阅读说明：本技术 一种化学气相沉积行星托盘装置及进气方法 (A kind of chemical vapor deposition planet pallet device and air inlet method ) 是由 梁土钦 孔令沂 孙国胜 邓菁 张新河 李锡光 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种化学气相沉积行星托盘装置,包括一基盘、一传动盘和多个与传动盘啮合的行星盘,传动盘和行星盘间隙设置于基盘的腔体内,腔体底部设有一开口,开口内设有一传动连接组件,传动连接组件一端与传动盘传动连接,传动连接组件另一端与基盘传动连接,基盘或所述传动连接组件由一驱动机构带动旋转,进而带动传动盘转动,传动连接组件底部设有一供辅助气体进入的支撑进气组件,支撑进气组件通过传动连接组件上的多个进气孔与开口连通。通过机械传动带动行星盘自转,保证各个行星盘的转速一致,本发明还公开了行星托盘装置的进气方法,通过注入辅助气体使行星盘悬浮,辅助行星盘转动,消除机械振动,提高行星盘转动稳定性。(The invention discloses a kind of chemical vapor deposition planet pallet devices, including a basal disc, one drive plate and multiple planetary plates engaged with drive plate, drive plate and planetary plate gap setting are in the cavity of basal disc, cavity bottom is equipped with an opening, a transmission connection component is equipped in opening, be sequentially connected component one end and drive plate transmission connection, be sequentially connected the component other end and basal disc transmission connection, basal disc or the transmission connection component are driven by a driving mechanism to be rotated, and then it is rotated with nutating disk, the component bottom that is sequentially connected is equipped with a support air intake assembly entered for auxiliary gas, air intake assembly is supported to pass through the multiple air inlets and open communication on transmission connection component.It is driven by the mechanical drive planetary plate rotation, guarantees that the revolving speed of each planetary plate is consistent, the invention also discloses the air inlet methods of planet pallet device, planetary plate is set to suspend by injection auxiliary gas, the rotation of secondary row astrolabe, eliminates mechanical oscillation, improves planetary plate rotational stability.)

一种化学气相沉积行星托盘装置及进气方法

技术领域

本发明属于半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种化学气相沉积行星托盘装置及进气方法。

背景技术

化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，其通过化学气相沉积装置得以实现。具体地，CVD装置通过进气装置将反应气体通入反应室中，并控制反应室的压强、温度等反应条件，使得反应气体发生反应，从而完成沉积工艺步骤。而化学气相沉积装置，是半导体器件制造工艺中一个十分关键的步骤。

在晶片上进行外延生长或进行化学气相沉积过程中，反应器的设计十分关键。现有技术，反应器有各种各样的设计，包括：水平反应室，该反应器中，晶片被安装成与流入分反应室气体成一定角度；垂直式反应器，该反应器中，当反应气体向下注入基片时，基片被放置在反应腔内的基片承载装置上并以相对较高的速度旋转；行星式旋转的水平反应器，该反应器中，反应气体从基盘中心位置注入反应器，沿径向向行星盘扩散，水平流过待加工晶片上表面，反应室气体高温下在晶片表面进行反应形成沉积层。

目前，行星式旋转的水平反应器是商业化的主流CVD反应器之一。为了控制晶片的片内厚度、片与片之间的外延层厚度，载流子的均匀性是一项关键的技术。现有的CVD行星旋转的水平反应器中，行星盘的旋转驱动多数采用气悬浮时设计，如申请号为201110133831.2的中国发明专利，名称为行星式外延生长设备中托盘的构成方法和装置，该发明专利公开了托盘装置的具体结构，包括主托盘1、张力盘2、基片盒组件等，反应气体通过石英套管442的内孔进入气相金属有机化合物发生化学淀积外延生长反应的腔体81，首先接触到旋转着的主托盘中部的张力盘2，反应气体沿主托盘1的底面径向向腔体连续均匀扩散，反应气体的浓度场和温度场沿托盘的径向由中心向外逐渐降低，基片靠近托盘中心的部分，反应气体的浓度和温度就高，基片远离托盘中心的部分，反应气体的浓度和温度就低，而基片盒组件带动基片绕其轴心发生的连续匀速自转，则使基片获得了相同的反应气源浓度场和温度场，从而保障基片获得厚度或掺杂浓度均匀的外延生长层，但在实际的使用过程中，该项技术存在诸多缺陷，由于驱动气流在底盘(即主托盘1)的流动的行程存在差异或气道容易产生的颗粒物等，行星盘(即基片盒组件)的自转的持续稳定性较差，行星盘的转速很难保证一致，致使各个行星盘的温度、气流在其上方的流场不一致，直接导致了工艺结果一致性较差，产品良率下降。

因此，发明人致力于设计一种化学气相沉积行星托盘装置及进气方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种化学气相沉积行星托盘装置，通过驱动机构带动基盘和传动盘转动，进而带动多个行星盘转动，保证各个行星盘的转速一致，同时，辅助气体使多个行星盘悬浮，辅助行星盘转动，消除机械振动，提高行星盘转动的稳定性。

本发明的又一目的在于：提供一种化学气相沉积行星托盘装置的进气方法，通过支撑进气组件和传动连接组件将辅助气体注入基盘型腔中，并从传动盘和多个行星盘的齿槽处进入反应室内，辅助行星盘转动，消除机械振动，提高行星盘转动稳定性。

为了达到上述目的，本发明所采用的一种技术方案为：

一种化学气相沉积行星托盘装置，包括一基盘、一传动盘和多个与所述传动盘啮合的行星盘，所述传动盘和行星盘间隙设置于所述基盘的腔体内，所述腔体底部设有一开口，所述开口内设有一传动连接组件，所述传动连接组件一端与所述传动盘传动连接，所述传动连接组件另一端与所述基盘传动连接，所述基盘或所述传动连接组件由一驱动机构带动旋转，进而带动所述传动盘转动，所述传动连接组件底部设有一供辅助气体进入的支撑进气组件，所述支撑进气组件通过所述传动连接组件上的多个进气孔与所述开口连通。

进一步，所述传动连接组件包括一上齿轮、一转轴和一下齿轮，所述上齿轮与所述下齿轮之间通过所述转轴固定连接，所述上齿轮与所述传动盘的内齿啮合，所述下齿轮与所述基盘的内齿啮合。

进一步，所述下齿轮底部设有一多边形状的安装槽，所述安装槽底部设有一环形的连接槽，多个所述进气孔位于所述连接槽底部，该连接槽用于将多个进气孔连通，便于气体扩散。

进一步，所述支撑进气组件包括一石英管和一石墨管，所述石墨管套设于所述石英管外并安装于所述安装槽上，所述石英管通过所述连接槽与多个所述进气孔连通。

进一步，所述下齿轮上设有一斜槽，所述斜槽外侧壁部分倾斜，便于将气体引向外侧，所述斜槽与多个所述进气孔连通。

进一步，所述驱动机构包括一驱动电机和一驱动齿轮组，所述驱动电机通过所述驱动齿轮组驱动所述基盘或所述下齿轮旋转。

优选的，所述驱动齿轮组一端套设于所述基盘外，所述驱动齿轮组另一端套设于所述驱动电机的驱动轴上，所述驱动电机通过驱动齿轮组驱动所述基盘转动。

为了达到上述目的，本发明所采用的另一种技术方案为：

一种化学气相沉积行星托盘装置，包括一基盘、一传动盘和多个与所述传动盘啮合的行星盘，所述传动盘和行星盘间隙设置于所述基盘的腔体内，所述腔体底部设有一开口，所述开口内设有一传动连接组件，所述传动连接组件一端与所述传动盘传动连接，所述传动连接组件另一端与所述基盘传动连接，所述基盘或所述传动连接组件由一驱动机构带动旋转，进而带动所述传动盘转动，所述传动连接组件底部设有一供辅助气体进入的支撑进气组件，所述支撑进气组件通过所述传动连接组件上的多个进气孔与所述开口连通。

进一步，所述传动连接组件包括一上齿轮、一转轴和一下齿轮，所述上齿轮与所述下齿轮之间通过所述转轴固定连接，所述上齿轮与所述传动盘的内齿啮合，所述下齿轮与所述基盘的内齿啮合。

进一步，所述下齿轮底部设有一多边形状的安装槽，所述安装槽底部设有一环形的连接槽，多个所述进气孔位于所述连接槽底部，该连接槽用于将多个进气孔连通，便于气体扩散。

进一步，所述支撑进气组件包括一石英管和一石墨管，所述石墨管套设于所述石英管外并安装于所述安装槽上，所述石英管通过所述连接槽与多个所述进气孔连通。

进一步，所述下齿轮上设有一斜槽，所述斜槽外侧壁部分倾斜，便于将气体引向外侧，所述斜槽与多个所述进气孔连通。

进一步，所述驱动机构包括一驱动电机和一驱动齿轮组，所述驱动电机通过所述驱动齿轮组驱动所述基盘或所述下齿轮旋转。

优选的，所述下齿轮下端延伸至所述基盘外，所述下齿轮的延伸端设有驱动轮齿并与一个或多个啮合的齿轮啮合组成所述驱动齿轮组，所述驱动电机通过驱动所述驱动齿轮组使所述下齿轮旋转。

为了达到上述又一目的，本发明所采用的技术方案为：

一种化学气相沉积行星托盘装置的进气方法，包括如下步骤：

辅助气体自所述支撑进气组件进入，通过多个所述进气孔进入所述开口内，所述开口内的辅助气体水平转向扩散后进入所述传动盘与所述基盘之间的间隙内，部分辅助气体自所述传动盘的齿槽处进入反应室内，另一部分辅助气体经过所述行星盘底部并从所述行星盘的齿槽处进入反应室内。

优选的，传动盘正上方设有一进气装置，当所述辅助气体进入所述反应室时，反应气体自所述进气装置垂直注入所述反应室内并沿所述传动盘径向方向向多个所述行星盘表面扩散。

与现有技术相比，本发明的化学气相沉积行星托盘装置有如下技术效果：电机通过传动连接组件带动基盘和传动盘转动，进而带动多个行星盘转动，保证各个行星盘的转速一致，致使各个行星盘的温度、气流在其上方的流场一致，使工艺结果一致性较好，产品良率上升，同时，辅助气体自支撑进气组件进入基盘的开口内，水平转向后进入行星盘与基盘之间的间隙中，使行星盘悬浮，消除机械振动，提高行星盘转动稳定性。

与现有技术相比，本发明的化学气相沉积行星托盘装置的进气方法有如下技术效果：辅助气体自支撑进气组件进入基盘，使行星盘悬浮，进而与行星盘的机械转动配合，辅助行星盘转动，提高行星盘转动稳定性，同时，带走托盘装置的热量。

附图说明

图1是本发明的基盘立体图；

图2是本发明的基盘俯视图；

图3是本发明化学气相沉积行星托盘装置的立体图；

图4是本发明第一实施例化学气相沉积行星托盘装置剖视图、局部放大图以及进气示意图；

图5是图4中的A处放大视图；

图6是本发明第一实施例的下齿轮立体图；

图7是本发明第一实施例的下齿轮另一视角立体图；

图8是本发明第二实施例化学气相沉积行星托盘装置剖视图以及进气示意图；

图9是图8中B处放大视图；

图10是本发明第二实施例的下齿轮立体图；

图11是本发明第二实施例的下齿轮另一视角立体图。

图示说明：

1、基盘，11、内齿，2、传动盘，3、行星盘，31、承载柱，4、传动连接组件，41、上齿轮，42、转轴，43、下齿轮，431、进气孔，432、斜槽，433、连接槽，434、安装槽，435、驱动轮齿，5、支撑进气组件，51、石英管，52、石墨管，6、驱动机构，61、驱动齿轮组，62、驱动电机，7、进气通道，8、轴承座，100、行星托盘装置，200、进气装置。

具体实施方式

下面结合附图，具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

如图1至图3所示，一种化学气相沉积行星托盘装置100，包括一基盘1、一传动盘2和多个行星盘3，传动盘2与多个行星盘3啮合，传动盘2和多个行星盘3均间隙设置于基盘1的腔体内，每个行星盘3中心通过轴承与基盘1的凸出轴转动连接，该行星盘3中心固定有一承载柱31，晶片套设于承载柱31上，整个托盘装置100位于反应室内，以下以具体的两个实施例为例，进行阐述。

实施例1

如图4至图7所示，是本发明化学气相沉积行星托盘装置100的第一实施例，本实施例的化学气相沉积行星托盘装置100还包括传动连接组件4、支撑进气组件5、驱动机构6和轴承座8。

如图4所示，所述传动连接组件4位于基盘1腔体底部的开口内，该传动连接组件4包括一上齿轮41、一转轴42和一下齿轮43，上齿轮41与下齿轮43之间通过转轴42固定连接，上齿轮41位于传动盘2下端的圆形凹槽内并与传动盘2下端圆形凹槽内的内齿啮合，如图5、图6和图7所示，下齿轮43位于基盘1的开口内并与基盘1开口侧壁上的内齿11啮合，下齿轮43上穿设有多个进气孔431，下齿轮43上设有一斜槽432，该斜槽432外侧壁部分倾斜，下齿轮43底部设有一多边形状的安装槽434，该安装槽434底部设有一环形的连接槽433，多个进气孔431位于连接槽433和斜槽432底部，将连接槽433与斜槽432连通，连接槽433、多个进气孔431、斜槽432、基盘1的开口以及传动盘2与基盘1之间的间隙共同组成进气通道7。

如图4所示，本实施例的驱动机构6用于驱动基盘1转动，所述驱动机构6包括一驱动电机62和一驱动齿轮组61，本实施例优选两个啮合的齿轮组成所述驱动齿轮组61，其中一个齿轮套设并固定于基盘1下端的延伸部位外，另一个齿轮套设于驱动电机62的驱动轴上，驱动电机62通过驱动齿轮组传动，直接带动基盘1转动。

如图4和图5所示，所述支撑进气组件5用于支撑整个传动连接组件4，进而支撑传动盘2，同时，该支撑进气组件5还用于供辅助气体进入，支撑进气组件5包括一石英管51和一石墨管52，石墨管52套设于石英管51外并固定安装于安装槽434上，石英管51通过连接槽433与多个进气孔431连通，以便石英管51的内孔与进气通道7对接连通，供辅助气体进入。

如图4所示，轴承座8套设于石墨管52和基盘1的下端的延伸部位上，该轴承座8与石墨管52间隙配合，以便基盘1转动时，基盘1通过下齿轮43带动支撑进去组件5一起转动。

如图4所示，本实施例的化学气相沉积行星托盘装置100的机械传动原理为：驱动电机62通过驱动齿轮组61驱动基盘1转动，基盘1驱动下齿轮43转动，下齿轮43带动石英管51和石墨管52一起转动，同时，下齿轮43通过转轴42带动上齿轮41转动，上齿轮41带动传动盘2转动，传动盘2驱动多个行星盘3自转，进而带动承载柱31上的晶片转动。

实施例2

如图8、图9、图10和图11所示，是本发明化学气相沉积行星托盘装置100的第二实施例，本实施例与第一实施例的区别在于：本实施例的下齿轮43下端延伸至基盘1外，下齿轮43的延伸端设有驱动轮齿435并与一个或多个啮合的齿轮啮合组成驱动齿轮组61，本实施例优选下齿轮43延伸端的驱动轮齿435与一个齿轮啮合，共同组成所述驱动齿轮组61，该齿轮套设于驱动电机62上，驱动电机62通过齿轮与驱动轮齿435啮合，直接驱动下齿轮43旋转。

如图8所示，本实施例的化学气相沉积行星托盘装置100的机械传动原理为：驱动电机62通过驱动齿轮组61驱动下齿轮43转动，一方面，下齿轮43驱动基盘1转动，另一方面，下齿轮43带动石英管51和石墨管52一起转动，同时，下齿轮43通过转轴42带动上齿轮41转动，上齿轮41带动传动盘2转动，传动盘2驱动多个行星盘3自转，进而带动承载柱31上的晶片转动。

如图4、图5、图8和图9，本发明两个实施例化学气相沉积行星托盘装置的进气方法相同，该进气方法包括如下步骤，辅助气体自石英管51的内孔注入，辅助气体依次经过连接槽433、多个进气孔431、斜槽432进入基盘1开口，基盘1开口内的辅助气体水平转向后沿传动盘2径向扩散，进入传动盘2与基盘1之间的间隙内，部分辅助气体自传动盘2的齿槽处进入反应室内，另一部分辅助气体经过行星盘3底部的间隙并从行星盘3的齿槽处进入反应室内，由于传动盘2正上方设有一进气装置200，当辅助气体进入反应室时，反应气体自进气装置200垂直注入反应室内并沿传动盘2径向方向向多个行星盘2表面扩散，反应气体水平流过待加工晶片上表面，反应室气体高温下在晶片表面进行反应形成沉积层。

本发明通过机械传动带动行星盘转动，进而带动不同行星盘上的晶片以相同的速度同步转动，确保化学气相沉积的工艺一致性，提升产品良率，同时，辅助气体自石英管进入进气通道，使行星盘悬浮，与行星盘的机械转动配合，辅助行星盘转动，提高行星盘转动稳定性，反应气体垂直注入反应室，并向行星盘扩散，水平流过待加工晶片上表面，晶片表面在高温条件下进行反应形成工艺性一致性好的沉积层。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。