CN116856066B - 一种碳化硅籽晶粘结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化硅籽晶粘结方法，包括步骤：S100、提供待粘接的籽晶，籽晶的硅面设有多个凹坑，凹坑的直径为10μm~200μm，凹坑的深度为3μm~20μm；S200、在石墨盖的粘接面浸涂胶水，在石墨纸的两面浸涂胶水，在籽晶的硅面浸涂胶水；S300、将石墨纸的两面分别与石墨盖的粘接面和籽晶的硅面粘接得到粘接件，并将粘接件进行热压烧结，得到预制件；S400、对预制件进行高温碳化处理，使得胶水碳化，并在石墨纸与籽晶的硅面之间形成Si‑C键。使用本发明提供的碳化硅籽晶粘结方法得以通过较为简便的上胶方式使得籽晶、石墨纸和石墨盖达到良好的粘结效果，从而获得较高品质碳化硅单晶。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种碳化硅籽晶粘结方法。
背景技术
第三代半导体材料主要分为碳化硅和氮化镓，相比于第一、二代半导体，第三代半导体材料具有更高的禁带宽度、高击穿电压、电导率和热导率，在高温、高压、高功率和高频领域将替代第一、二代半导体材料。而且，碳化硅的热导率是氮化镓热导率的约3倍，具有更强的导热能力，使得器件寿命更长，可靠性更高，系统所需的散热系统更小，是当前第三代半导体材料中最具代表意义的一种单晶化合物，具有巨大的应用潜力。
目前，碳化硅产业化生长主要使用物理气象运输法，该方法的原理是：将固态的碳化硅粉料放置在由石墨制成的坩埚中，位于坩埚顶部的籽晶托粘接有所需晶型的籽晶，坩埚由一定量的石墨毡包裹保温后通过感应线圈的电磁感应加热形成特定的温度场，当进行晶体生长时，作为生长原料的固态碳化硅粉体发生非化学计量比的分解升华并生成各种形式的气相组份，气相组份在轴向温度梯度的驱动下向温度相对较低的晶体生长界面输运，并在生长界面上重新结晶为碳化硅晶体。
传统的籽晶粘接固定方法，在籽晶背面和籽晶托上均匀涂刷粘接剂，使二者紧密粘接。倘若在物理气象运输的过程中，粘接剂热解过快或者出现局部不均匀，便会发生局部沸腾现象，沸腾所产生的气泡使得局部粘接剂难以有效连接籽晶和石墨，即在籽晶与籽晶托的界面出现局部空洞，局部空洞导致的温度差使籽晶背面发生分解升华现象，进而导致热分解空腔和六方空洞的产生。
衬底从6英寸发展为8英寸后，理论上从晶圆中获得的优良裸片数量可增加20%~30%，产量更高，将降低生产成本，但是使用传统的手动上胶、旋涂上胶或是喷涂上胶，难以控制上胶的均匀性，致使生成的碳化硅单晶的质量较低。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种碳化硅籽晶粘结方法，得以通过较为简便的上胶方式使得籽晶、石墨纸和石墨盖达到良好的粘结效果，从而获得较高品质碳化硅单晶。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种碳化硅籽晶粘结方法，包括步骤：
S100、提供待粘接的籽晶，所述籽晶的硅面设有多个凹坑，所述凹坑的直径为10μm~200μm，所述凹坑的深度为3μm~20μm；
S200、在石墨盖的粘接面浸涂胶水，在石墨纸的两面浸涂胶水，在所述籽晶的硅面浸涂胶水；
S300、将所述石墨纸的两面分别与所述石墨盖的粘接面和所述籽晶的硅面粘接得到粘接件，并将所述粘接件进行热压烧结，得到预制件；
S400、对所述预制件进行高温碳化处理，使得所述胶水碳化，并在所述石墨纸与所述籽晶的硅面之间形成Si-C键。
作为一种优选，所述石墨纸的表面形成凸起，凸起的直径为100μm~300μm。
作为一种优选，所述石墨纸采用以下方法制备：将石墨纸原料放入PVT炉，以600℃/h~800℃/h的升温速率，升温至1000℃~2000℃，然后1min~30min内降温至1℃~100℃。
作为一种优选，步骤S200中将所述籽晶完全浸入胶水内，在所述籽晶浸入胶水之前，还包括在所述籽晶的碳面贴附保护膜的步骤。
作为进一步优选，步骤S200中，所述石墨盖的粘接面浸涂胶水的时长为2min~6min，所述石墨纸浸涂胶水的时长为1min~4min，所述籽晶浸涂的时长为1min~4min。
作为一种优选，所述凹坑通过激光刻蚀的方式形成，所述凹坑的直径为80μm~100μm，所述凹坑的深度为5μm~15μm，相邻凹坑之间的间距为80μm~90μm。
作为一种优选，步骤S300中，将所述粘接件放入热压炉中烧结，其中，热压炉的压力为0.01MPa~0.08MPa，惰性气体保护下，进行至少4个阶段的升温，第一阶段的升温速率为1℃/min~5℃/min，升温至100℃~130℃，第二阶段的升温速率为0.1℃/min~1℃/min，升温至140℃~180℃，第三阶段的升温速率为1℃/min~6℃/min，升温至300℃~370℃，第四阶段的升温速率为0.1℃/min~1℃/min，升温至390℃~420℃。
作为一种优选，步骤S400中，将所述预制件放入PVT炉中高温碳化处理，其中，PVT炉升温至1000℃~2000℃，使得所述胶水碳化，并在所述石墨纸与所述籽晶的硅面之间形成Si-C键。
作为一种优选，所述胶水包括酚醛树脂和溶剂，其中，酚醛树脂的浓度为15wt%~35wt%。
作为一种优选，在所述石墨盖的粘接面浸涂胶水之前，还包括石墨盖封孔步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过增加石墨纸的表面粗糙度，以及通过激光刻蚀的方式将籽晶的硅面毛化处理，得以增强籽晶的硅面和石墨纸的表面载胶能力，继而得以使用较为简便的浸涂方法上胶，使得籽晶、石墨纸和石墨盖达到良好的粘结效果，从而获得较高品质碳化硅单晶。
附图说明
图1 为本申请提供的籽晶粘结工艺流程。
图2为籽晶的硅面的示意图。
图3为激光刻蚀后籽晶的硅面的金相显微镜照片。
图4为热压炉结构示意图。
图5为长晶装置结构示意图。
图6为实施例5中石墨纸原料的金相显微镜照片。
图7为实施例5中石墨纸原料的数码照片。
图8为实施例5中石墨纸处理后的金相显微镜照片。
图9为实施例5中石墨纸处理后的数码照片。
图10为实施例5中石墨纸处理后的凸起金相显微镜照片。
图11为实施例5中石墨纸处理后的凸起金相显微镜照片。
图12为实施例5中籽晶面粘胶后的金相显微镜照片。
图13为对比例1中籽晶面粘胶后的金相显微镜照片。
图14为实施例5中制备的碳化硅晶体的照片。
图15为实施例5中制备的碳化硅晶体的粘接面的照片。
图16为对比例1中制备的碳化硅晶体的粘接面的照片。
图中：1、石墨盖；2、石墨纸；3、籽晶；4、加热平台；5、真空腔室；6、烧结模具；7、上配重块；8、气缸；9、保温毡；10、坩埚；11、碳化硅颗粒料。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，如在本申请中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
本申请提供一种碳化硅籽晶粘结方法，如图1所示，包括步骤：
S100、提供待粘接的籽晶，籽晶的硅面设有多个凹坑，凹坑的直径为10μm~200μm，凹坑的深度为3μm~20μm；
S200、在石墨盖的粘接面浸涂胶水，在石墨纸的两面浸涂胶水，在籽晶的硅面浸涂胶水；
S300、将石墨纸的两面分别与石墨盖的粘接面和籽晶的硅面粘接得到粘接件，并将粘接件进行热压烧结，得到预制件；
S400、对预制件进行高温碳化处理，使得胶水碳化，并在石墨纸与籽晶的硅面之间形成Si-C键。
步骤S100中，如图2所示，硅面上的凹坑有利于增大硅面的粗糙度，浸涂胶水时，凹坑得以提高胶水的承载量，将胶水附着在籽晶表面。步骤S200中，采用浸涂的方式，得以使胶水与石墨盖的粘接面、石墨纸和籽晶的硅面充分接触，更有利于提高涂胶的均匀性，从而有利于提高碳化硅晶体的品质。步骤S400中，形成Si-C键，高温环境中，胶水碳化失去粘性，Si-C键得以使籽晶的硅面与石墨纸可靠粘结，提高籽晶的粘接强度，进一步避免高温下产生局部空洞。
在一些实施例中，石墨纸的厚度优选为0.25mm~0.5mm，具体可以是0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm或0.5mm，更优选为0.35mm，石墨纸的表面石墨纸的表面形成凸起，凸起的直径为100μm~300μm，更优选为150μm~250μm。
在石墨纸的表面形成凸起，在浸涂胶水时，得以提高石墨纸的胶水承载量，同时增大石墨纸的粗糙度，有利于石墨纸与石墨盖、籽晶的粘接。石墨纸的凸起的直径过小，不利于附着胶水，从而影响粘接效果；石墨纸的凸起的直径过大，胶水难以充分填充石墨纸上的沟壑，则容易在碳化硅生长中产生缺陷。
在一些实施例中，采用以下方法制备石墨纸：将石墨纸原料放入PVT炉中，以600℃/h~800℃/h的升温速率，升温至1000℃~2000℃，然后1min~30min内降温至1℃~100℃。其中，升温速率具体可以是600℃/h、650℃/h、700℃/h、750℃/h或800℃/h，优选为750℃/h；升温至最终温度具体可以是1000℃、1200℃、1400℃、1500℃、1600℃、1800℃或2000℃，优选为1500℃。
通过快速升温、降温处理，得以在石墨纸表面形成一定数量的沟壑，从而增加石墨纸的表面粗糙度，在胶水浸涂时，有利于胶水附着在石墨纸上，并有利于石墨纸与石墨、籽晶的粘接。
在一些实施例中，通过激光刻蚀的方式在籽晶的硅面形成凹坑，凹坑排列形成有规律的线或者圆孔，凹坑的直径为优选为80μm~100μm，具体可以是80μm、85μm、90μm、95μm、或100μm，凹坑的深度为5μm~15μm，具体可以是5μm、7μm、9μm、10μm、11μm、13μm或15μm，更优选为10μm，相邻凹坑之间的间距为80μm~90μm，具体可以是80μm、82μm、84μm、86μm、88μm、或90μm，更优选为86μm。
凹坑的存在得以让更多的胶水浸涂在籽晶表面，凹坑的深度若太浅，难以有效使胶水附着于硅面，对浸涂效果的提升不明显，从而影响粘接的可靠性，凹坑的深度若太深，胶水难以充分填充凹坑，则容易在碳化硅生长中产生缺陷。
在一些实施例中，胶水包括酚醛树脂和溶剂，其中，酚醛树脂优选为线性酚醛树脂，更优选为电子级高纯线性酚醛树脂，溶剂优选为丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA），更优选为电子级丙二醇甲醚醋酸酯。胶水中酚醛树脂的浓度优选为15wt%~35wt%，具体可以为15wt%、20wt%、25wt%、30wt%或35wt%，更优选为20wt%。
在一些实施例中，采用以下方法制备胶水：将酚醛树脂与丙二醇甲醚醋酸酯混合后加热，以使得酚醛树脂充分熔接；其中，加热温度优选为70℃~90℃，具体可以是70℃、75℃、80℃、85℃或90℃，更优选为80℃；加热时间优选为2h~4h，更优选为3h，加入方式优选为水浴加热。
在一些实施例中，步骤S200中将籽晶完全浸入胶水内，得以简化上胶工艺，在籽晶上胶之前，还包括在籽晶的碳面贴附保护膜的步骤，得以避免胶水附着于籽晶的碳面而影响后续碳化硅单晶的生长。
在一些实施例中，石墨盖的粘接面浸涂胶水的时长优选为2min~6min，具体可以是2min、3min、4min、5min或6min，更优选为3min；石墨纸完全浸入胶水内，石墨纸浸涂胶水的时长优选为1min~4min，具体可以是1min、2min、3min或4min，更优选为2min，籽晶浸涂的时长优选为1min~4min，具体可以是1min、2min、3min或4min，更优选为2min。将上胶后的石墨纸的两面分别与上胶后的石墨盖的粘接面和上胶后的籽晶的硅面粘接，得到粘接件。
在一些实施例中，得到粘接件后，采用以下方法制备预制件：若籽晶的碳面贴附有保护膜，先将保护膜去除，然后将粘接件放入热压炉中，如图4所示，热压炉的压力优选为0.01MPa~0.08MPa，更优选为0.04MPa，惰性气体保护下，优选气氛为Ar，进行至少4个阶段的升温，第一阶段的升温速率为1℃/min~5℃/min，优选为2℃/min，升温至100℃~130℃，优选为120℃；第二阶段的升温速率为0.1℃/min~1℃/min，优选为0.5℃/min，升温至140℃~180℃，优选为150℃；第三阶段的升温速率为1℃/min~6℃/min，优选为3℃/min，升温至300℃~370℃，优选为350℃；第四阶段的升温速率为0.1℃/min~1℃/min，优选为0.4℃/min，升温至390℃~420℃，优选为400℃；最后冷却至室温，得到预制件。
在一些实施例中，得到预制件后，采用以下方法进行高温碳化：将预制件放入PVT炉中，将PVT炉升温至1000℃~2000℃，优选为1300℃，使得胶水碳化，并在石墨纸与籽晶的硅面之间形成Si-C键，完成籽晶粘结，使得石墨纸与籽晶的硅面可靠粘结，得以避免在长晶的过程中籽晶脱落。
在一些实施例中，在石墨盖的粘接面浸涂胶水之前，还包括以下石墨盖封孔步骤：将石墨盖浸入胶水内，并放入液压设备中，加压至0.1MPa~0.5MPa，优选为0.2MPa，并保压1h~3h，优选为2h，取出后将石墨盖放入热压炉中，进行至少2个阶段的升温，第一阶段的升温速率为1℃/min~10℃/min，优选为5℃/min，升温至100℃~200℃，优选为150℃，并保温0.5h~2h，优选为1h；第二阶段的升温速率为1℃/min~10℃/min，优选为4℃/min，升温至350℃~500℃，优选为400℃，并保温1h~3h，优选为2h；最后冷却至室温，完成石墨盖的封孔。值得一提的是，石墨盖封孔步骤中使用的胶水的酚醛树脂浓度与浸涂石墨盖的粘接面、石墨纸、籽晶的胶水的酚醛树脂浓度可以相同，也可以不同，能够满足实际需求即可。在一些可选实施例中，石墨盖选用密度为1.7g/cm3~1.8g/cm3的细颗粒石墨，优选为1.75g/cm3的细颗粒石墨。
将石墨盖进行封孔处理，得以提高石墨盖与石墨纸的粘接质量，使得石墨盖得以重复多次使用，同时得以提高石墨盖的导热均匀性，从而减少碳化硅晶体生长过程中的异形产生。
下面将接合本申请中的实施例，对本申请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申请一部分实施例，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。
本申请中所用的部分原料来源如下：
酚醛树脂具体为电子级高纯线性酚醛树脂，购自济南圣泉集团股份有限公司，产品型号为SH5056或SH5075；
丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）具体为电子级丙二醇甲醚醋酸酯，纯度为99.9999%。
【实施例1】
（1）将酚醛树脂与丙二醇甲醚醋酸酯按照质量比为20:80的比例混合，于80℃水浴加热保温3h，使得酚醛树脂充分溶解，得到胶水；
（2）通过激光刻蚀工艺在籽晶的硅面加工形成多个阵列排布的直径为50μm、深度为3μm的凹坑，凹坑之间的间距约为80μm~90μm，如图3所示，并在籽晶的碳面贴附保护膜；
（3）将厚度为0.35mm的石墨纸原料（如图6、7所示）裁切成直径为220mm的圆形，再放入PVT炉中，以750℃/h的升温速率，升温至150℃，然后20min内降温至室温（25℃），得到处理后的石墨纸（如图8~图11所示）；
（4）选用密度为1.75g/cm3的细颗粒石墨制成的石墨盖，将石墨盖浸入胶水内，并放入液压设备中，加压至0.2MPa，并保压2h，取出后将石墨盖放入热压炉中，第一阶段以1h的升温时间从室温（25℃）升温至150℃并保温1h，第二阶段以1h的升温时间升温至400℃并保温2h，最后冷却至室温；
（5）将封孔后的石墨盖的粘接面浸涂胶水3min，将石墨纸完全浸入胶水内2min，将贴附保护膜的籽晶完全浸入胶水内2min，将上胶后的石墨纸的两面分别与上胶后的石墨盖的粘接面和上胶后的籽晶的硅面粘接，得到粘接件；
（6）将籽晶的碳面上的保护膜撕开；将粘接件放入热压炉中，在压力为0.04MPa，氩气保护的条件下，第一阶段以1h的升温时间从室温（25℃）升温至120℃，第二阶段以1h的升温时间升温至150℃，第三阶段以1h的升温时间升温至350℃，第四阶段以2h的升温时间升温至400℃，最后冷却至室温，得到预制件；
（7）将预制件放入PVT炉中，将PVT炉升温至1300℃，使得胶水碳化，并在石墨纸与籽晶的硅面之间形成Si-C键，完成籽晶粘结。
（8）制备碳化硅单晶：在坩埚中加入碳化硅颗粒料，将粘结有籽晶的石墨盖盖在坩埚上方进行晶体生长，如图5所示；晶体生长的温度为2100℃~2300℃，生长时间为100h，得到如图14所示的碳化硅晶体。
【实施例2~5】
按照实施例1的方法制备碳化硅单晶，不同之处在于籽晶的硅面上的凹坑的直径、深度具体列于表1中。
表1实施例1~5中制备粘接件时所用籽晶和石墨纸的部分参数
【对比例1】
与实施例1的不同之处在于：未通过激光刻蚀工艺处理籽晶的硅面。编号为1*。
【对比例2】
与实施例1的不同之处在于：未对石墨纸原料进行处理，直接对石墨纸原料进行胶水浸涂。编号为2*。
【对比例3】
与实施例1的不同之处在于：籽晶的硅面凹坑的深度为1μm。编号为3*。
【对比例4】
与实施例1的不同之处在于：籽晶的硅面凹坑的深度为25μm。编号为4*。
【对比例5】
与实施例1的不同之处在于：步骤（5）中，采用旋涂的方式将胶水涂覆在石墨盖的粘接面、石墨纸以及籽晶的硅面。编号为5*。
【对比例6】
与实施例1的不同之处在于：步骤（5）中，采用喷涂的方式将胶水涂覆在石墨盖的粘接面、石墨纸以及籽晶的硅面。编号为6*。
对实施例1~5以及对比例1~6制备的碳化硅的晶体缺陷指标进行检测，具体检测结果如表2所示。
表2实施例1~5以及对比例1~6制备的碳化硅晶体的晶体缺陷指标检测结果
如对比例5和对比例6，采用喷涂或是旋涂的方式上胶，上胶不均匀易产生局部沸腾现象，致使籽晶烧蚀而长晶失败。如对比例1、对比例2和对比例3，籽晶的硅面未经刻蚀或凹坑深度过浅、石墨纸未经处理，则不易承载胶水，粘接效果较差、上胶不均匀，也易致使籽晶烧蚀而长晶失败。
如实施例1、实施例2和对比例4，凹坑的深度较浅或较深，虽然得以生成碳化硅单晶，但是位错总数较多、六方空洞片数占比较高。如实施例1、实施例2、实施例3和实施例5，凹坑深度相同的情况下，凹坑直径较大或者较小均不利于获得较高质量的碳化硅单晶。如实施例2、实施例3和实施例4，凹坑直径相同的情况下，凹坑深度较深或较浅均不利于获得较高质量的碳化硅单晶。
如图12、图13、图15和图16所示，相较于对比例1，实施例5中的碳化硅晶体的背面腐蚀程度更低，六方空洞缺陷更少，整体质量更高。
综上，籽晶凹坑直径在80μm~100μm，深度在5μm~10μm，石墨纸表面凸起的直径在100μm~300μm，然后采用浸涂的方式粘结籽晶，能够满足8英寸碳化硅晶体生长的要求。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种碳化硅籽晶粘结方法，其特征在于，包括步骤：
S100、提供待粘接的籽晶，所述籽晶的硅面设有多个凹坑，所述凹坑的直径为10μm~200μm，所述凹坑的深度为3μm~20μm；
S200、提供石墨纸，所述石墨纸的表面形成凸起，凸起的直径为100μm~300μm，在石墨盖的粘接面浸涂胶水，在所述石墨纸的两面浸涂胶水，在所述籽晶的硅面浸涂胶水；
S300、将所述石墨纸的两面分别与所述石墨盖的粘接面和所述籽晶的硅面粘接得到粘接件，并将所述粘接件进行热压烧结，得到预制件；
S400、对所述预制件进行高温碳化处理，使得所述胶水碳化，并在所述石墨纸与所述籽晶的硅面之间形成Si-C键。
2.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶粘结方法，其特征在于，所述石墨纸采用以下方法制备：将石墨纸原料放入PVT炉，以600℃/h~800℃/h的升温速率，升温至1000℃~2000℃，然后1min~30min内降温至1℃~100℃。
3.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶粘结方法，其特征在于，步骤S200中将所述籽晶完全浸入胶水内，在所述籽晶浸入胶水之前，还包括在所述籽晶的碳面贴附保护膜的步骤。
4.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶粘结方法，其特征在于，步骤S200中，所述石墨盖的粘接面浸涂胶水的时长为2min~6min，所述石墨纸浸涂胶水的时长为1min~4min，所述籽晶浸涂的时长为1min~4min。
5.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶粘结方法，其特征在于，所述凹坑通过激光刻蚀的方式形成，所述凹坑的直径为80μm~100μm，所述凹坑的深度为5μm~15μm，相邻凹坑之间的间距为80μm~90μm。
6.根据权利要求1-5中任一所述的碳化硅籽晶粘结方法，其特征在于，步骤S300中，将所述粘接件放入热压炉中烧结，其中，热压炉的压力为0.01MPa~0.08MPa，惰性气体保护下，进行至少4个阶段的升温，第一阶段的升温速率为1℃/min~5℃/min，升温至100℃~130℃，第二阶段的升温速率为0.1℃/min~1℃/min，升温至140℃~180℃，第三阶段的升温速率为1℃/min~6℃/min，升温至300℃~370℃，第四阶段的升温速率为0.1℃/min~1℃/min，升温至390℃~420℃。
7.根据权利要求1-4中任一所述的碳化硅籽晶粘结方法，其特征在于，步骤S400中，将所述预制件放入PVT炉中高温碳化处理，其中，PVT炉升温至1000℃~2000℃，使得所述胶水碳化，并在所述石墨纸与所述籽晶的硅面之间形成Si-C键。
8.根据权利要求1-4中任一所述的碳化硅籽晶粘结方法，其特征在于，所述胶水包括酚醛树脂和溶剂，其中，酚醛树脂的浓度为15wt%~35wt%。
9.根据权利要求1-4中任一所述的碳化硅籽晶粘结方法，其特征在于，在所述石墨盖的粘接面浸涂胶水之前，还包括石墨盖封孔步骤。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101580964A (zh) * | 2008-05-12 | 2009-11-18 | 中国科学院物理研究所 | 一种用于生长高质量碳化硅晶体的籽晶托 |
| CN101864619A (zh) * | 2010-06-18 | 2010-10-20 | 吉林大学 | 利用稻壳制备微纳米直径碳化硅短纤维和晶须的方法 |
| CN101985773A (zh) * | 2009-11-05 | 2011-03-16 | 新疆天科合达蓝光半导体有限公司 | 一种籽晶处理方法和生长碳化硅单晶的方法 |
| KR20150071520A (ko) * | 2013-12-18 | 2015-06-26 | 에스케이씨 주식회사 | 고온 반응을 이용한 종자정 접착 방법 |
| CN111705363A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-09-25 | 河北同光科技发展有限公司 | 碳化硅单晶快速扩径生长方法 |
| CN114059163A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-02-18 | 宁波合盛新材料有限公司 | 碳化硅晶体生长坩埚及生长方法 |
| CN114106756A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 宁波合盛新材料有限公司 | 一种籽晶粘接胶及籽晶粘接方法 |
| CN115573041A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-06 | 眉山博雅新材料股份有限公司 | 一种籽晶粘接方法和设备 |
| CN115627522A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-01-20 | 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 | 一种提高晶体生长质量的方法 |
| CN219174676U (zh) * | 2023-01-17 | 2023-06-13 | 宁波合盛新材料有限公司 | 一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置 |
| CN116288716A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-06-23 | 宁波合盛新材料有限公司 | 一种碳化硅单晶的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112012003035B4 (de) * | 2011-07-20 | 2024-01-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Siliziumkarbidsubstrat und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung |
-
2023
- 2023-09-01 CN CN202311121092.4A patent/CN116856066B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101580964A (zh) * | 2008-05-12 | 2009-11-18 | 中国科学院物理研究所 | 一种用于生长高质量碳化硅晶体的籽晶托 |
| CN101985773A (zh) * | 2009-11-05 | 2011-03-16 | 新疆天科合达蓝光半导体有限公司 | 一种籽晶处理方法和生长碳化硅单晶的方法 |
| CN101864619A (zh) * | 2010-06-18 | 2010-10-20 | 吉林大学 | 利用稻壳制备微纳米直径碳化硅短纤维和晶须的方法 |
| KR20150071520A (ko) * | 2013-12-18 | 2015-06-26 | 에스케이씨 주식회사 | 고온 반응을 이용한 종자정 접착 방법 |
| CN111705363A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-09-25 | 河北同光科技发展有限公司 | 碳化硅单晶快速扩径生长方法 |
| CN114059163A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-02-18 | 宁波合盛新材料有限公司 | 碳化硅晶体生长坩埚及生长方法 |
| CN114106756A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 宁波合盛新材料有限公司 | 一种籽晶粘接胶及籽晶粘接方法 |
| CN115573041A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-06 | 眉山博雅新材料股份有限公司 | 一种籽晶粘接方法和设备 |
| CN116288716A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-06-23 | 宁波合盛新材料有限公司 | 一种碳化硅单晶的制备方法 |
| CN115627522A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-01-20 | 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 | 一种提高晶体生长质量的方法 |
| CN219174676U (zh) * | 2023-01-17 | 2023-06-13 | 宁波合盛新材料有限公司 | 一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置 |
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