CN114072900B - 晶片承载盘与晶片外延装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶片承载盘与晶片外延装置,涉及化学沉积装置技术领域,该晶片承载盘包括盘体和设置于盘体上的凹槽;盘体上,在凹槽的气体入口位置设有导流槽,导流槽位于凹槽与盘体侧壁之间并与凹槽贯通。该晶片承载盘缓解了晶片边缘处外延层沉积不均匀的技术问题,有效提高晶片边缘外延沉积质量。
Description
技术领域
本发明涉及化学沉积装置技术领域,尤其是涉及一种晶片承载盘与晶片外延装置。
背景技术
金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,简称MOCVD)是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种化学气相外延沉积工艺。它以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长的沉积源材料,以热分解反应方式在石墨盘上进行沉积工艺,生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
现有技术中使用的晶片承载盘会导致反应气体无法在晶片边缘有效沉积,造成晶片边缘处的外延层与晶片其他位置的外延层存在差异,晶片边缘处外延沉积质量差,从而降低了产品的良率。
针对以上问题,特提出以下技术方案。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种晶片承载盘,以缓解利用现有技术晶片承载盘进行外延沉积时晶片边缘外延沉积效果差的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种包括上述晶片承载盘的晶片外延装置。
为了实现上述目的,特采用以下技术方案:
一种晶片承载盘,包括:
盘体;
设置于所述盘体上的凹槽;
设置于所述凹槽和盘体侧壁之间的导流槽,其中所述导流槽设于凹槽的气体入口位置,并与所述凹槽贯通。
进一步的,所述导流槽沿所述凹槽周向设置,并且所述导流槽沿所述凹槽周向弧长对应的圆心角不大于180°。
进一步的,所述导流槽沿所述凹槽的径向方向的宽度范围为2mm-10mm。
进一步的,在所述沉积源气体入口位置的盘体侧壁上设置导流面,所述导流面与晶片表面形成夹角小于90°,优选为10°-60°,所述导流面的高度不大于所述导流槽的深度,并且不小于所述凹槽深度与晶片厚度的尺寸差。
一种晶片外延装置,包括上述晶片承载盘。
与已有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明提供的晶片承载盘,盘体上的凹槽用于放置晶片,将晶片放置于凹槽后进行外延沉积时,沉积源气体在流动时经盘体上的沉积源气体入口进入导流槽,再从导流槽底部爬升至晶片表面。导流槽的设置改变了沉积源气流的流动方向,沉积源从导流槽底部爬升至晶片表面后能与晶片边缘进行更好地接触,使沉积源在晶片边缘处能够有效沉积,从而提高了晶片边缘外延沉积质量,使晶片边缘处的外延沉积质量与晶片其他位置的外延沉积质量更为一致,进而提高了晶片外延工序的良率。
同时,本发明中的导流槽作为沉积源气流流动的缓冲,可避免沉积源在晶片表面产生扰流,提高沉积源气流的稳定性,降低晶片表面不同区域的外延沉积差异,提高外延工序的整体良率;另外,沉积源在导流槽内向晶片边缘扩散,进一步提高晶片边缘处外延沉积的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a-1b为现有技术提供的晶片承载盘的俯视结构示意图;
图2为图1b沿图1a中A-A’处的剖面结构的放大结构示意图;
图3a-3c为本发明实施例提供的晶片承载盘的俯视结构示意图;
图4为图3c结构A-A’处的剖面结构的放大结构示意图;
图5为另一实施例提供的晶片承载盘的A-A’处剖面结构的放大结构示意图;
图6为本发明另一实施例提供的晶片承载盘的俯视结构示意图;
图7为另一实施例提供的晶片承载盘的A-A’处剖面结构的放大结构示意图;
图8为另一实施例提供的晶片承载盘的A-A’处剖面结构的放大结构示意图;
图9为另一实施例提供的晶片承载盘的A-A’处剖面结构的放大结构示意图;
图10为本发明的晶片承载盘的另一实施例的俯视结构示意图。
附图标记:
10-盘体;20-凹槽;30-晶片;40-台阶;21-导流槽;22-导流面;曲线31-沉积源气体流动方向。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合附图,进一步详细说明本发明的具体实施方式。
图1a、1b、2是目前现有技术中使用的晶片承载盘,所述晶片承载盘包括盘体10,设于盘体上的凹槽20,图1a是晶片承载盘10的俯视结构示意图,图1b是在该晶片承载盘10的凹槽20中置入衬底30之后的俯视结构示意图,图2是图1b所示结构沿着图1a中A-A’的剖面结构示意图,其中图1b和图2中的曲线31箭头方向示出了沉积源气体的流动方向。如图2所示,传统的晶片承载盘中,所述凹槽深度H1略大于晶片的厚度H2,且凹槽槽口处的侧壁均垂直于置于凹槽内的晶片表面。由于晶片承载盘的凹槽与晶片之间存在高度差h(h=H1-H2),其中H1为凹槽深度,H2为晶片厚度。在高转速下,沉积源气体曲线31箭头方向由盘体表面逐步流向晶片时,高度差h对晶片边缘有一定的遮挡作用,此时,反应气体在晶片边缘处与晶片接触较少,导致反应气体无法在晶片边缘(比如图中4区域)有效沉积,造成晶片边缘处的外延层与晶片其他位置的外延层存在差异,晶片边缘处外延沉积质量差,从而降低了产品的良率。
图3a为本发明晶片承载盘的俯视结构示意图,提供了一种晶片承载盘,包括:
盘体10;
设置于所述盘体10上的凹槽20;
设置于凹槽20和盘体10侧壁之间的导流槽21,其中所述导流槽21设于凹槽的气体入口位置,并与所述凹槽20贯通。
本实施例中,所述导流槽21远离凹槽20的一侧边缘可以是直线,如图3a所示;其它实施例中,所述导流槽21远离凹槽20的一侧边缘也可以是弧线,如图3b所示。本案对所述导流槽21远离凹槽20的一侧边缘的具体线条不做限制。
本实施例中,所述凹槽20用于放置晶片30,将晶片30放置于凹槽20之后,如图3c所示,将盘体10放入外延装置中,通过外延装置中沉积源气体的流动在晶片30表面形成外延层。外延沉积过程中,将晶片置在凹槽内,可以避免晶片在盘体内自由滑移。
本实施例中,所述盘体10上凹槽20的个数是3个,其它实施例中还可根据晶片的大小以及数量设置其它个数,本案对此不做限制。可以理解的是,所述凹槽数量越多,同一批次中产出的晶片数量越多,实现外延效率的增长。
可以理解的是,为保证晶片被有效固定于凹槽之中,导流槽21沿所述凹槽周向弧长对应的圆心角β不能过大,例如不能大于180°,较佳的不能大于120°。如图3a-3c所示,所述导流槽21沿所述凹槽20周向设置(参照图4-图5),并且所述导流槽21沿所述凹槽周向弧长对应的圆心角较优的不大于120°,即β≤120°。所述沉积源气体从盘体10的中心向四周流动,具体的如图3c中曲线31箭头标记。
图4是图3c所示结构沿着图3a中A-A’的剖面结构示意图,其中图3c和图4中的曲线31箭头方向示出了沉积源气体的流动方向。其中,所述沉积源气体可为高纯金属有机源,简称MO源。
本实施例中,所述沉积源气体入口位置是指外延沉积过程中,沉积源气体的气流从盘体流向凹槽的入口位置。在其他实施例中,该入口位置可根据源气体的流动方向进行调整,例如当盘体10转动时,气流的方向会发生改变。具体的,在实际工作中,当晶片承载盘为逆时针或者顺时针方向旋转时,反应气体就不是笔直地吹向凹槽20的,反应气体也会有偏移,那么凹槽20上导流槽21的设置也会有一定的倾斜。当晶片承载盘为逆时针转动时,导流槽21的设置位置如图10所示。当晶片承载盘为顺时针转动时,导流槽21的设置位置与图10中的偏斜角度相反。导流槽21具体的设置位置根据晶片承载盘的转动方向而定。
本实施例中,所述导流槽21的底部可与所述凹槽20底部在同一水平面,如图4所示;其它实施例中,所述导流槽21的底部可与所述凹槽20的底部不在同一水平面,可以高于所述凹槽底部,也可以低于所述凹槽底部,但是为了方便导流槽21的加工,如图5所示,可将导流槽21的底部设置高于所述凹槽20的底部位置。可以理解的是,对于导流槽21的深度,即所述导流槽21的底部与所述凹槽20底部的相对位置,本案对此不做具体限制。
本实施例中,如图4-图5所示,本案对所述导流槽21沿所述凹槽20的径向方向的宽度范围不做具体限定,优选为W为2mm-10mm。这里所谓凹槽20的径向方向指的是凹槽20的半径或者直径所对应的方向,所谓导流槽21的宽度是指凹槽21与沉积源气体入口位置的盘体侧壁之间的距离。
本实施例中,所述导流槽21的设置可以改变沉积源气流的流动方向,具体的,在晶片外延生长过程中,沉积源气体不会从盘体表面直接流动至凹槽中的晶片表面,而是可以通过导流槽的底部再上升至晶片的表面,最后在晶片表面沉积。具体的,如图5中曲线31箭头所示沉积源气体流动方向,所述导流槽的设置可以有效提高晶片边缘与沉积源气体的充分接触,并且保证晶片表面沉积源气体沉积的均匀性,实现了晶片表面外延质量的提升。同时,所述导流槽还可以作为沉积源气体流动的缓冲,避免沉积源气体在晶片表面产生扰流,提高沉积源气体气流流动的稳定性,降低晶片表面不同区域的外延沉积差异,提高外延工序的整体良率。
其它实施例中,如图6所示的晶片承载盘的俯视结构示意图,在所述沉积源气体入口位置对应的盘体侧壁上,还可以设置导流面22,图7是图6所示结构沿着A-A’的剖面结构示意图。所述导流面22自导流槽开口处向所述凹槽中心倾斜,所述导流面22与晶片30表面形成夹角α,如图7所示,为了便于标记,夹角α显示的为导流面22与盘体10表面的夹角。
本实施例中,相对于垂直面来说,只要具有一定倾斜角度的导流面22都可以提高晶片边缘处的外延沉积质量,但是为了使晶片边缘处的外延沉积质量更好,所述导流面22与晶片表面形成的α应小于90°,优选为10°-60°。
在实施例中,所述导流面的高度≤所述导流槽的深度,且所述导流面的高度≥凹槽深度与晶片厚度的尺寸差。具体的,如图7所示,导流面的高度H大于等于凹槽深度H2与晶片H1厚度的尺寸差,该设计结构中,导流面的底边与晶片的上表面齐平或低于晶片的上表面,这样可以保证沉积源气流能够平稳流经晶片的边缘,沉积源气体能够与晶片的边缘充分接触,以提高晶片边缘的外延沉积质量,降低晶片边缘沉积质量与晶片中心沉积质量的差异。
本实施例中,所述导流面结构典型但非限制,还包括其它形状,如阶梯形(图8所示)、三角形、圆弧形或长方形等,只要能改变沉积源气体的流动方向即可。
上述实施例中,所述晶片30直接设于凹槽20之中,其它实施例中,所述凹槽底部还设有台阶40,如图9所示,将晶片30置于凹槽底部的台阶40上,使得对衬底的直接接触加热变为辐射加热,使得晶片上的温度均匀,提高晶片上形成外延层的质量。
本实施例中形成导流面用以改变沉积源气体流动方向。沉积源气体流向晶片的过程中,由于沉积源气体流动的速度非常高,有一部分沉积源气体会直接吹向晶片,导流面的设置可以改变沉积源气体的流动方向,使沉积源气体的流动方向由原来平行于晶片表面的入射方向改变为斜向下吹向晶片,由于沉积源气体流动方向的改变增加了沉积源气体与晶片边缘的接触几率,进一步提高了晶片边缘外延沉积质量,使晶片边缘处的外延沉积质量与晶片其他位置的外延沉积质量更为一致,从而提高了晶片外延工序的良率。
本实施例中,所述导流面的设置除了可以减少沉积源气体流动造成的扰流影响,提高沉积源的均匀分布性,同时还可以减少装配时的对准步骤,提高晶片承载盘的适配性。
本发明上述实施方式提供的晶片承载盘适用于现有市场上的大多外延设备,且该晶片承载盘的晶片规格的适配性高,有效降低设备备件成本,减少生产成本。
本发明的另一方面,提供一种包含上述晶片承载盘的晶片外延装置。
本方面提供的晶片外延装置具备上述晶片承载盘的全部有益效果,其有益效果在此不再赘述。
本发明所述导流槽的设置可以改变沉积源气流的流动方向,可以有效提高晶片边缘与沉积源气体的充分接触,并且保证晶片表面沉积源气体沉积的均匀性,实现了晶片表面外延质量的提升。同时,所述导流槽还可以作为沉积源气体流动的缓冲,避免沉积源气体在晶片表面产生扰流,提高沉积源气体气流流动的稳定性,降低晶片表面不同区域的外延沉积差异,提高外延工序的整体良率。设置导流面可以避免有一部分沉积源气体会直接吹向晶片,使沉积源气体的流动方向由原来平行于晶片表面的入射方向改变为斜向下吹向晶片,由于沉积源气体流动方向的改变增加了沉积源气体与晶片边缘的接触几率,进一步提高了晶片边缘外延沉积质量。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种晶片承载盘,其特征在于,包括:
盘体;
设置于所述盘体上的用于放置晶片的凹槽;
设置于所述凹槽和盘体侧壁之间的导流槽,所述导流槽在深度方向上延伸至位于所述凹槽内的晶片的底面,其中所述导流槽设于所述凹槽的气体入口位置,并与所述凹槽贯通;
所述导流槽沿所述凹槽周向设置,并且所述导流槽沿所述凹槽周向弧长对应的圆心角不大于180°;
在气体入口位置对应的盘体侧壁上,还设置有向所述凹槽中心倾斜的导流面,且所述导流面的底边位于晶片的上表面下方;
其中,所述盘体上设置有多个围绕所述盘体中心的凹槽,沉积源气体从所述盘体的中心向四周流动而进入所述凹槽,所述气体入口位置是指外延沉积过程中沉积源气体的气流从盘体流向凹槽的入口位置。
2.根据权利要求1所述的晶片承载盘,其特征在于,所述导流槽的深度小于、等于或大于所述凹槽的深度。
3.根据权利要求1所述的晶片承载盘,其特征在于,在所述气体入口位置的盘体侧壁上设置导流面。
4.根据权利要求3所述的晶片承载盘,其特征在于,所述导流面的高度不大于所述导流槽的深度。
5.根据权利要求4所述的晶片承载盘,其特征在于,所述导流面的高度不小于所述凹槽深度与放置在所述凹槽内的所述晶片厚度的尺寸差。
6.根据权利要求3所述的晶片承载盘,其特征在于,所述导流面与放置在所述凹槽内的晶片的上表面形成的角度α为:10°-60°。
7.根据权利要求3所述的晶片承载盘,其特征在于,所述导流面为平面、弧面或者阶梯面结构。
8.根据权利要求1所述的晶片承载盘,其特征在于:所述凹槽底部设有台阶。
9.一种晶片外延装置,其特征在于,包括权利要求1-8任一项所述的晶片承载盘。
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