[發明專利]一種生長SiC晶體的籽晶粘結方法

無效

• 申請號: 201010586723.6
• 申請日: 2010-12-14
• 公開（公告）號: CN102534762A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 孔海寬;嚴成鋒;忻雋;陳建軍;肖兵;陳之戰;楊建華;施爾畏
• 申請（專利權）人: 上海硅酸鹽研究所中試基地;中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術領域

本發明屬于晶體生長領域，涉及一種用于生長高質量SiC晶體的籽晶粘結方法。

背景技術

微電子、光電子和信息技術等現代工業技術在以硅為代表的第一代和以砷化鎵為代表的第二代半導體材料的基礎上獲得了迅猛發展，廣泛應用于航空航天、核能、通信、國防安全等領域。同時，現代工業技術的發展對半導體材料和器件提出了更高的要求。硅和砷化鎵等半導體材料受自身結構和性能的限制，不能滿足高溫、高頻、大功率等應用的要求。相比之下，碳化硅晶體(SiC)具有寬帶隙、高擊穿場強、高熱導率、高載流子飽和漂移速度等優點，可以滿足高溫、高頻、大功率、光電子及抗輻射等應用的要求，在航空航天、信息技術、國防安全等領域具有巨大的潛力，是第三代半導體的核心材料。

SiC晶體通常采用物理氣相輸運法進行生長，其生長室典型結構如圖1所示。SiC原料置于生長室下部，籽晶固定在坩堝頂部，固定籽晶的部分通常被稱為籽晶托。通過控制生長室溫度和壓力，使SiC原料從坩堝下部升華，上升至籽晶上進行堆積生長，最終獲得SiC單晶。石墨具有良好的高溫性能和機械加工性能、并且價格適宜，被廣泛用于制作SiC晶體生長用坩堝。

SiC晶體生長是一個復雜的氣相輸運和結晶過程，影響因素多，其中籽晶固定技術是影響晶體生長過程和結晶質量的關鍵因素。通常，采用粘結劑將SiC籽晶粘結在籽晶托上的方式固定籽晶。籽晶粘結首先要保證將籽晶穩定的固定在籽晶托上，確保高溫環境下晶體生長過程中，籽晶不脫落。另外，籽晶粘結效果對晶體結晶質量也有很大影響，一方面粘結劑涂刷不均勻，容易導致籽晶與籽晶托之間間隙不均勻，使得籽晶不同區域的溫度不均勻，影響晶體均勻生長；另一方面，粘結劑固化后會產生機械應力作用于籽晶，粘結劑分布均勻性直接影響機械應力在籽晶不同區域的分布均勻性，同時從室溫升至晶體生長溫度，不均勻的熱應力和機械應力易使籽晶發生變形，從而影響結晶質量，嚴重時易導致籽晶開裂破壞。籽晶的粘結固定和保護對SiC晶體生長影響顯著，據專利WO2008033994A1報道，籽晶背升華會造成籽晶破壞，在晶體中引入大量微管缺陷，要抑制籽晶背升華，需要使籽晶和籽晶托之間保持均勻間隙，同時間隙小于10μm，但專利并未詳細介紹相關籽晶粘結固定方法。專利CN101580964A提出對籽晶托進行致密化處理，來抑制籽晶背升華，提高晶體的結晶質量。籽晶粘結固定方法是SiC晶體生長的關鍵技術，與籽晶保護也密切相關，直接影響晶體的結晶質量，有關SiC晶體直徑粘結固定技術尚未見詳細報道，解決籽晶粘結固定問題對生長高質量SiC晶體十分重要。

發明內容

為了解決物理氣相輸運法(PVT)生長SiC晶體中籽晶粘結固定問題，本發明公開了一種生長高質量SiC晶體的籽晶粘結方法，所述方法可均勻粘結固定SiC籽晶，且所述方法的實施可以減少籽晶受熱應力和機械應力發生開裂的概率，同時提高籽晶不同區域溫度分布均勻性，提高晶體質量和成品率。

為了實現上述目的，本發明采用以下的技術方案來實現：

一種生長高質量SiC晶體的籽晶粘結方法，包括如下步驟：

(1)、絲網印刷：將絲網覆蓋在籽晶托或籽晶上，將粘結劑均勻涂刷在絲網覆蓋的籽晶托或絲網覆蓋的籽晶上，然后將絲網與籽晶托和籽晶分離，得到刷有粘結劑的籽晶托或刷有粘結劑的籽晶。

(2)、籽晶粘結：將未涂刷粘結劑的籽晶緊密粘結在步驟(1)所得的刷有粘結劑的籽晶托上，或者將步驟(1)所得的刷有粘結劑的籽晶緊密粘結在未涂刷粘結劑的籽晶托上，或者將步驟(1)所得的刷有粘結劑的籽晶緊密粘結在步驟(1)所得的刷有粘結劑的籽晶托上；其中，所述粘結劑位于籽晶與籽晶托之間，且籽晶與籽晶托之間的間隙均勻。

(3)、將粘結籽晶和籽晶托的結粘結劑進行固化處理，其中，固化后的粘結劑層的厚度為7-100μm。

所述的絲網印刷，是指將絲網覆蓋在籽晶托或籽晶上，用刷子將粘結劑涂刷在絲網覆蓋的籽晶托或籽晶上。絲網的厚度可以確保粘結劑涂刷厚度，通過采用不同厚度和目數的絲網，可以調節涂刷粘結劑的厚度，同時絲網厚度一致性確保涂刷的粘結劑厚度均勻性。

所述的籽晶粘結，是指利用絲網印刷方法將粘結劑均勻涂刷在籽晶托上，然后將未涂刷粘結劑的籽晶粘結在已涂刷粘結劑的籽晶托上，或利用絲網印刷方法將粘結劑均勻涂刷在籽晶上，然后將涂刷粘結劑的籽晶粘結在未涂刷粘結劑的籽晶托上，或利用絲網印刷方法將粘結劑分別均勻涂刷在籽晶托和籽晶上，然后將涂刷粘結劑的籽晶粘結在涂刷粘結劑的籽晶托上。其中，籽晶托的直徑與籽晶的直徑相同或比籽晶直徑略大，晶體是在籽晶上延續長大的。