CN103510158A - 碳化硅外延炉兼容小盘基座及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出碳化硅外延炉兼容小盘基座及其使用方法，实现了在同一个小盘基座上实现碳化硅外延晶片的多尺寸兼容生长。碳化硅外延炉兼容小盘基座，包括圆盘基座和外限位圆环，所述圆盘基座中部凸起形成一个用于外延生长碳化硅外延晶片的圆盘平台；所述外限位圆环套设在所述圆盘平台边沿，并且外限位圆环的上表面高于圆盘平台的上表面，还包括分开独立的内限位圆环，该内限位圆环可放置于所述圆盘平台上；所述内限位圆环的外圆直径等于或略小于所述圆盘平台的直径，所述内限位圆环的内圆直径等于或略大于用于外延生长碳化硅外延晶片的碳化硅衬底的直径，所述内限位圆环的厚度等于或略小于用于外延生长碳化硅外延晶片的碳化硅衬底的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳化硅外延晶片生产装置，特别是碳化硅外延炉兼容小盘基座及其使用方法。
背景技术
碳化硅半导体具有大禁带宽度、优良的稳定性、高热导率、高临界击穿场强、高饱和电子漂移速度等优良特性，是制作高温、高频、大功率和强辐射电力电子器件的理想半导体材料。与传统的硅器件相比，碳化硅器件能够在10倍于硅器件的电场强度下正常工作。用于制作碳化硅器件的碳化硅材料通常是生长在碳化硅衬底上的碳化硅外延晶片。目前碳化硅外延生长已经实现了商业化，通常采用CVD（化学气相沉积）的方法来生长碳化硅外延晶片。
随着碳化硅半导体技术的进步，产业应用对碳化硅功率器件性能的要求越来越高，成本要求越来越低。随着大功率电力电子器件对碳化硅晶体和外延材料提出更高的要求和需求，增大晶片尺寸成为碳化硅晶体发展的当务之急。
在商业碳化硅外延炉中，为了应对不同尺寸碳化硅外延晶片的生长，通常采用更换小盘基座的方式进行。如德国Aixtron公司的2400或2800系列碳化硅外延炉，采用单独的3英寸小盘和4英寸小盘，即生长3英寸碳化硅外延晶片时使用对应的3英寸小盘，生长4英寸碳化硅外延晶片时采用4英寸小盘。由于每次小盘更换之后，都要进行设备的烘烤以除去表面附着的水汽等杂质，这给生产带来了很大的不便，同时也增加的生产的成本。另外，多种规格的小盘基座同时使用，也给设备维护带来很大的困难。
发明内容
本发明提出碳化硅外延炉兼容小盘基座，解决了现有的碳化硅外延炉在针对不同尺寸的碳化硅外延晶片生长需要更换不同尺寸小盘基座，给生产带来不变和增加生产成本的问题，实现了在同一个小盘基座上实现碳化硅外延晶片的多尺寸兼容生长。
本发明的技术方案是这样实现的：
碳化硅外延炉兼容小盘基座，包括圆盘基座和外限位圆环，所述圆盘基座中部凸起形成一个用于外延生长碳化硅外延晶片的圆盘平台；所述外限位圆环套设在所述圆盘平台边沿，并且外限位圆环的上表面高于圆盘平台的上表面，还包括分开独立的内限位圆环，该内限位圆环可放置于所述圆盘平台上；所述内限位圆环的外圆直径等于或略小于所述圆盘平台的直径，所述内限位圆环的内圆直径等于或略大于用于外延生长碳化硅外延晶片的碳化硅衬底的直径，所述内限位圆环的厚度等于或略小于用于外延生长碳化硅外延晶片的碳化硅衬底的厚度。
优选的，所述外限位圆环为碳化硅圆环。
优选的，所述内限位圆环为碳化硅圆环。
使用上述碳化硅外延炉兼容小盘基座外延生长碳化硅外延晶片的方法，包括以下步骤：
步骤1、选取圆盘平台的直径为a的小盘基座安置于碳化硅外延炉的大盘基座上；
步骤2、选取直径为b的碳化硅衬底备用；
步骤3、当步骤2中碳化硅衬底的直径b小于圆盘平台的直径a时，选取外圆直径为a并且内圆直径为b的内限位圆环放置于步骤1中小盘基座的圆盘平台上，然后再将碳化硅衬底放置于内限位圆环内；
当步骤2中碳化硅衬底的直径b等于圆盘平台的直径a时，直接将碳化硅衬底放置于小盘基座的圆盘平台上；
步骤4、盖好碳化硅外延炉后，启动碳化硅外延炉。
通过以上描述可知，本发明与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
本发明设计了内限位圆环，当要外延生长的碳化硅外延晶片的直径小于圆盘平台的直径时，可以选择一个内圆直径与该要外延生长的碳化硅外延晶片所对应的碳化硅衬底的直径相当的内限位圆环，将该内限位圆环放置在圆盘平台上，然后将对应尺寸的碳化硅衬底放置到该内限位圆环内即可，无需更换整个小盘基座。
附图说明
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的分解状态结构示意图；
图2为本发明的组合状态结构示意图；
图3为本发明的小盘基座安置于碳化硅外延炉的大盘基座时的结构示意图。
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。
参照图1和图2，碳化硅外延炉兼容小盘基座，包括圆盘基座1和外限位圆环2和分开独立的内限位圆环3，所述圆盘基座1中部凸起形成一个用于外延生长碳化硅外延晶片的圆盘平台11；所述外限位圆环2套设在所述圆盘平台11边沿，并且外限位圆环2的上表面高于圆盘平台11的上表面，所述内限位圆环3可放置于所述圆盘平台11上；所述内限位圆环3的外圆直径等于或略小于所述圆盘平台11的直径，所述内限位圆环3的内圆直径等于或略大于用于外延生长碳化硅外延晶片的碳化硅衬底4的直径，所述内限位圆环3的厚度等于或略小于用于外延生长碳化硅外延晶片的碳化硅衬底4的厚度。
由于碳化硅材料的热导率高，能够提高温度均匀性，因此本发明的外限位圆环2和内限位圆环3均优选用碳化硅圆环，利用碳化硅的高热导率使得碳化硅晶片外延生长更加均匀。
参照图1-图3，本发明的内限位圆环3可根据实际需要与圆盘基座1和外限位圆环2组合使用，具体的，使用上述碳化硅外延炉兼容小盘基座外延生长碳化硅外延晶片的方法，包括以下步骤：
步骤1、选取圆盘平台的直径为a的小盘基座1安置于碳化硅外延炉的大盘基座5上；
步骤2、选取直径为b的碳化硅衬底4备用；
步骤3、当步骤2中碳化硅衬底的直径b小于圆盘平台的直径a时，选取外圆直径为a并且内圆直径为b的内限位圆环放置于步骤1中小盘基座的圆盘平台上，然后再将碳化硅衬底放置于内限位圆环内；使得碳化硅外延晶片在内限位圆环所限定的范围内外延生长；
当步骤2中碳化硅衬底的直径b等于圆盘平台的直径a时，直接将碳化硅衬底放置于小盘基座的圆盘平台上；此时，碳化硅外延晶片在外限位圆环所限定的范围内外延生长；
步骤4、盖好碳化硅外延炉后，启动碳化硅外延炉。
目前，市场上主流的碳化硅外延晶片尺寸为3英寸和4英寸，为了更好的理解本发明，本实施例以利用用于外延生长4英寸碳化硅外延晶片的小盘基座兼容外延生长3英寸碳化硅外延晶片为例：
选择用于外延生长4英寸碳化硅外延晶片的小盘基座，其圆盘平台的直径为4英寸，为了外延生长3英寸碳化硅外延晶片，选择碳化硅衬底的直径为3英寸，所述内限位圆环的最佳选择为：外圆直径为4英寸，内圆直径为3英寸。内限位圆环能够使得碳化硅外延晶片在内限位圆环限制的范围内外延生长，避免碳化硅外延晶片在4英寸的圆盘平台上过度生长，尺寸超出，并且无法控制的问题。
同理，如果要外延生长的碳化硅外延晶片为2英寸，则选择碳化硅衬底的直径为2英寸，内限位圆环的内圆直径为2英寸。如果要生长的碳化硅外延晶片大于4英寸，则应当选择圆盘平台直径大于4英寸的小盘基座，碳化硅衬底和内限位圆环的选择参考上述案例根据要生长的碳化硅外延晶片选择。
另外，现有的碳化硅外延炉一炉只可同时外延生长多个相同尺寸的碳化硅外延晶片，即在同一个碳化硅外延炉的大圆盘基座5上放置多个圆盘平台直径相同的同规格的小盘基座，实现外延生长多个同尺寸的碳化硅外延晶片，而本发明能够实现在一个碳化硅外延炉中混合生长多种不同尺寸规格的碳化硅外延晶片，只需在多个同规格的小盘基座的圆盘平台上放置数个不同尺寸内限位圆环即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.碳化硅外延炉兼容小盘基座，包括圆盘基座和外限位圆环，所述圆盘基座中部凸起形成一个用于外延生长碳化硅外延晶片的圆盘平台；所述外限位圆环套设在所述圆盘平台边沿，并且外限位圆环的上表面高于圆盘平台的上表面，其特征在于：
还包括分开独立的内限位圆环，该内限位圆环可放置于所述圆盘平台上；所述内限位圆环的外圆直径等于或略小于所述圆盘平台的直径，所述内限位圆环的内圆直径等于或略大于用于外延生长碳化硅外延晶片的碳化硅衬底的直径，所述内限位圆环的厚度等于或略小于用于外延生长碳化硅外延晶片的碳化硅衬底的厚度。
2.如权利要求1所述的碳化硅外延炉兼容小盘基座，其特征在于：所述外限位圆环为碳化硅圆环。
3.如权利要求1或2所述的碳化硅外延炉兼容小盘基座，其特征在于：所述内限位圆环为碳化硅圆环。
4.使用权利要求1-3中任一项所述的碳化硅外延炉兼容小盘基座外延生长碳化硅外延晶片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、选取圆盘平台的直径为a的小盘基座安置于碳化硅外延炉的大盘基座上；
步骤2、选取直径为b的碳化硅衬底备用；
步骤3、当步骤2中碳化硅衬底的直径b小于圆盘平台的直径a时，选取外圆直径为a并且内圆直径为b的内限位圆环放置于步骤1中的圆盘平台上，然后再将碳化硅衬底放置于内限位圆环内；
当步骤2中碳化硅衬底的直径b等于圆盘平台的直径a时，直接将碳化硅衬底放置于圆盘平台上；
步骤4、盖好碳化硅外延炉后，启动碳化硅外延炉。
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