CN109594063A - 一种外延反应设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种外延反应设备，包括用于支撑硅晶圆的基座，该基座包括：凸台和底板，凸台与底板的周缘连接，凸台与底板的连接处设置有倾斜面，底板的上表面设置有气体导通槽，凸台内设置有气体排出隧道，气体排出隧道与气体导通槽连通。在本发明实施例中，通过气体导通槽与气体排出隧道将底板的上表面与硅晶圆下表面之间的气体排出基座，避免残留的反应气体对硅晶圆造成蚀刻，提高了硅晶圆的质量。

Description

一种外延反应设备
技术领域
本发明实施例涉及硅晶圆加工领域，特别涉及一种外延反应设备。
背景技术
现有外延晶圆的制造流程包括如下步骤：
(1)拉晶：利用拉晶炉对多晶硅原料熔化后重新生长为单晶硅棒；
(2)切片：将单晶硅棒切割成均匀的单晶硅片；
(3)双面抛光：对单晶硅片进行双面抛光。去除硅片正面和背面的损伤(毛刺、划伤、其他表面损伤)；
(4)最终抛光：在双面抛光完成后，只对硅片的正面进行精抛光，对正面的微损伤进行进一步去除；
(5)清洗：使用H2O2、NH4OH等清洗剂对硅片表面的颗粒、有机物、金属杂质等进行去除；
(6)外延：在1150℃作用，通过化学气相沉积反应，在清洗干净的抛光硅片正面生长一层单晶硅薄膜。
参见图1a，在上述步骤(4)中由于最终抛光步骤只对硅晶圆11正面进行精抛光，未进行精抛光的硅晶圆背面仍有可能存在部分损伤12，不过这些损伤12形态较小，对半导体器件影响可以忽略。
参见图1b，抛光后的硅晶圆11或因与空气反应，或因清洗过程中与H2O2反应，会在硅晶圆11正面和背面产生二氧化硅(SiO2)氧化层13。
参见图1c所示，当硅晶圆11装载到基座14内时，在基座14底板的上表面与硅晶圆11的下表面之间存在间隙15，在进行外延反应的过程中，间隙15中会残留反应气体。
参见图1d，高温条件下，反应气体与硅晶圆11背面的SiO2氧化层发生化学反应，进一步蚀刻硅晶圆11背面，使硅晶圆11背面的损伤12扩大，降低硅晶圆11的质量。
发明内容
本发明实施例提供一种外延反应设备，解决由于基座底板与硅晶圆之间残留的反应气体对硅晶圆的蚀刻作用，导致硅晶圆质量下降。
依据本发明实施例的第一方面，提供一种外延反应设备，包括用于支撑硅晶圆的基座，所述基座包括：凸台和底板，所述凸台与所述底板的周缘连接，所述凸台与所述底板的连接处设置有倾斜面，所述底板的上表面设置有气体导通槽，所述凸台内设置有气体排出隧道，所述气体排出隧道与所述气体导通槽连通，通过所述气体导通槽与所述气体排出隧道将所述底板的上表面与硅晶圆下表面之间的气体排出所述基座。
可选地，所述底板的上表面为圆形，所述气体导通槽包括：多条延伸方向为所述底板的上表面的半径方向的第一气体导通槽。
可选地，所述气体导通槽还包括：多条形状为环形的第二气体导通槽。
可选地，所述第一气体导通槽沿所述底板的上表面的周向均匀分布，所述第二气体导通槽沿所述底板的上表面的径向均匀分布。
可选地，相邻的所述第二气体导通槽之间的间隔相同。
可选地，所述底板的上表面包括：由内向外分布的多个区域，在相邻的两个区域中，靠内的区域为第一区域，靠外的区域为第二区域，所述第一区域内相邻的所述第一气体导通槽之间的夹角为第一角度，所述第二区域内相邻的所述第一气体导通槽之间的夹角为第二角度，所述第一角度大于所述第二角度。
可选地，所述第一角度与所述第二角度的角度之比为1:2～3。
可选地，所述气体排出隧道的延伸方向为所述底板的上表面的半径方向。
可选地，所述气体排出隧道设置在所述第一气体导通槽的延伸线上。
可选地，所述第一气体导通槽的宽度为0.5～2毫米；所述第二气体导通槽的宽度为0.5～2毫米；所述气体排出隧道的截面形状为圆形，且所述气体排出隧道的直径为0.5～1毫米。
本发明实施例中，通过在基座底板的上表面设置气体导通槽，在基座的凸台内设置有气体排出隧道，并将该气体排出隧道与该气体导通槽连通，通过该气体导通槽与该气体排出隧道将基座底板与硅晶圆之间残留的反应气体排出基座，避免残留的反应气体对硅晶圆造成蚀刻，提高了硅晶圆的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为硅晶圆结构示意图之一；
图1b为硅晶圆结构示意图之二；
图1c为硅晶圆与基座的位置关系示意图；
图1d为硅晶圆结构示意图之三；
图2为本发明实施例提供的基座结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基座的局部结构示意图；
图4a为图3中A-A处剖面示意图；
图4b为图3中B-B处剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种外延反应设备，包括用于支撑硅晶圆的基座。
参见图2，基座20包括：凸台21和底板22，凸台21与底板22的周缘连接，凸台21与底板22的连接处设置有倾斜面23，底板22的上表面设置有气体导通槽24，凸台21内设置有气体排出隧道(图中未示出)，气体排出隧道与气体导通槽连通24。
在本发明实施例中，通过气体导通槽24与气体排出隧道将底板22的上表面与硅晶圆下表面之间的气体排出基座20。
具体地，通过以下原理实现对基座底板与硅晶圆之间气体的排出：
(1)伯努利效应；
流体流动速度越大，压强越小；流体流动速度越小，压强越大。外延反应过程中，基座在基座支撑架的带动下以一定速度旋转。基座边缘处的气体相对于基座有一定的流速V1，硅晶圆背面与基座底板的间隙中的气体运动速度为V2。由于V1>V2，在基座边缘处的气体压强小于间隙中的气体压强，使空隙处与基座边缘处存在明显的气压差，为反应气体的排出提供了动力，通过设置气体导通槽和气体排出隧道，为反应气体的排出提供了通道。
(2)分子受热膨胀；
外延反应过程中，基座中部温度较基座边缘温度偏高，导致基座中部的气体分子吸收的热量要高于基座边缘外的气体分子，气体动能大，运动速率快，因此反应气体更易向基座边缘运动，通过设置气体导通槽和气体排出隧道，为反应气体的排出提供了通道。
(3)浓度扩散；
由于分子热运动的存在，气体分子具有从高浓度向低浓度扩散的趋势。由于外延反应装置结构的原因，基座边缘处充斥的氢气(H2)氛围，反应气体浓度非常低。因为外延反应一直在进行，硅晶圆背面与基座底板间隙中的反应气体浓度高于基座边缘处的反应气体浓度，使残留气体更易向基座边缘扩散，通过设置气体导通槽和气体排出隧道，为反应气体的排出提供了通道。
可选地，底板22的上表面为圆形；
参见图3，气体导通槽24包括：多条延伸方向为底板22的上表面的半径方向的第一气体导通槽241。
可选地，气体导通槽24还包括：多条形状为环形的第二气体导通槽242。
在本发明实施例中，考虑到在进行外延反应时基座需要进行匀速转动，采用形状为圆形的基座底板可使硅晶圆外延生长层更均匀。将气体导通槽设置为沿底板半径方向的第一气体导通槽241，以及形状为环形的第二气体导通槽242，通过交错设置的气体导通槽使气体排出效率更高。
进一步地，第一气体导通槽241沿底板的上表面的周向均匀分布，第二气体导通槽242沿底板22的上表面的径向均匀分布。通过均匀设置气体导通槽，使残留气体在由基座中部向基座边缘排出的过程中排出效率稳定。
继续参见图3，底板的上表面包括：由内向外分布的多个区域，在相邻的两个区域中，靠内的区域为第一区域221，靠外的区域为第二区域222，第一区221域内相邻的第一气体导通槽241之间的夹角为第一角度，第二区域222内相邻的第一气体导通槽241之间的夹角为第二角度，该第一角度大于该第二角度。
在本发明实施例中，由于扇形的弧长随扇形的半径增大而增大，使得底板边缘处的相邻第一气体导通槽241之间的间隔较大，导致气体排出效率降低。通过增加靠外的区域的第一气体导通槽241的数量，使底板22上各区域相邻第一气体导通槽241之间的间隔尽量一致，使气体排出效率稳定。
可以理解的是，图3仅示出了底板22的上表面包括三个区域的情况，本发明实施例对底板22的上表面包括区域的数量不做具体限定。
优选地，第一角度与第二角度的角度之比为1:2～3。
参见图4a和图4b，气体排出隧道25的延伸方向为底板的上表面的半径方向，进一步地，气体排出隧道25设置在第一气体导通槽241的延伸线上。
在本发明实施例中，气体排出隧道25与第一气体导通槽241的延伸方向一致，且将气体排出隧道25设置在第一气体导通槽241的延伸线上，这样，当气体排放至基座20边缘处时，气体能够沿直线从气体排出隧道25排出，进一步保证了气体排放效率。
进一步地，第一气体导通槽241的宽度优选为0.5～2毫米，其中最优选宽度为1毫米；
第二气体导通槽242的宽度优选为0.5～2毫米，其中最优选宽度为0.9毫米；
气体排出隧道25的截面形状为圆形，气体排出隧道25的直径优选为0.5～1毫米，其中最优选直径为1毫米。
本发明实施例中，通过在基座底板的上表面设置气体导通槽，在基座的凸台内设置有气体排出隧道，并将该气体排出隧道与该气体导通槽连通，通过该气体导通槽与该气体排出隧道将基座底板与硅晶圆之间残留的反应气体排出基座，避免残留的反应气体对硅晶圆造成蚀刻，提高了硅晶圆的质量。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种外延反应设备，包括用于支撑硅晶圆的基座，其特征在于，所述基座包括：凸台和底板，所述凸台与所述底板的周缘连接，所述凸台与所述底板的连接处设置有倾斜面，所述底板的上表面设置有气体导通槽，所述凸台内设置有气体排出隧道，所述气体排出隧道与所述气体导通槽连通，通过所述气体导通槽与所述气体排出隧道将所述底板的上表面与硅晶圆下表面之间的气体排出所述基座。
2.根据权利要求1所述的外延反应设备，其特征在于，所述底板的上表面为圆形，所述气体导通槽包括：多条延伸方向为所述底板的上表面的半径方向的第一气体导通槽。
3.根据权利要求2所述的外延反应设备，其特征在于，所述气体导通槽还包括：多条形状为环形的第二气体导通槽。
4.根据权利要求3所述的外延反应设备，其特征在于，所述第一气体导通槽沿所述底板的上表面的周向均匀分布。
5.根据权利要求3所述的外延反应设备，其特征在于，所述第二气体导通槽沿所述底板的上表面的径向均匀分布。
6.根据权利要求4所述的外延反应设备，其特征在于，所述底板的上表面包括：由内向外分布的多个区域，在相邻的两个区域中，靠内的区域为第一区域，靠外的区域为第二区域，所述第一区域内相邻的所述第一气体导通槽之间的夹角为第一角度，所述第二区域内相邻的所述第一气体导通槽之间的夹角为第二角度，所述第一角度大于所述第二角度。
7.根据权利要求6所述的外延反应设备，其特征在于，所述第一角度与所述第二角度的角度之比为1:2～3。
8.根据权利要求4所述的外延反应设备，其特征在于，所述气体排出隧道的延伸方向为所述底板的上表面的半径方向。
9.根据权利要求8所述的外延反应设备，其特征在于，所述气体排出隧道设置在所述第一气体导通槽的延伸线上。
10.根据权利要求9所述的外延反应设备，其特征在于，
所述第一气体导通槽的宽度为0.5～2毫米；
所述第二气体导通槽的宽度为0.5～2毫米；
所述气体排出隧道的截面形状为圆形，且所述气体排出隧道的直径为0.5～1毫米。
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