[发明专利]一种PVT法生长SiC晶体的籽晶固定方法

说明书

技术领域

本发明属于晶体生长领域，涉及一种采用物理气相输运法（physical vapor transportation，PVT）生长SiC晶体的籽晶固定方法。

背景技术

SiC晶体作为第三代半导体材料，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一系列优点，可以满足高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等应用的要求；同时其与GaN的晶格常数失配度小，更适合用作GaN外延生长的衬底材料，有望在LED照明领域获得广泛应用。优异的性能使得SiC晶体在航空航天、信息技术、民用及国防安全等领域具有巨大的潜力。

经过30余年的研究，采用物理气相输运法生长SiC晶体的技术日趋成熟，其基本生长原理如图1所示。生长SiC晶体通常使用石墨坩埚，将SiC原料置于生长室下部，籽晶固定在生长室顶部，固定籽晶的部分通常被称为籽晶托。通过控制生长室的温度和压力条件，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。

SiC晶体生长是一个复杂的气相升华、输运、结晶的过程，受温度、压力、温场分布和原料纯度等众多因素影响，而如何将籽晶固定在生长室的顶部是实现SiC晶体生长的基本条件，同时也是影响晶体生长过程和结晶质量的关键因素。将SiC籽晶固定在籽晶托上首先要确保高温环境下在晶体生长过程中，籽晶不脱落；同时要兼顾固定方法在晶体生长过程中对籽晶的影响和保护，据专利WO2008033994 A1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；专利CN 101580964A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，但籽晶固定方法作为SiC晶体生长的基本条件和关键核心技术，相关专利并未详细介绍。

据文献报道及相关实验验证，采用粘结剂粘结固定籽晶是一种基本的籽晶固定方法，尽可能使粘结剂在籽晶背面和籽晶托上均匀涂刷，使两者紧密粘接，有利于籽晶固定和保护，可以避免籽晶开裂、实现SiC晶体均匀生长。但是长期实验结果表明，粘结剂对籽晶背面有一定的破坏作用，在晶体生长早期容易引入黑点、包裹体等宏观缺陷，降低了晶体的使用率，同时对晶体的整体结晶质量也有影响。因此找到更好的籽晶固定方法对生长高质量SiC晶体十分重要。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种生长高质量SiC晶体的籽晶粘结方法，所述方法可实现籽晶的稳定粘接固定，并避免粘接剂对籽晶的影响，避免籽晶破坏导致的晶体生长缺陷，提高晶体质量和成品率。

本发明的方法包括，将所述籽晶晶片边缘通过粘结剂粘接于具有一定宽度以能可靠粘结固定所述籽晶的环形连接件的一端面；将所述连接件套装在端部周边边缘开槽、且所述槽尺寸与所述连接件匹配的籽晶托上，使所述连接件可靠固定于所述籽晶托，并使所述籽晶晶片紧贴所述端部的端面。

本发明的籽晶固定方法，利用环形的中间连接件，将籽晶晶片边缘和籽晶托的边缘连接固定。利用晶片边缘粘结固定籽晶，可避免在整片籽晶背面涂刷粘结剂，同时还能确保籽晶上未涂刷粘结剂的中心区域与籽晶托紧密接触。也就是说，本发明无需将粘结剂涂刷在整个籽晶背面，避免籽晶中心大部分区域由于粘结剂的影响而产生破坏，从而避免籽晶破坏导致的晶体缺陷，进而提高SiC晶体的结晶质量和成品率。

优选地，使所述环形连接件的外围尺寸与所述晶片的外围尺寸相同。这样可以使所述籽晶边缘均匀粘接固定于所述环形连接件的端面，在保证粘结固定的同时、在所述连接件套装于所述籽晶托时所述籽晶背面能够最大程度地贴合于所述籽晶托端部的端面。

所述环形连接件的厚度优选为2~10mm。所述籽晶托的开槽深度要大于所述环形连接件的厚度，以保证在环形连接件套装于籽晶托上时、固定于连接件端面的籽晶晶片与籽晶托的端面能够紧密接触。优选地，所述籽晶托的开槽深度大于所述环形连接件的厚度在1mm或更多。

所述环形连接件的宽度优选为1~10mm。更优选地，所述环形连接件的宽度为2~5mm。选择合适的宽度，可以提高籽晶晶片的利用率，同时可以确保籽晶的固定强度。

所述籽晶托和连接环，通常采用使用温度不低于2500℃的耐高温材料制成。一般采用石墨材料制作，也可使用钽等耐高温材料。

所述籽晶托未开槽部分的外围尺寸也可以与环形连接件的外围尺寸相同。可以通过设置环形连接件的宽度、厚度，以及籽晶托的开槽深度，使在连接件套装于籽晶托时，整体外围尺寸一致。