CN215163305U - 一种分子束外延生产设备中的衬底托板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分子束外延生产设备中的衬底托板结构，涉及半导体制造技术领域。该衬底托板结构包括本体，本体上一体地形成有同心的第一环形台阶和第二环形台阶，沿第一环形台阶的内侧壁的圆周方向设置有多个突出部，该多个突出部共同用于支撑衬底片，该多个突出部中的每个突出部的上表面高于第二环形台阶的上表面。通过多个突出部支撑衬底片，减小了衬底片与衬底托板之间的接触；通过第二环形台阶来阻挡分子束穿过衬底片与第一环形台阶的内侧壁之间的缝隙到达衬底片背面，确保衬底片背面不受分子束的影响，从而可以显著改善外延生长过程中衬底片的温度均匀性，提高了外延片产品的质量。

Description

一种分子束外延生产设备中的衬底托板结构

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种分子束外延生产设备中的衬底托板结构。

背景技术

在分子束外延(MBE)的大规模生产中，用于承载衬底片的衬底托板的结构对外延片质量具有显著影响。在常规MBE生长中，衬底片的生长表面朝下放置于衬底托板上，分子束源从衬底托板的下方传送分子束至衬底片表面进行外延生长。

常规MBE设备中的衬底托板由一环形台阶承载衬底片，衬底片边缘与托板的环形台阶直接接触，由于衬底片边界附近的热分布与衬底片内部不一致，容易导致衬底片表面的外延生长层中出现各种位错缺陷，增加外延片产品的不合格率。为了减小外延片的缺陷，需要减小衬底托板与衬底片之间的接触，因此可以设计爪型台阶用于承载衬底片。然而，为了便于衬底片的取放操作，通常情况下，衬底片边缘与衬底托板爪型台阶的外环边缘之间存在一定的缝隙，在分子束从衬底托板的下方传递至衬底片表面时，会有一些粒子穿过所述缝隙到达衬底片背面并沉积，这些粒子会影响衬底片背面对热量的吸收，从而导致外延生长过程中衬底片温度不均匀，进而劣化外延片质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种分子束外延生产设备中的衬底托板结构，以解决外延生长过程中衬底片温度不均匀的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种分子束外延生产设备中的衬底托板结构，该衬底托板结构用于承载衬底片，该衬底托板结构包括本体，本体上一体地形成有同心的第一环形台阶和第二环形台阶，第一环形台阶用于放置阻挡热辐射的圆环，第一环形台阶的上表面低于本体的上表面，第一环形台阶的内环直径比衬底片的直径大第一预设值；第二环形台阶的外环直径等于第一环形台阶的内环直径，第二环形台阶中间为圆形通孔，第二环形台阶的内环直径比衬底片的直径小第二预设值，沿第一环形台阶的内侧壁的圆周方向设置有多个突出部，所述多个突出部中的每个突出部从第一环形台阶的内侧壁所在曲面开始朝向第一环形台阶的圆心方向延伸，所述多个突出部共同用于支撑衬底片，所述多个突出部中的每个突出部的上表面比第一环形台阶的上表面低第三预设值，并且所述多个突出部中的每个突出部的上表面高于第二环形台阶的上表面，所述多个突出部中的每个突出部沿第二环形台阶的径向的长度比第二环形台阶的径向宽度大第四预设值；第一预设值在0.3mm至1mm的范围内；第二预设值在0.1mm至0.4mm的范围内；第三预设值在1.5mm至2mm的范围内；第四预设值在0.3mm至1mm的范围内。

可选地，所述多个突出部中的每个突出部的下表面高于本体的下表面。

可选地，所述多个突出部沿第一环形台阶的内侧壁的圆周方向等间距设置，并且所述多个突出部中的突出部数量范围为3个至6个。

可选地，所述多个突出部中的突出部数量为4个。

可选地，所述多个突出部中的每个突出部的上表面比第二环形台阶的上表面高第五预设值，第五预设值在0.05mm至0.2mm的范围内。

可选地，所述多个突出部中的每个突出部的下表面低于第二环形台阶的下表面。

可选地，所述多个突出部中的每个突出部沿垂直于本体的上表面方向的厚度范围为0.8mm至1.5mm。

可选地，第二环形台阶沿垂直于本体的上表面方向的厚度范围为0.2mm至0.5mm。

可选地，第二环形台阶沿垂直于本体的上表面方向的厚度为0.3mm。

可选地，第二预设值在0.1mm至0.2mm的范围内。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型提供的衬底托板结构，该衬底托板结构用于承载衬底片，该衬底托板结构包括本体，本体上一体地形成有同心的第一环形台阶和第二环形台阶，第一环形台阶用于放置阻挡热辐射的圆环，第一环形台阶的上表面低于本体的上表面，第一环形台阶的内环直径比衬底片的直径大第一预设值；第二环形台阶的外环直径等于第一环形台阶的内环直径，第二环形台阶中间为圆形通孔，第二环形台阶的内环直径比衬底片的直径小第二预设值，沿第一环形台阶的内侧壁的圆周方向设置有多个突出部，所述多个突出部中的每个突出部从第一环形台阶的内侧壁所在曲面开始朝向第一环形台阶的圆心方向延伸，所述多个突出部共同用于支撑衬底片，所述多个突出部中的每个突出部的上表面比第一环形台阶的上表面低第三预设值，并且所述多个突出部中的每个突出部的上表面高于第二环形台阶的上表面，所述多个突出部中的每个突出部沿第二环形台阶的径向的长度比第二环形台阶的径向宽度大第四预设值；第一预设值在0.3mm至1mm的范围内；第二预设值在0.1mm至0.4mm的范围内；第三预设值在1.5mm至2mm的范围内；第四预设值在0.3mm至1mm的范围内。通过多个突出部支撑衬底片，减小了衬底片与衬底托板之间的接触；通过第二环形台阶来阻挡分子束穿过衬底片与第一环形台阶的内侧壁之间的缝隙到达衬底片背面，确保衬底片背面不受分子束的影响，从而可以显著改善外延生长过程中衬底片的温度均匀性，提高了外延片产品的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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示出了本实用新型第一实施例提供的分子束外延生产设备中的衬底托板结构的平面示意图；

图2示出了图1中的A-A剖视图；

图3示出了本实用新型第二实施例提供的分子束外延生产设备中的衬底托板结构的截面示意图。

附图标记：100-本体；101-第一环形台阶；102、202-第二环形台阶；103-多个突出部；131-第一突出部；132-第二突出部；133-第三突出部；134-第四突出部。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在MBE设备中，为了减小外延片的缺陷，可以采用爪型台阶来支撑衬底片，避免外延片与整个环形台阶的直接接触。为了便于衬底片的取放操作，通常情况下，衬底片边缘与衬底托板爪型台阶的外环边缘之间存在一定的缝隙，在分子束从衬底托板的下方传递至衬底片表面时，会有一些粒子穿过所述缝隙到达衬底片背面并沉积，这些粒子会影响衬底片背面对热量的吸收，从而导致外延生长过程中衬底片温度不均匀，进而劣化外延片质量。因此，需要提供一种新型的衬底托板结构来解决外延生长过程中衬底片温度不均匀的问题。

图1示出了本实用新型第一实施例提供的分子束外延生产设备中的衬底托板结构的平面示意图；图2示出了图1中的A-A剖视图。下面将参照图1和图2详细描述本实用新型提供的衬底托板结构。

本实用新型实施例提供了一种分子束外延生产设备中的衬底托板结构，该衬底托板结构用于承载衬底片。如图1和图2所示，该衬底托板结构包括本体100，本体100上一体地形成有同心的第一环形台阶101和第二环形台阶102，第一环形台阶101用于放置阻挡热辐射的圆环，第一环形台阶101的上表面低于本体100的上表面，第一环形台阶101的内环直径比衬底片的直径大第一预设值；第二环形台阶102的外环直径等于第一环形台阶101的内环直径，第二环形台阶102中间为圆形通孔，第二环形台阶102的内环直径比衬底片的直径小第二预设值。

沿第一环形台阶101的内侧壁的圆周方向设置有多个突出部103，所述多个突出部103中的每个突出部从第一环形台阶101的内侧壁所在曲面开始朝向第一环形台阶101的圆心方向延伸，所述多个突出部103共同用于支撑所述衬底片，所述多个突出部103中的全部突出部的上表面共面并且所述多个突出部103的上表面与本体100的上表面平行。

所述多个突出部103中的每个突出部在靠近第一环形台阶101的内侧壁的一侧与第二环形台阶102相交。所述多个突出部103可以与第一环形台阶101以及第二环形台阶102一体地形成，可选地，所述多个突出部103中的每个突出部可以独立形成后再设置固定在第一环形台阶101的内侧壁上，并且与第二环形台阶102相交。

应当理解，在图1中示出的所述多个突出部103包括第一突出部131、第二突出部132、第三突出部133和第四突出部134，仅仅是示例性的，所述多个突出部103中的突出部数量设置可以采用能够实现共同用于支撑衬底片的任意数量设置。可选地，所述多个突出部103沿第一环形台阶101的内侧壁的圆周方向等间距设置，并且所述多个突出部103中的突出部数量范围为3个至6个，优选地，所述多个突出部103中的突出部数量为4个。

所述多个突出部103中的每个突出部的上表面比第一环形台阶101的上表面低第三预设值，并且所述多个突出部103中的每个突出部的上表面高于第二环形台阶102的上表面，所述多个突出部103中的每个突出部沿第二环形台阶102的径向的长度比第二环形台阶102的径向宽度大第四预设值，如图2所示，第四预设值等于图2中L的值。第一预设值在0.3mm至1mm的范围内；第二预设值在0.1mm至0.4mm的范围内；第三预设值在1.5mm至2mm的范围内；第四预设值在0.3mm至1mm的范围内。

由于第一环形台阶101的内环直径比衬底片的直径大第一预设值，从而方便衬底片的取放操作。由于所述多个突出部103中的每个突出部的上表面高于第二环形台阶102的上表面，在衬底片与所述多个突出部103直接接触时，避免了衬底片与第二环形台阶102接触。由于第二环形台阶102的内环直径比衬底片的直径小第二预设值，从而在衬底片由所述多个突出部103共同支撑时，第二环形台阶102能够在一定程度上遮挡衬底片与第一环形台阶101的内侧壁之间的缝隙。

综上所述，通过多个突出部支撑衬底片，减小了衬底片与衬底托板之间的接触，从而减小了衬底托板对衬底片温度均匀性的影响；通过第二环形台阶来阻挡分子束穿过衬底片与第一环形台阶的内侧壁之间的缝隙到达衬底片背面，确保衬底片背面不受分子束的影响，从而可以显著改善外延生长过程中衬底片的温度均匀性，提高了外延片产品的质量。

应当理解，上述用于承载衬底片的托板结构是针对一片衬底片而描述的。分子束外延设备中的托板结构通常采用钼材料来制备，可以通过机械加工的方式，在一整块钼板上直接切削出上述形状的托板结构。为了同时承载多个衬底片，可以根据分子束外延设备所能承载的钼板尺寸以及衬底片的尺寸，在一整块钼板上切削出多个上述通孔形状的托板结构。

可选地，所述多个突出部103中的每个突出部的下表面高于本体100的下表面，从而在对托板结构进行操作时，可以降低所述多个突出部103损坏的风险。

可选地，所述多个突出部103中的每个突出部的上表面比第二环形台阶102的上表面高第五预设值，第五预设值在0.05mm至0.2mm的范围内。

图3示出了本实用新型第二实施例提供的分子束外延生产设备中的衬底托板结构的截面示意图。图3中示出的实施例与图2相比，差异仅在于第二环形台阶的设置上。如图3所示，所述多个突出部103中的每个突出部的下表面低于第二环形台阶202的下表面，可选地，所述多个突出部103中的每个突出部沿垂直于本体100的上表面方向的厚度范围为0.8mm至1.5mm，第二环形台阶202沿垂直于本体100的上表面方向的厚度范围为0.2mm至0.5mm。可选地，第二环形台阶202沿垂直于本体100的上表面方向的厚度为0.3mm。为了确保多个突出部对衬底片的支撑效果，所述多个突出部103中的每个突出部的厚度不能太薄，在本实用新型实施例中，所述多个突出部103中的每个突出部的厚度范围为0.8mm至1.5mm。

第二环形台阶202在阻挡分子束穿过衬底片与第一环形台阶101的内侧壁之间的缝隙到达衬底片背面的同时，也会对衬底片正面边缘附近一定区域内的外延生长产生不利的影响。因此，将第二环形台阶202的内环直径设定为比衬底片的直径小第二预设值，第二预设值在0.1mm至0.2mm的范围内，同时限定第二环形台阶202沿垂直于本体100的上表面方向的厚度为0.2mm至0.5mm(可选为0.3mm)，从而在实现第二环形台阶202的阻挡效果的同时，尽可能减小第二环形台阶202对衬底片正面边缘附近生长的不利影响。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分子束外延生产设备中的衬底托板结构，所述衬底托板结构用于承载衬底片，其特征在于，所述衬底托板结构包括本体，所述本体上一体地形成有同心的第一环形台阶和第二环形台阶，所述第一环形台阶用于放置阻挡热辐射的圆环，所述第一环形台阶的上表面低于所述本体的上表面，所述第一环形台阶的内环直径比所述衬底片的直径大第一预设值；所述第二环形台阶的外环直径等于所述第一环形台阶的内环直径，所述第二环形台阶中间为圆形通孔，所述第二环形台阶的内环直径比所述衬底片的直径小第二预设值，沿所述第一环形台阶的内侧壁的圆周方向设置有多个突出部，所述多个突出部中的每个突出部从所述第一环形台阶的内侧壁所在曲面开始朝向所述第一环形台阶的圆心方向延伸，所述多个突出部共同用于支撑所述衬底片，所述多个突出部中的每个突出部的上表面比所述第一环形台阶的上表面低第三预设值，并且所述多个突出部中的每个突出部的上表面高于所述第二环形台阶的上表面，所述多个突出部中的每个突出部沿所述第二环形台阶的径向的长度比所述第二环形台阶的径向宽度大第四预设值；所述第一预设值在0.3mm至1mm的范围内；所述第二预设值在0.1mm至0.4mm的范围内；所述第三预设值在1.5mm至2mm的范围内；所述第四预设值在0.3mm至1mm的范围内。

2.根据权利要求1所述的分子束外延生产设备中的衬底托板结构，其特征在于，所述多个突出部中的每个突出部的下表面高于所述本体的下表面。

3.根据权利要求1所述的分子束外延生产设备中的衬底托板结构，其特征在于，所述多个突出部沿所述第一环形台阶的内侧壁的圆周方向等间距设置，并且所述多个突出部中的突出部数量范围为3个至6个。

4.根据权利要求3所述的分子束外延生产设备中的衬底托板结构，其特征在于，所述多个突出部中的突出部数量为4个。

5.根据权利要求1所述的分子束外延生产设备中的衬底托板结构，其特征在于，所述多个突出部中的每个突出部的上表面比所述第二环形台阶的上表面高第五预设值，所述第五预设值在0.05mm至0.2mm的范围内。

6.根据权利要求5所述的分子束外延生产设备中的衬底托板结构，其特征在于，所述多个突出部中的每个突出部的下表面低于所述第二环形台阶的下表面。

7.根据权利要求6所述的分子束外延生产设备中的衬底托板结构，其特征在于，所述多个突出部中的每个突出部沿垂直于所述本体的上表面方向的厚度范围为0.8mm至1.5mm。

8.根据权利要求7所述的分子束外延生产设备中的衬底托板结构，其特征在于，所述第二环形台阶沿垂直于所述本体的上表面方向的厚度范围为0.2mm至0.5mm。

9.根据权利要求8所述的分子束外延生产设备中的衬底托板结构，其特征在于，所述第二环形台阶沿垂直于所述本体的上表面方向的厚度为0.3mm。

10.根据权利要求9所述的分子束外延生产设备中的衬底托板结构，其特征在于，所述第二预设值在0.1mm至0.2mm的范围内。

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