用于碳化硅外延生長(zhǎng)的行星旋轉(zhuǎn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及碳化硅外延生長(zhǎng)技術(shù)，尤其涉及一種用于碳化硅外延生長(zhǎng)的行星旋轉(zhuǎn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，功率器件正在朝第三代半導(dǎo)體器件發(fā)展，碳化硅(SiC)作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表是目前發(fā)展比較成熟的寬帶隙半導(dǎo)體材料之一，與Si和GaAs為代表的傳統(tǒng)第一代和第二代半導(dǎo)體材料相比，具有寬帶隙、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、高飽和電子漂移速度和高鍵合能等優(yōu)點(diǎn)，是解決高速、高溫、大功率、極端環(huán)境等方面具有很大潛力的半導(dǎo)體材料，能有效的解決在第一、二代半導(dǎo)體中存在的溫度和功率等問(wèn)題。
[0003]SiC外延生長(zhǎng)方法目前主要有三種:化學(xué)氣相淀積(CVD)、分子束外延生長(zhǎng)(MBE)和液相外延生長(zhǎng)(LPE)。通常來(lái)講，MBE法得到的SiC晶體體質(zhì)量最好，CVD和LPE法次之。按照生長(zhǎng)速率來(lái)比較，MBE和LPE速率很低，不容易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。CVD法得到的SiC同質(zhì)外延材料質(zhì)量高，可直接用于器件制造；同時(shí)CVD系統(tǒng)沒(méi)有MBE系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)真空度的要求也沒(méi)有MBE系統(tǒng)高，非常適合于高質(zhì)量SiC同質(zhì)外延薄膜的生長(zhǎng)，而且CVD法的生長(zhǎng)速率比較高。本發(fā)明就是應(yīng)用于CVD法外延生長(zhǎng)碳化硅的工藝設(shè)備中。
[0004]碳化硅外延是目前電力電子行業(yè)功率器件制造不可缺少工藝之一。碳化硅外延設(shè)備不但器件制造廠商需要，材料制造廠商也需要，應(yīng)用非常廣泛。碳化硅外延工藝原理是，將工藝氣體硅烷和丙烷送入工藝腔室，工藝腔室內(nèi)有裝晶片的工件載板，晶片放在工件載板上，工件載板放在行星盤上并隨行星盤一起被加熱至1600°C以上的高溫，硅烷和丙烷送入工藝腔室后，在晶片上方的高溫區(qū)分解成單質(zhì)硅和碳，由于原子的自然取向特性，在晶片表面化合生成碳化硅并吸附在晶片表面，生成一層碳化硅單質(zhì)層，且其晶格取向、結(jié)構(gòu)與原碳化硅晶格的一致，但外延層內(nèi)的雜質(zhì)、缺陷密度非常低且可控，其摻雜濃度、摻雜類型也是可控的，也就是說(shuō)生長(zhǎng)了一層質(zhì)量非常好的碳化硅單質(zhì)層，這就大大方便了后續(xù)器件制造工藝的布局。
[0005]晶片上溫度均勻性對(duì)外延片的質(zhì)量起作決定性的作用，晶片轉(zhuǎn)動(dòng)是保證溫度均勻性的有效方法之一。常規(guī)的行星運(yùn)動(dòng)有兩種，一種是機(jī)械傳動(dòng)，采用中心軸支撐，齒輪傳動(dòng)。此法存在兩個(gè)缺點(diǎn)，一是高溫下齒輪會(huì)發(fā)生熱膨脹，造成載片盤轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活甚至不能轉(zhuǎn)動(dòng)，二是支撐軸將會(huì)帶走大量熱量，造成晶片中心溫度偏低，晶片表面溫度均勻性差。第二種是氣浮傳動(dòng)。這種方法解決了齒輪傳動(dòng)在高溫下卡死的問(wèn)題，但由于它是利用氣體流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力帶動(dòng)工件載板旋轉(zhuǎn)，它是在工件載板下方的行星盤上加工形狀復(fù)雜的氣體流動(dòng)的導(dǎo)流槽，氣體在導(dǎo)流槽內(nèi)流動(dòng)時(shí)與工件載板底面產(chǎn)生摩擦，由于摩擦力的作用使工件載板旋轉(zhuǎn)。首先由于反應(yīng)室內(nèi)氣流場(chǎng)、熱場(chǎng)的作用，帶動(dòng)工件載板旋轉(zhuǎn)的氣體會(huì)不穩(wěn)定，其摩擦力會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致工件載板旋轉(zhuǎn)不平穩(wěn)甚至轉(zhuǎn)不動(dòng)；其次，決定氣體流動(dòng)路徑的導(dǎo)流槽非常關(guān)鍵，導(dǎo)流槽軌跡為紡錘流線型，其設(shè)計(jì)、制造都非常難，導(dǎo)流槽的加工需用到五軸數(shù)控加工中心。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于成型、可大大提高旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和連續(xù)性的用于碳化硅外延生長(zhǎng)的行星旋轉(zhuǎn)裝置。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種用于碳化硅外延生長(zhǎng)的行星旋轉(zhuǎn)裝置，包括底座、中心轉(zhuǎn)軸和行星盤，所述中心轉(zhuǎn)軸裝設(shè)于底座上，所述行星盤裝于中心轉(zhuǎn)軸上并可隨中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述行星盤沿周向布設(shè)有多個(gè)工件載板，所述底座、中心轉(zhuǎn)軸和行星盤上開(kāi)設(shè)有用于與各工件載板外周連通并在通氣后驅(qū)使各工件載板自轉(zhuǎn)的進(jìn)氣腔道。
[0008]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
所述工件載板為圓形結(jié)構(gòu)，工件載板的沿其外圓底部均勻間隔開(kāi)設(shè)有多個(gè)與進(jìn)氣腔道相通的受力槽。
[0009]所述受力槽朝工件載板自轉(zhuǎn)方向傾斜布置。
[0010]所述工件載板頂部設(shè)有用于承載碳化硅的承載槽。
[0011]所述工件載板底部通過(guò)載板軸與行星盤連接。
[0012]所述中心轉(zhuǎn)軸頂部設(shè)有中心支架，所述行星盤裝于中心支架上。
[0013]所述行星盤頂面中心處設(shè)有用于密封的密封板。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明的用于碳化硅外延生長(zhǎng)的行星旋轉(zhuǎn)裝置，底座、中心轉(zhuǎn)軸和行星盤上開(kāi)設(shè)有用于與各工件載板外周連通并在通氣后驅(qū)使各工件載板自轉(zhuǎn)的進(jìn)氣腔道。工作時(shí)，碳化硅晶片承載在工件載板上，行星盤帶動(dòng)各工件載板隨中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而氣體經(jīng)進(jìn)氣腔道對(duì)工件載板外周進(jìn)行噴射，工件載板受噴射氣壓會(huì)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)碳化硅晶片自轉(zhuǎn)。較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，該進(jìn)氣腔道的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單、易于成型，大大降低了設(shè)計(jì)和制造成本；較傳統(tǒng)的氣浮傳動(dòng)而言，該結(jié)構(gòu)采用氣體直接驅(qū)動(dòng)工件載板旋轉(zhuǎn)，其氣體流量、壓力可人為控制，穩(wěn)定性高，大大提高了工件載板旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和連續(xù)性，使得整個(gè)碳化硅晶片表面的溫度更加均勻，從而保證了外延層的厚度均勻性。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明用于碳化硅外延生長(zhǎng)的行星旋轉(zhuǎn)裝置的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明用于碳化硅外延生長(zhǎng)的行星旋轉(zhuǎn)裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是圖2的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明用于碳化硅外延生長(zhǎng)的行星旋轉(zhuǎn)裝置中工件載板的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明用于碳化硅外延生長(zhǎng)的行星旋轉(zhuǎn)裝置中工件載板的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6是圖5的B-B剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中各標(biāo)號(hào)表不:
1、底座；2、中心轉(zhuǎn)軸；21、中心支架；3、行星盤；31、載板軸；32、密封板；4、工件載板；41、受力槽；42、承載槽；5、進(jìn)氣腔道