CN103668124A - 化学气相沉积设备的基材保持器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基材保持器(6)，其在用于处理半导体基材的设备(1)的处理室(4)中使用，该基材保持器具有平的上侧面(5)，在所述上侧面中具有至少一个用于容纳基材的凹陷(12)，其中，所述凹陷(12)具有底面(13)和环形封闭的壁(14)，具有多个从壁(14)向凹陷内突伸的突起(15)，所述突起构成用于支撑基材的边缘段的支撑面(19)，其中，凹陷(12)的所有的支撑面(19)位于一个公共的平面(E)内，该平面在穿过底面(13)的最高抬升的平面(12)上方延伸，并且在上侧面(5)下方延伸。在对于上侧面的俯视图中，壁(14)应该分别在突起(15)的区段(16)内直线状延伸。设有多个在圆周方向上彼此间隔开的距离元件，用以对放置在凹陷(12)内的基材(24)定中心。这些距离元件应该由壁(14)的俯视上侧面(5)时呈直线状延伸的区段(16)构成。

Description

化学气相沉积设备的基材保持器
技术领域
本发明涉及一种在用于处理半导体基材(“半导体衬底”)的设备的处理室内使用的保持器，所述保持器具有平的上侧面，在该顶侧面中存在至少一个用于容纳基材的凹陷，其中，该凹陷具有底面和环形密封的壁，所述保持器具有多个从壁向凹陷内突伸的突起，所述突起构成用于支撑基材的边缘段的支撑面，其中，凹陷的所有的支撑面位于一个公共的平面内，该平面在通过底面的最高突起部的平面上方延伸，并且在上侧面下方延伸。这种通常也被称为基座(Suszeptor)的基材保持器在CVD(化学气相沉积)中使用、并且特别在MOCVD反应器(有机金属化学气相沉积反应器)的处理室内使用。基材保持器从下方借助加热装置加热到处理温度，该处理温度可以高于100度。在基材保持器的平的顶侧面内通常存在多个由凹陷构成的料槽。这些凹陷具有底面，它的圆周轮廓相应于基材的圆周轮廓。距离元件从凹陷的壁的边缘以均匀的圆周分布突伸，基材的边缘可放置所述距离元件上。利用这些突起可以使基材的底侧面相对于底面的最高加高处保持一定距离。此外，还设有从凹陷的边缘沿径向突伸的距离件，利用所述距离件使基材在凹陷中定中心。
此外，本发明还涉及一种在用于处理半导体基材的设备的处理室中使用的基材保持器，所述基材保持器具有平的上侧面，在该上侧面中存在至少一个用于容纳基材的凹陷，其中，该凹陷具有底面和环形封闭的壁。所述壁围绕基材的边缘。基材基本上具有圆盘形状。壁具有这样的轮廓曲线，该轮廓曲线至少区段性地遵循基材的边缘的轮廓曲线，使得在基材的边缘与壁之间保留尽量小的缝隙。为使基材在直径较大的凹陷中定中心，多个距离件从凹陷的壁突伸。这些距离件沿圆周方向彼此保持间距。这些距离元件发挥了上述对基材定中心的作用，使得基材的边缘相对于凹陷的大多数的弯曲壁以保持不变的间距延伸。
背景技术
这些相关的现有技术首先由US2005／0016466A1、US2009／0007841A1、US2012／0156374A1构成。
未提前公开的文献DE102011055061描述了一种具有圆弧形距离元件的基材保持器，基材被放置在所述距离元件上。处理室底面被结构化。即处理室底面具有不同深度的段。
在文献DE102010000388A1、DE102009044276A1、DE102009043848A1、DE102009043960A1和DE102010000554A1以及申请人的另外的专利申请中描述了一种用于沉积III-V层的设备，在其他的专利申请中，DE10323085A1描述了利用SiC、BN或者TaC对基材保持器的表面进行涂覆。
在已被涂覆的基材保持器中存在这样的问题：由于热应力在突起件的区域内或者在距离元件的区域内产生裂缝。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种装置，通过该装置防止产生这样的裂缝。
所述技术问题通过根据本发明的在用于处理半导体基材的设备的处理室中使用的基材保持器解决。
首先并且通常规定，突起从所述凹陷的壁的区段中突伸，在对于上侧面的俯视图中，该区段具有呈直线状的走向。在本发明的一种改进方式中规定，所述突起朝向凹陷的壁区段仅由曲线构成。特别规定，从直线状的壁中无折点地、倒圆式形成所述突起件的侧壁。从直线状的壁的一段出发，突起的侧壁首先在俯视图中呈内凹曲线，该曲线过渡为外凸曲线。突起在外凸曲线的顶点具有相对于直线状的壁区段的最大径向距离。一条假象线穿过该顶点、垂直地自直线状的区段发端，突起关于该假想线镜像对称。直线延伸的区段优选在圆周方向上超过突起的圆周长度伸出。突起的内凹区段和外凸区段以倒圆的壁区段的形式相互转化。突起优选以均匀的角度分布围绕凹陷的中心设置。它们彼此可以分别错开60度被设置。在直线状的区段之间延伸的内凹壁的壁区段优选在圆弧线上延伸。尤其弯曲的壁区段以相同的半径围绕一个公共的中点延伸。因此，凹陷具有将其包绕的圆弧线，弯曲的壁区段在该圆弧线上延伸。弯曲的壁区段在圆弧线上延伸，该圆弧线所具有的半径大于大体上呈圆形的基材的边缘半径。因此，凹陷的边缘在直线状的壁区段之间的区域内以基本上恒定的间隙距离包围基材。根据本发明的第二方面，凹陷壁的直线状壁区段构成距离件，通过所述距离件在凹陷中使基材定中心。直线状的区段包围假想的内圆，该内圆仅与直线状的区段相切，并且该内圆的半径仅尽可能低地大于基材的半径，使得基材的边缘能够靠在一个或者多个直线延伸的壁区段上。直线状的壁区段对于外接圆构成割线，该外接圆限定了弯曲的壁区段的走向和对内圆的切线，该内圆的直径基本上相当于基材的直径。圆弧线的半径构成直线延伸的区段的长度的参考尺度。直线延伸的区段在圆周方向上测量的长度可以是圆弧线半径的20％到30％。突起在圆周方向上的平均长度约为圆弧线半径的1％到5％。突起从凹陷的边缘在朝向凹陷中心的方向上的径向长度约为弯曲的壁区段的半径的2％到5％。在本发明的优选的改进方式中，突起从侧面被槽包围。该槽在凹陷的底面内延伸，并且间接地邻接各突起的朝向凹陷的壁。该槽也可以局部地在直线状的区段上延伸。该直线状的区段可以超过槽的长度向外延伸。槽的宽度约为弯曲的壁区段半径的约1％至5％。槽在圆周方向上的长度约为该半径的10％至30％。突起优选分别跨越在1到10度、优选约2到3度的圆周角度。槽可以在在圆周段上跨越不超过10度的圆周角度。为容纳4英寸晶片，该半径约为49mm。基材保持器构成MOCVD反应器的基座。所述MOCVD反应器具有处理室，该处理室的底面构成基座。在底面的上方具有气体引入系统，通过所述气体引入系统将处理气体导入处理室内。处理气体以热解方式在基材的表面上分解，该基材是半导体晶片。在基材表面上沉积单晶的半导体层。该半导体层可以由III和V主族元素组成。基座从下方借助加热装置被加热。关于使用的处理气体和处理执行的详情参照开始时提到的现有技术。相应地使其成为本专利申请的公开内容。
附图说明
下面根据附图说明本发明的一个实施例。在附图中：
图1表示穿过根据现有技术的MOCVD反应器的横截面的示意图，
图2表示根据本发明的基材保持器6的俯视图，该基材保持器总共具有十三个分别用于容纳基材的凹陷，
图3表示根据图2的凹陷12的放大图，
图4表示沿图3中的线IV-IV的剖面，
图5表示图3中的截面V-V，
图6表示根据图3、然而设有不同的底面形状的凹陷12的视图，
图7表示沿图6中的线VII-VII的剖面，
图8表示根据图3的视图，其中带有放置在凹陷内的基材24，
图9表示根据图4的视图，然而其中带有放置在凹陷12内的基材24。
图1表示穿过一个MOCVD的(关于中轴线)旋转对称的反应器壳体1的横截面。在反应器壳体1内部存在气体引入机构2，所述气体引入机构通过气体输入管道9供给处理气体。处理室4位于气体引入机构2的下方。气体引入机构2的底侧面构成排气面3，在所述排气面内形成大量进气孔10。通过这些进气孔10能够把处理气体或者多种处理气体的混合气体导入处理室4内。为了对气体引入机构2的排气面3进行冷却或者调节温度而设有提供管路11，调温介质可通过该管路流动。
处理室4的底面由基座6构成，所述基座具有朝向处理室4的平的上侧面5。上侧面5可以由平面构成。在基座6下方具有加热装置7。这里，加热装置7可以是电阻加热装置、辐射加热装置或者RF加热装置(射频加热装置)。使用该加热装置7将基座6加热到处理温度。处理室4由气体流出环8包围。利用未图示的真空装置可以调节处理室4内的气体压力。
图2表示本发明的基座6的俯视图。该基座是基材保持器6。基座6由石英或者石墨组成。基座的表面被涂覆。可以用SiC、BN、TaC对基座表面进行涂覆。在该实施例中，在基座6的平的上侧面5内形成十三个凹陷。底面13和壁14、16以及从壁区段16突伸的突起15同样被涂覆。
凹陷12构成料槽，可分别将一个基材放入该料槽中。这些基材在图1至图8中未被示出。然而图8和9示出了防止在凹陷12内的基材24。基材24的边缘放在从凹陷12的壁14、16突伸的突起15上。突起15具有位于平面E上的支撑面19。从图2可知，底面13具有区段13′、13″，它们相对于对于基座6的上侧面5具有不同的深度。由此影响从凹陷12的底面向基材的热传输。
图3、6以及8分别以放大图方式表示凹陷12，它们基本上仅在凹陷底面13、13′、13″的结构上有所不同。图3和4中表示的凹陷12具有最小深度的区段，该区段在接近边缘区域内延伸。该最小深度的区段限定底面13的最高的抬升并且限定平面20。
在图6和7中表示的凹陷12的中，底面13的中心区段构成底面13的最高抬升的区域，平面20穿过或经过所述区域延伸。其余的底面段13′、13″位于更深的水平上。
边缘14基本上在圆筒表面上延伸，突起15从所述边缘14分别错开60度在沿径向向内的方向上突伸。总共为六个突起件15的每一个都构成一个支撑面19，基材24的边缘的区段可以被支撑在所述支承面上(参见图9)。支撑面19位于一个共同的平面E内，该平面相对于由最高的底面抬升所限定的平面20保持一定间距，使得基材悬空。此外，平面E或者支撑面19距基座6的上侧面5具有间距，该间距具有这样的大小，使得基材的上侧面不超出或者仅尽可能少地超出边缘17。
从图3和6可知，壁14或者边缘17的主体区段在圆弧线上延伸，该圆弧段的中点位于凹陷12的中心。凹陷12沿边缘17邻接在基座6的上侧面，所述边缘17遵循壁16的轮廓，壁16在圆筒表面上延伸，并且通过构成圆锥面的方式接入边缘17内。
从图5的放大图中可知，壁14具有区段16，所述区段在俯视图中直线延伸。区段16由平面构成。壁14的直线区段16过渡为弯曲的壁区段14′，该壁区段14′在相对于凹陷12的中心具有半径R的圆弧线上延伸。总共设有六个直线状的区段16，这些区段分别通过弯曲的壁区段14′彼此连接。
六个直线状的区段16中的每一个都具有一个中心区段，上述突起15自所述中心区段发端。为此，突起15具有内凹延伸的壁区段23。通过这些壁区段23，突起15的朝向凹陷12的壁无折点地从直线状的壁区段16的平的表面向前突伸。内凹的壁区段23过渡为外凸的、呈半圆弧状的壁区段22。在该半圆弧的中心，突起15具有其距壁的直线状区段16的最大距离。
壁14的直线状的区段16沿两个圆周方向穿过被突起件15占据的圆周段向外延伸。在那里连接直线状的连接区段16′和16″。
突起15在侧面由槽18围绕。该槽位于凹陷12的底面13内。槽18遵循突起15的壁22、23的曲线轮廓。因此槽18形成围绕突起15的圆弧段18″。槽18在圆周方向上转变为两个直线状的区段18′，所述区段18′直接邻接在直线状延伸的连接区段16′上。
壁14的直线状的区段16在圆周方向超过槽18的圆周长度继续延伸，并且在那里构成上面已经提到的壁连接段16″。
在实施例中，突起15在圆周方向上跨越约2到3的角度。槽18在圆周方向上围绕凹陷12的中心跨越约10的角度。直线状的区段16在圆周方向上围绕凹陷12的中心跨越约15的角度。所述直线状的区段16可以在10至30度的范围内在圆周方向上延伸。
如在开始时已经提到的，壁14的弯曲区段位于圆弧线上，而直线状的区段16位于该圆弧的割线上。相对于该外接圆具有同心延伸的内圆，直线状的区段16构成该内圆的切线。图8表示了放入按照图4的凹陷内的基材24。图9中表示沿着切割线剖切的剖面，该切割线穿过切点。该切点构成距离件，以便使基材24在凹陷12内如此定中心，使得基材24的边缘在圆周方向上相对于壁14的弯曲区段14′以基本上保持不变的间距拉开距离。因此，直线状的区段16具有这样的垂直高度，该垂直高度大于突起15的阶梯高度、也就是说支撑面19离开平面20的距离的高度。
所有公开的特征(自身)都是发明上重要的。在本申请的公开中由此还随同包括相关的／附上的优先权文件(在先申请文本)的全部内容，也出于该目的，在先申请文件的特征被一并包含在本申请的权利要求中。从属权利要求的特征在于在其可任意选择的并列的文本中对现有技术的独立的创造性的改进，用以特别以这些权利要求为基础进行分案申请。
附图标记列表
1    反应器壳体
2    气体引入机构
3    排气面
4    处理室
5    上侧面
6    基座
7    加热装置
8    气体流出环
9    气体管道
10   进气孔
11   管路
12   凹陷
13   底面
13′ 底面区段
13″ 底面区段
14   壁
14′ 弯曲的壁区段
15   突起
16   壁，直线状的区段
16′ 壁连接区段
16″ 壁连接区段
17   边缘
18   槽
18′ 区段
18″ 圆弧段
19   支撑面
20   平面
21   圆锥面
22   壁，壁区段
23   壁，壁区段
24   基材
E    平面
R    半径

Claims (13)

1.基材保持器(6)，其在用于处理半导体基材的设备(1)的处理室(4)中使用，所述基材保持器具有平的上侧面(5)，在所述上侧面中具有至少一个用于容纳接收基材的凹陷(12)，其中，所述凹陷(12)具有底面(13)和环形封闭的壁(14)，具有多个从壁(14)向凹陷内突伸的突起(15)，所述突起构成用于支撑基材的边缘段的支撑面(19)，其中，凹陷(12)的所有的支撑面(19)位于一个公共的平面(E)内，该平面在通过底面(13)的最高抬升部的平面(20)上方延伸，并且在上侧面(5)下方延伸，其特征在于，在对于上侧面的俯视图中，所述壁(14)分别在突起(15)的区段(16)内直线状延伸。
2.根据权利要求1所述的基材保持器，其特征在于，所述多个突起(15)以均匀的角度分布、尤其沿圆周方向错开60度地设置。
3.根据上述权利要求之一或者多项所述的基材保持器，其特征在于，所述直线状的区段在圆周方向上测量的长度相当于弯曲的壁区段(14′)的弯曲半径(R)的20％至30％。
4.根据上述权利要求之一或者多项所述的基材保持器，其特征在于，所述突起(15)在圆周方向测量的长度相当于弯曲的壁区段(14′)的半径(R)的约1％至5％。
5.根据上述权利要求之一或者多项所述的基材保持器，其特征在于，所述突起(15)朝向凹陷(12)的壁从侧面被底面(13)内的槽(18)包围。
6.根据权利要求5所述的基材保持器，其特征在于，所述槽(18)接着构成区段(18′)，所述区段(18′)在沿直线状延伸的壁(16)的区段(16′)内延伸。
7.根据权利要求5或6之一所述的基材保持器，其特征在于，所述槽(18)的宽度相当于弯曲的壁区段的半径的约1％至5％。
8.根据权利要求5到7之一所述的基材保持器，其特征在于，所述槽(18)的长度相当于弯曲的壁区段的半径的约10％至30％。
9.根据上述权利要求之一或者多项所述的基材保持器，其特征在于，所述基材保持器(6)由石墨、钼或者石英制成，并且具有涂层。
10.根据权利要求9所述的基材保持器，其特征在于，所述涂层由SiC、BN或者TaC组成，或者包含这些物质中的一种或者多种。
11.根据上述权利要求之一或者多项所述的基材保持器，其特征在于，突起(15)朝向凹陷(12)的侧面由无折点的、相互转换的曲线(22、23)构成，并且该侧面无折点地过渡为直线状的壁区段(16′)。
12.基材保持器(6)，其在用于处理半导体基材的设备(1)的处理室(4)中使用，所述基材保持器有平的上侧面(5)，在所述上侧面中具有至少一个用于容纳基材的凹陷(12)，其中，所述凹陷(12)具有底面(13)和环形封闭的壁(14)，所述壁围绕基材(24)的边缘，具有多个在圆周方向上彼此间隔开的距离元件，用以对放置在凹陷(12)内的基材(24)定中心，其特征在于，所述距离元件由壁(14)的在上侧面(5)的俯视图中呈直线状延伸的区段(16)构成。
13.根据权利要求12所述的基材保持器，其特征在于，所述壁(14)的直线状的区段(16)通过弯曲的、尤其在圆弧线上延伸的壁区段(14′)彼此连接。
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