一种碳化硅晶体偏角度加工的定向夹具
技术领域
本实用新型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′。
实用新型内容
鉴于以上问题,本实用新型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,本实用新型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,本实用新型具有的优点和有益效果如下:
一、本实用新型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、本实用新型所述定向夹具精度可达到±1′;
三、本实用新型所述定向夹具装夹平稳,结构简单。
附图说明
图1为本实用新型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为本实用新型所述定向夹具切割偏8°衬底的俯视示意图;
图5为本实用新型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,对本实用新型做进一步详细的描述。
图1是本实用新型所述定向夹具优选实施例的结构示意图。如图1所示,本实用新型所述定向夹具,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,本实用新型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。
在本实用新型所述定向夹具中,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,使用本实用新型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′。