半导体设备及其承载装置

技术领域

本申请涉及半导体加工领域，特别涉及一种半导体设备及其承载装置。

背景技术

气相沉积是一种常用的半导体加工工艺，该工艺是通过等离子体轰击靶材，进行能量交换，使靶材产生逸出电荷，逸出的电荷沉积在半导体待加工件上形成薄膜。在上述的工艺过程中，半导体待加工件(例如晶圆)设置在承载部上，在承载部一侧还设置有用于固定和保护承载部的保护环，靶材逸出的电荷除沉积在半导体待加工件上的部分外，还有部分电荷会沉积在保护环上，保护环上的电荷被稀释后会与半导体待加工件产生电势差而引起打火现象。因此，为了保证工艺过程不受此影响，需要使保护环和承载部相互绝缘。

在相关技术中，为了使保护环和承载部相互绝缘、且连接可靠性好，采用螺栓来使保护环和承载部固定连接，并通过在螺栓上设置绝缘垫使得保护环和承载部绝缘。这样的固定方式安装过程较为复杂，同时螺栓的紧固力会造成绝缘垫受到的压力较大。当工艺过程中温度上升时会引起螺栓、保护环和承载部膨胀而发生挤压，进而会增大绝缘垫被压碎的风险。

发明内容

本申请提出了一种半导体设备及其承载装置，能够解决相关技术中承载装置的承载部和保护环的连接可靠性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本发明公开了一种承载装置，包括：承载部、保护环和多个绝缘支撑件，其中：

所述承载部包括承载本体和围绕所述承载本体设置的外延部，所述外延部与所述承载本体相连，所述承载本体用于承载半导体待加工件；

每个所述绝缘支撑件具有支撑面，所述保护环通过与多个所述绝缘支撑件的所述支撑面接触支撑于所述外延部上，且多个所述绝缘支撑件设于所述保护环与所述承载部之间，以使所述保护环与所述承载部之间形成第一间隙。

第二方面，本发明还公开了一种半导体设备，包括反应腔室和上述的承载装置，所述承载装置设置在所述反应腔室内。

与相关技术相比，本申请的有益效果如下：

本申请实施例中，承载部中的承载本体能够承载安装半导体待加工件，外延部围设于承载本体，外延部上设置多个绝缘支撑件，每个绝缘支撑件具有支撑面，通过多个绝缘支撑件的支撑面使得保护环接触支撑于外延部上，保护环能够保护承载部，防止进行半导体工艺时，等离子体轰击承载部而导致承载部损坏。绝缘支撑件支撑于保护环，使得保护环相当于放置在承载部的上方，通过设置绝缘支撑件能够实现保护环和承载部的配合，进而使得承载部和保护环受热膨胀时不会受到绝缘支撑件的约束，进而避免挤压绝缘支撑件导致绝缘支撑件损坏，进而使得应用承载装置的半导体设备的可靠性更好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例公开的承载装置的整体结构示意图；

图2是本申请实施例公开的承载装置的局部放大示意图；

图3是本申请实施例公开的承载装置中绝缘支撑件与第一定位孔和第二定位孔配合的示意图；

图4是本申请实施例公开的承载装置中第二定位孔的俯视示意图；

图5是本申请实施例公开的承载装置中金属限位结构件的示意图；

图6是本申请实施例公开的承载装置的俯视示意图。

附图标记说明：

100-承载部，110-承载本体，120-外延部，121-第一定位孔，122-螺纹孔、200-冷却水盘，

300-保护环，310-第二定位孔，320-容置槽，330-通孔，

400-绝缘支撑件，410-第一支撑段，420-第二支撑段，421-第一环形面，

500-压环，

600-金属限位结构件，610-限位帽，620-连接段、620a-第二环形面、630-固定部，

700-半导体待加工件，

A-第一间隙，B-第二间隙，C-第三间隙，D-第四间隙。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

图1-图6示意性地显示了根据本申请的一个实施例的半导体设备的承载装置。所公开的承载装置包括承载部100、保护环300和多个绝缘支撑件400。该承载装置可以应用于半导体设备中。

承载部100是承载装置的基础构件，承载部100能够承载待半导体待加工件700，半导体待加工件700可以为晶圆等半导体元件，对此，本申请不作限制。承载部100包括承载本体110和外延部120。其中，承载本体110用于承载半导体待加工件700，承载本体110用于支撑半导体待加工件700的表面可设置为与半导体待加工件700的外形相适配的形状。例如，当半导体待加工件700为晶圆时，承载本体110的表面可以为圆形，且外径略大于晶圆的外径。当然，承载本体110用于承载半导体待加工件700的表面也可以是其他形状，例如矩形、三角形等，对此，本申请不作限制。

外延部120围绕承载本体110设置，外延部120可以为与承载本体110一体的结构，这样外延部120可作为承载本体110的延伸，进而为保护环300提供安装基础。当然，外延部120也可以为与承载本体110可拆卸连接，这样，承载本体110和外延部120之间可设置连接结构使两者可连接。

绝缘支撑件400设置于外延部120上，外延部120为多个绝缘支撑件400提供安装基础，多个绝缘支撑件400均具有支撑面，保护环300通过多个绝缘支撑件400的支撑面接触支撑于外延部120上，从而使得外延部120能够起到支撑保护环300的目的，使得保护环300保持稳定。保护环300围设于承载本体110，保护环300能够对承载本体110实施防护。

具体的，绝缘支撑件400具有第一端和第二端，第一端与承载部100连接，第二端与保护环300连接，也就是说，多个绝缘支撑件400设于保护环300和承载部100之间，从而使得保护环300与承载部100之间形成第一间隙A，第一间隙A为绝缘间隙。由于绝缘支撑件400为绝缘件，并且保护环300和承载部100之间具有第一间隙A，从而使得保护环300和承载部100之间相互绝缘，进而使保护环300与承载部100之间没有电势差，避免半导体待加工件700在加工时发生打火现象。

本申请实施例中，承载部100中的承载本体110能够承载安装半导体待加工件700，外延部120围设于承载本体110，外延部120上设置多个绝缘支撑件400，绝缘支撑件400具有支撑面，通过多个绝缘支撑件400的支撑面使得保护环300接触支撑于外延部120上，保护环300相当于放置在承载部100的上方，通过设置绝缘支撑件400能够实现保护环300和承载部100的配合，进而使得承载部100和保护环300受热膨胀时不会受到绝缘支撑件400的约束，进而避免挤压绝缘支撑件400导致绝缘支撑件400损坏，进而使得应用承载装置的半导体设备的可靠性更好。

在进行半导体工艺时，承载装置可设置在反应腔室内，反应腔室内可设置等离子体发射装置和靶材组件，等离子体发射装置朝向靶材组件发射等离子体，进而轰击靶材组件形成粒子，最终沉积在承载装置的半导体待加工件，最终在半导体待加工件700表面可形成薄膜。

可选的，承载部100的底部可设置冷却水盘200，冷却水盘200能够支撑承载部100，冷却水盘200内分布有冷却水道，冷却水流经冷却水道能够使承载于冷却水盘200上的承载部100温度降低，以缓解承载部100的因热胀冷缩可产生的形变，进而能够进一步降低承载部100由于膨胀挤压绝缘支撑件400而导致绝缘支撑件400碎裂的风险。

可选的，为了使绝缘支撑件400与外延部120连接稳定，可在外延部120上开设第一定位孔121，绝缘支撑件400包括第一支撑段410，第一支撑段410与第一定位孔121通过间隙配合的方式定位配合。具体的，当绝缘支撑件400设置于外延部120上时，第一支撑段410处于第一定位孔121内，第一定位孔121能够对第一支撑段410起到限位固定作用，防止绝缘支撑件400相对于承载部100窜动，从而提高对保护环300的支撑稳定性，能够避免保护环300由于绝缘支撑件400窜动而发生偏移。

另外，第一支撑段410与第一定位孔121采用间隙配合的方式定位，此种配合在实现定位的同时，能够较好地容许第一支撑段410和外延部120发生热膨胀差异。

同时，上述的结构还有利于使得绝缘支撑件400与外延部120可拆卸连接，从而降低绝缘支撑件400和承载部100的加工工艺难度，并且可通过更换绝缘支撑件400的方式调整第一间隙A的大小，进而调整保护环300与承载部100的相对位置关系。

可选的，绝缘支撑件400还可以包括第二支撑段420，第二支撑段420与第一支撑段410相连接，保护环300可以开设有第二定位孔310，第二支撑段420与第二定位孔310定位配合。具体的，当绝缘支撑件400支撑保护环300时，第二支撑段420位于第二定位孔310内，第二定位孔310能够对第二支撑段420起到限位固定作用，防止保护环300相对于绝缘支撑件400和承载部100晃动。上述的结构还使得绝缘支撑件400与保护环300可拆卸连接，从而降低绝缘支撑件400和保护环300的加工工艺难度，并且可通过更换绝缘支撑件400的方式调整第一间隙A的大小，进而调整保护环300与承载部100的相对位置关系。当然，第二支撑段420和第二定位孔310的配合，能够方便保护环300与多个绝缘支撑件400的定位装配。

上述的绝缘支撑件400可以采用陶瓷材质，使其可绝缘。由于绝缘支撑件400需要支撑保护环300，因此绝缘支撑件400可以为实心结构件，这样能够使得绝缘支撑件400具有较好的结构强度，使得绝缘支撑件400更好地支撑保护环300。同时还能够进一步避免承载部100和保护环300由于受热膨胀挤压绝缘支撑件400而导致绝缘支撑件400碎裂。当然，还可在绝缘支撑件400的内部设置加强结构，例如设置加强筋来使绝缘支撑件400具有较好的结构强度。

可选的，第一支撑段410在绝缘支撑件400上的正投影为第一投影，第二支撑段420在绝缘支撑件400的正投影为第二投影，第二投影的面积小于第一投影的面积。具体的，第一支撑段410的外径大于第二支撑段420的外径，第一定位孔121的孔径也大于第二定位孔310的孔径，这样使得第一支撑段410具有更好的支撑强度。第一支撑段410与第二支撑段420相连的表面可以包括围设第二支撑段420的第一环形面421，第一环形面421可以为上述的支撑面，因此，第一环形面421与保护环300接触，从而达到支撑保护环300的目的。采用此种环形的支撑面实现支撑，无疑能够提高支撑效果，减少局部应力。

具体的，第一支撑段410的轴向长度大于第一定位孔121的深度，使得当第一支撑段410设置于第一定位孔121内，至少部分第一支撑段410处于第一定位孔121外，位于第一定位孔121外的部分第一支撑段410将保护环300支撑，进而使得保护环300和承载部100之间可形成第一间隙A。

如上文所述，绝缘支撑件400为多个，第一定位孔121和第二定位孔310也相应设置多个，多个绝缘支撑件400、多个第一定位孔121和多个第二定位孔310一一对应配合。可选地，多个绝缘支撑件400可绕承载部100的周向均匀设置，这样能够使保护环300的各个位置都能够得到支撑，从而实现更加均衡地支撑。

可选的，为了使第二支撑段420更易安装于第二定位孔310内，第二定位孔310可设置为条形孔，条形孔的至少一端与第二支撑段420之间形成第二间隙B，具体的，第二定位孔310的长度可以略大于第二支撑段420的外径，使得第二支撑段420在与第二定位孔310配合的过程中，由于第二定位孔310较长而具有较好的容差性，进而更容易实现安装。

应注意的是，本文中，第二定位孔310可以沿与保护环300的径向相垂直的方向延伸。此种情况，能够通过多个绝缘支撑件400较好地实现对保护环300在其径向或周向的定位。

可选的，第二支撑段420背离第一支撑段410的端面可以与第二定位孔310的相对应的内侧表面之间形成间隙，具体的，可设置第二定位孔310的深度大于第二支撑段420的轴向长度，这样能够避免第二支撑段420支撑保护环300，防止保护环300的重量压设于第二支撑段420上，并且也能够防止保护环300受热膨胀挤压第二支撑段420。当然，第二支撑段420背离第一支撑段410的端面也可以作为支撑面。

可选的，本申请实施例公开的承载装置还可以包括压环500和金属限位结构件600，压环500通过接触支撑于保护环300上。

在半导体待加工件加工的过程中，由于压环500支撑在保护环300上，保护环300和压环500之间产生的镀膜会导致保护环300和压环500相粘连，这样当需要将压环500与保护环300分离时，通过提拉压环500的方式可能会使得压环500连带着保护环300一起与承载部100分离，进而可能导致保护环300在提升一定高度后保护环300由于自身重力大于保护环300和压环500之间的粘结力而使得保护环300坠落，进而较容易发生跌落损毁。

基于此，承载装置还可以设置多个金属限位结构件600，多个金属限位结构件600与保护环300绝缘设置，进而在多个金属限位结构件600连接于外延部120的情况下，仍然能够确保保护环300与承载部100之间的绝缘。

具体的，金属限位结构件600包括固定部630和限位帽610，保护环300上设置有容置槽320，限位帽610位于容置槽320中，且限位帽610与容置槽320的底壁之间形成第三间隙C，且限位帽610与保护环300可在绝缘支撑件400朝向所述保护环300的方向限位配合，固定部630穿过容置槽320的底壁，且与外延部120固定连接。限位帽610与保护环300的限位配合，使得保护环300不会与金属限位结构件600完全分离，这样当需要使压环500与保护环300分离时，可通过提拉压环500的方式使保护环300与压环500分离，金属限位结构件600由于与外延部120固定相连，因此能够对保护环300进行限位，从而使得保护环300不会与承载部100分离，相应的，也能够使压环500与保护环300分离更方便。限位帽610与容置槽320的底壁之间形成第三间隙C，第三间隙C使得金属限位结构件600与保护环300之间绝缘，因此承载部100和保护环300依旧是相互绝缘的，从而防止半导体待加工件700发生打火现象。

可选的方案中，多个金属限位结构件600可沿保护环300的周向均匀设置，这样，当通过提拉压环500时，多个金属限位结构件600能够使保护环300各个位置受力较为均衡，进而防止保护环300由于受力不均而出现的变形损坏。

可选的，金属限位结构件600还可以包括连接段620，连接段620的两端分别与限位帽610和固定部630固定相连。容置槽320的底面开设有通孔330，通孔330的直径小于限位帽610的直径，连接段620穿过通孔330，且连接段620的外周面与通孔330的孔壁之间形成第四间隙D，进而能够避免金属限位结构件600与保护环300的接触，进而确保保护环300与承载部100之间的绝缘。

在进一步的技术方案中，连接段620可以包括朝向外延部120的端面设置的第二环形面620a，第二环形面620a围绕固定部630设置，第二环形面620a与外延部120限位接触。此种限位接触，能够避免连接段620过度伸入外延部120而导致限位帽610与容置槽320的底壁之间的第三间隙C消失。很显然，这无疑能够更好地确保第三间隙C的存在，进而较好地确保保护环300与承载部100之间的绝缘隔离。

固定部630与外延部120之间的固定连接方式有多种，例如，固定部630可以通过卡接、粘接等方式实现与外延部120之间的固定连接。可选的方案中，外延部120可以开设有螺纹孔122，固定部630与螺纹孔122螺纹配合，很显然，此种连接具有简单、方便的优势。当然，第二环形面620a与外延部120的限位接触，能够避免固定部630过度旋入螺纹孔122，而导致第三间隙C消失的问题。在本申请中，金属限位结构件600可以为螺栓、螺钉等，本申请不限制金属限位结构件600的具体种类。

基于上述的承载装置，本申请实施例还提供一种半导体设备，包括反应腔室和上文所述的承载装置，承载装置设置在反应腔室之内。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。