CN117987915A - 校准装置，以及具有该校准装置的半导体外延生长设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种校准装置，以及具有该校准装置的半导体外延生长设备。所述校准装置包括：校准组件，所述校准组件包括第一校准部和第二校准部，所述第一校准部和所述第二校准部能够各自独立地受控制进行运动实现相互接触；运动组件，所述运动组件包括与所述第一校准部连接的第一运动部和与所述第二校准部连接的第二运动部，所述第一校准部和所述第二校准部藉由所述第一运动部和第二运动部的带动实现运动；其中，所述第一校准部和所述第二校准部接触后在对应于所述托盘的目标位置形成校准空间，所述校准空间与所述托盘的外形相匹配；其中，所述校准空间在形成过程中以及完成后对所述托盘进行位置校准和/或确认，以使所述托盘最终处于所述目标位置。

Description

校准装置，以及具有该校准装置的半导体外延生长设备

技术领域

本申请涉及工业制造领域，特别是涉及一种在半导体外延生长中对承载半导体衬底的托盘进行位置校准和/或确认的校准装置，以及具有该校准装置的半导体外延生长设备。

背景技术

半导体外延片的制备过程需要高度精确的控制和技术，它通常通过化学气相沉积(CVD)或者分子束外延(MBE)等技术来实现。这些技术可以在高温和低压环境下将薄膜材料沉积在基片上，从而实现外延片的制备。

由于外延片制备需要过程高度精确，因此载有生长原材料的载气经过外延衬底表面时，需要外延片表面与气流流向保持高度平行，也就是外延片表面需要保持高度平整，外延片衬底在石墨托盘上各点高度不一致将会导致外延衬底生长后关键工艺参数的均匀性十分差，从而导致产品结果的严重不合格，因此，保证外延片在生长前在托盘上的平整度良好至关重要。

当前外延片衬底生长前，需要利用石墨托盘作为载具，将外延片衬底传送至腔体内部石墨旋转基座上。生长时外延基座旋转，带动石墨托盘进行转动，石墨托盘转动同时带动外延衬底进行转动。在衬底生长转动时，需要保证外延衬底表面保持在同一个水平面，以保证生长时薄膜材料可以均匀地分布在外延衬底表面，若外延衬底表面各点不处于同一水平面，则会造成生长后外延片工艺参数异常，造成产品报废。当前，在载有外延衬底的石墨托盘进入腔体准备放置在托盘基座上时，有可能因为传盘过程中出现晃动，导致石墨托盘出现轻微位移，从而导致石墨托盘无法完全落入旋转基座内部，生长时外延片各点不在同一水平面上，最终导致外延片生长参数异常。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于，如何降低掉落颗粒物数量，提高碳化硅外延片的生长效率，提升碳化硅外延片的良率和产量。

为了解决上述问题，本申请公开一种校准装置，以及具有该校准装置的半导体外延生长设备。所述校准装置能够实现对放置于托盘上的半导体衬底进行外置校准和/或确认，以保证托盘的位置正确，从而保证位于托盘内的外延片衬底在生长过程中始终处于同一水平面内，保证生长参数正常。

本申请一方面提供了一种校准装置，所述校准装置可以用于半导体外延生长中，对承载半导体衬底的托盘进行位置校准和/或确认。其中，所述校准装置可以包括：校准组件，所述校准组件包括第一校准部和第二校准部，所述第一校准部和所述第二校准部能够各自独立地受控制进行运动实现相互接触；运动组件，所述运动组件包括与所述第一校准部连接的第一运动部和与所述第二校准部连接的第二运动部，所述第一校准部和所述第二校准部藉由所述第一运动部和第二运动部的带动实现运动；其中，所述第一校准部和所述第二校准部接触后在对应于所述托盘的目标位置形成校准空间，所述校准空间与所述托盘的外形相匹配；其中，所述校准空间在形成过程中以及完成后对所述托盘进行位置校准和/或确认，以使所述托盘最终处于所述目标位置。

在一些可行的实施方式中，所述校准组件可以由硅化石墨制备。

在一些可行的实施方式中，所述第一运动部和所述第二运动部可以分别通过第一连接部和第二连接部于所述第一校准部和所述第二校准部连接，并带动所述第一校准部和所述第二校准部在相互垂直的两个方向上运动。

在一些可行的实施方式中，所述第一连接部和所述第二连接部由金属制成。

在一些可行的实施方式中，所述第一运动部和/或所述第二运动部可以包括双向直线运动结构，至少包括十字交叉型导轨滑块组合。

在一些可行的实施方式中，所述十字交叉型导轨滑块组合可以包括位于底部的底部导轨、滑块以及位于顶部的顶部导轨，所述滑块在底面和顶面分别与所述底部导轨和所述顶部导轨滑动连接。

在一些可行的实施方式中，所述第一运动部和所述第二运动部可以共用所述底部导轨。

在一些可行的实施方式中，所述第一连接部与所述第二连接部可以分别与所述第一运动部和所述第二运动部的顶部导轨固定连接，以在所述顶部导轨相对于所述滑块滑动时同步运动。

在一些可行的实施方式中，所述校准空间的形成过程中，所述第一校准部和/或所述第二校准部将在运动中对未处于所述目标位置的托盘施加推力以及抵触力，以调整所述托盘至所述目标位置。

本申请另一方面提供了一种具有上所述的校准装置的半导体外延生长设备。

本申请所公开的校准装置，构造简单，成本低廉，能实现精确运动控制从而对外延生长的托盘进行位置调整和/或确认，避免托盘位置偏移的情况出现，进而影响外延生长质量。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本申请的一些实施例所示的校准装置的示例性结构图；

图2是根据本申请的一些实施例所示的校准装置的另一示例性结构图；

图3是根据本申请的一些实施例所示的校准装置的运动部的示例性示意图；

图4是根据本申请的一些实施例所示的具有校准装置的半导体外延生长装置的示例性示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中的元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

本文中使用的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”或“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

目前在外延片生长制备过程中，外延片生长时的旋转状态对工艺参数至关重要，若旋转状态异常，则可能直接导致外延片生长参数异常，最终导致产品报废，因此，保证外延片生长时外延片旋转状态正常至关重要。

在当前生长制备外延产品时，需要将外延片衬底放置在石墨托盘上，利用装载工具运输石墨托盘，将其传送至腔体内的旋转基座上方，完全落入旋转基座固定槽内，从而保证生长时基座带动托盘及外延片衬底转动，外延衬底表面各点在同一个水平面内进行转动。但是在目前石墨托盘传输过程中，由于各种因素影响，导致载有外延片衬底的石墨托盘在放置于旋转基座时出现无法完全落到内部的情况发生，有可能出现石墨托盘一边轻微搭在旋转基座一边的情况出现，从而导致生长时外延片衬底各点不处于同一水平面，在生长镀膜时各点分布不均匀，从而导致外延片产品工艺参数异常。

本申请所公开的校准装置，能够对对石墨托盘的位置进行调整和/或确认，能够保证石墨托盘处于正确的位置，从而保证外延生长时外延片衬底保持在同一水平面上，确保产品工艺参数正常。

以下参考附图对本申请的一些实施例进行说明。应当注意的是，以下描述是为了说明的目的，并不旨在限制本申请的保护范围。

图1-图3是根据本申请一些实施例所示的校准装置的示例性结构示意图。如图1-图3所示，校准装置100可以包括校准组件110以及运动组件120。

校准组件110可以包括第一校准部111和第二校准部112。由于校准组件110需要进入用于半导体外延生长的高温环境中，因此第一校准部111和第二校准部112可以是由耐高温材料制备而成。包括金属、非金属或其化合物，或组合。示例性的，所述金属及其化合物可以包括但不限于钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、稀土金属等或其硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、磷化物、硫化物、硅酸盐等，所述非金属及其化合物可以包括但不限于石墨、碳化硼、碳化硅、氮化硼、磷化硼、磷化硅等。在一些可实现的实施方式中，第一校准部111和第二校准部112可以是由硅化石墨制备而成，例如，第一校准部111和第二校准部112可以是石墨涂碳化硅部件。

第一校准部111和第二校准部112可以各自独立地受控制进行运动实现相互接触。其运动可以藉由与其连接的其他部件实现，例如，由其他部件带动进行运动比如运动组件120。在后续将进行具体描述。第一校准部111和第二校准部112可以在对应于托盘的目标位置形成校准空间。结合前述内容，托盘需要被放入旋转基座的固定槽内。则固定槽所在位置可以是托盘的目标位置。所形成的校准空间可以与所述托盘的外形相匹配。也就是说，若托盘为圆形，则所述校准空间的截面也可以是圆形。如图1和图2中所示，所述校准空间为圆形，能容纳所述托盘。第一校准部111和第二校准部112相互接触后，对托盘(例如，图2中的托盘200)进行“抱紧”，使其正好处于该校准空间内。或者，若托盘为方形，则所述校准空间的截面也可以是方形。

运动组件120可以包括分别与第一校准部111和第二校准部112连接的第一运动部121和第二运动部122。第一运动部121和第二运动部122可以分别带动第一校准部111和第二校准部112进行独立的运动。示例性的，在相互垂直的两个方向上的运动。参考图1，图1显示的是校准装置100的俯视图。这两个方向可以是图1中的x方向和y方向。例如，水平方向和竖直方向。为实现上述运动，第一运动部121和第二运动部122可以被构造为双向直线运动结构。例如，两个或共用部分组件的两个直线运动结构组成上述双线直线运动结构。示例性的，丝杆螺母、滚珠丝杆、涡轮丝杆、齿轮齿条、导轨滑块等直线运动机构的组合可以实现上述双线直线运动机构。在一些可实现的实施方式中，第一运动部121和/或第二运动部122可以是十字交叉型导轨滑块组合。参考图3，图3是根据本申请一些实施例所示的运动部的示例性示意图。该运动部可以是十字交叉型导轨滑块组合300。如图3所示，导轨滑块组合300可以包括位于底部的底部导轨310，设置于底部导轨310之上的滑块320，以及设置于滑块320之上位于顶部的顶部导轨330。滑块320可以在底部导轨310之上沿x方向进行滑动，同时带动顶部导轨330一齐运动。同时，顶部导轨330可以相对于滑块320沿y方向进行滑动(其中，x方向与y方向相互垂直)，从而实现在两个方向上的运动。在一些可实现的实施方式中，采用十字交叉型导轨滑块组合的第一运动部121和第二运动部122可以共用一个底部导轨。这样，两个运动部可以沿同一条直线进行运动，同时也节省了一定的生产成本。

在一些可实现的实施方式中，第一运动部121和第二运动部122与第一校准部111和第二校准部112之间可以采用连接单元进行连接。例如，第一连接部131和第二连接部132。第一连接部131和第二连接部132同样可以采用耐高温材料例如铬、钛、锆、石墨、碳化硅等制成。其式样可以是诸如杆状。第一校准部111和第二校准部112可以通过第一连接部131和第二连接部132分别与顶部导轨330固定连接，例如，通过焊接、螺纹、粘接等方式实现。由此，顶部导轨330运动时，可以带动第一校准部111和第二校准部112在一个方向上运动(例如，y方向)。同时，滑块320在底部导轨310上的滑动可以带动第一校准部111和第二校准部112在另一个方向上运动(例如，与y方向垂直的x方向)。

驱动部件(图中未示出)可以为第一运动部121和第二运动部122提供驱动力，例如，电机、气缸等。本申请中不限定驱动部件与运动组件的组合方式。

在一些可实现的实施方式中，第一运动部121和/或第二运动部122为十字交叉型导轨滑块组合时，连接单元可以被省略，顶部导轨330的末端可以直接与第一校准部111和第二校准部112固定连接。所采用的方式也可以是诸如焊接等常用固定连接方法。如此，顶部导轨330可以直接带动第一运动部121和/或第二运动部122进行运动，无需通过中间部件。

校准装置100可以是在装载有半导体衬底的石墨托盘(也就是本申请中所提到的托盘)被传输至外延生长设备的反应腔室内部后开始进行托盘位置的校准和/或确认。当石墨托盘被放置在旋转基座的固定槽内后，第一运动部121和第二运动部122将带动第一校准部111和第二校准部112进行纵向运动(例如，图1中所示的y方向上的运动，也可理解为深入反应腔室内的运动)。在运动过程中第一校准部111和第二校准部112是分离的，并未接触。当到达预定位置后，第一运动部121和第二运动部122将带动第一校准部111和第二校准部112进行横向运动(例如，图1中所示的x方向上的运动，也可理解为在反应腔室内的左右运动)。第一校准部111和第二校准部112将相互靠近，最终接触以在目标位置形成校准空间。校准空间形成于固定槽的正上方。在校准空间的形成过程中，若托盘未处于目标位置，也就是托盘没有正确的放置入固定槽内，位置存在偏移，则第一校准部111和第二校准部112将在运动过程中向托盘施加一个推力，以及一个防止托盘位置发生错误变化的抵触力(藉由第一校准部111和第二校准部112的造型实现)，以调整托盘至目标位置，也就是放置入固定槽内。若托盘已处于目标位置，则校准空间的形成过程将起到一个位置确定的作用，由于校准空间的形成过程中，必定将托盘调整至目标位置(未存在这一过程)。

在上述过程中，第一校准部111和第二校准部112在y方向上的运动可以利用位置传感器实现运动定位。例如，在连接单元上比如金属杆上设置限位传感器。当连接单元运动到传感器位置后即停止继续向前运动。

本申请所公开的校准装置，构造简单，成本低廉，能实现精确运动控制从而对外延生长的托盘进行位置调整和/或确认，避免托盘位置偏移的情况出现，进而影响外延生长质量。

本申请另一方面公开了一种半导体外延生长设备。所述半导体外延生长设备具有如上所述的校准装置，能够高质量的进行外延片的生产。

参考图4，图4是根据本申请的一些实施例所示的外延生长设备的示例性结构示意图。如图4所示，外延生长设备400至少包括反应腔室410和控制室420。反应腔室410可以用于半导体衬底的外延层生长。示例性的，反应腔室410可以是化学气相沉积室，用于实现诸如等离子增强化学气相沉积(PECVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)、微波等离子化学气相沉积(MPCVD)、微波电子回旋共振等离子化学气相沉积(ECR-MPCVD)、超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、热化学气相沉积(TCVD)、高温化学气相沉积(HTCVD)、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)、激光诱导化学气相沉积(LCVD)等沉积工艺，实现在半导体衬底上的外延层生长。反应腔室410中可以包括旋转基座(本申请中未示出)，用于防止半导体衬底。同时还可以包括加热组件411，用于对反应腔室410内部进行加热达到外延生长所需的温度例如1600℃。

控制室420可以对反应腔室410的温度、气压、通入气体的流量、时间等进行控制。校准装置100可以部分设置于控制室420内，部分设置于反应腔室410内。示例性的，运动组件120可以设置在控制室420内，而校准组件120可以设置于反应腔室410内。而校准组件110以及连接单元(若有)的制备材料，可以耐受反应腔室410内的高温。

外延生长设备400还可以包括其他部分。例如，装载腔室，转移腔室等。装置腔室可以作为半导体衬底进入外延生长设备400的入口。例如，通过人工或自动的方式，装载有半导体衬底的石墨托盘可以被放置在装载腔室中。转移腔室可以用于半导体衬底的转移，其可以包括有转移部件例如机械臂。机械臂可以进入装载腔室并夹取石墨托盘，随后转移至反应腔室410内。

转移至反应腔室410内的石墨托盘会被放置在旋转基座的固定槽内。而如前述，石墨托盘并不一定会正确的放置，可能存在偏移例如托盘搭在了固定槽的外边。此时，校准装置100将对石墨托盘的位置进行调整和/或确认。运动组件120将带动校准组件110深入反应腔室410的内部，到达预定位置后将开始合拢，用于形成校准空间对石墨托盘进行抱紧，向未处于固定槽内的托盘施加推力，将其推入固定槽内。完成后运动组件120将带动校准组件110分离，并退出反应腔室410。

本申请所公开的外延生长设备，集成有校准装置，既可以在托盘位置出现偏移时起到调整其位置的作用，又可以在托盘位置放置到位时起到确认的作用，发挥双重作用，从而保证外延片衬底在生长过程中始终处于同一水平面内，从而保证生长参数正常。

本文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种校准装置，所述校准装置用于半导体外延生长中，对承载半导体衬底的托盘进行位置校准和/或确认，其特征在于，所述校准装置包括：

校准组件，所述校准组件包括第一校准部和第二校准部，所述第一校准部和所述第二校准部能够各自独立地受控制进行运动实现相互接触；

运动组件，所述运动组件包括与所述第一校准部连接的第一运动部和与所述第二校准部连接的第二运动部，所述第一校准部和所述第二校准部藉由所述第一运动部和第二运动部的带动实现运动；其中，

所述第一校准部和所述第二校准部接触后在对应于所述托盘的目标位置形成校准空间，所述校准空间与所述托盘的外形相匹配；

其中，所述校准空间在形成过程中以及完成后对所述托盘进行位置校准和/或确认，以使所述托盘最终处于所述目标位置。

2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述校准组件由硅化石墨制备。

3.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述第一运动部和所述第二运动部分别通过第一连接部和第二连接部于所述第一校准部和所述第二校准部连接，并带动所述第一校准部和所述第二校准部在相互垂直的两个方向上运动。

4.根据权利要求3所述的校准装置，其特征在于，所述第一连接部和所述第二连接部由金属制成。

5.根据权利要求3所述的校准装置，其特征在于，所述第一运动部和/或所述第二运动部包括双向直线运动结构，至少包括十字交叉型导轨滑块组合。

6.根据权利要求5所述的校准装置，其特征在于，所述十字交叉型导轨滑块组合包括位于底部的底部导轨、滑块以及位于顶部的顶部导轨，所述滑块在底面和顶面分别与所述底部导轨和所述顶部导轨滑动连接。

7.根据权利要求6所述的校准装置，其特征在于，所述第一运动部和所述第二运动部共用所述底部导轨。

8.根据权利要求6所述的校准装置，其特征在于，所述第一连接部与所述第二连接部分别与所述第一运动部和所述第二运动部的顶部导轨固定连接，以在所述顶部导轨相对于所述滑块滑动时同步运动。

9.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述校准空间的形成过程中，所述第一校准部和/或所述第二校准部将在运动中对未处于所述目标位置的托盘施加推力以及抵触力，以调整所述托盘至所述目标位置。

10.具有如权利要求1-9中任一项所述的校准装置的半导体外延生长设备。