CN112382596A - 承载装置及半导体工艺腔室 - Google Patents

承载装置及半导体工艺腔室 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种承载装置及半导体工艺腔室，其中，承载装置用于半导体工艺腔室支撑待加工件，承载装置包括多个相互间隔并连接的承载柱，各承载柱上均间隔设置有多个承载槽，且各承载柱上的承载槽一一对应设置，对应设置的所有承载槽用于共同承载待加工件，各承载柱上均设有通孔，通孔和承载槽一一对应设置，通孔和承载槽相连通，用于部分工艺气体通过通孔导流至承载槽内的待加工件的待加工面上。本发明提供的承载装置及半导体工艺腔室，能够降低承载柱对工艺气体的阻挡，提高工艺气体在待加工件的待加工面上的分布均匀性，从而提高工艺均匀性，提高工艺良率，进而提高产能。

Description

承载装置及半导体工艺腔室
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种承载装置及半导体工艺腔室。
背景技术
在半导体设备中，立式扩散炉可以用于进行薄膜制备、合金化和退火等半导体工艺。在立式扩散炉中，晶舟用于承载多个晶片。
现有技术中，晶舟结构多通过承载柱来承载晶片，在工艺腔室内进行工艺过程中，由于承载柱位于晶圆的侧面，会对工艺气体进行遮挡，导致晶圆靠近承载柱的位置工艺气体的沉积量相对其他位置减少，进而影响晶片的膜厚均匀性。并且，随着对于产能的要求越来越高，对于晶舟承载晶片的数量要求也越来越高，这就需要晶舟的承载柱的越来越粗，以保证对于更多数量的晶片具有足够的承载力，而这又导致了承载柱对于工艺气体的阻挡越来越严重。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种承载装置及半导体工艺腔室，其能够降低承载柱对工艺气体的阻挡，提高工艺气体在待加工件的待加工面上的分布均匀性，从而提高工艺均匀性，提高工艺良率，进而提高产能。
为实现本发明的目的而提供一种承载装置，用于半导体工艺腔室支撑待加工件，所述承载装置包括多个相互间隔并连接的承载柱，各所述承载柱上均间隔设置有多个承载槽，且各所述承载柱上的所述承载槽一一对应设置，对应设置的所有所述承载槽用于共同承载所述待加工件，各所述承载柱上均设有通孔，所述通孔和所述承载槽一一对应设置，所述通孔和所述承载槽相连通，用于部分工艺气体通过所述通孔导流至所述承载槽内的待加工件的待加工面上。
优选的，所述承载槽包括底壁、顶壁和连接所述底壁和所述顶壁的侧壁，所述底壁用于承载所述待加工件；
所述通孔的一端开口为用于所述工艺气体流入的进气口，所述通孔的另一端开口为用于所述工艺气体流出的出气口，所述出气口位于所述侧壁和/或顶壁上。
优选的，所述出气口位于所述侧壁的中心区域。
优选的，所述进气口位于所述承载柱的周壁远离所述承载槽的一侧。
优选的，所述通孔为直线型通孔，且沿垂直所述承载柱的轴线方向延伸。
优选的，所述通孔的截面呈腰型孔，且所述腰型孔的轴线平行于所述底壁。
优选的，所述通孔在所述承载柱的径向截面上的投影长度为所述承载柱的投影长度的1/3-2/3。
优选的，所述出气口的高度为所述侧壁高度的1/3-2/3。
本发明还提供一种半导体工艺腔室，包括如本发明提供的所述承载装置，所述承载装置设置于所述工艺腔室内，所述工艺腔室内的工艺气体通过所述承载装置中的多个承载柱间的间隙以及所述承载柱上设置的通孔流向待加工件的待加工面。
优选的，还包括进气管，所述进气管用于通入所述工艺气体，所述进气管位于所述承载装置和所述工艺腔室之间，且所述进气管的出气端位于所述承载装置的上方，所述工艺腔室的排气口位于所述承载装置的下方。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的承载装置，通过在各承载柱上均设有与承载槽一一对应的通孔，并使通孔与承载槽相连通，以使部分工艺气体能够通过通孔导流至承载槽内的待加工件的待加工面上，以能够降低承载柱对工艺气体的阻挡，并且，这样可以提高工艺气体扩散至承载槽内的待加工件的待加工面的靠近承载柱的部分上的量，使工艺气体扩散至待加工件的待加工面的靠近承载柱的部分上的量，与工艺气体扩散至待加工件的待加工面的其余部分上的量近似，以能够提高工艺气体在待加工件的待加工面上的分布均匀性，从而提高工艺均匀性，提高工艺良率，并且，由于工艺均匀性和工艺良率得到提高，就使得承载于同一承载装置上的进行同一批次工艺的多个待加工件中，更多的待加工件能够达到工艺要求，进而能够提高产能。
本发明提供的半导体工艺腔室，借助本发明提供的承载装置，以能够降低承载柱对工艺气体的阻挡，提高工艺气体在待加工件的待加工面上的分布均匀性，从而提高工艺均匀性，提高工艺良率，进而提高产能。
附图说明
图1为现有技术中晶舟的结构示意图；
图2为采用图1所示的晶舟进行半导体工艺时晶片表面上的工艺气体分布情况示意图；
图3为本发明实施例提供的承载装置的主视结构示意图；
图4为图3中A-A处的截面结构示意图；
图5为本发明实施例提供的承载装置及半导体工艺腔室的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的承载装置承载晶片的俯视结构示意图；
图7为本发明实施例提供的承载装置的局部放大主视结构示意图；
图8为本发明实施例提供的承载装置的局部放大俯视结构示意图；
图9为本发明实施例提供的承载装置的局部放大侧视结构示意图；
附图标记说明：
11-第一侧承载柱；12-第二侧承载柱；13-后承载柱；14-顶固定连接件；15-底固定连接件；16-卡槽；17-待加工晶片；2-承载装置；
21-承载柱；22-承载槽；231-底壁；232-顶壁；233-侧壁；24-通孔；
25-待加工晶片；3-工艺腔室；31-进气管；32-排气口；33-保温桶；
34-旋转机构。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的承载装置及半导体工艺腔室进行详细描述。
如图1所示，为本发明实施例的对比例，现有的应用于立式扩散炉的用于承载待加工晶片17的晶舟包括三个承载柱和两个环形固定连接件，其中，三个承载柱分别为第一侧承载柱11、第二侧承载柱12和后承载柱13，第一侧承载柱11、第二侧承载柱12和后承载柱13间隔设置，第一侧承载柱11和第二侧承载柱12分别位于后承载柱13的两侧，第一侧承载柱11和第二侧承载柱12之间的空间可以供待加工晶片17出入，两个固定连接件分别为顶固定连接件14和底固定连接件15，顶固定连接件14和底固定连接件15分别与三个承载柱的顶端和底端连接，以用于将三个承载柱固定连接，三个承载柱上均间隔设置有多个卡槽16，且三个承载柱上的卡槽16的数量相同。在半导体工艺过程中，各卡槽16均用于承载一个待加工晶片17，通入立式扩散炉中的工艺气体从三个承载柱之间的间隙扩散至各待加工晶片17的表面，以对各待加工晶片17进行半导体工艺。
发明人在研究中发现，由于工艺气体在各待加工晶片17表面上的分布均匀性，对薄膜制备工艺中的膜厚均匀性以及合金化工艺中的电阻分布均匀性具有显著影响，而三个承载柱均会对工艺气体造成阻挡，就会导致如图2中区域A、区域B和区域C所示，工艺气体扩散至待加工晶片17表面的靠近三个承载柱的部分上的量，低于工艺气体扩散至待加工晶片17表面的其余部分上的量(图2中待加工晶片17表面上的圆点越稀疏，则工艺气体扩散至待加工晶片17表面上的量越低)，使得待加工晶片17表面上靠近三个承载柱的部分的膜厚相对于待加工晶片17表面上其余部分的膜厚较薄，影响待加工晶片17的膜厚均匀性。并且，随着对于产能的要求越来越高，对于晶舟承载待加工晶片17的数量要求也越来越高，这就需要晶舟的三个承载柱的越来越粗，以保证对于更多数量的待加工晶片17具有足够的承载力，而这又导致了承载柱对于工艺气体的阻挡越来越严重。
如图3和图4所示，本实施例提供一种承载装置2，用于半导体工艺腔室3支撑待加工件，承载装置2包括多个相互间隔并连接的承载柱21，各承载柱21上均间隔设置有多个承载槽22，且各承载柱21上的承载槽22一一对应设置，对应设置的所有承载槽22用于共同承载待加工件，各承载柱21上均设有通孔24，通孔24和承载槽22一一对应设置，通孔24和承载槽22相连通，用于部分工艺气体通过通孔24导流至承载槽22内的待加工件的待加工面上。
本实施例提供的承载装置2，通过在各承载柱21上均设有与承载槽22一一对应的通孔24，并使通孔24与承载槽22相连通，以使部分工艺气体能够通过通孔24导流至承载槽22内的待加工件的待加工面上，以能够降低承载柱对工艺气体的阻挡，并且，这样可以提高工艺气体扩散至承载槽22内的待加工件的待加工面的靠近承载柱21的部分上的量，使工艺气体扩散至待加工件的待加工面的靠近承载柱21的部分上的量，与工艺气体扩散至待加工件的待加工面的其余部分上的量近似，以能够提高工艺气体在待加工件的待加工面上的分布均匀性，从而提高工艺均匀性，提高工艺良率，并且，由于工艺均匀性和工艺良率得到提高，就使得承载于同一承载装置2上的进行同一批次工艺的多个待加工件中，更多的待加工件能够达到工艺要求，进而能够提高产能。
下面以应用于立式扩散炉中的承载装置2为例进行说明，如图3-图5所示，可选的，应用于立式扩散炉中的承载装置2的承载柱21的形状可以为圆柱体，承载柱21的数量可以为三个，三个柱体的承载柱21竖直放置，并相互间隔，且相互连接，三个承载柱21中的两个承载柱21之间的空间用于供待加工件出入，各承载柱21上均沿竖直方向间隔设置有多个承载槽22，且各承载柱21上的承载槽22一一对应设置，三个承载柱21上对应设置的三个承载槽22用于共同承载待加工件，在应用于立式扩散炉中的承载装置2中，位于同一平面的三个承载槽22用于共同承载待加工件，可选的，待加工件可以为待加工晶片25，待加工件的待加工面为待加工晶片25承载于承载槽22内时，待加工晶片25的上表面，各承载柱21上均设有通孔24，通孔24和承载槽22一一对应设置，通孔24和承载槽22相连通，且通孔24与承载槽22的连通处位于承载槽22内的待加工晶片25的上表面的上方，以能够将部分工艺气体导流至承载槽22内的待加工晶片25的上表面。但是，本发明实施例提供的承载装置2并不限于应用于立式扩散炉中，例如，其也可以应用于卧式扩散炉中。
如图5所示，立式扩散炉的工艺腔室3中还可以设置有进气管31和排气口32保温桶33，进气管31用于通入工艺气体，进气管31位于承载装置2和工艺腔室3之间，且进气管31的出气端位于承载装置2的上方，工艺腔室3的排气口32位于承载装置2的下方，用于供工艺气体自工艺腔室3内排出。工艺腔室3中还可以设置有保温桶33保温桶33可以与承载装置2连接，用于在半导体工艺过程中保持承载装置2的温度，以保持承载于承载装置2上的待加工晶片25的温度。工艺腔室3的底部还可以设置有旋转机构34旋转机构34与保温桶33连接，用于驱动保温桶33旋转，以带动承载于保温桶33上的承载装置2旋转。
在半导体工艺过程中，承载装置2竖直的放置于工艺腔室3内，多个待加工晶片25沿竖直方向间隔的装载于在承载装置2中，旋转机构34驱动保温桶33旋转，以带动承载于保温桶33上的承载装置2旋转，进气管31向工艺腔室3内通入工艺气体，工艺气体在流经进气管31后从位于承载装置2上方的进气管31的出气端流出至工艺腔室3的顶部，再从工艺腔室3的顶部向下扩散，最后从排气口32排出工艺腔室3(如图5中箭头所示)，工艺气体在向下扩散的过程中，就可以通过三个承载柱21之间的间隙扩散至承载于承载装置2中的各待加工晶片25的上表面，并且，由于本实施例提供的承载装置2的各承载柱21上均设置有通孔24，因此，工艺气体在向下扩散的过程中，还会通过通孔24扩散至承载于各承载槽22内的待加工晶片25的上表面。
在实际应用中，由于承载装置2竖直放置，则承载装置2会有靠近保温桶33的一端和远离保温桶33的一端，而承载装置2靠近保温桶33的一端和远离保温桶33的一端的温度场在半导体工艺过程中会较不稳定，而借助本发明实施例提供的承载装置2，由于工艺气体在待加工件的待加工面上的分布均匀性得到提高，从而使工艺均匀性和工艺良率得到提高，以能够避免温度场对半导体工艺造成的影响，则可以使承载于同一承载装置2上的进行同一批次工艺的多个待加工件中，更多的待加工件能够达到工艺要求，进而能够提高产能。
如图6所示，为本发明实施例提供的承载装置2应用于立式扩散炉时，承载于承载装置2上的待加工晶片25在半导体工艺过程中，工艺气体扩散至待加工晶片25的上表面的量的分布情况，可见，工艺气体扩散至待加工晶片25的上表面的靠近承载柱21的部分上的量，与工艺气体扩散至待加工晶片25的上表面的其余部分上的量近似(图6中待加工晶片25的上表面上的圆点越稀疏，则表示工艺气体扩散至待加工晶片25的上表面上的量越少，待加工晶片25的上表面上的圆点越密集，则表示工艺气体扩散至待加工晶片25的上表面上的量越多)，这样在半导体工艺结束后，就可以使得在待加工晶片25的上表面形成的薄膜的膜厚均匀性得到提高。
如图7所示，在本发明一优选实施例中，承载槽22可以包括底壁231、顶壁232和连接底壁231和顶壁232的侧壁233，底壁231用于承载待加工件；通孔24的一端开口为用于工艺气体流入的进气口，通孔24的另一端开口为用于工艺气体流出的出气口，出气口位于侧壁233和/或顶壁232上。
工艺气体在工艺腔室3中扩散时，从通孔24的进气口进入通孔24中，在流经通孔24后，从通孔24的出气口流动至承载槽22内的待加工件的待加工面上，出气口可以仅位于侧壁233上，也可以仅位于顶壁232上，还可以既位于侧壁233上，又位于顶壁232上，当出气口位于侧壁233上时，工艺气体从承载槽22内的待加工件的侧面流入承载内，自待加工件的待加工面上的一侧流向另一侧，当出气口位于顶壁232上时，工艺气体从承载槽22内的待加工件的上方流入承载内，并自上而下的流向待加工件的待加工面上，并在待加工面上扩散。
如图3所示，在本发明一优选实施例中，出气口可以位于侧壁233的中心区域，以使工艺气体能够自侧壁233的中心区域流入至承载槽22内的待加工件的待加工面上，从而进一步提高工艺气体在待加工件的待加工面上的分布均匀性。
如图3所示，在本发明一优选实施例中，通孔24可以为直线型通孔，且沿垂直承载柱21的轴线方向延伸，这样可以降低通孔24的加工难度，降低加工成本。
如图3和图9所示，在本发明一优选实施例中，通孔24的截面可以呈腰型孔，且腰型孔的轴线平行于底壁231。
如图9所示，在本发明一优选实施例中，通孔24在承载柱21的径向截面上的投影长度(如图9中长度d所示)可以为承载柱21的投影长度的1/3-2/3(如图9中长度D所示)。
例如，当承载柱21为圆柱体时，通孔24在承载柱21的径向截面上的投影长度可以为圆柱体的直径的1/3-2/3。在实际应用中，随着承载柱21的投影长度的增加，可以提高通孔24在承载柱21的径向截面上的投影长度，以降低承载柱21对工艺气体阻挡的影响。
如图7所示，在本发明一优选实施例中，出气口的高度(如图7中长度h所示)可以为侧壁233高度(如图7中长度H所示)的1/3-2/3。随着侧壁233高度的增加，可以提高出气口的高度，以降低承载柱21对工艺气体阻挡的影响。
如图5所示，作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体工艺腔室3，包括如本发明实施例提供的承载装置2，承载装置2设置于工艺腔室3内，工艺腔室3内的工艺气体通过承载装置2中的多个承载柱21间的间隙以及承载柱21上设置的通孔24流向待加工件的待加工面。
本实施例提供的半导体工艺腔室，借助本实施例提供的承载装置2，以能够降低承载柱21对工艺气体的阻挡，提高工艺气体在待加工件的待加工面上的分布均匀性，从而提高工艺均匀性，提高工艺良率，进而提高产能。
如图5所示，在本发明一优选实施例中，半导体工艺腔室3可以还包括进气管31，进气管31用于通入工艺气体，进气管31位于承载装置2和工艺腔室3之间，且进气管31的出气端位于承载装置2的上方，工艺腔室3的排气口32位于承载装置2的下方。
综上所述，本实施例提供的承载装置2及半导体工艺腔室，能够降低承载柱21对工艺气体的阻挡，提高工艺气体在待加工件的待加工面上的分布均匀性，从而提高工艺均匀性，提高工艺良率，进而提高产能。
可以解的是，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 (10)

1.一种承载装置，用于半导体工艺腔室支撑待加工件，所述承载装置包括多个相互间隔并连接的承载柱，各所述承载柱上均间隔设置有多个承载槽，且各所述承载柱上的所述承载槽一一对应设置，对应设置的所有所述承载槽用于共同承载所述待加工件，其特征在于，各所述承载柱上均设有通孔，所述通孔和所述承载槽一一对应设置，所述通孔和所述承载槽相连通，用于部分工艺气体通过所述通孔导流至所述承载槽内的待加工件的待加工面上。
2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述承载槽包括底壁、顶壁和连接所述底壁和所述顶壁的侧壁，所述底壁用于承载所述待加工件；
所述通孔的一端开口为用于所述工艺气体流入的进气口，所述通孔的另一端开口为用于所述工艺气体流出的出气口，所述出气口位于所述侧壁和/或顶壁上。
3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述出气口位于所述侧壁的中心区域。
4.根据权利要求3所述的承载装置，其特征在于，所述进气口位于所述承载柱的周壁远离所述承载槽的一侧。
5.根据权利要求4所述的承载装置，其特征在于，所述通孔为直线型通孔，且沿垂直所述承载柱的轴线方向延伸。
6.根据权利要求5所述的承载装置，其特征在于，所述通孔的截面呈腰型孔，且所述腰型孔的轴线平行于所述底壁。
7.根据权利要求6所述的承载装置，其特征在于，所述通孔在所述承载柱的径向截面上的投影长度为所述承载柱的投影长度的1/3-2/3。
8.根据权利要求6所述的承载装置，其特征在于，所述出气口的高度为所述侧壁高度的1/3-2/3。
9.一种半导体工艺腔室，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的承载装置，所述承载装置设置于所述工艺腔室内，所述工艺腔室内的工艺气体通过所述承载装置中的多个承载柱间的间隙以及所述承载柱上设置的通孔流向待加工件的待加工面。
10.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室，其特征在于，还包括进气管，所述进气管用于通入所述工艺气体，所述进气管位于所述承载装置和所述工艺腔室之间，且所述进气管的出气端位于所述承载装置的上方，所述工艺腔室的排气口位于所述承载装置的下方。
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