一种碳化硅气相外延反应系统的制作方法

本发明涉及半导体，更具体地说，涉及一种碳化硅气相外延反应系统。

背景技术：

1、随着半导体技术的飞速发展，碳化硅(sic)作为一种具有宽禁带宽度、高击穿电场强度、低本征载流子浓度等优异性能的半导体材料，在高压、高频、高温等极端环境下展现出巨大的应用潜力。sic功率器件因其耐高压、体积小、功耗低、耐高温等特性，在电力电子、航空航天、轨道交通等领域得到了广泛应用。

2、碳化硅气相外延技术是实现sic功率器件制备的核心技术之一，其中si与c的气体泵入和混合是外延生长过程中的关键环节。然而，在实际操作中，由于气体上浮的混合特性，si与c气体在泵入腔体后往往无法均匀地附着至衬底上，这成为影响sic外延生长质量和器件性能的重要技术问题。si与c气体由于密度和温度差异，会产生上浮现象，导致气体在腔体内的分布不均匀，进而使得气体在衬底表面的附着也不均匀。不均匀的气体附着会直接影响sic外延层的生长质量，如产生生长缺陷、降低外延层的均匀性和纯度等。

3、如公开号为cn115595662b的中国发明专利公开了一种碳化硅外延化学气相沉积系统供气装置，该技术是通过改变气相外延系统的供气装置的供气方式，从而达到均匀反应气体的效果，但这种方式还存在由于涡流状的反应气体接触衬底的角度、时间均不统一，无法达到完全相同的外延生长效果；且，反应气体均匀融合需要一定的时间，直接打入则会使得反应气体尚未融合就附着至衬底表面，使得外延生长效率低、效果差的情况产生；因此如何设计一种气相反应均匀的碳化硅气相外延反应系统则显得尤为重要；鉴于此，我们提出一种碳化硅气相外延反应系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳化硅气相外延反应系统，以解决现有的碳化硅气相外延装置效率较低的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种碳化硅气相外延反应系统，包括支撑架，所述支撑架上设有反应机构，所述反应机构背面设有安装架，所述安装架上设有旋风机构，所述反应机构内部设有气相管路，所述气相管路上设有电磁加热圈，所述反应机构底端设有气阻机构，所述气阻机构上设有同步升降机构，所述同步升降机构上设有晶圆夹固机构；所述气阻机构包括驱动锁止组件、固定壳、旋转组件及气阻壳，所述驱动锁止组件安装于所述反应机构外壁上，所述固定壳设于所述反应机构底端，所述旋转组件转动连接于所述固定壳上，若干所述气阻壳一端转动连接于所述旋转组件上，所述气阻壳另一端活动连接于所述固定壳上，所述同步升降机构连接于所述旋转组件底端。

3、优选地，所述反应机构外壁上开设有安装孔，所述驱动锁止组件安装于所述安装孔上；所述驱动锁止组件包括减速电机及蜗杆，所述减速电机设于所述反应机构外壁上靠近所述安装孔的位置，所述蜗杆一端转动连接于所述安装孔上，所述蜗杆另一端连接于所述减速电机输出端。

4、优选地，所述固定壳包括固定底座、壳壁、转动孔及旋转块，所述固定底座设于所述反应机构底端，所述壳壁设于所述固定底座上，所述转动孔呈环形等间距开设于所述固定底座上，所述旋转块呈环形等间距布置于所述壳壁外壁上，所述旋转组件转动设于所述固定底座上，所述气阻壳远离所述旋转组件的一端活动连接于所述旋转块上。

5、优选地，所述旋转组件包括旋转壳体、蜗轮及限位块，所述旋转壳体转动连接于所述固定底座靠近所述壳壁外侧的位置，所述蜗轮套设于所述旋转壳体外壁上，所述限位块呈环形等间距布置于所述旋转壳体内壁上，所述蜗轮啮合连接于所述蜗杆上，所述气阻壳远离所述旋转块的一端转动连接于所述限位块上。

6、优选地，所述气阻壳一端开设有旋转孔，所述气阻壳另一端开设有滑孔，所述气阻壳一端通过所述滑孔活动套设于所述限位块上，所述气阻壳另一端通过所述旋转孔转动套设于所述旋转块上。

7、优选地，所述同步升降机构包括联动组件及升降组件，所述联动组件转动连接于所述固定底座内壁上，所述升降组件活动连接于所述联动组件内壁上，所述晶圆夹固机构设于所述升降组件顶端。

8、优选地，所述联动组件包括连接臂、旋转筒及螺旋槽，所述旋转筒转动设于所述固定底座内壁上，所述连接臂呈环形等间距布置于所述旋转筒底端，所述连接臂远离所述旋转筒的一端活动穿设过所述转动孔连接于所述旋转壳体底端，所述螺旋槽开设于所述旋转筒上，所述升降组件活动连接于所述螺旋槽上。

9、优选地，所述升降组件包括升降柱及滑杆，所述升降柱活动连接于所述旋转筒内壁上，所述滑杆一端连接于所述升降柱外壁上，所述滑杆另一端活动连接于所述螺旋槽上，所述晶圆夹固机构设于所述升降柱顶端；所述升降柱顶端开设有安装槽，所述安装槽内壁上开设有连接孔，所述连接孔底端开设有滑槽，所述晶圆夹固机构设于所述安装槽、所述连接孔及所述滑槽上。

10、优选地，所述晶圆夹固机构包括旋转盘、扭力件、固定盘及夹固块，所述旋转盘转动连接于所述安装槽上，所述扭力件设于所述连接孔及所述滑槽上，所述固定盘安装于所述升降柱顶端，所述夹固块一端活动连接于所述固定盘上，所述夹固块另一端活动连接于所述旋转盘上。

11、优选地，所述扭力件包括连接杆、弹簧及滑块，所述连接杆一端连接于所述旋转盘外壁上，所述连接杆另一端活动连接于所述连接孔上，所述滑块滑动设于所述滑槽上，所述弹簧对称连接于所述滑块上；所述旋转盘上呈环形等间距开设有曲线槽，所述固定盘上呈环形等间距开设有导槽，所述夹固块底端设有设有导块，所述导块底端设有导杆，所述导块活动连接于所述导槽上，所述导杆活动连接于所述曲线槽上，所述夹固块内壁上还开设有异形槽a及异形槽b。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1、本发明通过对现有的碳化硅气相外延反应装置的结构进行改进，通过在反应机构顶端设置旋风机构，在反应机构的内壁上设置气相管路，在气相管路上绕设电磁加热圈，si与c气体通过在泵入反应腔体后，等待旋风机构将其均匀混合后再通过气阻机构及升降机构使得晶圆体暴露在混合气体之中，进入外延生长状态；本发明通过驱动锁止组件带动旋转组件在固定壳上转动，旋转组件带动气阻壳实现闭合状态及展开状态，从而实现精确地控制sic与晶圆体表面的接触面积和接触时间，从而实现对外延生长过程的精确控制，降低了外延生长过程中的失败率，提高了产品的成品率，有利于缩短外延生长的时间，提高生产效率。

14、2、本发明通过在固定底座内壁上转动设置旋转筒，在旋转筒底端设置四个连接臂通过转动孔连接在旋转壳体底端，当蜗杆与蜗轮啮合带动旋转壳体在固定底座上转动时，旋转壳体带动连接臂及旋转筒转动，旋转筒转动带动螺旋槽转动，由于升降组件的滑杆在螺旋槽上滑动，使得升降柱在旋转筒内壁上实现上升及下降，使得在气阻壳闭合时，升降柱实现下降内收，在气阻壳开启时，升降柱实现上升外伸，从而实现同步运动的效果，进一步使得晶圆体更高效、均匀的接触混合sic气体，提升外延生长效率。

15、3、本发明通过在升降柱顶端开设安装槽，晶圆夹固机构的旋转盘转动设置在安装槽上，在晶圆体布置时，通过按压扭力件的连接杆带动旋转盘在安装槽上转动，旋转盘带动若干曲线槽转动，曲线槽转动使得导杆带动导块在固定盘的导槽上滑动，导块带动其顶端的夹固块展开，将晶圆体放入后，弹簧的反弹力推动滑块在滑槽上滑动，挤压连接杆实现对晶圆体实现十字状的的夹固，夹固块上开设的异形槽a呈圆弧状，异形槽b矩形尖角状，四个异形槽a配合夹固圆形晶圆体，四个异形槽b配合夹固方形晶圆体，使得本发明可以适应不同尺寸、不同材质的晶圆体，实现多种碳化硅外延生长的需求，从而缩短晶圆体的夹固时间，无需更换夹具，进一步提升其外延生长效率。

技术特征：

1.一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，包括支撑架(1)，所述支撑架(1)上设有反应机构(2)，所述反应机构(2)背面设有安装架(3)，所述安装架(3)上设有旋风机构(4)，所述反应机构(2)内部设有气相管路(5)，所述气相管路(5)上设有电磁加热圈(6)，所述反应机构(2)底端设有气阻机构(7)，所述气阻机构(7)上设有同步升降机构(8)，所述同步升降机构(8)上设有晶圆夹固机构(9)；

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，所述反应机构(2)外壁上开设有安装孔(201)，所述驱动锁止组件(701)安装于所述安装孔(201)上；

3.根据权利要求2所述的一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，所述固定壳(702)包括固定底座(7021)、壳壁(7022)、转动孔(7023)及旋转块(7024)，所述固定底座(7021)设于所述反应机构(2)底端，所述壳壁(7022)设于所述固定底座(7021)上，所述转动孔(7023)呈环形等间距开设于所述固定底座(7021)上，所述旋转块(7024)呈环形等间距布置于所述壳壁(7022)外壁上，所述旋转组件(703)转动设于所述固定底座(7021)上，所述气阻壳(704)远离所述旋转组件(703)的一端活动连接于所述旋转块(7024)上。

4.根据权利要求3所述的一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，所述旋转组件(703)包括旋转壳体(7031)、蜗轮(7032)及限位块(7033)，所述旋转壳体(7031)转动连接于所述固定底座(7021)靠近所述壳壁(7022)外侧的位置，所述蜗轮(7032)套设于所述旋转壳体(7031)外壁上，所述限位块(7033)呈环形等间距布置于所述旋转壳体(7031)内壁上，所述蜗轮(7032)啮合连接于所述蜗杆(7012)上，所述气阻壳(704)远离所述旋转块(7024)的一端转动连接于所述限位块(7033)上。

5.根据权利要求4所述的一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，所述气阻壳(704)一端开设有旋转孔(7041)，所述气阻壳(704)另一端开设有滑孔(7042)，所述气阻壳(704)一端通过所述滑孔(7042)活动套设于所述限位块(7033)上，所述气阻壳(704)另一端通过所述旋转孔(7041)转动套设于所述旋转块(7024)上。

6.根据权利要求5所述的一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，所述同步升降机构(8)包括联动组件(801)及升降组件(802)，所述联动组件(801)转动连接于所述固定底座(7021)内壁上，所述升降组件(802)活动连接于所述联动组件(801)内壁上，所述晶圆夹固机构(9)设于所述升降组件(802)顶端。

7.根据权利要求6所述的一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，所述联动组件(801)包括连接臂(8011)、旋转筒(8012)及螺旋槽(8013)，所述旋转筒(8012)转动设于所述固定底座(7021)内壁上，所述连接臂(8011)呈环形等间距布置于所述旋转筒(8012)底端，所述连接臂(8011)远离所述旋转筒(8012)的一端活动穿设过所述转动孔(7023)连接于所述旋转壳体(7031)底端，所述螺旋槽(8013)开设于所述旋转筒(8012)上，所述升降组件(802)活动连接于所述螺旋槽(8013)上。

8.根据权利要求7所述的一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，所述升降组件(802)包括升降柱(8021)及滑杆(8022)，所述升降柱(8021)活动连接于所述旋转筒(8012)内壁上，所述滑杆(8022)一端连接于所述升降柱(8021)外壁上，所述滑杆(8022)另一端活动连接于所述螺旋槽(8013)上，所述晶圆夹固机构(9)设于所述升降柱(8021)顶端；

9.根据权利要求8所述的一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，所述晶圆夹固机构(9)包括旋转盘(901)、扭力件(902)、固定盘(903)及夹固块(904)，所述旋转盘(901)转动连接于所述安装槽(8023)上，所述扭力件(902)设于所述连接孔(8024)及所述滑槽(8025)上，所述固定盘(903)安装于所述升降柱(8021)顶端，所述夹固块(904)一端活动连接于所述固定盘(903)上，所述夹固块(904)另一端活动连接于所述旋转盘(901)上。

10.根据权利要求9所述的一种碳化硅气相外延反应系统，其特征在于，所述扭力件(902)包括连接杆(9021)、弹簧(9022)及滑块(9023)，所述连接杆(9021)一端连接于所述旋转盘(901)外壁上，所述连接杆(9021)另一端活动连接于所述连接孔(8024)上，所述滑块(9023)滑动设于所述滑槽(8025)上，所述弹簧(9022)对称连接于所述滑块(9023)上；

技术总结
本发明公开了一种碳化硅气相外延反应系统，涉及半导体技术领域，旨在解决现有的碳化硅气相外延装置效率较低的技术问题，包括支撑架，本发明通过在反应机构顶端设置旋风机构，在反应机构的内壁上设置气相管路，Si与C气体通过在泵入反应腔体后，等待旋风机构将其均匀混合后再通过气阻机构及升降机构使得晶圆体暴露在混合气体之中，进入外延生长状态；本发明通过驱动锁止组件带动旋转组件在固定壳上转动，旋转组件带动气阻壳实现闭合状态及展开状态，从而实现精确地控制SiC与晶圆体表面的接触面积和接触时间，从而实现对外延生长过程的精确控制，降低了外延生长过程中的失败率，提高了产品的成品率，有利于缩短外延生长的时间，提高生产效率。

技术研发人员：杨波,文文,文成
受保护的技术使用者：江苏汉印机电科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23