一种碳化硅籽晶的粘接方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种碳化硅籽晶的粘接方法及应用，所述粘接方法包括如下步骤：采用胶水将碳化硅籽晶粘接在石墨托上，然后进行碳化，得到包括C粘接层的石墨托；其中，所述胶水中包括含硅粉末；将所述包括C粘接层的石墨托依次进行升温和保温，然后经过冷却后，完成碳化硅籽晶的粘接；所述粘接方法利用Si元素易蒸发、SiC在过饱和状态下析出以及SiC晶体升华量小的特点，大幅加强了碳化硅籽晶的粘接强度，有效防止了溶液法生长大尺寸SiC晶体，且在使用加减速旋转条件时，SiC籽晶和晶体掉落的情况。SiC籽晶和晶体掉落的情况。SiC籽晶和晶体掉落的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅籽晶的粘接方法及应用


[0001]本专利技术属于碳化硅晶体生长
，涉及一种碳化硅籽晶的粘接方法及应用。

技术介绍

[0002]碳化硅作为代表性的第三代宽禁带半导体材料，其制作的器件具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大以及工作温度高等优点，适用于新能源汽车、储能等领域。
[0003]顶部籽晶溶液法（TSSG）是生长SiC晶体的常见方法。TSSG法一般是将Si原料和助溶剂放入石墨坩埚，采用感应加热或电阻加热方法，使Si原料和助溶剂熔化形成溶液。石墨坩埚中的碳元素逐渐溶解于溶液中，并达到饱和浓度。接着，降下籽晶杆，使碳化硅籽晶下表面接触溶液。随后，提拉籽晶杆，使籽晶下表面位于溶液平面附近。此时，位于籽晶下表面处的溶液温度低，处于溶质过饱和状态，导致SiC在籽晶上逐渐析出并生长。一段时间后，继续提拉籽晶杆，SiC晶体持续生长。由于SiC晶体生长时接近平衡状态，采用TSSG生长的SiC晶体中产生缺陷少。
[0004]在TSSG法中，籽晶需要固定于石墨托上，以便石墨托带动籽晶旋转或移动。一种常见的固定方法是将籽晶粘接于石墨托。这种粘接方法也被广泛应用于物理气相沉积方法生长碳化硅中。粘接过程将有机胶水涂覆在籽晶和石墨托之间，通过加热方式使胶水碳化，使籽晶粘接在石墨托上。该方法的一个改进方法是在籽晶和石墨托之间添加一层石墨纸，以缓冲由石墨制造的石墨托和碳化硅籽晶在加热过程中的热膨胀差异，达到减弱籽晶掉落风险的目的。
[0005]区别于物理气相法，在液相法生长碳化硅晶体时，籽晶以及在籽晶上生长的碳化硅晶体需要加速或减速到一定的速度。这将会要求粘接层在承受重力、石墨和碳化硅热膨胀差异形成的应力以外，额外承受将籽晶和碳化硅晶体加速或减速的剪切力。该剪切力可表示为F=m
•
R
•
α/2，m为籽晶和碳化硅晶体质量和，R为籽晶半径，α为角加速度。该公式表明，更大的质量、半径以及角加速，对应更大的剪切力。过去采用顶部籽晶溶液法生长碳化硅时，试验目标一般集中在生长4英寸或以下的碳化硅晶体。伴随着物理气相法生长6英寸碳化硅晶体工艺的成熟，对于溶液法生长碳化硅晶体，同样追求生长6英寸碳化硅晶体的目标。
[0006]另外，在溶液法生长碳化硅晶体的工艺中，使用大的籽晶角加速度有助于碳化硅生长表面质量的改善。因此，在使用溶液法生长6英寸或者未来的8英寸碳化硅晶体工艺中，C粘接层和SiC籽晶的界面将会在加速或减速转动过程中承受高的剪切力，C粘接层和SiC籽晶容易分离，SiC籽晶和晶体掉落，导致长晶过程失败。即使采用粘接剂粘接籽晶、石墨纸和石墨托条件下，在加速和减速旋转过程中，多次发生了籽晶和晶体掉落。
[0007]基于以上研究，需要提供一种碳化硅籽晶的粘接方法，所述粘接方法能够大幅加强了碳化硅籽晶的粘接强度，有效防止溶液法生长大尺寸SiC晶体，且在使用加减速旋转条件时，SiC籽晶和晶体掉落的情况。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种碳化硅籽晶的粘接方法及应用，尤其涉及一种用于溶液法生长大尺寸碳化硅晶体时的碳化硅籽晶的粘接方法及应用，所述方法利用Si元素易蒸发、SiC在过饱和状态下析出以及SiC晶体升华量小的特点，大幅加强了碳化硅籽晶的粘接强度，有效防止了溶液法生长大尺寸SiC晶体，且在使用加减速旋转条件时，SiC籽晶和晶体掉落的情况。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种碳化硅籽晶的粘接方法，所述粘接方法包括如下步骤：
[0011]（1）采用胶水将碳化硅籽晶粘接在石墨托上，然后进行碳化，得到包括C粘接层的石墨托；
[0012]其中，所述胶水中包括含硅粉末；
[0013]（2）将步骤（1）所述包括C粘接层的石墨托依次进行升温和保温，然后经过冷却后，完成碳化硅籽晶的粘接。
[0014]本专利技术在粘接籽晶的胶水中加入了含硅粉末，再进行碳化，在石墨托上得到了含硅粉末的C粘接层，利用含硅粉末熔化成溶液的特点，在步骤（2）中对包括C粘接层的石墨托进行加热升温，使含硅粉末熔化成溶液，由于SiC和C溶解于Si溶液中，步骤（2）升温后，Si溶液将会溶解SiC籽晶和C粘接层，又由于Si蒸发的特点，步骤（2）保温会使Si溶液蒸发，当Si溶液内的C达到过饱和浓度，过饱和的Si
‑
C溶液将析出SiC晶体，因此，通过溶解再析出的方式完成了粘接，大幅提高了SiC籽晶的粘接强度，有效防止溶液法生长大尺寸SiC晶体，且在使用加减速旋转条件时，SiC籽晶和晶体的掉落。
[0015]优选地，步骤（1）所述含硅粉末包括纯硅和/或Si
‑
X合金，优选为Si
‑
X合金。
[0016]本专利技术胶水中的含硅粉末优选为Si
‑
X合金，由于Si
‑
X合金在升温熔化后相比纯Si，能够溶解更多的C元素，从而能够析出更多的SiC晶体。
[0017]优选地，所述Si
‑
X合金中，X包括Co、Fe、Ni、Cr、Sc、Y或Al中的任意一种或至少两种的组合，优选为Al。
[0018]由于Al元素易升华，因此能够使步骤（2）中升温和保温的温度降低。
[0019]优选地，所述Si
‑
X合金中，X的含量为5
‑
20at.%，例如可以是5at.%、10at.%、15at.%或20at.%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0020]本专利技术Si
‑
X合金中过高的X含量会导致蒸发后的析出物含有SiC以外的碳化物，从而降低析出物的强度。
[0021]优选地，步骤（1）所述含硅粉末的外径为1
‑
10μm，例如可以是1μm、3μm、5μm、7μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为1
‑
5μm。
[0022]本专利技术的含Si粉末的外径若太小，则最终在该粉末处形成的SiC析出物尺寸小，不能有效提高SiC籽晶的粘接强度；若含Si粉末外径太大，一方面要求长时间使Si完全蒸发，消耗过多的工艺时间以及能源，另一方面要求制备更厚的C粘接层以完全包裹单个含Si粉末。
[0023]优选地，步骤（1）所述胶水中还包括有机胶水。
[0024]本专利技术的有机胶水包含C、H、O元素，示例性的包括酚醛树脂胶水或者环氧树脂胶
水。
[0025]优选地，所述有机胶水中，有机物的含量为30
‑
60wt%，例如可以是30wt%、40wt%、50wt%或60wt%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0026]本专利技术有机胶水中，若有机物的含量若过高，则导致有机胶水粘度增加，流动性下降，但过低的有机物含量会导致形成的C粘接层不致密。
[0027]优选地，所述有机胶水的粘度在1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅籽晶的粘接方法，其特征在于，所述粘接方法包括如下步骤：（1）采用胶水将碳化硅籽晶粘接在石墨托上，然后进行碳化，得到包括C粘接层的石墨托；其中，所述胶水中包括含硅粉末；（2）将步骤（1）所述包括C粘接层的石墨托依次进行升温和保温，然后经过冷却后，完成碳化硅籽晶的粘接。2.根据权利要求1所述的粘接方法，其特征在于，步骤（1）所述含硅粉末包括纯硅和/或Si
‑
X合金；所述Si
‑
X合金中，X包括Co、Fe、Ni、Cr、Sc、Y或Al中的任意一种或至少两种的组合；所述Si
‑
X合金中，X的含量为5
‑
20at.%；步骤（1）所述含硅粉末的外径为1
‑
10μm。3.根据权利要求1所述的粘接方法，其特征在于，步骤（1）所述胶水中还包括有机胶水；所述有机胶水中，有机物的含量为30
‑
60wt%；所述有机胶水的粘度在1000厘泊以下；步骤（1）所述含硅粉末与有机胶水的质量比为1:(3
‑
8)。4.根据权利要求1所述的粘接方法，其特征在于，步骤（1）所述胶水将碳化硅籽晶粘接在石墨托之前，先将籽晶粘接于石墨纸上，然后将石墨纸粘接在石墨托上。5.根据权利要求1所述的粘接方法，其特征在于，步骤（1）所述C粘接层的厚度为10
‑
20μm。6.根据权利要求1所述的粘接方法，其特征在于，步骤（2）所述升温使含硅粉末熔化并溶解碳化硅籽晶和C粘接层，形成含C的Si溶液。7.根据权利要求6所述的粘接方法，其特征在于，步骤（2）所述保温使含C的Si溶液蒸发，析出碳化硅晶体；所述析出碳化硅晶体的位置包括碳化硅籽晶和C粘接层界面处、石墨纸和C粘接层界面处以及石墨托和C粘接层界面处。8.根据权利要求1所述的粘接方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秀松，史悦，余剑云，郭超，母凤文，
申请(专利权)人：青禾晶元晋城半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：