一种碳化硅外延衬底片精密装片装置的制作方法

本技术涉及一种碳化硅外延衬底片精密装片装置。

背景技术：

1、半导体行业作为现代电子信息产业的基础，是支撑国民经济高质量发展的重要行业。第三代半导体指的是碳化硅（sic）、氮化镓（gan）等具有宽禁带（eg＞2.3ev）特性的新兴半导体材料。碳化硅是目前发展最成熟的第三代半导体材料。碳化硅器件具有体积小、功率大、频率高、能耗低、损耗小、耐高压等优点。当前主要应用领域是各类电源及服务器，光伏逆变器，风电逆变器，新能源汽车的车载充电机、电机驱动系统、直流充电桩，变频空调，轨道交通，军工等。

2、实际应用中，宽禁带半导体器件几乎都做在外延层上，碳化硅抛光晶片本身只作为衬底，通过化学气相淀积（cvd）法在其正面（抛光面）上生长一定厚度和电阻率的碳化硅或氮化镓外延层。碳化硅衬底片加上外延层就是通常所说的碳化硅外延片。

3、在碳化硅器件设计制造方面，sic二极管正在逐步完善，但sic mos器件面临较多难点，其中一个重要的方面就是提高碳化硅外延层的质量。

4、目前典型的cvd外延炉反应室的结构有三种（图1、图2、图3），分别是热壁水平卧式、壁温行星式、准热壁立式。带热壁水平卧式反应室的外延炉平面结构如图4所示，外延生长的主要过程是将圆形的载盘放置的装片腔1内的片座一2上，再将碳化硅衬底片放置在载盘内，用于生长外延层的抛光正面朝上，传输腔5内的叉形机械手6将载盘连同其上的衬底片放置在圆柱形石英腔9内的基座8上，从氢气与外延生长气进气口7通外延生长气体，外延生长气体从碳化硅衬底片的抛光正面上方流过并在其上生长出一定厚度和电阻率的碳化硅外延层，完成生长后停止通外延生长气体，叉形机械手6将载盘连同其上的碳化硅外延片传输至冷却腔3的片座二4上，冷却后再将载盘连同其上的碳化硅外延片传输至装片腔1的片座一2上再取出碳化硅外延片，由感应线圈10加热控制圆柱形石英腔9内外延生长区的温度。三种反应室结构的共同特点是反应气体从碳化硅衬底片的正面（抛光面）上方流过，并在抛光面上生长出一定厚度和电阻率的碳化硅外延层。因为在碳化硅衬底上生长碳化硅外延层的反应温度高（约1600℃），反应室内壁有碳化硅沉积，沉积的碳化硅颗粒会被卷入反应气体中，反应气体中还会因化学反应产生碳化硅颗粒，反应气体中的颗粒会掉落在衬底片外延生长面上，导致后续生长的外延层产生缺陷，这类缺陷被称为外延包裹物。外延包裹物缺陷会使后续加工成的器件的因漏电流大而失效。

5、目前解决外延生长过程中颗粒掉落问题的方法之一是使衬底片在外延生长过程中高速旋转（准热壁立式外延炉大于500转/分钟，热壁水平卧式外延炉约60转/分钟），使颗粒在离心力作用下离开衬底片表面，但这并不能有效解决包裹物问题，还会使衬底片震动过大而降低外延质量。另外一种方法是将碳化硅衬底片用于外延生长的抛光正面朝下放置在被称为承载环的专用夹具上，碳化硅衬底片的抛光正面与承载环的下表面之间基本平齐，间距δ约为0-0.5mm，用叉形机械手托住承载环的边沿将承载环连同其上的碳化硅衬底片移入外延生长区，再将承载环连同其上的碳化硅衬底片悬挂在外延炉内的外延生长区上方，外延生长过程中外延生长气体从碳化硅衬底片抛光正面的下方沿表面流过，没有颗粒掉落到外延生长面上的问题。

6、将碳化硅衬底片用于外延生长的抛光正面朝下悬挂在外延生长区的上方的外延生长方法要解决的关键问题之一是将抛光正面朝下的碳化硅衬底片准确安放在承载环上，过程中要确保抛光正面不被任何物体触碰。如果手工完成效率低难度大。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种碳化硅外延衬底片精密装片装置。

2、本实用新型可以半自动或手动将将碳化硅衬底片抛光正面朝下准确安放在承载环上，用于外延生长的抛光正面不与任何外物接触，确保将碳化硅衬底片用于外延生长的抛光正面朝下悬挂在外延生长区的上方的外延生长方法成功。

3、本实用新型可用于在碳化硅衬底表面生长碳化硅外延层也可用于在碳化硅衬底表面生长氮化镓外延层。

4、一种碳化硅外延衬底片精密装片装置，包括立柱、吸片盘升降装置、水平横梁、摄像头、承载环座、x方向位移平台、y方向位移平台；立柱用于支撑水平横梁；水平横梁用于安装吸片盘升降装置和摄像头，吸片盘升降装置用于升降吸片盘；x方向位移平台、y方向位移平台用于移动和安放承载环座，承载环座上安放承载环；x方向位移平台设有x方向位移电机；y方向位移平台设有y方向位移电机；摄像头用于拍摄衬底片边沿、承载环边沿的照片，计算机根据衬底片边沿与承载环边沿的距离，控制x方向位移平台、y方向位移平台的移动。

5、所述的吸片盘包括吸盘柄、吸盘盘体；吸盘柄与吸片盘升降装置相连；吸盘盘体内设有扇形的真空腔，真空腔与上表面的真空接口相连，与真空吸孔相连通，吸盘盘体下表面且与扇形的真空腔不连通的部分设有真空吸笔进出槽。

6、所述的摄像头为2个、3个，或者4个。

7、本实用新型的有益效果是：

8、碳化硅衬底片的用于外延生长的抛光正面在外延生长前如果被其它物体触碰过，在外延生长过程中会产生包裹物等外延缺陷。本实用新型可以实现半自动或手动将将碳化硅衬底片抛光正面朝下准确安放在承载环上，装片过程中用于外延生长的抛光正面不与任何外物接触，确保将碳化硅衬底片用于外延生长的抛光正面朝下悬挂在外延生长区的上方的外延生长方法成功。比仅使用真空吸笔的纯手工装片方法大幅度提高生产效率和外延片的质量。

技术特征：

1.一种碳化硅外延衬底片精密装片装置，其特征在于，包括立柱、吸片盘升降装置、水平横梁、摄像头、承载环座、x方向位移平台、y方向位移平台；立柱用于支撑水平横梁；水平横梁用于安装吸片盘升降装置和摄像头，吸片盘升降装置用于升降吸片盘；x方向位移平台、y方向位移平台用于移动和安放承载环座，承载环座上安放承载环；x方向位移平台设有x方向位移电机；y方向位移平台设有y方向位移电机；摄像头用于拍摄衬底片边沿、承载环边沿的照片，计算机根据衬底片边沿与承载环边沿的距离，控制x方向位移平台、y方向位移平台的移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的吸片盘包括吸盘柄、吸盘盘体；吸盘柄与吸片盘升降装置相连；吸盘盘体内设有扇形的真空腔，真空腔与上表面的真空接口相连，与真空吸孔相连通，吸盘盘体下表面且与扇形的真空腔不连通的部分设有真空吸笔进出槽。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的摄像头为2个、3个，或者4个。

技术总结本技术公开了一种碳化硅外延衬底片精密装片装置。装置包括立柱、吸片盘升降装置、水平横梁、摄像头、承载环座、X方向位移平台、Y方向位移平台；立柱用于支撑水平横梁；水平横梁用于安装吸片盘升降装置和摄像头，吸片盘升降装置用于升降吸片盘；X方向位移平台、Y方向位移平台用于移动和安放承载环座，承载环座上安放承载环；X方向位移平台设有X方向位移电机；Y方向位移平台设有Y方向位移电机；摄像头用于拍摄衬底片边沿、承载环边沿的照片，计算机根据衬底片边沿与承载环边沿的距离，控制X方向位移平台、Y方向位移平台的移动。本技术可以实现半自动或手动将将碳化硅衬底片抛光正面朝下准确安放在承载环上，装片过程中用于外延生长的抛光正面不与任何外物接触。技术研发人员：曾泽斌受保护的技术使用者：曾泽斌技术研发日：20240411技术公布日：2024/11/7