一种碳化硅外延炉衬底旋转结构的制作方法

本发明属于碳化硅外延生长，具体的说是一种碳化硅外延炉衬底旋转结构。

背景技术：

1、半导体行业作为现代电子信息产业的基础，是支撑国民经济高质量发展的重要行业。第三代半导体指的是碳化硅、氮化镓等具有宽禁带特性的新兴半导体材料。实际应用中，宽禁带半导体器件几乎都设在外延层上，属于化学气相沉积法；反应原理是反应气体流经被加热到反应温度的衬底表面，发生化学反应生成碳化硅单晶薄膜，衬底在反应过程中放置在石墨托盘上，为保证薄膜厚度和材料成分的均匀性，必须保证衬底的温度和气流场的均匀性，实施中往往采用石墨托盘快速旋转的方式来实现。

2、公开号为cn116288718a的一项中国专利公开了碳化硅外延生长室，包括上室体及下室体，上室体具有上空腔，所述上室体内设有上支撑板；下室体固设于上室体的下方，下室体具有下空腔，下室体内设有下支撑板，上支撑板与下支撑板之间构成生长室，下支撑板内部设有储气腔，下支撑板的下方还设有连通储气腔的气道；在高真空下，生长室通过感应加热过程被加热到1600℃左右，气浮驱动气体h2以一定流速通过气道输送到储气腔中，之后通过通气孔作用于托盘基座，使得托盘基座气浮并以一定的转速稳定旋转，之后工艺气体c2h4、sih4、hcl等气体在载气h2的作用下进入生长室，在高温下c、si等元素沉积在衬底表面，实现外延层的生长。

3、上述技术中，通过气浮的方式实现衬底旋转，气体流动过程中，当气体浓度不同流量不同时，容易导致沉底的转速无法精确控制，且无法高速旋转，很难大于50r/min；石墨托盘高度容易随气流变化而上下波动，气浮过程中，沉底的旋转平稳性差；且石墨托盘温度也不稳定。

4、为此，本发明提供一种碳化硅外延炉衬底旋转结构。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，包括：

3、石英炉壁；

4、热场，固接在石英炉壁的内部，一端铰接有端盖；

5、第一衬底托盘和两个第二衬底托盘，均设在热场内；

6、石墨旋转轴，所述石墨旋转轴的一端插接在第一衬底托盘的底部，所述石墨旋转轴的另一端通过第一法兰盘连接有陶瓷连接轴；

7、旋转组件，用于驱动石墨旋转轴转动；

8、所述旋转组件包括第一安装座和第二安装座；所述第二安装座的侧壁上固接有第一电机；所述第一电机的输出轴延伸至第二安装座内，且固接有第二锥形齿轮；所述第二安装座的顶端通过转杆转动连接有第一锥形齿轮，所述第一锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合；所述第一安装座内通过轴承一次转动连接有水冷磁流体和连接块；所述连接块的底部固接在转杆的顶部；所述水冷磁流体的顶部通过第二法兰盘连接有波纹管；所述波纹管的顶部固接在第一法兰盘的底部；

9、所述石墨旋转轴的顶端固接有转速传感器；所述第一电机与转速传感器电性连接。

10、优选的，所述石墨旋转轴上通过轴承转动连接有横杆；所述横杆的两端对称转动连接有转动轴；所述第二衬底托盘插接在转动轴的顶部；所述第一衬底托盘和第二衬底托盘的底端均固接有叶轮；所述石墨旋转轴的顶端固接有主动轮；所述转动轴上均固接有从动轮，所述从动轮均与主动轮啮合。

11、优选的，所述热场的两端连通固接有热气管；所述热气管设有三个端口，所述热气管的顶端安装有电磁阀；所述第一衬底托盘的底部固接有感应加热环，所述电磁阀与感应加热环电性连接。

12、优选的，所述热场远离端盖的一端通过轴承转动连接有连接杆；所述连接杆的一端固接有两个刮杆，所述刮杆与热场的内壁紧密接触；所述连接杆的另一端固接有圆齿轮；所述热场的外侧壁通过销轴转动连接有扇形齿轮，所述扇形齿轮与圆齿轮啮合。

13、优选的，所述热场的外侧壁固接有l形板，所述l形板上固接有第二电机，所述第二电机的输出轴固接有转动杆；所述扇形齿轮的一端固接有手柄，所述手柄上开设有滑动口，所述转动杆远离第二电机的一端固接有限位柱，所述限位柱在滑动口内滑动。

14、优选的，所述第二安装座的下方设有底座；所述底座的顶部固接有支撑座，所述支撑座的侧壁上固接有导轨，所述第二安装座滑动连接在导轨上；所述导轨的一侧设有减速电机。

15、优选的，所述底座的顶部四个角均固接有固定板，所述固定板上均螺纹连接有螺纹杆，所述螺纹杆均螺纹连接在底座上；所述螺纹杆的顶部均固接有旋块，所述螺纹杆的底部均固接有圆板。

16、优选的，所述热场远离端盖的一端连通固接有两个进气管，所述进气管上均安装有进气阀，所述进气管设在连接杆的两侧。

17、优选的，所述底座的底部四个角均通过轮座安装有移动轮；所述移动轮的一侧均安装有刹车片；所述底座的顶部靠近支撑座的一端固接有推把。

18、优选的，所述第一法兰盘内设有水冷密封环；所述波纹管内设有陶瓷轴承和轴承外圈隔套；所述陶瓷轴承与陶瓷连接轴的底部连接。

19、本发明的有益效果如下：

20、1.本发明所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，通过设置第一锥形齿轮和第二锥形齿轮，将热场内的温度保持在850—950℃，从进气口通入氢气和外延生长气体，然后将基片放置在第一衬底托盘和第二衬底托盘上，随后将热场内的温度升高至设定的外延生长温度，此时需要开启第一电机，通过第一电机带动第二锥形齿轮转动，通过第二锥形齿轮带动第一锥形齿轮，通过第一锥形齿轮带动转杆转动，通过转杆带动连接块和水冷磁流体转动，通过水冷磁流体带动第二法兰盘、波纹管和第一法兰盘转动，通过第一法兰盘带动石墨旋转轴转动，通过石墨旋转轴带动第一衬底托盘转动，在转动过程中，通过主动轮和从动轮的配合，第二衬底托盘发生转动，从而实现第一衬底托盘和第二衬底托盘同时转动，且通过转速传感器感应石墨旋转轴的转速，通过转速传感器控制第一电机，实现快速调节转速的功能；其中石墨旋转轴和陶瓷连接轴均转动，相对静止，减少石墨旋转轴的摩擦；通过结构的创新实现了旋转机构与石英炉室的密封和柔性调节功能，以消除石英炉室的尺寸误差。

21、2.本发明所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，通过设置扇形齿轮和圆齿轮，通过开启第二电机，第二电机通过输出轴带动转动杆转动，通过转动杆带动限位柱转动，限位柱在转动过程中，同时在滑动口内滑动，在滑动口内滑动过程中，驱动手柄往复摆动，通过手柄带动扇形齿轮往复摆动，通过扇形齿轮带动圆齿轮往复摆动，圆齿轮带动连接杆往复转动，通过连接杆带动刮杆往复转动，刮杆往复转动清理热场内壁，最终通过进气口输送气体，在气体的作用下，将热场底部的颗粒灰尘吹出端盖方向。

技术特征：

1.一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，包括：

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，其特征在于：所述石墨旋转轴（22）上通过轴承转动连接有横杆（227）；所述横杆（227）的两端对称转动连接有转动轴（226）；所述第二衬底托盘（223）插接在转动轴（226）的顶部；所述第一衬底托盘（222）和第二衬底托盘（223）的底端均固接有叶轮；所述石墨旋转轴（22）的顶端固接有主动轮（224）；所述转动轴（226）上均固接有从动轮（225），所述从动轮（225）均与主动轮（224）啮合。

3.根据权利要求2所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，其特征在于：所述热场（1）的两端连通固接有热气管（12）；所述热气管（12）设有三个端口，所述热气管（12）的顶端安装有电磁阀（13）；所述第一衬底托盘（222）的底部固接有感应加热环（228），所述电磁阀（13）与感应加热环（228）电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，其特征在于：所述热场（1）远离端盖（11）的一端通过轴承转动连接有连接杆（38）；所述连接杆（38）的一端固接有两个刮杆（39），所述刮杆（39）与热场（1）的内壁紧密接触；所述连接杆（38）的另一端固接有圆齿轮（32）；所述热场（1）的外侧壁通过销轴转动连接有扇形齿轮（33），所述扇形齿轮（33）与圆齿轮（32）啮合。

5.根据权利要求4所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，其特征在于：所述热场（1）的外侧壁固接有l形板（3），所述l形板（3）上固接有第二电机（31），所述第二电机（31）的输出轴固接有转动杆（36）；所述扇形齿轮（33）的一端固接有手柄（34），所述手柄（34）上开设有滑动口（35），所述转动杆（36）远离第二电机（31）的一端固接有限位柱（37），所述限位柱（37）在滑动口（35）内滑动。

6.根据权利要求5所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，其特征在于：所述第二安装座（210）的下方设有底座（5）；所述底座（5）的顶部固接有支撑座（4），所述支撑座（4）的侧壁上固接有导轨（42），所述第二安装座（210）滑动连接在导轨（42）上；所述导轨（42）的一侧设有减速电机（41）。

7.根据权利要求6所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，其特征在于：所述底座（5）的顶部四个角均固接有固定板（55），所述固定板（55）上均螺纹连接有螺纹杆（53），所述螺纹杆（53）均螺纹连接在底座（5）上；所述螺纹杆（53）的顶部均固接有旋块（56），所述螺纹杆（53）的底部均固接有圆板（54）。

8.根据权利要求7所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，其特征在于：所述热场（1）远离端盖（11）的一端连通固接有两个进气管（21），所述进气管（21）上均安装有进气阀，所述进气管（21）设在连接杆（38）的两侧。

9.根据权利要求8所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，其特征在于：所述底座（5）的底部四个角均通过轮座安装有移动轮（51）；所述移动轮（51）的一侧均安装有刹车片；所述底座（5）的顶部靠近支撑座（4）的一端固接有推把（52）。

10.根据权利要求9所述的一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，其特征在于：所述第一法兰盘（23）内设有水冷密封环（231）；所述波纹管（24）内设有陶瓷轴承（241）和轴承外圈隔套（242）；所述陶瓷轴承（241）与陶瓷连接轴（221）的底部连接。

技术总结本发明属于碳化硅外延生长技术领域，具体的说是一种碳化硅外延炉衬底旋转结构，包括：石英炉壁；热场，固接在石英炉壁的内部，一端铰接有端盖；开启第一电机，通过第一电机带动第二锥形齿轮转动，通过第二锥形齿轮带动第一锥形齿轮，通过第一锥形齿轮带动转杆转动，通过转杆带动连接块和水冷磁流体转动，通过水冷磁流体带动第二法兰盘、波纹管和第一法兰盘转动，通过第一法兰盘带动石墨旋转轴转动，通过石墨旋转轴带动第一衬底托盘转动，通过主动轮和从动轮的配合，第二衬底托盘发生转动，从而实现第一衬底托盘和第二衬底托盘同时转动，且通过转速传感器感应石墨旋转轴的转速，通过转速传感器控制第一电机，实现快速调节转速的功能。技术研发人员：胡动力,石海洋,王人松,贾新旺受保护的技术使用者：连科半导体有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/21