CN205237737U - 一种用于碳化硅晶体偏角整形的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于碳化硅晶体偏角整形的装置，包括：夹持晶锭的夹具；调节偏角方向的偏角调节模块；以及吸附于磨床的基底；其中，所述偏角调节模块为双正弦模块。本实用新型可保证碳化硅晶体偏角晶面的一次定向成型，避免了常规偏角整形时多次修正的过程，有效提高了整形效率，且本实用新型操作简单、精度较高。

Description

一种用于碳化硅晶体偏角整形的装置

技术领域

本实用新型涉及对碳化硅晶体进行偏角整形，更具体地，本实用新型涉及一种用于碳化硅晶体偏角整形的装置。

背景技术

碳化硅晶体是第三代宽带隙半导体材料，和第一代硅、第二代砷化镓半导体材料相比，具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率高、电子饱和漂移速率高、电子迁移率高、介电常数小、抗辐射性能强、化学稳定性好等优良的物理化学性质，以及与硅集成电路工艺兼容等特点，优良的性能使得碳化硅晶体成为制造高温、高频、大功率、抗辐射、不挥发存储器件及光电集成器件的优选材料，成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同为第三代宽带隙半导体的氮化镓、氮化铝、氧化锌等单晶材料虽然性能同样优异，但晶体生长制备非常困难，而碳化硅单晶材料经过多年的研究其生长技术已经取得突破，为大规模产业化应用奠定了基础。

将碳化硅晶体应用于器件需加工成一定尺寸的晶片，基本工艺包括晶体生长、晶锭裁切与检测、外径研磨、切片、倒边、表层研磨、蚀刻、抛光等步骤。由于碳化硅晶体硬度很高，仅次于金刚石，这为晶体加工带来很大的困难，特别是外延用的碳化硅衬底片，由于工艺需求其(0001)面必须沿<11̵20>方向进行4度或8度偏转，而碳化硅晶体的生长由于微管控制需求，籽晶可能都是经过多次偏转加工，因此，加工衬底晶片时晶锭端面的磨削量比较大。

目前比较先进的偏角加工方式是在程控磨床上加装在线定向系统，通过万向转台的调节对偏角面进行精确加工，但是这种方式成本比较高。传统的加工方式是利用普通磨穿结合正弦规进行两次定向偏角加工，这种方式加工时间较长、端面磨削量较大。

实用新型内容

鉴于现有技术存在的上述问题，发明人意识到，对于小批量碳化硅晶片偏角加工时如果采用在线定向加工技术，加工成本太高。通过将碳化硅晶体常规的定向磨削技术进行改进以使其满足碳化硅晶体的偏角加工要求，可能可以实现较少磨削量下碳化硅晶体偏角面的一次性定向整形。

鉴于上述认识，本实用新型所要解决的技术问题包括提供一种用于碳化硅晶体偏角整形的装置，可保证碳化硅晶体偏角晶面的一次定向成型，避免了常规偏角整形时多次修正的过程，有效提高了整形效率，且本实用新型操作简单、精度较高。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于碳化硅晶体偏角整形的装置，包括：夹持晶锭的夹具；调节偏角方向的偏角调节模块；以及吸附于磨床的基底；其中，所述偏角调节模块为双正弦模块。

本实用新型所采用的偏角整形装置，通过对双正弦模块十字方位上的量程调节，可以对晶锭进行一次性偏角修正，提高了整形效率。而且，由于减少了定向修正次数，减少了晶锭端面的磨削量，有效提高晶锭的出片率的同时有效降低晶锭的开裂率。

较佳地，所述夹具可采用三爪夹头。

由于碳化硅晶锭多为圆形，夹持晶锭的夹具采用三爪夹头，可提高夹持过程的稳定性。

较佳地，所述夹具具备标准十字方位标刻。由此可便于晶锭偏角方向的精确定位。

较佳地，所述偏角调节模块可由铝合金材料制成。

借助于此，可以有效降低整个装置的重量，便于加工过程中的移动。

较佳地，可通过游标式旋钮调节所述偏角调节模块的量程。

借助于此，可以对晶锭的偏角进行精确调节。

较佳地，所述偏角调节模块具备锁死机构。

借助于此，可以防止整形过程中量程高度发生变化，影响整形精度。

较佳地，所述基底可使用永磁吸盘。

借助于此，这样可以有效降低装置的重量。

采用上述装置可进行碳化硅晶体偏角整形的方法，具体包括：

（1）在待整形的碳化硅晶锭的晶面偏角方向上进行十字定位并标注；

（2）对晶面进行定向，确定偏差角度；

（3）将所述碳化硅晶锭放置于夹具上，所述碳化硅晶锭的十字定位标注与所述夹具的十字定位标记重合后将所述夹具锁死；

（4）利用正弦原理换算晶面十字方向上偏差角度需去除的高度；

（5）将双正弦模块十字方向上量程调整相应高度并锁死；

（6）将夹持好所述碳化硅晶锭的装置置于平面磨床上吸附后进行磨削整形。

根据本实用新型的加工方法，可保证碳化硅晶体偏角晶面的一次定向成型，避免了常规偏角整形时多次修正的过程，有效提高了整形效率，且本实用新型操作简单、精度较高。

根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本实用新型的上述内容及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一实施形态的用于碳化硅晶体偏角整形的装置的结构示意图；

图2示出了图1所示装置中碳化硅晶锭生长端面的十字标刻的示意图；

图3示出了采用图1所示装置夹持碳化硅晶锭的示意图；

附图标记：

1、晶锭（晶体），

2、夹具，

21、夹头，

3、偏角调节模块，

31、量块，

4、基底，

5、游标式旋钮，

6、锁死机构，

7、晶锭生长端面（（0001）面），

A、标刻线。

具体实施方式

以下，参照附图，并结合下述实施方式进一步说明本实用新型。应理解附图及下述实施方式仅是示例性地说明本实用新型，并不是限定本实用新型，在本实用新型的宗旨和范围内，下述实施方式可有多种变更。

针对目前晶体偏角加工方式中存在的种种不足之处，本实用新型提供了一种用于碳化硅晶体偏角整形的装置，包括：夹持晶锭的夹具；调节偏角方向的偏角调节模块；以及吸附于磨床的基底；其中，所述偏角调节模块为双正弦模块。

<偏角整形装置>

图1示意性地示出了本实用新型一实施形态的用于碳化硅晶体偏角整形的装置，图2示出了图1所示装置中碳化硅晶锭生长端面的十字标刻的示意图；图3示出了采用图1所示装置夹持碳化硅晶锭的示意图。如图1所示，该装置可包括夹持晶体1的夹具2、调节偏角方向的偏角调节模块3和吸附于磨床的基底4。

其中，夹具2可以承载且夹持碳化硅晶锭1，而且如图3所示，夹具2可采用三爪夹头21，可提高夹持过程的稳定性。另外，如图2和图3所示，夹具2上需进行标准十字方位标刻，便于晶体偏角方向的定位。

本实用新型中，上述调节偏角方向的偏角调节模块3为双正弦模块，如图1所示，双正弦模块3由X方向的正弦模块和Y方向的正弦模块叠加而成，X方向以O为旋转轴调节偏角φ，同时Y方向以Oˊ为旋转轴调节偏角φ'，实现X、Y两个方向的偏角一次修正完成。双正弦模块3的上方与夹具2连接，下方与基底4连接。如图1所示，该偏角调节模块3中的十字方位上的轴长L与L'为固定值，通过对待整形晶锭偏角方向上进行定向确定十字方位上的偏角φ和φ'，根据双正弦公式：

H = L·Sinφ；

H' = L'·Sinφ'；

可以计算出十字方向上量程需调节的高度H和H'。通过调节量程H和H'可实现碳化硅晶体偏角面的一次性定向整形。

本实施形态中，双正弦模块3的通用材料为铁质材料，但是易生锈且重量较重。较佳地，可使用铝合金材料，不生锈且轻便。

本实施形态中，双正弦模块3调节偏角大小的量程可用标准量块，但是需准备较多不同厚度的量块来进行匹配。以某晶锭X、Y方向的偏角修正量程分别为3.45mm和1.73mm为例，则需要用到的标准量块包括1mm、2mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.01mm、0.02mm、0.05mm，通过组合得到所需量程，操作较繁琐且累计误差较大。较佳地，可使用游标式旋钮调节该双正弦模块3的量程，简便且精度较高。如图1所示，若将量块31改成游标式旋钮5，同样以上述某晶锭X、Y方向的偏角修正量程分别为3.45mm和1.73mm为例，则只要通过将X和Y方向上的游标式旋钮分别调整到相应数值即可，操作非常简便且精度较高。

此外，吸附于磨床（图示省略）的基底4，可以使用较平整的铁板，但是易生锈且重量较重。较佳地，可以使用永磁吸盘，可有效降低整个装置的重量。

<加工方法>

本实用新型所用的碳化硅晶锭可为单晶，其可采用常用的物理气相传输法生长所得或市场购买。本领域技术人员可以根据现有技术的相关技术进行制备。采用的晶锭的规格可以各异，下面采用圆形碳化硅晶锭为例。但应理解，其他规格的碳化硅晶锭也是适用的。

将碳化硅晶锭生长端面进行整形。在本实用新型中，优选整形为平面状，所整形平面大小适合定向即可。应理解，所整形平面也可稍大或稍小。

接着，可对经过端面处理后的晶锭进行（11-20）面的预磨，预磨面的大小以适合定向为宜。

对预磨（11-20）面进行定向矫正，矫正至定向偏差小于30′即可。

以矫正后（11-20）面为基准，在生长端面上进行十字方位标刻，如图2所示。

对上述标刻的生长面进行定向，确认定向角度与所需偏角的差值。应理解，这里的定向是沿标刻的十字方向上的定向。

接着，将定好向的碳化硅晶锭置于上述的偏角整形装置的夹具2上，调整晶体的十字定位标注与夹具2的十字定位标记重合后将夹具2锁死，如图3所示。

根据上述偏角差值，根据双正弦公式换算所需调节的量程高度H和H'，并调节上述偏角整形装置中的双正弦模块3的量程至相应高度后锁死。

在一个示例中，所需衬底片的偏角为4°，晶锭沿（11-20）的x方向的晶向偏差为2°，y方向的晶向偏差为1°，则该晶锭需沿-x方向去除2°（φ），同时沿y方向去除1°（φ'）。应理解，这里的晶向偏差是指定向数据与正角（绝对零度）状态的差值。根据双正弦公式：H = L·Sinφ；

H' = L'·Sinφ'（本示例中的中心轴长L＝100mm，L'＝50mm）；

可换算出该晶锭在x方向上的量程调节高度H为3.49mm，在y方向上的量程调节为1.75mm，将本实用新型中偏角整形装置双正弦模块3中的量程调节至相应高度即可。

将上述偏角整形装置置于磨床上吸附后可进行偏角面的磨削加工。

上述整形过程可采用平面磨床加工，上述经过整形的晶锭端面的定向偏差小于10′。

表1列出了碳化硅晶体常规偏角整形与采用本实用新型的偏角整形装置之间的一些效果对比。可知，经本实用新型装置及方法进行碳化硅晶体偏角整形，使用简便、加工时间短、加工精度高、材料损耗少。

表1：常规偏角整形与本实用新型的效果对比：

	端面磨削次数	加工时间	加工精度	材料损耗	实用性
						常规整形	正反各2次	长	一般	相对较高	相对繁琐
本实用新型	正反各1次	短	较高	较低	较简便

产业应用性：本实用新型的偏角整形装置配合普通定向仪、普通平面磨床即可进行碳化硅晶体的偏角整形，使用成本较低。本实用新型的加工方法操作简便、加工时间短、加工精度高，材料损耗少，适合广泛用于小批量或实验性碳化硅衬底片的偏角加工，具有很大的产业应用性。

在不脱离本实用新型的基本特征的宗旨下，本实用新型可体现为多种形式，因此本实用新型中的实施形态是用于说明而非限制，由于本实用新型的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种用于碳化硅晶体偏角整形的装置，其特征在于，包括：

夹持晶锭的夹具；

调节偏角方向的偏角调节模块；以及

吸附于磨床的基底；

其中，所述偏角调节模块为双正弦模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述夹具采用三爪夹头。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述夹具具备标准十字方位标刻。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏角调节模块由铝合金材料制成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过游标式旋钮调节所述偏角调节模块的量程。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏角调节模块具备锁死机构。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述基底为永磁吸盘。