CN102828169A - 一种载片托盘、托盘装置和结晶膜生长设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于结晶膜生长设备的载片托盘，在所述载片托盘的至少一个表面上形成有用于容纳基片的凹槽，并且对于每一个凹槽而言，其槽底到槽口的距离自凹槽中心向凹槽边缘逐渐减小。本发明还提供一种用于结晶膜生长设备的托盘装置，其包括多个本发明提供的上述载片托盘，并且相邻载片托盘之间具有一定间距。本发明还提供了一种结晶膜生长设备，其包括工艺腔室，在所述工艺腔室内设置有本发明提供的上述载片托盘和/或托盘装置，用于承载被加工基片。本发明提供的载片托盘、托盘装置和结晶膜生长设备，可生长厚度较均匀的薄膜，具有高的产品良率。

Description

一种载片托盘、托盘装置和结晶膜生长设备

技术领域

本发明涉及半导体加工/处理技术，尤其涉及一种用于承载被加工工件的载片托盘及应用该载片托盘的托盘装置和结晶膜生长设备。

背景技术

目前随着技术的发展，化学气相生长(Chemical VaporDeposition，简称为CVD)技术已经得到越来越多的应用。特别是其中的金属有机化学气相生长(Metal Organic Chemical VaporDeposition，简称为MOCVD)技术，因其具有镀膜成分易控、镀膜均匀致密以及附着力好等优点而逐渐成为工业界主要的镀膜技术。所谓MOCVD技术是指，利用金属有机化合物(Metal Organic，简称为MO)作为源物质的一种化学气相生长技术，其原理为使有机金属原料气体、氢化气体或卤化气体进行热分解反应而在气相中使薄膜生长。在实际工艺中，将进行上述CVD反应的设备称为CVD设备；将使用MO气体进行CVD反应的设备称为MOCVD设备。

通常，诸如结晶膜生长设备等的CVD设备包括有工艺腔室，在工艺腔室内设置有用于承载诸如基片等的被加工工件的托盘，该托盘上的用于承载基片的表面为平直表面。在工艺腔室外设置有感应加热器，用以通过感应加热的方式来对腔室内部进行加热，以使置于托盘上的被加工基片能够处于工艺所需温度。

在实际工艺过程中，置于托盘上的被加工基片的上下两个表面往往存在着温度差，即，与托盘相接触的基片下表面的温度略高于该基片上表面的温度，这将导致该基片在内力的作用下发生弯曲变形而使其边缘部分向上翘起，从而致使基片在工艺过程中不能与托盘贴合。也就是说，采用现有的托盘承载被加工基片时，在实际工艺过程中基片的下表面往往会发生变形而致使自其中心向边缘逐渐远离平直的托盘，从而导致基片上表面(需要生长结晶膜的表面)中各点的温度存在差异，这便使得在结晶膜生长工艺中，基片上表面生长结晶膜的速度及厚度不一致，从而降低产品良率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种载片托盘，其可用于在半导体处理工艺过程中承载被加工工件，并使被加工工件因应力变形后仍可以与该托盘的承载表面较好地接触，从而使被加工工件中用于生长结晶膜的表面受热均匀，进而提高薄膜生长速度及薄膜生长厚度的均匀性。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种托盘装置，其包括多个本发明提供的上述载片托盘，其同样能够提高被加工工件上薄膜生长速度及薄膜生长厚度的均匀性。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种结晶膜生长设备，其设置有本发明提供的上述载片托盘和/或托盘装置，因而能使其内的被加工工件上所生长的薄膜厚度均匀，具有较高的产品良率。

为此，本发明提供了一种用于结晶膜生长设备的载片托盘，在所述载片托盘的至少一个表面上形成有用于容纳基片的凹槽，并且对于每一个凹槽而言，其槽底到槽口的距离自凹槽中心向凹槽边缘逐渐减小。

其中，所述凹槽的槽底呈曲面形状。

其中，所述凹槽槽底的曲面形状是基于被加工基片在半导体处理工艺中的形变量而预先确定的。

其中，所述凹槽在与槽口相平行的平面上的截面形状为矩形、圆形或多边形。

其中，对于载片托盘的每一个表面而言，其上所设置的凹槽的数量均为多个。

此外，本发明还提供一种用于结晶膜生长设备的托盘装置，其包括多个本发明提供的上述载片托盘，并且相邻载片托盘之间具有一定间距。

其中，所述多个载片托盘沿纵向层叠设置或者沿横向层叠设置。

其中，在所述多个纵向层叠设置的托盘中，除最底层的托盘外，在各托盘的背面设置第一凸起部，并在与背面设置有第一凸起部的各托盘相对设置的托盘的正面设置与所述第一凸起部相配合的第二凹进部；和/或在所述多个层叠设置的托盘中，除最底层的托盘外，在各托盘的背面设置第一凹进部，并在与背面设置有第一凹进部的各托盘相对设置的托盘的正面设置与所述第一凹进部相配合的第二凸起部；并且借助于所述第一凸起部和第二凹进部之间的配合和/或所述第二凸起部和第一凹进部之间的配合，而将相邻托盘彼此保持一定间距地叠置在一起。

其中，所述托盘装置还包括陪衬托盘，所述陪衬托盘沿载片托盘层叠方向设置在所述载片托盘的外侧。

其中，所述载片托盘和陪衬托盘均呈环状结构，并且所述凹槽设置在所述载片托盘的环形实体部分。

其中，所述载片托盘和陪衬托盘均采用石墨材料制成，并且其表面具有SiC涂层。

此外，本发明还提供一种结晶膜生长设备，其包括工艺腔室，在所述工艺腔室内设置有本发明提供的上述的载片托盘，用于承载被加工基片。

此外，本发明还提供一种结晶膜生长设备，其包括工艺腔室，在所述工艺腔室内设置有本发明提供的上述托盘装置，用于承载被加工基片。

本发明的有益效果：

本发明提供的载片托盘，在其至少一个表面上设置有用于容纳被加工基片的凹槽，所述凹槽槽底到槽口的距离自凹槽中心向凹槽边缘逐渐减小，这便使得其所承载的被加工基片在工艺过程中因应力作用产生变形后仍能借助于与凹槽的贴合而增大与载片托盘的接触面积，从而使被加工基片能够大致均匀地从载片托盘上获取热量，从而使被加工基片上用于生长薄膜的表面受热较均匀，进而使该表面上各点的薄膜生长速率和厚度大致相同，从而提高产品质量和良率。

本发明提供的托盘装置因其包括多个层叠设置的本发明提供的上述载片托盘，因而其同样具有可使被加工工件中用于生长薄膜的表面受热均匀、并能提高薄膜生长速度及薄膜生长厚度的均匀性的优点。

本发明提供的结晶膜生长设备因其内部设置有本发明提供的上述载片托盘和/或托盘装置，因而其能使置于其内的被加工工件上的薄膜生长速度及薄膜生长厚度大致均匀，从而提高产品良率。

附图说明

图1a为本发明第一实施例提供的载片托盘的俯视图；

图1b为图1a所示载片托盘沿a-a线的剖视图；

图1c为本发明第二实施例提供的载片托盘的剖视图；

图1d为本发明第三实施例提供的载片托盘的剖视图；

图2为承载有变形后的被加工基片的载片托盘的剖视图；

图3为本发明一个实施例提供的托盘装置的结构示意图；

图4a为图3所示托盘装置中的一个载片托盘的俯视图；

图4b为图4a所示载片托盘沿b-b线的剖视图。

具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，先对本发明中出现的几个术语进行解释。其中，所谓“承载表面”指的是其上形成有凹槽且用于承载被加工工件的托盘的那一表面，例如，当托盘上表面用于承载被加工工件时，该上表面即为承载表面。所谓“槽口”指的是凹槽在托盘的承载表面上的开口；所谓“槽底”指的是凹槽的底面，其在槽口所在平面上的投影为整个槽口区域。此外，本发明三个实施例提供的载片托盘的俯视图均如图1a所示，因此为了简洁，在附图只示出一个载片托盘的俯视图。

下面结合附图对本发明提供的载片托盘、托盘装置及包含该载片托盘和/或托盘装置的结晶膜生长设备进行详细说明。

图1a为本发明第一实施例提供的载片托盘的俯视图；图1b为图1a所示载片托盘沿a-a线的剖视图。请一并参阅图1a和图1b，本实施例提供的载片托盘10的上表面为承载表面，在该承载表面上形成有用于容纳被加工基片的凹槽11，其槽底到槽口的距离自凹槽11的中心向其边缘逐渐减小。该凹槽11呈球冠形状，其沿a-a线的剖面形状为弓形。在该剖视图中，槽底呈向下凹陷的弧线形，并且该弧线的最底点对应于该凹槽中心。该弧线上各点的切线斜率自凹槽11的中心向凹槽11的边缘逐渐增大且连续变化，即，该凹槽11的槽底的形状为凹曲面。

图1c为本发明第二实施例提供的载片托盘的剖视图。类似于前述第一实施例，第二实施例中的载片托盘10的承载表面同样为其上表面，并且在该承载表面上形成有用于容纳被加工基片的凹槽11，其槽底到槽口的距离自凹槽11的中心向其边缘逐渐减小。

本发明第二实施例与第一实施例的不同之处在于：第二实施例中的凹槽11为圆锥台形状，其沿a-a线的剖面形状为梯形。在该剖视图中，槽底包括梯形的下底及梯形的两个腰，并且该梯形的每一个腰上的各点具有相同的斜率。

图1d为本发明第三实施例提供的载片托盘的剖视图。类似于前述第一实施例，第三实施例中的载片托盘10的承载表面同样为其上表面，并且在该承载表面上形成有用于容纳基片的凹槽11，其槽底到槽口的距离自凹槽11的中心向凹槽11的边缘逐渐减小。

本发明第三实施例与第一实施例的不同之处在于：第三实施例中凹槽11呈棱面形球体的球冠状，其沿a-a线的剖面形状为多边形，并且该多边形中最长的那个边与槽口相对应。在该剖视图中，槽底为由多个线段构成的折线，其中的最底端线段对应于该凹槽11的中心区域，并且该折线中各线段的斜率自最底端线段向最顶端线段逐渐增大。

需要指出的是，虽然在上述实施例中，凹槽槽口的形状为圆形，但在实际应用中也可以对应于基片的形状而采用其他形状，如矩形或多边形，即，在实际应用中可以根据需要使凹槽在与槽口相平行的平面上的截面形状为矩形、圆形或多边形。

还需要指出的是，虽然在上述实施例中，仅在载片托盘的上表面设置一个用于容纳基片的凹槽，但是在实际应用中也可以根据需要而在该表面上设置多个用于容纳基片的凹槽，或者在载片托盘的上下两个表面均设置上述凹槽，且每个表面上凹槽的数量可以根据实际需要而预先设定。可以理解，在实际应用中载片托盘上的凹槽的数量优选为多个，这样，每个载片托盘就可在单次工艺中同时承载多个基片，从而提高载片托盘的利用率和半导体工艺的处理效率。

进一步需要指出的是，本发明载片托盘的槽底形状可以基于被加工基片在半导体处理工艺中的形变量而预先确定，例如，可以根据实验或以往经验而预先获得被加工基片在加工过程中的形变量，并基于此而设置槽底形状，以使该槽底的形状与被加工基片变形后的形状相配合。在此，所谓相配合指的是在工艺过程中变形后的被加工基片与该凹槽可大致贴合，以使该基片上的各点能够大致均匀从载片托盘上获取热量。可以理解，本发明中各附图仅仅是示意性地示出各凹槽的形状，事实上，实际应用中的凹槽要浅于图中所示，换言之，在实际应用中的凹槽槽底的弯曲度或斜率要小于图中所示。

图2为承载有变形后的被加工基片的载片托盘的剖视图。如图所示，在载片托盘10上表面的凹槽11内放置有基片18，在工艺过程中该基片18因其上下两个表面存在温度差而在内力的作用下发生弯曲变形，其变形后的形状能够与凹槽11相配合，即，基片18下表面与凹槽11的槽底贴合，从而使基片18上的各点能够大致均匀地从载片托盘上获取热量并使基片18上表面中各点的温度大致相同，进而使基片18上表面各处的薄膜生长速率和薄膜厚度大致均匀，从而提高产品质量。

需要指出的是，基片的初始形状与所述凹槽的槽口形状相对应，即，当被加工基片的原始形状为矩形、圆形或多边形时，所述凹槽在与槽口相平行的平面上的截面形状应当对应地设置为矩形、圆形或多边形。

图3为本发明一个实施例提供的托盘装置的结构示意图；图4a为图3所示托盘装置中的一个载片托盘的俯视图；图4b为图4a所示载片托盘沿b-b线的剖视图。

请一并参阅图3、图4a和图4b，本实施例提供的托盘装置包括四个相互平行且沿纵向自上而下依次层叠设置的环形托盘31～34。其中，在这4个载片托盘中，每一个载片托盘均呈环形，其环形实体部分23上设置有多个本发明提供的上述凹槽21，用于承载诸如基片等的被加工工件；环形实体部分23环绕形成中空部分22，以供气体输送系统等机构穿过。所述凹槽21的具体结构如本发明前述实施例所示，在此不赘述。

通常，这4个载片托盘可采用这样的方式进行连接与固定：即，在处于最上面的3个载片托盘的背面设置第一凸起部(图中未示出)，与之相对应，在处于最下面的3个载片托盘的正面设置与所述第一凸起部相配合的第二凹进部(图中未示出)，换言之，在图3所示4个载片托盘中，在除最底层载片托盘34以外的各载片托盘31～33的背面设置第一凸起部，并在背面设置有第一凸起部的各载片托盘31～33的下方且与其相对设置的各载片托盘32～34的正面，设置与上述第一凸起部相配合的第二凹进部)，借助第一凸起部和第二凹进部之间的配合而将相邻载片托盘彼此保持一定间距地叠置在一起。通常，相邻载片托盘之间的间距可以设置为0.5cm～8cm，优选为1cm～3cm，以便在载片托盘31～34上放置诸如基片等的被加工工件并使工艺气体通过。

当然，在实际应用中，相邻托盘之间也可以采用这样的方式来进行连接和固定：即，在多个托盘的背面设置第一凹进部，并在背面设置有第一凹进部的各托盘的下方且与其相对设置的各托盘的正面，设置与上述第一凹进部相配合的第二凸起部，借助第二凸起部和第一凹进部之间的配合而将相邻托盘彼此保持一定间距地叠置在一起。事实上，前述第一凹进部和第二凹进部可以设置成围绕托盘装置旋转轴的封闭环状结构，相应地，与之相配合的第二凸起部和第一凸起部可以设置成围绕托盘装置旋转轴的封闭环状结构；或者，前述第一凸起部及与之配合的第二凹进部、第一凹进部及与之配合的第二凸起部也可以设置为不连续的结构，只要能够借助于相邻托盘上的凸起与凹进之间的相互配合而将托盘连接在一起即可，而不必限定所述凸起和凹进的具体形状结构。

至于载片托盘的材料，可以采用包括石墨、钼、钼合金等耐高温且化学性质稳定的材质。当采用石墨作为托盘的材料时，优选在托盘表面设置一层SiC涂层。此外，本发明所提供的托盘装置可用于承载诸如蓝宝石、Ge、GaAs、GaN、SiC、Si等材料的基片以进行相应的结晶膜生长工艺。

需要指出的是，上述各附图及实施例均以圆形的载片托盘为例对本发明提供的托盘装置结构加以描述，但本发明并不局限于此，技术人员可根据实际需要而对各托盘的形状进行变型或改进，并且该变型和改进均应视为本发明的保护范围。而且，本发明提供的托盘装置中的托盘数量不必局限于前述实施例所述的四个，而是可以为n个，其中n为大于等于2的整数。

需要指出的是，当本发明提供的托盘装置用于半导体处理工艺时，可将最低层托盘和最顶层托盘设置为陪衬托盘，以阻止整个托盘装置的散热，从而确保温度场的均匀，以便提高热能利用率，避免造成能量浪费。

作为本发明的另一种技术方案，本发明还提供了一种结晶膜生长设备，其包括工艺腔室，在所述工艺腔室内设置有本发明提供的上述的载片托盘和/或托盘装置，用于承载被加工基片。其中所述基片变形后的形状与所述凹槽的形状相配合，即所述基片变形后的形状能够与所述凹槽贴合。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种用于结晶膜生长设备的载片托盘，其特征在于，在所述载片托盘的至少一个表面上形成有用于容纳基片的凹槽，并且对于每一个凹槽而言，其槽底到槽口的距离自凹槽中心向凹槽边缘逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的载片托盘，其特征在于，所述凹槽的槽底呈曲面形状。

3.根据权利要求1所述的载片托盘，其特征在于，所述凹槽槽底的曲面形状是基于被加工基片在半导体处理工艺中的形变量而预先确定的。

4.根据权利要求1所述的载片托盘，其特征在于，所述凹槽在与槽口相平行的平面上的截面形状为矩形、圆形或多边形。

5.根据权利要求1所述的载片托盘，其特征在于，对于载片托盘的每一个表面而言，其上所设置的凹槽的数量均为多个。

6.一种用于结晶膜生长设备的托盘装置，其特征在于，包括多个如权利要求1-5中任意一项所述的载片托盘，并且相邻载片托盘之间具有一定间距。

7.根据权利要求6所述的托盘装置，其特征在于，所述多个载片托盘沿纵向层叠设置或者沿横向层叠设置。

8.根据权利要求7所述的托盘装置，其特征在于，在所述多个纵向层叠设置的托盘中，除最底层的托盘外，在各托盘的背面设置第一凸起部，并在与背面设置有第一凸起部的各托盘相对设置的托盘的正面设置与所述第一凸起部相配合的第二凹进部；和/或

在所述多个层叠设置的托盘中，除最底层的托盘外，在各托盘的背面设置第一凹进部，并在与背面设置有第一凹进部的各托盘相对设置的托盘的正面设置与所述第一凹进部相配合的第二凸起部；并且

借助于所述第一凸起部和第二凹进部之间的配合和/或所述第二凸起部和第一凹进部之间的配合，而将相邻托盘彼此保持一定间距地叠置在一起。

9.根据权利要求7所述的托盘装置，其特征在于，还包括陪衬托盘，所述陪衬托盘沿载片托盘层叠方向设置在所述载片托盘的外侧。

10.根据权利要求9所述的托盘装置，其特征在于，所述载片托盘和陪衬托盘均呈环状结构，并且所述凹槽设置在所述载片托盘的环形实体部分。

11.根据权利要求9或10所述的托盘装置，其特征在于，所述载片托盘和陪衬托盘均采用石墨材料制成，并且其表面具有SiC涂层。

12.一种结晶膜生长设备，包括工艺腔室，其特征在于，在所述工艺腔室内设置有如权利要求1-5中任意一项所述的载片托盘，用于承载被加工基片。

13.一种结晶膜生长设备，包括工艺腔室，其特征在于，在所述工艺腔室内设置有如权利要求6-11中任意一项所述的托盘装置，用于承载被加工基片。

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