一种改善SIC器件界面特征的方法及SIC器件与流程

一种改善sic器件界面特征的方法及sic器件
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种改善sic器件界面特征的方法及sic器件。


背景技术：

2.随着新型能源的发展和世界用电量的不断提升，si功率器件已不能满足高耐压及高效率的电力转换。第三代宽禁带半导体sic由于其更宽的禁带宽度，更大的临界击穿场强，更好的导热性能，在高压高功率应用中有着不可替代的作用。
3.sic可以热生长出本征的sio 2氧化层，在第三代半导体中有着独特的优势。但由于化合物半导体由两种元素组成，这使得氧化工艺过程中，化学变化过程变得更加复杂，尤其在界面处，半导体本身存在的c原子可能在界面处堆积，同时，c原子也有可能参与si的氧化过程中，产生更多的缺陷，降低氧化层的质量。在界面处氧化层一侧，一般存在两种过渡层，一种是成分主导的过渡层，由于氧化不完全导致的氧原子不足，原子的化学键没有完全成键，能够捕获载流子，形成载流子陷阱；另一种是晶格不匹配主导的过渡层，晶格的不匹配产生应力，使si-o键的键长及键角发生变化，影响界面处氧化层的电学性质，降低氧化层的质量及寿命。
4.这就需要在sic器件制备过程中需要合适且高效sic元件在界面处的氧化层制备工艺，现在一般通过加热氧化sic元件现在其表面形成一层氧化层，然后在使用其他的工艺对其界面处进行改善，而在sic元件进行改善前或改善后一般需要穿插次数不等的打磨清洗工艺。而打磨清洗往往由于其原理技术简单被工作人员忽略，但是打磨清洗工艺在sic元件的处理工艺中起到及其重要的辅助作用，关乎着这个工艺效果的好坏。
5.传统的打磨清洗工艺一般是使用人工分开对sic元件的氧化层先打磨后清洗，这样不但无法精确控制打磨的精度而且无法对这两个步骤完成自动化，效率和工艺精度都不高。
6.由此可见，需要提供一种改善sic器件界面特征的方法及sic器件。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改善sic器件界面特征的方法及sic器件，以解决传统的打磨清洗工艺一般是使用人工分开对sic元件的氧化层先打磨后清洗，这样不但无法精确控制打磨的精度而且无法对这两个步骤完成自动化，效率和工艺精度都不高。
8.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
9.一种改善sic器件界面特征的方法，包括以下步骤：
10.s1、s1、把sic元件装夹在打磨清洗机的元件台上，控制打磨清洗机根据需要的形状尺寸把sic元件进行切割；
11.s2、把切割好的sic元件取出进行加热氧化使其表面形成一层氧化膜；
12.s3、将加热氧化后的sic元件进行退火处理；
13.s4、把退火处理后的sic元件装夹在打磨清洗机上对sic元件表面氧化层进行打磨、清洗并风干；
14.s5、把风干后的sic元件取出对其表面进行紫外线照射；
15.s6、对进行过紫外线照射的sic元件再装夹在打磨清洗机上进行一次清洗风干处理。
16.进一步，在加热过程中间断向sic元件表面吹拂氧气。
17.进一步，在所述s2中在高温退火时向sic元件表面吹拂氮气。
18.进一步，吹拂氮气的温度开始为接近加热后sic元件表面为温度，随着时间氮气的温度逐渐下降直至降至室温。
19.进一步，所述打磨清洗机包括底座和支架，所述底座的上端面固定安装有支架，所述支架上固定安装有工作台柱，所述工作台柱上端固定安装有元件台，所述元件台上装夹有sic元件，所述底座的后侧固定安装有侧板，所述侧板的上方固定安装有顶板，所述顶板下端开设有滑槽，所述滑槽内滑动连接有工作组件，所述工作组件的上端设置有滑杆，所述滑杆滑动安装在所述滑槽内，所述滑杆的后端位于所述顶板的下方固定安装有驱动齿条，所述滑杆的下方固定安装有激光发射杆、喷水杆和热风杆，所述顶板的上方固定安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端穿过所述顶板固定连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮和所述驱动齿条啮合传动连接。
20.进一步，所述激光发射杆、喷水杆和热风杆均为条状结构，且所述激光发射杆的下端面沿着激光发射杆的方向均匀分布固定安装有激光灯组，所述喷水杆的下端面沿着喷水杆的方向均匀分布固定安装有喷水头组，所述热风杆的下端面沿着热风杆的方向均匀分布固定安装有出风口。
21.进一步，所述元件台上开设有磁力槽，所述磁力槽内磁力吸合sic元件夹具，所述sic元件夹具的底端固定设置有磁力座，所述sic元件夹具上装夹有sic元件。
22.进一步，所述工作台柱内旋转安装有多角度旋转机构的第一旋转柱，所述第一旋转柱的下端穿过所述工作台柱的下端面固定安装有第一驱动齿轮，所述第一旋转柱的上端穿过所述工作台柱的上端面固定安装有安装槽板，所述安装槽板上旋转安装有从动轴，所述从动轴上固定安装有元件台，所述元件台上装夹有sic元件，所述从动轴上位于所述元件台的一侧固定安装有从动锥齿轮，所述第一旋转柱内部旋转安装有第二旋转柱，所述第二旋转柱的上端穿过所述安装槽板位于所述从动轴的下方固定安装有驱动锥齿轮，所述从动锥齿轮和所述驱动锥齿轮啮合传动连接，所述第二驱动柱的下端穿过所述第一驱动柱的下端面固定安装有第二驱动齿轮，所述底座上固定安装有第二驱动电机和第三驱动电机，所述第二驱动电机和第三驱动电机的输出端均固定连接有驱动蜗杆，两个所述驱动蜗杆均啮合连接在对应侧的所述第一驱动齿轮或第二驱动齿轮上。
23.一种sic器件，包括sic元件，所述器件使用经过权利要求一处理过的所述sic元件制备，且sic器件在制备过程或制备完成后也可以装夹在所述打磨清洗机上进行处理。
24.本发明的有益效果在于:
25.1.本发明通过步骤s4，通过设置打磨清洗机，在进行步骤s4时，把sic元件固定在打磨清洗设备上的元件台上，然后打磨清洗设备的控制系统控制第一驱动电机驱动工作组
件在滑槽内移动，使得工作组件上的激光发射杆正对着sic元件的上方，控制激光灯组发出激光对sic元件表面的氧化层进行打磨，使得氧化层表面光滑，便于下一步工序的有效进行，还可以通过控制激光强度打磨出不同厚度的氧化层，来精准控制氧化层的厚度，对制备成的sic器件效果起到改善作用；打磨过后工作组件移动使得喷水杆正对着sic元件的表面进行喷水清洗；清洗过后工作组件移动使得热风杆正对着sic元件的表面进行吹热风使其风干，在激光打磨、喷水清洗和吹风热干的过程同时第一驱动电机驱动工作组件在滑槽内移动，便于对sic元件的整个表面进行打磨、清洗和风干。且使得打磨、清洗和风干集中自动化进行，提高了工序效率，节省了工序时间。
26.2.本发明通过在加热过程中间断向sic元件表面吹拂氧气，可以加快sic元件表面的氧化速度，加快氧化层的形成，提高了sic元件的制备速度。
27.简而言之，本技术技术方案利用连贯而又紧凑的结构，以解决传统的打磨清洗工艺一般是使用人工分开对sic元件的氧化层先打磨后清洗，这样不但无法精确控制打磨的精度而且无法对这两个步骤完成自动化，效率和工艺精度都不高。
28.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
29.图1为本发明的步骤流程示意图；
30.图2为本发明的打磨清洗机的正面视图；
31.图3为本发明打磨清洗机的侧面视图；
32.图4为本发明打磨清洗机的顶板侧视图；
33.图5为本发明打磨清洗机的多角度旋转机构结构和安装示意图；
34.图6为本发明打磨清洗机的滑杆和驱动齿轮啮合示意图；
35.图7为本发明打磨清洗机的元件台和sic元件夹具示意图；
36.图8为本发明工作组件后方三维示意图；
37.图中：1、底座；2、支架；3、工作台柱；4、元件台；5、侧板；6、顶板；7、滑槽；8、工作组件；801、滑杆；802、驱动齿条；803、激光发射杆；804、喷水杆；805、热风杆；806、激光灯组；807、喷水头组；808、出风口；9、第一驱动电机；10、驱动齿轮；11、磁力槽；12、sic元件夹具；121、磁力座；13、sic元件；14、多角度旋转机构；141、第一旋转柱；142、第一驱动齿轮；143、安装槽板；144、从动轴；145、从动锥齿轮；146、第二旋转柱；147、驱动锥齿轮；148、第二驱动齿轮；15、第二驱动电机；16、第三驱动电机；17、驱动蜗杆
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
39.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
41.在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。
43.请参阅图1-8，一种改善sic器件界面特征的方法，包括以下步骤：
44.s1、把sic元件装夹在打磨清洗机的元件台上，控制打磨清洗机根据需要的形状尺寸把sic元件进行切割；
45.s2、把切割好的sic元件取出进行加热氧化使其表面形成一层氧化膜；
46.s3、将加热氧化后的sic元件进行退火处理；
47.s4、把退火处理后的sic元件装夹在打磨清洗机上对sic元件表面氧化层进行打磨、清洗并风干；
48.s5、把风干后的sic元件取出对其表面进行紫外线照射；
49.s6、对进行过紫外线照射的sic元件再装夹在打磨清洗机上进行一次清洗风干处理。
50.在sic元件进行加热前先根据需要制备的sic器件所需的sic元件的形状尺寸的不同利用整块sic元件装夹在打磨清洗机上的sic元件夹具12上，然后控制打磨清洗机上的激光发射杆803上的激光灯组806发出激光对sic元件进行切割出所需的形状，在把切割好的sic元件投入下一步工艺，通过首先根据需要对sic元件进行切割，方便可以根据sic器件外形的不同制备不同外形的sic元件，方便后续工序的进行。在形成氧化层后s3退火便于氧化层结构的改善以及进行下一步工序，s5的紫外线照射界面处便于改善界面处的结构，改善该sic元件的寿命和性能。s4对sic元件进行打磨清洗，便于s5工序的展开同时可以使得氧化层表面光滑且可以根据需要控制氧化层的厚度，便于在sic器件上安装和保证sic器件的性能。
51.本发明中，在加热过程中间断向sic元件表面吹拂氧气。
52.在加热的同时对sic元件表面吹拂氧气，可以加快sic元件表面的氧化速度，加快氧化层的形成，提高了sic元件的制备速度。
53.本发明中，在s2中在高温退火时向sic元件表面吹拂氮气。
54.高温退火的同时向sic元件表面氧化层吹拂氮气，使得在高温退火时n元素与界面c原子进行反应，使钝化效果提前产生，从而减少sic器件的界面缺陷。
55.本发明中，吹拂氮气的温度开始为接近加热后sic元件表面为温度，随着时间氮气的温度逐渐下降直至降至室温。
56.利用温度不断下降的氮气对高温加热后的sic元件进行高温退火，即对sic元件进行了高温退火的同时又对使得时n元素与界面c原子进行反应，使钝化效果提前产生，从而减少sic器件的界面缺陷。
57.一种打磨清洗设备，包括底座1和支架2，底座1的上端面固定安装有支架2，支架2上固定安装有工作台柱3，工作台柱3上端固定安装有元件台4，元件台4上装夹有sic元件13，底座1的后侧固定安装有侧板5，侧板5的上方固定安装有顶板6，顶板6下端开设有滑槽7，滑槽7内滑动连接有工作组件8，工作组件8的上端设置有滑杆801，滑杆801滑动安装在所述滑槽7内，滑杆801的后端位于顶板6的下方固定安装有驱动齿条802，滑杆801的下方固定安装有激光发射杆803、喷水杆804和热风杆805，顶板6的上方固定安装有第一驱动电机9，第一驱动电机9的输出端穿过所述顶板6固定连接有驱动齿轮10，驱动齿轮10和所述驱动齿条802啮合传动连接。
58.在进行步骤s4时，把sic元件固定在打磨清洗设备上的元件台4上，然后打磨清洗设备的控制系统控制第一驱动电机9驱动工作组件8在滑槽7内移动，使得工作组件8上的激光发射杆803正对着sic元件的上方，控制激光灯组806发出激光对sic元件表面的氧化层进行打磨，使得氧化层表面光滑，便于下一步工序的有效进行，还可以通过控制激光强度打磨出不同厚度的氧化层，来精准控制氧化层的厚度，对制备成的sic器件效果起到改善作用，打磨过后工作组件8移动使得喷水杆804正对着sic元件的表面进行喷水清洗；清洗过后工作组件8移动使得热风杆805正对着sic元件的表面进行吹热风使其风干，在激光打磨、喷水清洗和吹风热干的过程同时第一驱动电机9驱动工作组件8在滑槽7内移动，便于对sic元件的整个表面进行打磨、清洗和风干。且使得打磨、清洗和风干集中自动化进行，提高了工序效率，节省了工序时间。
59.本发明中，激光发射杆803、喷水杆804和热风杆805均为条状结构，且激光发射杆803的下端面沿着激光发射杆803的方向均匀分布固定安装有激光灯组806，喷水杆804的下端面沿着喷水杆804的方向均匀分布固定安装有喷水头组807，热风杆805的下端面沿着热风杆805的方向均匀分布固定安装有出风口808。
60.由于装夹的sic元件形状尺寸不同，可以在打磨时通过控制激光灯组806中只有位于sic元件以上的激光灯发射激光，在清洗时通过控制喷水头组807中只有位于sic元件以上的喷水头喷水，这样使得其他不必要工作的激光灯和喷水头不工作，提高了该装置的合理性。
61.本发明中，元件台4上开设有磁力槽11，磁力槽11内磁力吸合sic元件夹具12，sic元件夹具12的底端固定设置有磁力座121，sic元件夹具12上装夹有sic元件13。
62.当磁力座121配合放置在磁力槽11内时，通过打磨清洗设备的控制系统控制磁力槽11通磁，使得磁力座121紧密吸合在磁力槽11内，sic元件夹具12便固定在元件台4，方便sic元件夹具12的固定和取下，而设置sic元件夹具12，便于取下sic元件夹具12装夹sic元件13，还可以配置不同形状的sic元件夹具12，便于装夹不同形状的sic元件，使得sic元件的装夹方便快捷。
63.本发明中，工作台柱3内旋转安装有多角度旋转机构14的第一旋转柱141，第一旋
转柱141的下端穿过所述工作台柱3的下端面固定安装有第一驱动齿轮142，第一旋转柱141的上端穿过所述工作台柱3的上端面固定安装有安装槽板143，安装槽板143上旋转安装有从动轴144，从动轴144上固定安装有元件台4，元件台4上装夹有sic元件13，从动轴144上位于所述元件台4的一侧固定安装有从动锥齿轮145，第一旋转柱141内部旋转安装有第二旋转柱146，第二旋转柱146的上端穿过所述安装槽板143位于从动轴144的下方固定安装有驱动锥齿轮147，从动锥齿轮145和所述驱动锥齿轮147啮合传动连接，第二旋转柱146的下端穿过第一旋转柱141的下端面固定安装有第二驱动齿轮148，底座1上固定安装有第二驱动电机15和第三驱动电机16，第二驱动电机15和第三驱动电机16的输出端均固定连接有驱动蜗杆17，两个驱动蜗杆17均啮合连接在对应侧的所述第一驱动齿轮142或第二驱动齿轮148上。
64.设置多角度旋转机构使得sic元件13在激光打磨或是进行s1的激光切割时，可以使得sic元件13在工作组件8的下方进行空间旋转，方便切割和打磨不同形状的sic元件13的多个面，使得切割打磨控制简单，一次装夹即可完成，无需换面装夹，使得该装置适应性高。
65.需要切割或是打磨sic元件13的其他面时，首先第二驱动电机15驱动第一旋转柱141在工作台柱3内旋转，带动其上固设的安装槽板143旋转到合适的角度，然后第三驱动电机16驱动第二旋转柱146以及其上端固设的驱动锥齿轮147同步旋转，通过驱动锥齿轮147和从动锥齿轮145的啮合传动驱动从动锥齿轮145以及与其固连的从动轴144旋转，从动轴144旋转驱动其上端的元件台4同步旋转，第二驱动电机15驱动第一旋转柱141旋转配合第三驱动电机16驱动第二旋转柱146旋转便可实现元件台4以及其上装夹的sic元件13实现空间旋转。
66.在多角度旋转机构14带动其上的sic元件旋转到工作组件8的前方后时后方时，可以在打磨时通过控制激光灯组806中只有位于sic元件以上的激光灯发射激光，在清洗时通过控制喷水头组807中只有位于sic元件以上的喷水头喷水，这样使得其他不必要工作的激光灯和喷水头不工作，提高了该装置的合理性。
67.一种sic器件，包括sic元件13，器件使用经过权利要求一处理过的所述sic元件13制备，且sic器件在制备过程或制备完成后也可以装夹在所述打磨清洗机上进行处理。
68.制备完成的sic器件也可以装夹在元件台4上对其表面进行激光打磨或是切割或是激光焊接。
69.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。