CN219886230U - 一种衬底处理装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种衬底处理装置，包括：反应腔室，其包括腔室主体及设于腔室主体内的底座，底座可拆卸地连接于腔室主体的底壁；加热组件，加热组件设于腔室主体内或腔室主体外，以直接或间接的方式对至少部分底座进行加热；其中，底座包括：底盘，其开设有底盘槽，加热组件直接或间接加热底盘；以及隔离盘，其至少部分位于底盘槽中并用于承载衬底，且隔离盘隔离衬底和底盘，隔离盘包括本体及用于承载衬底的隔离槽，在隔离盘的半径方向上，本体尺寸与隔离槽的尺寸差不小于8mm。本申请可以避免C元素与含Si元素的反应气体在反应时生成其他杂质，从而避免对生长在衬底上的碳化硅薄膜被污染，进一步提高碳化硅薄膜的成膜质量。

Description

一种衬底处理装置

技术领域

本申请涉及半导体制造领域，尤其涉及一种衬底处理装置。

背景技术

碳化硅(SiC)外延生长时，预先将衬底放置在生长装置的反应腔室内的石墨底盘上，利用加热器对反应腔室加热升温，并在适当的条件下向反应腔室内通入含C元素以及含Si元素的反应气体，以在衬底上生长出SiC薄膜。利用石墨底盘来承载衬底进行碳化硅外延生长是目前通用的方法，尚无替代方案。

然而，在外延工艺中，由于SiC的生长方式为连续多片式，在外延反应过程中，外延生长装置的反应腔室持续通入反应气体，在1600℃-1700℃的反应条件下的反应过程中，石墨底盘的表面会被碳化且产生颗粒物，如碳粉，并且与反应气体等溅射在衬底上，在衬底上产生缺陷，对衬底良率有很大影响，导致生长在衬底上SiC薄膜被污染，进而影响成膜质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种衬底处理装置，以解决石墨底盘的表面在高温的环境下会被碳化而产生颗粒物以导致生长在衬底上SiC单晶薄膜被污染的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种衬底处理装置，包括：

反应腔室，其包括腔室主体及设于所述腔室主体内的底座，所述底座可拆卸地连接于所述腔室主体的底壁；加热组件，所述加热组件设于所述腔室主体内或所述腔室主体外，以直接或间接的方式对至少部分所述底座进行加热；

其中，所述底座包括：

底盘，其开设有底盘槽，所述加热组件直接或间接加热所述底盘；以及

隔离盘，其至少部分位于所述底盘槽中并用于承载衬底，且所述隔离盘隔离所述衬底和所述底盘，所述隔离盘包括本体及用于承载衬底的隔离槽，在所述隔离盘的半径方向上，所述本体尺寸与所述隔离槽的尺寸差不小于8mm。

进一步的，所述隔离盘的所述本体包括承载壁及围绕所述承载壁设置的隔离壁，所述隔离壁与所述承载壁围设形成一隔离槽；其中，所述承载壁设于所述底盘槽内或所述承载壁的正投影位于所述底盘槽内。

进一步的，所述隔离壁配置为自所述承载壁外周缘向外延伸的环形结构，所述环形结构的宽度为8-30mm，所述环形结构底部与所述承载壁的底部平齐，所述环形结构的顶部高出所述承载壁的顶部。

进一步的，所述隔离壁包括自所述承载壁边缘向上延伸的侧壁及自所述侧壁的顶部向外延伸的延伸壁，所述延伸壁至少覆盖所述底盘的底盘槽之外的部分表面。

进一步的，所述侧壁的宽度与所述延伸壁的宽度之和为8-30mm。

进一步的，所述底盘配置为石墨材质或带有SiC涂层的石墨材质；所述隔离盘配置为SiC材质。

进一步的，所述隔离槽的尺寸与所述衬底的尺寸相适配。

进一步的，所述隔离盘的底部与所述底盘槽槽内底面留有间隙。

进一步的，所述的衬底处理装置还包括：所述腔室主体开设有供流体连通的进气口和出气口。

进一步的，所述的衬底处理装置还包括：壳体，所述反应腔室位于所述壳体内，所述壳体具有供所述隔离盘和所述衬底进出的取放口。

本实用新型的技术效果在于，提供一种衬底处理装置，在底盘上设置用于承载衬底的隔离盘，使得底盘与衬底之间存在间隙，以避免C元素与含Si元素的反应气体在反应时生成其他杂质，从而避免对生长在衬底上的碳化硅薄膜被污染，进一步提高碳化硅薄膜的成膜质量。

进一步的，由于碳化硅衬底进行外延生产时，隔离盘的表面容易被底盘产生的颗粒物造成污染，甚至隔离盘在高温条件下也会产生颗粒物进而污染衬底，故而可以通过定期更换隔离盘，以增强对衬底的防护，从而有效避免颗粒物对生长在碳化硅衬底上的碳化硅薄膜造成污染，提高碳化硅薄膜的质量。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供的反应腔室的内部结构示意图。

图2为本申请实施例提供的反应腔室的剖视图。

图3为本申请实施例提供的反应腔室的整体结构示意图。

图4为本申请实施例提供的底座的结构示意图。

图5为图4提供的底座沿A-A方向第一种剖视图。

图6为图5中底座分解图。

图7为本申请实施例提供的衬底处理装置的结构示意图。

图8为图4提供的底座沿A-A方向第二种剖视图。

图9为图8中底座分解图。

附图部件标识如下：

1、反应腔室；11、底座；12、腔室主体；120、通道；13、腔盖；111、底盘；111a、底盘槽；111b、转动轴；112、隔离盘；112a、隔离壁；112b、承载壁；112c、隔离槽；112d、延伸壁；112e、侧壁；1120、环形结构；12a、进气口；12b、出气口；10、衬底；113、第一保温层；114、第一石英板；131、石墨板；132、第二保温层；133、第二石英板；2、加热组件；3、壳体；3a、取放口；4、取料室；5、送料室；6、负载锁定室；7、处理室；8、存储室；9、机械室。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

图1为本申请实施例提供的反应腔室的内部结构示意图，图2为本申请实施例提供的反应腔室的剖视图，图3为本申请实施例提供的反应腔室的整体结构示意图。如图1-图3所示，本申请实施例提供一种衬底处理装置，其包括反应腔室1以及加热组件2。该反应腔室1包括底座11、腔室主体12和腔盖13，底座11可拆卸地设置在腔室主体12内，腔盖13连接于腔室主体12的顶部。加热组件2设于腔室主体内12或腔室主体12外，以直接或间接对至少部分底座11进行加热。该加热组件优选为感应加热线圈，以通过感应加热的方式直接对底座11进行加热，该方式下感应线圈可以设置在腔室内也可以设置在腔室外。另外，其他实施例中也可以通过设置额外的加热板，并通过加热该加热板后，再将热量传递给底座，以间接完成对底座的加热。

在一些实施方式中，腔室主体12开设有供流体连通的进气口12a和出气口12b。腔室主体12具有一前后贯穿的通道120。其中，反应腔的左右两端分别设置有进气装置(图未示)和出气装置(图未示)，其中，该进气口12a与进气装置连接，出气口12b与出气装置连接，以实现流体连通。

在一些实施方式中，底座11包括底盘111以及隔离盘112。具体的，底盘111开设有底盘槽111a，加热组件2直接或间接的方式加热底盘111。至少部分隔离盘112位于底盘槽111a中并用于承载衬底10，且隔离盘112用于隔离衬底10和底盘111。其中，隔离盘112的底部与底盘槽111a的槽内底面留有间隙。隔离盘112包括本体及用于承载衬底10的隔离槽112c，在隔离盘112的半径方向上，所述本体尺寸与隔离槽112c的尺寸差不小于8mm。

在一些实施方式中，底盘槽111a的形状可以为圆形、方形或者其他不规则图形。底盘111的中心处具有向下延伸的转动轴111b，在该转动轴111b的驱动下，使得底盘111顺时针或者逆时针转动。

图4为本申请实施例提供的底座的结构示意图，图5为图4提供的底座沿A-A方向第一种剖视图，图6为图5中底座分解图。如图4、图5及图6所示，隔离盘112包括隔离壁112a及与承载壁112b连接的隔离壁112a，隔离壁112a与承载壁112b围设形成一隔离槽112c。其中，承载壁112b设于底盘槽111a内或承载壁112b的正投影位于底盘槽111a内，以使得该承载壁112b不同位置处的受热环境基本相同，提高承载壁112b的受热均匀性，进而提高衬底10的受热均匀性。其中，隔离槽112c的尺寸与衬底10的尺寸相适配，装配公差尺寸不大于2mm，如此，可以有效避免在衬底侧面生长大量的沉积从而提升衬底10外延质量。隔离盘112的外径大于衬底10的半径，并且优选不小于8mm，如此，能够有效隔离大部分的底座11在反应过程中产生的颗粒物，避免该等颗粒物对衬底的外延产生影响。

在一些实施方式中，底盘111配置为石墨材质或带有SiC涂层的石墨材质，隔离盘112所采用SiC材质，如此能够使得隔离盘112的最终生成物与衬底10上形成的碳化硅薄膜的反应产物相同，可以避免C元素与含Si元素的反应气体在反应时生成其他杂质，从而避免对碳化硅薄膜造成污染，进一步提高碳化硅薄膜的成膜质量。

在一些实施方式中，结合图5-图6所示，衬底10的外侧壁与隔离槽112c的内侧壁相贴合，且衬底10的高度与隔离盘112的表面平齐或者基本平齐。其中，隔离壁112a配置为自承载壁112b外周缘向外延伸的环形结构1120，环形结构1120的宽度为8-30mm，优选为10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、25mm中的一者或者任意两者的范围。环形结构1120底部与所述承载壁112b的底部平齐，环形结构1120的顶部高出承载壁112b的顶部。在外延工艺中，由于底盘111与衬底10之间存在一定的间隙，也就是环形结构1120的宽度，即使位于隔离盘112底下的底盘111在高温1600℃-1700℃的反应条件下被碳化并溅射出颗粒物(如碳粉)，该颗粒物也不会飞溅至衬底10的表面导致衬底10被污染，从而提高衬底10的洁净度，进而提高碳化硅薄膜在衬底10上的成膜质量。

进一步地，底座11还包括第一保温层113及第一石英板114(quartz)。其中，第一保温层113设置在底盘111与第一石英板114之间。

腔盖13包括石墨板131、第二保温层132以及第二石英板133，第二保温层132设置在石墨板131与第二石英板133之间，其中，石墨板131设置在靠近底盘111的一侧，第二石英板133设置在远离底盘111的一侧。

在一些实施方式中，加热组件2可以从底座11和腔盖13的一端向二者的另一端进行螺旋卷绕，以对反应腔室1进行加热处理。

结合图1-图3所示，本实施例所提供的衬底处理装置还包括壳体3，反应腔室1位于壳体3内，壳体3具有取放口3a，该取放口3a用以供隔离盘112、衬底10进出，或者用以供隔离盘112、衬底10二者先后进出。在进入反应腔室1前，先在隔离盘112的隔离槽112c放置衬底10后再将隔离盘112转移至反应腔室1内的底盘槽111a内，并封闭取放口3a。其次，对反应腔室1进行抽真空处理，并向反应腔室1通入气体，打开电源，通过反应腔室1外部的加热组件2对其进行加热。当反应腔室1内温度达到的衬底10生长所需的温度后，向反应腔室1内通入反应气体，令衬底10进行外延生产。生长完毕后，反应气体停止输入，关闭加热组件2，令反应腔室1及衬底10自行降温。最后，打开壳体3的取放口3a，取出生长有碳化硅薄膜的衬底10，或者取出生长有碳化硅薄膜的衬底10和隔离盘112。由于衬底10进行外延生产时，隔离盘112的表面容易被底盘111产生的颗粒物造成污染，甚至隔离盘112在高温条件下也会产生颗粒物进而污染衬底10，故而可以通过定期更换隔离盘112，以增强对衬底10的防护，从而有效避免颗粒物对生长在衬底10上的碳化硅薄膜造成污染，提高碳化硅薄膜的质量，同时也减小反应腔室维护频次。并且，由于隔离盘112的尺寸与衬底10的尺寸接近且重量差异较小，因此，可以直接借用已有的传输组件对隔离盘112进行传输，结构简单流程便捷。当然，也可以通过更换传输组件，该传输组件可以将隔离盘112和衬底10传输至反应腔室1内。

图7为本申请实施例提供的衬底处理装置的结构示意图。如图7所示，本实施例提供的衬底处理装置还包括取料室4、送料室5、负载锁定室6、处理室7、存储室8以及传输室。其中，取料室4用于存片盒，用来存放衬底10。传输室设有机械手，通过机械手将衬底10放置负载锁定室6，负载锁定室6可以将室内的气氛调整至真空状态，以防止外界的空气混进去。机械手将负载锁定室6的衬底10转移至处理室7，并在处理室7对衬底10进行预处理后再转移至反应腔室1，或者机械手可以将负载锁定室6的衬底10转移至反应腔室1。在反应腔室1内，对衬底10转进行升温处理，且在衬底10的上表面沉积碳化硅薄膜。最后，对衬底10进行冷却后，通过机械手将衬底10依次转移至处理室7、负载锁定室6，最后放置在送料室5内。

实施例2

本实施例提供一种衬底处理装置，其包括实施例1的大部分技术方案，其区别在于，底座的结构不同。

图8为图4提供的底座沿A-A方向第二种剖视图，图9为图8中底座分解图。结合图4、图8及图9所示，隔离壁112a包括自承载壁112b边缘向上延伸的侧壁112e的顶部及自侧壁112e向外延伸的延伸壁112d,延伸壁112d至少覆盖底盘111的底盘槽之外的部分表面，即该延伸壁112d可以将底盘槽111a的边缘覆盖。在感应加热时，延伸壁112d表面产生的涡流而产生热量，在同等条件下，隔离盘112因延伸壁112d的厚度较薄而产生的热量较多，底盘槽111a的边缘处因更高的温度而更大可能激发出颗粒物(downfall)，因此，通过在隔离盘112的顶端设置延伸壁112d，且该延伸壁112d延伸至底盘111的部分表面，能够以对过渡位置进行有效防护，增强防护效果，避免生长在衬底10表面的SiC单晶薄膜被污染。进一步地，侧壁112e的宽度与延伸壁112d的宽度之和为8-30mm，优选为11mm、13mm、15mm、17mm、19mm、21mm、23mm、25mm中的一者或者任意两者的范围。在该实施方式中，延伸壁112d的宽度大于隔离壁112a的宽度，也就是说，隔离壁112a相对较薄一点，隔离壁112a的宽度可以为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm。延伸壁112d的宽度可以为3mm、5mm、7mm、9mm、11mm、13mm、15mm、17mm、19mm、21mm、23mm、25mm、27mm。在外延工艺中，由于底盘111与衬底10之间存在一定的间隙，也就是隔离壁112a的宽度与延伸壁112d的宽度之和，即使位于隔离盘112底下的底盘111在高温1600℃-1700℃的反应条件下被碳化并溅射出颗粒物(如碳粉)，该颗粒物也不会飞溅至衬底10的表面导致衬底10被污染，从而提高衬底10的洁净度，进而提高碳化硅薄膜在衬底10上的成膜质量。

以上对本申请实施例所提供的一种衬底处理装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；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申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种衬底处理装置，其特征在于，包括：

反应腔室(1)，其包括腔室主体(12)及设于所述腔室主体(12)内的底座(11)，所述底座(11)可拆卸地连接于所述腔室主体(12)的底壁；加热组件(2)，所述加热组件(2)设于所述腔室主体(12)内或所述腔室主体(12)外，以直接或间接的方式对至少部分所述底座(11)进行加热；

其中，所述底座(11)包括：

底盘(111)，其开设有底盘槽(111a)，所述加热组件(2)直接或间接加热所述底盘(111)；以及

隔离盘(112)，其至少部分位于所述底盘槽(111a)中并用于承载衬底(10)，且所述隔离盘(112)隔离所述衬底(10)和所述底盘(111)，所述隔离盘包括本体及用于承载所述衬底的隔离槽，在所述隔离盘的半径方向上，所述本体尺寸与所述隔离槽的尺寸差不小于8mm。

2.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述隔离盘(112)的所述本体包括承载壁(112b)及围绕所述承载壁(112b)设置的隔离壁(112a)，所述隔离壁(112a)与所述承载壁(112b)围设形成所述隔离槽(112c)；其中，所述承载壁(112b)设于所述底盘槽(111a)内或所述承载壁(112b)的正投影位于所述底盘槽(111a)内。

3.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述隔离壁(112a)配置为自所述承载壁(112b)外周缘向外延伸的环形结构，所述环形结构的宽度为8-30mm，所述环形结构底部与所述承载壁的底部平齐，所述环形结构的顶部高出所述承载壁的顶部。

4.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述隔离壁(112a)包括自所述承载壁边缘向上延伸的侧壁(112e)及自所述侧壁(112e)的顶部向外延伸的延伸壁(112d)，所述延伸壁(112d)至少覆盖所述底盘(111)的底盘槽之外的部分表面。

5.根据权利要求4所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述侧壁(112e)的宽度与所述延伸壁(112d)的宽度之和为8-30mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述底盘(111)配置为石墨材质或带有SiC涂层的石墨材质；

所述隔离盘(112)配置为SiC材质。

7.根据权利要求2或4所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述隔离槽(112c)的尺寸与所述衬底(10)的尺寸相适配。

8.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述隔离盘(112)的底部与所述底盘槽(111a)的槽内底面留有间隙。

9.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，还包括：

所述腔室主体(12)开设有供流体连通的进气口(12a)和出气口(12b)。

10.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，还包括：

壳体(3)，所述反应腔室(1)位于所述壳体(3)内，所述壳体(3)具有供所述隔离盘(112)和所述衬底(10)进出的取放口(3a)。