CN215288964U - 一种晶圆托盘及化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种晶圆托盘及化学气相沉积设备，包括位于托盘上的盘坑，盘坑中设置有支撑台阶和凸台，其中凸台的高度大于等于托盘的高度且向盘坑中心延伸，通过在盘坑侧壁设置与晶圆缺口处对应的凸台，使晶圆定位缺口处距离盘坑侧壁的距离得到减小，凸台可以起到盘坑侧壁延伸的作用，以形成适用于晶圆边缘轮廓的不规则盘坑，达到调节晶圆边缘温度分布的目的，有利于晶圆边缘和整体温度的均一性，提高晶圆化学沉积的膜厚一致性。

Description

一种晶圆托盘及化学气相沉积设备

技术领域

本实用新型涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种用于化学气相沉积设备的托盘及使用该托盘的化学气相沉积设备。

背景技术

通过不同气体源在晶圆上形成薄膜是半导体工艺的重要步骤，包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等。其中金属有机化学气相沉积(MOCVD) 是化学气相沉积的一种，在成膜时，通常将不同气体源的气体输入金属有机化学沉积反应腔室进行混合，再籍由加热装置对晶圆进行控温到适合成膜的温度，使反应气体可以在晶圆上发生化学反应。

MOCVD装置包括反应腔体，在腔体内设置有用于承载晶圆的托盘，为了提高沉积效率，在同一托盘上放置多个晶圆。托盘上的盘坑为直径大于晶圆直径的圆形坑位。当晶圆放置在盘坑中时，晶圆上用于定位的缺口会在这时接收到和晶圆边缘其他部位不同的热量辐射，例如当晶圆的缺口是一个平边时，导致这个平边处与盘坑侧壁之间形成的间隙较宽，该平边处受到盘坑侧壁更小的辐射加热。由于在工艺运行过程中会对石墨托盘加热，加热温度超过1000℃，在盘坑中的径向远离石墨托盘中心方向，由于得不到更多的热辐射或热传导加热，导致晶圆平边处相对于晶圆其它侧位置的温度偏低，从而导致工艺结果产生差异，影响整片晶圆的工艺一致性。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种晶圆托盘，用于承载待处理晶圆，包括：

位于所述托盘上形状为圆形的盘坑,所述盘坑内具有多个支撑台阶，用于放置所述晶圆；

所述盘坑的内侧壁设置有向所述盘坑圆心方向延伸的凸台，所述凸台的上表面高度大于所述支撑台阶的上表面高度，且所述凸台不与所述晶圆边缘接触。

可选的，所述晶圆具有缺口，所述凸台位置与所述缺口位置对应。

可选的，所述缺口为平边，所述凸台的内侧面分为远离平边的远部和靠***边的近部。

可选的，所述近部的长度为5～25mm，所述近部距离所述平边的距离为0.2～2mm。

可选的，所述凸台沿所述托盘直径方向延伸。

可选的，所述凸台为梯形。

可选的，所述缺口为平边，所述凸台的内侧面与所述平边平行。

可选的，所述缺口为V形，所述凸台的内侧面与所述缺口形状相同。

可选的，所述凸台的内侧面距离所述缺口的V形面的距离为 0.2～2mm。

可选的，所述盘坑的数量大于等于1。

可选的，所述托盘为石墨托盘。

进一步的，本实用新型还提供了一种化学气相沉积设备，包括：

反应腔，用于处理半导体晶圆；

输气装置，用于向反应室内输入反应气体；

以及，如上任一项所述的晶圆托盘。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供了一种应用于气相沉积反应腔的托盘，通过在盘坑侧壁设置与晶圆缺口处对应的凸台，使晶圆定位缺口处距离盘坑侧壁的距离得到减小，凸台可以起到盘坑侧壁延伸的作用，以形成适用于晶圆边缘轮廓的不规则盘坑，达到调节晶圆边缘温度分布的目的，有利于晶圆边缘和整体温度的均一性，提高晶圆化学沉积的膜厚一致性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为现有技术中晶圆托盘示意图；

图1B为现有技术中托盘的盘坑侧面剖视图；

图2为本实用新型的托盘的一个实施例俯视图；

图2A为图2中A处放大示意图；

图2B为托盘凸台处局部剖视图；

图2C为图2中放入晶圆后相关尺寸标识图；

图3为本实用新型另一种盘坑示意图；

图4为本实用新型的一种化学气相沉积反应腔示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1A示出现有技术中用于半导体设备的一种托盘100，以可以在同一托盘100上放置8片晶圆110为例进行说明，在化学气相沉积工艺流程中，将反应气体通入后，为了使晶圆110各处膜厚大致在同一尺度，需要让托盘100 沿着中心轴旋转，导致晶圆110受到离心效应，向远离托盘100圆心的方向稍微偏移。晶圆110在传输过程中需要定位，现有技术采取的方式是在晶圆 110边缘设置一缺口111，在图1A中，该缺口为一平边，考虑到晶圆110放置时的操作流程，例如托盘100旋转，每次放入一片晶圆，结果使缺口111 相对托盘100圆心朝向相同，如图1A中朝外设置的缺口111。

如图1B所示为晶圆110在缺口111处的剖面放大图，因为缺口111的存在，当晶圆110放置在盘坑101中时，会产生较大的缝隙，即使晶圆110在离心效应的影响下向盘坑101的外侧壁偏移，仍然存在平边距离盘坑101外侧壁的距离大于晶圆110边缘其他处距离盘坑101侧壁的距离。使用红外测温装置观察刚执行沉积工艺后的晶圆，发现在缺口111处的温度远低于晶圆中心区域的温度。进而影响到沉积气体在晶圆缺口111区域和中心区域的生长不一致。

如图2所示为本实用新型的一个实施例中托盘200盘面的俯视图。包括在圆形托盘200上设置的多个圆形的盘坑201，在图3中示出了6个盘坑201，在其他一些实施例中，也可以是其他盘坑数量和排列方式，例如沿与托盘200 同心圆环上的8个盘坑，或是沿着托盘200多个同心圆环上排布的不同数量盘坑，亦或是与托盘200同心设置的单个盘坑。在本实例的盘坑201中，盘坑201的内侧壁设置有向盘坑201圆心方向延伸的凸台，凸台的位置取决于晶圆缺口的位置，在本实施例中，晶圆缺口远离托盘200圆心的方向，凸台亦设置在盘坑201中远离托盘200圆心的方向。

在图2A为图2中A处的放大图，在盘坑201中还设置有多个支撑台阶 203，支撑台阶203的上表面低于托盘200的上表面，避免过高影响盘坑201 对晶圆的限位作用，且支撑台阶203具有尽量小的承载面积，以减少对晶圆背面局部区域的温度扰动，多个支撑台阶203可以均匀或非均匀的分布在盘坑201的内侧壁。在图2B中，凸台202的上表面高度大于支撑台阶203上表面的高度，使凸台202的内侧壁可以与缺口的侧面部分对齐，进而让凸台202的热量直接辐射到缺口区域，以实现对晶圆缺口处的温度调节，可以通过调整凸台202高出支撑台阶203上表面的距离来减少凸台向内延伸的距离，实现向晶圆传导总热量的恒定。利用凸台高度和凸台向内延伸距离两个参数调整晶圆缺口处的热均匀性。在图2A的实施例中，使凸台202上表面和托盘 200上表面高度相同，用以模拟晶圆边缘其他位置处与盘坑201的热传导环境，相当于盘坑201内侧壁的延伸，也即在一些实施例中，凸台202可以与盘坑201侧壁一体设置，通过调整凸台和晶圆缺口的距离，实现对缺口处温度的补偿，达到晶圆边缘受热均匀的目的。

如图2C为将晶圆210放入盘坑201时的示意图，在本实施例中，针对晶圆的缺口为平边211的情况，凸台202具有与托盘200相同的上表面高度，且凸台202的内侧面包括一远离平边211的远部2022和靠***边211的近部 2021，凸台202可以视为一等腰梯形，其远部2022为等腰梯形的两腰，近部 2021为等腰梯形的短边且与平边211平行。晶圆210的平边211与盘坑接触时，平边211的两端会与盘坑侧壁接触，对晶圆210的位置进行限定。此时，其中近部的长度为L，近部距离平边211的距离为D。在一些实施例中，针对晶圆为2寸、4寸和6寸情况，可以调整长度L的取值为5～25mm，距离D的取值为0.2～2mm可以达到最好的温度调整效果。如果L的取值大于25mm，则使凸台过于接***边211的两端，平边211的两端已经和盘坑侧壁接触，此时再受到近部2022的热辐射，会造成温度过高，破坏两端的热均匀性。L的取值小于5mm则不足以对平边中心区域进行热补偿；距离D的取值小于0.2mm 则会在晶圆210的平边受热膨胀时与其接触造成接触点温度过高，取值大于 2mm则达不到调整的效果。在缺口为平边的情况下，只有平边211的中间区域距离盘坑201的侧壁距离最远，导致该处温度最低，而在平边211的两边区域距离盘坑的侧壁较近则不需要单独进行温度补偿，所以在本实施例中，凸台202设置于正对平边211中间区域的位置，并且通过凸台202的远部弱化对平边211的两边区域的过度加热。

如图3为本实用新型的另一实施例示意图，在该实施例中，与其他实施例的区别在于，晶圆310的缺口为V形口311，相应的凸台302的形状轮廓与V形口311相同，例如可以视为三角形的凸台302，凸台302的内侧壁距离V型口311的距离范围为0.2～2mm，以等效晶圆310的边缘其他区域距离盘坑的内侧壁的距离，实现盘坑侧壁对晶圆310均等的热辐射。

如图4为本实用新型提供的一种金属有机化学气相沉积装置示意图，包括反应腔420，设置于反应腔420顶部的输气装置430，用于向气体喷淋头 431输送沉积所需的各种气体，经气体喷淋头431进行匀流处理后流向设置于气体喷淋头431下的托盘400，托盘400上设置有若干个盘坑，盘坑中设置有如上述实施例中的凸台。托盘400沿其中心轴转动，凸台设置于托盘400 的直径方向上，提高每片晶圆的受热对称性，在一些实施例中，凸台设置于盘坑远离托盘圆心的位置，在另一些实施例中，凸台设置于靠近托盘圆心的位置。在本实施例中的MOCVD装置中，还包括加热装置用于对托盘进行加热，和位于反应腔420底部的气体排出装置。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供了一种应用于气相沉积反应腔的托盘，通过在盘坑侧壁设置与晶圆缺口处对应的凸台，使晶圆定位缺口处距离盘坑侧壁的距离得到减小，凸台可以起到盘坑侧壁延伸的作用，以形成适用于晶圆边缘轮廓的不规则盘坑，达到调节晶圆边缘温度分布的目的，有利于晶圆边缘和整体温度的均一性，提高晶圆化学沉积的膜厚一致性。

本实用新型公开的晶圆托盘不限于应用于上述MOCVD装置，在其他化学沉积装置中也可以适用，此处不再赘述。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种晶圆托盘，用于承载待处理晶圆，其特征在于，包括：

位于所述托盘上形状为圆形的盘坑,所述盘坑内具有多个支撑台阶，用于放置所述晶圆；

所述盘坑的内侧壁设置有向所述盘坑圆心方向延伸的凸台，所述凸台的上表面高度大于所述支撑台阶的上表面高度，且所述凸台不与所述晶圆边缘接触。

2.如权利要求1所述的晶圆托盘，其特征在于，所述晶圆具有缺口，所述凸台位置与所述缺口位置对应。

3.如权利要求2所述的晶圆托盘，其特征在于，所述缺口为平边，所述凸台的内侧面分为远离平边的远部和靠***边的近部。

4.如权利要求3所述的晶圆托盘，其特征在于，所述近部的长度为5～25mm，所述近部距离所述平边的距离为0.2～2mm。

5.如权利要求4所述的晶圆托盘，其特征在于，所述凸台沿所述托盘直径方向延伸。

6.如权利要求3所述的晶圆托盘，其特征在于，所述凸台为梯形。

7.如权利要求2所述的晶圆托盘，其特征在于，所述缺口为平边，所述凸台的内侧面与所述平边平行。

8.如权利要求2所述的晶圆托盘，其特征在于，所述缺口为V形，所述凸台的内侧面与所述缺口形状相同。

9.如权利要求8所述的晶圆托盘，其特征在于，所述凸台的内侧面距离所述缺口的V形面的距离为0.2～2mm。

10.如权利要求1所述的晶圆托盘，其特征在于，所述盘坑的数量大于等于1。

11.如权利要求1所述的晶圆托盘，其特征在于，所述托盘为石墨托盘。

12.一种化学气相沉积设备，其特征在于，包括：

反应腔，用于处理半导体晶圆；

输气装置，用于向反应室内输入反应气体；

以及，如权利要求1-11任一项所述的晶圆托盘。

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