[发明专利]一种碳化硅籽晶粘接方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅籽晶粘接方法，本发明借鉴在籽晶与石墨托之间增加柔性缓冲层(即石墨纸)，再通过旋涂的方法来完成碳化硅籽晶粘接过程中的涂胶步骤，旋涂胶水可以保证胶厚一致，稳定可控；然后在籽晶与石墨纸，石墨纸与石墨托旋涂胶水后分别进行前烘的步骤，使得胶水中的低沸物先一步排出，粘接后在真空条件下进行热压，从而保证胶层中的气泡完全排尽。通过本发明的粘接方法，使碳化硅籽晶粘接均匀、牢固、无气泡，提高碳化硅籽晶与石墨托之间的粘接质量，促进高品质碳化硅单晶的生长，解决涂胶过程中胶层厚度不均匀的问题，解决热压过程中气泡排不净的问题。

技术领域

本发明属于碳化硅晶体生长的辅助技术领域，涉及一种碳化硅籽晶粘接的方法。

背景技术

碳化硅（SiC）具有高临界击穿场强、高饱和电子迁移速率和高热导率等优良性质，可以满足日益发展的电子技术对器件在高功率、高频以及高温等极端条件下工作的新要求。虽然早在19世纪碳化硅就为人所认识，但其高温下非同成分熔融的热学性质一直阻碍着单晶制备的发展。直到1955年，飞利浦实验室的Lely首次采用升华法制备了厘米级的片状碳化硅单晶，为碳化硅的单晶制备奠定下基础。真正的突破发生在1978年，科学家Tairov和 Tsvetkov 开创性的提出采用籽晶升华法（seeded sublimation method）来生长碳化硅单晶，即所谓的“改进Lely法”(modified Lely method)或者叫“物理气相传输法”（physical vapor transport method, PVT）。PVT法的最大创新是在生长室内引入籽晶，从根本上实现了碳化硅晶体尺寸和特定晶型的可控生长。

目前引入籽晶的工艺技术是将碳化硅籽晶用有机胶粘接在石墨托上。提高籽晶粘接质量 是保证高品质碳化硅晶体生长的首要前提，从碳化硅籽晶与石墨托的平整度以及两者之间粘 接的牢固程度、均匀性和致密性等方面来评价和优化籽晶的粘接质量。受限于目前碳化硅晶 体的切磨抛技术和石墨托表面的机械加工精度，市售的碳化硅晶片和石墨托都存在不同程度 的翘曲，如果直接将籽晶与石墨托硬碰硬接触很容易出现粘接不牢固、胶水不均匀和有气泡 等问题，目前技术普遍采用在籽晶和石墨托之间加一层柔性缓冲层(不限于石墨纸)，既可以 找平籽晶和石墨托的翘曲，又可以缓冲籽晶和石墨托热膨胀程度的差异。目前采用的有机胶 (不限于葡萄糖、石墨胶、光刻胶、AB胶、酚醛树脂胶和环氧树脂胶等)经过高温碳化后都 可以达到粘接效果，虽然作用原理不甚清晰，但籽晶粘接的牢固程度可以得到保证。

均匀性要求胶层厚度均匀一致，胶厚均匀一致是胶层致密性的前提条件。现有技术是用 刮板(不限于刀片)通过手工将有机胶涂覆在籽晶和石墨托表面上，稳定性很难得到保证。 由于在有机胶的碳化过程中，胶体中的低沸物会挥发出来，在胶层中造成气孔，由于气孔与 胶体的导热性不同，气孔区域的温度相对于其周围粘接剂区域较高，从而导致籽晶背面的热 蒸发并顺着气孔逸出，最终形成六方空洞。

致密性要求将胶层中的气泡排干净，或者气泡在胶层中均匀分布，不足以引起籽晶背面 径向温度的差异。目前普遍采用在加热同时施加压力的方式来将胶层中的气泡排干净。此外 还有技术在籽晶背面涂覆一层致密的保护层(不限于碳膜和碳化钽膜)来保护籽晶，这样即 便胶层中出现气孔，籽晶背面也可以避免反向升华。为保证保护层的致密程度一般需采用磁 控溅射镀膜，当然这会大幅提升籽晶粘接的时间和成本。

籽晶粘接过程中保证涂胶的厚度均匀一致是关键，而这至关重要的步骤是通过手工把握 的，稳定性得不到保证。

中国专利CN 113182137发明了一种碳化硅籽晶粘接的涂胶装置，用机器来模拟手工刮涂 的过程。在微加工领域，技术人员一般采用匀胶机涂胶。在高速旋转下得到的胶厚可以保证 均匀一致，而且调节转速和时间可以得到不同的胶厚，稳定性优异。从产业设备的延续角度， 借鉴旋涂的方法来完成碳化硅籽晶粘接过程中涂胶的任务是优先且可行的。

现有技术(CN 112725892)通过施压来将胶层中气泡挤出的效果并不理想。由于机械加 工的精度限制，配重表面平整度有限，配重与籽晶并不是完全紧密接触。

发明内容