一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺转让专利
申请号 : CN202011620060.5
文献号 : CN112635303B
文献日 : 2021-09-17
发明人 : 吴银雪
申请人 : 美尔森银河新材料(烟台)有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:具体包括以下步骤:
S1、先将待处理的碳化硅半导体材料放置于旋转式CVD反应装置中,然再密封反应装置;
S2、将反应物先被加热到一定温度,达到足够高的蒸汽压,再用载气送入步骤S1的旋转式CVD反应装置中,化学反应器中反应产物就会沉积到被涂物表面,废气被导向碱性吸收或冷阱;
S3、一批碳化硅半导体材料处理完成后,通过外部设备将罩体打开,取下处理完成后的半导体材料,并更换下一批待处理的半导体材料,重复步骤S1‑S2,直至将全部碳化硅半导体材料处理完成为止;
其中,所述步骤S1和步骤S2中旋转式CVD反应装置,包括底座(1)以及底座(1)顶部通过开合组件(2)卡接安装的密封罩体(3),所述底座(1)凸台的顶部通过支架固定安装有驱动组件(4),且驱动组件(4)的两端均设置有转篮机构(5),所述底座(1)的底部分别连通有进气管(6)和排气管(7);
所述开合组件(2)包括顶部固定安装的安装盘(21),所述安装盘(21)的顶部开设有安装通孔(22),且安装通孔(22)的内壁开设有挤压槽(23),所述挤压槽(23)内壁的顶部和底部均通过弹簧固定连接有弹板(24),且两个弹板(24)远离弹簧的一侧均固定安装有电磁开关(25),所述安装盘(21)的顶部开设有四个凹槽(26),且安装通孔(22)的内部均通过粘合剂粘附有橡胶密封垫片(27);
所述转篮机构(5)包括固定安装于固定安装于驱动组件(4)输出轴上的旋转架(51),所述旋转架(51)上通过阻尼组件(52)转动连接有吊篮(53),所述吊篮(53)的一侧设置有锁止组件(54),且吊篮(53)内壁的一侧通过连接件固定安装有缓冲组件(55),所述缓冲组件(55)的一端通过转动件转动连接有第一弧形夹板(56),且吊篮(53)内壁的另一侧通过轴承转动连接有转杆(57),所述转杆(57)的一端固定连接有第二弧形夹板(58),且转杆(57)的另一端固定连接有限位盘(59)。
2.根据权利要求1所述的一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:所述缓冲组件(55)包括固定安装于吊篮(53)内壁上的套筒(551),且套筒(551)的内部通过弹簧固定连接有T形缓冲杆(552),所述T形缓冲杆(552)的一端通过轴承与第一弧形夹板(56)的一侧转动连接。
3.根据权利要求1所述的一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:所述阻尼组件(52)包括固定安装于旋转架(51)上的盒体(521)以及固定安装于吊篮(53)上的阻尼杆(522),所述阻尼杆(522)的一端贯穿盒体(521)并延伸至盒体(521)的内部,且阻尼杆(522)延伸至盒体(521)内部的一端通过轴承与盒体(521)的内壁转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:所述阻尼杆(522)位于盒体(521)内部的外表面固定连接有阻尼板(523),且盒体(521)的内部固定连接有挡片(524),所述挡片(524)的一侧通过弧形阻尼扭簧(525)固定连接有拨片(526),且拨片(526)能够在盒体(521)的内部滑动。
5.根据权利要求1所述的一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:所述锁止组件(54)包括固定安装于吊篮(53)上的限位盒(541),所述限位盒(541)的内部通过弹簧固定安装有拉手(542),且拉手(542)的一侧固定连接有两个与限位盘(59)相适配的限位杆(543)。
6.根据权利要求1所述的一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:所述驱动组件(4)包括通过L形连接架固定安装与底座(1)底部的驱动电机(41)以及通过安装架固定安装于底座(1)顶部的箱体(42),所述驱动电机(41)的输出轴通过联轴器固定连接有驱动轴(43),所述驱动轴(43)的顶端依次贯穿底座(1)和箱体(42)并延伸至箱体(42)的内部,且驱动轴(43)延伸至箱体(42)内部的一端固定连接有第一锥齿轮(44),所述箱体(42)的内部通过轴承转动连接有传动轴(45)。
7.根据权利要求6所述的一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:所述传动轴(45)的两端均贯穿箱体(42)并延伸至箱体(42)的外部,且传动轴(45)延伸至箱体(42)外部的一端均与旋转架(51)进行固定连接,所述传动轴(45)位于箱体(42)内部的外表面固定连接有与第一锥齿轮(44)相啮合的第二锥齿轮(46)。
8.根据权利要求1所述的一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:所述密封罩体(3)的顶部固定安装有电磁吸盘(8),且密封罩体(3)的底部固定安装有四个与凹槽(26)相适配的吸铁(9)。
9.根据权利要求1所述的一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:所述密封罩体(3)的外表面上分别固定安装有控制器(10)、控制面板(11)和警示灯(12)。
10.根据权利要求1所述的一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺,其特征在于:单个所述旋转架(51)上至少安装有八个吊篮(53)。
说明书 :
一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺
技术领域
背景技术
域,尤其是高温或强腐蚀性等恶劣环境中具有巨大的应用潜力,SiC作为一种具有极高应用
价值和广阔市场前景的半导体材料,随着单晶生长技术和外延薄膜生长技术的不断发展,
已受到国内外半导体行业的极大关注,目前,化学气相沉积法(CVD)是制备SiC外延膜的主
要方法,所谓CVD技术,就是将化合物气体如SiH4、C2H4、H2等反应气体通入反应室内,在热衬
底表面发生化学反应,并在衬底上外延生长所希望的材料,如SiC等。CVD法外延生长SiC材
料,其生长率与掺杂更可控,可重复性更强,而且由于是高纯的源气体,材料中的杂质浓度
大大降低,并且可以生长具有良好均一性和可重复性的N型和P型外延层。
述主腔室输入材料生长所需的气体;所述石墨托用于放置衬底材料,位于所述进气系统下
方;所述感应加热线圈用于加热,位于所述石墨托下方;所述旋转系统与所述石墨托连接,
用于带动所述石墨托进行旋转;所述排气系统用于向主腔室外部排出反应后的废气,简易、
灵活、多用、压力调节范围宽、容量大、易于控制,有较高的生长温度,最高可达到1700℃。
结构和进气喷嘴与电极的综合布置,可以实现气相的可变调节,根据硅的气相沉积工艺过
程调节气相的流量和流速,优化气相流动与温度,提高原料气的转化率,同时避免炉筒内侧
的冷却壁面带走过多热量,降低热量损耗。可以提高反应选择性,提高产量,降低消耗。同
时,该优化设计使得反应器的制造成本有效降低,占地空间小,有利于大规模用于生产
半导体材料进行处理,现有的罩体与反应器主体之间通过单一的螺栓连接,每次拆卸打开
十分不方便,例如参考专利CN209702321U的一种多晶硅CVD反应器,通过单一的采用螺栓连
接,不能实现通过将罩体与反应器主体之间进行既快速又方便的拆卸处理,无法达到通过
将罩体进行快速开合,来使生产人员能够进行快速卸料和上料的目的,从而对碳化硅半导
体生产企业的十分不利。
应器,均是采用单一的加热底盘,来放置待处理的半导体材料,只能适用于一些小批量半导
体材料的生产,而对于大批量或不同类型的半导体材料的生产,则十分不适用,不能实现通
过对CVD反应器内部的材料放置结构进行创新,来适应大批量生产。
发明内容
打开十分不方便,不能实现通过将罩体与反应器主体之间进行既快速又方便的拆卸处理,
同时现有的CVD反应器一次制备碳化硅半导体材料较少,生产效率低的问题。
收或冷阱;
半导体材料处理完成为止。
组件的两端均设置有转篮机构,所述底座的底部分别连通有进气管和排气管。
板,且两个弹板远离弹簧的一侧均固定安装有电磁开关,所述安装盘的顶部开设有四个凹
槽,且安装通孔的内部均通过粘合剂粘附有橡胶密封垫片。
通过连接件固定安装有缓冲组件,所述缓冲组件的一端通过转动件转动连接有第一弧形夹
板,且吊篮内壁的另一侧通过轴承转动连接有转杆,所述转杆的一端固定连接有第二弧形
夹板,且转杆的另一端固定连接有限位盘。
接。
端通过轴承与盒体的内壁转动连接。
内部滑动。
动轴,所述驱动轴的顶端依次贯穿底座和箱体并延伸至箱体的内部,且驱动轴延伸至箱体
内部的一端固定连接有第一锥齿轮,所述箱体的内部通过轴承转动连接有传动轴。
第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮。
内壁的顶部和底部均通过弹簧固定连接有弹板,且两个弹板远离弹簧的一侧均固定安装有
电磁开关,安装盘的顶部开设有四个凹槽,且安装通孔的内部均通过粘合剂粘附有橡胶密
封垫片,可实现通过将罩体与反应器主体之间进行既快速又方便的拆卸处理,很好的达到
了通过将罩体进行快速开合,来使生产人员能够进行快速卸料和上料的目的,无需花费大
量的时间进行罩体的开合,更换方便快捷,从而对碳化硅半导体生产企业的十分有益。
过阻尼组件转动连接有吊篮,且吊篮内壁的一侧通过连接件固定安装有缓冲组件,缓冲组
件的一端通过转动件转动连接有第一弧形夹板,且吊篮内壁的另一侧通过轴承转动连接有
转杆,转杆的一端固定连接有第二弧形夹板,且转杆的另一端固定连接有限位盘,可实现通
过对CVD反应器内部的材料放置结构进行创新,来适应大批量生产,通过采用旋转吊篮式放
料,能够实现一次处理更多样品,同时进行旋转式处理,使生长的晶体更加均匀,大大提升
了生产效率,不仅能适用于一些小批量半导体材料的生产,而对于大批量或不同类型的半
导体材料的生产也适用。
两个与限位盘相适配的限位杆,可方便对吊篮内放置的片状样品进行反面,当片料的上表
面处理完成还有,只需打开限位组件,旋转样品即可实现反面,从而大大方便了人们的使
用。
体的内部,且阻尼杆延伸至盒体内部的一端通过轴承与盒体的内壁转动连接,可实现当吊
篮旋转时,能够进行缓慢阻尼旋转,减小吊篮在旋转架上晃动的幅度,避免由于吊篮晃动幅
度较大,影响样品上晶体的生长情况,从而保证了样品的正常处理。
附图说明
齿轮、45传动轴、46第二锥齿轮、5转篮机构、51旋转架、52阻尼组件、521盒体、522阻尼杆、
523阻尼板、524挡片、525弧形阻尼扭簧、526拨片、53吊篮、54锁止组件、541限位盒、542拉
手、543限位杆、55缓冲组件、551套筒、552T形缓冲杆、56第一弧形夹板、57转杆、58第二弧形
夹板、59限位盘、6进气管、7排气管、8电磁吸盘、9吸铁、10控制器、11控制面板、12警示灯。
具体实施方式
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。
收或冷阱;
半导体材料处理完成为止;
件4的两端均设置有转篮机构5,底座1的底部分别连通有进气管6和排气管7,密封罩体3的
外表面上分别固定安装有控制器10、控制面板11和警示灯12,控制器10包括中央处理模块
和时间继电模块,通过中央控制模块进行电气设备控制,同时通过时间继电模块进行计时
反馈控制,中央处理模块的型号为ARM9,且时间继电模块的型号为7PR4040。
和底部均通过弹簧固定连接有弹板24,且两个弹板24远离弹簧的一侧均固定安装有电磁开
关25,电磁开关25的型号为DZ47‑40A,安装盘21的顶部开设有四个凹槽26,且安装通孔22的
内部均通过粘合剂粘附有橡胶密封垫片27,橡胶密封垫片27具有很好的弹性,从而保证密
封效果。
51上至少安装有八个吊篮53,吊篮53的一侧设置有锁止组件54,且吊篮53内壁的一侧通过
连接件固定安装有缓冲组件55,缓冲组件55的一端通过转动件转动连接有第一弧形夹板
56,且吊篮53内壁的另一侧通过轴承转动连接有转杆57,转杆57的一端固定连接有第二弧
形夹板58,且转杆57的另一端固定连接有限位盘59,缓冲组件55包括固定安装于吊篮53内
壁上的套筒551,且套筒551的内部通过弹簧固定连接有T形缓冲杆552,T形缓冲杆552的一
端通过轴承与第一弧形夹板56的一侧转动连接。
内部,且阻尼杆522延伸至盒体521内部的一端通过轴承与盒体521的内壁转动连接,阻尼杆
522位于盒体521内部的外表面固定连接有阻尼板523,且盒体521的内部固定连接有挡片
524,挡片524的一侧通过弧形阻尼扭簧525固定连接有拨片526,且拨片526能够在盒体521
的内部滑动。
盘59相适配的限位杆543。
为EDSMT‑2T的伺服电机,驱动电机41的输出轴通过联轴器固定连接有驱动轴43,驱动轴43
的顶端依次贯穿底座1和箱体42并延伸至箱体42的内部,且驱动轴43延伸至箱体42内部的
一端固定连接有第一锥齿轮44,箱体42的内部通过轴承转动连接有传动轴45,传动轴45的
两端均贯穿箱体42并延伸至箱体42的外部,且传动轴45延伸至箱体42外部的一端均与旋转
架51进行固定连接,传动轴45位于箱体42内部的外表面固定连接有与第一锥齿轮44相啮合
的第二锥齿轮46。
配的吸铁9。
过控制面板11将控制程序录入控制器10的中央处理器内,控制程序包括驱动电机41的工作
输出功率和一次处理时间,然后将电磁吸盘8与外界的机械手自动化设备连接,并将外界机
械手设备的控制终端与控制器10进行电连接。
和弹簧的作用下复位,将碳化硅半导体片材夹紧安装,同样操作将所有吊篮53内均安装上
碳化硅半导体片材。
凹槽26的最底部时,控制器10控制机械手设备旋转45°,机械手设备带动密封罩体3旋转
45°,使吸铁9从凹槽26内旋入挤压槽23内,在弹板24和弹簧的作用下将上下两个电磁开关
25紧紧的挤压在吸铁9的表面,此时控制器10控制电磁开关25开始得电产生磁性,从而对吸
铁9进行紧密的吸引,来增加密封性,从而完成下盖密封处理。
内,处理后的气体从排气管7排出,形成气体通路系统,同时使控制器10控制驱动电机41开
始工作,驱动电机41分别通过驱动轴43、第一锥齿轮44和第二锥齿轮46带动传动轴45旋转,
传动轴45再带动两个旋转架51缓慢旋转300°,旋转架51带动吊篮53运动,吊篮53在进行旋
转时,吊篮53会在自身重力的作用下保持竖直状态,同时吊篮53会带动阻尼杆522相对旋转
架51进行转动,阻尼杆522会挤压拨片526压缩弧形阻尼扭簧525实现缓冲,当旋转300°后进
行驱动电机41反转复位,从而带动吊篮53反转,复位完成后再次正转300°重复多次正反转
进行处理,当达到录入的一次处理时间后,控制器10控制进气管6和排气管7内的电磁阀关
闭,驱动电机41复位后停止工作,同时控制警示灯12亮起提醒生产人员。
542,使限位杆543与限位盘59分离,使第二弧形夹板58失去约束,即可将碳化硅半导体片材
旋转180°,之后松开拉手542,拉手542会在弹簧的作用下复位,插入限位盘59内进行此时的
定位约束,然后重复上述的下盖密封和生长结晶处理操作,实现对碳化硅半导体片材的全
面处理。
在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。
和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。