CN105765113A - 外延晶片生长装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用工艺气体流来生长外延层的外延晶片生长装置。该外延晶片生长装置包括：提供所述工艺气体在其中流动的区域的反应腔；环绕所述反应腔侧面的上部衬垫和下部衬垫；基座，所述基座布置在反应腔的中心，从而晶片布置在所述基座上；预热环，所述预热环布置与所述基座共面，并且设置在所述下部衬垫的上表面上，从而与所述基座隔开；以及固定构件，所述固定构件提供在所述预热环的下方，从而与所述下部衬垫的侧表面进行接触，其中，所述固定构件包括突出部，所述突出部沿圆周方向与所述下部衬垫的侧表面具有接触表面，并且使所述突出部固定以允许所述预热环和所述基座之间具有预定的间隔。因此，使设置在所述下部衬垫上的预热环固定以在外延生长工艺中，使所述预热环与所述基座沿所有的方向维持预定的距离，从而能够以恒定的方式控制反应气体流向晶片，以在所述晶片的边缘处形成均匀的外延厚度。

Description

外延晶片生长装置
技术领域
本发明涉及一种外延生长装置，并且更具体地，涉及一种在晶片上生长单晶硅外延薄层的外延生长装置。
背景技术
外延硅晶片是指在镜状抛光的硅晶片上生长的单晶硅外延薄层。对于外延硅晶片的形成，将镜状抛光的硅晶片安装在外延反应器中的基座上，并且随后，将源气体从反应器的一侧端供应至另一侧端。从而，该气体与晶片反应以在所述晶片的表面上形成生长的外延层。
图1示出了常规外延反应器的横截面图。参照图1，下部衬垫102布置在反应容器101的外周面上，基座105布置在反应容器101内并且以对称的方式与下部衬垫102相邻。基座105允许在其上安装晶片W。为此，基座105由基座支架106来支撑。在反应容器101的一个侧端，布置有气体入口103以接受来自气体供应源的源气体，随后将其供应至基座105上的晶片W的表面上。在反应容器101的另一侧端，布置有气体出口104以经由晶片接收气体，并且将该气体排放至容器外部。
在下部衬垫102的内周面上，布置有预热环108以能够朝向晶片形成均匀的热传输。预热环108布置为与基座105共面，并且环绕该基座105。
预热环108以安置在下部衬垫102上的板状环来实施。因此，预热环108由于高温带来的热膨胀，和/或在外延沉积过程中发生的震动可能发生变形和/或移动。
图2示出了现有技术的俯视图，其中，基座和预热环之间存在接触。参照图2，当预热环108由于变形或移动而与基座105部分接触时，可能影响在基座105上的晶片上以及沿基座105上的晶片的气流。因此，这可能导致沉积晶片(特别是在晶片的边缘处)具有不均匀的沉积厚度。
此外，当预热环108在与下部衬垫102接触的状态下变形或移动时，在下部衬垫102与环108之间可能存在摩擦。这可能导致产生颗粒物。这种颗粒物可能污染反应容器101中的反应气体而劣化所得到的外延晶片的质量。
此外，预热环108与基座105之间的摩擦可能使碳化硅(SiC)涂层从基座105上脱落，和/或该涂层覆盖的金属从基座105去除而在反应容器中形成金属颗粒物。这可进一步污染反应容器101中的反应气体。这可劣化所得到的外延晶片的质量，并且因此降低外延晶片的产率。
发明内容
出于以上考量，本发明提供了用于将预热环固定至下部衬垫的方法，从而在热外延沉积过程中，实现所述预热环与所述基座之间具有均匀的间隔。
本发明提供了一种方法，所述方法能够降低所述预热环和所述下部衬垫之间的接触面积，同时能够使所述预热环和所述基座之间保持均匀的间隔。
技术方案
在本发明的一个方面，提供了一种利用工艺气流在晶片上生长外延层的外延晶片生长装置，该装置包括：反应腔，在所述反应腔中，存在所述工艺气流；上部衬垫和下部衬垫，每个衬垫均环绕所述反应腔的侧面；基座，与所述反应腔同心布置且同心布置在所述反应腔中，所述基座配置用于支撑在其上的所述晶片；预热环，所述预热环安置在所述下部衬垫的顶面上，所述预热环与所述基座共面，并且所述预热环与所述基座隔开；以及至少一个突出部，所述至少一个突出部从所述预热环向下延伸，其中，所述突出部与所述下部衬垫的圆周侧表面具有圆周接触面，其中，所述突出部配置用于将所述预热环固定至所述下部衬垫，以使所述预热环与所述基座之间沿所述预热环保持均匀的间隔。
技术效果
本发明的外延生长装置包括：固定构件，配置用于将所述预热环固定至所述下部衬垫，从而抑制所述预热环的水平变形和/或移动。这可使得能够在晶片表面上且沿晶片表面得到均匀的气流速率，因此，特别在晶片的边缘中得到均匀的外延层厚。这可使所得到的晶片具有更好的平整度，从而具有更好的半导体器件产率。
此外，根据本发明，可降低由所述预热环和下部衬垫之间的摩擦而导致的颗粒物产生，从而抑制所得到生长的外延晶片的污染。
此外，根据本发明，可抑制所述预热环和基座之间的接触，从而使由于预热环与基座之间的摩擦而使基座的涂层脱落所导致的颗粒物产生最小化。这可使得所得到的外延晶片具有均匀的质量。
附图说明
图1示出了常规外延反应器的横截面图。
图2示出了基座与预热环之间存在接触的现有技术的俯视图。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的外延生长装置200的横截面图。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的预热环的横截面图。
图5示出了根据本发明的一个实施方式的预热环的仰视图。
图6示出了根据本发明的另一个实施方式的预热环的横截面图。
图7示出了根据本发明的预热环和基座的俯视图。
图8示出了在晶片外延过程中，基座和预热环之间存在接触或不存在接触的情况下，分别得到的晶片之间LLS(局部光散射)缺陷的对比。
图9示出了在晶片外延过程中，基座和预热环之间存在接触或不存在接触的情况下，分别得到的晶片的外延层厚度沿径向方向的变化。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的各个实施方式。应当理解的是，本发明不限于所述的实施方式。在以下说明中，为了清楚起见，将省略对公知的功能或结构的特别细节的描述。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的外延生长装置200的横截面图。参照图3，外延生长装置200可以以单个晶片类型来进行实施，在该外延生长装置中可进行用于单个晶片W的外延生长工艺。外延生长装置200可包括反应腔201，气体供应源203，气体出口204，基座205，基座支架206，基座支撑柱207，下部衬垫202，上部衬垫212，预热环208以及主轴211。
反应腔201可由石英制成。沿反应腔201的外周面，可布置有下部衬垫202。在下部衬垫202上方，可布置有与下部衬垫202隔开的上部衬垫212。从而，可在上部衬垫212和下部衬垫202之间产生用于气流的特定通道。该通道的一个侧面部可限定有气体入口203，与该一个侧面部相反的通道的另一侧面部可限定有气体出口204。源气体可通过该气体入口203被引入至反应腔201，并且可沿晶片表面流动，并且可通过气体出口204来排出至腔的外部。
基座205可以以涂覆有石墨碳的碳化硅制成的环状支撑平板来实施。基座205可以与反应腔201的内外圆周同心布置。在基座205上，可放置晶片W以在该晶片上形成薄层。
基座205可通过主轴211来支撑。具体地，主轴211可以以给定的角度分支成多个基座支架206。每个支架206可支撑基座205。在该连接中，每个基座支架206可具有布置在其自由端的相应的支撑柱207，其可支撑基座205的外周。在该情况下，基座205可得到一致且水平地支撑。
预热环208可与基座205共面。预热环208可以以安置在于基座205相邻的下部衬垫202的水平外周面上的板状环来实施。预热环208能够使气体至晶片的均匀热传输。本发明提供了用于将预热环208固定至下部衬垫202的方法，从而在热外延沉积过程中，使预热环208和基座205之间能够保持均匀的间隔。在下文中，将详细地描述本发明所提供的方法。
图4中示出了根据本发明的一个实施方式的预热环的横截面图。具体地，图4示出了图3中虚线示出部分的放大的横截面图。
参照图4，固定构件209可以布置为从预热环208向下的突出部。该固定构件209可与下部衬垫202接触。具体地，下部衬垫202的内垂直圆周面可接触固定构件209的外垂直圆周面。在该方式中，固定构件209可将预热环208固定至下部衬垫202。
突出部209可以以多边形横截面结构来实施。因此，多边形横截面结构的每个垂直面可抑制预热环208的水平变形和/或移动。例如，多边形横截面结构可以以六边形横截面结构来实施。在该连接中，接触下部衬垫202的多边形横截面结构209的垂直面可以与下部衬垫202的内圆周相同的曲率弯曲。
固定构件209可包括多个突出部。因此，固定构件209与下部衬垫202之间的接触点可包括多个接触点。多个接触点可允许预热环208稳固且水平地紧固至下部衬垫202。这可能抑制预热环的变形和/或移动，从而抑制颗粒物产生。
图5示出了根据本发明的一个实施方式的预热环的仰视图。
参照图5，固定构件209可以以多个构件的方式布置在预热环208的下方，从而每个构件与下部衬垫202具有接触面。例如，可以以形成相应的突出物的形式布置至少3个固定构件209，以抑制预热环208的水平位移和/或变形。在另一实施方式中，固定构件209可以以环状结构来实施，以连续地接触下部衬垫202。
当固定构件209以多个突出部的形式来实施时，这些突起部可以从预热环208且沿预热环208以对称的方式来布置。换言之，两个相对的突起部可彼此以间隔180度的角距离来布置。也就是说，相对的突起部之间的延伸线可相交于预热环208的内圆周的中点。在该情况下，可以以对称且均匀的方式来抑制预热环208的移动和/或变形。此外，可考虑到有助于将环208放置在下部衬垫202上的余量来构建预热环208。
为了均匀地抑制预热环208的移动和/或变形，可沿预热环208均匀地布置多个突出部209，同时，该多个突出部209以均匀的距离彼此隔开。也就是说，多个固定构件209可以以围绕基座205均匀的距离重复地布置。尽管可能优选的是，固定构件209的数目尽可能地少，以降低下部衬垫202与固定构件209之间的接触面积，但是固定构件209的数目以及固定构件209与下部衬垫202的接触面积可基于预热环208的尺寸以及固定构件与下部衬垫的相关性来根据工艺条件进行选择。在本发明的一个实施方式中，相邻固定构件209之间的角距离可为45度。因此，固定构件209的总数目可为8。
关于固定构件209的形成，固定构件209可以与预热环208一体式形成。这可通过以预定的形状去除预热环工件的下部部分来实现。在一个替代方式中，固定构件209可附接至预热环208，或从预热环208上拆除。在此情况下，固定构件209和预热环208可由相同的材料制成以具有相同的热膨胀。
当使用根据本实施方式的包括预热环与固定构件的外延生长装置时，可抑制由于预热环和基座之间的摩擦而导致SiC涂层从基座脱落，从而降低由于脱落的SiC涂层而导致腔内污染。进一步地，也可抑制由于预热环和下部衬垫之间的摩擦导致的颗粒物产生，从而抑制其对所得到的生长的外延晶片的污染。
图6示出了根据本发明的另一实施方式的预热环的横截面图。参照图6，预热环208’可具有限定在其内的沟槽210。该沟槽可具有预定的深度，并且可与下部衬垫209接触。沟槽210接触下部衬垫202的顶面。沟槽可被分为沿预热环208’以均匀距离重复且周向布置的多个子沟槽。该沟槽可用于降低预热环208’与下部衬垫202之间的接触面积。在一替代方式中，沟槽210可沿预热环连续且周向地延伸。在该情况下，沟槽沿预热环以环状延伸。
在该情况下，仅预热环208’的最外部分可与下部衬垫202接触。这可降低由于外延工艺中热膨胀导致衬垫和环之间摩擦而产生颗粒物。
此外，如在图4所示的实施方式中，布置在预热环208’下方的固定构件209可由具有多个侧面的结构来形成。固定构件209可包括彼此隔开且沿预热环208’布置的多个突出部，用于降低下部衬垫202与环208’之间的摩擦。可根据预热环208’的尺寸、工艺条件等来改变突出部的数目，相邻突出部之间的间隔和/或下部衬垫202与突出部之间的接触面积。
图7示出了根据本发明的预热环和基座的俯视图。参照图7，由于基座205与预热环208以恒定的距离围绕基座彼此间隔且同时彼此共面，所以本发明的外延生长装置可在旋转基座期间实现沿晶片以及在晶片上的均匀的气流。
此外，可抑制预热环208与基座205彼此接触，并且因此，可防止基座脱落，进而防止形成金属沉淀物。因此，可抑制金属污染。这可改善所得到的外延晶片的产率。
图8示出了在晶片外延工艺中，基座和预热环之间存在接触和不存在接触的情况下，分别得到的晶片之间的LLS(局部光散射)缺陷的对比。
图8(a)示出了当预热环和基座之间存在接触时，晶片表面上的LLS缺陷。具体地，虚线所限定的区域中形成多个LLS以呈现出0.2μm大小的图案化LLS。
图8(b)示出了当预热环和基座之间不存在接触时(也就是说，在预热环和基座之间保持均匀的间隔时)，晶片表面上的LLS缺陷。这可通过利用第一实施方式和/或第二实施方式的预热环来实现。如该图中所示，并没有显示出图案化的LLS。
图9示出了在晶片外延工艺中，基座和预热环之间存在接触和不存在接触的情况下，分别得到的晶片的外延层厚度沿径向方向的变化。
当预热环和基座之间没有接触时，也就是说在预热环和基座之间保持均匀的间隔时，沿晶片表面以及在晶片表面上的均匀的气流可使得在晶片上沉积的外延层的厚度沿径向方向对称地变化。与此相反的是，当预热环与基座之间存在接触时，也就是说，在预热环和基座之间没有保持均匀间隔时，沿晶片表面以及在晶片表面上的不均匀的气流可导致在晶片上沉积的外延层的厚度沿径向方向不对称地变化。特别地，在晶片的边缘中，该不对称的变化是显著的。这可导致得到的晶片平整度差，因此，导致半导体器件的产率差。
本发明的外延生长装置包括配置用于将预热环固定至下部衬垫的固定构件，由此抑制预热环的水平变形和/或移动。这可在晶片表面上以及沿晶片表面产生均匀的气体流速，因此，产生对称变化的外延层厚度。这可改善所得到的晶片的平整度更好，因此得到更好的半导体器件的产率。
上述描述并不以限制方式进行，可仅仅用于描述示例性实施方式的普遍原理，并且本发明的许多额外的实施方式也是可能的。应当理解的是，并不用于限制本发明的范围。本发明的范围应当参照权利要求来进行界定。
工业实用性
本发明可适用于外延生长装置，用于在晶片上生长外延层，因此具有工业实用性。

Claims (13)

1.一种利用工艺气流在晶片上生长外延层的外延晶片生长装置，该装置包括：
反应腔，在所述反应腔中，存在所述工艺气流；
上部衬垫和下部衬垫，每个衬垫均环绕所述反应腔的侧面；
基座，与所述反应腔同心布置且同心布置在所述反应腔中，所述基座配置用于支撑在该基座上的所述晶片；
预热环，所述预热环安置在所述下部衬垫的顶面上，所述预热环与所述基座共面，并且所述预热环与所述基座隔开；以及
至少一个突出部，所述至少一个突出部从所述预热环向下延伸，其中，所述突出部与所述下部衬垫的圆周侧表面具有圆周接触面，其中，所述突出部配置用于将所述预热环固定至所述下部衬垫，以使所述预热环与所述基座之间沿所述预热环保持均匀的间隔。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述突出部沿所述下部衬垫的圆周连续地延伸以形成环状。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个突出部包括沿所述预热环布置的至少三个突出部。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少三个突出部包括8个突出部，其中，所述8个突出部中相邻的突出部以45度的角距离彼此隔开。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个突出部包括沿所述预热环布置的多个突出部，其中，所述多个突出部围绕所述基座对称地布置。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个突出部包括沿所述预热环布置的多个突出部，其中，所述多个突出部围绕所述基座以均匀的距离重复布置。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述圆周接触面的曲率与所述下部衬垫的圆周侧面的曲率相同。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述突出部与所述预热环是一体的。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述突出部配置为附接至所述预热环/从所述预热环上拆除。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预热环具有在所述预热环内界定出的沟槽，其中，所述沟槽与所述下部衬垫接触。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述沟槽沿所述预热环连续且周向地延伸。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述沟槽沿所述预热环以环状延伸。
13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述沟槽被分成多个子沟槽，所述多个子沟槽沿所述预热环以均匀的距离重复且周向地布置。
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