一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺

摘要

本发明公开了一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺，具体包括以下步骤：S1、先将待处理的碳化硅半导体材料放置于旋转式CVD反应装置中，然再密封反应装置；S2、沉积结晶处理；S3、更换下一批待处理的半导体材料，重复步骤处理，本发明涉及碳化硅半导体材料加工技术领域。该可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺，可实现通过将罩体与反应器主体之间进行既快速又方便的拆卸处理，很好的达到了通过将罩体进行快速开合，来使生产人员能够进行快速卸料和上料的目的，可实现通过对CVD反应器内部的材料放置结构进行创新，来适应大批量生产，能够实现一次处理更多样品，使生长的晶体更加均匀，大大提升了生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅半导体材料加工技术领域，具体为一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺。

背景技术

半导体材料碳化硅(SiC)材料，具有高临界击穿场强、高的热导率、高的电子饱和漂移速率、优越的机械特性和物理、化学稳定性等特点，在高温、高频、大功率、抗辐射等领域，尤其是高温或强腐蚀性等恶劣环境中具有巨大的应用潜力，SiC作为一种具有极高应用价值和广阔市场前景的半导体材料，随着单晶生长技术和外延薄膜生长技术的不断发展，已受到国内外半导体行业的极大关注，目前，化学气相沉积法(CVD)是制备SiC外延膜的主要方法，所谓CVD技术，就是将化合物气体如SiH

参考中国专利公开号为CN104538289A的一种多片碳化硅半导体材料制造装置包括主腔室，进气系统，石墨托，感应加热线圈，旋转系统和排气系统；所述进气系统用于向所述主腔室输入材料生长所需的气体；所述石墨托用于放置衬底材料，位于所述进气系统下方；所述感应加热线圈用于加热，位于所述石墨托下方；所述旋转系统与所述石墨托连接，用于带动所述石墨托进行旋转；所述排气系统用于向主腔室外部排出反应后的废气，简易、灵活、多用、压力调节范围宽、容量大、易于控制，有较高的生长温度，最高可达到1700℃。

参考中国转轮公开号为CN209702321U的一种多晶硅CVD反应器，通过双层环管控制不同内外混合型布置的进气喷嘴实现分圈分区控制；双层进气系统结构混合型电极排布结构和进气喷嘴与电极的综合布置，可以实现气相的可变调节，根据硅的气相沉积工艺过程调节气相的流量和流速，优化气相流动与温度，提高原料气的转化率，同时避免炉筒内侧的冷却壁面带走过多热量，降低热量损耗。可以提高反应选择性，提高产量，降低消耗。同时，该优化设计使得反应器的制造成本有效降低，占地空间小，有利于大规模用于生产

综合分析以上参考专利，可得出以下缺陷：

1)现有的CVD反应器大多是直接采用罩体和反应器本体进行分离式设计，当反应器内部的碳化硅半导体材料外延层生长完成后，需要将罩体打开，取出，更换下一批碳化硅半导体材料进行处理，现有的罩体与反应器主体之间通过单一的螺栓连接，每次拆卸打开十分不方便，例如参考专利CN209702321U的一种多晶硅CVD反应器，通过单一的采用螺栓连接，不能实现通过将罩体与反应器主体之间进行既快速又方便的拆卸处理，无法达到通过将罩体进行快速开合，来使生产人员能够进行快速卸料和上料的目的，从而对碳化硅半导体生产企业的十分不利。

2)现有的CVD反应器一次制备碳化硅半导体材料较少，生产效率低，例如参考专利CN104538289A的一种多片碳化硅半导体材料制造装置和CN209702321U的一种多晶硅CVD反应器，均是采用单一的加热底盘，来放置待处理的半导体材料，只能适用于一些小批量半导体材料的生产，而对于大批量或不同类型的半导体材料的生产，则十分不适用，不能实现通过对CVD反应器内部的材料放置结构进行创新，来适应大批量生产。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺，解决了现有的CVD反应器罩体与反应器主体之间通过单一的螺栓连接，每次拆卸打开十分不方便，不能实现通过将罩体与反应器主体之间进行既快速又方便的拆卸处理，同时现有的CVD反应器一次制备碳化硅半导体材料较少，生产效率低的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺，具体包括以下步骤：

S1、先将待处理的碳化硅半导体材料放置于旋转式CVD反应装置中，然再密封反应装置；

S2、将反应物先被加热到一定温度，达到足够高的蒸汽压，再用载气送入步骤S1的旋转式CVD反应装置中，化学反应器中反应产物就会沉积到被涂物表面，废气被导向碱性吸收或冷阱；

S3、一批碳化硅半导体材料处理完成后，通过外部设备将罩体打开，取下处理完成后的半导体材料，并更换下一批待处理的半导体材料，重复步骤S1-S2，直至将全部碳化硅半导体材料处理完成为止。

其中，所述步骤S1和步骤S2中旋转式CVD反应装置，包括底座以及底座顶部通过开合组件卡接安装的密封罩体，所述底座凸台的顶部通过支架固定安装有驱动组件，且驱动组件的两端均设置有转篮机构，所述底座的底部分别连通有进气管和排气管。

所述开合组件包括顶部固定安装的安装盘，所述安装盘的顶部开设有安装通孔，且安装通孔的内壁开设有挤压槽，所述挤压槽内壁的顶部和底部均通过弹簧固定连接有弹板，且两个弹板远离弹簧的一侧均固定安装有电磁开关，所述安装盘的顶部开设有四个凹槽，且安装通孔的内部均通过粘合剂粘附有橡胶密封垫片。

所述转篮机构包括固定安装于固定安装于驱动组件输出轴上的旋转架，所述旋转架上通过阻尼组件转动连接有吊篮，所述吊篮的一侧设置有锁止组件，且吊篮内壁的一侧通过连接件固定安装有缓冲组件，所述缓冲组件的一端通过转动件转动连接有第一弧形夹板，且吊篮内壁的另一侧通过轴承转动连接有转杆，所述转杆的一端固定连接有第二弧形夹板，且转杆的另一端固定连接有限位盘。

优选的，所述缓冲组件包括固定安装于吊篮内壁上的套筒，且套筒的内部通过弹簧固定连接有T形缓冲杆，所述T形缓冲杆的一端通过轴承与第一弧形夹板的一侧转动连接。

优选的，所述阻尼组件包括固定安装于旋转架上的盒体以及固定安装于吊篮上的阻尼杆，所述阻尼杆的一端贯穿盒体并延伸至盒体的内部，且阻尼杆延伸至盒体内部的一端通过轴承与盒体的内壁转动连接。

优选的，所述阻尼杆位于盒体内部的外表面固定连接有阻尼板，且盒体的内部固定连接有挡片，所述挡片的一侧通过弧形阻尼扭簧固定连接有拨片，且拨片能够在盒体的内部滑动。

优选的，所述锁止组件包括固定安装于吊篮上的限位盒，所述限位盒的内部通过弹簧固定安装有拉手，且拉手的一侧固定连接有两个与限位盘相适配的限位杆。

优选的，所述驱动组件包括通过L形连接架固定安装与底座底部的驱动电机以及通过安装架固定安装于底座顶部的箱体，所述驱动电机的输出轴通过联轴器固定连接有驱动轴，所述驱动轴的顶端依次贯穿底座和箱体并延伸至箱体的内部，且驱动轴延伸至箱体内部的一端固定连接有第一锥齿轮，所述箱体的内部通过轴承转动连接有传动轴。

优选的，所述传动轴的两端均贯穿箱体并延伸至箱体的外部，且传动轴延伸至箱体外部的一端均与旋转架进行固定连接，所述传动轴位于箱体内部的外表面固定连接有与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮。

优选的，所述密封罩体的顶部固定安装有电磁吸盘，且密封罩体的底部固定安装有四个与凹槽相适配的吸铁。

优选的，所述密封罩体的外表面上分别固定安装有控制器、控制面板和警示灯。

优选的，单个所述旋转架上至少安装有八个吊篮。

(三)有益效果

本发明提供了一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺，其开合组件包括顶部固定安装的安装盘，安装盘的顶部开设有安装通孔，且安装通孔的内壁开设有挤压槽，挤压槽内壁的顶部和底部均通过弹簧固定连接有弹板，且两个弹板远离弹簧的一侧均固定安装有电磁开关，安装盘的顶部开设有四个凹槽，且安装通孔的内部均通过粘合剂粘附有橡胶密封垫片，可实现通过将罩体与反应器主体之间进行既快速又方便的拆卸处理，很好的达到了通过将罩体进行快速开合，来使生产人员能够进行快速卸料和上料的目的，无需花费大量的时间进行罩体的开合，更换方便快捷，从而对碳化硅半导体生产企业的十分有益。

(2)、该可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺，其转篮机构包括固定安装于固定安装于驱动组件输出轴上的旋转架以及设置于吊篮一侧的锁止组件，旋转架上通过阻尼组件转动连接有吊篮，且吊篮内壁的一侧通过连接件固定安装有缓冲组件，缓冲组件的一端通过转动件转动连接有第一弧形夹板，且吊篮内壁的另一侧通过轴承转动连接有转杆，转杆的一端固定连接有第二弧形夹板，且转杆的另一端固定连接有限位盘，可实现通过对CVD反应器内部的材料放置结构进行创新，来适应大批量生产，通过采用旋转吊篮式放料，能够实现一次处理更多样品，同时进行旋转式处理，使生长的晶体更加均匀，大大提升了生产效率，不仅能适用于一些小批量半导体材料的生产，而对于大批量或不同类型的半导体材料的生产也适用。

(3)、该可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺，其锁止组件包括固定安装于吊篮上的限位盒，限位盒的内部通过弹簧固定安装有拉手，且拉手的一侧固定连接有两个与限位盘相适配的限位杆，可方便对吊篮内放置的片状样品进行反面，当片料的上表面处理完成还有，只需打开限位组件，旋转样品即可实现反面，从而大大方便了人们的使用。

(4)、该可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺，其阻尼组件包括固定安装于旋转架上的盒体以及固定安装于吊篮上的阻尼杆，阻尼杆的一端贯穿盒体并延伸至盒体的内部，且阻尼杆延伸至盒体内部的一端通过轴承与盒体的内壁转动连接，可实现当吊篮旋转时，能够进行缓慢阻尼旋转，减小吊篮在旋转架上晃动的幅度，避免由于吊篮晃动幅度较大，影响样品上晶体的生长情况，从而保证了样品的正常处理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明密封罩体的结构示意图；

图3为本发明结构的剖视图；

图4为本发明图3中A处的局部放大图；

图5为本发明安装盘结构的俯视图；

图6为本发明安装盘内部的俯视图；

图7为本发明转篮机构的侧视图；

图8为本发明吊篮内部的侧视图；

图9为本发明图8中B处的局部放大图；

图10为本发明锁止组件和限位盘的结构示意图；

图11为本发明第一弧形夹板和第二弧形夹板结构的俯视图；

图12为本发明阻尼组件的剖视图。

图中，1底座、2开合组件、21安装盘、22安装通孔、23挤压槽、24弹板、25电磁开关、26凹槽、27橡胶密封垫片、3密封罩体、4驱动组件、41驱动电机、42箱体、43驱动轴、44第一锥齿轮、45传动轴、46第二锥齿轮、5转篮机构、51旋转架、52阻尼组件、521盒体、522阻尼杆、523阻尼板、524挡片、525弧形阻尼扭簧、526拨片、53吊篮、54锁止组件、541限位盒、542拉手、543限位杆、55缓冲组件、551套筒、552T形缓冲杆、56第一弧形夹板、57转杆、58第二弧形夹板、59限位盘、6进气管、7排气管、8电磁吸盘、9吸铁、10控制器、11控制面板、12警示灯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-12，本发明实施例提供一种技术方案：一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺，具体包括以下步骤：

S1、先将待处理的碳化硅半导体材料放置于旋转式CVD反应装置中，然再密封反应装置；

S2、将反应物先被加热到一定温度，达到足够高的蒸汽压，再用载气送入步骤S1的旋转式CVD反应装置中，化学反应器中反应产物就会沉积到被涂物表面，废气被导向碱性吸收或冷阱；

S3、一批碳化硅半导体材料处理完成后，通过外部设备将罩体打开，取下处理完成后的半导体材料，并更换下一批待处理的半导体材料，重复步骤S1-S2，直至将全部碳化硅半导体材料处理完成为止；

其中，步骤S1和步骤S2中旋转式CVD反应装置，包括底座1以及底座1顶部通过开合组件2卡接安装的密封罩体3，底座1凸台的顶部通过支架固定安装有驱动组件4，且驱动组件4的两端均设置有转篮机构5，底座1的底部分别连通有进气管6和排气管7，密封罩体3的外表面上分别固定安装有控制器10、控制面板11和警示灯12，控制器10包括中央处理模块和时间继电模块，通过中央控制模块进行电气设备控制，同时通过时间继电模块进行计时反馈控制，中央处理模块的型号为ARM9，且时间继电模块的型号为7PR4040。

由图4-6所示，本发明实施例中，开合组件2包括顶部固定安装的安装盘21，安装盘21的顶部开设有安装通孔22，且安装通孔22的内壁开设有挤压槽23，挤压槽23内壁的顶部和底部均通过弹簧固定连接有弹板24，且两个弹板24远离弹簧的一侧均固定安装有电磁开关25，电磁开关25的型号为DZ47-40A，安装盘21的顶部开设有四个凹槽26，且安装通孔22的内部均通过粘合剂粘附有橡胶密封垫片27，橡胶密封垫片27具有很好的弹性，从而保证密封效果。

由图7、8、10和11所示，本发明实施例中，转篮机构5包括固定安装于固定安装于驱动组件4输出轴上的旋转架51，旋转架51上通过阻尼组件52转动连接有吊篮53，单个旋转架51上至少安装有八个吊篮53，吊篮53的一侧设置有锁止组件54，且吊篮53内壁的一侧通过连接件固定安装有缓冲组件55，缓冲组件55的一端通过转动件转动连接有第一弧形夹板56，且吊篮53内壁的另一侧通过轴承转动连接有转杆57，转杆57的一端固定连接有第二弧形夹板58，且转杆57的另一端固定连接有限位盘59，缓冲组件55包括固定安装于吊篮53内壁上的套筒551，且套筒551的内部通过弹簧固定连接有T形缓冲杆552，T形缓冲杆552的一端通过轴承与第一弧形夹板56的一侧转动连接。

由图12所示，本发明实施例中，阻尼组件52包括固定安装于旋转架51上的盒体521以及固定安装于吊篮53上的阻尼杆522，阻尼杆522的一端贯穿盒体521并延伸至盒体521的内部，且阻尼杆522延伸至盒体521内部的一端通过轴承与盒体521的内壁转动连接，阻尼杆522位于盒体521内部的外表面固定连接有阻尼板523，且盒体521的内部固定连接有挡片524，挡片524的一侧通过弧形阻尼扭簧525固定连接有拨片526，且拨片526能够在盒体521的内部滑动。

由图9所示，本发明实施例中，锁止组件54包括固定安装于吊篮53上的限位盒541，限位盒541的内部通过弹簧固定安装有拉手542，且拉手542的一侧固定连接有两个与限位盘59相适配的限位杆543。

由图3所示，本发明实施例中，驱动组件4包括通过L形连接架固定安装与底座1底部的驱动电机41以及通过安装架固定安装于底座1顶部的箱体42，驱动电机41是采用型号为EDSMT-2T的伺服电机，驱动电机41的输出轴通过联轴器固定连接有驱动轴43，驱动轴43的顶端依次贯穿底座1和箱体42并延伸至箱体42的内部，且驱动轴43延伸至箱体42内部的一端固定连接有第一锥齿轮44，箱体42的内部通过轴承转动连接有传动轴45，传动轴45的两端均贯穿箱体42并延伸至箱体42的外部，且传动轴45延伸至箱体42外部的一端均与旋转架51进行固定连接，传动轴45位于箱体42内部的外表面固定连接有与第一锥齿轮44相啮合的第二锥齿轮46。

本发明实施例中，密封罩体3的顶部固定安装有电磁吸盘8，电磁吸盘8是采用型号为X11的与机械手设备适配的电磁吸盘，且密封罩体3的底部固定安装有四个与凹槽26相适配的吸铁9。

使用前，首先将进气管6与外界的反应物高压蒸汽设备的出气口连通，并将排气管7与外界的尾气回收设备连通，从而使整个CVD反应器与外界设备形成一个处理系统，再通过控制面板11将控制程序录入控制器10的中央处理器内，控制程序包括驱动电机41的工作输出功率和一次处理时间，然后将电磁吸盘8与外界的机械手自动化设备连接，并将外界机械手设备的控制终端与控制器10进行电连接。

装料：推开第一弧形夹板56，将待处理的碳化硅半导体片材安装与第一弧形夹板56和第二弧形夹板58之间，松开第一弧形夹板56，第一弧形夹板56会分别在T形缓冲杆552和弹簧的作用下复位，将碳化硅半导体片材夹紧安装，同样操作将所有吊篮53内均安装上碳化硅半导体片材。

下盖密封：装料完成后，生产人员操作控制面板11，使控制器10先控制机械手设备带动密封罩体3竖直向下运动，使密封罩体3底部的四个吸铁9对准凹槽26，当吸铁9运动到凹槽26的最底部时，控制器10控制机械手设备旋转45°，机械手设备带动密封罩体3旋转45°，使吸铁9从凹槽26内旋入挤压槽23内，在弹板24和弹簧的作用下将上下两个电磁开关25紧紧的挤压在吸铁9的表面，此时控制器10控制电磁开关25开始得电产生磁性，从而对吸铁9进行紧密的吸引，来增加密封性，从而完成下盖密封处理。

生长结晶处理：密封完成后，操作控制面板11了，使控制器10控制进气管6和排气管7内的电磁阀打开，控制器10内的时间继电模块开始计时，使高压反应物气体通入罩体内，处理后的气体从排气管7排出，形成气体通路系统，同时使控制器10控制驱动电机41开始工作，驱动电机41分别通过驱动轴43、第一锥齿轮44和第二锥齿轮46带动传动轴45旋转，传动轴45再带动两个旋转架51缓慢旋转300°，旋转架51带动吊篮53运动，吊篮53在进行旋转时，吊篮53会在自身重力的作用下保持竖直状态，同时吊篮53会带动阻尼杆522相对旋转架51进行转动，阻尼杆522会挤压拨片526压缩弧形阻尼扭簧525实现缓冲，当旋转300°后进行驱动电机41反转复位，从而带动吊篮53反转，复位完成后再次正转300°重复多次正反转进行处理，当达到录入的一次处理时间后，控制器10控制进气管6和排气管7内的电磁阀关闭，驱动电机41复位后停止工作，同时控制警示灯12亮起提醒生产人员。

翻面：生产人员操作控制面板11，使控制器10控制电磁开关25断电失磁，并控制机械手设备反转提升运动，从而带动密封罩体3上升打开，然后生产人员即可向外拉出拉手542，使限位杆543与限位盘59分离，使第二弧形夹板58失去约束，即可将碳化硅半导体片材旋转180°，之后松开拉手542，拉手542会在弹簧的作用下复位，插入限位盘59内进行此时的定位约束，然后重复上述的下盖密封和生长结晶处理操作，实现对碳化硅半导体片材的全面处理。

最后打开密封罩体3，取出处理完成后的碳化硅半导体片材，将新的碳化硅半导体片材进行装料，重复上述操作即可进行下一批碳化硅半导体片材的处理。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。