[發明專利]碳化硅籽晶與石墨蓋的固定方法、石墨蓋及生長工藝方法

有效

• 申請號: 202111674812.0
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114318519B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 張磊
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36;C23C16/27
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 孫向民;廉莉莉

本發明公開了一種碳化硅籽晶與石墨蓋的固定方法、石墨蓋及生長工藝方法，包括：在碳化硅籽晶的固定面形成金剛石膜層；在石墨蓋的粘接面上形成有機膠層；將碳化硅籽晶的背面與所述石墨蓋的粘接面相對，使金剛石膜層與有機膠層粘接在一起；對粘接有碳化硅籽晶的石墨蓋施加第一設定壓力并加熱至第一設定溫度，使有機膠層固化為粘接石墨層，其中，第一設定溫度低于金剛石發生石墨相變的溫度。實現減少碳化硅單晶生長工藝過程中籽晶背面升華，提高碳化硅晶體的良品率。

技術領域

本發明屬于半導體加工技術領域，更具體地，涉及一種碳化硅籽晶與石墨蓋的固定方法、石墨蓋及生長工藝方法。

背景技術

碳化硅單晶材料普遍采用PVT(物理氣相傳輸)法生長，在PVT法中，采用碳化硅粉料作為生長單晶的原料，將碳化硅籽晶粘接在石墨坩堝頂部(石墨蓋)作為籽晶，通過電磁感應線圈加熱石墨坩堝，石墨坩堝通過熱傳導將碳化硅原料加熱至升華，氣相碳化硅在軸向溫度梯度作用下輸送到籽晶位置開始生長，在特定溫度下可生長單晶碳化硅。

目前，采用有機膠與石墨蓋高溫固化的方法粘接籽晶，但由于籽晶背面粘接膠涂覆不均勻、石墨蓋粘接面加工表面粗糙度較高等因素，導致粘接后籽晶與石墨蓋之間存在粘接氣孔，很難控制有機層粘接質量來降低粘接層的空隙率。隨著對碳化硅晶體生長的良品率需要越來越高，使用的籽晶也越來越大(當前市場主流6吋籽晶，個別廠家開始研發8吋碳化硅晶體生長)，控制粘接有機層的孔隙率變的越來越難，極大的影響碳化硅生長晶體的良品率與一致性，由于粘接氣孔處導熱極差，在晶體生長工藝過程中，會導致籽晶背面存在局部熱點，這會促使籽晶背面局部分解升華(背面升華)并形成微小空洞，晶體在生長過程中，一部分空洞停留于籽晶或晶體內部(形成六方空洞)，而另一部分會在晶體中產生微管，極大的影響碳化硅晶體的良品率。

發明內容

本發明的目的是提出一種碳化硅籽晶與石墨蓋的固定方法、石墨蓋及生長工藝方法，實現提高碳化硅籽晶與石墨蓋之間粘接質量，使碳化硅籽晶與石墨蓋粘接的更為牢固、穩定。

第一方面，本發明提出了一種碳化硅籽晶與石墨蓋的固定方法，包括：

在碳化硅籽晶的固定面上形成金剛石膜層；

在石墨蓋的粘接面上形成有機膠層；

將所述碳化硅籽晶的固定面與所述石墨蓋的粘接面相對，使所述金剛石膜層與所述有機膠層粘接在一起；

對粘接有所述碳化硅籽晶的所述石墨蓋施加第一設定壓力并加熱至第一設定溫度，使所述有機膠層固化為粘接石墨層，其中，所述第一設定溫度低于金剛石發生石墨相變的溫度。

可選地，所述在碳化硅籽晶的固定面形成金剛石膜層包括：

將所述碳化硅籽晶置于外延工藝腔室內；

將所述碳化硅籽晶加熱至第二設定溫度，并向所述外延工藝腔室中通入第一設定流量的氫氣和第二設定流量的甲烷，以在所述碳化硅籽晶的固定面形成所述金剛石膜層。

可選地，所述對粘接有所述碳化硅籽晶的所述石墨蓋施加第一設定壓力并加熱至第一設定溫度包括：

將粘接有所述碳化硅籽晶的所述石墨蓋放入真空熱壓爐內；

所述真空熱壓爐的施壓機構對所述石墨蓋施加的壓力為所述第一設定壓力，將所述石墨蓋加熱至所述第一設定溫度，對所述石墨蓋的熱壓時間為第一設定時長。

可選地，所述第一設定壓力為3000N～10000N，所述第一設定溫度700℃～1000℃。

可選地，所述第二設定溫度900℃～1000℃，所述第一設定流量為100sccm～500sccm，所述第二設定流量為1sccm～10sccm；所述氫氣和甲烷的純度均為5N～9N。

可選地，所述第一設定時長為1h～10h。