一种用于氮化铝晶体生长的籽晶高温粘接设备及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113957541A(43)申请公布日2022.01.21(21)申请号202010701354.4(22)申请日2020.07.20(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人吴洁君朱星宇于彤军赵起悦韩彤沈波(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理有限公司11360代理人黄凤茹(51)Int.Cl.C30B33/06(2006.01)C30B29/38(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种用于氮化铝晶体生长的籽晶高温粘接设备及方法(57)摘要本发明公布了一种用于氮化铝晶体生长的籽晶高温粘接设备及方法，包括籽晶，坩埚，氮化铝晶体生长炉，机械抛光及化学清洗设备和专用加热加压装置；对坩埚盖表面和籽晶背面进行预处理，籽晶放置在坩埚盖上；将坩埚盖在下放置到加热加压装置的样品台上；在籽晶正面预先放置表面没抛光过的牺牲晶片，对坩埚盖和籽晶进行加压操作；升温并保温；再缓慢降温并向加热室充入氮气到常压，将牺牲晶片上的压力传动装置缓慢卸载；将粘接好的籽晶和坩埚盖在氮化铝晶体生长炉中进行高温定型；由此得到粘接好的氮化铝籽晶。本发明可改善氮化铝单晶生长质量，且工序简单，有利于实现低成本的氮化铝单晶的制备。CN113957541ACN113957541A权利要求书1/2页1.一种用于氮化铝晶体生长的籽晶粘接方法，包括如下步骤：1)对坩埚盖表面进行机械抛光和化学清洗预处理，同时，对籽晶背面进行化学抛光和化学清洗预处理；将处理好的籽晶放置在坩埚盖上；其中，坩埚盖材料为钨W、钽Ta或碳化钽TaC；表面粗糙度Ra<1.6μm，平面度公差等级<4级；籽晶材料为氮化铝AlN、碳化硅SiC、氮化硼BN或两两复合衬底材料，其在原子力显微镜下表面粗糙度RMS<10nm；2)将坩埚盖在下放置到加热加压装置的样品台上；在籽晶正面预先放置表面没抛光过的牺牲晶片，操作加热加压装置的压力传动装置，缓慢下降压在牺牲晶片上，并抽真空到极限真空；达极限真空后操作压力传动装置对坩埚盖和籽晶进行加压；3)在真空度和压力达到设定值后，开始升温并保温一段时间，使得坩埚盖和籽晶之间获得分子级或原子级互相固态扩散界面；之后缓慢降温到室温，向加热室充入氮气到常压，将牺牲晶片上的压力传动装置缓慢卸载到压力为0后再升起，取出粘接好的籽晶和坩埚盖；4)将粘接好的籽晶和坩埚盖放入氮化铝晶体生长炉中的坩埚的底部，通过改变坩埚的位置调控温度梯度，在氮化铝晶体生长炉中进行高温定型；由此得到粘接好的氮化铝籽晶。2.如权利要求1所述用于氮化铝晶体生长的籽晶粘接方法，其特征是，步骤3)中，真空度达到0.1Pa以下、压力达到1kg以上后，开始升温到温度50℃以上并保温4～100h。3.如权利要求1所述用于氮化铝晶体生长的籽晶粘接方法，其特征是，牺牲晶片为蓝宝石、碳化铝和氮化硼多种材料。4.如权利要求1所述用于氮化铝晶体生长的籽晶粘接方法，其特征是，抽真空到极限真空时要求极限真空度<10-1Pa。5.如权利要求4所述用于氮化铝晶体生长的籽晶粘接方法，其特征是，到达极限真空后操作压力传动装置加压到压力P为1-20kg。6.如权利要求5所述用于氮化铝晶体生长的籽晶粘接方法，其特征是，在真空度和压力达到后，升温到温度T＝50-900℃。7.一种用于氮化铝晶体生长的籽晶高温粘接设备，包括：氮化铝生长所用籽晶，晶体生长所用坩埚，氮化铝晶体生长炉，机械抛光及化学清洗设备和专用加热加压装置；籽晶与坩埚盖用于进行粘接生长氮化铝晶体；机械抛光设备以及化学清洗设备用来对籽晶和坩埚盖进行抛光及清洗处理；专用加热加压装置用来对籽晶与坩埚盖粘接进行低温定型；氮化铝晶体生长炉用来对籽晶与坩埚盖粘接进行高温定型。8.如权利要求7所述用于氮化铝晶体生长的籽晶高温粘接设备，其特征是，专用加热加压装置包括气缸、真空装置、加热电阻丝及保温石棉层、不锈钢外壳、样品台、压力锤和压力传动装置；加热电阻丝及保温层用于加热及保温；气缸、压力传动装置和压力锤用于提供压力；样品台用于装载样品。9.如权利要求8所述用于氮化铝晶体生长的籽晶高温粘接设备，其特征是，专用加热加压装置的不锈钢外壳的侧面带有真空装置；不锈钢外壳的内部是加热电阻丝及保温石棉层。10.如权利要求8所述用于氮化铝晶体生长的籽晶高温粘接设备，其特征是，气缸位于专用加热加压装置的上方，气缸连接压力传动装置及压力锤；样品台位于专用加热加压装2CN113957541A权利要求书2/2页置的正下方。3CN113957541A说明书1/5页一种用于氮化铝晶体生长的籽晶高温粘接设备及方法技术领域[0001]本专利涉及半导体制造装置及工艺，具体涉及一种氮化铝晶体生长所用的籽晶高