CN108411362A - 腔室及外延生长设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种腔室及外延生长设备，该腔室包括石英腔体、设置在该石英腔体内用于承载被加工工件的基座、以及热源，该热源设置在石英腔体的外部，用以透过石英腔体朝向基座辐射热量，基座采用石英制作。本发明提供的腔室，其不仅可以减少热量损耗，提高工艺升温/降温速率，而且可以避免基座附着有残留物的情况，延长了基座的更换周期，从而降低了运行成本和设备成本。本发明提供的外延生长设备包括本发明的腔室，其不仅可以减少热量损耗，提高工艺升温/降温速率，而且可以避免基座附着有残留物的情况，延长了基座的更换周期，从而降低了运行成本和设备成本。

Description

腔室及外延生长设备
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种腔室及外延生长设备。
背景技术
外延生长是在单晶衬底(基片)上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层的方法。生长外延层有多种方法，但采用最多的是气相外延技术。
图1为现有的外延生长设备的反应腔室的剖视图。如图1所示，外延生长设备包括反应腔室1、进气装置3和排气装置4，其中，在反应腔室1内设置有基座2，用于承载基片。并且，在基座2的底部设置有基座旋转机构5，用以驱动基座2旋转。进气装置2用于向反应腔室1内提供工艺气体；排气装置4用于将反应后的气体排出反应腔室1。在进行外延生长工艺时，基座2及其上的基片被加热至工艺所需的温度，然后利用进气装置2向反应腔室1内通入工艺气体，工艺气体沿图1所示的水平方向流动，并在经过基片表面时，与其发生反应，以在基片表面沉积所需的晶体，反应后的废气通过排气装置4排出反应腔室1。
常见的加热基片的方法有两种，分别是感应线圈加热和红外灯加热，其中，电感线圈加热一般是直接加热上述基座，然后基座通过热传导使基片升温。而红外灯加热方法除了加热基座之外，也会同时加热基片。在实际应用中，基座的材料一般选用石墨。这在实际应用中往往存在以下缺陷：
其一，在加热基片的过程中，基座也将被加热，消耗热量较多，从而导致热利用率较低。
其二，根据石墨本身的特点，对基座厚度有一定的要求，一般来说，如果使用直径为250mm的基座，其厚度一般为4mm，这使得热惯量较大，从而造成工艺的升温时间和降温时间延长，例如，当工艺开始降温时，特别是从500℃降温到室温这一过程将花费较长的时间(约相当于总降温时间的60％)，进而影响外延产量。
其三，由于石墨的表面为多孔结构，不能与水、酸、油脂等多种材料接触，且接触后表面残留无法去除，这加大了基座的清洗难度，从而不仅需要定期更换，增加了运行成本和设备成本，而且附着有残留物的基座可能会影响工艺质量甚至造成基片报废。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种腔室及外延生长设备，其不仅可以减少热量损耗，提高工艺升温/降温速率，而且可以避免基座附着有残留物的情况，延长了基座的更换周期，从而降低了运行成本和设备成本。
为实现本发明的目的而提供一种腔室，包括石英腔体、设置在所述石英腔体内用于承载被加工工件的基座、以及热源，其中，所述热源设置在所述石英腔体的外部，用以透过所述石英腔体朝向所述基座辐射热量，所述基座采用石英制作。
优选的，所述基座采用软化点温度在1683～1730℃的范围内的石英制作。
优选的，所述基座采用折射率在1.42～1.57的范围内的石英制作。
优选的，所述热源包括上加热组和/或下加热组，其中，
所述上加热组设置在所述石英腔体外部，且位于所述基座的上方，所述上加热组包括至少一个加热灯；
所述下加热组设置在所述石英腔体外部，且位于所述基座的下方，所述下加热组包括至少一个加热灯。
优选的，所述加热灯包括红外加热灯。
优选的，所述腔室还包括辅助加热件，所述辅助加热件贴合在所述基座的下表面，用以向所述基座传导热量。
优选的，所述辅助加热件包括加热环，所述加热环的上表面贴合在所述基座下表面的边缘区域。
优选的，所述辅助加热件所采用的材料为石墨、碳化硅或者表面包覆有石墨的碳化硅。
优选的，所述石英腔体采用与所述基座相同的材料制作。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种外延生长设备，包括腔室，所述腔室采用了本发明提供的上述腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的腔室，其基座采用石英制作。石英不仅对热源的光辐射具有较好的透过性，而且不会因产生电流感应而发热，从而可以减少热量损耗，进而可以降低设备能耗。而且，石英的热惯性相对于石墨较小，从而可以提高工艺升温/降温速率，进而可以提高设备产能。此外，由于石英能够在酸液中浸泡，这不仅可以彻底清除基座表面上沉积的杂质，避免附着有残留物的基座影响工艺质量，而且延长了基座的更换周期，从而降低了运行成本和设备成本。
本发明提供的外延生长设备，其通过采用本发明提供的上述腔室，不仅可以减少热量损耗，提高工艺升温/降温速率，而且可以避免基座附着有残留物的情况，延长了基座的更换周期，从而降低了运行成本和设备成本。
附图说明
图1为现有的外延生长设备的反应腔室的剖视图；
图2为本发明第一实施例提供的腔室的剖视图；以及
图3为本发明第二实施例提供的腔室的剖视图。
其中的附图标记说明：
石英腔体10；上加热组11；下加热组12；基座13；进气装置14；出气装置15；旋转轴16；被加工工件17。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的腔室及外延生长设备进行详细描述。
图2为本发明第一实施例提供的腔室的剖视图。请参阅图2，腔室包括透光的石英腔体10，其限定形成了封闭的工艺空间。在石英腔体10内设置有基座13，用于承载被加工工件17，并且该基座13的上表面为承载面。在石英腔体10的外部设置有热源，用以透过石英腔体10朝向基座13辐射热量，以加热基座13上的被加工工件17。在本实施例中，热源包括上加热组11和下加热组12，二者均包括多个加热灯，其中，上加热组11设置在石英腔体10外部，且位于基座13的上方。下加热组12设置在石英腔体10外部，且位于基座13的下方。该加热灯可以为红外加热灯。
而且，基座13采用石英制作。在加热时，下加热组12中的各个加热灯能够透过基座13朝向被加工工件17辐射热量。
石英不仅对热源的光辐射具有较好的透过性，而且不会因产生电流感应而发热，从而可以减少热量损耗，进而可以降低设备能耗。而且，石英的热惯性相对于石墨较小，从而可以提高工艺升温/降温速率，进而可以提高设备产能。此外，由于石英能够在酸液中浸泡，这不仅可以彻底清除基座表面上沉积的杂质，避免附着有残留物的基座影响工艺质量，而且延长了基座的更换周期，从而降低了运行成本和设备成本。
优选的，基座13采用软化点温度在1683～1730℃的范围内的石英制作，例如，GE214透明熔凝石英，其软化点温度为1683℃。软化点温度在该范围内的石英具有较好的耐高温性能，能够满足工艺要求。
优选的，基座13采用折射率在1.42～1.57的范围内的石英制作。例如，GE214透明熔凝石英，其折射率为1.4585。折射率在该范围内的石英对红外线具有较好的透过性，满足工艺要求。
另外，优选的，石英腔体10可以采用与基座13相同的材料制作，即，上述石英材料，以满足工艺对耐高温性和透光性的要求。
在实际应用中，上述加热灯可以采用灯泡结构，并且上加热组11中的加热灯相对于基座13的承载面均匀分布，以能够均匀地加热被加工工件17。基于同样的理由，下加热组12中的加热灯相对于基座13的承载面均匀分布。当然，在实际应用中，加热灯也可以采用任意形状的灯管或者其他结构。
需要说明的是，在本实施例中，在基座13的上方和下方均设置有加热灯，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以仅在石英腔体外部，且位于基座的上方设置包含有多个加热灯的上加热组；或者，仅在石英腔体外部，且位于基座的下方设置包含有多个加热灯的下加热组。
图3为本发明第二实施例提供的腔室的剖视图。请参阅图3，本实施例提供的腔室与上述第一实施例相比，其区别仅在于：腔室还包括辅助加热件18，该辅助加热件18贴合在基座13的下表面，用以向基座13传导热量，从而间接加热被加工工件17。借助辅助加热件18，可以进一步提高加热效率，从而提高设备产能。辅助加热件18所采用的材料可以为石墨、碳化硅或者表面包覆有石墨的碳化硅等等。
优选的，辅助加热件18包括加热环，该加热环的上表面贴合在基座13下表面的边缘区域。由于被加工工件17的边缘部分更靠近石英腔体10，其散热速率高于被加工工件17的中心部分，导致被加工工件17的中心部分和边缘部分存在温差，从而影响工艺均匀性。通过将加热环的上表面贴合在基座13下表面的边缘区域，可以通过基座13将热量传递至被加工工件17的边缘部分，从而可以起到补偿被加工工件17的中心部分和边缘部分之间的温差的作用，进而提高工艺均匀性。当然，辅助加热件并不局限于本实施例采用的环体结构，在实际应用中，辅助加热件还可以根据不同的需要采用其他任意结构。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种外延生长设备，包括腔室，该腔室本发明上述各个实施例提供的腔室。
本发明实施例提供的外延生长设备，其通过采用本发明上述各个实施例提供的上述腔室，不仅可以减少热量损耗，提高工艺升温/降温速率，而且可以避免基座附着有残留物的情况，延长了基座的更换周期，从而降低了运行成本和设备成本。
在本实施例中，如图2或图3所示，外延生长设备还包括基座旋转机构，该基座旋转机构包括旋转轴16和驱动源(图中未示出)，其中，旋转轴16的上端连接在基座13的底部中心位置处，旋转轴16的下端竖直向下延伸至石英腔体10的外部，并与驱动源连接。驱动源用于驱动旋转轴旋转。在进行外延生长工艺时，使用基座旋转机构驱动基座13旋转，有助于提高外延均匀性。
在本实施例中，外延生长设备还包括进气装置14和出气装置15，二者相对设置在腔室的两侧，具体设置在石英腔体10的两侧侧壁中，其中，进气装置14用于沿水平方向向腔室内输送工艺气体；出气装置15用于排出腔室内的废气。在进行外延生长工艺时，基座13及其上的基片被加热至工艺所需的温度，然后利用进气装置14向腔室内通入工艺气体，工艺气体沿图2或图3所示的水平方向流动，并在经过被加工工件表面时，与其发生反应，以在被加工工件表面沉积所需的晶体，反应后的废气通过出气装置15排出腔室。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种腔室，其特征在于，包括石英腔体、设置在所述石英腔体内用于承载被加工工件的基座、以及热源；其中，
所述热源设置在所述石英腔体的外部，用以透过所述石英腔体朝向所述基座辐射热量；所述基座采用石英制作。
2.根据权利要求1所述的腔室，其特征在于，所述基座采用软化点温度在1683～1730℃范围内的石英制作。
3.根据权利要求1所述的腔室，其特征在于，所述基座采用折射率在1.42～1.57范围内的石英制作。
4.根据权利要求1所述的腔室，其特征在于，所述热源包括上加热组和/或下加热组，其中，
所述上加热组设置在所述石英腔体外部，且位于所述基座的上方，所述上加热组包括至少一个加热灯；
所述下加热组设置在所述石英腔体外部，且位于所述基座的下方，所述下加热组包括至少一个加热灯。
5.根据权利要求4所述的腔室，其特征在于，所述加热灯包括红外加热灯。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的腔室，其特征在于，所述腔室还包括辅助加热件，所述辅助加热件贴合在所述基座的下表面，用以向所述基座传导热量。
7.根据权利要求6所述的腔室，其特征在于，所述辅助加热件包括加热环，所述加热环的上表面贴合在所述基座下表面的边缘区域。
8.根据权利要求7所述的腔室，其特征在于，所述辅助加热件所采用的材料为石墨、碳化硅或者表面包覆有石墨的碳化硅。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的腔室，其特征在于，所述石英腔体采用与所述基座相同的材料制作。
10.一种外延生长设备，包括腔室，其特征在于，所述腔室采用权利要求1-9任意一项所述的腔室。
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