CN110429050B - 一种外延生长基座 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种外延生长基座，其特征在于，包括：底座，所述底座的外缘周向间隔设有多个贯穿所述底座的气体通道；环形承载台，用于承载晶圆，所述环形承载台围设于所述底座外，所述环形承载台的上表面的高度高于所述底座的上表面的高度。根据本发明实施例的外延生长基座，通过将环形承载台围设于底座外形成承载晶圆的凹坑，并在底座的外缘周向开设贯穿底座的气体通道，可以起到排除外延生长源气体和还原气体的作用，避免了在外延沉积期间晶圆背部形成不均匀的硅膜以及由于刻蚀气体的进入造成晶圆背面损伤扩大的问题，提高了外延晶圆的良品率。

Description

一种外延生长基座
技术领域
本发明涉及半导体生产加工技术领域,具体涉及一种外延生长基座。
背景技术
外延晶圆一般是通过化学气相沉积的方式在硅晶圆上生长一层外延薄膜得到。在外延生长装置内，将硅晶圆暴露于反应气体中，通过化学气相反应，在硅晶圆表面沉积一层硅单晶薄膜。
在外延沉积的烘焙过程中，H2等清洁气体会通过基座和晶圆的边缘进入两者之间的间隙处，会导致自然氧化层的不完全去除并且形成针孔状漏出硅的区域。在后续的外延生长过程中，含硅源气再次通过基座和晶圆的边缘进入缝隙，会在针孔中沉积硅由此在外延沉积期间在晶圆背部形成不均匀的硅膜。
此外，在外延生长过程中，硅晶圆背面与基座的空隙中存在的氯原子会对晶圆背面产生蚀刻作用(Si和氯离子反应会生成SiHCl3、SiCl4和氢气)，蚀刻会放大在外延之前工艺在硅晶圆背部的损伤。造成硅外延晶圆良品率的下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种外延生长基座，用于解决外延沉积过程中导致自然氧化层的不完全去除并且形成针孔状漏出硅的区域，继而导致晶圆背部形成不均匀的硅膜的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
根据本发明实施例的一种外延生长基座，包括：
底座，所述底座的外缘周向间隔设有多个贯穿所述底座的气体通道；
环形承载台，用于承载晶圆，所述环形承载台围设于所述底座外，所述环形承载台的上表面的高度高于所述底座的上表面的高度。
进一步地，所述气体通道包括：
至少一个分支点；
多条分通道，其中，每一分支点连接至少两条分通道，通过一分支点连通的两条分通道之间具有弯折角。
进一步地，至少一条所述分通道的开口设于所述底座的上表面、至少一条所述分通道的开口设于所述底座的下表面。
进一步地，所述分支点的数量为一个，所述分通道的数量为三条，其中一条所述分通道的开口设于所述底座的上表面，另外两条所述分通道的开口设于所述底座的下表面，或，其中一条所述分通道开口设于所述底座的下表面，另外两条所述分通道的开口设于所述底座的上表面。
进一步地，所述分支点的数量为一个，所述分通道的数量为四条，其中一条所述分通道的开口设于所述底座的上表面，另外三条所述分通道的开口设于所述底座的下表面，或，其中一条所述分通道的开口设于所述底座的下表面，另外三条所述分通道的开口设于所述底座的上表面。
进一步地，还包括：
若干支撑孔，所述若干支撑孔周向间隔设于所述底座外缘并贯穿所述底座。
进一步地，所述底座的上表面呈曲面。
进一步地，所述外延生长基座还包括：
环形凸台，所述环形凸台围设于所述环形承台面的外缘。
本发明上述技术方案的有益效果如下：
通过将环形承载台围设于底座外形成承载晶圆的凹坑，并在底座的外缘周向开设贯穿底座的气体通道，可以起到排除外延生长源气体和还原气体的作用，避免了在外延沉积期间晶圆背部形成不均匀的硅膜以及由于刻蚀气体的进入造成晶圆背面损伤扩大的问题，提高了外延晶圆的良品率。
附图说明
图1为外延生长装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中外延生长基座的俯视示意图；
图3为本发明实施例中外延生长基座上设置气体通道的示意图之一；
图4为本发明实施例中气体通道的示意图之一；
图5为本发明实施例中外延生长基座上设置气体通道的示意图之二；
图6为本发明实施例中气体通道的示意图之二；
图7为本发明实施例中气体通道的示意图之三。
附图标记：
上罩1、下罩2、卤素灯3、安装部件4、气流方向5、原有基座6、基座支撑杆7、晶圆8；
基座100、底座110、环形承载台120、环形凸台130；
气体通道200、上分通道210、下分通道220；
支撑孔300。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，外延反应装置包括上罩1、下罩2、卤素灯3、安装部件4、原有基座6、基座支撑杆7，其中，上罩1和下罩2相互配合形成一个密闭的反应腔室，上罩1和下罩2通过安装部件4进行安装固定；而用于盛放晶圆8的原有基座6则水平放置于反应腔室内，原有基座6正下方设置基座支撑杆7进行支撑，在外延生长过程中，基座支撑杆7在电机驱动下带动原有基座6作匀速旋转；而在上罩1的上方以及下罩2的下方均设置有卤素灯3，卤素灯3的设置位置对称均匀，卤素灯3通过热辐射的方式为反应提供能量，为晶圆8的外延生长过程提供足够的温度。
如图1所示，在该外延反应装置中进行外延生长过程中，反应气体从反应腔室一侧的进气口进入，通过在反应腔室内高温条件下的化学气相沉淀反应得到外延薄膜，同时，反应产生的尾气通过位于反应腔室另一侧的排气口排出，反应气体的流向如标记5所示。
但是，在上述外延沉积过程中，H2等清洁气体会通过原有基座6和晶圆8的边缘进入到两者之间的间隙处，这将导致自然氧化层的不完全去除并且形成针孔状漏出硅的区域。在后续的外延生长过程中，含硅源气再次通过原有基座6和晶圆8的边缘进入缝隙中，进一步的会在上述针孔中沉积硅，由此在外延沉积期间在晶圆8的背面形成不均匀的硅膜。此外，在外延生长过程中，晶圆8背面与原有基座6的空隙中存在的氯原子会对晶圆8的背面产生蚀刻作用，蚀刻会放大在外延沉积过程中晶圆背面形成的损伤，造成晶圆8的良品率下降。
有鉴于此，本发明实施例提供一种外延生长基座，如图3所示，该基座100主要包括底座110和环形承载台120，环形承载台120围设在底座110的外围，并且环形承载台120的上表面的高度高于底座110的上表面的高度，由此，环形承载台120和底座110共同构成一个内凹区域，以在环形承载台120上承载晶圆8，而且晶圆8的下表面与底座110的上表面之间存在一定的间隔，以提供气体的流动空间。
如图2所示，本发明实施例的底座110的外缘周向间隔开设有多个贯穿底座110的气体通道200，气体通道200设置于底座110的外缘有利于在外延生长源气体通过晶圆8和环形承载台120边缘进入两者之间的间隙时就能快速地直接由气体通道200排出，从而避免了外延生长源气体在硅片背面的沉积，继而避免不均匀硅膜的形成；而且由于气体通道200呈周向间隔开设，一定程度上减小了晶圆8上有气体通道200的区域和没有气体通道200的区域的温度的不均匀性，由此减少了由于热辐射不均匀对晶圆8背面微观形貌造成的影响；此外，进入到晶圆8和环形承台面120之间的间隙的氯离子也将快速地经由气体通道200快速排出，从而避免了抛光工艺时晶圆8背部损伤层的刻蚀，防止了晶圆8背部损伤扩大，确保了晶圆8的良品率。
在本发明的一些实施例中，气体通道包括至少一个分支点以及多个分通道，其中，每一分支点连接至少两条分通道，通过一分支点连通的两条分通道之间具有弯折角。也就是说，气体通道具有至少一个分支点，由每个分支点处至少有两个分通道互相连通，就如同树杈一样，逐级分支，分支点可以越来越多，每个分支点连接的分通道也可以越来越多，但应确保在一分支点连通的两条分通道之间形成有弯折角，以此确保气体流通通道的路径不是直线，由此避免光源(该光源通常为面光源)对晶圆8背面的直接照射，即光在气体通道中传播过程中将受到阻碍，由气体通道的内壁反射后继续传播，而非由底座110下方直接照射到晶圆8的背面，分支点越多，光的反射路径也就越多，热辐射也就越分散，由此进一步减小了晶圆8背面有气体通道的区域和没有气体通道的区域的温度的不均匀性，继而进一步减少了由于热辐射不均匀对晶圆8背面微观形貌造成的影响。其中，分通道可以是直的，也可以是弯曲的，弯曲的分通道对光的阻挡效果更好。
具体来说，如图3-7所示，本发明实施例提供的气体通道200包括一个分支点以及若干上分通道210和若干下分通道220，上分通道210和下分通道220可以是弯曲的，也可以是直的，上分通道210和下分通道220在分支点(图中未示出)处互相连通，并且，任意一条开口设在底座110的上表面的上分通道210和任意一条开口设在底座110的下表面的下分通道220之间形成有弯折角，换言之，任意一条上分通道210和任意一条下分通道220的中轴线不共线，即形成的某一完整气体流通通道路径不是直线的。通过将气体通道200如此设计，可以避免光源(该光源通常为面光源)对晶圆8背面的直接照射，即光在气体通道200中传播过程中将受到阻碍，由气体通道200的内壁反射后继续传播，而非由底座110下方直接照射到晶圆8的背面，由此进一步减小了晶圆8背面有气体通道200的区域和没有气体通道200的区域的温度的不均匀性，继而进一步减少了由于热辐射不均匀对晶圆8背面微观形貌造成的影响。
本发明实施例中的气体通道200可以至少包括一个上分通道210和一个下分通道220，上分通道210和下分通道220在分支点处相互连通。在只有一个上分通道210和一个下分通道220的情况下，组成的气体通道的路径是折线型的，在一定程度上可避免对晶圆8背面的直接照射；进一步的，如图3、4所示，在有一个上分通道210和两个下分通道220的情况下，组成的气体通道200的路径是呈倒置的Y型，其减少对晶圆8背面的直接照射的作用更优，当然，如图5、6所示，也可以为有两个上分通道210和一个下分通道220的情况，组成的气体通道200的路径呈Y型；更进一步地，如图7所示，气体通道200可以由三个上分通道210和一个下分通道220组成，其减少对晶圆8背面的直接照射的作用进一步提高，当然，也可以是由一个上分通道210和三个下分通道220组成；更进一步地，构成气体通道200的上分通道210和下分通道220可以更多，其减少对晶圆8背面的直接照射的作用也更好。
本发明实施例的基座100还包括若干支撑孔300，若干支撑孔300周向间隔设置在底座110的外缘并贯穿底座110，支撑孔300可以提供支撑杆的支撑通道，用于支撑杆支撑晶圆8做上下移动。具体的，如图2所示，本发明实施例中的支撑孔300的数量为3个，在360°的圆周上呈等角度分布，即间隔120°。
进一步的，本发明实施例的基座100还包括环形凸台130，环形凸台130围设在环形承台面120的外缘，环形凸台130的上表面高出于环形承台面120的上表面，以形成对晶圆8的周向限位，并且对进入反应腔室的气体起到一定的缓冲阻挡作用，避免直接吹向晶圆8与环形承载台120之间的间隙。
进一步的，本发明实施例的底座110的上表面呈曲面。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种外延生长基座，其特征在于，包括：
底座，所述底座的外缘周向间隔设有若干贯穿所述底座的气体通道；
环形承载台，用于承载晶圆，所述环形承载台围设于所述底座外，所述环形承载台的上表面的高度高于所述底座的上表面的高度；
所述气体通道包括：
至少一个分支点；
多条分通道，其中，每一分支点连接至少两条分通道，通过一分支点连通的两条分通道之间具有弯折角，形成弯曲的分通道，避免光源对晶圆背面直接照射。
2.根据权利要求1所述的一种外延生长基座，其特征在于，至少一条所述分通道的开口设于所述底座的上表面、至少一条所述分通道的开口设于所述底座的下表面。
3.根据权利要求2所述的一种外延生长基座，其特征在于，所述分支点的数量为一个，所述分通道的数量为三条，其中一条所述分通道的开口设于所述底座的上表面，另外两条所述分通道的开口设于所述底座的下表面，或，其中一条所述分通道开口设于所述底座的下表面，另外两条所述分通道的开口设于所述底座的上表面。
4.根据权利要求2所述的一种外延生长基座，其特征在于，所述分支点的数量为一个，所述分通道的数量为四条，其中一条所述分通道的开口设于所述底座的上表面，另外三条所述分通道的开口设于所述底座的下表面，或，其中一条所述分通道的开口设于所述底座的下表面，另外三条所述分通道的开口设于所述底座的上表面。
5.根据权利要求1所述的一种外延生长基座，其特征在于，还包括：
若干支撑孔，所述若干支撑孔周向间隔设于所述底座外缘并贯穿所述底座。
6.根据权利要求1所述的一种外延生长基座，其特征在于，所述底座的上表面呈曲面。
7.根据权利要求1所述的一种外延生长基座，其特征在于，还包括：
环形凸台，所述环形凸台围设于所述环形承载 台的外缘。
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