TWI576952B - Ｃｖｄ裝置的基板架 - Google Patents

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4585—Devices at or outside the perimeter of the substrate support, e.g. clamping rings, shrouds
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Description

CVD裝置的基板架
本發明係有關於一種基板架，其應用於處理半導體基板用之裝置的處理室內，該基板架具有平坦之頂面，該頂面中設有至少一用於容置基板的凹處，其中，該凹處具有底部及環狀封閉的壁部；該基板架另具多個自該壁部出發伸入該凹處之突出部，該等突出部形成用於承載基板邊緣區段的承載面，其中，一凹處的所有承載面皆處於同一平面內，該平面高於經過該底部之最高高處的平面且低於該頂面。
此種基板架通常亦稱基座，應用於CVD用途，尤其應用於MOCVD反應器的處理室內。基板架被加熱器自下而上加熱至可達數百度之處理溫度。基板架之平坦頂面內通常設有多個由相應凹處形成之凹槽。此等凹處之底面的周邊輪廓與基板之周邊輪廓相應。自凹處之壁部的邊緣出發，周向均勻地突出有若干可供基板邊緣放置的間隔元件。此等突出部將基板底面與底部之最高高處保持一定距離，從而將基板懸置。自凹處之邊緣出發還設有若干徑向突出且用於將基板在凹處中居中的間隔構件。
本發明亦有關於一種基板架，其應用於處理半導體基板用之裝置的處理室內，該基板架具有平坦之頂面，該頂面中設有至少一用於容置基板的凹處，其中，該凹處具有底部及環狀封閉的壁部。 該壁部包圍該基板之邊緣。該基板大體呈圓盤狀。該壁部之輪廓分佈至少局部對應於該基板之邊緣的輪廓分佈，使得在該基板之邊緣與該壁部之間保留細微之間隙。為將該基板在該直徑較大的凹處內居中，自該凹處之壁部出發突出有多個間隔構件。該等間隔構件沿周向彼此間隔一定距離。該等間隔構件起前述之將基板居中的作用，使得基板邊緣與該凹處之大體呈彎曲狀之壁部等距延伸。
相關先前技術包括US 2005/0016466 A1、US 2009/0007841 A1、US 2012/0156374 A1。
未公開之DE 102011055061描述一種基板架，其圓弧狀間隔元件上可放置基板邊緣。處理室底部經結構化處理。處理室底部各區段之深度不等。
DE 102010000388 A1、DE 102009044276 A1、DE 102009043848 A1、DE 102009043960 A1、DE 102010000554 A1以及申請人的其他專利申請案描述一種沈積III-V層的裝置，申請人在其中的DE 10323085 A1案中描述了為基板架之表面塗佈SiC、BN或TaC。
塗佈後的基板架會出現以下問題：突出部之區域或間隔構件之區域因熱應力而產生裂紋。
本發明之目的在於採取相應措施以防止產生此類裂紋。
本發明用以達成上述目的之解決方案為申請專利範圍所給予的發明。
本發明之首要且實質之處在於，該凹處之壁部的有該突出部突出的區段在針對該基板架之頂面的俯視圖中呈直線。根據本發明的改良方案，該等突出部之朝向該凹處的壁區段僅由倒圓部形成。 特定言之，該突出部之側壁以無曲折點倒圓的方式突出於該直線壁部以外。自該直線壁部的一區段出發，該突出部之側壁首先描述一在俯視圖中呈凹形之倒圓部，再過渡為一凸形之倒圓部。該突出部在該凸形倒圓部之頂點與該直線壁區段具有最大徑向距離。該突出部關於一經過該頂點且與該直線區段成直角之假想線條鏡像對稱。該等直線式區段較佳沿周向在該等突出部之周向延伸度以外延伸。該等直線式區段以倒圓之壁區段的形式相互轉化。該等突出部較佳以同等之角度分佈圍繞該凹處之中心佈置。該等突出部可彼此間隔60度角。該凹處之壁部之佈置於該等直線式區段之間的壁區段較佳分佈於一圓弧線上。該等彎曲的壁區段較佳以同一半徑圍繞同一中點。因此，該凹處具有一將其包絡的圓弧線，該等彎曲的壁區段處於該圓弧線上。該等彎曲的壁區段所處之該圓弧線的半徑大於該大體呈圓形之基板之邊緣的半徑。在此情況下，該凹處之邊緣在該等直線壁區段之間的區域內大體等距地將該基板包圍。根據本發明的第二態樣，該凹處之壁部的直線壁區域構成用於將該基板在該凹處中居中的間隔構件。該等直線區域包圍一僅與該等直線區域相切且其半徑僅略大於基板半徑的假想內圓周，使得該基板的邊緣能貼緊一或多個直線式壁區域。該等直線式壁區段構成一圓周的割線，該圓周定義該等彎曲的壁區段的走向且定義一直徑大致等於基板直徑之內圓周的切線。該周向圓弧線的半徑係該直線式區段之長度的參考大小。其沿周向測得之長度可為該半徑的百分之20至30。該等突出部沿周向之平均延伸長度約為該半徑的百分之1至5。該等突出部自該等凹處之邊緣朝該等凹處之中心的徑向延伸角度約為該等彎曲的壁區段之半徑的百分之2至5。根據本發明的一種改良方案，該等突出部側部設有若干槽。該等槽在該凹處之底部中延伸 且緊鄰該突出部之朝向該凹處的壁部。該槽亦可在該直線區段中局部延伸。該直線區段可在該槽的長度以外延伸。該槽的寬度約為該等彎曲的壁區段之半徑的百分之1至5。該槽沿周向之長度約為該半徑的百分之10至30。該等突出部較佳以1至10度，尤佳約2至3度之圓周角延伸。該槽可以最大10度的周向區段延伸。容置4英吋晶圓時，該半徑約為49mm。該基板架構成MOCVD反應器的基座。該反應器具有處理室，處理室之底部構成基座。該底部上方設有進氣系統，用於將處理氣體輸入處理室。該等處理氣體在實施為半導體晶圓之基板的表面上發生熱分解。在基板表面上沈積單晶半導體層。該半導體層可由III及V主族之元素構成。用加熱裝置自下而上加熱該基板座。所用處理氣體及處理技術的相關細節參閱本文開篇所述的先前技術。此項先前技術亦納入本發明之揭示內容。
1‧‧‧反應器殼體
2‧‧‧進氣機構
3‧‧‧排氣面
4‧‧‧處理室
5‧‧‧頂面
6‧‧‧基座
7‧‧‧加熱裝置
8‧‧‧排氣環
9‧‧‧進氣管
10‧‧‧進氣口
11‧‧‧通道
12‧‧‧凹處
13‧‧‧底部
13'‧‧‧底部區段
13"‧‧‧底部區段
14‧‧‧壁，壁部
14'‧‧‧彎曲的壁區段
15‧‧‧突出部
16‧‧‧壁，直線區段
16'‧‧‧壁連接區段
16"‧‧‧壁連接區段
17‧‧‧邊緣
18‧‧‧槽
18'‧‧‧區段
18"‧‧‧圓弧區段
19‧‧‧承載面
20‧‧‧平面
21‧‧‧圓錐面
22‧‧‧壁部，壁區段
23‧‧‧壁部，壁區段
24‧‧‧基板
E‧‧‧平面
R‧‧‧半徑
圖1為先前技術中之MOCVD反應器的橫截面圖；圖2為本發明之基板架6的俯視圖，其具有共十三個凹處，各容置一個基板；圖3為一圖2所示凹處12的放大圖；圖4為沿圖3中的線條IV-IV的截面圖；圖5為圖3中之局部V-V的示意圖；圖6為圖3的相應視圖，但凹處12之底面輪廓有所不同；圖7為沿圖6中的線條VII-VII的截面圖；圖8為圖3的相應視圖，該凹處中放置有基板24；及圖9為圖4的相應視圖，但凹處12中放置有基板24。
下面參照附圖以對本發明之實施例進行說明。
圖1為MOCVD反應器之橫截面圖，其反應器殼體1關於中軸線旋轉對稱。反應器殼體1內設有進氣機構2，處理氣體經由進氣管9輸入該進氣機構。進氣機構2下方設有處理室4。進氣機構2之底面構成與多個進氣口10連通的排氣面3。可經由該等進氣口10將處理氣體或多種處理氣體的混合物送入處理室4。設有可供調溫介質流動的通道11，以便將進氣機構2的排氣面3冷卻。
處理室4之底部由一基座6構成，該基座具有朝向處理室4的平坦頂面5。頂面5可由一平面構成。基座6下方設有加熱裝置7。其可為電阻加熱裝置、輻射加熱裝置或RF加熱裝置。用該加熱裝置7將基座6加熱至處理溫度。處理室4被排氣環8包圍。可用一未繪示之真空裝置調節處理室4內的氣壓。
圖2為本發明之基座6的俯視圖。該基座為基板架6。基座6由石英或石墨構成。基座表面經塗佈處理。該表面可塗佈SiC、BN、TaC。本實施例中，基座6之平坦頂面5內設有十三個凹處。底部13、壁部14、16及突出於壁部區段16的突出部15亦經塗佈處理。
該等凹處12構成各容置一基板的凹槽。圖1至8未繪示該等基板。圖8及9所示凹處12中放置了基板24。基板24之邊緣位於突出於凹處12之壁部14、16以外的突出部15上。突出部15的承載面19處於平面E內。如圖2所示，底部13的區段13'、13"相對基座6之頂面5而言具有不同深度。藉此可對自凹處12之底部朝基板的熱傳輸施加影響。
圖3、6及8分別為一凹處12之放大圖，該等凹處基本 上僅在凹處底部13、13'、13"之結構上有所不同。圖3及4所示凹處12之深度最小的區段處於靠近邊緣的區域。該深度最小的區段定義了底部13的最高高處且定義了平面20。
圖6及7所示凹處12之底部13的中央區段構成底部13之最高高處的區域，且平面20經過該區域。其他底部區段13'、13"則更低。
邊緣14大致在一圓柱形側面上延伸，自該邊緣出發存在以60度徑向向內伸出的突出部15。共六個突出部15中的任一個突出部皆構成一可用來支撐基板24之邊緣的一區段的承載面19(參閱圖9)。該等支承面19處於同一平面E內，該平面與該最高高處所定義之平面20間隔一定距離，從而將基板懸置。平面E即支承面19還與基座6之頂面5間隔一定距離，該距離具有某個尺寸，使得基板頂面不高於或僅略高於邊緣17。
如圖3及6所示，壁部14或邊緣17的主要區段處於一圓弧線上，該圓弧線之中點位於凹處12之中心。該凹處之鄰接基座6頂面的外緣17對應於壁部16之輪廓，該壁部在一圓柱形側面上延伸且以形成一圓錐面21的方式伸入邊緣17。
如放大圖圖5所示，壁部14的區段16在俯視圖中直線延伸。壁部16由一平面構成。壁部14的直線區段16過渡為一彎曲的壁區段14'，該壁區段處於一與凹處12之中心具有半徑R的圓弧線上。共設有六個直線區段16，它們被彎曲的壁區段14'連接在一起。
該等六個直線區段16中的每個皆具一產生前述之突出部15的中央壁區段。為此，突出部15具有凹形延伸之壁區段23。藉由該等壁區段23，突出部15之朝向凹處12的壁部無曲折點地突出於 直線壁區段16之平坦表面以外。該凹形壁區段23過渡為描述一半圓弧的凸形壁區段22。在此半圓弧的中央處，該突出部15與壁部的直線區段16具有最大距離。
壁部14的直線區段16在兩周向上皆高於突出部15所佔據之周邊區段。直線之連接區段16'與16"在此處相連。
突出部15側部設有槽18。該槽處於凹處12之底部13。槽18對應於突出部15之壁部22、23的倒圓輪廓。因此，槽18形成圍繞突出部15佈置的圓弧區段18"。槽18沿周向形成兩個直線區段18'，其緊鄰直線式壁區段16'。
壁部14之直線區段16沿周向以槽18之周向延伸度延伸，並形成前述之壁連接區段16"。
本實施例中的突出部15以約2至3度角沿周向延伸。槽18沿周向圍繞凹處12之中心以約10度角延伸。直線區段16沿周向圍繞凹處12之中心以約15度角延伸。該區段可沿周向以10至30度角延伸。
如前所述，壁部14之彎曲的區段處於一圓弧線上，直線壁區段16處於該圓弧的割線上。存在一與該圓周同心延伸之內圓周，直線區段16與該內圓周相切。圖8所示基板24放置在圖4所示凹處中。圖9之截面圖的截線經過切線點。該等切線點構成用於將基板24在凹處12中居中佈置，使得基板24之邊緣與壁部14之彎曲的區段14'沿周向大致等距佈置的間隔構件。因此，直線區域16的垂直方向高度大於突出部15之階梯高度，即承載面19與平面20的距離。
所有已揭示特徵(自身即)為發明本質所在。故本申請之揭示內容亦包含相關/所附優先權檔案(在先申請副本)所揭示之全部內 容，該等檔案所述特徵亦一併納入本申請之申請專利範圍。附屬項採用可選並列措辭對本發明針對先前技術之改良方案的特徵予以說明，其目的主要在於在該等請求項基礎上進行分案申請。
13‧‧‧底部
13'‧‧‧底部區段
14'‧‧‧彎曲的壁區段
15‧‧‧突出部
16‧‧‧壁，直線區段
16'‧‧‧壁連接區段
16"‧‧‧壁連接區段
17‧‧‧邊緣
18‧‧‧槽
18'‧‧‧區段
18"‧‧‧圓弧區段
19‧‧‧承載面
21‧‧‧圓錐面
22‧‧‧壁部，壁區段
23‧‧‧壁部，壁區段

Claims (13)

  1. 一種基板架(6)，其應用於處理半導體基板用之裝置(1)的處理室(4)內，該基板架具有平坦之頂面(5)，該頂面中設有至少一用於容置基板的凹處(12)，其中，該凹處(12)具有底部(13)及環狀封閉的壁部(14)；該基板架另具多個自該壁部(14)出發伸入該凹處之突出部(15)，該等突出部形成用於承載基板邊緣區段的承載面(19)，其中，凹處(12)的所有承載面(19)皆處於同一平面(E)內，該平面高於經過該底部(13)之最高高處的平面(20)且低於該頂面(5)而延伸，其特徵在於：該壁部(14)在該等突出部(15)之區段(16)內在針對該頂面的俯視圖中呈直線延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板架，其中，該等突出部(15)以同等之角度分佈，特定言之以60度角錯開的方式沿周向佈置。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板架，其中，該等直線區段之沿周向測得之長度為彎曲的壁區段(14')之曲率半徑(R)的百分之20至30。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板架，其中，突出部(15)之沿周向測得之延伸角度約為該等彎曲的壁區段(14')之半徑(R)的百分之1至5。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板架，其中，在該底部(13)中，該等突出部(15)之朝向該凹處(12)的壁部係側部設有槽(18)。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板架，其中， 該槽(18)在沿該壁部之直線狀區段(16)延伸之區段(16')中延伸為區段(18')。
  7. 如申請專利範圍第5項之基板架，其中，該槽(18)的寬度約為該等彎曲的壁區段之半徑的百分之1至5。
  8. 如申請專利範圍第5項之基板架，其中，該槽(18)的長度約為該彎曲的壁區段之半徑的百分之10至30。
  9. 如申請專利範圍第1項之基板架，其中，該基板架(6)由石墨、鉬或石英構成且具塗層。
  10. 如申請專利範圍第9項之基板架，其中，該塗層由SiC、BN或TaC構成或者含有一或多個上述物質。
  11. 如申請專利範圍第1項之基板架，其中，該等突出部(15)之朝向該凹處(12)的側邊由無曲折點地相互轉化的倒圓部(22，23)構成且無曲折點地過渡為一直線壁區段(16')。
  12. 一種基板架(6)，其應用於處理半導體基板用之裝置(1)的處理室(4)內，該基板架具有平坦之頂面(5)，該頂面中設有至少一用於容置基板的凹處(12)，其中，該凹處(12)具有底部(13)及環狀封閉的壁部(14)，該壁部包圍該基板(24)的邊緣；該基板架另具多個沿周向彼此間隔一定距離且用於將置入該凹處(12)的基板(24)居中的間隔構件，其特徵在於：該等間隔構件由該壁部(14)之在針對該頂面(5)的俯視圖中呈直線的區段(16)構成。
  13. 如申請專利範圍第12項之基板架，其中，該壁部(14)之該等呈直線的區段(16)係經彎曲的、特定言之分佈於一圓弧線上的壁區段(14')連接在一起。
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