本發(fā)明屬于高頻器件應(yīng)用領(lǐng)域，主要涉及一種用于碳化硅單晶生長的籽晶處理方法。
背景技術(shù)：
作為第三代半導(dǎo)體單晶材料的代表，SiC 具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導(dǎo)率、高載流子飽和漂移速度以及極好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點，這些優(yōu)異的性能使 SiC 晶體在高溫、高壓、強輻射的工作環(huán)境下具有廣闊的應(yīng)用前景，并對未來電子信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。
大 直 徑 SiC 晶 體 制 備 的 常 用 方 法 是 物 理 氣 相 傳 輸 法（Physical Vapor Transport）。將碳化硅粉料放在密閉的石墨組成的坩堝底部，坩堝上蓋上通過籽晶托固定一個籽晶，籽晶的直徑將決定晶體的直徑。SiC粉料在感應(yīng)線圈的作用下將達到升華溫度點，升華產(chǎn)生的 Si、Si2C 和 SiC2 分子在軸向溫度梯度的作用下從原料表面?zhèn)鬏數(shù)阶丫П砻?，在籽晶表面緩慢結(jié)晶達到生長晶體的目的。
籽晶區(qū)域溫度分布均勻性對SiC晶體的質(zhì)量會產(chǎn)生很大的影響。在生長 SiC 晶體過程中，通常SiC 籽晶通過粘合劑粘到坩堝上蓋上，高溫碳化后的粘合劑由于組分分解會產(chǎn)生一些氣孔，氣孔的存在將導(dǎo)致籽晶背面溫度分布不均勻，存在氣孔的位置熱導(dǎo)率較差，溫度較高，背面升華優(yōu)先在氣孔位置產(chǎn)生。坩堝上蓋通常由石墨材質(zhì)組成，孔隙率在10%左右，孔隙將導(dǎo)致籽晶背面氣孔區(qū)域所聚積的氣相物質(zhì)逸出，持續(xù)發(fā)生逸出會導(dǎo)致在生長的晶體中產(chǎn)生平面六方空洞缺陷，該缺陷會嚴(yán)重影響SiC晶體質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中，SiC 籽晶通過粘合劑直接粘到坩堝上蓋上，粘結(jié)后施加一定壓力在一定的溫度下使粘合劑碳化。在籽晶粘結(jié)和碳化過程中， 由于籽晶托表面平整度較差、粘合劑涂覆不均勻以及粘接劑碳化過程中氣體釋放等因素，使得籽晶背面與籽晶托之間存在一些氣孔；由于籽晶背面氣孔區(qū)域的溫度相對碳化粘合劑區(qū)域較高，因此背面升華容易在氣孔區(qū)域發(fā)生；升華所產(chǎn)生的氣相首先聚積在氣孔區(qū)域，之后通過坩堝上蓋的孔隙逸出。所以，采用現(xiàn)有技術(shù)籽晶背面容易形成氣孔，導(dǎo)致籽晶背面溫度分布不均勻；氣孔區(qū)域因溫度較高， 導(dǎo)致籽晶在氣孔區(qū)域升華，造成晶體中產(chǎn)生平面六方空洞缺陷，嚴(yán)重影響SiC晶體質(zhì)量。因此，需要開發(fā)籽晶的處理方法，降低籽晶背面孔隙率，抑制氣相物質(zhì)逸出，提升晶體質(zhì)量。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于碳化硅單晶生長的籽晶處理方法，通過一步法使籽晶背面獲得兩層致密石墨層，石墨層在高溫下能夠保持穩(wěn)定，從而抑制了籽晶背面升華的發(fā)生，從而消除了晶體生長過程中由背面升華導(dǎo)致的平面六方空洞缺陷，極大地提高了碳化硅晶體質(zhì)量。該方法且易于實現(xiàn)、成本可控，具有突出的規(guī)?；瘧?yīng)用前景。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
本發(fā)明提供了一種用于碳化硅單晶生長的籽晶處理方法，包括如下步驟：
（1）在SiC籽晶背面涂覆聚合物，涂層厚度為5um-100um；
（2）將石墨紙的涂覆面與籽晶涂覆面相對放置于真空熱壓裝置中，真空度保持在1pa-50000pa之間，加熱升溫至50℃-150℃，升溫速率低于100℃/h；
（3）對石墨紙和籽晶施加壓力，壓強保持在1atm-10atm，并繼續(xù)升溫至200℃-300℃，升溫速率低于100℃/h；
（4）把用聚合物粘接的籽晶和石墨紙放入碳化爐中，對籽晶施加壓力，真空度保持在1Pa-50000Pa之間，按升溫速率升溫，逐步加熱到1000℃至2000℃，使聚合物中小分子釋放，逐步石墨化，在籽晶和石墨紙間形成致密沒有孔洞的石墨過渡層；
（5）經(jīng)上述處理后的籽晶通過機械方式固定在坩堝上蓋上，使石墨紙緊貼坩堝上蓋；
進一步的，所述石墨紙能替換為具有涂層石墨片。
進一步的，所述步驟（1）中的聚合物含碳量高于50%，包括但不限于酚醛樹脂、糠醛樹脂、環(huán)氧樹脂；所述SiC 籽晶的晶型包括4H、6H 、3C和15R 晶型。
進一步的，所述石墨紙或所述具有涂層的石墨片為圓形，與籽晶涂覆面相對放置時圓心與籽晶圓心在同一條軸線上；所述石墨紙或所述具有涂層的石墨片的孔隙率小于1%，直徑大于籽晶直徑2mm-10mm。
本發(fā)明的有益效果如下：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于碳化硅單晶生長的籽晶處理方法，通過一步法使籽晶背面獲得兩層致密石墨層，石墨層在高溫下能夠保持穩(wěn)定，從而抑制了籽晶背面升華的發(fā)生，從而消除了晶體生長過程中由背面升華導(dǎo)致的平面六方空洞缺陷，極大地提高了碳化硅晶體質(zhì)量。該方法且易于實現(xiàn)、成本可控，具有突出的規(guī)?；瘧?yīng)用前景。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
1、石墨紙，2、石墨涂層，3、坩堝上蓋，4、SiC籽晶，5、坩堝，6、SiC原料。
具體實施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于碳化硅單晶生長的籽晶處理方法，通過一步法使籽晶背面獲得兩層致密石墨層，石墨層在高溫下能夠保持穩(wěn)定，從而抑制了籽晶背面升華的發(fā)生，從而消除了晶體生長過程中由背面升華導(dǎo)致的平面六方空洞缺陷，極大地提高了碳化硅晶體質(zhì)量。該方法且易于實現(xiàn)、成本可控，具有突出的規(guī)模化應(yīng)用前景。根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖1所示，坩堝5頂部安裝有坩堝上蓋3，坩堝5底部裝有SiC原料6，石墨紙1（或者具有涂層石墨片2）固定在坩堝上蓋3內(nèi)側(cè)面，籽晶通過機械方式固定在石墨紙1（或者具有涂層石墨片2）的下面。根據(jù)本發(fā)明具體的一些實施例，通過一步法使籽晶背面獲得兩層致密石墨層，石墨層在高溫下能夠保持穩(wěn)定，從而抑制了籽晶背面升華的發(fā)生，從而消除了晶體生長過程中由背面升華導(dǎo)致的平面六方空洞缺陷，極大地提高了碳化硅晶體質(zhì)量。該方法且易于實現(xiàn)、成本可控，具有突出的規(guī)?；瘧?yīng)用前景。
本發(fā)明提供了一種用于碳化硅單晶生長的籽晶處理方法，包括如下步驟：
（1）在SiC籽晶背面涂覆聚合物，涂層厚度為5um-100um。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述步驟（1）中的聚合物含碳量高于50%，包括但不限于酚醛樹脂、糠醛樹脂、環(huán)氧樹脂；所述SiC 籽晶的晶型包括4H、6H 、3C和15R 晶型。
（2）將石墨紙的涂覆面與籽晶涂覆面相對放置于真空熱壓裝置中，真空度保持在1pa-50000pa之間，加熱升溫至50℃-150℃，升溫速率低于100℃/h。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述石墨紙能替換為具有涂層石墨片。所述石墨紙或所述具有涂層的石墨片為圓形，與籽晶涂覆面相對放置時圓心與籽晶圓心在同一條軸線上；所述石墨紙或所述具有涂層的石墨片的孔隙率小于1%，直徑大于籽晶直徑2mm-10mm。
（3）對石墨紙和籽晶施加壓力，壓強保持在1atm-10atm，并繼續(xù)升溫至200℃-300℃，升溫速率低于100℃/h。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述石墨紙能替換為具有涂層石墨片。
（4）把用聚合物粘接的籽晶和石墨紙放入碳化爐中，對籽晶施加壓力，真空度保持在1Pa-50000Pa之間，按升溫速率升溫，逐步加熱到1000℃至2000℃，使聚合物中小分子釋放，逐步石墨化，在籽晶和石墨紙間形成致密沒有孔洞的石墨過渡層。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述石墨紙能替換為具有涂層石墨片。
（5）經(jīng)上述處理后的籽晶通過機械方式固定在坩堝上蓋上，使石墨紙緊貼坩堝上蓋。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述石墨紙能替換為具有涂層石墨片。
在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。