專利名稱：一種載片托盤、托盤裝置和結晶膜生長設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體加工/處理技術，尤其涉及一種用于承載被加工工件的載片托盤及應用該載片托盤的托盤裝置和結晶膜生長設備。
背景技術：
目前隨著技術的發展，化學氣相生長(Chemical Vapor Deposition,簡稱為CVD)技術已經得到越來越多的應用。特別是其中的金屬有機化學氣相生長(Metal OrganicChemical Vapor Deposition，簡稱為M0CVD)技術，因其具有鍍膜成分易控、鍍膜均勻致密以及附著力好等優點而逐漸成為工業界主要的鍍膜技術。所謂MOCVD技術是指，利用金屬有機化合物(Metal Organic,簡稱為MO)作為源物質的一種化學氣相生長技術,其原理為使有機金屬原料氣體、氫化氣體或鹵化氣體進行熱分解反應而在氣相中使薄膜生長。在實 際工藝中，將進行上述CVD反應的設備稱為CVD設備；將使用MO氣體進行CVD反應的設備稱為MOCVD設備。通常，諸如結晶膜生長設備等的CVD設備包括有工藝腔室，在工藝腔室內設置有用于承載諸如基片等的被加工工件的托盤，該托盤上的用于承載基片的表面為平直表面。在工藝腔室外設置有感應加熱器，用以通過感應加熱的方式來對腔室內部進行加熱，以使置于托盤上的被加工基片能夠處于工藝所需溫度。在實際工藝過程中，置于托盤上的被加工基片的上下兩個表面往往存在著溫度差，即，與托盤相接觸的基片下表面的溫度略高于該基片上表面的溫度，這將導致該基片在內力的作用下發生彎曲變形而使其邊緣部分向上翹起，從而致使基片在工藝過程中不能與托盤貼合。也就是說，采用現有的托盤承載被加工基片時，在實際工藝過程中基片的下表面往往會發生變形而致使自其中心向邊緣逐漸遠離平直的托盤，從而導致基片上表面(需要生長結晶膜的表面)中各點的溫度存在差異，這便使得在結晶膜生長工藝中，基片上表面生長結晶膜的速度及厚度不一致，從而降低產品良率。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供了一種載片托盤，其可用于在半導體處理工藝過程中承載被加工工件，并使被加工工件因應力變形后仍可以與該托盤的承載表面較好地接觸，從而使被加工工件中用于生長結晶膜的表面受熱均勻，進而提高薄膜生長速度及薄膜生長厚度的均勻性。為解決上述技術問題，本發明還提供了一種托盤裝置，其包括多個本發明提供的上述載片托盤，其同樣能夠提高被加工工件上薄膜生長速度及薄膜生長厚度的均勻性。為解決上述技術問題，本發明還提供了一種結晶膜生長設備，其設置有本發明提供的上述載片托盤和/或托盤裝置，因而能使其內的被加工工件上所生長的薄膜厚度均勻，具有較高的產品良率。為此，本發明提供了一種用于結晶膜生長設備的載片托盤，在所述載片托盤的至少一個表面上形成有用于容納基片的凹槽，并且對于每一個凹槽而言，其槽底到槽口的距離自凹槽中心向凹槽邊緣逐漸減小。
其中，所述凹槽的槽底呈曲面形狀。其中，所述凹槽槽底的曲面形狀是基于被加工基片在半導體處理工藝中的形變量而預先確定的。其中，所述凹槽在與槽口相平行的平面上的截面形狀為矩形、圓形或多邊形。其中，對于載片托盤的每一個表面而言，其上所設置的凹槽的數量均為多個。此外，本發明還提供一種用于結晶膜生長設備的托盤裝置，其包括多個本發明提供的上述載片托盤，并且相鄰載片托盤之間具有一定間距。其中，所述多個載片托盤沿縱向層疊設置或者沿橫向層疊設置。其中，在所述多個縱向層疊設置的托盤中，除最底層的托盤外，在各托盤的背面設置第一凸起部，并在與背面設置有第一凸起部的各托盤相對設置的托盤的正面設置與所述第一凸起部相配合的第二凹進部；和/或在所述多個層疊設置的托盤中，除最底層的托盤夕卜，在各托盤的背面設置第一凹進部，并在與背面設置有第一凹進部的各托盤相對設置的托盤的正面設置與所述第一凹進部相配合的第二凸起部；并且借助于所述第一凸起部和第二凹進部之間的配合和/或所述第二凸起部和第一凹進部之間的配合，而將相鄰托盤彼此保持一定間距地置直在一起。其中，所述托盤裝置還包括陪襯托盤，所述陪襯托盤沿載片托盤層疊方向設置在所述載片托盤的外側。其中，所述載片托盤和陪襯托盤均呈環狀結構，并且所述凹槽設置在所述載片托盤的環形實體部分。其中，所述載片托盤和陪襯托盤均采用石墨材料制成，并且其表面具有SiC涂層。此外，本發明還提供一種結晶膜生長設備，其包括工藝腔室，在所述工藝腔室內設置有本發明提供的上述的載片托盤，用于承載被加工基片。此外，本發明還提供一種結晶膜生長設備，其包括工藝腔室，在所述工藝腔室內設置有本發明提供的上述托盤裝置，用于承載被加工基片。本發明的有益效果本發明提供的載片托盤，在其至少一個表面上設置有用于容納被加工基片的凹槽，所述凹槽槽底到槽口的距離自凹槽中心向凹槽邊緣逐漸減小，這便使得其所承載的被加工基片在工藝過程中因應力作用產生變形后仍能借助于與凹槽的貼合而增大與載片托盤的接觸面積，從而使被加工基片能夠大致均勻地從載片托盤上獲取熱量，從而使被加工基片上用于生長薄膜的表面受熱較均勻，進而使該表面上各點的薄膜生長速率和厚度大致相同，從而提聞廣品質量和良率。本發明提供的托盤裝置因其包括多個層疊設置的本發明提供的上述載片托盤，因而其同樣具有可使被加工工件中用于生長薄膜的表面受熱均勻、并能提高薄膜生長速度及薄膜生長厚度的均勻性的優點。本發明提供的結晶膜生長設備因其內部設置有本發明提供的上述載片托盤和/或托盤裝置，因而其能使置于其內的被加工工件上的薄膜生長速度及薄膜生長厚度大致均勻，從而提聞廣品良率。
圖Ia為本發明第一實施例提供的載片托盤的俯視圖；圖Ib為圖Ia所示載片托盤沿a-a線的剖視圖；圖Ic為本發明第二實施例提供的載片托盤的剖視圖；圖Id為本發明第三實施例提供的載片托盤的剖視圖；圖2為承載有變形后的被加工基片的載片托盤的剖視圖；圖3為本發明一個實施例提供的托盤裝置的結構示意圖；圖4a為圖3所示托盤裝置中的一個載片托盤的俯視圖； 圖4b為圖4a所示載片托盤沿b_b線的剖視圖。
具體實施例方式為使本技術領域的人員更好地理解本發明的技術方案，先對本發明中出現的幾個術語進行解釋。其中，所謂“承載表面”指的是其上形成有凹槽且用于承載被加工工件的托盤的那一表面，例如，當托盤上表面用于承載被加工工件時，該上表面即為承載表面。所謂“槽口 ”指的是凹槽在托盤的承載表面上的開口 ；所謂“槽底”指的是凹槽的底面，其在槽口所在平面上的投影為整個槽口區域。此外，本發明三個實施例提供的載片托盤的俯視圖均如圖Ia所示，因此為了簡潔，在附圖只示出一個載片托盤的俯視圖。下面結合附圖對本發明提供的載片托盤、托盤裝置及包含該載片托盤和/或托盤裝置的結晶膜生長設備進行詳細說明。圖Ia為本發明第一實施例提供的載片托盤的俯視圖；圖Ib為圖Ia所示載片托盤沿a-a線的剖視圖。請一并參閱圖Ia和圖lb，本實施例提供的載片托盤10的上表面為承載表面，在該承載表面上形成有用于容納被加工基片的凹槽11，其槽底到槽口的距離自凹槽11的中心向其邊緣逐漸減小。該凹槽11呈球冠形狀，其沿a-a線的剖面形狀為弓形。在該剖視圖中，槽底呈向下凹陷的弧線形，并且該弧線的最底點對應于該凹槽中心。該弧線上各點的切線斜率自凹槽11的中心向凹槽11的邊緣逐漸增大且連續變化，即，該凹槽11的槽底的形狀為凹曲面。圖Ic為本發明第二實施例提供的載片托盤的剖視圖。類似于前述第一實施例，第二實施例中的載片托盤10的承載表面同樣為其上表面，并且在該承載表面上形成有用于容納被加工基片的凹槽11，其槽底到槽口的距離自凹槽11的中心向其邊緣逐漸減小。本發明第二實施例與第一實施例的不同之處在于第二實施例中的凹槽11為圓錐臺形狀，其沿a-a線的剖面形狀為梯形。在該剖視圖中，槽底包括梯形的下底及梯形的兩個腰，并且該梯形的每一個腰上的各點具有相同的斜率。圖Id為本發明第三實施例提供的載片托盤的剖視圖。類似于前述第一實施例，第三實施例中的載片托盤10的承載表面同樣為其上表面，并且在該承載表面上形成有用于容納基片的凹槽11，其槽底到槽口的距離自凹槽11的中心向凹槽11的邊緣逐漸減小。本發明第三實施例與第一實施例的不同之處在于第三實施例中凹槽11呈棱面形球體的球冠狀，其沿a-a線的剖面形狀為多邊形，并且該多邊形中最長的那個邊與槽口相對應。在該剖視圖中，槽底為由多個線段構成的折線，其中的最底端線段對應于該凹槽11的中心區域，并且該折線中各線段的斜率自最底端線段向最頂端線段逐漸增大。需要指出的是，雖然在上述實施例中，凹槽槽口的形狀為圓形，但在實際應用中也可以對應于基片的形狀而采用其他形狀，如矩形或多邊形，即，在實際應用中可以根據需要使凹槽在與槽口相平行的平面上的截面形狀為矩形、圓形或多邊形。還需要指出的是，雖然在上述實施例中，僅在載片托盤的上表面設置一個用于容納基片的凹槽，但是在實際應用中也可以根據需要而在該表面上設置多個用于容納基片的凹槽，或者在載片托盤的上下兩個表面均設置上述凹槽，且每個表面上凹槽的數量可以根據實際需要而預先設定。可以理解，在實際應用中載片托盤上的凹槽的數量優選為多個，這樣，每個載片托盤就可在單次工藝中同時承載多個基片，從而提高載片托盤的利用率和半導體工藝的處理效率。進一步需要指出的是，本發明載片托盤的槽底形狀可以基于被加工基片在半導體處理工藝中的形變量而預先確定，例如，可以根據實驗或以往經驗而預先獲得被加工基片在加工過程中的形變量，并基于此而設置槽底形狀，以使該槽底的形狀與被加工基片變形 后的形狀相配合。在此，所謂相配合指的是在工藝過程中變形后的被加工基片與該凹槽可大致貼合，以使該基片上的各點能夠大致均勻從載片托盤上獲取熱量。可以理解，本發明中各附圖僅僅是示意性地示出各凹槽的形狀，事實上，實際應用中的凹槽要淺于圖中所示，換言之，在實際應用中的凹槽槽底的彎曲度或斜率要小于圖中所示。圖2為承載有變形后的被加工基片的載片托盤的剖視圖。如圖所示，在載片托盤10上表面的凹槽11內放置有基片18，在工藝過程中該基片18因其上下兩個表面存在溫度差而在內力的作用下發生彎曲變形，其變形后的形狀能夠與凹槽11相配合，即，基片18下表面與凹槽11的槽底貼合，從而使基片18上的各點能夠大致均勻地從載片托盤上獲取熱量并使基片18上表面中各點的溫度大致相同，進而使基片18上表面各處的薄膜生長速率和薄膜厚度大致均勻，從而提高產品質量。需要指出的是，基片的初始形狀與所述凹槽的槽口形狀相對應，S卩，當被加工基片的原始形狀為矩形、圓形或多邊形時，所述凹槽在與槽口相平行的平面上的截面形狀應當對應地設置為矩形、圓形或多邊形。圖3為本發明一個實施例提供的托盤裝置的結構示意圖；圖4&為圖3所示托盤裝置中的一個載片托盤的俯視圖；圖4b為圖4a所示載片托盤沿b-b線的剖視圖。請一并參閱圖3、圖4a和圖4b，本實施例提供的托盤裝置包括四個相互平行且沿縱向自上而下依次層疊設置的環形托盤31 34。其中，在這4個載片托盤中，每一個載片托盤均呈環形，其環形實體部分23上設置有多個本發明提供的上述凹槽21，用于承載諸如基片等的被加工工件；環形實體部分23環繞形成中空部分22，以供氣體輸送系統等機構穿過。所述凹槽21的具體結構如本發明前述實施例所示，在此不贅述。通常，這4個載片托盤可采用這樣的方式進行連接與固定S卩，在處于最上面的3個載片托盤的背面設置第一凸起部(圖中未示出)，與之相對應，在處于最下面的3個載片托盤的正面設置與所述第一凸起部相配合的第二凹進部(圖中未示出)，換言之，在圖3所示4個載片托盤中，在除最底層載片托盤34以外的各載片托盤31 33的背面設置第一凸起部，并在背面設置有第一凸起部的各載片托盤31 33的下方且與其相對設置的各載片托盤32 34的正面，設置與上述第一凸起部相配合的第二凹進部)，借助第一凸起部和第二凹進部之間的配合而將相鄰載片托盤彼此保持一定間距地疊置在一起。通常，相鄰載片托盤之間的間距可以設置為O. 5cm 8cm,優選為Icm 3cm,以便在載片托盤31 34上放置諸如基片等的被加工工件并使工藝氣體通過。當然，在實際應用中，相鄰托盤之間也可以采用這樣的方式來進行連接和固定即，在多個托盤的背面設置第一凹進部，并在背面設置有第一凹進部的各托盤的下方且與其相對設置的各托盤的正面，設置與上述第一凹進部相配合的第二凸起部，借助第二凸起部和第一凹進部之間的配合而將相鄰托盤彼此保持一定間距地疊置在一起。事實上，前述第一凹進部和第二凹進部可以設置成圍繞托盤裝置旋轉軸的封閉環狀結構，相應地，與之相配合的第二凸起部和第一凸起部可以設置成圍繞托盤裝置旋轉軸的封閉環狀結構；或者，前述第一凸起部及與之配合的第二凹進部、第一凹進部及與之配合的第二凸起部也可以設置為不連續的結構，只要能夠借助于相鄰托盤上的凸起與凹進之間的相互配合而將托盤連接在一起即可，而不必限定所述凸起和凹進的具體形狀結構。至于載片托盤的材料，可以采用包括石墨、鑰、鑰合金等耐高溫且化學性質穩定的材質。當采用石墨作為托盤的材料時，優選在托盤表面設置一層SiC涂層。此外，本發明所 提供的托盤裝直可用于承載諸如監寶石、Ge、GaAs> GaN> SiC、Si等材料的基片以進彳了相應的結晶膜生長工藝。需要指出的是，上述各附圖及實施例均以圓形的載片托盤為例對本發明提供的托盤裝置結構加以描述，但本發明并不局限于此，技術人員可根據實際需要而對各托盤的形狀進行變型或改進，并且該變型和改進均應視為本發明的保護范圍。而且，本發明提供的托盤裝置中的托盤數量不必局限于前述實施例所述的四個，而是可以為η個，其中η為大于等于2的整數。需要指出的是，當本發明提供的托盤裝置用于半導體處理工藝時，可將最低層托盤和最頂層托盤設置為陪襯托盤，以阻止整個托盤裝置的散熱，從而確保溫度場的均勻，以便提高熱能利用率，避免造成能量浪費。作為本發明的另一種技術方案，本發明還提供了一種結晶膜生長設備，其包括工藝腔室，在所述工藝腔室內設置有本發明提供的上述的載片托盤和/或托盤裝置，用于承載被加工基片。其中所述基片變形后的形狀與所述凹槽的形狀相配合，即所述基片變形后的形狀能夠與所述凹槽貼合。可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種用于結晶膜生長設備的載片托盤，其特征在于，在所述載片托盤的至少一個表面上形成有用于容納基片的凹槽，并且對于每一個凹槽而言，其槽底到槽口的距離自凹槽中心向凹槽邊緣逐漸減小。
2.根據權利要求I所述的載片托盤，其特征在于，所述凹槽的槽底呈曲面形狀。
3.根據權利要求I所述的載片托盤，其特征在于，所述凹槽槽底的曲面形狀是基于被加工基片在半導體處理工藝中的形變量而預先確定的。
4.根據權利要求I所述的載片托盤，其特征在于，所述凹槽在與槽口相平行的平面上的截面形狀為矩形、圓形或多邊形。
5.根據權利要求I所述的載片托盤，其特征在于，對于載片托盤的每一個表面而言，其上所設置的凹槽的數量均為多個。
6.一種用于結晶膜生長設備的托盤裝置，其特征在于，包括多個如權利要求1-5中任意一項所述的載片托盤，并且相鄰載片托盤之間具有一定間距。
7.根據權利要求6所述的托盤裝置，其特征在于，所述多個載片托盤沿縱向層疊設置或者沿橫向層疊設置。
8.根據權利要求7所述的托盤裝置，其特征在于，在所述多個縱向層疊設置的托盤中，除最底層的托盤外，在各托盤的背面設置第一凸起部，并在與背面設置有第一凸起部的各托盤相對設置的托盤的正面設置與所述第一凸起部相配合的第二凹進部；和/或 在所述多個層疊設置的托盤中，除最底層的托盤外，在各托盤的背面設置第一凹進部，并在與背面設置有第一凹進部的各托盤相對設置的托盤的正面設置與所述第一凹進部相配合的第二凸起部；并且 借助于所述第一凸起部和第二凹進部之間的配合和/或所述第二凸起部和第一凹進部之間的配合，而將相鄰托盤彼此保持一定間距地疊置在一起。
9.根據權利要求7所述的托盤裝置，其特征在于，還包括陪襯托盤，所述陪襯托盤沿載片托盤層疊方向設置在所述載片托盤的外側。
10.根據權利要求9所述的托盤裝置，其特征在于，所述載片托盤和陪襯托盤均呈環狀結構，并且所述凹槽設置在所述載片托盤的環形實體部分。
11.根據權利要求9或10所述的托盤裝置，其特征在于，所述載片托盤和陪襯托盤均采用石墨材料制成，并且其表面具有SiC涂層。
12.—種結晶膜生長設備，包括工藝腔室，其特征在于，在所述工藝腔室內設置有如權利要求1-5中任意一項所述的載片托盤，用于承載被加工基片。
13.—種結晶膜生長設備，包括工藝腔室，其特征在于，在所述工藝腔室內設置有如權利要求6-11中任意一項所述的托盤裝置，用于承載被加工基片。
全文摘要
本發明提供了一種用于結晶膜生長設備的載片托盤，在所述載片托盤的至少一個表面上形成有用于容納基片的凹槽，并且對于每一個凹槽而言，其槽底到槽口的距離自凹槽中心向凹槽邊緣逐漸減小。本發明還提供一種用于結晶膜生長設備的托盤裝置，其包括多個本發明提供的上述載片托盤，并且相鄰載片托盤之間具有一定間距。本發明還提供了一種結晶膜生長設備，其包括工藝腔室，在所述工藝腔室內設置有本發明提供的上述載片托盤和/或托盤裝置，用于承載被加工基片。本發明提供的載片托盤、托盤裝置和結晶膜生長設備，可生長厚度較均勻的薄膜，具有高的產品良率。
文檔編號H01L21/683GK102828169SQ201110158490
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者古村雄二, 張建勇, 徐亞偉 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司