CN110670127B - 一种晶圆外延设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆外延设备，包括：机体，所述机体内限定有反应腔室，所述机体上设有与所述反应腔室连通的进气口和出气口；基座，所述基座可旋转地设置于所述反应腔室中；基座轴，所述基座轴的上端与所述基座相连，所述基座轴的下端形成有外螺纹；支撑塞，所述支撑塞上形成有带内螺纹的螺孔，所述基座轴的下端与所述螺孔螺纹连接，所述基座的轴线、所述基座轴的轴线和所述支撑塞的轴线共线，所述支撑塞用于与驱动组件相连以使所述驱动组件驱动所述基座轴旋转。本发明实施例中的外延设备通过螺纹的连接即使基座轴与支撑塞的部位受损伤，基座轴也不易歪斜，使得基座与预热环之间的间距恒定，外延晶圆上生长的外延膜均匀。

Description

一种晶圆外延设备

技术领域

本发明涉及晶圆加工领域，具体涉及一种晶圆外延设备。

背景技术

在抛光硅晶圆上生长单晶的薄的外延膜被称为外延晶圆，相较于现有硅单晶晶圆，外延晶圆具有表面缺陷少且可以控制外延膜的厚度和电阻率的特性。外延膜因纯度高且结晶特性优秀具有提高正在被高集成化的半导体的收率及元件特性的优点。

半导体的设计规则越低就以越高的水准要求晶圆的品质，尤其，在被高集成化的半导体的情况下，为了防止摄影工程的叠加不良，品质上要求晶圆的局部平坦度为25nm以下，要求边缘平坦度为35nm以下。外延晶圆基本上利用化学气相沉积装备，通过使包括硅的源气体流入高温的密闭的反应腔内，使单晶的外延膜生长在硅单晶晶圆表面。在外延膜生长过程中，将单晶硅晶圆安放在位于腔室内的基座，随着腔室温度上升，使硅源气体流入。基座与基座支撑轴连接，基座的高度和倾斜度、与预热环的间距是影响气体流动的工艺因子，若发生相对于设定值的变动，则将对外延晶圆的厚度和平坦度品质造成影响，现有的晶圆外延设备，支撑轴的下端与旋转驱动部连接，若紧固基座轴与支撑塞的部位受损伤，或组装时错误紧固，则基座轴会歪斜，将整体上导致基座与预热环之间的间距不恒定，导致外延晶圆上生长的外延膜不均匀，影响晶圆的品质。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种晶圆外延设备，用以解决紧固基座轴与支撑塞的部位受损伤，基座轴易歪斜，导致基座与预热环之间的间距不恒定，导致外延晶圆上生长的外延膜不均匀的问题。

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晶圆外延设备，包括：

机体，所述机体内限定有反应腔室，所述机体上设有与所述反应腔室连通的进气口和出气口；

基座，所述基座可旋转地设置于所述反应腔室中；

基座轴，所述基座轴的上端与所述基座相连，所述基座轴的下端形成有外螺纹；

支撑塞，所述支撑塞上形成有带内螺纹的螺孔，所述基座轴的下端与所述螺孔螺纹连接，所述基座的轴线、所述基座轴的轴线和所述支撑塞的轴线共线，所述支撑塞用于与驱动组件相连以使所述驱动组件驱动所述基座轴旋转。

其中，所述基座将所述反应腔室限定成上腔室和下腔室，所述进气口包括与所述上腔室连通的第一进口和与所述下腔室连通的第二进口，所述基座与所述反应腔室的内侧壁之间形成有连通所述上腔室和所述下腔室的狭缝。

其中，所述狭缝为圆环形，在所述基座至所述反应腔室的内侧壁的方向上所述狭缝的宽度相等。

其中，所述机体包括上石英结构和下石英结构，所述上石英结构与所述下石英结构限定出所述反应腔室。

其中，所述下石英结构上设有通孔，所述基座轴的上端穿过所述通孔伸入所述反应腔室中与所述基座相连。

其中，还包括：

加热装置，所述加热装置用于加热所述反应腔室。

其中，还包括：

温度检测计，用于检测所述上腔室和所述下腔室中的温度。

其中，所述反应腔室的内侧壁上与所述基座的边沿对应的位置设有预热环。

其中，还包括：

驱动组件，所述驱动组件与所述支撑塞相连以驱动所述基座轴旋转。

其中，所述支撑塞上的螺孔边沿设有第一定位结构，所述基座轴的下端邻近外螺纹的位置设有第二定位结构，当所述基座轴的下端的端面止抵所述支撑塞上的螺孔的底壁时，所述第一定位结构的一侧壁止抵所述第二定位结构的一侧壁。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的晶圆外延设备，机体内限定有反应腔室，机体上设有与反应腔室连通的进气口和出气口；基座可旋转地设置于反应腔室中；基座轴的上端与基座相连，基座轴的下端形成有外螺纹；支撑塞上形成有带内螺纹的螺孔，基座轴的下端与螺孔螺纹连接，基座的轴线、基座轴的轴线和支撑塞的轴线共线，支撑塞用于与驱动组件相连以使驱动组件驱动基座轴旋转，本发明实施例中的晶圆外延设备通过螺纹的连接即使基座轴与支撑塞的部位受损伤，基座轴也不易歪斜，使得基座与预热环之间的间距恒定，外延晶圆上生长的外延膜均匀。

附图说明

图1为本发明实施例的晶圆外延设备的一个结构示意图；

图2为本发明实施例的晶圆外延设备中基座轴与支撑塞的一个连接示意图；

图3为本发明实施例的晶圆外延设备中基座轴与支撑塞的另一个连接示意图；

图4为图3中基座轴旋转至螺孔的底部时第一定位结构与第二定位结构止抵的示意图；

图5为本发明实施例的晶圆外延设备中预热环与基座之间的狭缝的示意图；

图6为本发明实施例的晶圆外延设备中预热环与基座之间的狭缝所对应的外延晶圆品质水准。

附图标记

机体10；

上腔室12；下腔室13；上石英结构14；下石英结构15；

基座20；狭缝21；

基座轴30；

支撑塞40；螺孔41；

加热灯50；温度检测计51；预热环52；

第一定位结构60；第二定位结构61。

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。

下面具体描述根据本发明实施例的晶圆外延设备。

如图1至图5所示，根据本发明实施例的晶圆外延设备包括机体10、基座20、基座轴30和支撑塞40，机体10内限定有反应腔室，机体10上设有与反应腔室连通的进气口和出气口，基座20可旋转地设置于反应腔室中，基座轴30的上端与基座20相连，基座轴30的下端形成有外螺纹，支撑塞40上形成有带内螺纹的螺孔41，基座轴30的下端与螺孔41螺纹连接，基座20的轴线、基座轴30的轴线和支撑塞40的轴线共线，支撑塞40用于与驱动组件相连以使所述驱动组件驱动基座轴30旋转。

也就是说，晶圆外延设备主要由机体10、基座20、基座轴30和支撑塞40构成，其中，机体10内可以限定有反应腔室，机体10上可以设有与反应腔室连通的进气口和出气口，可以通过注入器通过进气口向反应腔室中通入气体，基座20设置于反应腔室中，基座20可旋转，通过基座20的旋转能够带动基座20上的晶圆旋转，能够使得晶圆上生长的外延膜均匀。基座轴30的上端可以与基座20相连，基座轴30的下端可以形成有外螺纹，支撑塞40可以为特氟龙材料件，支撑塞40上形成有带内螺纹的螺孔41，内螺纹与外螺纹匹配，基座轴30的下端与螺孔41螺纹连接，基座20的上端面呈平面，基座20的上端面与水平面平行，基座20的轴线、基座轴30的轴线和支撑塞40的轴线共线，基座轴30的轴线沿着竖直方向，与基座20的上端面垂直，基座20、基座轴30和支撑塞40之间的连接关系使得基座20的上端面与水平面平行，通过螺纹的连接即使基座轴30与支撑塞40的部位受损伤，能够保证基座轴30与支撑塞40之间的间隙最小化，基座轴30也不易歪斜，使得基座20与预热环之间的间距恒定，外延晶圆上生长的外延膜均匀。支撑塞40可以用于与驱动组件相连以使驱动组件来驱动基座轴30旋转，通过基座20的旋转使得晶圆上生长的外延膜均匀。另外，加工的螺旋形状的方向可以考虑基座轴30的旋转方向而加工，以免基座轴30的下端与螺孔41螺纹在旋转时分离松动。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，基座20可以将反应腔室限定成上腔室12和下腔室13，进气口可以包括与上腔室12连通的第一进口和与下腔室13连通的第二进口，基座20与反应腔室的内侧壁之间可以形成有狭缝21，狭缝21连通上腔室12和下腔室13，在生长外延膜时，硅源气体在上腔室12中生成外延膜，硅源气体可能部分通过狭缝21进入下腔室13中，通过通入下腔室13中的氢气可以带走进入下腔室13中的硅源气体，防止硅源气体在下腔室13中沉积。

在本发明的另一些实施例中，如图5所示，狭缝21可以为圆环形，在基座20至反应腔室的内侧壁的方向上狭缝21的宽度相等，也即是，基座20的外侧壁至反应腔室的内侧壁之间的间距相等，使得基座20旋转时，狭缝21位置的气流稳定，基座20上的外延膜生长均匀。

可选地，如图1所示，机体10可以包括上石英结构14和下石英结构15，上石英结构14与下石英结构15可以配合限定出反应腔室。在下石英结构15上可以设有通孔，基座轴30的上端穿过通孔伸入反应腔室中与基座20相连，基座轴30与通孔的内侧壁之间可以设有密封结构，防止反应腔室中的气体流出。

根据一些实施例，晶圆外延设备还可以包括加热装置，加热装置可以用于加热反应腔室。如图1所示，加热装置可以包括加热灯50，可以在上石英结构14的上方设置加热灯50以加热上腔室12，可以设置至少一个加热灯50，同时，可以在下石英结构15的下方设置加热灯50以加热下腔室13，比如可以设置多个加热灯50，多个加热灯50可以均匀设置。可以在上石英结构14的左上方和下石英结构15的左下方分别设置12个加热灯50，可以在上石英结构14的右上方设置20个加热灯50，在下石英结构15的右下方设置32个加热灯50，以便更好地加热。

根据另一些实施例还可以包括温度检测计51，通过温度检测计51可以检测上腔室12和下腔室13中的温度，可以分别在上腔室12的上方和下腔室13的下方设置温度检测计51。

在一些实施例中，如图1所示，反应腔室的内侧壁上与基座20的边沿对应的位置可以设有预热环52，通过预热环52可以对基座20进行预热，预热环52可以为均匀的圆环形，狭缝21可以为圆环形，狭缝21位于预热环52和基座20之间，狭缝21的宽度相等，使得预热环52预热时基座20周围的温度均匀。如图5所示，狭缝21的不同位置的宽度相等，使得基座20旋转时，狭缝21位置的气流稳定，基座20上的外延膜生长均匀，预热环52与基座20之间的狭缝21所对应的外延晶圆品质水准可以如图6所示，当狭缝21的a和b位置的宽度相等时，在晶圆的表面生长外延膜时外延膜的厚度相同，当a大于或小于b时外延膜的厚度不均匀，影响外延晶圆的品质。

在应用过程中，可以通过检测结构检测狭缝21的宽度，可以检测狭缝21不同位置的多个点的宽度，旋转基座20之后在检测狭缝21的多个不同点的宽度，如果多次检测后的宽度都相等，说明狭缝21的宽度均匀相等。

在另一些实施例中，晶圆外延设备还可以包括驱动组件，驱动组件与支撑塞40相连以驱动基座轴30旋转。

在本发明的实施例中，如图3所示，支撑塞40上的螺孔边沿设有第一定位结构60，基座轴30的下端邻近外螺纹的位置设有第二定位结构61，当基座轴30的下端的端面止抵支撑塞40上的螺孔的底壁时，第一定位结构60的一侧壁止抵第二定位结构61的一侧壁，其中，如图3和图4所示，第一定位结构60可以为方形体，第二定位结构61可以为方形体。支撑塞40的螺孔中可能会沉积或进入杂物，由于受到空间的限制不易检测螺孔内部，使得基座轴30不能旋转至螺孔的底部，影响基座20的高度，使得基座20的高度不在设定的水平面上，进而影响晶圆的外延膜生长，可以通过第一定位结构60的一侧壁是否止抵第二定位结构61的一侧壁，来判断基座轴30是否旋转至螺孔的底部，进而判断基座20的高度是否在设定的水平面上。如图4所示，当基座轴30旋转至螺孔的底部，第一定位结构60的一侧壁止抵第二定位结构61的一侧壁，可以判断基座20的高度在设定的水平面上，如果支撑塞40的螺孔中沉积或进入杂物，受到沉积物或杂物的阻挡，基座轴30不能旋转至螺孔的底部，第一定位结构60的一侧壁不能止抵第二定位结构61的一侧壁，可以直接观察检测，简便易行，实用性强。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

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 (10)

1.一种晶圆外延设备，其特征在于，包括：

机体，所述机体内限定有反应腔室，所述机体上设有与所述反应腔室连通的进气口和出气口；

基座，所述基座可旋转地设置于所述反应腔室中；

基座轴，所述基座轴的上端与所述基座相连，所述基座轴的下端形成有外螺纹；

支撑塞，所述支撑塞上形成有带内螺纹的螺孔，所述基座轴的下端与所述螺孔螺纹连接，所述基座的轴线、所述基座轴的轴线和所述支撑塞的轴线共线，所述支撑塞用于与驱动组件相连以使所述驱动组件驱动所述基座轴旋转。

2.根据权利要求1所述的晶圆外延设备，其特征在于，所述基座将所述反应腔室限定成上腔室和下腔室，所述进气口包括与所述上腔室连通的第一进口和与所述下腔室连通的第二进口，所述基座与所述反应腔室的内侧壁之间形成有连通所述上腔室和所述下腔室的狭缝。

3.根据权利要求2所述的晶圆外延设备，其特征在于，所述狭缝为圆环形，在所述基座至所述反应腔室的内侧壁的方向上所述狭缝的宽度相等。

4.根据权利要求2所述的晶圆外延设备，其特征在于，所述机体包括上石英结构和下石英结构，所述上石英结构与所述下石英结构限定出所述反应腔室。

5.根据权利要求4所述的晶圆外延设备，其特征在于，所述下石英结构上设有通孔，所述基座轴的上端穿过所述通孔伸入所述反应腔室中与所述基座相连。

6.根据权利要求4所述的晶圆外延设备，其特征在于，还包括：

加热装置，所述加热装置用于加热所述反应腔室。

7.根据权利要求2所述的晶圆外延设备，其特征在于，还包括：

温度检测计，用于检测所述上腔室和所述下腔室中的温度。

8.根据权利要求1所述的晶圆外延设备，其特征在于，所述反应腔室的内侧壁上与所述基座的边沿对应的位置设有预热环。

9.根据权利要求1所述的晶圆外延设备，其特征在于，还包括：

驱动组件，所述驱动组件与所述支撑塞相连以驱动所述基座轴旋转。

10.根据权利要求1所述的晶圆外延设备，其特征在于，所述支撑塞上的螺孔边沿设有第一定位结构，所述基座轴的下端邻近外螺纹的位置设有第二定位结构，当所述基座轴的下端的端面止抵所述支撑塞上的螺孔的底壁时，所述第一定位结构的一侧壁止抵所述第二定位结构的一侧壁。

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