[发明专利]一种用于半导体外延系统的基座

说明书

技术领域

 本发明涉及半导体外延设备领域，尤其是涉及一种具有升降功能以及双重旋转功能的基座设计，该基座可以在机械手的带动下实现整体的上升和下降；基座的大盘在机械传动装置的带动下进行公转；基座的小盘下部设计有的旋转扇叶，气体流过时推动扇叶旋转从而实现小盘的自转。本发明所涉及的基座设计用于半导体材料外延设备时，可以提高气态源的利用率,同时可以改善外延层的均匀性。

背景技术

与硅、锗、砷化镓等传统的半导体材料相比，以Ⅲ族（主要指Al、Ga和In元素）氮化物为代表的第三代半导体材料属于直接带隙半导体材料，具有高的禁带宽度，非常适合制作短波长的光电器件；其优异的电学、光学性能以及高温下稳定的特性，也非常适用于制作高频、大功率电子器件,因此对Ⅲ-Ⅴ族半导体器件的研究也是目前半导体领域研究的热点和难点。

目前商业化的Ⅲ-Ⅴ族半导体外延系统主要包括氢化物气相外延（HVPE）系统、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）系统等，这些系统的基本原理是:利用载气（氮气、氢气、惰性气体或者其中几者的混合气体），将Ⅲ-Ⅴ族半导体生长所需要的Ⅲ族以及Ⅴ族源气体均匀混合并运至基座表面，反应气体流经基座表面时会形成滞留层，参与反应的气体在该滞留层内进行扩散并吸附于衬底表面，从而发生化学反应，反应的副产物从衬底表面脱附，通过扩散作用再进入主气流并被带离反应腔，通过控制反应腔内的压强、温度以及各种气体的流量，最终获得高质量的外延层。

半导体外延系统的设计理念始终向着多片式、大尺寸（≥4英寸）发展，以提高产能、降低成本，目前商业化的MOCVD设备单次可生长的衬底数已经突破50片。在半导体外延系统反应腔内，基座整体都是围绕对称轴旋转的（公转），比如Thomas Swan公司的近耦合喷淋头(Close Coupled Showerhead)结构MOCVD的反应腔，在这种反应腔内，薄膜的沉积均匀性更多地依赖于喷淋头的结构设计而不是旋转，所以此类结构的MOCVD只需要基座整体以较低的转速进行公转；而对于某些半导体外延系统的反应腔，除了基座自身的公转之外，衬底也需要围绕自身的中心进行旋转（自转），比如AXITRON公司的水平式行星式MOCVD反应腔，采用了源气体径向流动、基座公转以及衬底自转的设计，获得了良好的外延均匀性。总的来说，在半导体外延系统中，基座公转与衬底自转相结合的设计，有助于气态源在衬底表面的扩散，同时也有利于提高外延层的均匀性以及气态源的利用率。

发明内容

本发明是针对上述背景技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种具有双重旋转和升降功能的基座设计，本发明利用机械传动的方式实现基座的公转、气动旋转方式实现衬底的自转，并结合机械手实现基座整体的升降。本发明所涉及的基座整体结构简单、可靠，可以应用于半导体设备领域，比如氢化物气相外延（HVPE）系统以及金属有机物气相沉积（MOCVD）系统。

为实现上述目的，本发明公开了一种用于半导体外延系统的基座，具有双重旋转和升降功能的基座，包含有大盘、小盘，大盘内部设有辐射状的内部气路通道，大盘上设有3个以上小盘，小盘的下部设有扇叶，大盘的内部气路通道连通小盘，大盘中心连接支撑杆，支撑杆内设有内部气道，支撑杆的内部气道连通大盘的内部气路通道，支撑杆中部设有金属法兰，金属法兰的中心设有磁流体组件，磁流体组件包含磁流体轴承和磁流体磁铁，磁流体组件内部设有A套管，A套管的内部设有中空的支撑杆，支撑杆上位于金属法兰之下设有一从动轮，从动轮一侧等高的位置设有主动轮，主动轮安装在伺服电机的顶端，支撑杆的尾端设有进气组件，进气组件由轴承组件、B套管和气体入口组成，轴承组件包括轴承和轴承固定件，轴承固定件与支撑杆固定在一起，轴承的外部设有机械手支架，进气组件连接机械手支架。