一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法

1.本发明涉及一种晶体生长籽晶固定方法，尤其涉及一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法。

背景技术：

2.碳化硅单晶是一种重要的第三代半导体衬底材料，具有优越的物理特性及电子学性能，通过不同类型掺杂，可以得到导电型和半绝缘型高阻产品，可用于功率器件及电力电子器件制备。具有极好的化学惰性，可在极端恶劣的环境下使用。具有极好的导热性，无需增加额外的散热系统，大大降低了器件体积和设备成本。
3.碳化硅单晶的制备方法主要分为气相法和液相法，但是所有大尺寸碳化硅单晶的制备都需要有籽晶。籽晶通常固定在上部。在气相法中通常选择相同晶型的衬底晶片作为籽晶，其中生长4h晶型则碳面为生长面，生长6h晶型则硅面作为生长面。气相法的生长过程是将碳化硅原料在两千度以上的高温下气化升华，在温度梯度推动下，气相组分落于低温区的籽晶生长面上结晶生长，形成大尺寸单晶体。生长的单晶体经过标准衬底加工后可以得到相应尺寸的碳化硅衬底片。
4.碳化硅单晶的生长温度通常在两千度以上，籽晶的几何参数及籽晶固定方式对生长晶体的质量都会产生较大影响。籽晶的固定方式通常有粘接和机械固定两种。籽晶的弯曲翘曲如果较大，生长面容易扭曲，易于生成位错层错等缺陷，同时籽晶背面翘曲容易粘接不劳，易于产生背面腐蚀。籽晶采用粘接也会导致背面碳化现象。所以越来越多晶体生长人员采用机械固定方式，避免粘胶的碳化。机械固定方式通常有采用周围压住的方法，这种方法会使籽晶弯曲翘曲的不利影响更为明显，其次压力大小难以控制，压力太小容易产生空隙，造成原料外泄，压力太大有可能损伤籽晶，产生裂纹等，容易生长为多晶。而且不管是粘接还是压力固定都需要较长的准备时间，效率较低，重复可靠性较低。这给大批量的晶体规模化生长带来困难。

技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，通过半开环式石墨固定托固定籽晶的方法，实现对碳化硅籽晶的有效机械固定，再将石墨固定托粘接或机械固定于石墨坩埚内侧，进行气相法生长碳化硅单晶。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
7.气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，其特征在于，包括下述步骤：
8.(1)籽晶固定分两步进行，首先将碳化硅籽晶内置于半开环式石墨固定托，卡紧活动半开石墨环；
9.(2)固定好籽晶的石墨固定托固定于石墨坩埚上盖内侧，籽晶生长面朝下；
10.(3)石墨坩埚内放入碳化硅原料，在晶体生长炉中进行气相法生长碳化硅单晶。
11.进一步的，所述步骤(1)中，所述半开环式石墨固定托一半与底部相连，另一半可
分离。
12.进一步的，所述步骤(1)中，所述半开环式石墨固定托内部开方形孔，所述方形孔高度300至800微米，宽度2至4毫米。
13.进一步的，所述步骤(2)中，所述石墨固定托固定于石墨坩埚上盖内侧，其固定方式为粘接或机械固定。
14.本发明的有益效果如下：
15.本发明提供了一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，通过半开环式石墨固定托固定籽晶的方法，实现对碳化硅籽晶的有效机械固定，再将石墨固定托粘接或机械固定于石墨坩埚内侧，进行气相法生长碳化硅单晶。本发明方法给碳化硅衬底籽晶的固定方式增加了选择。本发明方法操作简单，重复性高，适用于大批量生产。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；
17.图2为分离石墨半环剖面图；
18.其中，1、方形孔宽度，2、方形孔高度，3、半开环式石墨固定托。
具体实施方式
19.为了使本专业领域人员更好地理解本发明的技术方案，下面我们将结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例为示例性的，仅仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.针对现有碳化硅单晶生长技术中存在的问题，本发明提供了一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，通过半开环式石墨固定托固定籽晶的方法，实现对碳化硅籽晶的有效机械固定，再将石墨固定托粘接或机械固定于石墨坩埚内侧，进行气相法生长碳化硅单晶。
21.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
22.一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，包括下述步骤：
23.(1)籽晶固定分两步进行，首先将碳化硅籽晶内置于半开环式石墨固定托3，卡紧活动半开石墨环；所述的半开环式石墨固定托3一半与底部相连，另一半可分离。所述的半开环式石墨固定托3内部开方形孔，所述方形孔高度2为300至800微米，所述方形孔宽度1为2至4毫米。
24.(2)固定好籽晶的石墨固定托固定于石墨坩埚上盖内侧，籽晶生长面朝下；所述石墨固定托固定于石墨坩埚上盖内侧，其固定方式为粘接或机械固定。
25.(3)石墨坩埚内放入碳化硅原料，在晶体生长炉中进行气相法生长碳化硅单晶。
26.实施例1
27.本发明所述的一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，其特征在于：通过半开环式石墨固定托固定籽晶的方法，实现对碳化硅籽晶的有效机械固定，再将石墨固定托粘接或机械固定于石墨坩埚内侧，即可进行气相法生长碳化硅单晶。具体制备步骤为：
28.(1)选择厚度480微米的4英寸4h-碳化硅单晶衬底片作为籽晶，在其硅面涂上粘接石墨胶；
29.(2)将所选碳化硅籽晶推入半开环式石墨固定托，卡上分离的另一只石墨半环；
30.(3)将石墨固定托背面粘接于石墨坩埚上盖内侧，籽晶生长面向下，石墨坩埚中放入碳化硅高纯原料1千克，旋紧石墨坩埚上盖，将石墨坩埚放入晶体生长炉，采用气相法生长，生长温度2100℃，通入氩气作为载气，生长压力4kpa，生长时间85小时。
31.采用上述工艺生长的碳化硅单晶，加工后直径为4英寸，晶型一致，均为4h晶型，晶体结晶质量好。
32.实施例2
33.本发明所述的一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，其特征在于：通过半开环式石墨固定托固定籽晶的方法，实现对碳化硅籽晶的有效机械固定，再将石墨固定托粘接或机械固定于石墨坩埚内侧，即可进行气相法生长碳化硅单晶。具体制备步骤为：
34.(1)选择厚度510微米的6英寸4h-碳化硅单晶衬底片作为籽晶，在其硅面涂上粘接石墨胶；
35.(2)将所选碳化硅籽晶推入半开环式石墨固定托，卡上分离的另一只石墨半环；
36.(3)将石墨固定托背面粘接于石墨坩埚上盖内侧，籽晶生长面向下，石墨坩埚中放入碳化硅高纯原料2.5千克，旋紧石墨坩埚上盖，将石墨坩埚放入晶体生长炉，采用气相法生长，生长温度2150℃，通入氩气作为载气，生长压力4kpa，生长时间110小时。
37.采用上述工艺生长的碳化硅单晶，加工后直径为6英寸，晶型一致，均为4h晶型，晶体结晶质量好。
38.由此，本发明提供了一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，通过半开环式石墨固定托固定籽晶的方法，实现对碳化硅籽晶的有效机械固定，从而实现批量化碳化硅籽晶粘接，可实现碳化硅单晶大批量生长。
39.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、材料、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、材料、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。
40.尽管给出和描述了本发明的实施例，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，其特征在于：包括下述步骤：(1)籽晶固定分两步进行，首先将碳化硅籽晶内置于半开环式石墨固定托，卡紧活动半开石墨环；(2)固定好籽晶的石墨固定托固定于石墨坩埚上盖内侧，籽晶生长面朝下；(3)石墨坩埚内放入碳化硅原料，在晶体生长炉中进行气相法生长碳化硅单晶。2.如权利要求1所述的气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述半开环式石墨固定托一半与底部相连，另一半可分离。3.如权利要求1所述的气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述半开环式石墨固定托内部开方形孔，所述方形孔高度300至800微米，宽度2至4毫米。4.如权利要求1所述的气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述石墨固定托固定于石墨坩埚上盖内侧，其固定方式为粘接或机械固定。

技术总结

本发明公开了一种气相法生长碳化硅单晶的籽晶固定方法，包括下述步骤：(1)籽晶固定分两步进行，首先将碳化硅籽晶内置于半开环式石墨固定托，卡紧活动半开石墨环；(2)固定好籽晶的石墨固定托固定于石墨坩埚上盖内侧，籽晶生长面朝下；(3)石墨坩埚内放入碳化硅原料，在晶体生长炉中进行气相法生长碳化硅单晶。本发明通过半开环式石墨固定托固定籽晶的方法，实现对碳化硅籽晶的有效机械固定，再将石墨固定托粘接或机械固定于石墨坩埚内侧，进行气相法生长碳化硅单晶。长碳化硅单晶。长碳化硅单晶。