1)。将坩埚内的温度升至2000-2200℃，碳化硅原料升华，升华所产生的Si₂C、SiC₂和Si等碳化硅气相物质在温度梯度的作用下从高温原料输运到低温籽晶处,结晶生产碳化硅晶体。然而，整个生长过程中温度梯度不仅存在于原料和籽晶间，碳化硅晶体籽晶面与籽晶托之间同样存在一定的温度梯度。晶体的籽晶面与籽晶托之间存在的温度梯度可能会影响晶体的质量。由于晶体的籽晶面与籽晶托之间存在温度梯度而会出现热蒸发，并且热蒸发优先出现在温度较高区域或缺陷密集区域。由于籽晶与籽晶托之间空隙区域的温度相对碳化粘合剂区域导热性差，因此籽晶面蒸发容易发生在气孔区域，热蒸发所产生的碳化硅气相物质聚积在空隙区域。晶体生长过程中，尽管采用的三高石墨坩埚为，但其孔隙率仍然高达10％以上。空隙区域所聚积的碳化硅气相物质会沿石墨盖中存在的孔隙逸出，且气相物质逸出是一个持续的过程。结果是晶体籽晶面空隙区域不断热蒸发，热蒸发所产生的气相物质不断地通过石墨盖孔隙逸出生长室，导致在生长的晶体中产生平面六方空洞缺陷。该缺陷的形成将急剧降低晶片的质量和产率。为解决这种缺陷，我们曾经提出通过在籽晶粘结面作高致密的石墨涂层可有效减少平面六方空洞缺陷并获得专利(专利授权号：200910236735.3)，但该方法尚不能彻底消除平面六方空洞缺陷。此外，减少籽晶粘结后籽晶与石墨托之间空隙尺寸，也能有效提高碳化硅晶体质量。但在实际操作过程中，总会出现一些籽晶和籽晶托之间空隙较大情况，在这种情况下，使用这些籽晶则容易出现平面六方空洞而影响晶体质量，不用这些籽晶会造成成本的增加(碳化硅籽晶价格非常昂贵)。所以，安全地将籽晶和籽晶托剥离则是一种最好的选择。

发明内容

籽晶和籽晶托之间的空隙容易在晶体生长过程中造成局部传热不均，导致碳化硅晶体出现平面六方空洞缺陷问题，因而使用这些籽晶则容易出现平面六方空洞而影响晶体质量，但不用又会造成成本的增加。所以，我们提出一种将籽晶和籽晶托分离方法，实施该方法，可以确保使用粘结质量最好的籽晶进行碳化硅晶体生长，从而明显地减少晶体中的平面六角缺陷，提高晶体质量和产率。