CN114635185A - 用于涂覆粘合剂的丝网结构以及使用其固定SiC籽晶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涂覆粘合剂的丝网结构，该丝网结构通过环形涂胶挡板和丝网来限定粘合剂层的厚度，使得粘合剂层厚度均匀，从而使得籽晶和坩埚盖之间存在均匀间隙，保证籽晶各个区域温度受热均匀，使碳化硅能够均匀生长，同时能够抑制籽晶背面多晶生长升华，避免带来微管缺陷。另外，均匀间隙的存在还能够满足籽晶在加热生长过程中释放内应力的需求，避免随着籽晶上的单晶生长，表面机械应力和热应力增加而造成籽晶变形甚至破裂。此外，本发明还涉及使用上述丝网结构固定SiC籽晶的方法，该方法通过丝网将粘合剂均匀涂刷于坩埚盖上并且在所得粘合剂层的上表面高度大于或等于丝网的下表面高度时停止涂刷，去除丝网结构后得到厚度均匀的粘合剂层。

Description

用于涂覆粘合剂的丝网结构以及使用其固定SiC籽晶的方法

技术领域

本发明涉及碳化硅新材料技术领域，具体涉及一种用于涂覆粘合剂的丝网结构以及使用其固定SiC籽晶的方法。

背景技术

以SiC为代表的第三代宽带隙半导体材料，是发展大功率、高频高温、抗强辐射蓝光激光器和紫外探测器等技术的核心。SiC晶体具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高、介电常数低、化学稳定性好等特点，是电力电子领域Si的首选替代品，在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。

目前生长碳化硅普遍采用物理气相运输法，即原料在热场加热升华成气相物质，在温度梯度的作用下向上运动直到碰到温度较低、晶格适配的籽晶表面，从而在籽晶表面上结晶生长晶体。石墨具有良好的高温性能和机械加工性能且价格适宜，被广泛用于制作碳化硅晶体。

通常，采用粘合剂将SiC籽晶粘结在石墨坩埚盖上来固定籽晶。籽晶的粘结固定对SiC晶体生长影响显著。现有的利用粘合剂固定SiC籽晶的方法通常存在籽晶粘结效果差的问题。其原因主要在于粘合剂层厚度不均匀，使得籽晶不同区域的受热温度不均匀，从而影响晶体均匀生长。此外，粘结剂固化后会产生机械应力并作用于籽晶，粘结剂的分布均匀性直接影响机械应力在籽晶不同区域的分布均匀性，在粘合剂层厚度不均匀的情况下，在从室温升至晶体生长温度的过程中，粘结剂产生的不均匀的热应力和机械应力容易使籽晶发生变形，从而影响结晶质量，严重时易导致籽晶开裂破坏。

因此，需要开发一种用于涂覆粘合剂的结构以及使用其固定SiC籽晶的方法，以提高粘合剂层厚度的均匀性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种用于涂覆粘合剂的丝网结构，该丝网结构通过环形涂胶挡板和丝网来限定粘合剂层的厚度，使得粘合剂层厚度均匀。

本发明的另一目的是提供一种使用上述丝网结构固定SiC籽晶的方法，该方法通过丝网将粘合剂均匀涂刷于坩埚盖上并且在所得粘合剂层的上表面高度大于或等于丝网的下表面高度时停止涂刷，去除丝网结构后得到厚度均匀的粘合剂层。

为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。

一种用于涂覆粘合剂的丝网结构，包括：

丝网，所述丝网的形状和尺寸大小与SiC籽晶相同；以及

环形涂胶挡板，所述环形涂胶挡板套接在所述丝网外围，所述环形涂胶挡板的内环形状和尺寸大小与所述丝网相同，并且所述环形涂胶挡板的高度大于所述丝网的厚度。

一种使用上述丝网结构固定SiC籽晶的方法，包括以下步骤：

将丝网结构放置在坩埚盖的朝向坩埚本体的一侧；

通过丝网将粘合剂均匀涂刷于坩埚盖上，从而形成粘合剂层，在所述粘合剂层的上表面高度大于或等于所述丝网的下表面高度时，停止涂刷；

去掉丝网结构后，将SiC籽晶平放于所述粘合剂层上，再加热使所述粘合剂固化。

相比现有技术，本发明的有益效果：

1、本发明提供了一种用于涂覆粘合剂的丝网结构，该丝网结构通过环形涂胶挡板和丝网来限定粘合剂层的厚度，使得粘合剂层厚度均匀，从而使得籽晶和坩埚盖之间存在均匀间隙，保证籽晶各个区域温度受热均匀，使碳化硅能够均匀生长，同时能够抑制籽晶背面多晶生长升华，避免带来微管缺陷。另外，均匀间隙的存在还能够满足籽晶在加热生长过程中释放内应力的需求，避免随着籽晶上的单晶生长，表面机械应力和热应力增加而造成籽晶变形甚至破裂。

此外，本发明的丝网结构具有环形保护结构且丝网区的形状和尺寸大小与SiC籽晶相同，这样能够避免将粘合剂涂覆在目标区域之外，从而避免在生长过程晶体延伸到SiC籽晶以外的区域处，同时提高后期安装坩埚本体的密封性。

2、本发明提供了一种使用上述丝网结构固定SiC籽晶的方法，该方法通过丝网将粘合剂均匀涂刷于坩埚盖上并且在所得粘合剂层的上表面高度大于或等于丝网的下表面高度时停止涂刷，去除丝网结构后便可得到厚度均匀的粘合剂层。

此外，该方法操作简单、重复性强，适用于大规模工业化生产。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的丝网结构的俯视图。

图2为本发明的丝网结构的侧视图。

图3为本发明的环形涂胶挡板的俯视图。

图4-5为本发明实施例提供的固定SiC籽晶的方法中每步得到的结构示意图。

附图标记说明

100为丝网结构，101为丝网，102为环形涂胶挡板，102a为第一环形挡板，102b为中间环形挡板，102c为第二环形挡板，103为环形保护结构，200为坩埚盖，300为粘合剂层，400为坩埚本体，500为SiC籽晶。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

由于现有的粘合剂层存在厚度不均匀的问题，严重影响了SiC晶体的生长质量。因此，本发明提供一种改进的用于涂覆粘合剂的丝网结构，其结构如下。

图1给出了本发明的丝网结构的俯视图。图2给出了本发明的丝网结构的侧视图。具体地，如图1和2所示，本发明的用于涂覆粘合剂的丝网结构100，包括：丝网101，丝网101的形状和尺寸大小与SiC籽晶500相同；以及环形涂胶挡板102，环形涂胶挡板102套接在丝网101外围，环形涂胶挡板102的内环形状和尺寸大小与丝网101相同，并且环形涂胶挡板102的高度大于丝网101的厚度。

本发明的丝网的形状和尺寸大小与SiC籽晶相同，这样能够保证SiC籽晶和坩埚盖之间形成均匀厚度的粘合剂层，同时避免将粘合剂涂覆在目标区域之外，从而避免在生长过程晶体延伸到SiC籽晶以外的区域处，提高后期安装坩埚本体的密封性。

优选地，丝网101的目数可为40目、60目、80目或100目。丝网目数过小会使粘合剂不易从丝网中涂刷下来，导致坩埚盖上的粘合剂过少；丝网目数过大会使涂刷下来的粘合剂过多，不好控制粘合剂的量，导致坩埚盖上的粘合剂范围扩大，不能对后续粘籽晶准确定位。优选地，丝网101的材质可为涤纶、尼龙或聚丙烯等。这些材料在粘合剂长期作用下不会出现被腐蚀或者内部结构发生改变的现象。

在一些实施例中，本发明的用于涂覆粘合剂的丝网结构100还包括：环形保护结构103，环形保护结构103套接在环形涂胶挡板102的外围，环形保护结构103的内环形状和尺寸大小与环形涂胶挡板102的外环形状和尺寸大小相同。这样设置能够避免将粘合剂涂覆在目标区域之外，从而避免在生长过程晶体延伸到SiC籽晶以外的区域处，提高后期安装坩埚本体的密封性。

优选地，环形保护结构103为柔性材料。环形保护结构103可为片状结构。优选地，所述柔性材料可为聚氯乙烯(PVC)或树脂等材料。优选地，环形保护结构103的外环形状和尺寸大小与坩埚盖朝向坩埚本体一侧的形状和尺寸大小相同。选用这些柔性材料能够保证坩埚盖表面不被划伤，保证坩埚盖表面平整，保证籽晶的粘结水平平整，同时避免造成不必要的更换成本浪费。

在一些具体实施例中，丝网101、环形涂胶挡板102和环形保护结构103固定连接。例如，丝网101和环形涂胶挡板102之间以及环形涂胶挡板102和环形保护结构103之间均设置有粘合剂层。丝网101、环形涂胶挡板102和环形保护结构103通过粘合剂层粘结成一个整体。

优选地，环形涂胶挡板102由内向外依次包括：第一环形挡板102a、中间环形挡板102b和第二环形挡板102c，如图3所示。中间环形挡板102b与第一环形挡板102a和第二环形挡板102c活动连接，能够相对于第一环形挡板102a和第二环形挡板102c做上下运动。

第一环形挡板102a的外侧壁和/或第二环形挡板102c的内侧壁设置有凸起结构，优选设置有若干圈凸形细纹。这样设置能够使所述中间环形挡板在没有外力推动时恰好卡在预设位置上。通过手动推动中间环形挡板102b，可使其随意上下运动，以达到凸出或伸缩的目的，从而实现环形涂胶挡板102高度的可控调节，即实现粘合剂层厚度的可控调节。通过调节环形涂胶挡板102的高度，可将丝网和坩埚盖上表面的距离控制在5-25μm范围内。

优选地，丝网101的上表面和环形涂胶挡板102的上表面齐平。优选地，丝网101的上表面、环形涂胶挡板102的上表面和环形保护结构103的上表面齐平。齐平的设置便于工作人员在后期工作中涂刷粘合剂。在一些具体实施例中，丝网101的上表面、环形涂胶挡板102的上表面和环形保护结构103的上表面齐平，并且环形涂胶挡板102的下表面高度小于丝网101的下表面高度。

本发明的丝网结构通过环形涂胶挡板和丝网来限定粘合剂层的厚度，使得粘合剂层厚度均匀，从而使得籽晶和坩埚盖之间存在均匀间隙，保证SiC籽晶各个区域温度受热均匀，使碳化硅能够均匀生长，同时能够抑制籽晶背面多晶生长升华，避免带来微管缺陷。另外，均匀间隙的存在还能够满足籽晶在加热生长过程中释放内应力的需求，避免随着籽晶上的单晶生长，表面机械应力和热应力增加而造成籽晶变形甚至破裂。

本发明的丝网结构可通过以下步骤制备：准备丝网，其与SiC籽晶的形状和尺寸大小相同；准备环形涂胶挡板，其内环形状和尺寸大小与所述丝网相同并且高度大于所述丝网的厚度；将片状柔性材料沿着坩埚盖边缘裁切成与坩埚盖形状和大小一致的圆片，然后去除片状柔性材料的中心部分，从而得到环形保护结构，其中所述中心部分的形状和尺寸大小与环形涂胶挡板的外环形状和尺寸大小相同；以及采用粘合剂将所述丝网、所述环形涂胶挡板和所述环形保护结构依次套接在一起。

本发明还提供一种使用上述丝网结构固定SiC籽晶的方法，包括以下步骤。

将丝网结构放置在坩埚盖的朝向坩埚本体的一侧。

优选地，丝网结构中的丝网位于坩埚盖的正中心部分的上方。本发明将粘合剂通过丝网涂刷到坩埚盖上的中心位置，保证籽晶粘结时不会偏移，避免籽晶在后续长晶过程中因位置偏移使晶体触碰到坩埚本体边缘而造成碳化硅多晶生长的现象。

通过丝网将粘合剂均匀涂刷于坩埚盖上，从而形成粘合剂层，在所述粘合剂层的上表面高度大于或等于所述丝网的下表面高度时，停止涂刷。

本发明在所述粘合剂层的上表面高度大于或等于所述丝网的下表面高度时停止涂刷，这样可以保证粘合剂层的高度等于环形涂胶挡板的高度，确保粘合剂层的厚度均匀。

优选地，所述粘合剂层的厚度为5-25μm，优选10-20μm。均匀厚度的设置使得籽晶和坩埚盖之间存在均匀间隙，保证籽晶各个区域温度受热均匀，使碳化硅能够均匀生长，同时能够抑制籽晶背面多晶生长升华，避免带来微管缺陷。另外，该厚度的设置均匀还能够满足籽晶在加热生长过程中释放内应力的需求，避免随着籽晶上的单晶生长，表面机械应力和热应力增加而造成籽晶变形甚至破裂。

优选地，所述粘合剂可为AB胶或502胶。所选用的粘合剂需保证在碳化硅高温(2000-3000℃)长晶过程中仍保持粘合效果。

优选地，在涂刷所述粘合剂之前，手动推动中间环形挡板，使其相对于第一环形挡板和第二环形挡板做上下运动，从而调节丝网和坩埚盖上表面的距离。

去掉所述丝网结构后，将SiC籽晶平放于所述粘合剂层上，再加热使所述粘合剂固化。

优选地，在去掉所述丝网结构之前，静置3-5秒，使粘合剂有个自我初步成型的过程。

优选地，加热温度为150-700℃，优选400-600℃。粘合剂在该温度范围内能够发挥粘合SiC籽晶和坩埚盖的作用。

优选地，加热时间为10-16h。该加热固化时间下固化效率较高，能够使生产效率达到最大化。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

首先制作丝网结构100，具体步骤如下：将两片柔性材料(材质为树脂)沿着坩埚盖边缘裁切成与坩埚盖平面形状大小一致的圆片；然后去除两片柔性材料的中心部分，从而得到环形保护结构103，其中所述中心部分的形状和尺寸大小与环形涂胶挡板的外环形状和尺寸大小相同；之后，将两片柔性材料水平对齐上下放置，并在两片柔性材料中心部分放置60目的聚丙烯丝网片101，丝网片101的形状和尺寸大小与SiC籽晶500相同；接下来，在环形保护结构103和丝网片101之间放置环形涂胶挡板102，环形涂胶挡板102由内向外依次包括：第一环形挡板102a、中间环形挡板102b和第二环形挡板102c，中间环形挡板102b与第一环形挡板102a和第二环形挡板102c活动连接，能够相对于第一环形挡板102a和第二环形挡板102c做上下运动；最后，通过热胶粘胶技术将环形保护结构103、环形涂胶挡板102和丝网片101粘结成在一起，所得丝网结构如图1和2所示。

然后，将制作好的丝网结构100平放于坩埚盖200之上，使丝网结构100的边缘与坩埚盖200的边缘对齐。之后，手动上下推动中间环形挡板102b，以得到预期想制得的粘合剂层理想高度；然后通过丝网片101将粘合剂(AB胶)均匀涂刷于坩埚盖200上，从而形成粘合剂层300，其厚度为15μm，当粘合剂层300的上表面高度大于或等于丝网的下表面高度时，停止涂刷，所得结构如图4所示。

静置3-5秒后，去掉丝网结构100。

接下来，将洁净待用的SiC籽晶500平放于粘合剂层300之上，放置位置以后期长晶晶体碰不到坩埚本体400内壁为准。然后，将SiC籽晶500粘结位置加热至500℃，固化15h，由于粘合剂位于SiC籽晶和坩埚盖之间，因而将SiC籽晶500和坩埚盖200粘合在一起。所得结构如图5所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于涂覆粘合剂的丝网结构，其特征在于，包括：

丝网，所述丝网的形状和尺寸大小与SiC籽晶相同；以及

环形涂胶挡板，所述环形涂胶挡板套接在所述丝网外围，所述环形涂胶挡板的内环形状和尺寸大小与所述丝网相同，并且所述环形涂胶挡板的高度大于所述丝网的厚度。

2.根据权利要求1所述的丝网结构，其特征在于，所述环形涂胶挡板由内向外依次包括：第一环形挡板、中间环形挡板和第二环形挡板，所述中间环形挡板与所述第一环形挡板和所述第二环形挡板活动连接，能够相对于所述第一环形挡板和所述第二环形挡板做上下运动。

3.根据权利要求2所述的丝网结构，其特征在于，所述第一环形挡板的外侧壁和/或所述第二环形挡板的内侧壁设置有凸起结构，能够使所述中间环形挡板卡在预设位置上。

4.根据权利要求1或2所述的丝网结构，其特征在于，还包括：

环形保护结构，所述环形保护结构套接在所述环形涂胶挡板的外围，所述环形保护结构的内环形状和尺寸大小与所述环形涂胶挡板的外环形状和尺寸大小相同；

优选地，所述环形保护结构为柔性材料。

5.根据权利要求4所述的丝网结构，其特征在于，所述丝网、所述环形涂胶挡板和所述环形保护结构固定连接。

6.一种使用权利要求1和4中任一项所述的丝网结构固定SiC籽晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将丝网结构放置在坩埚盖的朝向坩埚本体的一侧；

通过丝网将粘合剂均匀涂刷于坩埚盖上，从而形成粘合剂层，在所述粘合剂层的上表面高度大于或等于所述丝网的下表面高度时，停止涂刷；

去掉丝网结构后，将SiC籽晶平放于所述粘合剂层上，再加热使所述粘合剂固化。

7.一种使用权利要求2-5中任一项所述的丝网结构固定SiC籽晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将丝网结构放置在坩埚盖的朝向坩埚本体的一侧；

通过丝网将粘合剂均匀涂刷于坩埚盖上，从而形成粘合剂层，在所述粘合剂层的上表面高度大于或等于所述丝网的下表面高度时，停止涂刷；

去掉所述丝网结构后，将SiC籽晶平放于所述粘合剂层上，再加热使所述粘合剂固化。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在涂刷所述粘合剂之前，手动推动中间环形挡板，使其相对于第一环形挡板和第二环形挡板做上下运动，从而调节丝网和坩埚盖上表面的距离。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，

在去掉所述丝网结构之前，静置3-5秒。

10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，

所述粘合剂层的厚度为5-25μm；

所述粘合剂为AB胶或502胶。

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