一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法与流程

本发明涉及半导体材料制备，具体涉及一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法。

背景技术：

1、氮化铝(aln)是极具应用潜力的超宽禁带半导体材料，禁带宽度高达～6.2ev，同时具有较高的击穿场强、较高的饱和电子漂移速率及优良的导热、抗辐射性能，是紫外/深紫外led的最佳衬底材料及gan功率器件的理想衬底材料。物理气相传输法(pvt)是制备高质量aln单晶最成功的方法之一。然而，pvt法aln生长温度极高，高质量生长所需温度大于2200℃，工艺难度大，长晶稳定性较差，容易生长出低质量的晶体，其中籽晶片的粘结固定方法至关重要。

2、由于pvt法长晶在极高的温度下进行，aln籽晶片的背部容易升华，籽晶片与支撑片之间的空隙产生气体反窜进入晶体内部，导致aln晶体内部孔洞缺陷的形成，这严重恶化晶体质量与降低生产良率。目前普遍采用的籽晶固定方法有化学粘结法、机械固定法，以及抑制孔洞的方法有粘结法、镀膜法、物理覆盖法。化学粘结法是半导体晶体生长常用方法，具有工艺简单、可操作性强等优点，但现有技术中针对aln长晶采用的化学固定剂均不耐受大于2200℃的高温，并仍容易在长晶过程中产生气孔。机械固定法稳定性高、不易掉落，但受限于支撑片加工精度，容易产生间隙而形成晶体内部孔洞。镀膜法是抑制籽晶片背部升华的常用方法，但薄膜在aln长晶高温下容易脱膜和开裂，起不到很好的保护作用。因此，急需要开发一种稳定性高、耐高温，能有效抑制孔洞形成的籽晶片粘结固定方法，从而有效降低甚至消除孔洞缺陷，提高结晶质量，提升aln衬底的生产良率。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，减少因为籽晶固定对后续晶体生长产生的不良影响，提升氮化铝单晶的生产质量与良率。

2、本发明通过以下技术方案实现。

3、一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，包括以下步骤：

4、s1：将氮化铝籽晶片和支撑片表面进行抛光处理；

5、s2：将所述氮化铝籽晶片和支撑片表面进行活化处理；

6、s3：将所述氮化铝籽晶片和支撑片以活化面进行叠放，在高真空条件下施加面压，常温下进行范德华力粘合；

7、s4：将所述粘合后的氮化铝籽晶片和支撑片在高温的真空炉内保温一段时长；

8、s5：降温取出，所述氮化铝籽晶片和所述支撑片牢固粘合，具有超强结合力。

9、优先地，所述步骤s1中，所述氮化铝籽晶片抛光后的面粗糙度(rms)小于1nm，以及所述氮化铝籽晶片的片内ttv<20μm，bow<20μm，warp<20μm，所述支撑片抛光后的面粗糙度(rms)小于2nm，所述支撑片的片内ttv<20μm,bow<20μm,warp<20μm。

10、优先地，所述步骤s2中，支撑片可以由钨、钽、碳化钨、碳化钽、氮化硼、石墨等耐高温材料中的一种制成。

11、优先地，所述步骤s2中，活化处理条件采用ar中性原子进行轰击，能源范围为1～10kev。

12、优先地，所述步骤s3中，真空度在10-5pa以下。

13、优先地，所述步骤s3中，施加面压为50-500mpa。

14、优先地，所述步骤s4中，高温保温温度为1400-1800℃。

15、优先地，所述步骤s4中，所述真空度在10-4pa以下。

16、优先地，所述步骤s4中，高温保温时间为10-600min。

17、本发明所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，采用常温下高真空高面压的方法，利用范德华力将低粗糙度的氮化铝籽晶片与支撑件粘合并牢固固定，再通过高温真空方法将两则加强吸附与粘合固定。从而，完全排出籽晶片与支撑件之间的气体，籽晶片与支撑件之间可以几乎不存在孔洞，完全消除籽晶片背部升华，从而应用于氮化铝高温长晶中不产生孔洞缺陷，提升氮化铝单晶的生产质量与良率。

18、本发明所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，完全无杂质/其他物质引入，不会产生非故意杂质在高温长晶过程中掺入晶体内部，从而不影响晶体的导电率。

19、与传统粘结与固定等方法对比，采用本发明的技术方案，能几乎完成消除晶体内部的孔洞缺陷，同时在高温长晶过程中稳定，能稳定承受大于2300℃，不发生化学变化，牢固而不脱离支撑件，非常适合于批量生产使用。

技术特征：

1.一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，其特征在于：步骤s1中所述氮化铝籽晶片抛光后的面粗糙度(rms)小于1nm，以及所述氮化铝籽晶片的片内ttv<20μm，bow<20μm，warp<20μm，所述支撑片抛光后的面粗糙度(rms)小于2nm，所述支撑片的片内ttv<20μm,bow<20μm,warp<20μm。

3.根据权利要求1所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，其特征在于：在步骤s1中，所述支撑片由钨、钽、碳化钨、碳化钽、氮化硼、石墨中的一种耐高温材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，其特征在于：在步骤s2中，所述活化处理条件采用ar中性原子进行轰击，能源范围为1～10kev。

5.根据权利要求1所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，其特征在于：在步骤s3中，所述真空度在10-5pa以下。

6.根据权利要求1所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，其特征在于：在步骤s3中，所述施加面压为50-500mpa。

7.根据权利要求1所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，其特征在于：在步骤s4中，所述高温保温温度为1400-1800℃。

8.根据权利要求1所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，其特征在于：在步骤s4中，所述真空度在10-4pa以下。

9.根据权利要求1所述的一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，其特征在于：在步骤s4中，所述高温保温时间为10-600min。

技术总结
本发明公开了一种氮化铝晶体生长的籽晶固定方法，步骤包括：(1)将氮化铝籽晶片和支撑片表面抛光；(2)对氮化铝籽晶片和支撑片表面做活化处理；(3)将氮化铝籽晶片和支撑片以活化面叠放，在高真空下施加面压，常温下进行范德华力粘合；(4)将粘合后的籽晶片和支撑片在高温真空炉内保温；(5)降温取出，氮化铝籽晶片与支撑片完全面结合并相互固定。本发明采用常温下高真空高面压的方法，利用范德华力将低粗糙度的氮化铝籽晶片与支撑件粘合并牢固固定，再通过高温真空方法吸附与粘合。将粘合好的籽晶应用于物理气相传输法同质外延生长氮化铝晶体，完全消除了传统固定方法带来的氮化铝籽晶片背部升华而产生的孔洞缺陷，提高生产质量与良率。

技术研发人员：王琦琨,雷丹,吴亮,韩康泽
受保护的技术使用者：奥趋光电技术（杭州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15