CN218842408U - 用于生长碳化硅晶体的组件以及碳化硅晶体生长的热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于生长碳化硅晶体的组件以及碳化硅晶体生长的热系统，包括包括依次层叠设置的石墨籽晶托层、有机膜层和籽晶层，所述石墨籽晶托层与所述有机膜层的接触面为第一粗糙面，所述籽晶层与所述有机膜层的接触面为第二粗糙面，所述有机膜层嵌入到所述第一粗糙面以及所述第二粗糙面中。本实用新型的用于生长碳化硅晶体的组件通过设置接触面粗糙的石墨籽晶托层和籽晶层与有机膜层贴合，能使生长出的碳化硅晶体具有优异的质量及产率。

Description

用于生长碳化硅晶体的组件以及碳化硅晶体生长的热系统

技术领域

本实用新型涉及晶体生长系统技术领域，特别是涉及一种用于生长碳化硅晶体的组件以及碳化硅晶体生长的热系统。

背景技术

相比于第一、第二代半导体材料，以碳化硅为代表的第三代半导体材料由于具有更宽的禁带宽度、更高的临界击穿电场、更高的热导率和更快的饱和电子迁移速度，被广泛用于充电蓄能市场。

最常用的碳化硅晶体的生长方法为物理气相运输法，其中，碳化硅籽晶的粘接良率是影响碳化硅晶体品质最主要的因素之一，传统方法大多是通过涂胶、烘干、热压沉积、烧结、溅射、蒸镀或外延的方式进行碳化硅籽晶的粘接，但是上述方法在碳化硅晶体生长过程中会造成籽晶层脱落，籽晶与石墨板的接触变差，导致传热不均匀产生气泡，甚至出现籽晶烧灼的现象，影响碳化硅晶体的生长。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种用于生长碳化硅晶体的组件以及碳化硅晶体生长的热系统，该组件可以大幅提高籽晶粘接均匀性和粘接良率，减少碳化硅晶体生长过程中气泡和有害杂质的产生，提高长晶良率。

本实用新型提供了一种用于生长碳化硅晶体的组件，包括依次层叠设置的石墨籽晶托层、有机膜层和籽晶层，所述石墨籽晶托层与所述有机膜层的接触面为第一粗糙面，所述籽晶层与所述有机膜层的接触面为第二粗糙面，所述有机膜层嵌入到所述第一粗糙面以及所述第二粗糙面中。

在其中一个实施例中，所述第一粗糙面的表面粗糙度为0.01μm-0.1μm。

在其中一个实施例中，所述第二粗糙面的表面粗糙度为0.01μm-1.5μm。

在其中一个实施例中，所述有机膜层选自聚酰亚胺膜层、聚氨酯膜层或酚醛树脂膜层。

在其中一个实施例中，所述有机膜层的厚度为1μm-10μm。

在其中一个实施例中，所述籽晶层选自3C晶型碳化硅籽晶层、4H晶型碳化硅籽晶层、6H晶型碳化硅籽晶层或15R晶型碳化硅籽晶层。

在其中一个实施例中，所述籽晶层的第二粗糙面为硅面。

在其中一个实施例中，所述籽晶层的厚度为350μm-800μm。

在其中一个实施例中，所述石墨籽晶托层的厚度为50μm-500μm。

一种碳化硅晶体生长的热系统，所述的碳化硅晶体生长的热系统包括由如上述的用于生长碳化硅晶体的组件。

本实用新型提供的用于生长碳化硅晶体的组件中，籽晶层与有机膜层的接触面为第二粗糙面，所述石墨籽晶托层与所述有机膜层的接触面为第一粗糙面。第一粗糙面和第二粗糙面提高了有机膜层与石墨籽晶托层和籽晶层之间的接触面积，且有机膜层嵌入到第一粗糙面以及第二粗糙面中，从而使籽晶层、有机膜层与石墨籽晶托层之间紧密连接，不仅避免在碳化硅晶体生长过程中籽晶层的脱落，使籽晶层传热更加均匀，从而减少籽晶层与石墨籽晶托层之间气泡和有害杂质的产生，还避免了粘结剂的使用。

从而，通过设置接触面粗糙的石墨籽晶托层和籽晶层与有机膜层贴合，能使生长出的碳化硅晶体具有优异的质量及产率。

附图说明

图1为本实用新型提供的一实施方式的用于生长碳化硅晶体的组件的结构示意图。

图中，10、石墨籽晶托层；20、有机膜层；30、籽晶层；40、第一粗糙面；50、第二粗糙面。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

传统的用于生长碳化硅的组件中，由于籽晶层30和石墨籽晶托层10之间的热膨胀系数不同，因此在生长碳化硅晶体的过程中，随着温度的变化，会由于热膨胀产生的应力而导致石墨籽晶托层10与籽晶层30之间的连接度降低，从而使籽晶层30传热不均匀。

为了提高长晶良率，如图1所示，为本实用新型提供的一实施方式的用于生长碳化硅晶体的组件，包括依次层叠设置的石墨籽晶托层10、有机膜层20和籽晶层30，石墨籽晶托层10与有机膜层20的接触面为第一粗糙面40，籽晶层30与有机膜层20的接触面为第二粗糙面50，有机膜层20嵌入到第一粗糙面40以及第二粗糙面50中。

本实用新型提供的用于生长碳化硅晶体的组件中，第一粗糙面40和第二粗糙面50提高了有机膜层20与石墨籽晶托层10和籽晶层30之间的接触面积，且有机膜层20嵌入到第一粗糙面40以及第二粗糙面50中，从而使籽晶层30、有机膜层20与石墨籽晶托层10之间紧密连接，不仅避免在碳化硅晶体生长过程中籽晶层30的脱落，使籽晶层30传热更加均匀，从而减少籽晶层30与石墨籽晶托层10之间气泡和有害杂质的产生，还避免了粘结剂的使用。

通过设置接触面粗糙的石墨籽晶托层10和籽晶层30与有机膜层20贴合，还能使生长出的碳化硅晶体具有优异的质量及产率：

具体的，本实用新型在石墨籽晶托层10和籽晶层30之间设置有有机膜层20，不仅可以降低籽晶层30与石墨籽晶托层10之间的热膨胀系数差异所引起的热应力，而且还抑制了后续碳化硅晶体生长过程中由于籽晶层30与石墨籽晶托层10接触面分解蒸发产生的蒸汽在籽晶层30表面的聚集，从而消除了蒸汽聚集导致籽晶层30的平面六方空洞缺陷，避免碳化硅晶体的开裂，且有机膜层20稳定且致密，极大的提高了碳化硅晶体的质量及成品率。

其中，石墨籽晶托层10用于固定籽晶层30。

为了更好的将籽晶层30、有机膜层20和石墨籽晶托层10紧密的粘连在一起，第一粗糙面40的表面粗糙度为0.01μm-0.1μm，包括但不限于0.01μm、0.05μm、0.08μm、0.1μm。

在一实施方式中，石墨籽晶托层10的厚度为50μm-500μm，优选的，为100μm。

为了更好的除去石墨籽晶托层10中的内部气体和杂质，可以将石墨籽晶托层10经高温煅烧，其中，煅烧在惰性气体保护下进行，惰性气体优选为氩气，煅烧温度大于或等于2300℃，绝对真空度优选为0.001Pa。

有机膜层20用于提高生长出的碳化硅晶体的质量；

为了更好的将籽晶层30、有机膜层20与石墨籽晶托层10之间紧密连接，优选的，有机膜层20的厚度为1μm-10μm，包括但不限于1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm。

在一实施方式中，有机膜层20的材料选自碳含量超过50％的有机材料，优选为聚酰亚胺薄膜层、聚氨酯层或酚醛树脂层。

可选的，籽晶层30选自3C晶型碳化硅籽晶层、4H晶型碳化硅籽晶层、6H晶型碳化硅籽晶层或15R晶型碳化硅籽晶层。

为了更好的生长碳化硅晶体，优选的，第二粗糙面50为籽晶层30的硅面。

为了更好的将籽晶层30、有机膜层20和石墨籽晶托层10紧密的粘连在一起，第二粗糙面50的表面粗糙度为0.01μm-1.5μm，包括但不限于0.01μm、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm。

为了提高第二粗糙面50和第一粗糙面40的粗糙度，可以使用具有大粒度的磨粒分别对籽晶层30和石墨籽晶托层10与有机膜层20的接触面进行研磨，得到第二粗糙面50和第一粗糙面40，优选的，磨粒选自金刚石粒子。

为了更好的使籽晶层30与石墨籽晶托层10紧密的结合在一起，本实施方式的用于生长碳化硅晶体的组件可以通过以下制备方法制备得到，将籽晶层30、有机膜层20、石墨籽晶托层10依次层叠并进行热压处理，其中热压分三个阶段进行。

具体的，第一阶段的热压温度为25℃-30℃，压力为20N/cm²-60N/cm²，绝对真空度小于或等于0.001Pa，将依次层叠设置的石墨籽晶托层10、有机膜层20和籽晶层30热压3h-5h；在第一阶段热压过程中，有机膜层20逐渐渗透在石墨籽晶托层10和籽晶层30的第二粗糙面50和第一粗糙面40中。

第二阶段将热压温度在5h-6h内升高至800℃-900℃，继续热压3h-4h，在第二阶段热压过程中，有机膜层20进行碳化排气。

第三阶段在2h-3h内将压力增高至60N/cm²-180N/cm²，增压的同时将温度升高至1400℃-1500℃，保持3h-4h，进一步对有机膜层20进行碳化排气，之后停止加热加压，使籽晶层30、有机膜层20、石墨籽晶托层10自然冷却至室温，得到用于生长碳化硅晶体的组件。

为了使籽晶层30传热更加均匀，籽晶层30的厚度为350μm-800μm，优选的，为500μm或750μm。

本实用新型还提供了一种碳化硅晶体生长的热系统，所述的碳化硅晶体生长的热系统包括如上述的用于生长碳化硅晶体的组件。

本实用新型提供的用于生长碳化硅晶体的组件可以用在碳化硅晶体生长的热系统中，通过加热，热系统中的碳化硅粉末分解、升华而发生的气体到达被保持到生长温度区域的籽晶层30，作为碳化硅单晶外延地进行生长，此时由于籽晶层30与石墨籽晶托层10之间接触良好，传热均匀，从而能使生长出的碳化硅晶体具有优异的质量及产率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于生长碳化硅晶体的组件，其特征在于，包括依次层叠设置的石墨籽晶托层、有机膜层和籽晶层，所述石墨籽晶托层与所述有机膜层的接触面为第一粗糙面，所述籽晶层与所述有机膜层的接触面为第二粗糙面，所述有机膜层嵌入到所述第一粗糙面以及所述第二粗糙面中。

2.根据权利要求1所述的用于生长碳化硅晶体的组件，其特征在于，所述第一粗糙面的表面粗糙度为0.01μm-0.1μm。

3.根据权利要求1所述的用于生长碳化硅晶体的组件，其特征在于，所述第二粗糙面的表面粗糙度为0.01μm-1.5μm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于生长碳化硅晶体的组件，其特征在于，所述有机膜层选自聚酰亚胺膜层、聚氨酯膜层或酚醛树脂膜层。

5.根据权利要求1-3任一项所述的用于生长碳化硅晶体的组件，其特征在于，所述有机膜层的厚度为1μm-10μm。

6.根据权利要求1-3任一项所述的用于生长碳化硅晶体的组件，其特征在于，所述籽晶层选自3C晶型碳化硅籽晶层、4H晶型碳化硅籽晶层、6H晶型碳化硅籽晶层或15R晶型碳化硅籽晶层。

7.根据权利要求6所述的用于生长碳化硅晶体的组件，其特征在于，所述籽晶层的第二粗糙面为硅面。

8.根据权利要求1-3任一项所述的用于生长碳化硅晶体的组件，其特征在于，所述籽晶层的厚度为350μm-800μm。

9.根据权利要求1-3任一项所述的用于生长碳化硅晶体的组件，其特征在于，所述石墨籽晶托层的厚度为50μm-500μm。

10.一种碳化硅晶体生长的热系统，其特征在于，所述的碳化硅晶体生长的热系统包括如权利要求1-9任一项所述的用于生长碳化硅晶体的组件。

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