半导体加工设备及其托盘的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种半导体加工设备的托盘，用于在外延生长时放置晶圆，该托盘上设有若干收容晶圆的圆盘形凹槽，每个凹槽的内侧壁上设置有若干凸出的支撑点，其特征在于，至少一个凹槽中还设置有凸起装置，所述凸起装置从该凹槽的部分内侧壁向着凹槽中心延伸，延伸的距离小于凹槽的半径，且所述凸起装置的大小大于任一支撑点的大小。本实用新型在托盘凹槽中设有凸起装置，使凸起装置与晶圆缺口相吻合，弥补晶圆缺口邻近区域的温度损失；优选地，凸起装置与晶圆之间设有一定间隙，不发生直接接触，减少晶圆与石墨托盘的边缘直接接触面积。
【专利说明】半导体加工设备及其托盘
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及半导体【技术领域】，具体涉及一种半导体加工设备及适用于该设备 的放置晶圆的托盘。
【背景技术】
[0002] 在半导体加工设备中，M0CVD (金属有机化学气相沉积）设备作为一种典型的CVD 设备，能够提供在晶圆(例如蓝宝石外延片）表面生长用于发光的晶体结构GaN (氮化镓）时 所需的温度，压力，化学气体组分等条件。
[0003] M0CVD设备中设有真空的反应腔，反应腔中设有托盘，通过进气装置(例如喷淋头） 将反应气体引入反应腔内，并输送到放置在托盘上的多个晶圆的表面进行处理，从而生长 出特定的晶体结构例如GaN结构。
[0004] 承载晶圆（或晶片）的托盘(通常为石墨托盘）是M0CVD设备中最核心的部件之一， 尤其用来放置晶圆的凹槽（POCKET)设计直接影响薄膜沉积的性能。当前行业常用的凹槽 设计有如下两种：
[0005] 如图1所示，一种方案是在托盘的凹槽（POCKET)内沿着边缘设有一圈完整的凸 起，形成一个环形台阶Γ，晶圆的边缘和这个环形台阶Γ相接触，晶圆在整个工艺过程中 位于这个环形台阶Γ上。晶圆和石墨托盘上凹槽的接触面是一个完整的有一定宽度的环 形面。这种设计会因为边缘较大面积的接触，造成晶圆边缘和晶圆中心温差较大，影响晶圆 外围的沉积薄膜质量。
[0006] 如图2所示，另一种方案是在凹槽边缘凸起设置若干支撑点2'，晶圆是放置在这 些支撑点上，在整个工艺过程中晶圆只和这些支撑点2'相接触，也就是说晶圆和石墨托盘 上凹槽的直接接触的地方只有这些支撑点2'。这种方案减少了晶圆和凹槽之间因为接触不 均匀造成的晶圆温度不均匀。这种设计和前一种设计相比，能有效减少边缘温差造成的沉 积薄膜性能差异。
[0007] 如图3所示，在实际应用时，晶圆上往往会被切除掉一小部分，例如一个类似弓形 的缺口，形成取片平边(或缺口平边)，相应地在平边处会导致晶圆与凹槽侧壁间间距增大， 在晶圆的切口处有一较大的间隙3'，该间隙3'会引起局部气体流场异常，另外该间隙也会 造成局部热传导不均匀，导致缺口邻近区域温度偏低，影响薄膜沉积的质量。此外，在实际 应用时，也可能在晶圆上切除一小部分形成类似V型的缺口（notch)，也会导致缺口邻近区 域温度偏低，影响薄膜沉积的质量。 实用新型内容
[0008] 本实用新型提供一种半导体加工设备及其托盘，有效减少晶圆上缺口所造成的局 部区域温度偏低影响。
[0009] 为实现上述目的，本实用新型提供一种半导体加工设备的托盘，用于在外延生长 时放置晶圆，该托盘上设有若干收容晶圆的圆盘形凹槽，每个凹槽的内侧壁上设置有若干 凸出的支撑点，其特征在于，至少一个凹槽中还设置有凸起装置，所述凸起装置从该凹槽的 部分内侧壁向着凹槽中心延伸，延伸的距离小于凹槽的半径，且所述凸起装置的大小大于 任一支撑点的大小。
[0010] 上述晶圆具有缺口，凸起装置的形状大小与该缺口的形状大小相适配，所述凸起 装置对应于晶圆的缺口在该凹槽中的位置。
[0011] 上述凸起装置在托盘底面的投影和该缺口在托盘底面的投影形状大小相适配。
[0012] 上述凸起装置和该凹槽中所放置的晶圆相分隔。
[0013] 上述凸起装置在托盘底面的投影大致呈弓形。
[0014] 上述凸起装置包含连接凹槽内侧壁的曲边以及和该曲边两端相连的平边，所述晶 圆上具有取片平边，所述缺口大致呈弓形，凸起装置的平边和晶圆的取片平边之间相接近 且具有间隙，凸起装置的平边和晶圆的取片平边相平行或位于同一平面上。
[0015] 上述凸起装置在托盘底面的投影大致呈V型。
[0016] 上述凸起装置包含连接凹槽内侧壁的曲边和相互交叉成V型的第一平边和第二 平边，第一平边和该曲边的一端相连，第二平边和该曲边的另一端相连，所述晶圆上具有相 互交叉成V型的两个平边，所述缺口大致呈V型，所述凸起装置的第一平边和晶圆上的一个 平边相接近且具有间隙，所述凸起装置的第二平边和晶圆上的另一个平边相接近且具有间 隙，所述凸起装置和所述缺口在托盘底面上的投影大致重合。
[0017] 上述凸起装置的上表面呈阶梯状，或者凸起装置的上表面延伸后与托盘上表面之 间形成一夹角。
[0018] 上述凸起装置的上表面与托盘的上表面平行，所述支撑点的上表面与托盘的上表 面平行，所述凸起装置相对于托盘上表面的深度与所述支撑点上表面相对于托盘上表面的 深度一致。
[0019] 上述凸起装置的上表面与托盘的上表面平行，所述支撑点的上表面与托盘的上表 面平行，所述凸起装置的上表面相对于托盘上表面的深度略小于或略大于所述支撑点上表 面相对于托盘上表面的深度。
[0020] 上述凸起装置的上表面的面积大于任一所述支撑点上表面的面积。
[0021] 上述凸起装置包含一个或若干个凸出结构。
[0022] 上述凸出装置包含从凹槽内侧壁延伸出第一凸出结构，以及从第一凸出结构延伸 出的第二凸出结构，其中第一凸出结构和第二凸出结构的上表面均平行于托盘上表面，且 第一凸出机构上表面相对于托盘上表面的深度小于第二凸出机构上表面相对于托盘上表 面的深度。
[0023] 上述托盘为石墨托盘。
[0024] 上述至少一个凹槽包含托盘上收容晶圆的所有凹槽。
[0025] 上述半导体加工设备为金属有机化学气相沉积设备。
[0026] -种半导体加工设备，其特征在于，该设备为金属有机化学气相沉积设备，包含上 述的托盘。
[0027] 本实用新型半导体加工设备及其托盘与现有技术的半导体设备和托盘相比，通过 在托盘凹槽中设有凸起装置，以及使凸起装置和晶圆相分隔，即凸起装置与晶圆之间设有 一定间隙，不发生直接接触。由于该凸起装置的热量传递，能有效弥补晶圆缺口邻近区域的 温度损失，减少晶圆中缺口设计对该邻近区域的温度影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为现有技术提供的一种托盘凹槽的结构示意图；
[0029] 图2为现有技术提供的另一种托盘凹槽的结构示意图；
[0030] 图3为现有技术中晶圆置于托盘凹槽时的局部剖视示意图；
[0031] 图4为本实用新型一个实施例中半导体加工设备的托盘的部分俯视图；
[0032] 图5为本实用新型一个实施例中半导体加工设备的托盘中凹槽的局部剖视图；
[0033] 图6为本实用新型一个实施例中半导体加工设备的托盘中凹槽放置有晶圆时的 局部剖视图；
[0034] 图7为本实用新型一个实施例中半导体加工设备的托盘中凹槽放置有晶圆时的 俯视图；
[0035] 图8为本实用新型另一个实施例中半导体加工设备的托盘中凹槽放置有晶圆时 俯视图；
[0036] 图9为本实用新型一个实施例中半导体加工设备的托盘中凹槽的俯视图；
[0037] 图10为本实用新型另一个实施例中半导体加工设备的托盘中凹槽的俯视图。
【具体实施方式】
[0038] 以下结合附图，进一步说明本实用新型的具体实施例。
[0039] 本实用新型公开一种半导体加工设备及适用于该设备的托盘，具体地，该半导体 加工设备为半金属有机化学气相沉积（M0CVD)设备，该托盘为M0CVD设备中承载晶圆的石 墨托盘。该托盘用于在进行外延生长时放置晶圆。
[0040] 如图4所示，该托盘1上设有若干用于收容晶圆的凹槽2,本实施例中凹槽2采用 圆盘形结构。
[0041] 如图5并结合图4所示，每个凹槽2的内侧边缘处设置有若干凸出的支撑点3 (TAB)，同时至少一个凹槽2中还设置有凸起装置4 (Big TAB)，用于改善晶圆温度均匀性， 优选地，托盘上每个收容晶圆的凹槽2中都设置有凸起装置4。
[0042] 若干支撑点3规律分布于凹槽2内侧壁上，通常支撑点3的上表面与托盘1的上 表面平行。支撑点3设置的数量根据凹槽2的实际大小而定，使晶圆能平稳放置于凹槽2 中即可。为减少晶圆与支撑点3之间的接触面积，通常在保证晶圆平稳放置的前提下尽量 减少支撑点3的数量，以及减小支撑点3的上表面面积。例如支撑点3的上表面可以设为 类似三角形的形状，且支撑点3的侧壁设为略内凹的弧形，从而尽量减小支撑点3上表面的 面积。
[0043] 凸起装置4从该凹槽的部分内侧壁向着凹槽中心延伸，且延伸的距离小于凹槽的 半径，即凸起装置上任一部分和曲边的距离均小于凹槽的半径，此外凸起装置4的大小大 于任一支撑点的大小。在一个实施方案中，该凸起装置4由其上表面俯视观测，其形状大致 呈弓形，即凸起装置4的在托盘底面的投影大致呈弓形。凸起装置4包含连接凹槽内侧壁 的曲边以及和该曲边两端相连的平边，曲边一侧连接凹槽2的内侧壁，平边的一侧相对于 曲边一侧更接近凹槽中心位置。可以看出，该凸起装置上任一部分和曲边的距离均小于凹 槽的半径。在另一个实施方案中，凸起装置在托盘底面的投影大致呈V型，凸起装置包含连 接凹槽内侧壁的曲边和相互交叉成V型的第一平边和第二平边，其中第一平边和该曲边的 一端相连，第二曲边和该曲边的另一端相连。同样可以看出，该凸起装置上任一部分和曲边 的距离均小于凹槽的半径。
[0044] 在一个实施方案中，凸起装置4的上表面与托盘1的上表面平行，支撑点3的上表 面与托盘1的上表面平行。通常，凸起装置4上表面的相对于托盘1上表面的深度与支撑 点3上表面相对于托盘1上表面的深度可以设为一致，使得当托盘1水平放置时，该凸起装 置4的上表面和放置在凹槽2中的晶圆的下表面位于同一个水平面上。进一步地，也可以 根据实际工艺结果来调整，凸起装置4上表面的相对于托盘1上表面的深度可略小于或略 大于支撑点3上表面相对于托盘1上表面的深度，但深度调整不能影响晶圆的取放。
[0045] 在另一实施方案中，凸起装置4的上表面可以呈阶梯状，即凸起装置4的上表面不 同位置相对于托盘上表面的深度仅限于若干个取值中的一个。或者凸起装置4的上表面延 伸后与托盘上表面之间形成一夹角，即凸起装置4的上表面和托盘上表面之间并不平行。 本实施例中，凸起装置4的上表面与托盘1的上表面平行，支撑点3的上表面与托盘1的上 表面平行。从图4或图5中不难发现，凸起装置4的上表面的面积大于任意一个支撑点3 上表面的面积。
[0046] 如图6所示，晶圆5上往往会被切除掉一部分，例如类似弓形的缺口，形成取片平 边(或晶圆平边)，相应地在平边处会导致晶圆5与凹槽内侦幢之间的间距增大，造成在晶圆 5的切口处留有一个较大的间隙，该间隙会引起局部气体流场异常，造成局部热传导不均 匀，这都对晶圆5温度带来影响，造成缺口邻近区域温度较低。或者，晶圆5上被切除掉一 部分形成V型的缺口（notch)，也会导致缺口邻近区域温度偏低。而本实用新型所提出的凸 起装置4通过热量传递，能有效弥补该邻近区域的温度损失，从而改善薄膜沉积的质量。
[0047] 为改善热量传递效果，凸起装置4的大小通常会根据缺口的大小来调整，其大小 大于任意一个支撑点3的大小。优选地，凸起装置4的形状大小与其相对应晶圆5上缺口 的形状大小相适配，即形状大小大致吻合或大致相同；也就是说在形状上，凸起装置4的形 状和晶圆5上缺口的形状相同或者略有些差异，在尺寸上，凸起装置4的大小可能和晶圆5 上缺口的大小相同，也可能略大些或略小些。至少凸起装置4在托盘底面的投影和晶圆缺 口在托盘底面的投影形状大小相适配，即两者在托盘底面上的投影形状相同或者略有些差 异，大小相同或略有些差异。如图6所示，在一个实施方案中，凸起装置4在托盘底面的投 影大致呈弓形；相应地，晶圆的缺口也大致呈弓形，凸起装置4的平边和晶圆5的取片平边 相接近，两者之间保持一定的间隙，且凸起装置4的平边和晶圆5的取片呈平行关系或者位 于同一平面上。如图9所示，在另一个实施方案中，凸起装置4在托盘底面的投影大致呈V 形；相应地，晶圆的缺口也大致呈V形，凸起装置的第一平边41和晶圆上的一个平边相接近 且具有间隙，凸起装置的第二平边42和晶圆上的另一个平边相接近且具有间隙，凸起装置 4和缺口在托盘底面上的投影大致重合。
[0048] 当设有凸起装置4的凹槽2中放置有晶圆5时，凸起装置对应于晶圆的缺口在凹 槽中的位置，也就是说晶圆5和凸起装置4各自在托盘底面上的投影组合后形成一大致呈 圆形的图案(如图7或图8所示)，或者说晶圆5的缺口和凸起装置4在托盘底面上的投影 大致重合。在一个实施方案中，凸起装置4和其所在凹槽2中的晶圆5相分隔，即凸起装置 4和晶圆5之间有间隙，不发生接触凸起装置和该凹槽中所放置。本方案中，凸起装置4的 功能和凹槽2边缘处的支撑点3不同，不起任何支撑定位功能，仅仅是用来调整晶圆5对应 区域（即缺口邻近区域)的局部温场。凸起装置4和晶圆之间保持一定间隙。在另一个可选 方案中，也可以根据工艺结果调整凸起装置4和晶圆5之间间隙，使凸起装置4和晶圆5间 隙为零，甚至凸起装置4和晶圆5之间保持一定大小的接触面积。
[0049] 图6所示的一个实施例中，凸起装置4和晶圆相分隔，在托盘底面的投影大致呈弓 形，晶圆5的缺口大致呈弓形，晶圆5放置于凹槽中后，凸起装置4的平边与晶圆5的取片 平边相平行，即凸起装置的平边和晶圆5的取片平边在托盘1底面上的投影大致平行或完 全平行；在某些情形下，凸起装置4的平边与晶圆5的取片平边还可能位于同一个平面上， 凸起装置4的平边与晶圆5的取片平边在托盘1底面上的各自的投影相重合。不难理解， 为满足上述形状大小相适配且不相接触的要求，凹槽2的面积略大于晶圆5的面积。在另 一个实施例中，凸起装置4和晶圆相分隔，如图9所示，凸起装置4在托盘底面的投影大致 呈V型，相应地，晶圆5的缺口也大致呈V型，晶圆5放置于凹槽中后，凸起装置4的第一平 边41与晶圆上的一个平边相接近且具有间隙，凸起装置的第二平边42和晶圆上的另一个 平边相接近且具有间隙，且凸起装置4和晶圆5的缺口的投影大致重合。
[0050] 进一步的，凸起装置4可以包含一个或若干个凸出结构。
[0051] 如图7所示，为凸起装置4的一种实施例，该凸起装置4由一个整体的凸出结构构 成，该凸出结构大致呈弓形结构，，该凸起装置4的形状大小与晶圆5的取片平边的形状大 小相适配。本实施例中，凸起装置的平边和晶圆5的取片平边相平行，使得凸起装置4的平 边与晶圆5的取片平边保持不接触。
[0052] 如图8所示，为凸起装置4的另一种实施例，该凸起装置4大致呈弓形结构，包含 两个凸出结构，两个凸出结构分别为组成弓形结构的一部分，本实施例中，两个凸出结构对 称分布。可以理解，凸起装置4也可以包含更多个凸出结构，而其中凸出结构的数量和形状 可根据具体工艺要求可采用多种形式，凸出结构之间的组合方式也可以灵活选择。例如凸 出装置包含从凹槽内侧壁延伸出第一凸出结构，以及从第一凸出结构延伸出的第二凸出结 构，其中第一凸出结构和第二凸出结构的上表面均平行于托盘上表面，且第一凸出机构上 表面相对于托盘上表面的深度小于第二凸出机构上表面相对于托盘上表面的深度。
[0053] 如图9所示，为凸起装置4的一种实施例，该凸起装置4由一个整体的凸出结构构 成，该凸出结构大致呈V形结构，设置于凹槽2内壁的一侧，若干支撑点3环绕凹槽2内壁 设置。
[0054] 如图10所示，为凸起装置4的另一种实施例，凸起装置4大致呈V形，凸起装置4 包含两个凸出结构，优选的，这两个凸出结构对称分布。可以理解，凸起装置4包含的凸出 结构的数量和形状及组合方式可以根据需要灵活设置。同样该凸起装置4设置于凹槽2内 壁的一侧，若干支撑点3环绕凹槽2内壁设置。
[0055] 本实用新型还公开了一种半导体加工设备，具体地，该半导体加工设备为一种金 属有机化学气相沉积设备，其中放置晶圆的托盘采用上述设有凸起装置的托盘，优选地，该 托盘为石墨托盘，或者根据需要也可以选择其他材质的托盘。
[0056] 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。
【权利要求】
1. 一种半导体加工设备的托盘，用于在外延生长时放置晶圆，该托盘上设有若干收容 晶圆的圆盘形凹槽，每个凹槽的内侧壁上设置有若干凸出的支撑点，其特征在于，至少一个 凹槽中还设置有凸起装置，所述凸起装置从该凹槽的部分内侧壁向着凹槽中心延伸，延伸 的距离小于凹槽的半径，且所述凸起装置的大小大于任一支撑点的大小。
2. 如权利要求1所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述晶圆具有缺口，所述 凸起装置的形状大小与该缺口的形状大小相适配，所述凸起装置对应于晶圆的缺口在该凹 槽中的位置。
3. 如权利要求2所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置在托盘底 面的投影和该缺口在托盘底面的投影形状大小相适配。
4. 如权利要求2所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置和该凹槽 中所放置的晶圆相分隔。
5. 如权利要求4所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置在托盘底 面的投影大致呈弓形。
6. 如权利要求5所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置包含连接 凹槽内侧壁的曲边以及和该曲边两端相连的平边，所述晶圆上具有取片平边，所述缺口大 致呈弓形，凸起装置的平边和晶圆的取片平边之间相接近且具有间隙，凸起装置的平边和 晶圆的取片平边相平行或位于同一平面上。
7. 如权利要求2所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置在托盘底 面的投影大致呈V型。
8. 如权利要求7所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置包含连接 凹槽内侧壁的曲边和相互交叉成V型的第一平边和第二平边，第一平边和该曲边的一端相 连，第二平边和该曲边的另一端相连，所述晶圆上具有相互交叉成V型的两个平边，所述缺 口大致呈V型，所述凸起装置的第一平边和晶圆上的一个平边相接近且具有间隙，所述凸 起装置的第二平边和晶圆上的另一个平边相接近且具有间隙，所述凸起装置和所述缺口在 托盘底面上的投影大致重合。
9. 如权利要求1所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置的上表面 呈阶梯状，或者凸起装置的上表面延伸后与托盘上表面之间形成一夹角。
10. 如权利要求1所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置的上表面 与托盘的上表面平行，所述支撑点的上表面与托盘的上表面平行，所述凸起装置相对于托 盘上表面的深度与所述支撑点上表面相对于托盘上表面的深度一致。
11. 如权利要求1所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置的上表面 与托盘的上表面平行，所述支撑点的上表面与托盘的上表面平行，所述凸起装置的上表面 相对于托盘上表面的深度略小于或略大于所述支撑点上表面相对于托盘上表面的深度。
12. 如权利要求1所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置的上表面 的面积大于任一所述支撑点上表面的面积。
13. 如权利要求1所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸起装置包含一个 或若干个凸出结构。
14. 如权利要求13所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述凸出装置包含从 凹槽内侧壁延伸出第一凸出结构，以及从第一凸出结构延伸出的第二凸出结构，其中第一 凸出结构和第二凸出结构的上表面均平行于托盘上表面，且第一凸出机构上表面相对于托 盘上表面的深度小于第二凸出机构上表面相对于托盘上表面的深度。
15. 如权利要求1所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述托盘为石墨托盘。
16. 如权利要求1所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述至少一个凹槽包含 托盘上收容晶圆的所有凹槽。
17. 如权利要求1所述的半导体加工设备的托盘，其特征在于，所述半导体加工设备为 金属有机化学气相沉积设备。
18. -种半导体加工设备，其特征在于，该设备为金属有机化学气相沉积设备，包含如 权利要求1至17中任意一项权利要求所述的托盘。
【文档编号】H01L21/67GK203999905SQ201420331597
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】陈爱华, 方照诒, 张森, 吕青 申请人:中晟光电设备（上海）有限公司