CN116555920B - 碳化硅籽晶粘接方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种碳化硅籽晶粘接方法，涉及长晶工艺技术领域。碳化硅籽晶粘接方法包括：S1：提供碳化硅籽晶和坩埚盖；S2：对碳化硅籽晶的第一粘接面和坩埚盖的第二粘接面进行等离子轰击蚀刻，以提高第一粘接面和第二粘接面对液体胶的附着性；S3：在碳化硅籽晶的第一粘接面和坩埚盖的第二粘接面上分别喷涂液体胶，并将第一粘接面与第二粘接面通过液体胶粘接，形成粘接层。碳化硅籽晶粘接方法能够提高碳化硅籽晶与坩埚盖之间粘接的牢靠性，使二者紧密连接，减少气泡产生的几率。

Description

碳化硅籽晶粘接方法

技术领域

本发明涉及长晶工艺技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅籽晶粘接方法。

背景技术

目前，碳化硅衬底的长晶工艺中，是将碳化硅籽晶用有机胶粘接在坩埚盖上。提高籽晶粘接质量是保证高品质碳化硅晶体生长的首要前提，从碳化硅籽晶与坩埚盖之间粘接的牢固程度、均匀性和致密性等方面来评价和优化籽晶的粘接质量。受限于目前碳化硅晶体的切磨抛技术和坩埚盖表面的机械加工精度，市售的碳化硅籽晶和坩埚盖都存在不同程度的翘曲，如果直接将籽晶与坩埚盖硬碰硬接触很容易出现粘接不牢固和有气泡等问题。

如何提高籽晶与坩埚盖之间粘接的牢靠性，使二者紧密连接，减少气泡产生的几率，这是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的包括提供了一种碳化硅籽晶粘接方法，其能够提高碳化硅籽晶与坩埚盖之间粘接的牢靠性，使二者紧密连接，减少气泡产生的几率。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明提供一种碳化硅籽晶粘接方法，碳化硅籽晶粘接方法包括：

S1：提供碳化硅籽晶和坩埚盖；

S2：对碳化硅籽晶的第一粘接面和坩埚盖的第二粘接面进行等离子轰击蚀刻，以提高第一粘接面和第二粘接面对液体胶的附着性；

S3：在碳化硅籽晶的第一粘接面和坩埚盖的第二粘接面上分别喷涂液体胶，并将第一粘接面与第二粘接面通过液体胶粘接，形成粘接层。

本发明实施例提供的碳化硅籽晶粘接方法的有益效果包括：

通过在碳化硅籽晶和坩埚盖进行涂胶之前，对需要涂胶的表面(包括碳化硅籽晶的第一粘接面和坩埚盖的第二粘接面)进行等离子轰击蚀刻，可以提高各个表面对胶的附着性，从而提高碳化硅籽晶与坩埚盖之间粘接的牢靠性，使二者紧密连接，减少气泡产生的几率。

在可选的实施方式中，在S1中，碳化硅籽晶的第一粘接面和坩埚盖的第二粘接面的平整度均不超过预设值，预设值不超过30μm。

这样，相当于对碳化硅籽晶的第一粘接面和坩埚盖的第二粘接面进行粗调，有利于后续在较为平整的表面上继续加工形成对液体胶附着性较高的表面，从而使碳化硅籽晶与坩埚盖粘接均匀、牢靠。

在可选的实施方式中，S2包括：

利用偏压将带电的正离子加速轰击到第一粘接面和第二粘接面上，在第一粘接面和第二粘接面上形成凹陷。

这样，液体胶置于凹陷内，液体胶与第一粘接面和第二粘接面的接触面积较大，液体胶干燥固化后会形成钩锚、榫接、铆合等机械连接力，相当于粘接面的粗糙程度高、表面积大，液体胶在粘接面上的附着力就大。

在可选的实施方式中，S2包括：

采用等离子轰击蚀刻装置对碳化硅籽晶的第一粘接面和坩埚盖的第二粘接面进行等离子轰击蚀刻；

等离子轰击蚀刻装置包括真空腔体、进气管、喷淋板、支撑板、匹配器、射频电源、抽气管和抽气泵；

喷淋板、支撑板安装在真空腔体内，进气管连接到喷淋板上，喷淋板用于喷淋出待电离的气体、且充当阳极；

支撑板、匹配器和射频电源依次连接，使支撑板充当阴极；

喷淋板与支撑板之间形成电离区，支撑板用于支撑待蚀刻的工件。

这样，等离子轰击蚀刻装置结构形式简单，通过控制射频电源的频率，可以灵活控制电离区中正离子对粘接面的轰击能量。

在可选的实施方式中，等离子轰击蚀刻装置还包括屏蔽框，屏蔽框安装在真空腔体内、且设置在支撑板的外围，屏蔽框接地处理，并使屏蔽框与支撑板间隔设置。

这样，屏蔽框不仅可以保护支撑板和待蚀刻的工件，而且不会与支撑板造成短路。

在可选的实施方式中，屏蔽框的底部设置有多个绝缘套，支撑板与匹配器之间的导线穿过绝缘套，并使支撑板支撑在绝缘套上。

这样，不仅可以防止导线与屏蔽框造成短路，还可以稳定地支撑起支撑板。

在可选的实施方式中，喷淋板内开设有第一进气腔和第二进气腔，喷淋板包括外框和安装在外框内的第一过滤板和第二过滤板，第一过滤板安装在第一进气腔与第二进气腔之间，第一过滤板上开设有第一过滤孔，第二过滤板安装在外框上远离进气管的一侧，第二过滤板上开设有第二过滤孔，第一过滤板与外框围成第一进气腔，外框、第一过滤板和第二过滤板围成第二进气腔。

这样，从进气管输入的气体依次通过第一进气腔、第一过滤孔、第二进气腔和第二过滤孔，均匀进入喷淋板与支撑板之间的电离区。

在可选的实施方式中，第一过滤孔均匀布置在第一过滤板上，且第一过滤孔的入口直径大于出口直径；

第二过滤孔均匀布置在第二过滤板上，且第二过滤孔的入口直径大于出口直径。

这样，气体经过第一过滤孔和第二过滤孔均会得到加速。

在可选的实施方式中，第一过滤孔的轴线与第一过滤孔的轴线不共线，使第一过滤孔正对第二过滤板的实体部分，第二过滤孔正对第一过滤板的实体部分。

这样，经过第一过滤孔的气体大部分会撞击到第二过滤板的实体部分，使气体进一步分散，再均匀地从第二过滤孔进入电离区内。

在可选的实施方式中，第一过滤孔和第二过滤孔为倒锥台形状或阶梯孔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的碳化硅籽晶粘接方法的流程图；

图2为等离子轰击蚀刻前的第一粘接面与粘接层的胶液滴接触示意图；

图3为等离子轰击蚀刻后的第一粘接面与胶液滴接触示意图；

图4为等离子轰击蚀刻装置的结构示意图；

图5为碳化硅籽晶与坩埚盖粘接后的第一种结构示意图；

图6为碳化硅籽晶与坩埚盖粘接后的第二种结构示意图。

图标：100-等离子轰击蚀刻装置；1-真空腔体；2-进气管；3-喷淋板；31-外框；32-第一过滤板；321-第一过滤孔；33-第二过滤板；331-第二过滤孔；34-第一进气腔；35-第二进气腔；4-电离区；5-正离子；6-支撑板；7-屏蔽框；8-绝缘套；9-匹配器；10-射频电源；11-抽气管；12-抽气泵；13-碳化硅籽晶；131-第一粘接面；14-粘接层；141-第一胶层；142-石墨纸；143-第二胶层；15-坩埚盖；16-凹陷；17-胶液滴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1和图5，本实施例提供了一种碳化硅籽晶粘接方法，碳化硅籽晶粘接方法包括以下步骤：

S1：提供碳化硅籽晶13和坩埚盖15，其中，碳化硅籽晶13的第一粘接面131(请查阅图4)和坩埚盖15的第二粘接面(图中未标出)的平整度均不超过预设值。

具体的，碳化硅籽晶13的第一粘接面131与坩埚盖15的第二粘接面是相互粘接的表面，碳化硅籽晶13的第一粘接面131和坩埚盖15的第二粘接面的平整度可以通过千分尺测量，这里的预设值可以不超过30μm，优选为25μm、20μm。

如果碳化硅籽晶13的第一粘接面131和坩埚盖15的第二粘接面的平整度超过预设值，则需要先将碳化硅籽晶13的第一粘接面131和坩埚盖15的第二粘接面进行打磨直到平整度均不超过预设值。这样，相当于对碳化硅籽晶13的第一粘接面131和坩埚盖15的第二粘接面进行粗调，有利于后续在较为平整的表面上继续加工形成对液体胶附着性较高的表面，从而使碳化硅籽晶13与坩埚盖15粘接均匀、牢靠。

S2：对碳化硅籽晶13的第一粘接面131和坩埚盖15的第二粘接面进行等离子轰击蚀刻，以提高第一粘接面131和第二粘接面对液体胶的附着性。

具体的，等离子轰击蚀刻是指利用偏压将带电的正离子5加速轰击到第一粘接面131和第二粘接面上，通过将正离子5的部分能量转移到第一粘接面131和第二粘接面上，将第一粘接面131和第二粘接面上的材料击出，而且，正离子5轰击的能量不高，不至于过多损伤第一粘接面131和第二粘接面，只会在第一粘接面131和第二粘接面上形成密集的凹陷16，具有良好流动性能的液体胶会流入并填满这些凹陷16，液体胶干燥固化后会形成钩锚、榫接、铆合等机械连接力，相当于第一粘接面131和第二粘接面的粗糙程度高、表面积大，液体胶在第一粘接面131和第二粘接面上的附着力就大。

请查阅图2和图3，图2为等离子轰击蚀刻前的第一粘接面131与胶液滴17接触示意图，图3为等离子轰击蚀刻后的第一粘接面131与胶液滴17接触示意图。

图3中因为第一粘接面131上存在凹陷16，胶液滴17置于凹陷16内，胶液滴17与第一粘接面131的接触面积较大，使图3中胶液滴17在第一粘接面131上的附着力大于图2中胶液滴17在第一粘接面131上的附着力。

胶液滴17置于凹陷16内也相当于增强了第一粘接面131对胶液滴17的亲水性，具体的，图3中胶液滴17在第一粘接面131上的接触角a小于图2中胶液滴17在第一粘接面131上的接触角b，接触角越小表示亲水性越强。

其中，接触角是材料本身亲、疏水性的重要指标，接触角指当一种液体与固体的表面接触时，经由固、液、气三相都接触到三相点沿着液、气界面的切线方向所形成的夹角(经由液体内部的夹角)，简单来说，就是液体表面与固体表面之间的夹角，理论试验值为0°～180°，当接触角为0°时，表示固体表面完全浸湿，当接触角为180°时，表示固体表面完全不浸湿。

同理，其它粘接面(例如第二粘接面)对胶液滴17的效果原理与第一粘接面131对胶液滴17的效果原理的相同。

请查阅图4，对碳化硅籽晶13的第一粘接面131和坩埚盖15的第二粘接面进行等离子轰击蚀刻可采用等离子轰击蚀刻装置100，等离子轰击蚀刻装置100包括真空腔体1、进气管2、喷淋板3、支撑板6、屏蔽框7、匹配器9、射频电源10、抽气管11和抽气泵12。

具体的，喷淋板3、支撑板6、屏蔽框7安装在真空腔体1内，进气管2连接到喷淋板3上，喷淋板3内开设有第一进气腔34和第二进气腔35，喷淋板3包括外框31和安装在外框31内的第一过滤板32和第二过滤板33，第一过滤板32安装在第一进气腔34与第二进气腔35之间，第一过滤板32上开设有第一过滤孔321，第二过滤板33安装在外框31上远离进气管2的一侧，第二过滤板33上开设有第二过滤孔331，即第一过滤板32与外框31围成第一进气腔34，外框31、第一过滤板32和第二过滤板33围成第二进气腔35。

这样，从进气管2输入的气体依次通过第一进气腔34、第一过滤孔321、第二进气腔35和第二过滤孔331，均匀进入喷淋板3与支撑板6之间的电离区4，形成等离子体。其中，进气管2输入的气体可以是O₂、CF₄和SF₆中的一种或多种。

喷淋板3充当阳极，支撑板6、匹配器9和射频电源10依次连接，使支撑板6充当阴极，从而在喷淋板3与支撑板6之间形成偏压，使等离子体中带电的正离子5向支撑板6所在的方向加速移动。

通过控制射频电源10的频率，可以灵活控制正离子5轰击第一粘接面131和第二粘接面的能量，本实施例中，射频电源10的频率可以是10MHz～20MHz，优选为13.56MHz。

图4中以对碳化硅籽晶13的第一粘接面131进行等离子轰击蚀刻为例，碳化硅籽晶13放置在支撑板6上、且第一粘接面131朝向喷淋板3，就可以实现电离区4中的正离子5对第一粘接面131进行等离子轰击蚀刻。

屏蔽框7设置在支撑板6的外围，对支撑板6起到保护作用，本实施例中，屏蔽框7还接地处理，并使屏蔽框7与支撑板6间隔设置，屏蔽框7的底部设置有多个绝缘套8，支撑板6与匹配器9之间的导线可穿过绝缘套8，并使支撑板6支撑在绝缘套8上。

抽气管11的一端连接在真空腔体1上，抽气管11的另一端连接在抽气泵12上，抽气泵12用于抽出真空腔体1内的气体。

优选地，第一过滤孔321均匀布置在第一过滤板32上，且第一过滤孔321的入口直径大于出口直径，以提高气体从第一进气腔34进入第二进气腔35的速度，第一过滤孔321可以为倒锥台形状。

第二过滤孔331均匀布置在第二过滤板33上，且第二过滤孔331的入口直径大于出口直径，以提高气体从第二进气腔35进入电离区4的速度，第二过滤孔331可以为阶梯孔。

优选地，第一过滤孔321与第二过滤孔331错位设置，即第一过滤孔321的轴线与第一过滤孔321的轴线不共线，使第一过滤孔321正对第二过滤板33的实体部分，第二过滤孔331正对第一过滤板32的实体部分，从而使气体在第二进气腔35内尽量均匀分布，再经过第二过滤孔331均匀、速度一致地进入电离区4内，保证电离区4内的正离子5均匀分布，从而使碳化硅籽晶13的第一粘接面131受到正离子5均匀地轰击，使第一粘接面131上的凹陷16分布均匀，提高第一粘接面131对粘接层14的整体附着性。

S3：请查阅图5，在碳化硅籽晶13的第一粘接面131和坩埚盖15的第二粘接面上分别喷涂液体胶，并将第一粘接面131与第二粘接面通过液体胶粘接，形成粘接层14。

具体的，在碳化硅籽晶13的第一粘接面131和坩埚盖15的第二粘接面上分别喷涂液体胶之后，可以先对碳化硅籽晶13和坩埚盖15上的液体胶进行烘烤，以去除液体胶中的水分和气泡，然后将第一粘接面131与第二粘接面通过液体胶粘接，形成粘接层14，最后热压碳化硅籽晶13与坩埚盖15，以进一步去除粘接层14中的水分和气泡。

在其它实施例中，请查阅图6，还可以在碳化硅籽晶13与坩埚盖15之间的粘接层14中设置石墨纸142，具体的，粘接层14包括依次层叠设置的第一胶层141、石墨纸142和第二胶层143，碳化硅籽晶13的第一粘接面131粘接到第一胶层141上，坩埚盖15的第二粘接面粘接到第二胶层143上。这样，石墨纸142既可以找平碳化硅籽晶13与坩埚盖15的翘曲，还可以缓解碳化硅籽晶13与坩埚盖15热膨胀程度的差异，提高粘接层14的均匀性。

对应的，S2还包括：对石墨纸142的相对两表面进行等离子轰击蚀刻，以提高石墨纸142的相对两表面分别对第一胶层141和第二胶层143的附着性。

其中，对石墨纸142的相对两表面进行等离子轰击蚀刻同样可以采用图4所示的等离子轰击蚀刻装置100。

对应的，S3还包括：

S31：在碳化硅籽晶13的第一粘接面131和石墨纸142的一侧表面上分别喷涂液体胶；

S32：烘烤碳化硅籽晶13和石墨纸142；

S33：将碳化硅籽晶13的第一粘接面131与石墨纸142的一侧表面通过液体胶粘接，形成第一胶层141；

S34：热压碳化硅籽晶13与石墨纸142；

S35：在坩埚盖15的第二粘接面和石墨纸142的另一侧表面上分别喷涂液体胶；

S36：烘烤坩埚盖15和石墨纸142；

S37：将坩埚盖15的第二粘接面与石墨纸142的另一侧表面通过液体胶粘接，形成第二胶层143；

S38：热压坩埚盖15与石墨纸142。

本实施例提供的碳化硅籽晶粘接方法的有益效果包括：

通过在碳化硅籽晶13和坩埚盖15进行涂胶之前，对需要涂胶的表面(包括碳化硅籽晶13的第一粘接面131和坩埚盖15的第二粘接面，还可以包括石墨纸142的相对两表面)进行等离子轰击蚀刻，可以提高各个表面对胶的附着性，从而提高碳化硅籽晶13与坩埚盖15之间粘接的牢靠性，使二者紧密连接，减少气泡产生的几率。

以上，仅为本发明的具体实施方式，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权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种碳化硅籽晶粘接方法，其特征在于，所述碳化硅籽晶粘接方法包括：

S1：提供碳化硅籽晶（13）和坩埚盖（15）；

S2：对所述碳化硅籽晶（13）的第一粘接面（131）和所述坩埚盖（15）的第二粘接面进行等离子轰击蚀刻，以提高所述第一粘接面（131）和所述第二粘接面对液体胶的附着性，包括：采用等离子轰击蚀刻装置（100）对所述碳化硅籽晶（13）的所述第一粘接面（131）和所述坩埚盖（15）的所述第二粘接面进行等离子轰击蚀刻；所述等离子轰击蚀刻装置（100）包括真空腔体（1）、进气管（2）、喷淋板（3）、支撑板（6）、匹配器（9）、射频电源（10）、抽气管（11）和抽气泵（12）；所述喷淋板（3）、所述支撑板（6）安装在所述真空腔体（1）内，所述进气管（2）连接到所述喷淋板（3）上，所述喷淋板（3）用于喷淋出待电离的气体、且充当阳极；所述支撑板（6）、所述匹配器（9）和所述射频电源（10）依次连接，使所述支撑板（6）充当阴极；所述喷淋板（3）与所述支撑板（6）之间形成电离区（4），所述支撑板（6）用于支撑待蚀刻的工件；所述喷淋板（3）内开设有第一进气腔（34）和第二进气腔（35），所述喷淋板（3）包括外框（31）和安装在所述外框（31）内的第一过滤板（32）和第二过滤板（33），所述第一过滤板（32）安装在所述第一进气腔（34）与所述第二进气腔（35）之间，所述第一过滤板（32）上开设有第一过滤孔（321），所述第二过滤板（33）安装在所述外框（31）上远离所述进气管（2）的一侧，所述第二过滤板（33）上开设有第二过滤孔（331），所述第一过滤板（32）与所述外框（31）围成所述第一进气腔（34），所述外框（31）、所述第一过滤板（32）和所述第二过滤板（33）围成所述第二进气腔（35），所述第一过滤孔（321）均匀布置在所述第一过滤板（32）上，且所述第一过滤孔（321）的入口直径大于出口直径；所述第二过滤孔（331）均匀布置在所述第二过滤板（33）上，且所述第二过滤孔（331）的入口直径大于出口直径，所述第一过滤孔（321）的轴线与所述第二过滤孔（331）的轴线不共线，使所述第一过滤孔（321）正对所述第二过滤板（33）的实体部分，所述第二过滤孔（331）正对所述第一过滤板（32）的实体部分；

S3：在所述碳化硅籽晶（13）的所述第一粘接面（131）和所述坩埚盖（15）的所述第二粘接面上分别喷涂液体胶，并将所述第一粘接面（131）与所述第二粘接面通过液体胶粘接，形成粘接层（14）。

2.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶粘接方法，其特征在于，在S1中，所述碳化硅籽晶（13）的所述第一粘接面（131）和所述坩埚盖（15）的所述第二粘接面的平整度均不超过预设值，所述预设值不超过30μm。

3.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶粘接方法，其特征在于，S2包括：

利用偏压将带电的正离子（5）加速轰击到所述第一粘接面（131）和所述第二粘接面上，在所述第一粘接面（131）和所述第二粘接面上形成凹陷（16）。

4.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶粘接方法，其特征在于，所述等离子轰击蚀刻装置（100）还包括屏蔽框（7），所述屏蔽框（7）安装在所述真空腔体（1）内、且设置在所述支撑板（6）的外围，所述屏蔽框（7）接地处理，并使所述屏蔽框（7）与所述支撑板（6）间隔设置。

5.根据权利要求4所述的碳化硅籽晶粘接方法，其特征在于，所述屏蔽框（7）的底部设置有多个绝缘套（8），所述支撑板（6）与所述匹配器（9）之间的导线穿过所述绝缘套（8），并使所述支撑板（6）支撑在所述绝缘套（8）上。

6.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶粘接方法，其特征在于，所述第一过滤孔（321）和所述第二过滤孔（331）为倒锥台形状或阶梯孔。