CN113293437A - 一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，通过在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接碳化硅多晶片的有效方法，提高衬底片厚度，实现超薄衬底生长碳化硅单晶，首先在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接碳化硅多晶片，然后将粘接好的碳化硅复合衬底多晶片一面粘在石墨坩埚盖内侧，单晶生长面朝向石墨坩埚内，即可进行物理气相传输法生长碳化硅晶体。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体生长方法，具体涉及一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法。
背景技术
碳化硅晶体属于第三代半导体材料，碳化硅晶片是一种重要的衬底材料，其具有优越的物理电子学性能，具有宽禁带、大击穿电场、高饱和电子漂移速率和良好的化学稳定性。其广泛用于LED及光电子、微电子器件制作，其在大功率器件领域有重要应用。
目前通用的生长碳化硅晶体的方法是物理气相传输法。其基本过程是选择目标晶型的碳化硅晶片作为衬底籽晶，将高纯碳化硅粉作为原料放入密封的圆筒形石墨坩埚内，坩埚上盖内固定碳化硅衬底籽晶。密封石墨坩埚并放入晶体生长炉内轴心位置，调节石墨坩埚位置，使得碳化硅原料位于高温区，而碳化硅衬底籽晶位于低温区。将晶体生长炉加热至1800℃以上，处于高温区的碳化硅粉料会升华产生不同组分气相分子，这些气相分子在温度梯度作用下沿轴向传输到低温区的碳化硅衬底籽晶表面沉积结晶生长为与衬底晶片同晶型的碳化硅晶体。生长得到的碳化硅晶体通过切割研磨抛光等加工，最终得到标准的碳化硅晶圆。
由于碳化硅晶体的生长温度较高，因而选择作为衬底籽晶的碳化硅晶片厚度不能太小，太薄的碳化硅衬底晶片高温下容易发生灼穿甚至开裂现象，特别是在晶界、位错线、包裹体等缺陷处，这给大尺寸碳化硅晶体生长带来致命问题。因而用作籽晶的碳化硅晶片其加工厚度一般大于500微米。市场上的碳化硅晶圆大部分厚度小于400微米，难以作为衬底材料用于碳化硅晶体生长。而且较厚的碳化硅衬底籽晶其成本也较高。同时，其与碳化硅晶圆产品厚度的不同使其无法利用流水线工艺加工。另一方面，更大尺寸的碳化硅晶体生长通常选择扩径方法，这种方法需要较长时间的迭代，才能得到更大尺寸的标准晶片产品。迭代法生长大尺寸碳化硅晶体不仅成本高，而且效率较低。而选择市场上的更大尺寸碳化硅晶片作为衬底进行生长，就无法避免前述问题。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明提供了一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，通过在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接高纯碳化硅多晶片的有效方法，提高衬底片厚度，实现超薄衬底生长碳化硅单晶，首先在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接高纯碳化硅多晶片，然后将粘接好的复合碳化硅衬底多晶片一面粘在石墨坩埚盖内侧，单晶生长面朝向石墨坩埚内，即可进行物理气相传输法生长碳化硅晶体。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，包括如下步骤：
(1)超薄碳化硅单晶片，背生长面粘接高纯碳化硅多晶片；
(2)粘接好的复合碳化硅晶片作为衬底固定于石墨坩埚盖内侧，其多晶片的另一面作为粘接面；
(3)密封石墨坩埚，放入晶体生长炉中，采用物理气相传输法生长碳化硅晶体；
(4)晶体生长炉升温至晶体生长温度1800℃-2500℃，进行碳化硅晶体生长，氩气作为载气，反应室内气压在1-5kPa之间，生长时间在60小时以上，即可得到碳化硅晶体。
进一步的，所述的步骤(1)中，所述的超薄碳化硅单晶片厚度小于400微米。
进一步的，所述的步骤(1)中，所述的高纯碳化硅多晶片纯度大于99.99％。
进一步的，所述的步骤(1)中，所述的碳化硅多晶片厚度为100-300微米。
所述碳化硅多晶制备方法包括但不限于气相传输法、沉积法、烧结法等。
本发明的有益效果如下：本发明提供了一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，通过在超薄碳化硅单晶衬底的背生长面粘接碳化硅多晶片的有效方法，提高衬底片厚度，实现超薄衬底生长碳化硅单晶。本发明方法给碳化硅衬底籽晶增加了选择范围，降低了晶体生长成本，而且操作简单可控。
附图说明
图1为本发明的工作示意图。
其中，1、碳化硅厚膜，2、超薄碳化硅衬底籽晶，3、石墨坩埚，4、高纯碳化硅粉。
具体实施方式
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。
针对现有技术中存在的上述困难，本发明提供了一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，通过在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接碳化硅多晶片的有效方法，提高衬底片厚度，实现超薄衬底生长碳化硅单晶，首先在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接碳化硅多晶片，然后将粘接好的碳化硅复合衬底多晶片一面粘在石墨坩埚盖内侧，单晶生长面朝向石墨坩埚内，即可进行物理气相传输法生长碳化硅晶体。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，包括如下步骤：
(1)超薄碳化硅单晶片，背生长面粘接高纯碳化硅多晶片；
根据本发明的具体实施例，所述超薄碳化硅单晶片厚度为200-400微米。根据本发明具体的一些实施例，所述高纯碳化硅多晶片纯度大于99.99％，所述高纯碳化硅多晶片的厚度为100-300微米。所述碳化硅多晶片的制备方法为气相传输法、烧结法、沉积法。
(2)粘接好的复合碳化硅晶片作为衬底固定于石墨坩埚盖内侧，其碳化硅多晶片一面作为粘接面；
(3)密封石墨坩埚，放入晶体生长炉中，采用物理气相传输法生长碳化硅晶体；
(4)晶体生长炉升温至晶体生长温度1800℃-2500℃，进行碳化硅晶体生长，氩气作为载气，反应室内气压在1-5kPa之间，生长时间在60小时以上，即可得到碳化硅晶体。
实施例1
本发明所述的一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，通过在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接碳化硅多晶片的有效方法，提高衬底片厚度，实现超薄衬底生长碳化硅单晶。首先在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接碳化硅多晶片，然后将粘接好的复合碳化硅晶片作为衬底固定于石墨坩埚盖内侧，生长面朝向石墨坩埚内，即可进行物理气相传输法生长碳化硅晶体。具体制备步骤为：
(1)选择厚度250微米的4英寸4H-碳化硅单晶片，在其硅面粘接厚度250微米的碳化硅多晶片；
(2)将多晶片一面粘接在石墨坩埚盖内侧，4H-碳化硅单晶片碳面为晶体生长面；
(3)石墨坩埚盖内放入碳化硅高纯原料，密封石墨坩埚，放入晶体生长炉中，采用物理气相传输法生长，生长温度2200℃，氩气为载气，生长压力3kPa，生长时间80小时。
采用上述工艺生长的碳化硅晶体，加工后直径为4英寸，晶型一致，均为4H晶型，透明度好，晶体结晶质量好。
实施例2
本发明所述的一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，通过在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接碳化硅多晶片的有效方法，提高衬底片厚度，实现超薄衬底生长碳化硅单晶。首先在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接碳化硅多晶片，然后将粘接好的复合碳化硅晶片作为衬底固定于石墨坩埚盖内侧，生长面朝向石墨坩埚内，即可进行物理气相传输法生长碳化硅晶体。具体制备步骤为：
(1)选择厚度200微米的6英寸4H-碳化硅单晶片，在其硅面粘接厚度300微米的碳化硅多晶片；
(2)将多晶片一面粘接在石墨坩埚盖内侧，4H-碳化硅单晶片碳面为晶体生长面；
(3)石墨坩埚盖内放入碳化硅高纯原料，密封石墨坩埚，放入晶体生长炉中，采用物理气相传输法生长，生长温度2300℃，氩气为载气，生长压力3kPa，生长时间80小时。
采用上述工艺生长的碳化硅晶体，加工后直径为6英寸，晶型一致，均为4H晶型，透明度好，晶体结晶质量好
由此，本发明提供了一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，当通过在超薄碳化硅单晶衬底的背面粘接碳化硅多晶片，提高了衬底片厚度，从而实现了超薄衬底生长碳化硅单晶。
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。
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。
Claims (4)
1.一种超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，其特征在于：包括下述步骤：
(1)超薄碳化硅单晶片，背生长面粘接高纯碳化硅多晶片；
(2)粘接好的复合碳化硅晶片作为衬底固定于石墨坩埚盖内侧，其多晶片的另一面作为粘接面；
(3)密封石墨坩埚，放入晶体生长炉中，采用物理气相传输法生长碳化硅晶体；
(4)晶体生长炉升温至晶体生长温度1800℃-2500℃，进行碳化硅晶体生长，氩气作为载气，反应室内气压在1-5kPa之间，生长时间在60小时以上，即可得到碳化硅晶体。
2.如权利要求1所述的超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，所述的超薄碳化硅单晶片厚度小于400微米。
3.如权利要求1所述的超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，所述的高纯碳化硅多晶片纯度大于99.99％。
4.如权利要求1所述的超薄衬底生长碳化硅单晶的有效方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，所述的碳化硅多晶片厚度为100-300微米。
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