CN114318517B - 一种籽晶粘接结构及其提高籽晶粘接均匀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种籽晶粘接结构及其提高籽晶粘接均匀性的方法，依次包括压块，籽晶，定位环，所述定位环上设有导热系数不同的第一导热层，第二导热层与第三导热层，导热系数沿籽晶中心径向到边缘呈减小趋势。本发明通过利用导热系数不同的导热层，分区域热压，使得胶水固化的时候气泡从中心开始向边缘能有序的排出，避免了中心区域气泡无法排除而聚集的现象。通过本发明的方法制备的籽晶，其胶水的均匀性得到了很大的改善。
Description
技术领域
本发明属于晶体生长领域，涉及籽晶的粘接，尤其涉及一种籽晶均匀性更好的籽晶粘接结构及其提高籽晶粘接均匀性的方法。
背景技术
以硅和砷化镓为代表的传统半导体材料的高速发展推动了微电子、光电子技术的迅猛发展，然而受材料性能所限，这些半导体材料制备的器件在高温、高频、高功率、高压及高辐射环境下的应用难满足日益增长的需求。因此，宽禁带、耐高温、高阻率的第三代半导体材料已成为越来越迫切的需求。
SiC单晶作为第三代宽带隙半导体材料，具有宽禁带、高热导率、高电子饱和迁移速率、高击穿电场等性质，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、高温电子器件理想的半导体材料。
目前碳化硅的制备普遍采用PVT(物理气相传输)法，该方法就是在一个备好的籽晶表面进行晶体生长，因此籽晶的质量直接影响到最终晶体的质量，且很难通过其他的工艺参数的控制进行补救或提高。传统的籽晶制备过程中，经常会由于胶水的不均匀性固化导致最终的籽晶质量下降，最终影响了后续高质量晶体的生长。
所以，如何制备高质量的籽晶是一个关键的问题，胶水的固化均匀性更是高质量籽晶的一个必备因素。
发明内容
本发明第一个目的是为了解决传统籽晶粘接方法中，经常会出现中心区域的气泡无法排出去，导致最终粘接的籽晶中心区域有大气泡聚集现象，严重影响了后续生长的晶体质量的缺陷，而提供一种籽晶粘接结构。
本发明第二个目的是为了提供一种提高籽晶粘接均匀性的方法，通过利用导热系数不同的导热层，分区域热压，使得胶水固化的时候气泡从中心开始向边缘能有序的排出，避免了中心区域气泡无法排除而聚集的现象。通过本发明的方法制备的籽晶，其胶水的均匀性得到了很大的改善。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种籽晶粘接结构，依次包括压块，籽晶，定位环，所述定位环上设有导热系数不同的第一导热层，第二导热层与第三导热层，导热系数沿籽晶中心径向到边缘呈减小趋势。
作为本发明的一种优选方案，所述第一导热层位于定位环的中心，所述第一导热层的圆心与定位环以及籽晶的圆心重合。
作为本发明的一种优选方案，所述第二导热层为包裹第一导热层的环形层，所述第三导热层为包裹第二导热层的环形层。
作为本发明的一种优选方案，所述第一导热层，第二导热层，第三导热层的厚度相同，且平整度＜10μm。
本发明第二方面提供了采用上述籽晶粘接结构，来提高籽晶粘接均匀性的方法。
作为本发明的一种优选方案，包括以下步骤：
1)在石墨托与籽晶的粘接面均匀涂抹胶水，压盖在一起；
2)将与籽晶面积相同的定位环放置于加热器上，再将第一导热层放置在定位环的中心位置，将第二导热层放置在第一导热层的外围，将第三导热层放置在第二导热层的外围；
3)将步骤1)得到的籽晶的放置在步骤2)所述的定位环上，再将压块放置在籽晶上；
4)抽真空，进行升温并保温一段时间；
5)降温，取出粘接好的籽晶，去除边缘多余的胶水，得到粘接均匀的籽晶成品。
作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，抽真空是将压力抽至10-3Pa。
作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，升温是先用1-3个小时升温到180℃-230℃，然后再用2-5个小时升温到350℃-380℃，最后保温1-3小时。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明采用不同导热系数的导热层，在升温过程中，先将中心区域的胶水固化排气，再依次到边缘，避免了中心区域未及时排出导致气泡聚集的现象；
2)通过本发明的方法制备出来的籽晶均匀性相比传统的热压效果更好。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是本发明导热层的俯视图。
图中，1.压块；2.籽晶；3.导热层；31.第一导热层；32.第二导热层；33.第三导热层；4.定位环；5.加热平台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1与图2，本发明首先提供了一种籽晶粘接结构，依次包括了压块1，籽晶2，导热层3，定位环4，其中，导热层3由导热系数不同的第一导热层31，第二导热层32与第三导热层33组成，导热层3设置在定位环4上。
在热压过程中，定位环4放置在加热平台5的上方，在定位环4的正中心位置放置第一导热层31(组成图2中的区域A)，在第一导热层31的外围放置第二导热层32(组成图2中的区域B)，在第二导热层32的外围放置第三导热层33，以组成导热层3(组成图2中的区域C)；
在导热层3的上方放置籽晶2，然后将压块1放置在籽晶2的上方。
第一导热层，第二导热层，第三导热层是只需要满足导热系数依次降低的三种材料，例如第一导热层可以是碳化硅陶瓷，第二导热层可以是石墨，第三导热层可以是不锈钢。
但是需要注意的是，不管采用何种材料，第一导热层，第二导热层，第三导热层的厚度相同，且平整度＜10μm，以保证籽晶的粘接效果。
第一导热层，第二导热层与第三导热层半径不做限定，只需要满足导热系数依次降低，使得组成的导热层可以实现分段式降低即可，例如第一导热层的半径，第二导热层的环宽与第三导热层的环宽为1:0.5-3:0.5-2。
实施例1
本实施例提供了一种提高籽晶粘接均匀性的方法，采用上述的籽晶粘接结构，包括以下步骤：
步骤1：将石墨托上表面和籽晶表面(硅面)均涂抹胶水后，压盖在一起；
步骤2：将与籽晶大小相同的定位环放在加热器上面，再将导热系数最高的圆饼形材料第一导热层(俯视图为圆饼形)放入定位环的最中央位置，即区域A。将导热系数次高的环形材料第二导热层(俯视图为环形)放入区域B中，将导热系数最低的环形材料第三导热层(俯视图为环形)放入区域C中；
步骤3：将步骤1的籽晶碳面朝上，放置在步骤2铺垫好的导热层之上，然后将总重量为30kg的压块放置在籽晶上面进行热压；
步骤4：先将炉内的压力抽至较高的真空状态(一般10-3帕斯卡即可)，然后开启升温程序：1个小时升温到180℃，然后再用2个小时升温到350℃，最后保温1小时；
步骤5：待温度降温到室温后取出粘接好的籽晶，去除边缘多余的固化胶水，即可得到粘接均匀的籽晶成品。
实施例2
本实施例提供了一种提高籽晶粘接均匀性的方法，采用上述的籽晶粘接结构，包括以下步骤：
步骤1：将石墨托上表面和籽晶表面(硅面)均涂抹胶水后，压盖在一起；
步骤2：将与籽晶大小相同的定位环放在加热器上面，再将导热系数最高的圆饼形材料第一导热层(俯视图为圆饼形)放入定位环的最中央位置，即区域A。将导热系数次高的环形材料第二导热层(俯视图为环形)放入区域B中，将导热系数最低的环形材料第三导热层(俯视图为环形)放入区域C中；
步骤3：将步骤1的籽晶碳面朝上，放置在步骤2铺垫好的导热层之上，然后将总重量为50kg的压块放置在籽晶上面进行热压；
步骤4：先将炉内的压力抽至较高的真空状态(一般10-3帕斯卡即可)，然后开启升温程序：2个小时升温到200℃，然后再用3个小时升温到360℃，最后保温2小时；
步骤5：待温度降温到室温后取出粘接好的籽晶，去除边缘多余的固化胶水，即可得到粘接均匀的籽晶成品。
实施例3
本实施例提供了一种提高籽晶粘接均匀性的方法，采用上述的籽晶粘接结构，包括以下步骤：
步骤1：将石墨托上表面和籽晶表面(硅面)均涂抹胶水后，压盖在一起；
步骤2：将与籽晶大小相同的定位环放在加热器上面，再将导热系数最高的圆饼形材料第一导热层(俯视图为圆饼形)放入定位环的最中央位置，即区域A。将导热系数次高的环形材料第二导热层(俯视图为环形)放入区域B中，将导热系数最低的环形材料第三导热层(俯视图为环形)放入区域C中；
步骤3：将步骤1的籽晶碳面朝上，放置在步骤2铺垫好的导热层之上，然后将总重量为80kg的压块放置在籽晶上面进行热压；
步骤4：先将炉内的压力抽至较高的真空状态(一般10-3帕斯卡即可)，然后开启升温程序：3个小时升温到230℃，然后再用5个小时升温到380℃，最后保温3小时；
步骤5：待温度降温到室温后取出粘接好的籽晶，去除边缘多余的固化胶水，即可得到粘接均匀的籽晶成品。
在本发明中，本发明采用不同热导系数的导热层，在升温过程中，先将中心区域的胶水固化排气，再依次到边缘，避免了中心区域未及时排出导致气泡聚集的现象。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种提高籽晶粘接均匀性的方法，其特征在于，
籽晶粘接的结构依次包括压块，籽晶，定位环，所述定位环上设有导热系数不同的第一导热层，第二导热层与第三导热层，导热系数沿籽晶中心径向到边缘呈减小趋势；所述第一导热层位于定位环的中心，所述第一导热层的圆心与定位环以及籽晶的圆心重合；所述第二导热层为包裹第一导热层的环形层，所述第三导热层为包裹第二导热层的环形层；所述第一导热层，第二导热层，第三导热层的厚度相同，且平整度＜10μm；
提高籽晶粘接均匀性的方法包括以下步骤：
1）在石墨托与籽晶的粘接面均匀涂抹胶水，压盖在一起；
2）将与籽晶面积相同的定位环放置于加热器上，再将第一导热层放置在定位环的中心位置，将第二导热层放置在第一导热层的外围，将第三导热层放置在第二导热层的外围；
3）将步骤1）得到的籽晶的放置在步骤2）所述的定位环上，再将压块放置在籽晶上；
4）抽真空，进行升温并保温一段时间；
5）降温，取出粘接好的籽晶，去除边缘多余的胶水，得到粘接均匀的籽晶成品。
2.根据权利要求1所述的一种提高籽晶粘接均匀性的方法，其特征在于，步骤4）中，抽真空是将压力抽至10-3Pa。
3.根据权利要求1所述的一种提高籽晶粘接均匀性的方法，其特征在于，步骤4）中，升温是先用1-3个小时升温到180℃-230℃，然后再用2-5个小时升温到350℃-380℃，最后保温1-3小时。
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