[發明專利]一種用于半導體外延系統的基座

有效

• 申請號: 201110276973.4
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102347258A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 李燮;陸羽;劉鵬;袁志鵬;趙紅軍;張俊業;張國義;孫永健
• 申請（專利權）人: 東莞市中鎵半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/205;C30B25/12;C30B23/02
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 譚一兵

技術領域

?本發明涉及半導體外延設備領域，尤其是涉及一種具有升降功能以及雙重旋轉功能的基座設計，該基座可以在機械手的帶動下實現整體的上升和下降；基座的大盤在機械傳動裝置的帶動下進行公轉；基座的小盤下部設計有的旋轉扇葉，氣體流過時推動扇葉旋轉從而實現小盤的自轉。本發明所涉及的基座設計用于半導體材料外延設備時，可以提高氣態源的利用率,同時可以改善外延層的均勻性。

背景技術

與硅、鍺、砷化鎵等傳統的半導體材料相比，以Ⅲ族（主要指Al、Ga和In元素）氮化物為代表的第三代半導體材料屬于直接帶隙半導體材料，具有高的禁帶寬度，非常適合制作短波長的光電器件；其優異的電學、光學性能以及高溫下穩定的特性，也非常適用于制作高頻、大功率電子器件,因此對Ⅲ-Ⅴ族半導體器件的研究也是目前半導體領域研究的熱點和難點。

目前商業化的Ⅲ-Ⅴ族半導體外延系統主要包括氫化物氣相外延（HVPE）系統、金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）系統等，這些系統的基本原理是:利用載氣（氮氣、氫氣、惰性氣體或者其中幾者的混合氣體），將Ⅲ-Ⅴ族半導體生長所需要的Ⅲ族以及Ⅴ族源氣體均勻混合并運至基座表面，反應氣體流經基座表面時會形成滯留層，參與反應的氣體在該滯留層內進行擴散并吸附于襯底表面，從而發生化學反應，反應的副產物從襯底表面脫附，通過擴散作用再進入主氣流并被帶離反應腔，通過控制反應腔內的壓強、溫度以及各種氣體的流量，最終獲得高質量的外延層。

半導體外延系統的設計理念始終向著多片式、大尺寸（≥4英寸）發展，以提高產能、降低成本，目前商業化的MOCVD設備單次可生長的襯底數已經突破50片。在半導體外延系統反應腔內，基座整體都是圍繞對稱軸旋轉的（公轉），比如Thomas?Swan公司的近耦合噴淋頭(Close?Coupled?Showerhead)結構MOCVD的反應腔，在這種反應腔內，薄膜的沉積均勻性更多地依賴于噴淋頭的結構設計而不是旋轉，所以此類結構的MOCVD只需要基座整體以較低的轉速進行公轉；而對于某些半導體外延系統的反應腔，除了基座自身的公轉之外，襯底也需要圍繞自身的中心進行旋轉（自轉），比如AXITRON公司的水平式行星式MOCVD反應腔，采用了源氣體徑向流動、基座公轉以及襯底自轉的設計，獲得了良好的外延均勻性。總的來說，在半導體外延系統中，基座公轉與襯底自轉相結合的設計，有助于氣態源在襯底表面的擴散，同時也有利于提高外延層的均勻性以及氣態源的利用率。

發明內容

本發明是針對上述背景技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種具有雙重旋轉和升降功能的基座設計，本發明利用機械傳動的方式實現基座的公轉、氣動旋轉方式實現襯底的自轉，并結合機械手實現基座整體的升降。本發明所涉及的基座整體結構簡單、可靠，可以應用于半導體設備領域，比如氫化物氣相外延（HVPE）系統以及金屬有機物氣相沉積（MOCVD）系統。

為實現上述目的，本發明公開了一種用于半導體外延系統的基座，具有雙重旋轉和升降功能的基座，包含有大盤、小盤，大盤內部設有輻射狀的內部氣路通道，大盤上設有3個以上小盤，小盤的下部設有扇葉，大盤的內部氣路通道連通小盤，大盤中心連接支撐桿，支撐桿內設有內部氣道，支撐桿的內部氣道連通大盤的內部氣路通道，支撐桿中部設有金屬法蘭，金屬法蘭的中心設有磁流體組件，磁流體組件包含磁流體軸承和磁流體磁鐵，磁流體組件內部設有A套管，A套管的內部設有中空的支撐桿，支撐桿上位于金屬法蘭之下設有一從動輪，從動輪一側等高的位置設有主動輪，主動輪安裝在伺服電機的頂端，支撐桿的尾端設有進氣組件，進氣組件由軸承組件、B套管和氣體入口組成，軸承組件包括軸承和軸承固定件，軸承固定件與支撐桿固定在一起，軸承的外部設有機械手支架，進氣組件連接機械手支架。