用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置，包括电源控制模块、测温单元、第一电极、第二电极及托盘结构，托盘结构上设有容置槽，第一、第二电极分别对应于托盘结构的中心和边缘设置，且第一、第二电极分别电连接于电源控制模块的正负极，测温单元设于托盘结构的上方并电连接于电源控制模块，当容置槽内容纳碳化硅晶片时，碳化硅晶片使第一、第二电极导通从而形成加热电路，利用导电型碳化硅晶片的内部电阻发热来实现热退火，该电流加热装置的升、降温速率远快于现有的炉腔加热装置，在小批量处理导电型碳化硅晶片时，具有较大时间成本和能耗成本优势。大时间成本和能耗成本优势。大时间成本和能耗成本优势。

【技术实现步骤摘要】
用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置


[0001]本技术涉及晶体合成
，尤其涉及一种适用于碳化硅晶片在化学气相沉积法生长外延层前后的高温退火过程中的加热装置。

技术介绍

[0002]碳化硅半导体材料具有高热导率、高击穿场、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，可很好地满足现代电子技术在高温、高功率、高电压、高频率及高辐射等恶劣条件的应用要求。
[0003]各类碳化硅功率电子器件必须制作在高质量的外延晶片上，高质量的碳化硅外延晶片的批量生产除了需要经过外延层生长外，还需经过预处理、磨抛、清洗等必要配套工序。对于一些万伏级外延晶片(外延层厚度＞100μm)，还需要增加碳离子注入、氢气退火等少子寿命调控工序，以确保载流子有足够的扩散距离来应对厚度的增加。这些配套工序经常会涉及对碳化硅衬底或外延片的热处理过程，目前常规的处理方式是在外延生长炉或专用退火炉等炉腔加热装置上进行高温退火。
[0004]现有的用外延炉进行退火处理的方式，极大地占用了外延晶片的生产产能。专用退火炉虽然可以通过夹具来批量处理外延晶片，但是其庞大的腔体使得升、降温的时间都较长，因此，在面对定制化生产过程中处理少量晶片时，其单位晶片的时间和能耗成本的劣势就会被放大。成本问题是目前制约碳化硅功率电子器件大规模取代传统硅功率电子器件的主要因素之一。
[0005]因此，有必要提供一种可使碳化硅晶片快速升温退火的加热装置，以在小批量处理碳化硅晶片时，能够相较于现有的加热装置提升效率并具有节能优势。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置，以在小批量处理碳化硅晶片时，能够提升效率并具有节能优势。
[0007]为实现上述目的，本技术的技术方案为：提供一种用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置，其包括电源控制模块、测温单元、第一电极、第二电极以及托盘结构，所述托盘结构上设有容置槽，所述第一电极、所述第二电极中的一者对应于所述托盘结构的中心设置，所述第一电极、所述第二电极中的另一者安装于所述托盘结构的边缘，并且所述第一电极、所述第二电极分别电连接于所述电源控制模块的正负极，所述测温单元设于所述托盘结构的上方并电连接于所述电源控制模块，当所述容置槽内容纳碳化硅晶片时，所述碳化硅晶片使所述第一电极、所述第二电极导通从而形成加热电路，所述测温单元用于检测所述容置槽内的碳化硅晶片的表面温度。
[0008]较佳地，所述第一电极、所述第二电极中的一者设有一个并对应于所述托盘结构的中心安装，所述第一电极、所述第二电极中的另一者设有多个并均匀地安装于所述托盘结构的边缘。
[0009]较佳地，所述第一电极对应于所述托盘结构的中心设置并呈圆柱形，多个所述第二电极沿所述托盘结构的周向均匀布置，且每一所述第二电极均具有一呈方形的接触部，所述接触部凸伸于所述容置槽内，所述第一电极、所述接触部均用于抵接所述碳化硅晶片。
[0010]较佳地，所述接触部的边长大于等于所述第一电极的直径。
[0011]较佳地，当所述第一电极电连接于所述电源控制模块的正极、所述第二电极电连接于所述电源控制模块的负极时，所述加热电路等效为由多个阻值为R
i
的电阻并联的电阻加热电路，这种方式可实现对碳化硅晶片的均匀加热；当所述第一电极电连接于所述电源控制模块的负极、所述第二电极电连接于所述电源控制模块的正极时，所述加热电路等效为多个阻值为R
i
并且相互独立的电阻加热电路，这种方式可对碳化硅晶片的指定区域进行可控的非均匀加热退火。
[0012]较佳地，当所述第二电极设有n个时，对应于第i个所述第二电极的等效电阻的阻值R
i
＝ρ
·
r/l
i
·
t，其中，ρ为所述碳化硅晶片的电阻率，r为所述碳化硅晶片的半径，t为所述碳化硅晶片的厚度，l
i
为在所述第一电极与第i个所述第二电极的连接方向上、所述第一电极与所述第二电极的投影的宽度最小值；其中，n 为大于等于1的正整数，i为大于等于1小于等于n的正整数。
[0013]较佳地，所述电源控制模块根据施加于所述第一电极、所述第二电极之间的电压以及所述等效电阻的阻值R
i
，可计算出等效的电阻加热电路的电流以及电阻发热功率，并根据所述测温单元检测到的温度与电阻发热功率之间的关系，实时调节施加于所述第一电极、所述第二电极之间的电压，以调节电阻发热功率，进而达到调节加热温度之目的。
[0014]较佳地，所述托盘结构包括石英玻璃基材，所述石英玻璃基材的厚度为1cm 且其二氧化硅含量在99.5％以上。
[0015]较佳地，所述托盘结构还包括粘合于所述石英玻璃基材上方的区熔单晶硅层、成型于所述区熔单晶硅层上方的金刚石多晶涂层，其中，所述区熔单晶硅层的厚度为100μm～500μm，其电阻率大于5000Ω
·
cm，金刚石多晶涂层的厚度为10μm～50μm，金刚石多晶涂层具有绝缘和优异导热性能，主要使电加热时的热量可以快速且均匀地传导到碳化硅晶片的整晶面，更利于实现碳化硅晶片的温度的均匀分。
[0016]较佳地，所述容置槽的直径为1520mm、深度为0.3mm。
[0017]较佳地，所述测温单元设有多个，多个所述测温单元间隔地设于所述容置槽的上方，用于对所述碳化硅晶片的不同区域的表面温度进行检测，并且，可根据不同的退火温度范围来设置不同型号的测温单元。
[0018]更优选地，所述测温单元采用红外测温仪，并且当退火温度在25℃～450℃之间时，采用单色测温仪，当退火温度在450℃～1600℃之间时，采用辐射比色测温仪。
[0019]与现有技术相比，由于本技术的用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置，在对应于托盘结构的中心以及托盘结构的边缘分别设置第一电极、第二电极，并且第一电极、第二电极分别电连接于所述电源控制模块的正负极，因此，当所述托盘结构的容置槽内容纳碳化硅晶片时，所述碳化硅晶片与第一电极、第二电极相接触而使两者导通从而形成加热电路，首先，利用导电型碳化硅晶片的内部电阻发热来实现热退火，其优点是升、降温速率远快于现有的炉腔加热装置，在小批量处理导电型碳化硅晶片时，具有较大时间成本和能耗成本优势，可以作为在碳化硅外延晶片量产中炉腔加热装置退火工艺的一种补充方
案，其次，采用中心到边缘的导电回路能有效避免圆形晶片边缘到边缘导电回路中出现复杂的电场分布的情况，可以将二维的电场分布模型简化为一维的简单电路模型。
附图说明
[0020]图1是本技术第一实施例之电流加热装置的俯视图。
[0021]图2是图1的剖视图。
[0022]图3是图1中电流加热装置的使用状态剖视图。
[0023]图4是图3中电流加热装置的等效电阻示意图。
[0024]图5是图3中电流加热装置的等效电路示意图。
[0025]图6是本技术第一实施例中电流加热装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置，其特征在于，包括电源控制模块、测温单元、第一电极、第二电极以及托盘结构，所述托盘结构上设有容置槽，所述第一电极、所述第二电极中的一者对应于所述托盘结构的中心设置，所述第一电极、所述第二电极中的另一者安装于所述托盘结构的边缘，并且所述第一电极、所述第二电极分别电连接于所述电源控制模块的正负极，所述测温单元设于所述托盘结构的上方并电连接于所述电源控制模块，当所述容置槽内容纳碳化硅晶片时，所述碳化硅晶片使所述第一电极、所述第二电极导通从而形成加热电路，所述测温单元用于检测所述容置槽内的碳化硅晶片的表面温度。2.如权利要求1所述的用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极中的一者设有一个并对应于所述托盘结构的中心安装，所述第一电极、所述第二电极中的另一者设有多个并均匀地安装于所述托盘结构的边缘。3.如权利要求1或2所述的用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置，其特征在于，所述第一电极对应于所述托盘结构的中心设置并呈圆柱形，多个所述第二电极沿所述托盘结构的周向均匀布置，且每一所述第二电极均具有一呈方形的接触部，所述接触部凸伸于所述容置槽内，所述第一电极、所述接触部均用于抵接所述碳化硅晶片。4.如权利要求3所述的用于导电型碳化硅晶片的电流加热装置，其特征在于，所述接触部的边长大于等于所述第一电极的直径。5.如权利要求3所述的用于导电型碳化硅晶片的电流加热装...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁雄傑，韩景瑞，刘薇，邹雄辉，李锡光，
申请(专利权)人：东莞市天域半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：