一种大直径尺寸SiC籽晶的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种大直径尺寸SiC籽晶的制备方法，它包括：将小直径SiC籽晶进行修整切割；采用密排拼接方式粘结固定在籽晶托上，形成第一层籽晶，在第一层籽晶的小直径SiC籽晶之间的缝隙上方再粘结固定第二层籽晶，使第二层籽晶覆盖第一层籽晶形成的缝隙，形成双层拼接排列籽晶，然后进行抛光，进行退火，促进侧向生长，制得完整的大直径尺寸SiC籽晶。本发明专利技术的制备方法，减小了大直径尺寸SiC衬底中内应力进而提高了大直径尺寸SiC衬底质量。相对现有技术简单易行并相对传统扩径方法能够实现SiC衬底直径的快速增加，效率高，且成功率高。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种大直径尺寸SiC籽晶的制备方法，属于晶体生长

技术介绍
：作为第三代宽带隙半导体材料的一员，相对于常见Si和GaAs等半导体材料，SiC材料具有禁带宽度大、载流子饱和迁移速度高，热导率高、临界击穿场强高等诸多优异的性质；基于这些优良特性，SiC材料是制备高温电子器件、高频大功率器件更为理想的材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。在光电子领域，相对传统衬底材料Si与蓝宝石，SiC与GaN材料晶格及热适配更小，用SiC衬底制作的LED性能远优于蓝宝石衬底，科锐公司利用SiC衬底制作的LED其发光效率达到254lm/w。籽晶升华法是目前制备SiC衬底的主要方法。在典型的籽晶升华法中，籽晶和源粉二者均被放置在加热到源粉能够升华温度的坩埚中，且在源粉和温度较低的籽晶之间产生温度梯度，该温度梯度促进了物质从源粉到籽晶的气相移动，随后源粉升华的物质在籽晶上凝结从而导致晶体的生长；此方法也被成为物理气相传输法。目前已经使用物理气相传输法制备出3-4英寸SiC衬底，且已经广泛用于制备各种器件。制备各种SiC器件均需要在SiC衬底上进行外延生长，大直径的SiC衬底能够迅速提高外延效率，降低成本。目前的籽晶升华法只能制备与籽晶尺寸相同或稍大的SiC衬底。为获取大直径尺寸SiC衬底，使用小直径SiC衬底制备大于籽晶尺寸的衬底的方法已经进行多种研究。研究发现，沿着晶体半径方向的径向温度梯度是晶体生长过程中晶体直径增大的驱动力，为获取大直径尺寸衬底，需要较大的径向温度梯度，但是，较大的径向温度梯度会在单晶内部引入较大的内应力甚至导致晶体开裂，并引入大量缺陷从而导致质量下降。具体参见文献《KatoT,MiuraT,NagaiI,etal.EnlargementGrowthofLarge4H-SiCBulkSingleCrystal[C]//MaterialsScienceForum.2011,679:3-7.》。因此，通过该方法可以获取大直径尺寸SiC衬底，但效率低下，且成功率较低，大大限制了大直径尺寸的SiC衬底的制备。如何快速获取大直径尺寸SiC衬底迫在眉睫。
技术实现思路
：针对现有技术的不足，本专利技术提供一种大直径尺寸SiC籽晶的制备方法，利用制得的大直径尺寸SiC籽晶能快速制备出大直径尺寸SiC衬底。术语解释：大直径尺寸：在本专利技术中指尺寸大于等于150mm的籽晶或衬底。标准直径SiC籽晶：在半导体行业中，直径为2inch、3inch、100mm、150mm的籽晶为标准直径SiC籽晶。密排拼接：在一平面上籽晶层由小直径籽晶紧密排列连接，相邻小直径籽晶之间的拼接面为与籽晶托底部呈平行的平面。专利技术概述：本专利技术通过利用多个标准小直径籽晶，进行切割拼接制作或者双层拼接，并通过抛光和退火过程制备出完整的大直径籽晶，然后用该大直径籽晶制备大于籽晶尺寸的大直径尺寸衬底。专利技术详述：一种大直径尺寸SiC籽晶的制备方法，步骤如下：(1)选择多个标准小直径SiC籽晶，将小直径SiC籽晶进行修整切割；(2)将修整切割后的小直径SiC籽晶，采用密排拼接方式粘结固定在籽晶托上，形成第一层籽晶，并使密排拼接得到的形状与目标大直径尺寸SiC籽晶的形状一致；(3)在第一层籽晶的小直径SiC籽晶之间的缝隙上方再粘结固定第二层籽晶，使第二层籽晶覆盖第一层籽晶形成的缝隙，形成双层拼接排列籽晶；(4)将步骤(3)得到的双层拼接排列籽晶进行抛光，使得第二层籽晶与第一层籽晶厚度差减小并去除损伤层；(5)将步骤(4)处理得到的籽晶进行退火，促进侧向生长，制得完整的大直径尺寸SiC籽晶。本专利技术优选的，步骤(1)中，标准小直径SiC籽晶形状为圆形，尺寸选用直径为2inch、3inch或100mm。本专利技术优选的，步骤(1)中，小直径SiC籽晶修整切割出的形状为正方形、方形、三角形或者其他便于密排拼接的任意形状。进一步优选的，小直径SiC籽晶修整切割出的形状为正方形，该正方形内切于标准小直径SiC籽晶的圆形。切割出的该形状大大减少了小直径SiC籽晶的浪费，并使拼接密排，减小拼接之间的缝隙。本专利技术优选的，步骤(1)中，所述的SiC为4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC或15R-SiC；所述的SiC导电类型为N型、P型或半绝缘。本专利技术优选的，步骤(1)中，小直径SiC籽晶为片状衬底，SiC籽晶厚度差小于20μm，优选的，SiC籽晶厚度差小于5μm。本专利技术优选的，步骤(1)中，修整切割后的小直径SiC籽晶的端面与表面的外法线夹角为45°～135°。根据本专利技术优选的，为了提高获得的大直径籽晶的质量及均匀性，步骤(2)的密排拼接方式中，各个籽晶间的<11-20>及<0001>晶向偏差在0-30°之间，密排拼接时籽晶之间取向一致。优选的，各个籽晶间的<11-20>及<0001>晶向偏差在0-5°之间，最为优选的，各个籽晶间的<11-20>及<0001>晶向偏差在0-1°之间。步骤(2)中密排拼接制备SiC籽晶，由于各个SiC籽晶端面间间隙不可避免。根据生长理论大高宽比的缝隙有利于籽晶升华法中横向的生长的进行，缩短缝隙的填充时间，避免多晶成核生长，进而提高大直径衬底的质量。在本专利技术中步骤(2)中各个籽晶密排过程中籽晶相邻端面的缝隙宽度在0-3mm之间；优选的，籽晶相邻端面的缝隙宽度小于1mm。本专利技术优选的，步骤(3)中，第二层籽晶为4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC或15R-SiC晶型，与第一层SiC衬底晶型一致；所述的SiC导电类型为N型、P型或半绝缘，与第一层SiC衬底电学类型一致；第二层籽晶所涉及到的小籽晶厚度差距小于20um，优化的厚度差距小于5um；各个SiC籽晶结晶学取向中<11-20>及<0001>晶向偏差在0-10°之间；进一步优选的在0-1°之间。本专利技术优选的，步骤(4)中，抛光后，第二层籽晶与第一层籽晶厚度差小于等于200μm，并且双层拼接排列籽晶表面无损伤层。优选的，第二层籽晶与第一层籽晶厚度差小于等于100μm。本专利技术优选的，步骤(5)中，退火的温度控制在1500-1800℃，压力高于800mbar。优选的，退火的温度控制在1700-1800℃，退火压力为850-950mbar。本专利技术优选的，步骤(5)中，退火升温速率为20-50℃\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大直径尺寸SiC籽晶的制备方法，步骤如下：(1)选择多个标准小直径SiC籽晶，将小直径SiC籽晶进行修整切割；(2)将修整切割后的小直径SiC籽晶，采用密排拼接方式粘结固定在籽晶托上，形成第一层籽晶，并使密排拼接得到的形状与目标大直径尺寸SiC籽晶的形状一致；(3)在第一层籽晶的小直径SiC籽晶之间的缝隙上方再粘结固定第二层籽晶，使第二层籽晶覆盖第一层籽晶形成的缝隙，形成双层拼接排列籽晶；(4)将步骤(3)得到的双层拼接排列籽晶进行抛光，使得第二层籽晶与第一层籽晶厚度差减小并去除损伤层；(5)将步骤(4)处理得到的籽晶进行退火，促进侧向生长，制得完整的大直径尺寸SiC籽晶。

【技术特征摘要】
1.一种大直径尺寸SiC籽晶的制备方法，步骤如下：
(1)选择多个标准小直径SiC籽晶，将小直径SiC籽晶进行修整切割；
(2)将修整切割后的小直径SiC籽晶，采用密排拼接方式粘结固定在籽晶托上，形成第
一层籽晶，并使密排拼接得到的形状与目标大直径尺寸SiC籽晶的形状一致；
(3)在第一层籽晶的小直径SiC籽晶之间的缝隙上方再粘结固定第二层籽晶，使第二层
籽晶覆盖第一层籽晶形成的缝隙，形成双层拼接排列籽晶；
(4)将步骤(3)得到的双层拼接排列籽晶进行抛光，使得第二层籽晶与第一层籽晶厚
度差减小并去除损伤层；
(5)将步骤(4)处理得到的籽晶进行退火，促进侧向生长，制得完整的大直径尺寸SiC
籽晶。
2.根据权利要求1所述的大直径尺寸SiC籽晶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
标准小直径SiC籽晶形状为圆形，尺寸选用直径为2inch、3inch或100mm；小直径SiC籽晶
修整切割出的形状为正方形、方形或者三角形；优选的，小直径SiC籽晶修整切割出的形状
为正方形，该正方形内切于标准小直径SiC籽晶的圆形。
3.根据权利要求1所述的大直径尺寸SiC籽晶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
所述的SiC为4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC或15R-SiC；所述的SiC导电类型为N型、P型或半绝缘；
小直径SiC籽晶为片状衬底，SiC籽晶厚度差小于20μm，优选的，SiC籽晶厚度差小于5μm；
修整切割后的小直径SiC籽晶的端面与表面的外法线夹角为45°～135°。
4.根据权利要求1所述的大直径尺寸SiC籽晶的制备方法，其特征在于，步骤(2)的
密排拼接方式中，各个籽晶间的<11-20>及<0001>晶向偏差在0-30°之间，密排拼接时籽晶之
间取向一致；优选的，各个籽晶间的<11-20>及<0001>晶向偏差在0-5°之间，最为优选的，各
个籽晶间的<1...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭燕，陈秀芳，徐现刚，胡小波，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37