CN114369875A - 一种用于碳化硅晶片退火的装置 - Google Patents

一种用于碳化硅晶片退火的装置 Download PDF

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陈秀芳
张木青
徐现刚
王垚浩
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Abstract

本申请提供了一种用于碳化硅晶片退火的装置，通过在坩埚体内设有一层或多层用于放置碳化硅晶片的夹层板，并且设置各夹层板沿坩埚体的轴向方向排布，相邻的夹层板之间具有一定的间距。这样，在碳化硅晶片退火时，在各夹层板上分别摞若干片碳化硅晶片，与将所有的碳化硅晶片直接摞在一起相比，可以有效防止碳化硅晶片的晶片重量增加，导致晶片之间压得过紧，氧化后难分离的问题。同时，在各夹层板上开设通孔，可以保证空气的流通，进而可以保证各晶片之间的空气流通，有助于减少晶片黏连。因此，本申请实施例可以解决碳化硅晶片退火后晶片不好分离的问题，可以有效降低裂片、破片率，还可以在坩埚内放置更多的晶片，提高退火效率并降低生产成本。

Description

一种用于碳化硅晶片退火的装置
技术领域
本申请涉及晶体材料加工技术领域，尤其涉及一种用于碳化硅晶片退火的装置。
背景技术
碳化硅(SiC)是第三代半导体材料的典型代表，与第一代Si和第二代GaAs半导体材料相比，具有热导率高、禁带宽度宽、化学稳定性高、抗辐射能力强等优异的综合性能。这使SiC半导体材料被用于制备高功率电力电子器件和微波器件，并已在高压电力传输、5G通信、电动汽车等领域获得广泛应用，SiC半导体材料和器件目前已成为各国争相发展的产业。
物理气相传输法是目前生长SiC单晶的主流方法。其中，在SiC单晶生长的过程中，为了扩大单晶尺寸、提高单晶质量和减少晶体缺陷等，通常需要晶体生长界面呈微凸状。由于生长界面微凸，导致晶体中心区域的生长速度要比边缘区域的生长速度快，也就是中心区域轴向温度梯度要大于边缘区域轴向温度梯度，结果就会造成与籽晶平行的同一平面的晶体生长速度和生长时间不同，进而造成晶体内部产生应力。另外，晶体后续还要经过切割、研磨等加工步骤，这又会引入表面应力。因此，在晶体加工过程中，需要对碳化硅晶片(简称晶片)进行退火处理，以降低晶片应力。
目前，通常采用退火炉对碳化硅晶片进行退火。具体的，首先，碳化硅晶片摞在一起放入坩埚内；然后，将坩埚竖直放置在退火炉中进行晶片的退火、即使碳化硅晶片与水平面相平行或近似平行。但是，当晶片尺寸增大到6至8英寸后，由于晶片尺寸增大，使得晶片重量增加以及晶片之间接触面积大，所以，当大量晶片摞在一起时，会造成退火完成后，因晶片氧化作用使晶片不好分离，进而会引起裂片、破片现象，从而降低成品合格率。
发明内容
针对上述问题，本申请实施例提供了一种用于碳化硅晶片退火的装置。
本申请实施例提供的用于碳化硅晶片退火的装置，包括坩埚体、与所述坩埚体活动连接的坩埚盖，其中：
所述坩埚体内设有一层或多层用于放置碳化硅晶片的夹层板，各所述夹层板沿所述坩埚体的轴向方向排布，相邻的所述夹层板之间具有一定的间距。
所述夹层板上开设有通孔。
可选地，所述坩埚体的内壁上设置有用于支撑所述夹层板的凸台，所述夹层板活动放置在所述凸台上；
所述夹层板的外径小于所述坩埚体的内径。
可选地，各所述凸台由多个独立的子凸台组成。
可选地，沿所述坩埚体的底部至顶部方向，各所述夹层板的外径依次增大；
所述坩埚体的内壁上设置有突出于所述内壁的定位部件，各所述定位部件分别位于所述夹层板与所述坩埚体的内壁所形成的缝隙处，所述定位部件与所述夹层板的间距小于预设值。
可选地，沿所述坩埚体的底部至顶部方向，所述坩埚体分为至少两个子坩埚体，相邻的所述子坩埚体活动连接；
各所述子坩埚体内设有一层所述夹层板，所述夹层板与所述子坩埚体的内壁固定连接。
可选地，所述坩埚体的内径为所述碳化硅晶片直径的1.2～1.5倍。
可选地，所述夹层板的外径比所述坩埚体的内径小2～20mm。
可选地，所述夹层板为氧化铝夹层板或氧化锆夹层板；所述坩埚体为氧化铝坩埚体或氧化锆坩埚体。
可选地，所述夹层板的厚度为5～10mm。
可选地，相邻所述夹层板之间的间距为15～20mm。
本申请实施例提供的用于碳化硅晶片退火的装置，通过在坩埚体内设有一层或多层用于放置碳化硅晶片的夹层板，并且设置各夹层板沿坩埚体的轴向方向排布，相邻的夹层板之间具有一定的间距。这样，在碳化硅晶片退火时，在各夹层板上分别摞若干片碳化硅晶片，与将所有的碳化硅晶片直接摞在一起相比，可以有效防止碳化硅晶片的晶片重量增加，导致晶片之间压得过紧，引起氧化后难分离的问题。同时，在各夹层板上开设通孔，可以保证空气的流通，进而可以保证各晶片之间的空气流通，有助于减少晶片黏连。因此，本申请实施例提供的坩埚，可以解决碳化硅晶片退火氧化作用，所导致的晶片不好分离的问题，可以有效降低裂片、破片率，并且，可以在坩埚内放置更多的晶片，有助于提高退火效率，降低生产成品，尤其适用于大尺寸碳化硅晶片的退火。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的第一种用于碳化硅晶片退火的装置的基本结构示意图；
图2为图1中夹层板的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的第二种用于碳化硅晶片退火的装置的基本结构示意图；
图4为图3中坩埚体的截面结构示意图；
图5为夹层板装入坩埚体后的截面结构示意图；
图6为本申请实施例提供的第三种用于碳化硅晶片退火的装置的拆分结构示意图；
图7为本申请实施例提供的第三种用于碳化硅晶片退火的装置的组装结构示意图；
图8为碳化硅晶片装入图7中的坩埚体后的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
针对现有的坩埚在进行大尺寸碳化硅晶片退火时，存在退火后难分离的问题，本申请实施例提供了分层式的坩埚，尤其适用于大尺寸碳化硅晶片的退火。
图1为本申请实施例提供的第一种用于碳化硅晶片退火的装置的基本结构示意图。如图1所示，本实施例提供的晶片退火装置主要包括坩埚本体10以及夹层板20。
其中，坩埚本体10可以采用氧化铝或氧化锆等可耐高温、耐氧化的材料组成。在结构上，坩埚本体10可以分为坩埚盖11和坩埚体12两部分。坩埚盖11与坩埚体12为可拆卸连接，其中，两者具体连接方式可以采用螺纹连接、螺钉连接等，本实施例不做具体限定。坩埚体12由底壁、以及从底壁上延伸出的侧壁组成，其形状可以为圆筒形，当然也可以为其它形状。考虑到热传导需求以及方便取放碳化硅晶片，设置坩埚体12的内径为碳化硅晶片直径的1.2～1.5倍，但并不限于该数值范围。
进一步的，坩埚体12内部设计为由一个或一个以上的夹层板20隔开的分层结构，本实施例中采用4层夹层板20，其中，根据工艺需求，设计层间高度为15～20mm，但并不限于该数值范围。为了支撑夹层板20，坩埚体12的内壁上设置有凸台30，根据设计的层间高度需求，设置各层凸台30间的间距，同时，凸台30的内径小于夹层板20的外径，并且，夹层板20的外径小于坩埚体12的内径，例如，设置夹层板20的外径比坩埚体12的内径小2～20mm，以实现夹层板20可以自如地从坩埚体12中取出、以及放入坩埚体12内。
图2为图1中夹层板的结构示意图。如图2所示，本实施例中的夹层板20可以采用氧化铝或氧化锆等可耐高温、耐氧化的材料组成。考虑到表面平整度以及承重要求，设置其厚度为5～10mm，但并不是限于该数值范围。为了保证各层之间的空气流通性，如图2所示，本实施例在夹层板20上开设有多个圆形的通孔21。需要说明的是，上述通孔21并不是限于是圆孔形状，还可以是长条状、三角状、不规则形状等任意形状。
利用上述坩埚，在碳化硅晶片退火时，在各夹层板20上分别摞若干片碳化硅晶片，与将所有的碳化硅晶片直接摞在一起相比，可以有效防止碳化硅晶片的晶片重量增加，使得晶片之间挤压过紧，导致氧化后难分离的问题。同时，在各夹层板20上开设通孔21，可以保证空气的流通，进而可以保证各晶片之间的空气流通，有助于减少晶片黏连。因此，本申请实施例提供的坩埚，可以解决碳化硅晶片退火氧化作用，所导致的晶片不好分离的问题，可以有效降低裂片、破片率，并且，可以在坩埚内放置更多的晶片，提高退火效率，降低生产成品。本申请实施例提供的晶片退火装置，尤其适用于大尺寸碳化硅晶片的退火。
图3为本申请实施例提供的第二种用于碳化硅晶片退火的装置的基本结构示意图。如图3所示，本实施例中的装置与上述实施例相比，其主要区别在于：由坩埚底部至顶部方向(本实施例将坩埚体靠近坩埚盖的方向称为其顶部)，凸台30的内径d依次增大，即d1＜d2＜d3＜d4，并且，与之相适应的，各层夹层板20的内径也依次增大，优选地，各夹层板20的外径小于位于其顶部凸台30的内径。这样，在装碳化硅晶片时，可以更为方便的将各夹层板20放入坩埚体12内。
图4为图3中坩埚体的截面结构示意图，图5为夹层板装入坩埚体后的截面结构示意图。如图4和5所示，本实施例中，还将凸台30设计为由多个独立的子凸台组成。这样，夹层板20装到凸台30上以后，夹层板20与坩埚体12之间还具有一定的间隙50，进而可以更有利于空气的流通性。
进一步的，为了保证夹层板20与坩埚体12之间的间隙50的大小更为均匀，本实施例还在坩埚体12的内壁上设置有突出于其内壁的定位部件40，各定位部件40分别位于夹层板20与坩埚体12的内壁所形成的缝隙处，并且，定位部件40与夹层板20的间距小于预设值，例如，小于0.2mm或0.3mm。利用定位部件40对夹层板20的限位，进而可以实现夹层板20的中轴与坩埚体12的中轴近似重合，进而可以保证夹层板20外周的间隙50的均匀性。
图6为本申请实施例提供的第三种用于碳化硅晶片退火的装置的拆分结构示意图，图7为本申请实施例提供的第三种用于碳化硅晶片退火的装置的组装结构示意图。如图6和7所示，本实施例与上述实施例的主要区别在于：沿坩埚体12的轴向方向，坩埚体12分为至少两个子坩埚体，本实施例将其分为四层，分别为第一子坩埚体121、第二子坩埚体122、第三子坩埚体123以及第四子坩埚体124。相邻的子坩埚体活动连接，具体可以采用螺纹连接、卡接等连接方式。
同时，在每层子埚体内设有一层夹层板20，本实施例设置个夹层板20与子坩埚体的内壁固定连接。图8为碳化硅晶片装入图7中的坩埚体后的示意图。如图8所示，在碳化硅晶片退火时，在每层子坩埚体内放入碳化硅晶片60，本实施例以每层叠放12片晶片为例，然后将各层子坩埚体依次按照在一起后，放入退火炉即可。本实施例与上述实施例相比，在碳化硅晶片退火时，无需拆装夹层板20，更为便捷。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的公开后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，包括坩埚体、与所述坩埚体活动连接的坩埚盖，其中：
所述坩埚体内设有一层或多层用于放置碳化硅晶片的夹层板，各所述夹层板沿所述坩埚体的轴向方向排布，相邻的所述夹层板之间具有一定的间距；
所述夹层板上开设有通孔。
2.根据权利要求1所述的用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，所述坩埚体的内壁上设置有用于支撑所述夹层板的凸台，所述夹层板活动放置在所述凸台上；
所述夹层板的外径小于所述坩埚体的内径。
3.根据权利要求2所述的用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，各所述凸台由多个独立的子凸台组成。
4.根据权利要求3所述的用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，沿所述坩埚体的底部至顶部方向，各所述夹层板的外径依次增大；
所述坩埚体的内壁上设置有突出于所述内壁的定位部件，各所述定位部件分别位于所述夹层板与所述坩埚体的内壁所形成的缝隙处，所述定位部件与所述夹层板的间距小于预设值。
5.根据权利要求1所述的用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，沿所述坩埚体的轴向方向，所述坩埚体分为至少两个子坩埚体，相邻的所述子坩埚体活动连接；
各所述子坩埚体内设有一层所述夹层板，所述夹层板与所述子坩埚体的内壁固定连接。
6.根据权利要求1所述的用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，所述坩埚体的内径为所述碳化硅晶片直径的1.2～1.5倍。
7.根据权利要求2所述的用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，所述夹层板的外径比所述坩埚体的内径小2～20mm。
8.根据权利要求1所述的用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，所述夹层板为氧化铝夹层板或氧化锆夹层板；
所述坩埚体为氧化铝坩埚体或氧化锆坩埚体。
9.根据权利要求8所述的用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，所述夹层板的厚度为5～10mm。
10.根据权利要求1所述的用于碳化硅晶片退火的装置，其特征在于，相邻所述夹层板之间的间距为15～20mm。
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