化学气相沉积或外延层生长反应器及其基片托盘和支撑轴制造技术

一种化学气相沉积或外延层生长反应器，所述反应器内设置至少一基片托盘及其支撑轴，所述基片托盘包括一第一表面和一第二表面，所述基片托盘的第二表面设置有至少一个向内凹陷的凹进部；所述支撑轴包括：主轴部；与所述主轴部的一端相连接、并沿所述主轴部外围向外延伸开来的支撑部，所述支撑部包括一延展面；以及与所述主轴部相连接、并沿着与所述主轴部相反的方向延伸一高度的插接部；所述延展面外围设置一支撑台，所述支撑台包括一支撑面，所述基片托盘的第二表面至少部分地与所述支撑台的支撑面接触，以实现支撑轴对基片托盘的支撑。所述支撑轴可以带动基片托盘实现平稳快速转动。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及制造半导体器件，尤其涉及一种在诸如基片等衬底上生长外延层或进行化学气相沉积的装置。
技术介绍
在诸如基片等衬底上生长外延层或进行化学气相沉积的生产过程中，反应器的设计十分关键。现有技术中，反应器有各种各样的设计，包括:水平式反应器，该反应器中，基片被安装成与流入的反应气体成一定角度；行星式旋转的水平式反应器，该反应器中，反应气体水平通过基片；以及垂直式反应器，该反应器中，当反应气体向下注入到基片上时，基片被放置在反应腔内的基片托盘上并以相对较高的速度旋转。该种高速旋转的垂直式反应器为商业上最重要的M0CVD反应器之一。例如，专利技术名称为“通过化学汽相沉积在基片上生长外延层的无基座式反应器”的中国专利技术专利(中国专利号:01822507.1)提出了一种无基座式反应器，如图1所示，其包括反应腔、可旋转主轴400、用于加热基片的加热装置140以及用来支撑基片的基片托盘300。主轴400包括顶面481和主轴壁482，基片托盘300包括一中心凹进部分390。在将基片托盘300安装到主轴400时，主轴400被插入中心凹进部分390内，直到主轴壁482和凹进部分390的壁之间紧密配合，产生将基片托盘300保持在沉积位置的摩擦力，亦即，基片托盘300通过摩擦力保持在主轴400的顶端上，并被带动与主轴400 —起旋转。然而，在实际工艺过程中，前述反应器仅仅通过摩擦力很难(例如:因摩擦力不足而产生打滑)将基片托盘300保持在高速旋转的主轴400上并使二者一起旋转，若通过额外设置的保持装置解决此不足则会增加系统的复杂程度；此外，由于主轴400直径的局限，在沉积过程中很难保证基片托盘300始终保持平衡，倘若基片托盘300在沉积过程中重心失去平衡，发生摇摆，使得得到的基片外延层生长不均匀；再者，由于主轴壁482和凹进部分390的壁之间紧密配合，在基片加工过程中，通常为高温环境，主轴400会产生热膨胀，且主轴400的热膨胀系数高于基片托盘300的热膨胀系数，凹进部分390将会因主轴400的热膨胀而被撑坏，最终导致整个基片托盘300裂开；最后，在沉积过程中，主轴400的旋转速度与基片托盘300的转速通常不一致，二者有一定的偏差，这使得不能准确测量反应器内基片的位置，进而不能准确测量基片的温度和进一步地控制基片的温度。在衬底上生长外延层或进行化学气相沉积的工艺过程中，基片托盘的温度是一个至关重要的参数，其决定了在衬底上生长外延层或化学沉积的均匀性，由于基片托盘的面积较大，不同区域基片托盘的温度不同会造成工艺的不均匀性，达不到生产工艺的合格率要求，因此，调节不同区域基片托盘的温度均匀性是控制上述工艺结果均匀与否的一个重要因素。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种化学气相沉积或外延层生长反应器及位于所述反应器内的基片托盘及其支撑轴，基片托盘在基片加工过程中能够在支撑轴的支撑下实现平衡、可靠地旋转，并且基片托盘不会因支撑轴受热膨胀而被撑坏，同时，本技术的支撑轴能减少基片托盘中心区域的热量沿着所述支撑轴向下传导，提高所述基片托盘中心区域和边缘区域的温度均匀性。具体的，本技术公开了一种用于化学气相沉积或外延层生长反应器内的支撑轴，用以支撑基片托盘并带动其旋转，所述支撑轴包括:主轴部；与所述主轴部的一端相连接、并沿所述主轴部外围向外延伸开来的支撑部，所述支撑部包括一延展面；以及与所述主轴部相连接、并沿着所述延展面向与所述主轴部反方向延伸一高度的插接部；所述延展面上方环绕所述插接部设置一个或多个支撑台，所述支撑台包括支撑面用以支撑基片托盘，所述支撑面高于所述延展面一段距离。优选的，所述插接部包括一顶表面和一外侧面，所述外侧面包括第一外侧面和第二外侧面，其中第一外侧面垂直设置于所述延展面上方，所述第二外侧面设置为自所述第一外侧面向所述顶表面倾斜的弧面。优选的，所述插接部位于所述延展面的中心区域，形状为非圆柱形。优选的，所述第一外侧面包括一组相互平行的平面及一组向相反方向突起的弧面。优选的，所述支撑台为环绕所述插接部设置的圆环状结构，所述圆环状支撑台为连续或断续结构。优选的，所述支撑台为环绕所述插接部设置的若干凸起。优选的，所述支撑台的高度小于所述插接部高度。优选的，所述主轴部包括与所述支撑部连接的第一主轴部和与所述第一主轴部另一端连接的第二主轴部，所述第一主轴部的直径小于所述第二主轴部的直径。优选的，所述支撑轴设置有机械安装孔，所述机械安装孔在所述插接部的顶表面上设有开口，并沿着所述主轴部的方向延伸一定深度。进一步的，本技术公开了一种与上述支撑轴匹配的基片托盘，所述基片托盘包括一第一表面和一第二表面，所述第一表面上用于放置若干待处理的基片，所述第二表面的中心位置设置有一个向内凹陷的凹进部，所述凹进部在所述基片托盘内部形成一顶表面，所述凹进部的顶表面形状为非圆形，所述凹进部用于容纳所述支撑轴的插接部，所述第二表面至少部分与所述支撑台的支撑面接触。优选的，所述凹进部的凹进深度与所述基片托盘的厚度比例范围为1/2-3/4。优选的，所述基片托盘外围设置一台阶，所述台阶用于容纳机械手臂，便于取放基片托盘。进一步的，本技术公开了一种化学气相沉积或外延层生长反应器，所述反应器内包括一基片托盘及其支撑轴，所述支撑轴用以支撑基片托盘并带动其旋转，所述支撑轴包括:主轴部；与所述主轴部的一端相连接、并沿所述主轴部外围向外延伸开来的支撑部，所述支撑部包括一延展面；以及与所述主轴部相连接、并沿着所述延展面向与所述主轴部反方向延伸一高度的插接部；所述延展面上方环绕所述插接部设置一个或多个支撑台，所述支撑台包括支撑面用以支撑基片托盘，所述支撑面高于所述延展面一段距离；所述基片托盘包括一第一表面和一第二表面，所述第一表面上用于放置若干待处理的基片，所述第二表面的中心位置设置有一个向内凹陷的凹进部，所述凹进部在所述基片托盘内部形成一顶表面，所述凹进部的顶表面形状为非圆形，所述凹进部用于容纳所述支撑轴的插接部，所述第二表面至少部分与所述支撑台的支撑面接触。进一步的，本技术还公开了一种用于化学气相沉积或外延层生长反应器内的支撑轴，用以支撑基片托盘并带动其旋转，其特征在于:所述支撑轴包括:主轴部；与所述主轴部的一端相连接、并沿所述主轴部外围向外延伸开来的支撑部，所述支撑部包括一支撑面；与所述主轴部相连接、并沿着所述支撑面中心区域向与所述主轴部反方向延伸一高度的插接部；所述支撑面上设置一个或多个向下凹陷的隔热渠道。优选的，所述隔热渠道为环绕所述插接部设置的环状结构，所述环状结构为连续或断续设置。优选的，所述隔热渠道为若干个不连续的凹陷结构。优选的，所述若干个不连续隔热渠道贯穿所述支撑部设置。本技术所提供的反应器及其支撑轴具有诸多优点:首先，整个基片托盘在被放置于支撑轴上后及在基片加工过程中不会因重心不稳而左右摇摆，使得支撑轴能带动基片托盘平稳地同步转动；此外，基片托盘的旋转是通过插接部在水平表面方向上的作用力(推动力或抵靠作用)来实现的，因而不会出现如现有技术中二者出现“摩擦打滑”的现象；再者，插接部和凹进部在连接配合后，由于二者之间允许存在一定的间隙，该间隙允许插接部在高温的加工工艺环境下热膨胀，不会出现现有技术中二者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于化学气相沉积或外延层生长反应器内的支撑轴，用以支撑基片托盘并带动其旋转，其特征在于：所述支撑轴包括：主轴部；与所述主轴部的一端相连接、并沿所述主轴部外围向外延伸开来的支撑部，所述支撑部包括一延展面；以及与所述主轴部相连接、并沿着所述延展面向与所述主轴部反方向延伸一高度的插接部；所述延展面上方环绕所述插接部设置一个或多个支撑台，所述支撑台包括支撑面用以支撑基片托盘，所述支撑面高于所述延展面一段距离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜勇，郑振宇，
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