CN106553276A - 一种碳化硅晶体偏角度加工的定向夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳化硅晶体偏角度加工的定向夹具，属于晶体加工装置领域。所述定向夹具包括：旋转滑台，固定连接在切割工作台上，设置有旋转角度调整旋钮；水平角度调节器，安装于旋转滑台上表面，设置有水平角度调节旋钮；支撑架，设置有支撑架底座，支撑架底座固定连接在水平角度调节器上表面，且在支撑架底座上表面固定连接有直线滑轨；压紧块，固定连接在直线滑轨的滑块上表面，可跟随滑块滑动。本发明以偏0°的圆柱形晶棒为基础，通过调节水平角度调节器的角度，可斜切2°至4°偏角度衬底；通过调节旋转滑台相对于垂直面的角度，可斜切4°至8°偏角度衬底；且精度可达到±1′。
Description
技术领域
本发明属于晶体加工装置领域，涉及一种晶体偏角度加工的定向夹具，具体地，特别涉及一种碳化硅晶体偏角度加工的定向夹具。
背景技术
碳化硅单晶具有高导热率、高击穿电压和化学稳定性高等半导体物理性质，可以制作成在高温、强辐射条件下工作的高频、高功率电子器件和光电子器件，是极具发展前景的第三代宽禁带半导体材料。目前，主要是使用物理气相传输法(PVT法)生长出大直径的高质量碳化硅单晶并制成外延基片，用碳化硅单晶外延片制作电子器件和光电子器件。
为了制造碳化硅半导体器件，需要在碳化硅晶片表面生长一层或数层的碳化硅薄膜。目前，主要是通过化学气相沉积法对碳化硅晶片进行同质外延生长。碳化硅在无偏角衬底上外延生长时，即碳化硅晶体上切割下来的晶片其外延表面与晶棒轴之间夹角为0°，生长出来的外延层宏观外延缺陷密度很大，不能用于常规的半导体工艺制备器件。对于偏8°斜切碳化硅衬底，即在切割晶片时，使衬底外延表面朝晶轴方向偏8°，使外延表面形成高密度的纳米级外延台阶，可使生长的外延层达到晶圆级水平。
目前，一般采用金刚石单线切割方法对碳化硅晶体进行切割，但是直接对PVT法生长出来的碳化硅晶体生长面进行切割只能得到偏0°的衬底，不能得到理想晶体面。现有技术中，通过调整单根金刚石线的角度，使金刚石线与待切晶体轴线呈8°或4°等，然后得到斜切偏8°、偏4°碳化硅衬底。此外，现有专利申请号为201210094287.X的晶体切割定位粘接台可以实现切割偏不同角度的衬底，但是，该粘接台要求先将待切割的晶体加工成偏8°、偏4°的晶体，且衬底偏角切割精度只能达到±10′。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种碳化硅晶体偏角度加工的定向夹具，可以直接以偏0°的圆柱形晶棒为基础，斜切割成偏不同角度的衬底，且精度可达到±1′。
为实现上述目的，本发明所述晶体偏角度加工的定向夹具包括：
旋转滑台，固定连接在切割工作台上，设置有旋转角度调整旋钮，用于调节旋转滑台相对于垂直面的角度，实现斜切4°至8°偏角度衬底；
水平角度调节器，安装于旋转滑台上表面，设置有水平角度调节旋钮，用于调节水平角度调节器的角度，实现斜切2°至4°偏角度衬底；
支撑架，设置有支撑架底座，支撑架底座固定连接在水平角度调节器上表面，支撑架底座上表面固定连接有直线滑轨，其中，直线滑轨包括配套安装的轨道和滑块；
压紧块，固定连接在滑块上表面，可跟随滑块沿轨道滑动，用于与支撑架夹紧待切割的碳化硅晶棒。
优选的，在滑块内开有螺纹孔，在支撑架上开有光孔，所述定向夹具还包括丝杆，丝杆的螺纹一端与滑块配合安装，丝杆的光轴一端穿过支撑架上的光孔，且可相对于光孔转动，在光轴端部固定连接有手柄，通过旋转手柄使滑块沿轨道滑动，进而带动压紧块紧压或者松开碳化硅晶棒。
进一步地，优选的，在丝杆与光孔之间套有耐磨套，以避免光孔内壁面磨损，延长夹具使用寿命；且在耐磨套两端安装有固定环，以防止丝杆相对于耐磨套发生轴向窜动。
优选的，支撑架为L型支撑架。
进一步地，优选的，L型支撑架与压紧块均凸出有台阶，用于支撑碳化硅晶棒，台阶作为支撑碳化硅晶棒的主要受力部件。
更进一步地，台阶凸出尺寸为2-4mm。
更进一步地，优选的，台阶为V型台阶。
优选的，V型台阶的V型角度为120°，以使碳化硅晶棒稳定放置且对中性好。
与现有技术相比，本发明具有的优点和有益效果如下：
一、本发明所述定向夹具可以直接以偏0°的晶棒为基础，通过调整晶棒相对于水平面或垂直面角度，将其斜切割成不同晶向的衬底，而无需事先将待切割的晶体加工成偏角度的晶体；
二、本发明所述定向夹具精度可达到±1′；
三、本发明所述定向夹具装夹平稳，结构简单。
附图说明
图1为本发明所述定向夹具优选实施例的结构示意图；
图2为图1沿A-A的剖视图；
图3为图1沿B-B的剖视图；
图4为本发明所述定向夹具切割偏8°衬底的俯视示意图；
图5为本发明所述定向夹具切割偏4°衬底的正视示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明做进一步详细的描述。
图1是本发明所述定向夹具优选实施例的结构示意图。如图1所示，本发明所述定向夹具，包括：
旋转滑台1，固定连接在切割工作台100上，设置有旋转角度调整旋钮11，用于调节旋转滑台1相对于垂直面的角度，实现斜切4°至8°偏角度衬底；
水平角度调节器2，安装于旋转滑台1上表面，设置有水平角度调节旋钮21，用于调节水平角度调节器2的角度，实现斜切2°至4°偏角度衬底；
支撑架，为L型支撑架3，设置有支撑架底座31，支撑架底座31固定连接在水平角度调节器2上表面，支撑架底座31上表面固定连接有直线滑轨4，其中，直线滑轨4包括配套安装的轨道41和滑块42；
压紧块5，固定连接在滑块42上表面，可跟随滑块42沿轨道41滑动，用于与L型支撑架3夹紧待切割的碳化硅晶棒6。
压紧块5的高度低于待切割碳化硅晶棒6的上边缘，以避免在使用多线切割方法进行切割时不方便绕线。
在滑块42内开有贯通的螺纹孔，L型支撑架3开有光孔，本发明所述定向夹具还包括丝杆7，其中，丝杆7的螺纹一端与滑块42配合安装，水平穿过滑块42螺纹孔与滑块42构成螺母丝杆机构，丝杆7的光轴一端穿过L型支撑架3上的光孔，且可相对于光孔转动。
此外，在光轴端部固定连接有手柄8，通过旋转手柄8使滑块42沿轨道41滑动，进而带动压紧块5紧压或者松开碳化硅晶棒6。其中，顺时针旋转手柄8，滑块42将带动紧压块5沿轨道41向着L型支撑架3滑动，进而压紧碳化硅晶棒6，以便开展晶体偏角度加工工作；反之，逆时针旋转手柄8，滑块42将带动紧压块5沿轨道41朝背离L型支撑架3的方向滑动，进而松开碳化硅晶棒6。
碳化硅晶棒6的直径为2英寸或4英寸，长度为60mm-100mm。由于生长的碳化硅晶棒本身较短及夹具整个结构的平衡需要，晶棒最长尺寸为100mm；由于在使用多线金刚石线切割方法进行切割时，碳化硅晶棒本身不能太短，并考虑到切割效率，碳化硅晶棒尺寸不小于60mm。
由于生长的碳化硅晶体的长度较短，因此，碳化硅晶棒6可由多段直径相同的加工成圆柱状的碳化硅晶体粘接而成。例如，粘接剂可选用环氧树脂胶。
进一步地，在丝杆7与光孔之间套有耐磨套91，以避免光孔内壁面磨损，延长夹具使用寿命，且在耐磨套91两端安装有固定环92，将丝杆7卡紧定位，以防止丝杆7相对于耐磨套91发生轴向窜动。
此外，L型支撑架3与压紧块5均凸出有台阶，用于支撑碳化硅晶棒6。在加工碳化硅晶棒6时，碳化硅晶棒6的圆柱面下侧支撑在台阶上，此时，台阶是主要的支撑受力部分，而压紧块5只起稳定碳化硅晶棒6的作用，其中，台阶凸出尺寸为2-4mm。
如图2和图3所示，台阶制作为V型台阶的支撑结构，以使碳化硅晶棒具有良好的对中及水平支撑。V型台阶的V型角度为120°，使碳化硅晶棒6稳定放置于V型台阶上且对中性好。
在本发明所述定向夹具中，旋转滑台1可选用浚河精机的型号为B43-110N高精度旋转滑台，该型号的滑台其旋转角度精度可以达到±34″，水平角度调节器2可选用浚河精机的型号为B58-60LC的水平角度调节器，该调节器的精度可达到±34″。
实施例1
首先，把加工成圆柱状的碳化硅晶棒6放置于L型支撑架3及压紧块5的V型台阶上，然后顺时针旋转手柄8，使压紧块5紧压碳化硅晶棒6，固定碳化硅晶棒6。之后，调节旋转角度调整旋钮11，使旋转滑台1的转盘旋转8°并锁紧，如图4所示。在此种状态下，即可对碳化硅晶棒6进行偏8°的衬底斜切加工，经抽样检测得到的16片偏8°斜切衬底的数据如表1所示。
表1：
| 衬底编号 | 0811010 | 0811018 | 0811056 | 0811078 | 0811003 | 0811025 | 0811047 | 0811020 |
| 切割角度 | 8°43″ | 8°54″ | 8°32″ | 8°20″ | 8°40″ | 8°08″ | 8°36″ | 8°29″ |
| 衬底编号 | 0811031 | 0811068 | 08110101 | 0811046 | 0811057 | 0811088 | 0811092 | 0811074 |
| 切割角度 | 8°39″ | 8°22″ | 8°35″ | 8°47″ | 8°38″ | 8°29″ | 8°26″ | 8°46″ |
实施例2
首先，把加工成圆柱状的碳化硅晶棒6放置于L型支撑架3及压紧块5的V型台阶上，然后顺时针旋转手柄8，使压紧块5紧压碳化硅晶棒6，固定碳化硅晶棒6。之后，调节水平角度调节旋钮21，使水平角度调节器倾斜4°并锁紧，如图5所示。在此种状态下，即可对碳化硅晶棒6进行偏4°的衬底斜切加工，经抽样检测得到的16片偏4°斜切衬底的数据如表2所示。
表2：
| 衬底编号 | 0421003 | 0421019 | 0421056 | 0421123 | 0421025 | 0421068 | 0421009 | 0421057 |
| 切割角度 | 4°21″ | 4°05″ | 4°49″ | 4°52″ | 4°46″ | 4°41″ | 4°25″ | 4°00″ |
| 衬底编号 | 0421033 | 0421026 | 0421065 | 0421073 | 0421046 | 0421092 | 0421027 | 0421081 |
| 切割角度 | 4°54″ | 4°39″ | 4°26″ | 4°07″ | 4°43″ | 4°34″ | 4°31″ | 4°20″ |
由表1和表2可知，使用本发明所述碳化硅晶体偏角度加工定向夹具，可以直接以偏0°的晶棒为基础，通过调节旋转角度调整旋钮11或者水平角度调节旋钮21，即调整碳化硅晶棒相对于垂直面或水平面角度，可将其斜切割成不同晶向的衬底，且精度可达到±1′。
Claims (8)
1.一种碳化硅晶体偏角度加工的定向夹具，其特征在于，包括：
旋转滑台，固定连接在切割工作台上，设置有旋转角度调整旋钮，用于调节旋转滑台相对于垂直面的角度，实现斜切4°至8°偏角度衬底；
水平角度调节器，安装于所述旋转滑台上表面，设置有水平角度调节旋钮，用于调节水平角度调节器的角度，实现斜切2°至4°偏角度衬底；
支撑架，设置有支撑架底座，所述支撑架底座固定连接在水平角度调节器上表面，所述支撑架底座上表面固定连接有直线滑轨，所述直线滑轨包括配套安装的轨道和滑块；
压紧块，固定连接在所述滑块上表面，可跟随所述滑块沿所述轨道滑动，用于与所述支撑架夹紧待切割的碳化硅晶棒。
2.根据权利要求1所述的定向夹具，其特征在于，所述滑块内开有螺纹孔，所述支撑架开有光孔，所述定向夹具还包括丝杆，所述丝杆的螺纹一端与所述滑块配合安装，所述丝杆的光轴一端穿过所述光孔，且可相对于所述光孔转动，光轴端部固定连接有手柄，通过旋转手柄使滑块沿所述轨道滑动，进而带动所述压紧块紧压或者松开碳化硅晶棒。
3.根据权利要求2所述的定向夹具，其特征在于，在所述丝杆与所述光孔之间套有耐磨套，且在所述耐磨套两端安装有固定环。
4.根据权利要求1所述的定向夹具，其特征在于，所述支撑架为L型支撑架。
5.根据权利要求4所述的定向夹具，其特征在于，所述L型支撑架与所述压紧块均凸出有台阶，用于支撑碳化硅晶棒。
6.根据权利要求5所述的定向夹具，其特征在于，所述台阶凸出尺寸为2-4mm。
7.根据权利要求6所述的定向夹具，其特征在于，所述台阶为V型台阶。
8.根据权利要求7所述的定向夹具，其特征在于，所述V型台阶的V型角度为120°。
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