CN219315144U - 一种外延生长用载盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外延生长用载盘，涉及半导体制造领域。所述外延生长用载盘至少包括：载台；至少一个凸部，设置在所述载台的一面，且所述凸部高出所述载台的平面；凹槽，环绕设置在所述载台的边缘，所述凹槽与所述凸部设置在所述载台的同一面；以及支撑部，设置在所述载台相对于所述凸部的一面。本实用新型提供的一种外延生长用载盘，能够改善晶圆外延层的均匀性。

Description

一种外延生长用载盘

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，特别涉及一种外延生长用载盘。

背景技术

碳化硅(SiliconCarbide，SiC)半导体作为宽禁带半导体材料的典型代表，具有高临界击穿场强、高热导率、高电子饱和高漂移速度等特点，能够满足下一代电力电子装备对功率器件更大功率、更小体积和更恶劣条件下工作的要求。但SiC器件很难用扩散的方式来实现掺杂，因此，SiC器件中的各种类型的掺杂结构层就需要用外延的方式在SiC晶圆上形成。

采用化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)技术实现外延生长，但由于CVD设备存在其局限性，原料气流在SiC晶圆中心和边缘区域的浓度与次边缘区域的浓度相差极大，即使调节气流的分布，也难以直接对原料气流在次边缘区域的浓度进行调节，使得外延生长不均匀。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种外延生长用载盘，能够在晶圆上进行外延生长时，在晶圆的边缘和中心获得均匀生长的外延层，有效提晶圆外延生长的良率。

本实用新型提供一种外延生长用载盘，至少包括，

载台；

至少一个凸部，设置在所述载台的一面，且所述凸部高出所述载台的平面；

凹槽，环绕设置在所述载台的边缘，所述凹槽与所述凸部设置在所述载台的同一面；以及

支撑部，设置在所述载台相对于所述凸部的一面。

在本实用新型的一实施例中，所述凸部的顶部与所述载台所在平面的高度差为0.5mm～5mm。

在本实用新型的一实施例中，所述凸部的形状为圆柱体、棱柱体、台体、锥体或管状体中的一种或两种组合。

在本实用新型的一实施例中，所述凸部包括第一凸部，所述第一凸部设置在所述载台的一面上。

在本实用新型的一实施例中，所述凸部包括第一凸部和第二凸部，所述第二凸部设置在所述第一凸部上。

在本实用新型的一实施例中，所述凸部的边缘与所述载台的平面的夹角大于或等于90°。

在本实用新型的一实施例中，所述凹槽为矩形凹槽、梯形凹槽或弧形凹槽中的一种。

在本实用新型的一实施例中，所述凹槽的深度小于等于3mm。

在本实用新型的一实施例中，所述凹槽的宽度小于等于5mm。

在本实用新型的一实施例中，所述支撑部的形状为长方体、正方体、圆柱体或管状体中的一种。

本实用新型提供的一种外延生长用载盘，能够改变放置在载盘上的晶圆与载台之间的接触，晶圆的不同位置与载台之间的距离不同，调节晶圆上不同位置的温度，改变晶圆不同位置上原料气流的浓度，从而在不直接控制原料气流分布及大小的情况下，调节晶圆中间和次边缘区域掺杂浓度，以改善外延层的均匀性，提高半导体生产良率。

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为一实施例中载盘的俯视图。

图2为实施例1中载盘对应的原料气流浓度分布趋势图。

图3为实施例1中载盘的剖视图。

图4为实施例2中载盘对应的原料气流浓度分布趋势图。

图5为实施例2中载盘的剖视图。

图6为实施例3中载盘对应的原料气流浓度分布趋势图。

图7为实施例3中载盘的剖视图。

图8为实施例4中载盘对应的原料气流浓度分布趋势图。

图9为实施例4中载盘的剖视图。

标号说明：

100、载台；110、凸部；111、第一凸部；112、第二凸部；113、凹部；120、凹槽；130、支撑部；200、晶圆。

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。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、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，并非用以限定本方案可实施的限定条件，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，在不影响本方案所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本方案所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本方案可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本方案可实施的范畴。

本实用新型提出一种外延生长用载盘，通过在载盘上设置凸部和凹部，控制晶圆不同位置和载盘之间的距离，实现对晶圆上方原料气流浓度的调节，从而提高晶圆外延层的均匀性，提高半导体器件制作良率。本实用新型提供的外延生长用载盘适用于各种外延生长用半导体机台，结构简单，效果优越。

请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，晶圆200设置在载台100上，载台100通过热传导的方式使放置在载台100上的晶圆200升温。晶圆200上方设置有流动的原料气流，原料气流通过化学反应生成固体物质并沉积在晶圆200上，受气流浓度分布的均匀性影响，晶圆200上生成的外延层的均匀性会受到影响。原料气流浓度同时会因晶圆200上不同区域的温度变化而变化，例如晶圆200温度上升的位置上方原料气流的浓度下降，晶圆200温度降低的位置上方原料气流的浓度上升。因此，调整晶圆200上不同区域上的温度，能够使原料气流浓度分布均匀，在晶圆200上获得均匀的外延层。

请参阅图1和图2所示，在本实用新型一实施例中，外延生长用载盘至少包括载台100、凸部110、凹槽120和支撑部130等结构。其中，载台100用于放置晶圆200，且一个载台100例如放置一片晶圆200。载台100的材料例如选择石墨等导热性好、性质稳定的材料，在本实施例中，载台100例如为石墨载台。载台100的形状例如为圆柱体、正方体、长方体或其他形状，在本实施例中，载台100的形状例如为圆柱体。凸部110设置在载台100的一面，且凸部110高出载台100的平面。载台100的平面上至少设置一个凸部110，未设置凸部110的载台100的平面与凸部110之间形成凹部113，通过凸部110和凹部113的设置，使设置在载台100上的晶圆200的不同位置和载台100之间产生距离不同，调节晶圆200不同位置的温度。通过本实用新型提供的外延生长用载盘提高晶圆200的外延生长均匀性，提高生产良率。

请参阅图1和图2所示，在本实用新型一实施例中，载台100上例如还设置有凹槽120，凹槽120例如环绕设置在载台100的边缘，且凹槽120与凸部110设置在载台100的同一面上。凹槽120例如为矩形凹槽、梯形凹槽、弧形凹槽或其他形状的凹槽，在本实施例中，凹槽120例如为矩形凹槽。凹槽120的深度例如小于或等于3mm，宽度例如小于或等于5mm。通过设置凹增方便取放晶圆200，增加了操作的便捷性。载台100相对于凸部110的一面还设置有支撑部130，支撑部130的形状例如为长方体、正方体、管状体或其他形状的凸起，用于支撑载台100稳定放置在工作腔室内的工作平台上，且支撑部130的高度例如为0.5mm～2mm。在本实施例中，支撑部130例如为管状体，环绕设置在载台100相对于凸部110的一面上，且例如和载台100一体设置。

请参阅图1和图2所示，在本实用新型一实施例中，凸部110例如包括第一凸部111，第一凸部111的形状例如为柱体、台体、锥体、管状体或其他形状，且凸部110的边缘与载台的平面的夹角大于或等于90°。不同形状的第一凸部111例如同时存在于同一载台100上，即凸部110可以为单一形状，也可以为多种形状的组合。第一凸部111的高度例如为0.5mm～5mm，即第一凸部111的顶部与载台100所在平面的高度差例如为0.5mm～5mm，且第一凸部111的具体形状、数量、位置和高度例如个根据实际生产时晶圆200上方原料气流浓度来选择。未设置第一凸部111的载台100平面与第一凸部111之间形成凹部113，通过设置第一凸部111，顶起载台100上的晶圆200，凹部113处的晶圆200距离载台100距离增加，凹部113处晶圆200的温度下降，第一凸部111处的晶圆200的温度相对升高，温度上升处晶圆200上方原料气流的浓度下降，温度下降处晶圆200上方原料气流的浓度增加，使得晶圆200上方原料气流浓度均匀。

请参阅图1和图2所示，在本实用新型一实施例中，凸部110例如还包括第二凸部112，且第二凸部112例如设置在第一凸部111上，且第二凸部112的高度例如为0.5mm～5mm。其中，第二凸部112的形状例如为柱体、台体、锥体、管状体或其他形状，在本实施例中，第二凸部112的形状例如选择圆柱、圆台、圆锥或管状体中的一种。通过设置第二凸部112在第一凸部111上，凹部113与载台100之间的距离进一步增加，凹部113上的晶圆200的温度进一步降低，凹部113对应位置上方的原料气流浓度进一步增加。第二凸部112上的晶圆200的温度相对于第一凸部111上的晶圆200的温度进一步升高，第二凸部112对应位置上方的原料气流浓度进一步增加，达到调节原料气流浓度的目的。通过设置凸部110在载台100上的位置、高度和数量，来调控晶圆200上不同位置和载台100之间的距离，从而实现对晶圆200不同位置上的原料气流浓度的调节，提高晶圆200外延层的均匀性。

根据工作腔内原料气流的分部情况，选择不同结构的载盘，以下通过不同的实施例描述本实用新型提供的一种外延生长用载盘。

实施例1

请参阅图1、图2和图3所示，工作腔室内原料气流的浓度分布情况如图2所示，浓度分布呈“W”型。对应原料气流的浓度情况为，载盘中心位置和边缘的位置上方的原料气流浓度高，载盘的中心和边缘之间的位置上方的原料气流浓度低。在本实施例中，提供一种外延生长用石墨载盘包括载台100，载台100的形状例如为圆柱体，载台100的直径为晶圆200的1.1倍～1.5倍。载台100的一面上设置有第一凸部111、第二凸部112和凹槽120，载台100的另一面上设置有支撑部130，且凹槽120环绕设置在载台100的边缘。

请参阅图2所示，在本实施中，第一凸部111设置在载台100的中心位置和靠近凹槽120的位置上，载台100中心位置上的第一凸部111的形状为圆柱体，直径为载台100直径的五分之一至三分之一，且载台100中心位置的第一凸部111和边缘位置的第一凸部111之间形成了凹部113。载台100靠近凹槽120处的第一凸部111的形状为管状体，环绕载台100设置，且凹槽120和第一凸部111相邻的侧边对齐，管状体的厚度为载台100直径的九分之一至七分之一。第二凸部112设置在载台100中心位置上的第一凸部111上，第二凸部112的形状为圆柱体，且第二凸部112的直径为载台100的直径的八分之一至六分之一。

请参阅图1和图3所示，在本实施例中，第一凸部111的设置增加了凹部113对应位置上晶圆200与载台100之间的距离，第一凸部111上设置有第二凸部112，第二凸部112进一步增加了晶圆200与凹部113之间的距离，晶圆200对应凹部113的位置的温度降低，对应位置上方的原料浓度增加。第二凸部112同时增加了晶圆200与第一凸部111之间的距离，晶圆200对应第一凸部111位置上的温度相对凹部113处升高，相对第二凸部112处降低，对应第一凸部111位置上方的原料浓度变化，从而使晶圆200上方的原料分布均匀，晶圆200外延层的均匀性得到提升。

实施例2

请参阅图1、图4和图5所示，工作腔室内原料气流的浓度分布情况如图4所示，浓度分布呈“U”型，对应原料气流的浓度情况为，载盘中心位置上方的原料气流浓度低，载盘边缘位置上方的原料气流浓度高。在本实施例中，提供一种外延生长用石墨载盘，包括载台100、第一凸部111、凹槽120和支撑部130。载台100的形状例如为圆柱体，载台100的尺寸为晶圆200的1.1倍～1.5倍。凹槽120设置在环绕设置在载台100边缘，支撑部130设置在载台100相对于设置凸部110的一面上。

请参阅图4所示，在本实施中，第一凸部111设置在载台100靠近凹槽120的位置上，载台100靠近凹槽120处的第一凸部111的形状为管状体，环绕载台100设置，且凹槽120和第一凸部111相邻的侧边对齐，管状体厚度为载台100直径的九分之一至七分之一。环绕载台100设置的第一凸部111之间的载台100平面形成凹部113，且在本实施例中，凹部113的直径为100mm～130mm。

请参阅图1和图5所示，在本实施例中，载台100远离中心的位置处设置有第一凸部111，载台100中心位置形成了凹部113。第一凸部111的设置增加了凹部113对应位置上晶圆200与载台100之间的距离，晶圆200对应位置的温度降低，对应位置上方的原料浓度增加，晶圆200对应第一凸部111的位置的温度升高，对应位置上方的原料浓度减少。使晶圆200上方的原料分布均匀，晶圆200外延层的均匀性得到提升。

实施例3

请参阅图1、图6和图7所示，工作腔室内原料气流的浓度分布情况如图6所示，浓度分布呈“M”型，对应原料气流的浓度情况为，载盘靠近边缘位置上方的原料气流浓度高，载盘的中心位置上方的原料气流浓度低。在本实施例中，提供一种外延生长用石墨载盘，包括载台100、第一凸部111、第二凸部112、凹槽120和支撑部130。载台100的形状例如为圆柱体，载台100的尺寸为晶圆200的1.1倍～1.5倍。凹槽120环绕设置在载台100边缘，支撑部130设置在载台100相对于设置凸部110的一面上。

请参阅图6所示，在本实施中，第一凸部111设置在载台100靠近凹槽120的位置上，第一凸部111的形状为管状体，环绕载台100设置，且凹槽120和第一凸部111相邻的侧边对齐，管状体厚度为载台100直径的四分之一至三分之一，环绕载台100设置的第一凸部111之间的载台100平面形成凹部113。第二凸部112设置在第一凸部111上，第二凸部112的形状为管状体，环绕载台100设置，且第二凸部112的直径为载台100直径的八分之一至六分之一。

请参阅图1和图7所示，在本实施例中，环绕载台100靠近边缘的位置上设置第一凸部111，第一凸部111上还设置有第二凸部112，环绕载台100设置的凸部110之间形成了凹部113。凹部113增加了对应位置上晶圆200与载台100之间的距离，晶圆200对应位置的温度降低，对应位置上方的原料浓度增加。凸部110上的晶圆200温度相对于凹部113上晶圆200的温度升高，对应位置上方的原料浓度减少，使晶圆200上方的原料分布均匀，晶圆200外延层的均匀性得到提升。

实施例4

请参阅图1、图8和图9所示，工作腔室内原料气流的浓度分布情况如图8所示，浓度分布呈倒“U”型，对应原料气流的浓度情况为，载盘中心位置上方的原料气流浓度高，载盘边缘位置上方的原料气流浓度低。在本实施例中，提供一种外延生长用石墨载盘，包括载台100、第一凸部111、第二凸部112、凹槽120和支撑部130。载台100的形状例如为圆柱体，载台100的尺寸为晶圆200的1.1倍～1.5倍。凹槽120环绕设置在载台100边缘，支撑部130设置在载台100相对于设置凸部110的一面上。

请参阅图8所示，在本实施中，第一凸部111设置在载台100的中心位置位置上，载台100中心位置上的第一凸部111的形状为圆柱体，且直径为载台100直径的二分之一至一倍，且凹槽120和第一凸部111相邻的侧边对齐。第二凸部112设置在第一凸部111的中心位置上，第二凸部112的形状为圆柱体，且第二凸部112的直径为载台100直径的三分之一至二分之一。

请参阅图1和图9所示，在本实施例中，载台100远离中心的位置处设置有第一凸部111，第一凸部111上还设置有第二凸部112。载台100边缘位置和晶圆200之间的距离相对增加，晶圆200对应位置的温度降低，对应位置上方的原料浓度增加。有效提高晶圆200中心区域的掺杂浓度，晶圆200外延层的均匀性得到提升。

综上，本实用新型提供的一种外延生长用载盘，载盘通过热传导的方式使晶圆升温，在载盘上设置凸部和凹部，通过控制晶圆与载盘之间的距离，调控流过晶圆上方的原料气流的浓度，晶圆与载盘之间距离增加时则晶圆表面温度下降，晶圆上方的原料气流浓度得到提高，实现调节原料气流浓度的均匀性，从而提高晶圆外延层的均匀性，提高产品的良率。

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)

1.一种外延生长用载盘，其特征在于，至少包括：

载台；

至少一个凸部，设置在所述载台的一面，且所述凸部高出所述载台的平面；

凹槽，环绕设置在所述载台的边缘，所述凹槽与所述凸部设置在所述载台的同一面；以及

支撑部，设置在所述载台相对于所述凸部的一面。

2.根据权利要求1所述的一种外延生长用载盘，其特征在于，所述凸部的顶部与所述载台所在平面的高度差为0.5mm～5mm。

3.根据权利要求1所述的一种外延生长用载盘，其特征在于，所述凸部的形状为圆柱体、棱柱体、台体、锥体或管状体中的一种或两种组合。

4.根据权利要求1所述的一种外延生长用载盘，其特征在于，所述凸部包括第一凸部，所述第一凸部设置在所述载台的一面上。

5.根据权利要求1所述的一种外延生长用载盘，其特征在于，所述凸部包括第一凸部和第二凸部，所述第二凸部设置在所述第一凸部上。

6.根据权利要求1所述的一种外延生长用载盘，其特征在于，所述凸部的边缘与所述载台的平面的夹角大于或等于90°。

7.根据权利要求1所述的一种外延生长用载盘，其特征在于，所述凹槽为矩形凹槽、梯形凹槽或弧形凹槽中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种外延生长用载盘，其特征在于，所述凹槽的深度小于等于3mm。

9.根据权利要求1所述的一种外延生长用载盘，其特征在于，所述凹槽的宽度小于等于5mm。

10.根据权利要求1所述的一种外延生长用载盘，其特征在于，所述支撑部的形状为长方体、正方体、圆柱体或管状体中的一种。

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