一种用于热化学气相沉积的基片托盘和反应器制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于热化学气相沉积的基片托盘，包括：中心托盘和边缘环，中心托盘外侧壁上包括一上延伸部，边缘环开口内侧壁上包括一下延伸部，所述上延伸部设置在所述下延伸部上方，使得中心托盘得到边缘环的支撑，所述边缘环底面包括第一区域和第二区域，其中第一区域形状与用于与支撑托盘的支撑桶顶部匹配，实现对基片托盘边缘环的支撑和旋转，第二区域位于所述第一区域外侧，用于与机械臂配合举升并移动所述基片托盘。

Substrate tray and reactor for thermochemical vapor deposition

The utility model provides a substrate tray for thermochemical vapor deposition, including a center tray and an edge ring, an upper extension part is included on the outer wall of the center tray, and a lower extension part is included on the inner wall of the opening of the edge ring, and the upper extension part is arranged above the lower extension part so that the center tray can obtain an edge ring. The bottom of the edge ring includes a first region and a second region, wherein the first region shape matches the top of the support barrel used to support the pallet to support and rotate the edge ring of the substrate pallet, and the second region is located outside the first region for lifting and moving the substrate pallet in coordination with the manipulator arm.

【技术实现步骤摘要】
一种用于热化学气相沉积的基片托盘和反应器
本技术涉及半导体加工
，具体涉及一种用于金属有机化学气相沉积反应器中的基片托盘的结构。
技术介绍
当前LED已经成为越来越重要的照明光源，而用于生产LED芯片的金属有机化学气相沉积反应腔(MOCVD)也得到长足发展。其中MOCVD反应器也可以用来生产氮化镓(GaN)的半导体功率器件，相比现有技术中通常采用的硅基的功率器件，氮化镓具有高击穿电压、高效率和开关频率高等诸多优点，因此具有很好的市场前景。如图1a所示为现有技术的MOCVD反应器结构，反应器包括反应腔10，反应腔底部包括一个中空的旋转桶11从大气环境中穿入反应腔内，旋转桶11侧壁通过磁流体实现与反应腔底部的气密。旋转桶11上方包括一个横向的延展部，延展部上固定有一个圆柱状支撑桶13，支撑桶13顶端用于固定基片托盘中支撑环16的内边缘，基片托盘还包括一个平板状的支撑盘15，支撑盘15上表面包括至少一个凹陷部用于容纳待处理的基片。反应腔10的顶部设置有进气装置将来自反应气源1和反应气源2两种气体互相隔离的送入反应腔内，流向下方的基片W。反应腔底部还包括一个抽气口用于将反应后的气体抽走并维持反应腔内部具有一个接近真空的极低气压。支撑盘15下方支撑环13围绕的空间内还分布着多个加热用的电阻丝17用于均匀加热上方的支撑盘15和基片。这种结构的MOCVD反应器能够实现GaN材料层的生长。其中支撑盘15通常由石墨作为基材，在石墨表面涂覆一层SiC材料层。在反应器内的真空环境中不存在气体对流，只能通过物体的传导和热辐射实现热量传递，加热器17产生的热量均匀的向上辐射，热量从支撑盘15底部向上表面传递，但是在支撑盘的边缘区域却存在多个额外的热传递渠道：支撑盘15边缘侧壁向低温的反应腔侧壁10辐射；支撑盘15边缘底面经过下方支撑环16及支撑桶13通过热传导的方式向下方低温的旋转桶11传递热量。其中支持桶13通常由石英制成，虽然导热率不高但是在真空的反应腔中，额外的散热通道还是会导致支撑盘15的边缘区域散热过快。这样一来整个支撑盘15上表面就具有了如图1b所示的温度分布曲线，其中边缘区域温度会随着半径的增加表面温度迅速下降，托盘中心区域由于会向低温的托盘边缘区域横向扩散热量所以也具有一定程度的温度变化斜率。这就会带来两个问题：基片上的温度也会存在分布不均，支撑盘15的边缘区域由于温度变化梯度过大，表面的SiC涂层会在处理过程中发生开裂破损的现象，严重影响处理效果和托盘的使用寿命。由于支撑盘15边缘散热过快，如果在支撑盘15外侧再设置一延展部，会进一步恶化支撑盘边缘的散热效果，导致支撑盘上的基片温度均匀性达不到要求。但是，如果支撑盘15没有向外延展的部分，机械手无法直接抬升支撑盘15并移走支撑盘，只能通过设置在支撑桶13内或者支撑盘15上方的举升机构如举升顶针(liftpin)来实现先抬升支撑盘，然后再利用机械臂将支撑盘15或者基片W取走，机械结构过于复杂无法降低成本。同时支撑环16无法被机械臂移除，所以支撑环16上积累的污染物也无法被及时的清除，影响处理效果。必需要打开反应腔才能清洁支撑环16，严重影响生产效率。所以业内需要开发一种新的基片托盘，防止基片托盘边缘区域开裂，最佳的能够使得基片上具有更好的温度均一性，同时能够方便快捷移出基片托盘和托盘上的基片，并清除基片托盘上沉积的污染物。
技术实现思路
本技术公开了一种用于热化学气相沉积的基片托盘，包括：中心托盘和边缘环，所述边缘环围绕在中心托盘外围，中心托盘外侧壁上包括一上延伸部，边缘环开口内侧壁上包括一下延伸部，所述上延伸部设置在所述下延伸部上方，使得中心托盘得到边缘环的支撑，所述边缘环底面包括第一区域和第二区域，其中第一区域形状与用于支撑托盘的支撑桶顶部匹配，实现对边缘环的支撑和旋转，第二区域位于所述第一区域和所述支撑桶外侧，用于与机械臂配合举升并移动所述基片托盘。所述中心托盘上表面包括至少一个凹陷部用于放置基片。最佳的，所述中心托盘表面由第一材料制成，边缘环表面由第二材料制成，其中第二材料的热导率、发射率低于所述第一材料的热导率和发射率。所述第一材料可以是碳化硅涂层，第二材料可以选自SiN、BN和sialon陶瓷之一。其中所述中心托盘也可以是基体为石墨，石墨外涂有碳化硅涂层，边缘环整体由第二材料制成。所述基片托盘还包括一中间环位于所述中心托盘和边缘环之间，所述中间环包括位于中间环开口内侧的下延伸部和位于中间环外侧的上延伸部，与所述边缘环的下延伸部和中心托盘的上延伸部互相匹配，使得中心托盘、中间环依次叠放在边缘环上。一个凹陷部用于放置基片的凹陷部位于所述中心托盘上表面或者所述中心托盘和中间环上表面。可选地，所述上延伸部的下表面包括第一倾斜面，下延伸部的上表面包括第二倾斜面，所述第一倾斜面和第二倾斜面互相匹配，使得两个倾斜面互相贴合。较佳地，下延伸部上表面还包括一个向上延伸的支撑部，所述支撑部顶表面与所述中心托盘的上延伸部的部分底面接触，以支撑所述中心托盘。进一步地，所述支撑部与中心托盘外侧壁之间存在第一间隙，所述中心托盘的上延伸部外侧端面与边缘环内侧壁之间存在第二间隙。所述第一间隙和第二间隙大于0.3mm小于1.5mm。所述上延伸部外侧还可以包括一个向下延伸的填充部，所述填充部与边缘环内壁和所述支撑部之间存在间隙。本技术还提供一种用于热化学气相沉积的基片托盘，所述基片托盘包括多个组合部件，所述多个组合部件包括：一个中心托盘和多个边缘环，所述边缘环围绕在中心托盘外围，所述中心托盘和多个边缘环从内到外依次排列，其中每个组合部件之间通过支撑装置与相邻的组合部件固定，所述支撑装置包括位于内侧组合部件外侧壁上的上延伸部，以及与所述上延伸部匹配的相邻组合部件内侧壁上的下延伸部，其中最外侧边缘环底面包括第一区域和第二区域，其中第一区域形状与用于与支撑托盘的支撑桶顶部匹配，实现对基片托盘边缘环的支撑和旋转，第二区域位于所述第一区域和所述支撑桶外侧，用于与机械臂配合举升并移动所述基片托盘。所述中心托盘表面由第一材料制成，最外侧边缘环表面由第二材料制成，其中第二材料的热导率、发射率低于所述第一材料的热导率和发射率。进一步地，所述位于中心托盘和最外侧边缘环之间的边缘环表面由第三材料制成，所述第三材料的热导率低于所述第一材料的热导率，第三材料的发射率高于第二材料的发射率。本技术还提供一种热化学气相沉积反应器，包括：反应腔，反应腔中底部包括一个支撑桶，支撑桶顶部设置有一个基片托盘，所述基片托盘包括一个中心托盘和一个边缘环，所述边缘环围绕在中心托盘外围，中心托盘外侧壁上包括一上延伸部，边缘环开口内侧壁上包括一下延伸部，所述上延伸部设置在所述下延伸部上方，使得中心托盘得到边缘环的支撑，所述边缘环底面包括第一区域和第二区域，其中第一区域形状与用于与支撑托盘的支撑桶顶部匹配，实现对基片托盘边缘环的支撑和旋转，第二区域位于所述第一区域和所述支撑桶外侧，用于与机械臂配合举升并移动所述基片托盘，进气装置，将反应气体供应到所述基片托盘上方；加热器位于支撑桶内，基片托盘下方；位于反应腔底部的抽气装置，使得反应腔在化学气相沉积过程中处于真空状态。附图说明图1a为现有技术MOCVD反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于热化学气相沉积的基片托盘，包括：中心托盘和边缘环，所述边缘环围绕在中心托盘外围，中心托盘外侧壁上包括一上延伸部，边缘环开口内侧壁上包括一下延伸部，所述上延伸部设置在所述下延伸部上方，使得中心托盘得到边缘环的支撑，所述边缘环的底面包括第一区域和第二区域，其中第一区域形状与用于支撑托盘的支撑桶顶部匹配，实现对边缘环的支撑和旋转，第二区域位于所述第一区域和所述支撑桶外侧，用于与机械臂配合举升并移动所述基片托盘。

【技术特征摘要】
1.一种用于热化学气相沉积的基片托盘，包括：中心托盘和边缘环，所述边缘环围绕在中心托盘外围，中心托盘外侧壁上包括一上延伸部，边缘环开口内侧壁上包括一下延伸部，所述上延伸部设置在所述下延伸部上方，使得中心托盘得到边缘环的支撑，所述边缘环的底面包括第一区域和第二区域，其中第一区域形状与用于支撑托盘的支撑桶顶部匹配，实现对边缘环的支撑和旋转，第二区域位于所述第一区域和所述支撑桶外侧，用于与机械臂配合举升并移动所述基片托盘。2.如权利要求1所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述中心托盘表面由第一材料制成，边缘环表面由第二材料制成，所述第一材料是碳化硅涂层，第二材料包括SiN、BN和sialon陶瓷之一。3.如权利要求2所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述中心托盘基体为石墨，石墨外涂有碳化硅涂层，边缘环整体由第二材料制成。4.如权利要求1所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述基片托盘还包括一补偿环位于所述中心托盘和边缘环之间，所述补偿环包括位于中间环开口内侧的下延伸部和位于中间环外侧的上延伸部，与所述边缘环的下延伸部和中心托盘的上延伸部互相匹配，使得中心托盘、补偿环依次叠放在边缘环上。5.如权利要求1所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述中心托盘上表面包括至少一个凹陷部用于放置基片。6.如权利要求4所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述中心托盘和补偿环上表面包括至少一凹陷部用于放置基片。7.如权利要求1所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述上延伸部的下表面包括第一倾斜面，下延伸部的上表面包括第二倾斜面，所述第一倾斜面和第二倾斜面互相匹配，使得两个倾斜面互相贴合。8.如权利要求1所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述下延伸部上表面还包括一个向上延伸的支撑部，所述支撑部的顶表面与所述中心托盘的上延伸部的部分底面接触，以支撑所述中心托盘。9.如权利要求8所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述中心托盘的上延伸部外侧端面与边缘环内侧壁之间存在第一间隙(g2)。10.如权利要求9所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述支撑部与中心托盘外侧壁之间存在第二间隙(g1)，第一间隙和第二间隙大于0.3mm小于1.5mm。11.如权利要求8所述的用于热化学气相沉积的基片托盘，其特征在于，所述上延伸部外侧包括一个向下延伸的填充部，所述填充部与边缘环内壁和所述支撑部之间存在间隙。12.一种用于热化学气相沉积的基片托盘，所述基片托盘包括多个组合部件，所述多个组合部件包括：一个中心托盘和多个边缘环，所述边缘环围绕在...

【专利技术属性】
技术研发人员：户高良二，郭世平，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31