CN107326434A

CN107326434A - 伯努利基座

Info

Publication number: CN107326434A
Application number: CN201610278821.0A
Authority: CN
Inventors: 刘源; 保罗·邦凡蒂
Original assignee: Zing Semiconductor Corp
Current assignee: Zing Semiconductor Corp
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2017-11-07
Also published as: TW201738938A

Abstract

本发明提供了一种伯努利基座，包括支撑柱以及位于所述支撑柱上的支撑平台，所述支撑平台用于支撑晶圆，所述支撑平台内设置有气体通道，所述支撑平台的上表面设置有若干个气孔，所述气孔与所述气体通道连通；所述支撑柱内设置有气体入口，用于向所述气体通道内通入气体，从而使得气体通过气孔进入晶圆下表面与伯努利基座之间，避免了晶圆与伯努利基座的直接接触，从而避免在外延硅生长过程中由于晶圆与基座相接触而产生的一些缺陷，提高外延硅的质量，进而提高半导体器件的性能。

Description

伯努利基座

技术领域

本发明涉及半导体装置领域，特别涉及一种伯努利基座。

背景技术

外延工艺是半导体制造过程中十分重要的一道工序，随着半导体器件的不断缩小，外延硅的质量对半导体器件的影响越来越大。但是，在外延硅的生长过程中不可避免的会遇到各种缺陷，例如：位错滑移(slip dislocation)、背部沉积(backside deposition)、自掺杂(autodoping)等，这些缺陷会导致最终形成的半导体器件性能的下降。

位错滑移主要是由于局部应力超过硅的抗曲强度造成的，例如：(1)在晶圆内部径向温度的不均匀性造成的热应力，不均匀的热膨胀会造成晶圆内一些硅键的断裂，导致一些硅原子被临近的原子所取代；(2)由于接触面积及晶圆的重量造成的接触应力；(3)由于重力造成的弯曲应力。其中，热应力是造成位错滑移的主要因素。

背部沉积造成衬底表面不均匀，从而影响后续光刻步骤的精度。背部沉积主要由以下几个因素造成：(1)如图1所示，在晶圆10的装载过程中，由于晶圆10未与基座20完全对准，导致在外延硅生长过程中反应气体进入晶圆10与基座20的间隙，在晶圆10背部形成硅沉积30；(2)如图2所示，由于晶圆10与基座20以及支撑柱21(lift pins)有接触，而基座20以及支撑柱21上涂布有硅，当晶圆10的温度低于基座20及支撑柱21的温度时，所述基座20及支撑柱21上的硅会迁移至晶圆10，形成背部沉积30；(3)由于晶圆用氧化层密封或者晶圆上形成有自然氧化物，当使用氢气进行前烘(pre-bake)时，氢气会与晶圆上的氧化物反应，在晶圆上形成针孔11(pinhole)，从而导致后续形成的外延硅不均匀。

自掺杂主要是由于在外延硅生长的过程中，在衬底背面的掺杂原子从晶圆的边缘析出并扩散至晶圆的正面成为外延硅的一部分，从而导致晶圆边缘的电阻率均匀性降低。

因此，如何控制外延硅生长过程中的缺陷是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种伯努利基座，通过避免与晶圆的直接接触来控制外延硅生长过程中各缺陷的产生。

本发明的技术方案是一种伯努利基座，包括支撑柱以及位于所述支撑柱上的支撑平台，所述支撑平台用于支撑晶圆，所述支撑平台内设置有气体通道，所述支撑平台的上表面设置有若干个气孔，所述气孔与所述气体通道连通；所述支撑柱内设置有气体入口，用于向所述气体通道内通入气体。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述若干个气孔中第一部分气孔与所述气体通道直接连通，第二部分气孔通过所述第一部分气孔与所述气体通道连通。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述若干个气孔在所述支撑平台上构成多个类似图形，每个所述图形上的气孔相连通，每个所述图形上均有气孔与所述气体通道直接连通。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述图形为圆环。

进一步的，在所述伯努利基座中，多个圆环为直径各异的同心圆环。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述支撑平台内设置有一个气体通道，所述气体通道连通多个圆环上经过圆心的相互垂直的两个方向上的气孔。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述若干个气孔在所述支撑平台上构成两个圆环，每个所述圆环内的气孔相连通，每个所述圆环内均有气孔与所述气体通道直接连通。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述支撑平台内设置有两个气体通道，每一个气体通道连通一个圆环上经过圆心的某一方向上的气孔。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述两个圆环上被所述气体通道连通的气孔所在方向相互垂直。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述气孔所在的方向与所述支撑平台的上表面具有一角度。

进一步的，在所述伯努利基座中，还包括一腔室，包围所述支撑柱、支撑平台以及位于所述支撑平台上方的晶圆。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述腔室包括位于一侧的第一进气口以及位于另一侧的出气口，所述第一进气口用于通入反应气体。

进一步的，在所述伯努利基座中，所述腔室还包括第二进气口，与所述第一进气口位于同侧，且位置低于所述支撑平台。

与现有技术相比，本发明提供的伯努利基座，通过在支撑平台内设置气体通道，在支撑平台的上表面设置若干个气孔，所述气孔与所述气体通道连通，然后在支撑柱内设置气体入口，用于向所述气体通道内通入气体，从而使得气体通过气孔进入晶圆下表面与伯努利基座之间，避免了晶圆与伯努利基座的直接接触，从而避免在外延硅生长过程中由于晶圆与基座相接触而产生的一些缺陷，提高外延硅的质量，进而提高半导体器件的性能。

附图说明

图1为现有技术装载过程中晶圆与基座的位置关系示意图。

图2为现有技术装载过程中晶圆与基座的位置关系示意图。

图3为本发明实施例一所提供的伯努利基座的结构示意图。

图4a为本发明实施例一所提供的伯努利基座的俯视图。

图4b～4c为图4a在AA’方向与CC’方向上的截面图。

图5a为本发明实施例二所提供的伯努利基座的俯视图。

图5b～5c为图5a在AA’方向与BB’方向上的截面图。

图6a～6b为本发明实施例三所提供的伯努利基座的截面图。

图7为本发明实施例四所提供的伯努利基座的结构示意图。

具体实施方式

一般通过以下几种方法来避免位错滑移，例如，在晶圆表面形成大量微缺陷(BMDs，bulk micro defects)，其对角线尺寸为10nm～50nm，密度大于1x10¹²/cm³，以此来减少位错滑移。或者，对晶圆进行大量硼掺杂，以此提高晶圆的机械强度，从而增强位错滑移的阻力。但是，这些改进方法需要进行热过程或者在基底的选择上受到限制。另一种广泛使用的方法是对基座进行设计，降低晶圆的局部压力。当基座被卤素灯缓慢加热时，通过热量传导与热辐射将热量传递至晶圆，当温度比较低时，晶圆与基座可以紧密接触，但是当温度升高时，由于重力的作用晶圆边缘会向上弯曲，以至于损失晶圆边缘与基座之间的热接触。但是将基座20设置为凹形时，则可以减低热接触的损失。

在Journal of crystal growth 287(2006)的第419页至422页中记载在基座表面涂覆碳化硅(SiC)来避免石墨的意外污染，但是在涂覆碳化硅的过程中会在基座表面形成结节，当晶圆与基座进行热接触时，热流量通过结节变得集中，从而造成局部热点，导致位错滑移发生。

而防止背部沉积的方法是将基座放置于腔室中，向基座的底部通入净化气体，从而防止反应气体进入晶圆的背部，以此防止背部沉积的发生。但是，晶圆依旧与基座有接触，硅迁移不可避免，因此并不能完全解决背部沉积。

防止自掺杂的方法是在基座上设置多个小孔，在基座底部的气体通过小孔进入晶圆与基座之间，当晶圆背部的掺杂离子迁移出晶圆表面时，被流动的气体通过小孔带走，从而防止自掺杂的发生。

通过以上研究，发明人发现，在外延硅生长过程中，只有晶圆与基座不接触时才能防止上述缺陷的产生。经过进一步研究，发明人提出了一种伯努利基座。

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种伯努利基座进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想是：通过在支撑平台内设置气体通道，在支撑平台的上表面设置若干个气孔，所述气孔与所述气体通道连通，然后在支撑柱内设置气体入口，用于向所述气体通道内通入气体，从而使得气体通过气孔进入晶圆下表面与伯努利基座之间，避免了晶圆与伯努利基座的直接接触，从而避免在外延硅生长过程中由于晶圆与基座相接触而产生的一些缺陷，提高外延硅的质量，进而提高半导体器件的性能。

【实施例一】

图3为本发明实施例一所提供的伯努利基座的结构示意图，如图3所示，本发明提出一种伯努利基座200，包括支撑柱210以及位于所述支撑柱210上的支撑平台220，所述支撑平台220用于支撑晶圆100，所述支撑平台220内设置有气体通道221，且所述支撑平台220的上表面设置有若干个气孔222，所述气孔222与所述气体通道221连通；所述支撑柱210内设置有气体入口211，用于向所述气体通道220内通入气体。

通过所述气体入口211向所述气体通道221内通入净化气体，例如氢气，气体进入所述气体通道221之后流向与所述气体通道221连通的气孔222，再经过气孔222流入晶圆100下表面与所述支撑平台220之间的区域，如图中箭头所示，所述气体在所述晶圆100下表面与所述支撑平台220之间形成气垫300，而根据伯努利效应(Bernoulli effect)，流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加，因此晶圆100上表面的气体压力大于下表面的气力压力，使得晶圆100悬浮于所述支撑平台220上方，既不会远离支撑平台220也不会与支撑平台220相接触，从而在外延硅生长过程中避免由于晶圆与基座相接触而产生一些缺陷，例如位错滑移、背部沉积或自掺杂等，从而提高外延硅的质量，进而提高半导体器件的性能。

可以理解的是，本发明中提及的晶圆的上表面与下表面是晶圆的两个相对表面，所述上表面是晶圆上用于形成半导体器件的表面，所述下表面是与基座接触的表面。

所述若干个气孔222分为两部分，其中第一部分气孔与所述气体通道221直接连通，第二部分气孔通过所述第一部分气孔与所述气体通道221连通。例如，若干个气孔222在所述支撑平台220上构成多个类似图形，每个所述图形上的气孔相连通，每个所述图形上均有气孔与所述气体通道221直接连通。所述类似图形可以为圆形、方形等任何规则图形或不规则图形。本实施例中，所述图形为圆环，并且所述若干个气孔222在所述支撑平台220上构成多个直径各异的同心圆，每个圆环上的气孔相连通，每个圆环上均有气孔与所述气体通道221连通。所述圆环的数量可以为2个、3个或更多，可以根据所述支撑平台220上放置的晶圆100的尺寸及重量决定，在此不做限定。

在本实施例中，所述支撑平台220内设置有一个气体通道221，所述气体通道221连通多个圆环上经过圆心的相互垂直的两个方向上的气孔，请参照图4a～4c所示，图4a为本发明实施例一所提供的伯努利基座的俯视图，图4b与4c为图4a在AA’与CC’方向上的截面图。在该图中，所述支撑平台220上的若干个气孔222组成两个同心圆环，所述气体通道221连通AA’方向上与BB’方向上的气孔，其余方向上的气孔，例如CC’方向上的气孔则通过在圆环上AA’与BB’方向的气孔与所述气体通道221相连通。

通过本发明所提供的伯努利基座，在进行外延硅生长时，晶圆与基座不接触，基座的热量通过热辐射的形式传递至晶圆，避免了热量在传递过程中的集中，减少了热应力，从而放宽了因防止位错滑移产生而不断缩小的工艺条件范围。并且，由于通过气体通道与气孔不断向晶圆下表面通入净化气体，可以防止背部沉积，并且流动的气体能够带走从晶圆下表面迁移出的掺杂离子，从而进一步避免背部沉积。

请继续参考图3，所述伯努利基座还包括一腔室230，所述腔室230包围所述支撑柱210、支撑平台220以及位于所述支撑平台220上方的晶圆100。所述腔室包括位于一侧的第一进气口231以及位于另一侧的出气口232，所述第一进气口231用于通入反应气体，所述出气口232用于排出废气。

【实施例二】

在实施例一的基础上，所述若干个气孔在所述支撑平台上构成两个圆环，每个所述圆环内的气孔相连通，每个所述圆环内均有气孔与所述气体通道直接连通。所述支撑平台内设置有两个气体通道，每一个气体通道连通一个圆环上经过圆心的某一方向上的气孔，并且所述两个圆环上被所述气体通道连通的气孔所在方向相互垂直，请参照图5a～5c所示。

图5a为本发明实施例二所提供的伯努利基座的俯视图，图5b～5c为图5a在AA’方向与BB’方向上的截面图。如图5a～5c所示，所述若干个气孔222在所述支撑平台220上构成两个圆环，内部圆环11与外部圆环12，所述支撑平台220内设置有两个气体通道，第一气体通道221a与第二气体通道221b。每个所述圆环内的气孔相连通，所述内部圆环11在AA’方向上的气孔与所述第一气体通道221a相连通，所述外部圆环12在BB’方向上的气孔与所述第二气体通道 221b相连通。

每个圆环都有相应的气体通道供应气体，因此可以分别控制每个圆环内气体的流量，从而保证晶圆在所述支撑平台上方的稳定性，不会由于不同气孔气体流量差异比较大而发生倾斜，从而保证外延硅沉积的精度。并且两个圆环被两个气体通道连通的气孔所在的方向相互垂直，即图5a中AA’与BB’所在的方向，从而进一步保证晶圆下表面气体流量的均匀性。

需要说明的是，本实施例仅以两个圆环及两个气体通道进行举例，并不对具体的圆环数量及气体通道的数量进行限制，气体通道的数量越多，供应的气体越充足，需要根据实际工艺条件进行确定。

【实施例三】

在上述实施例的基础上，所述气孔所在的方向与所述支撑平台的上表面具有一角度。请参照图6a与6b所示，所述气孔222所在的方向与所述支撑平台220的上表面具有一角度，所述气孔222朝向所述支撑平台220的边缘，其角度具有一定的范围，例如30度～60度。所述气孔222的直径也可以存在差异，例如到支撑平台220中心的距离越远，所述气孔222的直径可以越大。具体的角度及直径根据伯努利基座的实际需求及实际的工艺条件来确定，在此不做限定。在其他实施例中，所述气孔222所在的方向与所述支撑平台220的上表面所形成的角度以及所述气孔222的直径可以设置为可调节的，根据实际需要调节其大小，从而可以应用于不同尺寸的晶圆，增大伯努利基座的使用范围。

【实施例四】

在上述实施例的基础上，所述腔室230还包括第二进气口233，与所述第一进气口231位于同侧，且位置低于所述支撑平台220，如图7所示。从气体入口211通入的气体进入晶圆100的下表面与所述支撑平台220之间，带动从晶圆100迁移处的掺杂离子流动，在所述第二进气口233中通入净化气体，例如氢气，根据文丘里效应，在高速流动的气体附近会产生低压，从而产生吸附作用，因此，从所述第二进气口233进入的气体吸附掺杂离子，并带动掺杂离子从出气口232流出，如图中箭头所示，从而达到抑制自掺杂发生的效果。

综上所述，本发明提供的伯努利基座，通过在支撑平台内设置气体通道，在支撑平台的上表面设置若干个气孔，所述气孔与所述气体通道连通，然后在支撑柱内设置气体入口，用于向所述气体通道内通入气体，从而使得气体通过气孔进入晶圆下表面与伯努利基座之间，避免了晶圆与伯努利基座的直接接触，从而避免在外延硅生长过程中由于晶圆与基座相接触而产生的一些缺陷，提高外延硅的质量，进而提高半导体器件的性能。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种伯努利基座，包括支撑柱以及位于所述支撑柱上的支撑平台，所述支撑平台用于支撑晶圆，其特征在于，所述支撑平台内设置有气体通道，所述支撑平台的上表面设置有若干个气孔，所述气孔与所述气体通道连通；所述支撑柱内设置有气体入口，用于向所述气体通道内通入气体。

2.如权利要求1所述的伯努利基座，其特征在于，所述若干个气孔中第一部分气孔与所述气体通道直接连通，第二部分气孔通过所述第一部分气孔与所述气体通道连通。

3.如权利要求2所述的伯努利基座，其特征在于，所述若干个气孔在所述支撑平台上构成多个类似图形，每个所述图形上的气孔相连通，每个所述图形上均有气孔与所述气体通道直接连通。

4.如权利要求3所述的伯努利基座，其特征在于，所述图形为圆环。

5.如权利要求4所述的伯努利基座，其特征在于，多个圆环为直径各异的同心圆环。

6.如权利要求5所述的伯努利基座，其特征在于，所述支撑平台内设置有一个气体通道，所述气体通道连通多个圆环上经过圆心的相互垂直的两个方向上的气孔。

7.如权利要求5所述的伯努利基座，其特征在于，所述若干个气孔在所述支撑平台上构成两个圆环，每个所述圆环内的气孔相连通，每个所述圆环内均有气孔与所述气体通道直接连通。

8.如权利要求7所述的伯努利基座，其特征在于，所述支撑平台内设置有两个气体通道，每一个气体通道连通一个圆环上经过圆心的某一方向上的气孔。

9.如权利要求8所述的伯努利基座，其特征在于，所述两个圆环上被所述气体通道连通的气孔所在方向相互垂直。

10.如权利要求1～9中任一项所述的伯努利基座，其特征在于，所述气孔所在的方向与所述支撑平台的上表面具有一角度。

11.如权利要求10所述的伯努利基座，其特征在于，还包括一腔室，包围所述支撑柱、支撑平台以及位于所述支撑平台上方的晶圆。

12.如权利要求11所述的伯努利基座，其特征在于，所述腔室包括位于一侧的第一进气口以及位于另一侧的出气口，所述第一进气口用于通入反应气体。

13.如权利要求12所述的伯努利基座，其特征在于，所述腔室还包括第二进气口，与所述第一进气口位于同侧，且位置低于所述支撑平台。