CN109797377B - 晶圆载盘以及金属有机化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆载盘，其包括旋转轴心、中心平整区、晶圆设置区以及多个晶圆容置槽。旋转轴心穿过中心平整区的中心。晶圆设置区环绕中心平整区。多个晶圆容置槽设置于晶圆设置区。每一晶圆容置槽的直径为D，且中心平整区的半径为0.5D～3D。中心平整区的表面是平坦的平面。另提供一种晶圆载盘及使用上述两种晶圆载盘的任一种的金属有机化学气相沉积设备。

Description

晶圆载盘以及金属有机化学气相沉积设备

技术领域

本发明涉及一种载盘以及设备，尤其涉及一种晶圆载盘以及金属有机化学气相沉积设备。

背景技术

金属有机化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）是目前在晶圆上进行磊晶处理的一种方法。在MOCVD的过程中，晶圆设置在晶圆载盘上。通过控制腔体内诸如温度、气压和气体流速等处理参数以获得所希望的晶体生长。基于产量的考量，通常会在晶圆载盘上摆放尽可能多的晶圆。然而，相邻晶圆之间的距离若过近，容易影响晶圆的波长均匀性（wavelength uniformity）。

发明内容

本发明提供一种晶圆载盘，其可提升波长均匀性。

本发明提供一种金属有机化学气相沉积设备，其使用上述晶圆载盘。

本发明的一种晶圆载盘，其包括旋转轴心、中心平整区、晶圆设置区以及多个晶圆容置槽。旋转轴心穿过中心平整区的中心。晶圆设置区环绕中心平整区。多个晶圆容置槽设置于晶圆设置区。每一晶圆容置槽的直径为D，且中心平整区的半径为0.5D～3D。中心平整区的表面是平坦的平面。

在本发明的一实施例中，中心平整区的厚度大于每一晶圆容置槽的深度。

在本发明的一实施例中，中心平整区的半径为D～2D。

在本发明的一实施例中，中心平整区的表面粗糙度小于所述晶圆容置槽的表面粗糙度。

本发明的一种晶圆载盘，其包括旋转轴心、第一虚拟环线、相邻于第一虚拟环线的第二虚拟环线以及多个晶圆容置槽。第一虚拟环线、第二虚拟环线以旋转轴心为圆心并具有不同的半径。多个晶圆容置槽彼此间隔设置且排列于第一虚拟环线与第二虚拟环线上，其中每一晶圆容置槽的直径为D。分别位于第一虚拟环线、第二虚拟环线上的任两相邻晶圆容置槽边缘间的最短距离为0.1D～5D。

在本发明的一实施例中，分别位于第一虚拟环线、第二虚拟环线上的任两相邻晶圆容置槽边缘间的最短距离为0.2D～3D。

在本发明的一实施例中，晶圆载盘更包括中心平整区以及环绕中心平整区的晶圆设置区。旋转轴心穿过中心平整区的中心。第一虚拟环线与第二虚拟环线位于晶圆设置区。中心平整区的半径为0.5D～3D。中心平整区的表面是平坦的平面。

在本发明的一实施例中，中心平整区的厚度大于每一晶圆容置槽的深度。

在本发明的一实施例中，中心平整区的表面粗糙度小于晶圆容置槽的表面粗糙度。

本发明的一种金属有机化学气相沉积设备，其包括腔体、旋转装置、气体供应源以及晶圆载盘。旋转装置位于腔体中。气体供应源与腔体连通。晶圆载盘位于腔体中并设置于旋转装置上。晶圆载盘包括旋转轴心、第一虚拟环线、相邻于第一虚拟环线的第二虚拟环线以及多个晶圆容置槽。第一虚拟环线、第二虚拟环线以旋转轴心为圆心并具有不同的半径。多个晶圆容置槽彼此间隔且排列于第一虚拟环线与第二虚拟环线上。每一晶圆容置槽的直径为D。分别位于第一虚拟环线、第二虚拟环线上的任两相邻晶圆容置槽边缘间的最短距离为0.1D～5D。气体供应源将气体从腔体的上方注入至腔体中。晶圆载盘环绕旋转轴心旋转。

在本发明的一实施例中，分别位于第一虚拟环线、第二虚拟环线上的任两相邻晶圆容置槽之间的最短距离为0.2D～3D。

在本发明的一实施例中，晶圆载盘更包括中心平整区以及晶圆设置区。旋转轴心穿过中心平整区的中心。第一虚拟环线与第二虚拟环线位于晶圆设置区。多个晶圆容置槽设置于表面。中心平整区的半径为0.5D～3D，且中心平整区的表面是平坦的平面。

在本发明的一实施例中，中心平整区的厚度大于每一晶圆容置槽的深度。

在本发明的一实施例中，中心平整区的表面粗糙度小于晶圆容置槽的表面粗糙度。

基于上述，在本发明实施例的晶圆载盘中，通过中心平整区不设置晶圆容置槽的设计或通过控制位于第一虚拟环线以及第二虚拟环线上的任两相邻晶圆容置槽边缘间的最短距离，以改善因晶圆距离过近所产生的气流干扰。因此，本发明实施例的晶圆载盘可提升波长均匀性。此外，使用上述晶圆载盘的金属有机化学气相沉积设备可制造出磊晶品质佳的晶圆。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是依照本发明的第一实施例的晶圆载盘的上视示意图；

图1B是图1A中剖线A-A’的剖面示意图；

图2及图3分别是依照本发明的第二实施例及第三实施例的晶圆载盘的上视示意图；

图4是依照本发明的一实施例的金属有机化学气相沉积设备的示意图。

附图标号说明：

10：金属有机化学气相沉积设备

12：腔体

14：气体供应源

16、100、200、300：晶圆载盘

18：旋转装置

CR：中心平整区

D：直径

DM：最短距离

DT：深度

F：气体

G：晶圆容置槽

HT：距离

R：半径

R1：第一虚拟环线

R2：第二虚拟环线

RA：旋转轴心

SB：底表面

Cs：表面

Gs：底面

TCR：厚度

W：晶圆

WR：晶圆设置区

A-A’：剖线

具体实施方式

有关本发明的技术内容、特点与功效，在以下配合附图的各实施例的详细说明中将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列任一实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。

在下列任一实施例中的晶圆载盘可应用于金属有机化学气相沉积设备中。在金属有机化学气相沉积的过程中，晶圆载盘用以承载待加工的多个晶圆。晶圆载盘可以由任何能够耐加工温度的材料生成。举例而言，晶圆载盘的材料可以是石墨或石墨涂覆材料，但不以此为限。

图1A是依照本发明的第一实施例的晶圆载盘的上视示意图。图1B是图1A中剖线A-A’的剖面示意图。请参照图1A及图1B，本发明的第一实施例的晶圆载盘100包括底表面SB、旋转轴心RA、中心平整区CR、晶圆设置区WR以及多个晶圆容置槽G。旋转轴心RA穿过中心平整区CR的中心（本实施例的中心平整区CR的形状例如为圆形，且中心平整区CR的中心为中心平整区CR的圆心）。晶圆设置区WR环绕中心平整区CR。多个晶圆容置槽G设置于晶圆设置区WR。每一晶圆容置槽G的直径为D，且中心平整区CR的半径R为0.5D～3D，较佳地，半径R为D～2D。晶圆载盘100在中心平整区CR的厚度TCR大于晶圆设置区WR中每一晶圆容置槽G的深度DT。此处，中心平整区CR的半径定义是旋转轴心RA到晶圆容置槽G边缘的最短距离。更详细地说，在第一实施例的晶圆载盘100中，旋转轴心RA距离半径R的范围内（也就是中心平整区CR的范围中）没有晶圆容置槽G，也没有高低图案，使得中心平整区CR的表面Cs呈现平坦的平面；而晶圆设置区WR具有内凹的晶圆容置槽G，也就是说，晶圆载盘100在中心平整区CR的表面Cs至底表面SB的距离(即，厚度TCR)会大于晶圆容置槽G的底面Gs至底表面SB的距离HT。

进一步而言，多个晶圆容置槽G位于晶圆载盘100上与底表面SB的相反面，也就是说，多个晶圆容置槽G的每一个是朝晶圆载盘100的底表面SB延伸而形成放置晶圆的凹槽，中心平整区CR的表面Cs与晶圆容置槽G的底面Gs都是相对底表面SB形成并与底表面SB大致平行。然而，多个晶圆容置槽G不会贯穿晶圆载盘100。也就是说，中心平整区CR的高低差远小于晶圆设置区WR的高低差。举例而言，中心平整区CR的表面Cs高低差落在0至0.1DT的范围内且是一连续平坦的平面，但不以此为限。在本实施例中，中心平整区CR表面Cs是平坦面，也就是说，表面Cs的高低差为0，而晶圆设置区WR的高低差为晶圆容置槽G的深度DT。

在加工过程中，多个晶圆分别设置在多个晶圆容置槽G内，且晶圆载盘100环绕旋转轴心RA旋转，使多个晶圆环绕旋转轴心RA公转，而有助于使每一晶圆的加工面能够均匀暴露在气体环境中。每一晶圆容置槽G可利用图案化处理形成，因此晶圆容置槽G的底面Gs或侧表面（未标号）也可通过处理粗糙化，令底面Gs或侧表面的表面粗糙度大于中心平整区CR的表面Cs的表面粗糙度，以使多个晶圆在加工过程中更牢固地固定在多个晶圆容置槽G中，从而避免多个晶圆在晶圆载盘100旋转时与多个晶圆容置槽G分离。

通过中心平整区CR不设置晶圆容置槽G的设计，可避免因晶圆摆放距离过近所产生的气流干扰，进而有助于提升沉积到晶圆上的薄膜的均匀性。

图2及图3分别是依照本发明的第二实施例及第三实施例的晶圆载盘的上视示意图。

请参照图2及图3，本发明的第二实施例的晶圆载盘200及第三实施例的晶圆载盘300也包括旋转轴心RA以及多个晶圆容置槽G。多个晶圆容置槽G间隔排列于第一虚拟环线R1与第二虚拟环线R2上。所述第一虚拟环线R1与第二虚拟环线R2是依据多个晶圆容置槽G的排列方式界定，而可以不用在晶圆载盘（如晶圆载盘200及晶圆载盘300）上形成实体标记。进一步而言，多个晶圆容置槽G以旋转轴心RA为中心排列成至少一环型阵列，且多个晶圆容置槽G的其中一个可以（但非必须）设置在晶圆载盘的中心。虚拟环线是沿同一环型阵列的多个晶圆容置槽G的中心连线形成。在晶圆载盘的中心仅设置一个晶圆容置槽G的情况下，第一虚拟环线R1实质上与旋转轴心RA重合。然而，为清楚标示出第一虚拟环线R1，图3中的第一虚拟环线R1显示成环绕旋转轴心RA。

以图2所示的第二实施例而言，多个晶圆容置槽G排列成两个环型阵列。两个环型阵列共用中心轴（即旋转轴心RA）且由晶圆载盘200的中心向外排列。两个环型阵列分别界定出第一虚拟环线R1与第二虚拟环线R2。以图3所示的第三实施例而言，除了位于晶圆载盘300中心的晶圆容置槽G之外，其余的多个晶圆容置槽G排列成一个环型阵列。位于晶圆载盘300中心的晶圆容置槽G界定出第一虚拟环线R1，而所述环型阵列界定出第二虚拟环线R2。

在第二实施例及第三实施例中，每一晶圆容置槽G的直径为D，且分别位于第一虚拟环线R1以及第二虚拟环线R2上的任两相邻晶圆容置槽G边缘间的最短距离DM大于0.1D且小于5D。最短距离DM较佳为0.2D～3D。通过控制相邻两虚拟环线上的相邻两个晶圆容置槽G的最短距离DM，可改善因相邻两虚拟环线上的相邻两个晶圆距离过近所产生的气流干扰，并可避免因相邻两虚拟环线上的相邻两个晶圆距离过远所产生的产能太低的问题。因此，晶圆载盘200以及晶圆载盘300除了可提升沉积到晶圆上的薄膜的均匀性之外，还能够兼顾产能。

应说明的是，虽然第二实施例及第三实施例皆以两个虚拟环线举例说明，但虚拟环线的数量可依需求改变（晶圆载盘也可包括两个以上的虚拟环线）而不以图2及图3所显示的为限。

图4是依照本发明的一实施例的金属有机化学气相沉积设备的示意图。

请参照图4，本发明的一实施例的金属有机化学气相沉积设备10包括腔体12、气体供应源14以及晶圆载盘16。气体供应源14与腔体12连通，且气体供应源14提供处理所需的气体。晶圆载盘16设置在腔体12中。晶圆载盘16采用图1A及图1B所示的晶圆载盘100、图2所示的晶圆载盘200或图3所示的晶圆载盘300。

在加工过程中，多个晶圆W分别设置在晶圆载盘16的多个晶圆容置槽G内。多个晶圆W可以是由蓝宝石、碳化硅或其它晶体基板形成的圆盘状结构。气体供应源14将气体F从腔体12的上方注入至腔体12中。金属有机化学气相沉积设备10可进一步包括旋转装置18，其中旋转装置18的转轴（未显示）对齐晶圆载盘16的旋转轴心RA，且转轴连接至旋转驱动机构。旋转驱动机构驱动转轴旋转，从而带动晶圆载盘16环绕旋转轴心RA旋转，让多个晶圆W环绕旋转轴心RA公转，而有助于使多个晶圆W的每一个的加工面S能够均匀暴露在气体环境中。在本实施例中，多个晶圆W仅环绕旋转轴心RA公转，而不会在晶圆容置槽G中自转。较佳地，晶圆W的加工面S不突出于晶圆容置槽G，且加工面S至晶圆容置槽G底面Gs的距离H不大于0.7DT，也就是说0.7DT≤H≤DT。若加工面S突出于晶圆容置槽G容易因为旋转离心力导致晶圆W放置不稳定，若太低则对于膜层沉积的均匀性造成影响。

晶圆载盘16通过中心平整区不设置晶圆容置槽G的设计（如图1A及图1B所示的晶圆载盘100）或通过控制相邻两虚拟环线上的相邻两个晶圆容置槽G的最短距离（如图2所示的晶圆载盘200或图3所示的晶圆载盘300），以改善因晶圆W距离过近所产生的气流干扰。因此，晶圆载盘16可提升波长均匀性。金属有机化学气相沉积设备10因使用晶圆载盘16而可制造出磊晶品质佳的晶圆。在一实验例中，金属有机化学气相沉积设备10可将多个晶圆的平均波长差异缩减33%，将多个晶圆的平均波长标准差缩减27%，且将多个晶圆的每一个的晶圆内（within wafer）的平均波长标准差缩减41%。

依据不同的需求，金属有机化学气相沉积设备10可进一步包括其他元件或装置。举例而言，金属有机化学气相沉积设备10可进一步包括与晶圆载盘16连接的升降机构（未显示），以调整晶圆载盘16与进气口的距离。此外，金属有机化学气相沉积设备10可进一步包括与腔体12连通的抽气装置（未显示），以具有排气的功能。另外，金属有机化学气相沉积设备10可进一步包括冷却装置（未显示）以及升温装置（未显示），以控制腔体12中的温度或晶圆载盘16的温度。

综上所述，在本发明实施例的晶圆载盘中，通过中心平整区不设置晶圆容置槽的设计或通过控制相邻两虚拟环线上的相邻两个晶圆容置槽的最短距离，以改善因晶圆距离过近所产生的气流干扰。因此，本发明实施例的晶圆载盘可提升波长均匀性。此外，使用上述晶圆载盘的金属有机化学气相沉积设备可制造出磊晶品质佳的晶圆。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种晶圆载盘，其特征在于，包括：

旋转轴心；

第一虚拟环线；

第二虚拟环线，相邻于所述第一虚拟环线且所述第一虚拟环线、所述第二虚拟环线以所述旋转轴心为圆心并具有不同的半径；以及

多个晶圆容置槽，彼此间隔设置且排列于所述第一虚拟环线与所述第二虚拟环线上，其中每一晶圆容置槽的直径为D，分别位于所述第一虚拟环线、所述第二虚拟环线上的任两相邻晶圆容置槽边缘间的最短距离为0.1D～5D。

2.根据权利要求1所述的晶圆载盘，其特征在于，分别位于所述第一虚拟环线、所述第二虚拟环线上的任两相邻晶圆容置槽边缘间的最短距离为0.2D～3D。

3.根据权利要求1所述的晶圆载盘，其特征在于，还包括中心平整区以及环绕所述中心平整区的晶圆设置区，其中所述旋转轴心穿过所述中心平整区的中心，所述第一虚拟环线、所述第二虚拟环线与所述晶圆容置槽位于所述晶圆设置区，所述中心平整区的半径为0.5D～3D，且所述中心平整区的表面是平坦的平面。

4.根据权利要求3所述的晶圆载盘，其特征在于，所述中心平整区的厚度大于每一晶圆容置槽的深度。

5.根据权利要求3所述的晶圆载盘，其特征在于，所述表面在所述中心平整区的表面粗糙度小于所述晶圆容置槽的表面粗糙度。

6.一种金属有机化学气相沉积设备，其特征在于，包括：

腔体；

旋转装置，位于所述腔体中；

气体供应源，与所述腔体连通；以及

晶圆载盘，位于所述腔体中并设置于所述旋转装置上，所述晶圆载盘包括旋转轴心、第一虚拟环线、相邻于所述第一虚拟环线的第二虚拟环线以及多个晶圆容置槽，所述第一虚拟环线、所述第二虚拟环线以所述旋转轴心为圆心并具有不同的半径，所述多个晶圆容置槽彼此间隔且排列于所述第一虚拟环线与所述第二虚拟环线上，其中每一晶圆容置槽的直径为D，分别位于所述第一虚拟环线、所述第二虚拟环线上的任两相邻晶圆容置槽边缘间的最短距离为0.1D～5D，

其中所述气体供应源将气体从所述腔体的上方注入至所述腔体中，所述晶圆载盘环绕所述旋转轴心旋转。

7.根据权利要求6所述的金属有机化学气相沉积设备，其特征在于，分别位于所述第一虚拟环线、所述第二虚拟环线上的任两相邻晶圆容置槽之间的最短距离为0.2D～3D。

8.根据权利要求6所述的金属有机化学气相沉积设备，其特征在于，所述晶圆载盘还包括中心平整区以及晶圆设置区，其中所述旋转轴心穿过所述中心平整区的中心，所述第一虚拟环线、所述第二虚拟环线与所述晶圆容置槽位于所述晶圆设置区，所述中心平整区的半径为0.5D～3D，且所述中心平整区的表面是平坦的平面。

9.根据权利要求8所述的金属有机化学气相沉积设备，其特征在于，所述中心平整区的厚度大于每一晶圆容置槽的深度。

10.根据权利要求8所述的金属有机化学气相沉积设备，其特征在于，所述中心平整区的表面粗糙度小于所述晶圆容置槽的表面粗糙度。

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