CN111607784B - 引流旋转式基片承载装置及气相外延设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种引流旋转式基片承载装置及气相外延设备，装置包括：气源装置，用于提供气相外延的源气体，源气体的流动方式包括旋转流动；母盘，位于气源下方；转动装置，连接于母盘，以为母盘提供旋转动力；子盘，用于承载基片，子盘通过旋转轴连接于母盘上，子盘边缘具有涡形流道，用于引导旋转流动的源气体在涡形流道内流动，从而带动子盘旋转。本发明利用源气体在子盘表面以涡状线流动方式推动子盘旋转，实现装置的行星式旋转。本发明无需对子盘额外注入气体，因此，既不会有多余的气体破坏基片边缘的气氛，提高外延片的良率，同时也能节省高纯气体流量及相关气体控制元器件，大大降低设备的成本。

Description

引流旋转式基片承载装置及气相外延设备
技术领域
本发明涉及一种半导体制造设备，特别是涉及一种引流旋转式基片承载装置及气相外延设备。
背景技术
在半导体制程中，气相生长设备是使用各种不同来源气体形成薄膜。其中化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)是一种用来产生纯度高、性能好的固态材料的生长技术。采用CVD设备成长薄膜时，通常是将反应源气体输送至反应腔中与其它反应气体混合，并借由加热装置控制待成长基片的加热温度，然后在待成长基片上面发生化学反应促成薄膜的成长。一般来说，CVD设备包含腔室、配置于腔室内的承载基座以及用以使反应气体流动至基板表面的管路。于CVD设备中，将基片固定于基片承载装置上，然后加热基片至适当的温度，并经由管路将反应源气体导入至基片表面，借此进行成膜制程。
现有的气相外延设备中，为提高外延衬底均匀性，通常会采用气浮式行星自转盘作为基片承载装置，其包含公转的母盘及自转的子盘。其工作原理为如下：子盘与母盘接触的下表面设计多个气体通道，自所述气体通道的气孔入口往每个气体通入适量气体，气体在流经气体通道时，首先克服子盘重力，再带动子盘旋转；与此同时，母盘由电机带动旋转，通过以上设计实现自转公转功能。
上述技术存在明显缺陷：
第一，该气浮式行星自转盘必须从气孔入口通入气体，才能实现子盘旋转。但是推动子盘旋转的气体却容易流动至子盘边缘，从而导致以下问题：a)破坏外延衬底边缘气氛，导致外延衬底边缘与中心外延厚度或组分严重不均；b)通入的气体可能在边缘引起涡流，造成颗粒掉落在外延片边缘。上述两种情况均会降低外延片质量。
第二，该气浮式行星自转盘必须从气孔入口通入气体，会增加高纯气体和控制气体元器件的成本。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种引流旋转式基片承载装置及气相外延设备，用于解决现有技术中气浮式行星自转盘须从气孔入口通入气体而导致外延质量下降及增加设备成本的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种引流旋转式基片承载装置，所述装置包括：气源装置，用于提供气相外延的源气体，所述源气体的流动方式包括旋转流动；母盘，位于所述气源下方；转动装置，连接于所述母盘，以为所述母盘提供旋转动力；子盘，用于承载基片，所述子盘通过旋转轴连接于所述母盘上，所述子盘边缘具有涡形流道，用于引导旋转流动的所述源气体在所述涡形流道内流动，从而带动所述子盘旋转。
可选地，所述旋转轴凸起于所述母盘表面，所述子盘与所述旋转轴连接并与所述母盘表面具有间隙。
可选地，所述旋转轴为锥形转轴，所述子盘的底部中心具有锥形槽，所述子盘通过所述锥形槽与所述锥形转轴配合连接，以将所述子盘与所述母盘之间的摩擦阻力集中于锥形转轴处，从而降低所述子盘旋转时的阻力。
可选地，所述涡形流道自所述子盘边缘开口，并朝所述子盘内部呈涡流状延伸。
可选地，所述涡形流道的延伸方向偏离所述子盘的中心。
可选地，所述涡形流道均匀排布于所述子盘边缘。
可选地，位于所述母盘上的子盘均匀排布。
本发明还提供一种外延片的制备方法，包括：将基片固定于所述子盘；通过所述转动装置使所述母盘以预定转速进行转动；通过所述气源装置提供旋转流动的源气体，所述源气体到达所述子盘表面并以涡状线方式流走；通过所述子盘边缘的所述旋转流道，引导旋转流动的所述源气体在所述旋转流道内流动，从而带动所述子盘旋转。
本发明还提供一种气相外延设备，所述气相外延设备包含如上所述的引流旋转式基片承载装置。
如上所述，本发明的引流旋转式基片承载装置及气相外延设备，具有以下有益效果：
本发明在母盘旋转时，仅利用气相外延过程中源气体在母盘表面以旋转流动(如涡状线流动)方式便可以推动子盘旋转，从而实现母盘公转，子盘自转的行星式旋转。本发明的引流旋转式基片承载装置无需对子盘额外注入气体，因此，既不会有多余的气体破坏基片边缘的气氛，提高外延片的良率，同时也能节省高纯气体流量及相关气体控制元器件，大大降低设备的成本。
附图说明
图1显示为本发明的引流旋转式基片承载装置的主视结构示意图。
图2显示为本发明的引流旋转式基片承载装置的气源装置的结构示意图。
图3显示为本发明的引流旋转式基片承载装置的源气体以涡状线流动的原理示意图。
图4显示为本发明的引流旋转式基片承载装置的母盘与子盘在旋转时的立体结构示意图。
图5显示为本发明的引流旋转式基片承载装置的母盘与子盘在旋转时的俯视结构示意图。
元件标号说明
101 母盘
102 转动装置
103 子盘
104 涡形流道
105 气源装置
106 锥形转轴
107 锥形槽
108 源气体
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1～图5所示，本实施例提供一种引流旋转式基片承载装置，所述引流旋转式基片承载装置位于一用于气相外延的反应腔体内，所述装置包括气源装置105、母盘101、转动装置102及子盘103。
如图1～图3所示，所述气源装置105设置于反应腔体的上部，用于提供气相外延的源气体108，所述源气体108的流动方式包括旋转流动，优选地，所述源气体108的流动方式包括螺旋流动。例如，如图2所示，所述气源装置105可以包含一圆环形管道，所述圆环形管道上具有多个气孔，自所述气孔喷出的源气体108角度可调，也可对气孔的出口的方向进行调整，从而调整源气体108的喷射角度。例如，在需要时，所述气孔喷出的源气体108呈螺旋状，如图2所示。当螺旋流动的源气体108到达子盘103及母盘101表面时，会呈涡状流动，如图3所示。
如图1所示，所述母盘101位于所述气源下方，所述转动装置102连接于所述母盘101，以为所述母盘101提供旋转动力。
如图1所示，所述子盘103用于承载基片，所述子盘103通过旋转轴连接于所述母盘101上，所述子盘103边缘具有旋转流道，优选地，所述旋转流道为涡形流道104，用于引导螺旋流动的所述源气体108在所述旋转流道内流动，从而带动所述子盘103旋转。
如图1所示，所述旋转轴凸起于所述母盘101表面，所述子盘103与所述旋转轴连接并与所述母盘101表面具有间隙，例如，所述间隙可以为0.1毫米～2毫米之间，本实施例通过旋转轴顶起所述子盘103，以克服所述子盘103的重力，使得所述子盘103与所述母盘101表面具有间隙而不直接接触，完全去除了子盘103与所述母盘101表面之间的摩擦力，从而大大降低所述子盘103自转所需的动力。
如图1所示，在本实施例中，所述旋转轴为锥形转轴106，所述子盘103的底部中心具有锥形槽107，所述子盘103通过所述锥形槽107与所述锥形转轴106配合连接，以将所述子盘103与所述母盘101之间的摩擦阻力集中于锥形转轴106处，从而降低所述子盘103旋转时的阻力。
如图4及图5所示，所述涡形流道104自所述子盘103边缘开口，并朝所述子盘103内部呈涡流状延伸。在本实施例中，所述涡形流道104的延伸方向偏离所述子盘103的中心，以利于所述涡形流道104与涡状流动的源气体108之间的相互作用，使得在较低的源气体108流动力之下，也能为所述子盘103提供足够的旋转动力。
同时，如图4～图5所示，所述涡形流道104的宽度自所述开口向所述子盘103内部逐渐减小，该设计可以更有效地利用涡状流动的源气体108的流动力，以进一步降低所述子盘103自转所需的动力。在本实施例中，所述涡形流道104的开口的宽度介于1毫米～20毫米之间，深度介于1毫米～10毫米之间。
如图4～图5所示，位于所述母盘101上的子盘103的数量介于2～6个，且所述子盘103均匀排布。所述涡形流道104均匀排布于所述子盘103边缘，每个子盘103所包含的所述涡形流道104的数量介于4～32个。例如，在本实施例中，位于所述母盘101上的子盘103的数量为3个，且所述子盘103均匀排布，所述涡形流道104均匀排布于所述子盘103边缘，每个子盘103所包含的所述涡形流道104的数量为16个，当然，上述示例为较优的实施方式，但所述子盘103的数量及所述涡形流道104的数量可以依据实际需求进行设计，并不限于此处所列举的示例。
本实施例还提供一种气相外延设备，所述气相外延设备包含如上所述的引流旋转式基片承载装置。例如，所述气相外延设备可以为化学气相沉积(CVD)设备、金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备等，且并不限于此处所列举的示例。
如图1～图5所示，本实施例还提供一种外延片的制备方法，所述制备方法包括：
步骤1)，将基片固定于所述子盘103，所述基片可以为硅基片、碳化硅基片、氮化镓基片、蓝宝石基片或其他需要在其表面进行气相外延的基片。
步骤2)，通过所述转动装置102使所述母盘101以预定转速进行转动。
步骤3)，通过所述气源装置105提供旋转流动的源气体108，所述旋转流动的源气体108优选为螺旋流动的源气体108，所述源气体108到达所述子盘103表面并以涡状线方式流走，如图3所示；
步骤4)，通过所述子盘103边缘的所述旋转流道，所述旋转流道例如为涡形流道104，引导螺旋流动的所述源气体108在所述旋转流道内流动，从而带动所述子盘103旋转如图4及图5所示。
如上所述，本发明的引流旋转式基片承载装置及气相外延设备，具有以下有益效果：
本发明在母盘101旋转时，仅利用气相外延过程中源气体108在母盘101表面以旋转流动(如涡状线流动)方式便可以推动子盘103旋转，从而实现母盘101公转，子盘103自转的行星式旋转。本发明的引流旋转式基片承载装置无需对子盘103额外注入气体，因此，既不会有多余的气体破坏基片边缘的气氛，提高外延片的良率，同时也能节省高纯气体流量及相关气体控制元器件，大大降低设备的成本。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种引流旋转式基片承载装置，其特征在于，所述装置包括：
气源装置，用于提供气相外延的源气体，所述源气体的流动方式包括旋转流动；
母盘，位于所述气源下方；
转动装置，连接于所述母盘，以为所述母盘提供旋转动力；
子盘，用于承载基片，所述子盘通过旋转轴连接于所述母盘上，所述子盘边缘具有旋转流道，用于引导旋转流动的所述源气体在所述旋转流道内流动，从而带动所述子盘旋转。
2.根据权利要求1所述的引流旋转式基片承载装置，其特征在于：所述旋转轴凸起于所述母盘表面，所述子盘与所述旋转轴连接并与所述母盘表面具有间隙。
3.根据权利要求2所述的引流旋转式基片承载装置，其特征在于：所述旋转轴为锥形转轴，所述子盘的底部中心具有锥形槽，所述子盘通过所述锥形槽与所述锥形转轴配合连接，以将所述子盘与所述母盘之间的摩擦阻力集中于锥形转轴处，从而降低所述子盘旋转时的阻力。
4.根据权利要求1所述的引流旋转式基片承载装置，其特征在于：所述旋转流道包括涡形流道，所述涡形流道自所述子盘边缘开口，并朝所述子盘内部呈涡流状延伸。
5.根据权利要求4所述的引流旋转式基片承载装置，其特征在于：所述涡形流道的延伸方向偏离所述子盘的中心。
6.根据权利要求4所述的引流旋转式基片承载装置，其特征在于：所述涡形流道均匀排布于所述子盘边缘。
7.根据权利要求1所述的引流旋转式基片承载装置，其特征在于：位于所述母盘上的子盘均匀排布。
8.一种基于权利要求1～7任意一项所述的引流旋转式基片承载装置的外延片的制备方法，其特征在于，包括：
将基片固定于所述子盘；
通过所述转动装置使所述母盘以预定转速进行转动；
通过所述气源装置提供旋转流动的源气体，所述源气体到达所述子盘表面并以涡状线方式流走；
通过所述子盘边缘的所述旋转流道，引导旋转流动的所述源气体在所述旋转流道内流动，从而带动所述子盘旋转。
9.一种气相外延设备，其特征在于，所述气相外延设备包含如权利要求1～7任意一项所述的引流旋转式基片承载装置。
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