CN211284533U - 一种石墨盘及沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种石墨盘及沉积装置。本实用新型的石墨盘通过增加每个晶圆凹槽中的突起数量和/或增设与外延晶圆片接触面积大于普通突起的大面积突起，增加了晶圆片与突起的接触面积，同时还通过调整各个突起在晶圆凹槽中的分布位置，共同增大晶圆片旋转时所受的摩擦力，提高晶圆凹槽对外延晶圆片所受离心力的控制，减小其偏移，避免因偏移造成晶圆片与突起之间接触面积变化而引起的温度差异的增大，保证晶圆片生长质量，提升良率。在此基础上，本实用新型还对现有石墨盘的晶圆凹槽进行了重新排序设计，将晶圆凹槽向远离盘面中心的方向进行不同程度的移动，从而增加晶圆凹槽数量，使石墨盘空间利用率上升，有效提升了其单个生产周期中的产能。

Description

一种石墨盘及沉积装置

技术领域

本实用新型涉及化学气相沉积设备技术领域，特别是涉及一种石墨盘及沉积装置。

背景技术

在化学气相沉积领域所使用的设备中，石墨盘是用于承载所生长外延片的重要部件。常用的石墨盘上通常会设置若干个用于放置外延晶圆片的晶圆凹槽(PocketProfile)，在每个晶圆凹槽内壁上还会设置突起状结构(Tab)用于支撑外延晶圆片。

在沉积过程中，由于石墨盘高速旋转，现有普通的晶圆凹槽-突起设计对外延晶圆片所受离心力的控制较差，晶圆片易偏离晶圆凹槽的中心位置，其与突起之间的接触面积会发生变化从而导致其边缘温度产生较大差异，影响晶圆片的质量，甚至降低晶圆片的良率，大大提高了生产成本。

其次，随着目前对外延晶圆片需求量的不断提升，晶圆片的产能问题也是亟待解决的一个问题。目前生长4寸外延晶圆片多采用晶圆凹槽数量为31个的石墨盘，即在单个生产周期中产出31片晶圆片，其产能仍有待提高。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种石墨盘及沉积装置。该石墨盘不仅解决了因晶圆片边缘受离心力影响产生温度差异而导致其质量较差的问题，同时还有效地提高了产能。

为了实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种石墨盘，所述石墨盘包括：石墨盘基座盘面以及设置于所述盘面上方用于放置外延晶圆片的晶圆凹槽，每个所述晶圆凹槽内侧壁上设置有多个突起，用于支撑所述外延晶圆片，每个所述晶圆凹槽内至少设置有9个所述突起。

作为本实用新型的一种优选方案，所述突起包括第一突起和/或第二突起，所述第一突起上表面面积小于所述第二突起上表面面积，所述晶圆凹槽中至少有一个晶圆凹槽内部侧壁上同时设置有多个所述第一突起和至少一个所述第二突起。

作为本实用新型的一种优选方案，所述晶圆凹槽包括内圈晶圆凹槽、中圈晶圆凹槽以及外圈晶圆凹槽，每个所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽设置有至少10个所述第一突起，和/或每个所述外圈晶圆凹槽设置有至少8个所述第一突起和至少一个所述第二突起，且所述第一突起数量为偶数个。

作为本实用新型的一种优选方案，每个所述晶圆凹槽于垂直盘面的方向投影形状为圆形，定义所述圆形的圆心与石墨盘盘面中心点的连线所在位置为所述晶圆凹槽的0°位置，角度沿顺时针方向增大，所述第一突起至少设置在每个所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽的126°、156°、204°以及234°位置上，和/或至少设置在每个所述外圈晶圆凹槽的126°以及234°位置上，所述第二突起至少有一个设置在所述外圈晶圆凹槽的160°～200°范围之间。

作为本实用新型的一种优选方案，每个所述内圈晶圆凹槽和/或中圈晶圆凹槽设置有10个第一突起，所述第一突起分别设置在所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽30°、60°、90°、126°、156°、204°、234°、270°、300°以及330°的位置上。

作为本实用新型的一种优选方案，每个所述外圈晶圆凹槽设置有8个所述第一突起和1个所述第二突起，所述第一突起分别设置在所述外圈晶圆凹槽30°、60°、90°、126°、234°、270°、300°以及330°的位置上，所述第二突起设置在所述外圈晶圆凹槽180°的位置上。

作为本实用新型的一种优选方案，所述突起的上表面形状包括多边形和弧形中至少一种。

作为本实用新型的一种优选方案，所述晶圆凹槽的数量至少为32个，其中，所述内圈晶圆凹槽至少设置为5个和/或所述中圈晶圆凹槽至少设置为11个，所述外圈晶圆凹槽至少设置为17个。

作为本实用新型的一种优选方案，所述晶圆凹槽的底部包括平面型或凹面型。

作为本实用新型的一种优选方案，每个所述晶圆凹槽于垂直盘面的方向投影形状为圆形，所述突起上方还设置有向圆形圆心延伸的多个突出部。

本实用新型还提供一种沉积装置，所述装置采用上述任一所述的石墨盘作为生长外延片的载盘。

如上所述，本实用新型的一种石墨盘及沉积装置，具有以下有益效果：

(1)本实用新型的石墨盘，通过增加每个晶圆凹槽中的突起数量和/或增设与外延晶圆片接触面积大于普通突起的大面积突起，增加了晶圆片与突起的接触面积，从而增大了晶圆片旋转时所受的摩擦力，提高了晶圆凹槽对外延晶圆片所受离心力的控制，减小了晶圆片的偏移，避免因偏移造成晶圆片与突起之间的接触面积变化而引起的温度差异的增大，保证了晶圆片的生长质量；同时还通过调整各个突起在晶圆凹槽中的分布位置，进一步减小离心力导致的晶圆片偏离晶圆凹槽中心的影响。通过上述的改进，可有效稳定石墨盘旋转时外延晶圆片的位置，降低其边缘因受离心力影响而产生的温度差异，保证晶圆片质量，提升良率，降低生产成本。

(2)现有石墨盘设计并未达到最佳空间利用率，本实用新型对其进行了重新排序设计，在石墨盘整体面积以及单个晶圆凹槽尺寸没有变化的基础上，将现有石墨盘上的晶圆凹槽向远离盘面中心的方向进行了不同程度的移动，从而增加了晶圆凹槽数量，使石墨盘的空间利用率上升，有效提升了其单个生产周期中的产能。

附图说明

图1显示为现有生长4寸外延晶圆片的石墨盘的单个晶圆凹槽中突起分布示意图。

图2显示为本实用新型于一实施例中公开的一种石墨盘的单个晶圆凹槽结构示意图。

图3显示为本实用新型于一实施例中公开的一种石墨盘的单个晶圆凹槽结构示意图。

图4显示为本实用新型于一实施例中公开的一种石墨盘的单个内圈晶圆凹槽和/或中圈晶圆凹槽中突起分布示意图。

图5显示为本实用新型于一实施例中公开的一种石墨盘的单个外圈晶圆凹槽中突起分布示意图。

图6显示为本实用新型于一实施例中公开的一种石墨盘的结构示意图。

附图标记说明：

1.晶圆凹槽

2.突起

3.外延晶圆片

4.突出部

5.台阶结构

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。本申请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，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1至图6须知，本申请实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型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形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

目前生长4寸外延晶圆片多采用晶圆凹槽1数量为31个同时每个晶圆凹槽1中有8个突起2类型的石墨盘，其中，每个所述晶圆凹槽1中的突起2均相同；同时若每个所述晶圆凹槽1于垂直盘面的方向投影形状为圆形，定义所述圆形的圆心与石墨盘盘面中心点的连线所在位置为所述晶圆凹槽1的0°位置，角度沿顺时针方向增大，则现有技术石墨盘中的8个突起2分别设置在所述晶圆凹槽30°、90°、120°、150°、210°、240°、270°以及330°的位置上，参见图1，上述类型的石墨盘在实际生产中对外延晶圆片所受离心力的控制较差，晶圆片极易偏离晶圆凹槽的中心位置，导致其边缘温度产生较大差异从而影响晶圆片的质量，甚至降低晶圆片的良率，大大提高了生产成本。

实施例一：

本实施例提供一种石墨盘，所述石墨盘包括：石墨盘基座盘面以及设置于所述盘面上方用于放置外延晶圆片3的晶圆凹槽1，每个所述晶圆凹槽1内侧壁上设置有多个突起2，用于支撑所述外延晶圆片3，以使晶圆片3与凹槽底部之间具有一定间距的空隙，每个所述晶圆凹槽1内至少设置有9个所述突起2。

可选地，所述突起2的上表面形状包括多边形和弧形中至少一种。

可选地，所述晶圆凹槽1的底部包括平面型或凹面型。

可选地，每个所述晶圆凹槽1于垂直盘面的方向投影形状为圆形，所述突起2上方还设置有向圆形圆心延伸的多个突出部4，可进一步固定所述外延晶圆片3的位置。

目前现有技术中，石墨盘的晶圆凹槽设计主要有四种类型：平盘(Flat盘)，台阶状边缘盘(Rim盘)，突起状边缘盘(Tab盘)和兼具台阶状与突起状边缘盘(Gear盘)。本实施例中是对晶圆凹槽内的突起(Tab)进行改进，因此本实施例中对石墨盘的设计可适用于Tab盘及Gear盘，如图2所示，为设置有突起2的Gear盘中单个晶圆凹槽1的结构示意图，其中所述晶圆凹槽1的底部为平面型底部，且具有台阶结构5，外延晶圆片3的直径与晶圆凹槽1的底部直径相同，刚好可置于突起2上，覆盖所述突起2的整个上表面，当然，外延晶圆片3在Gear盘中的放置方式并不局限，其直径可大于晶圆凹槽1的底部直径，即置于台阶结构5和突起2之上；也可小于晶圆凹槽1的底部直径，即置于突起2的部分上表面上。同时，还可在突起2上方设置突出部4，其结构示意图如图3所示，突出部4与突起2之间放置晶圆片3。

现有生长4寸外延晶圆片的石墨盘的每个晶圆凹槽1中突起2数量均为8个，而本实施例的石墨盘中每个晶圆凹槽1的突起2数量均有增加，通过增加突起2的数量，增加了晶圆片3与突起2的接触面积，进而增大了石墨盘高速旋转时晶圆片3所受的摩擦力，稳定了晶圆片3的位置，从而降低其受离心力所导致的边缘温度差异影响，提高晶圆片3的生长质量。本实施例中通过增加突起数量来解决石墨盘中因晶圆片边缘受离心力影响产生温度差异而导致晶圆片质量及良率问题的方式并不仅限于应用在现有生长4寸外延晶圆片的石墨盘中，对于生长其它尺寸晶圆片的石墨盘也可根据实际情况应用该种方式。

实施例二：

本实施例提供一种石墨盘，其基本结构与实施例一中相同，在此不再赘述，其与实施例一的区别在于：本实施例中所述突起2包括第一突起和/或第二突起，所述第一突起上表面面积小于所述第二突起上表面面积，所述晶圆凹槽1中至少有一个晶圆凹槽1内部侧壁上同时设置有多个所述第一突起和至少一个所述第二突起。

作为本实施例的一种实现方式，所述晶圆凹槽1包括内圈晶圆凹槽、中圈晶圆凹槽以及外圈晶圆凹槽，每个所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽设置有至少10个第一突起，和/或每个所述外圈晶圆凹槽设置有至少8个第一突起和至少一个第二突起，且所述第一突起数量为偶数个。由于在石墨盘旋转时，外圈晶圆凹槽中的晶圆片3所受离心力作用最强，对比内圈及中圈的晶圆凹槽-突起结构，外圈晶圆凹槽-突起结构对晶圆片3所受离心力的控制相对较差，晶圆片3更易偏离每个晶圆凹槽1的中心位置，进而其边缘产生较大的温度差异，因此本实现方式中优选在外圈晶圆凹槽中设置至少一个与晶圆片3接触面积更大的突起2，来增加晶圆片3与突起2的接触面积，减小晶圆片3偏移。当然，所述第二突起的设置并不仅限于本实现方式中的示例，所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽中也可设置有第二突起。

现有生长4寸外延晶圆片石墨盘的每个晶圆凹槽1中的突起2均为相同突起，其上表面面积相同，而本实施例石墨盘的晶圆凹槽1中设置了与外延晶圆片3接触面积大于普通突起的大面积突起，可增大晶圆片3旋转时所受的摩擦力，减小晶圆片3偏移，避免因偏移造成晶圆片3与突起2之间的接触面积变化而引起的温度差异的增大，提高晶圆片3的生长质量。本实施例中通过增设与外延晶圆片接触面积大于普通突起的大面积突起来解决石墨盘中因晶圆片边缘受离心力影响产生温度差异而导致晶圆片质量及良率问题的方式并不仅限于应用在现有生长4寸外延晶圆片的石墨盘中，对于生长其它尺寸晶圆片的石墨盘也可根据实际情况应用该种方式。

实施例三：

本实施例提供一种石墨盘，其基本结构与实施例二中相同，在此不再赘述，其与实施例二的区别在于：每个所述晶圆凹槽1于垂直盘面的方向投影形状为圆形，定义所述圆形的圆心与石墨盘盘面中心点的连线所在位置为所述晶圆凹槽1的0°位置，角度沿顺时针方向增大，所述第一突起至少设置在每个所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽的126°、156°、204°以及234°位置上，和/或至少设置在每个所述外圈晶圆凹槽的126°以及234°位置上，所述第二突起至少有一个设置在所述外圈晶圆凹槽的160°～200°范围之间。

作为本实施例的一种实现方式，如图4和5所示，每个所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽设置有10个第一突起，所述第一突起分别设置在所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽30°、60°、90°、126°、156°、204°、234°、270°、300°以及330°的位置上；每个所述外圈晶圆凹槽设置有8个第一突起和1个第二突起，所述第一突起分别设置在所述外圈晶圆凹槽30°、60°、90°、126°、234°、270°、300°以及330°的位置上，所述第二突起设置在所述外圈晶圆凹槽180°的位置上。进一步地，所述第一突起的上表面形状为三角形，所述第二突起的上表面形状为刀口形。

现有生长4寸外延晶圆片的石墨盘中每个晶圆凹槽1的8个突起2分别设置在所述晶圆凹槽30°、90°、120°、150°、210°、240°、270°以及330°的位置上。而本实施例中对晶圆凹槽1的突起2位置进行了重新排布设计，将部分突起2调整至更远离石墨盘中心的位置上，例如在本实施例的实现方式中，内圈晶圆凹槽和/或中圈晶圆凹槽中126°、156°、204°以及234°四个突起的设置，和/或外圈晶圆凹槽中126°、234°以及180°三个突起的设置，均相比于现有石墨盘晶圆凹槽1中120°、150°、210°以及240°处的突起更偏向于远离石墨盘中心的方向，由于晶圆片3在石墨盘旋转过程中受离心力影响均会向远离石墨盘中心的最外侧方向偏移，这样的设计可以使突起2更加集中于晶圆片3易偏移的位置，进一步增大晶圆片3所受摩擦力，从而减小其受离心力影响所导致的边缘温度差异，提高晶圆片3的生长质量。同时，在外圈晶圆凹槽中设置于晶圆凹槽180°位置上的是上表面面积更大的第二突起，即在最远离石墨盘中心的位置上进一步增大突起2与晶圆片3的接触面积，协同减小晶圆片3的偏移。本实施例中通过调整突起分布位置来解决石墨盘中因晶圆片边缘受离心力影响产生温度差异而导致晶圆片质量及良率问题的方式并不仅限于应用在现有生长4寸外延晶圆片的石墨盘中，对于生长其它尺寸晶圆片的石墨盘也可根据实际情况应用该种方式。

实施例四：

本实施例提供一种石墨盘，其基本结构与前述实施例中相同，在此不再赘述，其与前述实施例的区别在于：本实施例中所述晶圆凹槽1的数量至少为32个，其中，所述内圈晶圆凹槽至少设置为5个和/或所述中圈晶圆凹槽至少设置为11个，所述外圈晶圆凹槽至少设置为17个。

作为本实施例的一种实现方式，如图6所示，所述晶圆凹槽1的数量设置为33个，其中，所述内圈晶圆凹槽设置为5个，所述中圈晶圆凹槽设置为11个，所述外圈晶圆凹槽设置为17个。

目前生长4寸外延晶圆片多采用晶圆凹槽数量为31个的石墨盘，而本实施例中通过对石墨盘进行重新排序设计，在石墨盘整体面积以及单个晶圆凹槽尺寸没有任何变化的基础上，将现有石墨盘上的晶圆凹槽向远离盘面中心的方向进行不同程度的移动，从而增加了晶圆凹槽的数量，使石墨盘空间利用率上升，提升了其单个生产周期中的产能，例如本实施例的一种实现方式中，将晶圆凹槽的数量提升至了33个，使得石墨盘在单个生产周期中产能增加了6％。此外，由于晶圆凹槽向外移动，晶圆片所受离心力也会相应增大，配合前述实施例中对晶圆凹槽突起的一些改进，可以有效降低离心力的影响，在提高产能的同时也可保证晶圆片的生长质量。

实施例五：

本实施例提供了一种沉积装置，所述装置采用上述任一实施例中的石墨盘作为生长外延片的载盘。

综上所述，本实用新型提供了一种石墨盘及沉积装置。本实用新型的石墨盘通过增加每个晶圆凹槽中的突起数量和/或增设与外延晶圆片接触面积大于普通突起的大面积突起，增加了晶圆片与突起的接触面积，同时还通过调整各个突起在晶圆凹槽中的分布位置，共同增大晶圆片旋转时所受的摩擦力，提高晶圆凹槽对外延晶圆片所受离心力的控制，有效稳定了石墨盘旋转时外延晶圆片的位置，减小其偏移，避免因偏移造成晶圆片与突起之间的接触面积变化而引起的温度差异的增大，保证了晶圆片的生长质量，提升了良率，还可降低生产成本。在此基础上，本实用新型还对现有石墨盘的晶圆凹槽进行了重新排序设计，在石墨盘整体面积以及单个晶圆凹槽尺寸没有变化的基础上，将现有石墨盘上的晶圆凹槽向远离盘面中心的方向进行了不同程度的移动，从而增加了晶圆凹槽的数量，使石墨盘的空间利用率上升，提升了其单个生产周期中的产能。本实用新型同时还提供一种沉积装置，所述装置采用本实用新型中的石墨盘作为生长外延片的载盘。所以，本实用新型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实用新型的结构及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种石墨盘，其特征在于，所述石墨盘包括：石墨盘基座盘面以及设置于所述盘面上方用于放置外延晶圆片的晶圆凹槽，每个所述晶圆凹槽内侧壁上设置有多个突起，用于支撑所述外延晶圆片，每个所述晶圆凹槽内至少设置有9个所述突起，所述突起包括第一突起和第二突起，所述第一突起上表面面积小于所述第二突起上表面面积。

2.根据权利要求1的所述石墨盘，其特征在于，至少一个晶圆凹槽内部侧壁上同时设置有所述第一突起和所述第二突起。

3.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，至少一个晶圆凹槽内部侧壁上同时设置有多个所述第一突起和至少一个所述第二突起。

4.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述晶圆凹槽包括内圈晶圆凹槽、中圈晶圆凹槽以及外圈晶圆凹槽，每个所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽设置有至少10个所述第一突起，和/或每个所述外圈晶圆凹槽设置有至少8个所述第一突起和至少一个所述第二突起，且所述第一突起数量为偶数个。

5.根据权利要求4所述的石墨盘，其特征在于，每个所述晶圆凹槽于垂直盘面的方向投影形状为圆形，定义所述圆形的圆心与石墨盘盘面中心点的连线所在位置为所述晶圆凹槽的0°位置，角度沿顺时针方向增大，所述第一突起至少设置在每个所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽的126°、156°、204°以及234°位置上，和/或至少设置在每个所述外圈晶圆凹槽的126°以及234°位置上，所述第二突起至少有一个设置在所述外圈晶圆凹槽的160°～200°范围之间。

6.根据权利要求5所述的石墨盘，其特征在于，每个所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽设置有10个所述第一突起，所述第一突起分别设置在所述内圈晶圆凹槽和/或所述中圈晶圆凹槽30°、60°、90°、126°、156°、204°、234°、270°、300°以及330°的位置上。

7.根据权利要求5所述的石墨盘，其特征在于，每个所述外圈晶圆凹槽设置有8个所述第一突起和1个所述第二突起，所述第一突起分别设置在所述外圈晶圆凹槽30°、60°、90°、126°、234°、270°、300°以及330°的位置上，所述第二突起设置在所述外圈晶圆凹槽180°的位置上。

8.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述突起的上表面形状包括多边形和弧形中至少一种。

9.根据权利要求4所述的石墨盘，其特征在于，所述晶圆凹槽的数量至少为32个，其中，所述内圈晶圆凹槽至少设置为5个和/或所述中圈晶圆凹槽至少设置为11个，所述外圈晶圆凹槽至少设置为17个。

10.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述晶圆凹槽的底部包括平面型或凹面型。

11.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，每个所述晶圆凹槽于垂直盘面的方向投影形状为圆形，所述突起上方还设置有向圆形圆心延伸的多个突出部。

12.一种沉积装置，其特征在于，所述装置采用权利要求1～11任意一项所述的石墨盘作为生长外延片的载盘。

Images