CN212533122U - 一种晶圆成膜装置及化学气相沉积系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆成膜装置及化学气相沉积系统，所述晶圆成膜装置包括：载盘，其呈柱状，所述载盘上设有工作台，所述工作台的表面等于或高于所述载盘的表面；多个挡桩，所述多个挡桩设置在所述工作台的外圆周处，每个所述挡桩与所述工作台的接触面与所述工作台水平面夹角小于90度。本实用新型通过公开的一种晶圆成膜装置延长了装置的使用寿命、节约制造成本，同时减少了晶圆外延膜生长过程中的故障。

Description

一种晶圆成膜装置及化学气相沉积系统

技术领域

本实用新型属于半导体制造领域，特别涉及一种晶圆成膜装置及化学气相沉积系统。

背景技术

许多半导体器件通过在衬底上外延生长半导体材料而形成。衬底通常是圆盘形式的晶体材料，通常称为“晶圆”。例如，由诸如III-V族半导体的复合半导体制成的器件通常通过使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长连续的复合半导体层而形成。在这个过程中，晶圆暴露于通常包括金属有机化合物和V族元素源的气体组合，该气体组合在晶圆保持在升高温度的同时流过晶圆表面。

在通常的化学气相沉积过程中，许多晶圆被放置在一种晶圆成膜装置上，所以各晶圆的顶面暴露于晶圆成膜装置的顶面。然后晶圆成膜装置被放置到反应室中，并在气体混合物流过晶圆载体表面的同时保持处于期望的温度。现有的晶圆成膜装置通常是在是一种凹型结构。包括凹型结构凹槽内的放置晶圆的工作台，凹型结构凹槽外的载台，在对晶圆表面进行外延膜生长时，反应物沉积会落在载盘上，随着生长炉数的累加，在载盘上的反应物沉积越来越厚，凹槽的深度变得越来越深，在晶圆上反应气流的实际模式在持续变化，导致产品质量出现波动，需要不断去调整工艺参数，影响产品的一致性。随着沉积越来越厚，对于能够处理掉的沉积，可以通过各种方法去除，对于不能去除或者很难去除的沉积，比如说碳化硅外延载盘上的沉积，在外延生长了少量炉数后，就要报废处理，导致配件使用成本很高。在高温环境下晶圆容易发生变形，在高速旋转时，容易出现飞片(晶圆被甩出去)，导致外延膜生长异常。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种晶圆成膜装置及化学气相沉积系统，通过本实用新型提供的一种晶圆成膜装置，可以在不影响晶圆质量的同时延长装置的使用寿命、节约制造成本，并且减少晶圆外延膜生长过程中的故障。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供的一种晶圆成膜装置，其包括：

载盘，其呈柱状，所述载盘上设有工作台，所述工作台的表面等于或高于所述载盘的表面；

多个挡桩，所述多个挡桩设置在所述工作台的外圆周处，每个所述挡桩与所述工作台的接触面与所述工作台水平面夹角小于90度。

在本实用新型一实施例中，所述挡桩纵截面呈梯形。

在本实用新型另一实施例中，所述挡桩纵截面呈三角形。

在本实用新型一实施例中，所述挡桩设置在所述载盘上，且位于所述工作台外圆周处。

在本实用新型一实施例中，所述挡桩的数量大于等于三个。

在本实用新型一实施例中，所述工作台呈圆柱状。

在本实用新型一实施例中，所述挡桩的高度高于所述工作台与所述晶圆垒加的高度。

在本实用新型一实施例中，所述载盘上设置多个所述工作台。

在本实用新型一实施例中，靠近所述载盘中心的工作台外圆周设置的挡桩数量少于远离所述载盘中心的工作台外圆周设置的挡桩数量。

本实用新型还提供一种化学气相沉积系统，其特征在于，其包括：

晶圆成膜装置，所述晶圆成膜装置包括：

载盘，其呈柱状，所述载盘上设有一工作台，所述工作台的表面等于或高于所述载盘的表面；

多个挡桩，所述多个挡桩设置在所述工作台的外圆周处，每个所述挡桩与所述工作台的接触面与所述工作台水平面夹角小于90度；

气体分配原件，其设置在所述晶圆成膜装置的一端，用于分配晶圆成膜时需要的气体；

气体提供装置，其与所述气体分配原件连接，用于提供晶圆成膜时需要的保护气体及反应气体。

如上所述本实用新型提供的一种晶圆成膜装置，通过在所述载盘上设置不低于所述载盘表面的所述工作台，使所述载盘上的反应物沉积不会影响外延膜生长。通过多个设置在所述工作台外圆周的挡桩，使晶圆在高速旋转的时候不会出现飞片现象(晶圆被甩出工作台)。本实用新型通过公开的一种晶圆成膜装置增加了所述晶圆成膜装置的使用寿命，同时减少了晶圆外延膜生长过程中的故障。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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1为现有晶圆成膜装置载台侧视图。

图2为一种晶圆成膜装置俯视图。

图3为一种晶圆成膜装置侧视图。

图4为一种晶圆成膜装置梯形挡桩截面图。

图5为一种晶圆成膜装置三角形挡桩截面图。

图6为一种晶圆成膜装置第一五边形挡桩截面图。

图7为一种晶圆成膜装置第二五边形挡桩截面图。

图8为另一种晶圆成膜装置俯视图。

图9为另一种晶圆成膜装置侧视图。

图10为一种多工作台晶圆成膜装置俯视图。

图11为一种化学气相沉积系统结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1所示，在一些实施例中，晶圆成膜装置呈凹型结构，晶圆40放置在凹型工作台22内，当对凹型工作台22内的晶圆40生长外延膜50，反应物沉积60落在载盘12表面，随着生长炉数的累加，在载盘上的反应物沉积60越来越厚，凹槽的深度变得越来越深，在晶圆40上反应气流的实际模式在持续变化，当反应物沉积60的厚度达到一定值时，反应气体会在凹槽边缘形成涡流，导致产品质量出现波动。在高温生长条件下晶圆40容易发生变形，在高速旋转时，容易出现飞片现象(晶圆被甩出工作台)，导致外延膜50生长异常。本实用新型提供的所述晶圆成膜装置1采用工作台等于或高于载盘10的设置，能够在较长时间内排除反应物沉积60的影响，延长装置的使用寿命、节约制造成本，同时通过挡桩30设计固定了在工作台上的晶圆40，在高速旋转时不会发生飞片现象。

请参阅图2至图3所示，在本实用新型提供的一实施例中，本实用新型提供的所述晶圆成膜装置1包括载盘10、凸出型工作台20及多个挡桩30，载盘10盘上设有凸出型工作台20，凸出型工作台20的表面高于载盘10的表面，每个挡桩30与凸出型工作台20的接触面与凸出型工作台20水平面夹角小于90度，每个挡桩30的高度高于凸出型工作台20与晶圆40垒加的高度。凸出型工作台20呈柱状结构，例如可以是圆柱状。

请参阅图4至图7所示，在本实用新型提供的一实施例中，每个挡桩30与凸出型工作台20的接触面与凸出型工作台20水平面夹角小于90度，挡桩30的截面可以呈三角形，例如三角形挡桩301，也可以呈梯形，例如梯形挡桩302，也可以呈五边形，例如第一五边形挡桩303和第二五边形挡桩304。当挡桩设置成三角形挡桩301、梯形挡桩302、第一五边形挡桩303或第二五边形挡桩304时，晶圆40放置在工作台上，三角形挡桩301、梯形挡桩302、第一五边形挡桩303或第二五边形挡桩304能够将晶圆40牢固锁定在工作台上。当晶圆40在高温下发生变形时，挡桩30起阻挡作用，在晶圆40高速旋转时也不会掉落。挡桩30不仅仅包括本实用新型所列举的挡桩形状，其包括挡桩与工作台的接触面与工作台水平面夹角小于90度的所有情况。挡桩30与凸出型工作台20的接触面与凸出型工作台20水平面夹角例如可以通过如下方法设置：

例如凸出型工作台20的半径为a，晶圆40的半径为b，晶圆的高度为c，则所述挡桩30与凸出型工作台20的接触面与凸出型工作台20水平面夹角A可以为：A＝arctan[c/(a-b)]。

请参阅图2至图4所示，在本实用新型提供的一实施例中，凸出型工作台20高于载盘10。在对晶圆进行生长外延薄膜50的过程中，晶圆40放置在凸出型工作台20上，随着生长炉数的累加，在载盘上的反应物沉积60越来越厚，晶圆成膜装置1由凹型设计改为凸出型工作台20高于载盘10的设计后，晶圆40位置高于载盘10表面，当反应物沉积60的厚度小于凸出型工作台20与晶圆40的给厚度之和时，反应物沉积60对于在晶圆40上反应的气流没有影响，延长了反应物沉积60影响外延膜50生长质量的时间。在保证质量一致性的前提下延长载盘10的使用寿命，节约制造成本。

请参阅图2至图4所示，在本实用新型提供的一实施例中还设置多个挡桩30，挡桩30设置在凸出型工作台20的外圆周处且设置在载盘10上，且每个挡桩30与凸出型工作台20的接触面与凸出型工作台20水平面夹角小于90度，每个挡桩30的高度高于凸出型工作台20与晶圆40垒加的高度。在高温环境下，晶圆40易发生变形，多个挡桩30有效固定晶圆40，可以有效防止晶圆40高速旋转时飞甩出去，减少了生产异常故障。

请参阅图8至图9所示，在本实用新型提供的另一实施例中，本实用新型提供的晶圆成膜装置1包括载盘10、平型工作台21及多个挡桩30，载盘10盘上设有一平型工作台21，多个挡桩30，多个挡桩30设置在工作台10的外圆周处，且每个挡桩30与平型工作台21的接触面与平型工作台21水平面夹角小于90度，所述夹角的设置同上一实施例。

请参阅图8至图9所示，在本实用新型提供的另一实施例中，平型工作台21与载盘10同面设置。在对晶圆进行生长外延薄膜50的过程中，晶圆40放置在平型工作台21上，随着生长炉数的累加，在载盘上的反应物沉积60越来越厚，当反应物沉积60的厚度小于晶圆40的厚度时，反应物沉积60对于在晶圆40上反映的气流没有影响，延长反应物沉积60影响外延膜50生长质量的时间，在保证质量一致性的前提下延长了载盘10的使用寿命，节约了成本。同时多个挡桩30因每个挡桩30与平型工作台21的接触面与平型工作台21水平面夹角小于90度的设计，能够防止晶圆40高速旋转时飞甩出去，减少了生产异常故障。

请参阅图10所示，在一些实施例中，载盘10上设置多个工作台。每个工作台周围设置多个挡桩，不同位置的工作台外圆周设置的挡桩数量不同。在距离载台10中心较近的地方设置的挡桩数量较少，在距离载台10中心较远的地方设置的挡桩数量较多，靠近所述载盘中心的工作台外圆周设置的挡桩数量少于远离所述载盘中心的工作台外圆周设置的挡桩数量。例如在本实用新型的一实施例中，在载盘10中心处的工作台外圆周处，将挡桩的数量设置例如可以为3个，在靠近载盘10中心处的工作台外圆周处，将挡桩的数量设置例如可以为5个，在远离载盘10中心处的工作台外圆周处，将挡桩的数量设置例如可以为8个。在装置旋转时，靠近载台10中心的工作台上放置的晶圆40受到的离心力小，设置的挡桩数量少，远离载台10中心的工作台上放置的晶圆40受到的离心力大，设置的挡桩数量多。在不同位置设置不同数量的挡桩在确保晶圆40不会在旋转时不会被飞甩出去，同时节约了挡桩资源。

请参阅图11所示，本实用新型还提供一种化学气相沉积系统，其包括晶圆成膜装置1，气体分配原件2和气体提供装置3，其中气体分配原件2设置在晶圆成膜装置1的一端，用于分配晶圆成膜时需要的气体，气体提供装置3，其与气体分配原件2连接，用于提供晶圆成膜时需要的保护气体及反应气体。气体分配元件2连接至化学气相沉积系统中待使用的气体提供装置3，诸如载气及反应气体，例如第III族金属(典型为金属有机化合物)的源及第V族元素(例如氨或其他第V族氢化物)的源。气体分配元件2设置成接收各种气体，并以大体向下的方向引导气体流。

以上公开的本实用新型实施例只是用于帮助阐述本实用新型。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种晶圆成膜装置，其特征在于，其至少包括：

载盘，其呈柱状，所述载盘上设有工作台，所述工作台的表面等于或高于所述载盘的表面；

多个挡桩，所述多个挡桩设置在所述工作台的外圆周处，每个所述挡桩与所述工作台的接触面与所述工作台水平面夹角小于90度。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆成膜装置，其特征在于，所述挡桩纵截面呈梯形。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆成膜装置，其特征在于，所述挡桩纵截面呈三角形。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆成膜装置，其特征在于，所述挡桩设置在所述载盘上，且位于所述工作台外圆周处。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆成膜装置，其特征在于，所述挡桩的数量大于等于三个。

6.根据权利要求1所述的一种晶圆成膜装置，其特征在于，所述工作台呈圆柱状。

7.根据权利要求1所述的一种晶圆成膜装置，其特征在于，所述挡桩的高度高于所述工作台与所述晶圆垒加的高度。

8.根据权利要求1所述的一种晶圆成膜装置，其特征在于，所述载盘上设置多个所述工作台。

9.根据权利要求1所述的一种晶圆成膜装置，其特征在于，靠近所述载盘中心的工作台外圆周设置的挡桩数量少于远离所述载盘中心的工作台外圆周设置的挡桩数量。

10.一种化学气相沉积系统，其特征在于，其包括：

晶圆成膜装置，所述晶圆成膜装置包括：

载盘，其呈柱状，所述载盘上设有工作台，所述工作台的表面等于或高于所述载盘的表面；

多个挡桩，所述多个挡桩设置在所述工作台的外圆周处，每个所述挡桩与所述工作台的接触面与所述工作台水平面夹角小于90度；

气体分配原件，其设置在所述晶圆成膜装置的一端，用于分配晶圆成膜时需要的气体；

气体提供装置，其与所述气体分配原件连接，用于提供晶圆成膜时需要的保护气体及反应气体。

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