CN217869190U - 一种提高多片机晶圆生长均匀性的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高多片机晶圆生长均匀性的装置，包括支撑杆和设置于所述支撑杆上的载盘，所述支撑杆受驱旋转时，所述载盘随之旋转，所述载盘上设有用于放置晶圆的托盘，所述载盘和所述托盘之间设有导气盘，借由所述导气盘向所述托盘提供气流驱动所述托盘转动。通过支撑杆带动载盘进行公转，通过导气盘向托盘提供倾斜气流驱动托盘自转，进而实现卫星旋转，最终实现晶圆厚度成环状均匀分布，且晶圆中心与边缘厚度也均匀分布。

Description

一种提高多片机晶圆生长均匀性的装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种提高多片机晶圆生长均匀性的装置。

背景技术

在第三代半导体晶圆的生长过程中，晶体质量是关键指标参数，也是制约第三代半导体发展的主要因素。如用HVPE法生长氮化镓，晶体生长不止存在缺陷，还容易因为应力问题而导致开裂，进而导致晶体质量较差，难以进行下一步应用。而生长不均匀导致的厚度不均匀，是晶体生长缺陷和开裂的一大诱因，因此，提高晶体生长均匀性显得至关重要，尤其是多片晶圆同时生长。

第三代半导体晶圆外延时，放置衬底基座的载盘大都采用旋转的方式以提高晶体生长均匀性。然而，对于大尺寸的多片机而言，只有载盘旋转却难以满足晶体均匀性生长。以HVPE三片机设备生长2英寸氮化镓为例，目前大都采用同心圆管进气，GaCl和NH₃分布在内外管，中间用N₂作为阻隔气，避免GaCl与NH₃提前相遇产生预反应，但也导致气体扩散不均匀，晶圆中心和边缘厚度显著不均。载盘独自旋转可以保证晶圆厚度成环状分布，但无法解决晶圆中心与边缘厚度不均的问题。目前，在MOCVD设备方面已开发出卫星式旋转托盘，但其中心石墨盘旋转类似陀螺旋转，稳定性相对较差。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种提高多片机晶圆生长均匀性的装置，解决现有技术中晶圆中心与边缘厚度不均的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：

一种提高多片机晶圆生长均匀性的装置，包括支撑杆和设置于所述支撑杆上的载盘，所述支撑杆受驱旋转时，所述载盘随之旋转，所述载盘上设有用于放置晶圆的托盘，所述载盘和所述托盘之间设有导气盘，借由所述导气盘向所述托盘提供气流驱动所述托盘转动。

可选的，所述支撑杆设置为中空结构，气流从所述支撑杆通入所述导气盘。

可选的，所述载盘内设有多根导气管，所述导气管的一端连接所述导气盘，所述导气管的另一端连通所述支撑杆。

可选的，所述导气盘设有多个进气孔和对应的出气孔，每个所述进气孔连接一根所述导气管，所述出气孔面向所述托盘。

可选的，所述出气孔为倾斜孔，倾斜角度为5～85°。

可选的，所述导气盘面向所述托盘的一侧设有定位珠，所述托盘放置于所述定位珠上。

可选的，所述托盘的底部设有定位轨道，所述定位珠容纳于所述定位轨道中，所述托盘的顶部设有用于放置晶圆的晶圆槽。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种提高多片机晶圆生长均匀性的装置，通过支撑杆带动载盘进行公转，通过导气盘向托盘提供倾斜气流驱动托盘自转，进而实现卫星旋转，最终实现晶圆厚度成环状均匀分布，且晶圆中心与边缘厚度也均匀分布。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的提高多片机晶圆生长均匀性的装置的爆炸结构图；

图2为本实用新型实施例提供的提高多片机晶圆生长均匀性的装置的组装图；

图3为本实用新型实施例提供的载盘的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的导气盘的结构示意图一；

图5为本实用新型实施例提供的导气盘的结构示意图二；

图6为本实用新型实施例提供的托盘的结构示意图一；

图7为本实用新型实施例提供的托盘的结构示意图二。

上述图中：

10、支撑杆；

20、载盘；21、导气管；

30、导气盘；31、进气孔；32、出气孔；33、定位珠孔；

40、定位珠；

50、托盘；51、定位轨道；52、晶圆槽。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要理解的是，在本实用新型的描述中，具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。本实用新型使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案；可以理解的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

请结合参考图1和图2，图1为本实用新型实施例提供的提高多片机晶圆生长均匀性的装置的爆炸结构图；图2为本实用新型实施例提供的提高多片机晶圆生长均匀性的装置的组装图。

本实用新型实施例的用于提高多片机晶圆生长均匀性的装置，包括支撑杆10和设置于支撑杆10上的载盘20，载盘20上设有用于放置晶圆的托盘50，载盘20和托盘50之间设有导气盘30，借由导气盘30向托盘50提供气流驱动托盘50转动。

具体的，载盘20的上端设有安装槽，导气盘30和托盘50均容纳于安装槽中，载盘20的下端套设于支撑杆10上，支撑杆10受驱旋转时，载盘20也随之旋转，设于载盘20上的导气盘30和托盘50随载盘20旋转。

支撑杆10设置为内部中空结构，支撑杆10可用于进气，进气气体为Ar、N₂、H₂或者上述混合气体中的一种。

支撑杆10可以为石英杆、金属杆中的一种。

作为一种可选的实施方式，支撑杆10内部的进气流量为1slm、2slm、3slm、4slm中的一种。

请结合参考图3，并继续参考图1，图3为本实用新型实施例提供的载盘的结构示意图。

载盘20的内部设有多根导气管21，载盘20上安装有导气盘30，所述导气管21的一端连接所述导气盘30，所述导气管21的另一端连通所述支撑杆10，导气管21可以将支撑杆10中的进气引至导气盘30。

载盘20可以为石墨盘、石英盘、金属盘中的一种。

请结合参考图4和图5，并继续参考图1和图3，图4为本实用新型实施例提供的导气盘的结构示意图一；图5为本实用新型实施例提供的导气盘的结构示意图二。

导气盘30设有多个进气孔31和对应的出气孔32，每个进气孔31与载盘20的每根导气管21连接，出气孔32设置为倾斜孔，倾斜角度为5～85°，通过倾斜的气流向托盘50的边缘提供切向力驱动托盘自转。

作为一种可选的实施方式，出气孔的倾斜角度可设置为30°、45°、60°中的一种。

导气盘的材质为石墨、石英、金属中的一种。

作为一种可选的实施方式，导气盘30上安装有定位珠40。

具体的，导气盘30设有出气孔32的一侧还设有定位珠孔33，定位珠40安装在定位珠孔33中，托盘50安装在定位珠40上，定位珠40用于稳定支撑托盘50且减少托盘50与导气盘30之间的摩擦力，使得托盘50在气体的驱动下更容易自转。

改变定位珠40的直径大小，可以改变导气盘30和托盘50之间的间隙大小。

实验证明，若取消定位珠40的设置，则导气盘30和托盘50紧密贴合，导气盘30与托盘50之间存在较大的摩擦力，当气体流量较小时无法驱动托盘50自转，气体流量较大时，易对晶圆外延生长流场产生较大干扰，因此导气盘30和托盘50保持一定间隙时为佳，这样可有效减少导气盘30与托盘50之间的摩擦力，使得仅需较小的进气流量即可驱动托盘自转。

作为一种可选的实施方式，导气盘30和托盘50之间的间隙可以优选为为1mm、2mm或3mm。

每个托盘通过三个或多个定位珠40进行限位，以减小托盘50与载盘20间的摩擦力及保证托盘50的稳定性，最终实现大尺寸晶圆稳定均匀生长。

定位珠的材质可为石墨、石英、金属中的一种。

请结合参考图6和图7，并继续参考图1，图6为本实用新型实施例提供的托盘的结构示意图一；图7为本实用新型实施例提供的托盘的结构示意图二。

作为一种可选的实施方式，托盘50的底部设有定位轨道51，定位珠40容纳于定位轨道51中，当托盘50旋转时，定位珠40沿定位轨道51滑动。定位轨道51用于对托盘50进行限位，以保证托盘50在旋转过程中保持稳定。

作为一种可选的实施方式，托盘50的顶部设有晶圆槽52，晶圆槽52用于放置生长晶圆。

托盘50为石墨盘、石英盘、金属盘中的一种，生长晶圆为蓝宝石与氮化镓的复合晶圆。

作为一种可选的实施方式，载盘20与支撑杆10为固定安装，导气盘30、定位珠40及托盘50各自为独立的结构，通过组装结合。采用组装的方式进行安装，易于加工，可以节省材料成本。

作为一种可选的实施方式，载盘20与导气盘30、定位珠40一体成型，一体成型的装置整体稳定性好，有利于晶圆稳定性生长，但存在加工难度较大，成品良率低，损耗大的缺点。

作为一种可选的实施方式，支撑杆10连接有旋转电机，旋转电机驱动支撑杆10旋转，同时载盘20上的导气盘30和托盘50也随之转动。

在工作状态下，支撑杆10在外置旋转电机的驱动下带动载盘20进行公转，使得晶圆环状厚度均匀分布。同时，通过控制进气流量经导气管21和导气盘30转变为切向力驱动托盘自转，进而调控晶圆中心和边缘的厚度均匀性。此外，每个托盘50通过三个或多个定位珠40进行限位支撑，以减小托盘50与载盘30间的摩擦力及保证托盘50的稳定性，最终实现多片机晶圆稳定均匀生长。该装置结构简单、实用性强、公转与自转速度可调、稳定性高，具有极高的商业价值。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种提高多片机晶圆生长均匀性的装置，其特征在于，包括支撑杆(10)和设置于所述支撑杆(10)上的载盘(20)，所述支撑杆(10)受驱旋转时，所述载盘(20)随之旋转，所述载盘(20)上设有用于放置晶圆的托盘(50)，所述载盘(20)和所述托盘(50)之间设有导气盘(30)，借由所述导气盘(30)向所述托盘(50)提供气流驱动所述托盘(50)转动。

2.根据权利要求1所述的提高多片机晶圆生长均匀性的装置，其特征在于，所述支撑杆(10)设置为中空结构，气流从所述支撑杆(10)通入所述导气盘(30)。

3.根据权利要求2所述的提高多片机晶圆生长均匀性的装置，其特征在于，所述载盘(20)内设有多根导气管(21)，所述导气管(21)的一端连接所述导气盘(30)，所述导气管(21)的另一端连通所述支撑杆(10)。

4.根据权利要求3所述的提高多片机晶圆生长均匀性的装置，其特征在于，所述导气盘(30)设有多个进气孔(31)和对应的出气孔(32)，每个所述进气孔(31)连接一根所述导气管(21)，所述出气孔(32)面向所述托盘(50)。

5.根据权利要求4所述的提高多片机晶圆生长均匀性的装置，其特征在于，所述出气孔(32)为倾斜孔，倾斜角度为5～85°。

6.根据权利要求1所述的提高多片机晶圆生长均匀性的装置，其特征在于，所述导气盘(30)面向所述托盘(50)的一侧设有定位珠(40)，所述托盘放置于所述定位珠(40)上。

7.根据权利要求6所述的提高多片机晶圆生长均匀性的装置，其特征在于，所述托盘(50)的底部设有定位轨道(51)，所述定位珠(40)容纳于所述定位轨道(51)中，所述托盘(50)的顶部设有用于放置晶圆的晶圆槽(52)。

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