[發(fā)明專(zhuān)利]一種超薄襯底生長(zhǎng)碳化硅單晶的有效方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110493961.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113293437A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李祥彪;仲崇貴
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C30B29/36
• 分類(lèi)號(hào): C30B29/36;C30B25/20
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

本發(fā)明公開(kāi)了一種超薄襯底生長(zhǎng)碳化硅單晶的有效方法，通過(guò)在超薄碳化硅單晶襯底的背面粘接碳化硅多晶片的有效方法，提高襯底片厚度，實(shí)現(xiàn)超薄襯底生長(zhǎng)碳化硅單晶，首先在超薄碳化硅單晶襯底的背面粘接碳化硅多晶片，然后將粘接好的碳化硅復(fù)合襯底多晶片一面粘在石墨坩堝蓋內(nèi)側(cè)，單晶生長(zhǎng)面朝向石墨坩堝內(nèi)，即可進(jìn)行物理氣相傳輸法生長(zhǎng)碳化硅晶體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種晶體生長(zhǎng)方法，具體涉及一種超薄襯底生長(zhǎng)碳化硅單晶的有效方法。

背景技術(shù)

碳化硅晶體屬于第三代半導(dǎo)體材料，碳化硅晶片是一種重要的襯底材料，其具有優(yōu)越的物理電子學(xué)性能，具有寬禁帶、大擊穿電場(chǎng)、高飽和電子漂移速率和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。其廣泛用于LED及光電子、微電子器件制作，其在大功率器件領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

目前通用的生長(zhǎng)碳化硅晶體的方法是物理氣相傳輸法。其基本過(guò)程是選擇目標(biāo)晶型的碳化硅晶片作為襯底籽晶，將高純碳化硅粉作為原料放入密封的圓筒形石墨坩堝內(nèi)，坩堝上蓋內(nèi)固定碳化硅襯底籽晶。密封石墨坩堝并放入晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)軸心位置，調(diào)節(jié)石墨坩堝位置，使得碳化硅原料位于高溫區(qū)，而碳化硅襯底籽晶位于低溫區(qū)。將晶體生長(zhǎng)爐加熱至1800℃以上，處于高溫區(qū)的碳化硅粉料會(huì)升華產(chǎn)生不同組分氣相分子，這些氣相分子在溫度梯度作用下沿軸向傳輸?shù)降蜏貐^(qū)的碳化硅襯底籽晶表面沉積結(jié)晶生長(zhǎng)為與襯底晶片同晶型的碳化硅晶體。生長(zhǎng)得到的碳化硅晶體通過(guò)切割研磨拋光等加工，最終得到標(biāo)準(zhǔn)的碳化硅晶圓。

由于碳化硅晶體的生長(zhǎng)溫度較高，因而選擇作為襯底籽晶的碳化硅晶片厚度不能太小，太薄的碳化硅襯底晶片高溫下容易發(fā)生灼穿甚至開(kāi)裂現(xiàn)象，特別是在晶界、位錯(cuò)線(xiàn)、包裹體等缺陷處，這給大尺寸碳化硅晶體生長(zhǎng)帶來(lái)致命問(wèn)題。因而用作籽晶的碳化硅晶片其加工厚度一般大于500微米。市場(chǎng)上的碳化硅晶圓大部分厚度小于400微米，難以作為襯底材料用于碳化硅晶體生長(zhǎng)。而且較厚的碳化硅襯底籽晶其成本也較高。同時(shí)，其與碳化硅晶圓產(chǎn)品厚度的不同使其無(wú)法利用流水線(xiàn)工藝加工。另一方面，更大尺寸的碳化硅晶體生長(zhǎng)通常選擇擴(kuò)徑方法，這種方法需要較長(zhǎng)時(shí)間的迭代，才能得到更大尺寸的標(biāo)準(zhǔn)晶片產(chǎn)品。迭代法生長(zhǎng)大尺寸碳化硅晶體不僅成本高，而且效率較低。而選擇市場(chǎng)上的更大尺寸碳化硅晶片作為襯底進(jìn)行生長(zhǎng)，就無(wú)法避免前述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超薄襯底生長(zhǎng)碳化硅單晶的有效方法，通過(guò)在超薄碳化硅單晶襯底的背面粘接高純碳化硅多晶片的有效方法，提高襯底片厚度，實(shí)現(xiàn)超薄襯底生長(zhǎng)碳化硅單晶，首先在超薄碳化硅單晶襯底的背面粘接高純碳化硅多晶片，然后將粘接好的復(fù)合碳化硅襯底多晶片一面粘在石墨坩堝蓋內(nèi)側(cè)，單晶生長(zhǎng)面朝向石墨坩堝內(nèi)，即可進(jìn)行物理氣相傳輸法生長(zhǎng)碳化硅晶體。

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種超薄襯底生長(zhǎng)碳化硅單晶的有效方法，包括如下步驟：

(1)超薄碳化硅單晶片，背生長(zhǎng)面粘接高純碳化硅多晶片；

(2)粘接好的復(fù)合碳化硅晶片作為襯底固定于石墨坩堝蓋內(nèi)側(cè)，其多晶片的另一面作為粘接面；

(3)密封石墨坩堝，放入晶體生長(zhǎng)爐中，采用物理氣相傳輸法生長(zhǎng)碳化硅晶體；

(4)晶體生長(zhǎng)爐升溫至晶體生長(zhǎng)溫度1800℃-2500℃，進(jìn)行碳化硅晶體生長(zhǎng)，氬氣作為載氣，反應(yīng)室內(nèi)氣壓在1-5kPa之間，生長(zhǎng)時(shí)間在60小時(shí)以上，即可得到碳化硅晶體。

進(jìn)一步的，所述的步驟(1)中，所述的超薄碳化硅單晶片厚度小于400微米。

進(jìn)一步的，所述的步驟(1)中，所述的高純碳化硅多晶片純度大于99.99％。

進(jìn)一步的，所述的步驟(1)中，所述的碳化硅多晶片厚度為100-300微米。

所述碳化硅多晶制備方法包括但不限于氣相傳輸法、沉積法、燒結(jié)法等。