一种半导体外延片载片盘及其支撑装置及MOCVD反应室制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半导体外延片的载片盘及其支撑装置及一种MOCVD反应室，所述半导体外延片的载片盘的上表面设有承载基片的载片腔，所述载片盘的下表面靠近载片盘外表面的位置具有与支承轴上端面相耦合的环形结构。所述支撑装置包括与载片盘耦合连接的支承轴，该支承轴为空心轴。所述MOCVD反应室包括环形的反应室壁，位于该反应室壁内侧的支承轴，装在支承轴顶端的载片盘，该载片盘上方设有喷淋头，其结构特点是，所述载片盘为上述的半导体外延片的载片盘，所述支承轴为上述的空心轴，所述空心轴内装有固定轴，所述载片盘下方设有加热器。使用这种方式的载片盘结构简单，简化了载盘的制造工艺，同时这种载盘在满足强度的前提下可以做的更薄，既节省了材料，又提高了载片盘的温度变化速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于半导体外延设备的装置,特别涉及一种用于MOCVD (MetalOrganic Chemical Vapor Deposition)的载片盘及与其配合的支撑和旋转连接装置；以及使用这种装置的反应室。
技术介绍
MOCVD设备，即金属有机物化学气相沉积设备是生产第三代半导体材料GaN(GaAs、AlN等)最主要的设备；是半导体产业中的关键设备。该设备集计算流体力学、热カ传导、系统集成控制、化合物生长等各学科于一体，是ー种高科技、新技术高度集中的设备；是突破产业发展瓶颈，提高产业水平的战略性高技术半导体装备。 MOCVD在沉积半导体材料时为了提高生产效率，提高设备利用率，一般每批次沉积20到60片，载片盘放置基片的面如图I所示，当前普遍使用的反应室结构如图2所示。沉积开始时由机械手将装载有基片的载片盘送入反应室；沉积过程中载片盘在旋转轴的带动下匀速旋转，转速可能为每分钟几十转到上千转之间；沉积完成后由机械手将载片盘取出。目前加热盘式反应室中使用的载盘支撑结构主要有以下两种形式第一种如图2所示，载片盘中间挖有一锥形孔，旋转轴与载片盘相连接的部分设计成与之相对应的锥形突起。载片盘与旋转轴之间通过锥面实现定位及动カ传动。由于载片盘本身为陶瓷材料，可能存在強度不够的问题；因此载片盘中间可能需要镶嵌其它强度较好的材料来制作锥形孔，载片盘制作困难。再者这种结构对锥形孔周围的強度要求也较高，载片盘需要有较大的厚度，減少了载片盘的厚度选择区间，増加了载片盘的重量；这也增加了载片盘的热容量，降低了载片盘的变温速率。第二种结构如图3所示，载片盘中间有ー锥形突起，旋转轴与载片盘相连接的部分设计成ー锥形凹槽，同样的载片盘与旋转轴之间通过锥面实现定位及动カ传动。这种方式避免了在载片盘上打孔，载片盘中间部分的強度没有被削弱，载片盘的強度能够得到比较好的保证，因此载片盘的中间部分不需要镶嵌其他的材料；制作简单很多。但是其还是中间支撑方式，对载片盘的强度要求还是比较高。上述两种载片盘与旋转轴的连接形式能够实现载片盘的方便更换，但是两种结构下载片盘与旋转轴的耦合接触面都比较小，不容易保证载片盘的上表面与旋转轴轴线的垂直度；并且当旋转轴的速度发生较大改变吋，载片盘与旋转轴之间还可能出现相对滑动，使载片盘的转速控制不准确，并且还会影响旋转轴与载片盘的使用寿命。
技术实现思路
针对上述现象，本专利技术的目的在于提供一种半导体外延片的载片盘，以及与该载片盘配合能够更好实现载片盘水平定位及減少载片盘与旋转轴出现相对滑动几率的支撑装置；同时给出了使用此装置的反应室。该装置中的载片盘可以通过机械手在反应室中实现载片盘的放入及取出动作，旋转轴的支撑结构可以保证载片盘处于水平位置，载片盘在旋转轴带动下可以在各种需要的速度下平稳转动，为基片外延生长提供良好的条件。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种半导体外延片的载片盘，该载片盘上表面设有承载基片的载片腔，其结构特点是，所述载片盘的下表面靠近载片盘外表面的位置具有与支承轴上端面相耦合的环形结构。由于采用圆周支撑的方式，有效地避免了载片盘和支承轴之间的相对滑动，减轻了载片盘的重量，延长了其使用寿命。所述载片盘体的下表面靠近载片盘外表面的位置开有与支承轴上端面相配合的环形凹槽。由此，支承轴上端面伸入环形凹槽内，实现耦合。所述载片盘体的下表面靠近载片盘外表面的位置具有与支承轴上端面相配合的锥面或环形台面。当载片盘的下表面外缘开有锥面时，支承轴上端面也具有与之进行耦合 的锥面；当载片盘的下表面外缘开有环形台面时，支承轴上端面也具有与之进行耦合的环形台面，载片盘下表面的环形台面内侧亦具有锥面，支承轴上端面设有与载片盘锥面耦合的锥面。由此，本专利技术的载片盘的背面(与放置基片相对的那个平面)开有与载片盘支撑结构相配合的凹槽(或凸缘)，由圆筒形旋转轴的锥形部分与载片盘相应部分耦合。通过该耦合结构保证载片盘的水平，同时旋转轴的动力得以传递到载片盘上。本专利技术还提供了ー种用于支撑上述半导体外延片载片盘的支撑装置，包括与载片盘耦合连接的支承轴，其结构特点是，所述支承轴为空心轴。所述空心轴由多段圆筒组合而成，且最上端的圆筒的直径较其它圆筒的直径大。所述空心轴的顶端设有片状的支撑杆。由此，可旋转空心轴与载片盘相连接的锥形部分设计成支撑杆的形式，可以增加支撑部位的柔性。上述支撑杆的数量可以根据需要选择不同的数目。进ー步地，本专利技术还提供了ー种MOCVD反应室，包括环形的反应室壁，位于该反应室壁内侧的支承轴，装在支承轴顶端的载片盘，该载片盘上方设有喷淋头，其结构特点是，所述载片盘为上述的半导体外延片的载片盘，所述支承轴为上述的空心轴，所述空心轴内装有固定轴，所述载片盘下方设有加热器。所述空心轴内装有固定在固定轴顶端的隔板，该隔板位于加热器下方。所述隔板由耐高温的材料制成，其可为单层板，也可为多层结构板组成。所述空心轴的内表面与固定轴之间、空心轴的外表面与反应室壁之间均设有密封结构，如磁流体密封。所述载片盘下表面的凹槽上至少分布有ー个锥面，所述空心轴上端具有锥面，该空心轴的锥面与凹槽的锥面耦合。所述空心轴上开有多个通气孔，所述通气孔优选在空心轴上均匀、对称分布，所述固定轴内部设有气体通道，所述固定轴内部分布有为加热器电线、冷却水管预留的通道。所述载片盘的圆形外表面下部为锥面，该锥面的轴线与载片盘的轴线重合，且载片盘的锥面与空心轴的锥面具有相同的锥度；所述载片盘的锥面与空心轴的锥面耦合。藉由上述结构，ー种MOCVD反应室，包含有放置于反应室中的载片盘、支撑载片盘的旋转空心轴、隔板以及构成反应室的固定部分。所述空心轴为分段的圆筒状空心结构；所述空心轴与载片盘相近的一端采用了锥形设计；所述载片盘的上表面设计有放置基片的圆形凹槽；所述载片盘的下方有加热装置，该加热装置处于空心轴内部。所述载片盘下表面凹槽至少分布有一个与空心轴相耦合的锥面。空心轴上端的锥面与凹槽中的锥面耦合，依靠该耦合面完成载片盘的定位；空心轴通过此耦合面带动载片盘旋转。除耦合的锥面外，载片盘及空心轴上其他的面不參与耦合。本专利技术关于载片盘的下表面靠近载片盘外表面的位置具有与支承轴上端面相耦合的环形结构的ー种具体形式为所述载片盘的圆形外表面下部为锥面，该锥面轴线与载片盘轴线重合，即旋转空心轴的轴线与载片盘的轴线在同一条直线上；所述载片盘的锥面与空心轴的锥面具有相等的锥度。空心轴的锥面与载片盘的锥面耦合完成载片盘的定位(此时空心轴的环形平面与凸缘下表面之间有间隙)，旋转轴通过此耦合结构带动载片盘旋 转。由此，载片盘圆形外表面靠近背面的部分设计成锥面结构，锥面的最大直径与载片盘直径相等；旋转空心轴与载片盘相连接的部分也设计成相应的锥形结构。载片盘与旋转空心轴通过这两个锥面耦合连接。载片盘的定位通过这对耦合的锥面完成，旋转轴通过耦合锥面带动载片盘旋转。本专利技术关于载片盘的下表面靠近载片盘外表面的位置具有与支承轴上端面相耦合的环形结构的另ー种具体形式为所述载片盘的圆形外表面的下部为锥形结构，锥面的最大直径小于载片盘的最大直径；从而在载片盘上部形成一凸缘。空心轴的锥面与载片盘上的锥面相耦合(此时空心轴的环形平面与凸缘下表面之间有间隙)；载片盘通过锥形耦合面完成定位，旋转轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体外延片的载片盘，该载片盘（2）上表面设有承载基片（3）的载片腔，其特征是，所述载片盘（2）的下表面靠近载片盘外表面（21）的位置具有与支承轴（6）上端面相耦合的环形结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：魏唯，罗才旺，贾京英，陈特超，孙雪平，吕文利，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十八研究所，
类型：发明
国别省市：