一种籽晶的处理方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种籽晶的处理方法和装置，其通过在一圆盘状的石墨盘片中心处设置凹槽，用来固定籽晶，并使籽晶的下表面(非生长面)紧贴石墨盘片的多孔凹槽，采用PVT法升华原料，使升华的气体通过多孔，然后通过调节温度、压力以及处理时间，在籽晶的下表面(非生长面)与石墨盘片之间生长一层很薄的致密碳化硅层，从而起到籽晶与石墨盘片粘接的作用。本发明专利技术提供籽晶处理方法和装置可以做到批量处理籽晶的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种籽晶的处理方法及其装置
本专利技术涉及碳化硅晶片加工技术，尤其涉及一种籽晶的处理方法和装置。
技术介绍
碳化硅单晶是目前最重要的第三代半导体材料之一，因其具有宽禁带宽度大，热导率高，击穿场强，饱和电子迁移率高等优异性能，而被广泛应用于电力电子，射频器件，光电子器件等领域。目前国内外的碳化硅单晶生长技术是物理气相传输法(PVT)。即在高温下使碳化硅原料升华，产生的气相组分输送到籽晶生长的表面处重新结晶生成。籽晶与石墨盖之间一般通过碳粘合剂和含碳的有机物的固化烧结来实现连接：首先在石墨的下表面籽晶粘接处，手工均匀抹胶后，将预烧后的石墨纸贴于石墨盖抹胶处，压实并在贴好的石墨纸上再次人工均匀抹胶后，把籽晶生长的背面贴于抹胶的石墨纸上，压实后通过重物或者气动压实烧结的方法进行固化连接。在烧结过程中，胶收缩碳化，产生的气体汇合在一起形成空洞。由于在烧结的过程中，石墨盖下表面的受热不均匀，加之胶碳化的时间较短致使胶固化的时间也不统一。若边缘的胶先固化而中心的胶后固化，那么边缘部位的胶产生的气体排出路径短，中心部位的胶产生的气体排出路径长，致使中心部位的产生的气泡不能及时的排出，就会造成籽晶与石墨间大面积空洞。在有大面积空洞的籽晶在生长过程中，空洞中受热的气泡在高温下膨胀，膨胀到一定程度会导致籽晶与石墨盖之间脱落而致使生长失败。而即使排除的胶很均匀，但由于胶在碳化过程中，胶是一直收缩放出气泡，直到胶收缩到碳化固化的状态。再此过程中，收缩的胶致使石墨与籽晶之间是通过胶碳化后点接触或者小面积的胶连接成块的。在晶体生长前期，籽晶的背面的小孔洞会造成晶体生长的表面的温场不均匀，从而产生不规则的生长面型，小孔洞周围的温度差会造成晶体背面的蒸发而发生背向腐蚀的现象。为了消除晶体生长过程中孔洞造成的影响，CN106757321A公开了一种籽晶处理方法，通过一步法使籽晶背面获得两层致密石墨层，石墨层在高温下能够保持稳定，能够抑制籽晶背面升华的发生，消除晶体生长过程中由背面升华导致的平面六方空洞缺陷。但该方法无法保障籽晶的生长面不受处理过程的影响，且处理过程效率低下，无法实现批量化的籽晶处理。
技术实现思路
为解决上述人工粘接籽晶不均匀，容易产生气泡导致籽晶脱落的缺陷，本专利技术旨在提供一种籽晶的处理方法和装置，其是作为PVT升华法制作碳化硅晶片的预处理步骤，即该技术方案是将籽晶粘接在石墨盘片上，并保证籽晶的生长面不受影响，使得该带有籽晶的石墨盘片可以直接应用到后续的长晶过程中。在后续的碳化硅长晶过程中，石墨盘片将倒置在坩埚盖的底部，因此需确保籽晶与石墨盘片完全粘接，不会脱落。待长晶过程完成后，籽晶和石墨盘片将切割分离，因此籽晶下表面(非生长面)上的碳化硅膜突起不影响最后的碳化硅晶片成品。本专利技术提供了一种籽晶的处理方法和装置，其目的在于有效的避免气泡在籽晶与石墨盘片之间产生，并且保证籽晶与石墨盘片紧密连接。为了实现上述目的，本专利技术采用的一种技术方案是：一种籽晶的处理方法，所述方法包括：通过石墨胶将石墨纸粘接在籽晶的生长面，所述石墨纸覆盖所述籽晶的整个上表面(生长面)，以预防籽晶处理过程中，籽晶的表面蒸发以及籽晶表面因气氛中的碳化硅成分的沉积而诱发成核。同时，石墨纸的隔热作用能够致使籽晶的下表面的温度相对周围的石墨发热件低，从而有利于籽晶的下表面的碳化硅成核；将所述籽晶的下表面(非生长面)贴合石墨盘片；将所述石墨盘片固定在支撑架中，并将所述支撑架放入坩埚内上侧；高温处理所述坩埚并通入处理气体，使所述坩埚底部的原料升华，所述原料优选为碳粉和硅粉混合物，同时调节所述处理气体的通入流速、处理的压力和高温处理的时间，直至所述籽晶与所述石墨盘片粘接。处理气体的通入在坩埚内部产生气流，在气流的作用下，籽晶的下表面(非生长面)在石墨盘片的多孔处生长出一层致密的碳化硅层，从而使籽晶与多孔石墨盘片紧密的结合在一块，起到籽晶粘接的作用。其中，所述原料选自含硅源和碳源的化合物或气体的混合物，优选粒径为50-500微米。其中，所述处理气体优选为氩气和甲烷，所述氩气的流速在1-500sccm，所述甲烷的流速在1-100sccm，所述处理气体的压力在1-600torr之间。其中，所述高温处理包括，在1600-2100摄氏度处理8-20小时。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种籽晶的处理装置，所述装置包括石墨盘片、坩埚和支撑架，所述石墨盘片具有多个规则排列的通孔，所述支撑架包括支撑架壁和主体部分，其中主体部分由外到内包括支撑臂、托架和中心空洞，所述支撑架可固定于所述坩埚的内部上侧。其中，所述石墨盘片由外之内的结构可以是盘片边缘和凹槽，所述多个通孔位于所述凹槽内，通孔形状可以是任意形状的图案和任意尺寸的孔间距，前提是能让底部空间的碳化硅气氛能够通过通孔位置的传输，在籽晶的生长背面形成一层致密的碳化硅层而与石墨盘片粘接，优选呈圆环状规则分布排列或呈平行规则分布排列。其中，凹槽可以为任意籽晶尺寸大小的凹槽，前提是凹槽要有一定的深度，不至于让籽晶在粘接的过程中滑动而出现粘接错位的问题。所述凹槽的深度不高于籽晶的高度，所述凹槽的内径比籽晶的外径大0.1-0.2mm，使籽晶能在凹槽内可以一定程度的自由移动而又不至于大面积的滑动，从而保证籽晶粘接碳化硅层粘接与石墨盘片，同时让籽晶内部的应力不会因籽晶的粘接而大幅度的增加。其中，所述支撑架的托架的形状与所述石墨盘片的盘片边缘形状契合。其中，所述中心空洞直径与石墨盘片凹槽的直径相同，所述支撑架托架的直径与所述石墨盘片直径相同，从而使得当石墨盘片放置于支撑架上时，石墨盘片的盘片边缘与所述支撑架托架相契合，石墨盘片的凹槽与支撑架的中心空洞相契合。其中，多个通孔的孔直径优选为0.1-2mm，孔间距优选为0.1-2mm。其中，所述支撑臂之间间距至少为10mm。其中，所述支撑架表面上距支撑架内壁1mm-23.5mm之间有一圈圈通孔，用于硅源气体流通。所述通孔的孔直径优选为0.1-2mm，孔间距优选为0.1-2mm。其中，所述支撑架由两个半圆型部件组合形成，便于多层石墨盘片的取放。专利技术效果与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供的方法和装置通过在石墨盘片上表面凹槽固定籽晶，在石墨盘片底面上开设多个通孔，该通孔需要在石墨盘片上均匀分布，从而保证籽晶与石墨盘片的牢固粘接，克服了人工粘接籽晶不均匀，容易产生气泡而导致籽晶脱落的缺陷。(2)本专利技术提供的方法和装置通过在坩埚内部安装具有多层支撑臂的支撑架，每一层支撑臂均可单独用于处理一份籽晶，从而实现批量化的籽晶粘接，为后续晶体实现产业化的量化节省很大的成本优势。附图说明图1：本专利技术实施例提供的坩埚结构示意图。图2：本专利技术实施例提供的支撑架的结构示意图。图3：本专利技术实施例提供的石墨盘片的主视图。图4：本专利技术实施例提供的粘接有石墨纸的籽晶放置在石墨盘片上的主视图。图5：本专利技术实施例提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种籽晶的处理方法，其特征在于，所述方法包括：/n通过石墨胶将石墨纸粘接在籽晶的生长面，所述石墨纸覆盖所述籽晶的整个上表面；/n将所述籽晶的下表面贴合石墨盘片；/n将所述石墨盘片固定在支撑架中，并将所述支撑架放入坩埚内上侧；/n高温处理所述坩埚并通入处理气体，使所述坩埚底部的原料升华，同时调节所述处理气体的通入流速、处理压力，直至所述籽晶背面与所述石墨盘片粘接。/n

【技术特征摘要】
1.一种籽晶的处理方法，其特征在于，所述方法包括：
通过石墨胶将石墨纸粘接在籽晶的生长面，所述石墨纸覆盖所述籽晶的整个上表面；
将所述籽晶的下表面贴合石墨盘片；
将所述石墨盘片固定在支撑架中，并将所述支撑架放入坩埚内上侧；
高温处理所述坩埚并通入处理气体，使所述坩埚底部的原料升华，同时调节所述处理气体的通入流速、处理压力，直至所述籽晶背面与所述石墨盘片粘接。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料是含硅源和碳源的化合物或气体的混合物，所述原料的粒径在50-500微米之间。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述处理气体为氩气和甲烷，通入所述氩气的流速在1-500sccm，通入所述甲烷的流速在1-10sccm，所述处理压力在1-600torr之间。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述高温处理包括，在1600-2100摄氏度处理8-20小时。


5.一种籽晶的处理装置，其特征在于，所述装置包括石...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡怡君，
申请(专利权)人：上海联兴商务咨询中心，
类型：发明
国别省市：上海;31