一种用于半导体外延生长的托盘及半导体加工设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体外延设备技术领域，具体涉及一种用于半导体外延生长的托盘及半导体加工设备。


背景技术：

2.碳化硅(sic)材料是继第一代半导体材料硅(si)和第二代半导体(砷化镓gaas)后的第三代宽禁带半导体材料。碳化硅具有更高的禁带宽度、高临界击穿电场、高导热率、高载流子饱和漂移速度等优越的性能，是目前已知最为理想的半导体材料，将给短波长光电器件、射频和微波器件、大功率半导体电力转换模块的发展带来革命性的突破。作为半导体器件的理想材料，需要有高品质的碳化硅外延片，目前碳化硅外延片的制备方法是化学气相沉积法(cvd)。
3.cvd制备碳化硅外延片时，将晶圆放置于反应室的托盘上，通过进气装置将反应气体引入反应室内，并输送到放置在托盘上的晶圆表面进行处理，从而生长出特定的外延结构。反应室内用于承载晶圆的托盘是cvd设备中的核心部件之一，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。目前托盘上用于放置晶圆的凹槽上端为外开口，托盘转动开始的瞬间或转动停止的瞬间，产品由于惯性会从凹槽中滑出，搭在托盘的上表面，造成托盘运行不稳定、反应室温场不稳定，进而导致产品质量下降，甚至会直接造成产品报废，损失较大。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的不足与缺陷，本实用新型提供一种用于半导体外延生长的托盘及半导体加工设备，用于解决外延生长过程中，晶圆从托盘凹槽中滑出导致托盘运行不稳定、生长过程中温场、流场不稳定的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种半导体外延用托盘，包括：
6.托盘本体；
7.凹槽，设置在所述托盘本体上，且所述凹槽的侧壁向所述凹槽内部倾斜一定角度，所述凹槽用于容纳晶圆；
8.支撑结构，设置在所述托盘本体上，且所述支撑结构位于所述凹槽底部，所述支撑结构用于支撑所述晶圆，使所述晶圆与所述凹槽底部之间具有间隙。
9.于本实用新型的一实施例中，所述凹槽的侧壁向所述凹槽内部倾斜的角度为10～20
°
。
10.于本实用新型的一实施例中，所述凹槽槽口的直径对应于晶圆直径，所述凹槽底部的直径大于所述晶圆的直径。
11.于本实用新型的一实施例中，所述凹槽的侧壁包括：
12.第一侧壁，所述第一侧壁向所述凹槽外侧倾斜的角度为0～60
°
；
13.第二侧壁，与所述第一侧壁相连，且所述第二侧壁垂直于所述凹槽底部；
14.第三侧壁，与所述第二侧壁相连，且所述第三侧壁向所述凹槽内部倾斜的角度为10
°
～20
°
。
15.于本实用新型的一实施例中，所述第三侧壁顶端开口的直径对应于晶圆直径，所述第三侧壁底部的直径大于所述晶圆的直径。
16.于本实用新型的一实施例中，所述支撑结构与所述托盘本体之间为可拆卸连接。
17.于本实用新型的一实施例中，所述支撑结构为一环形凸起，所述环形凸起沿所述凹槽底部边缘设置。
18.于本实用新型的一实施例中，所述支撑结构包括多个扇形支撑块，多个所述扇形支撑块沿所述凹槽底部边缘间隔设置。
19.于本实用新型的一实施例中，所述支撑结构的外侧壁与所述凹槽的内侧壁之间具有预设间隙。
20.本实用新型的第二个方面是提供一种半导体加工设备，所述半导体加工设备包含上述用于半导体外延生长的托盘。
21.如上所述，本实用新型提供一种用于半导体外延生长的托盘，将托盘上用于容纳晶圆的凹槽设计成上小下大的锥形槽，这种设计可大幅度提高晶圆的固定性，减小晶圆由于惯性而从凹槽内滑出的概率，解决产品背面与凹槽接触，由于发生相对转动产生划伤的问题；凹槽侧壁可包括向凹槽外侧倾斜0～60
°
(外倾角，即，与凹槽底部呈90
°
～150
°
夹角)的第一侧壁，垂直于凹槽底部的第二侧壁以及向凹槽内侧倾斜10
°
～20
°
(内倾角，即与凹槽底部呈70
°
～80
°
夹角)的第三侧壁，第三侧壁可将晶圆固定在凹槽内，第一侧壁的设计可减小晶圆与托盘上表面的高度差，降低高度差对气流的影响，提高产品边缘掺杂浓度的均匀性。本实用新型提供的半导体加工设备包含本实用新型的半导体外延片用托盘，该托盘可大幅度提高晶圆的牢固性，从而减小晶圆在半导体加工设备中由于惯性从托盘中滑出的概率，进而提高产品的质量。
附图说明
22.通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
23.图1显示为本实用新型的用于半导体外延生长的托盘的主视结构示意图。
24.图2显示为本实用新型的用于半导体外延生长的托盘于一实施例中的主视结构示意图。
25.图3显示为图2中托盘本体、凹槽及支撑结构的主视结构示意图。
26.图4显示为图2中凹槽侧壁的结构示意图。
27.图5显示为本实用新型的用于半导体外延生长的托盘于一实施例中的俯视结构示意图。
28.附图标记
[0029]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
托盘本体
[0030]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹槽
[0031]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹槽侧壁
[0032]
211
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一侧壁
[0033]
212
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二侧壁
[0034]
213
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第三侧壁
[0035]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹槽底部
[0036]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
支撑结构
[0037]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
晶圆
具体实施方式
[0038]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0039]
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
[0040]
本实用新型提供一种用于半导体外延生长的托盘，可将晶圆固定在托盘的凹槽内，降低生长过程中晶圆从凹槽内滑出的概率，提高产品生长的稳定性。
[0041]
请参阅图1，本实用新型提供一种用于半导体外延生长的托盘，包括托盘本体1、凹槽2及支撑结构3。其中，凹槽2设置在托盘本体1上，用于容纳晶圆。凹槽2包括凹槽侧壁21及凹槽底部22，凹槽侧壁21向凹槽2内部倾斜一定角度(即内倾角)，该角度可为10
°
～20
°
，即凹槽侧壁21与凹槽底部22呈70
°
～80
°
的夹角，由此凹槽2形成上小下大的锥形槽，且凹槽2槽口的直径对应于晶圆4的直径，凹槽底部21的直径大于晶圆4的直径。半导体外延生长时，将晶圆4放入凹槽2内，在高温下，由于膨胀，晶圆4尺寸大于凹槽2顶端开口的直径，使其无法从凹槽2内滑出。支撑结构3设置在托盘本体1上，且支撑结构3位于凹槽底部22上，用于支撑晶圆4，使晶圆4与托盘本体1之间具有间隙，降低托盘向晶圆4边缘的热传导效率。
[0042]
参见图2至图4，在一实施例中，凹槽侧壁21包括第一侧壁211、第二侧壁212及第三侧壁213。其中，第一侧壁211向凹槽2的外倾斜0～60
°
的夹角，即第一侧壁211与凹槽底部22的夹角为90
°
～150
°
，例如第一侧壁211与凹槽底部22的夹角可为135
°
或者为150
°
；第二侧壁212与第一侧壁211的底部相连接，且第二侧壁212垂直于凹槽底部22；第三侧壁213与第二侧壁212的底部相连接，且第三侧壁213向凹槽2内部倾斜10
°
～20
°
，即第三侧壁213与凹槽底部22的夹角为70
°
～80
°
，例如可为70
°
、75
°
或者80
°
，第三侧壁213顶端开口的直径对应于晶圆直径，第三侧壁213底部的直径大于所述晶圆的直径。使用时，将晶圆4放入凹槽2内，在高温下，由于膨胀，晶圆4尺寸大于第三侧壁213顶端开口的直径，使其无法从第三侧壁213内滑出。正是由于第三侧壁213的限定，提高了晶圆的牢固性，使产品不会产生滑动，从而减少产品背面的划伤；另外，由于晶圆4的牢固性增加，凹槽2顶部可开设较大的外倾角(第一侧壁211与凹槽底部22之间的夹角)，有利于气体的扩散，增加产品边缘的均匀性。
[0043]
参见图1和图2，在一些实施例中，支撑结构3与托盘本体1之间为可拆卸连接，支撑结构3可以安装在托盘本体1上，也可以从托盘本体1上拆下，这就使得支撑结构3与托盘本
体1之间具有一层气体层。这样在生长过程中，托盘本体1的热量是先传导至气体层，再通过气体层传导至支撑结构3，再通过支撑结构3传导至晶圆，由于气体的导热率远远小于固体的托盘本体1与支撑结构3的导热率，因此，能够降低托盘向晶片10边缘的热传导率。
[0044]
参见图1、图2和5，作为示例，支撑结构3可为一环形凸起，环形凸起沿凹槽底部22边缘设置，环形凸起将晶圆的边缘支撑起来，使晶圆与凹槽底部22之间具有间隙。
[0045]
参见图1和图2，作为示例，支撑结构3也可为多个扇形支撑块(图中未示出)，多个扇形支撑块沿凹槽底部22边缘周向间隔设置，相邻两个扇形支撑块之间留有间隙，使凹槽底部22与晶圆之间的气体排出。
[0046]
参见图1和图2，在一些实施例中，支撑结构3的外侧壁与凹槽2的内侧壁之间具有预设间隙，这样可以增加晶圆的边缘至凹槽2的内侧壁的距离，以降低晶圆的边缘在半导体工艺过程中，受到来自凹槽2的内侧壁辐射的热量，从而能够进一步提高半导体工艺过程中晶圆在半导体工艺过程中的温度均匀性。
[0047]
本实用新型还提供一种半导体加工设备，半导体加工设备包含本实用新型中的托盘。
[0048]
综上所述，本实用新型提供一种用于半导体外延生长的托盘和半导体设备，可大幅度提高晶圆的固定性，减小晶圆由于惯性从凹槽内滑出的概率，解决产品背面与凹槽接触产生划伤的问题，提高产品的质量。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
[0049]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。