[发明专利]一种用于热化学气相沉积的基片托盘和反应器

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，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。

背景技术

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(lift pin)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。

发明内容