CN114672789A - 一种气相沉淀设备及其晶圆加热载台和加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气相沉淀设备及其晶圆加热载台和加热方法，包括：载台本体、顶针本体以及加热装置；加热装置设置在顶针本体中；载台本体设置有通孔，顶针本体穿过通孔；顶针本体用于承接晶圆并将晶圆放置在载台本体的上表面，其中，加热装置对顶针本体加热，顶针本体与载台本体共同向晶圆传热。本申请通过在顶针本体中加设加热装置，使得加热装置对顶针本体进行加热，顶针本体和载台本体共同对晶圆传热，顶针本体可以减少通孔中损失的热量，或者弥补通孔中损失的热量，进而减轻晶圆在载台本体上受热不均的程度，或避免晶圆在载台本体上出现受热不均的现象，进而可以加快晶圆上表面薄膜的形成速度，增加薄膜的厚度，提高晶圆表面成膜的效率。

Description

一种气相沉淀设备及其晶圆加热载台和加热方法

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种气相沉淀设备及其晶圆加热载台和加热方法。

背景技术

化学气相沉积(CVD)是一种化工技术，该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质，在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。

化学气相沉积的主要过程都是在CVD设备中的反应腔室中完成的，在化学气相沉积的过程中需要对加热载台上的晶圆加热，然而，由于加热载台上设置有通孔，该通孔导致晶圆的受热不均，影响晶圆表面的薄膜沉积的厚度和效率。

发明内容

本申请实施例通过提供一种气相沉淀设备及其晶圆加热载台和加热方法，解决了现有技术中晶圆在加热载台上受热不均的技术问题，实现了改善晶圆表面薄膜沉积厚度以及提高晶圆表面薄膜沉积效率的技术效果。

第一方面，本申请提供了一种晶圆加热载台，包括：

载台本体、顶针本体以及加热装置；加热装置设置在顶针本体中；载台本体设置有通孔，顶针本体穿过通孔；顶针本体用于承接晶圆并将晶圆放置在载台本体的上表面，其中，加热装置对顶针本体加热，顶针本体与载台本体共同向晶圆传热。

进一步地，顶针本体的内部设置有空腔，加热装置设置在空腔内。

进一步地，加热装置包括加热部件和电源线，加热部件与电源线电连接；其中，加热部件设置在空腔内。

进一步地，加热部件包括电阻加热部件或电磁加热部件。

进一步地，顶针本体的材质与载台本体的材质相同。

进一步地，顶针本体的材质为氮化铝。

进一步地，顶针本体的长度为1cm～20cm。

进一步地，载台本体上设置的通孔的数量为4个，每个通孔对应设置有一个顶针本体。

第二方面，本申请提供了一种气相沉淀设备，设备包括一种晶圆加热载台。

第三方面，本申请提供了一种晶圆加热方法，方法包括：

将晶圆放置在晶圆加热载台上，其中，加热装置对顶针本体加热，载台本体和顶针本体共同向晶圆传热。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请通过在顶针本体中加设加热装置，使得加热装置对顶针本体进行加热，在此基础上，顶针本体和载台本体共同对晶圆传热，顶针本体可以减少通孔中损失的热量，或者弥补通孔中损失的热量，进而减轻晶圆在载台本体上受热不均的程度，或避免晶圆在载台本体上出现受热不均的现象，进而可以加快晶圆上表面薄膜的形成速度，增加薄膜的厚度，提高晶圆表面成膜的效率。

2、本申请将加热装置设置在顶针本体的空腔内，可以更高效的利用加热装置产生的热量，原因在于热量在空腔内更不容易损失，且加热装置与顶针本体的顶部之间的距离很近，进一步提高加热装置对顶针本体的加热效率，也提高了顶针本体对晶圆的传热效率，并且更节约能源。

3、本申请将加热装置设置在顶针本体外部，其方式更加更加简单，即直接在顶针本体外加设加热装置即可，不需要在顶针本体内部设置空腔(顶针本体本身就很细小，在顶针本体内部设置空腔的工艺较难)，降低了对工艺的难度要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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1为化学气相沉淀的过程示意图；

图2为本申请提供的一种晶圆加热载台的纵向剖面结构示意图；

图3为本申请提供的另外一种晶圆加热载台的纵向剖面的结构示意图；

图4为本申请提供的另外一种晶圆加热载台的纵向剖面的结构示意图。

附图标记：

1-载台本体，2-顶针本体，3-加热装置。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种晶圆加热载台，解决了现有技术中晶圆在加热载台上受热不均的技术问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种晶圆加热载台，包括：载台本体1、顶针本体2以及加热装置3；加热装置3设置在顶针本体2中；载台本体1设置有通孔，顶针本体2穿过通孔；顶针本体2用于承接晶圆并将晶圆放置在载台本体1的上表面，其中，加热装置3对顶针本体2加热，顶针本体2与载台本体1共同向晶圆传热。

本申请通过在顶针本体2中加设加热装置3，使得加热装置3对顶针本体2进行加热，在此基础上，顶针本体2和载台本体1共同对晶圆传热，顶针本体2可以减少通孔中损失的热量，或者弥补通孔中损失的热量，进而减轻晶圆在载台本体1上受热不均的程度，或避免晶圆在载台本体1上出现受热不均的现象，进而可以加快晶圆上表面薄膜的形成速度，增加薄膜的厚度，提高晶圆表面成膜的效率。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

为了能够更好地对本申请提供的晶圆加热载台进行说明，本申请先对化学气相沉积进行简要说明。

化学气相沉积的目的在于，在一定压强条件和温度条件下输入高频电压，使得气体源电离形成等离子体，在晶圆(晶圆也可称为基板、衬底)表面发生气相化学反应，进而在晶圆表面生长出各种功能的薄膜。薄膜是指某一维尺寸(通常是厚度)远远小于另外两维上的尺寸的固体膜。在一个晶圆表面可能需要形成多层不同的薄膜，每层薄膜的作用也不相同。例如，在一个晶圆表面可以有绝缘层(防止相邻两层薄膜导通)、半导体(作为导通层，用于产生电子)、掺杂半导体(用于降低界面电位差，降低相邻两层之间的电位差)或保护层(防止发生氧化腐蚀等现象)中的一种或多种薄膜。

如图1所示，是CVD反应腔室中化学气相沉淀的大概过程。从图1中可知，气体被输入CVD反应室中，发生薄膜先驱物反应生成先驱物和副产物(副产物被排出CVD反应腔室中)。先驱物以气体分子形式吸附在衬底(即晶圆)表面，先驱物在衬底表面聚集成束呈岛束生长趋势，并逐渐延伸铺展到衬底表面，形成连续的薄膜。

在图1所示的化学气相沉淀的过程中，需要对衬底(即晶圆)进行加热，进而辅助先驱物在衬底表面形成薄膜。在加热过程中，晶圆放置在CVD反应腔室中的加热载台上，而加热载台上设置有通孔，导致处于加热载台上的晶圆存在受热不均的现象。受热不均的原因在于，加热载台与晶圆接触的部分可以通过直接接触的方式对晶圆进行传热；而加热载台的通孔会导致加热载台的能量流失，进而导致晶圆与通孔接触的部分的温度较低，进而造成晶圆受热不均的现象。晶圆受热不均则会降低晶圆上成膜的效率和成膜厚度。

加热载台上导致晶圆加热不均的通孔的作用在于容纳顶针。在将晶圆放置在加热载台表面的过程中，先利用驱动机构将顶针从通孔中升出直到顶针顶部高于加热载台的上表面；再将晶圆放置在顶针顶部，利用驱动机构将顶针从通孔中降下，直到将晶圆放置在加热载台上表面。由此可见，加热载台的通孔并不能轻易取消。

为了减轻晶圆的受热不均的程度，或避免晶圆在加热载台上出现受热不均的现象，本申请提供了如图2所示的一种晶圆加热载台，包括：

载台本体1、顶针本体2以及加热装置3；加热装置3设置在顶针本体2中；载台本体1设置有通孔，顶针本体2穿过通孔；顶针本体2用于承接晶圆并将晶圆放置在载台本体1的上表面，其中，加热装置3对顶针本体2加热，顶针本体2与载台本体1共同向晶圆传热。

其中，载台本体1是指加热载台本身，载台本体1是具有一定厚度的平台，可以是圆形或方形，足以支撑晶圆即可。载台本体1平放在CVD设备的反应腔室中，载台本体1设置有通孔(通孔在图2-图4中未标出，通孔具体是指图2-图4中两个载台本体横截面之间形成的空隙)，通孔的中轴线与载台本体1的上表面垂直。载台本体1上设置的通孔的数量为4个，每个通孔对应设置有一个顶针本体2。顶针本体2依赖于驱动机构可以在通孔中上升或下降，顶针本体2的水平截面的形状与通孔的水平截面的形状匹配，以减少通孔与顶针本体2之间的缝隙。例如，当通孔的水平截面是方形，则顶针本体2的水平截面的形状也是方形。当通孔的水平截面是圆形，则顶针本体2的水平截面的形状也是圆形。

本申请在顶针本体2中设置了加热装置3，加热装置3是为了对顶针本体2进行加热。由于顶针本体2处于加热装置3的加热状态下，那么顶针本体2本身也具有一定温度，进而可以减少载台本体1的通孔中丢失的热量，同时也可以为晶圆传热，以减轻晶圆在加热载台上受热不均的程度。

本申请在顶针本体2中设置加热装置3的理想目标是通过顶针本体2(顶针本体被加热装置3加热)和载台本体1共同对晶圆传热，使得晶圆各个位置的温度是相同的。但是在实际操作时，要想使晶圆各个位置的温度都相同是有一定难度的，因此，在实际操作时，只能尽量使晶圆的各个位置的温度相近(相近的程度可以通过温度差来确定)。由于晶圆的上表面需要镀膜，晶圆的下表面需要充分与载台本体的上表面接触，无法直接对晶圆的各个位置的温度进行采集，在此情况下，可以通过检测载台本体1和顶针本体2的温度，间接预测晶圆的各个位置的温度。载台本体1和顶针本体2的温度可以通过热成像仪或者温度传感器进行测量。

在载台本体1和顶针本体2共同对晶圆进行传热时，顶针本体2可以通过以下两种方式进行传热：

第一种方式：在传热过程中，顶针本体2的顶部可以与载台本体1的表面处于同一水平面上，使得顶针本体2的顶部刚好与晶圆下表面接触，当加热装置3对顶针本体2进行加热时，顶针本体2能够通过直接接触的方式对相应的晶圆下表面进行传热，避免晶圆出现受热不均的现象。

第二种方式：在传热过程中，顶针本体2的顶部可以略低于载台本体1的表面所在的水平面，使得顶针本体2的顶部与晶圆下表面不接触，当加热装置3对顶针本体2进行加热时，顶针本体2能够通过热辐射的方式对响应的晶圆下表面进行加热，避免晶圆出现受热不均的现象。

可想而知，第一种方式(顶针本体2的顶部与晶圆直接接触的方式)，相对于第二种方式(顶针本体2的顶部与晶圆分离的方式)而言，第一种方式中的顶针本体2的温度更低，所需的热量更少，对晶圆的传热效率更高。

本申请通过在顶针本体2中加设加热装置3，使得加热装置3对顶针本体2进行加热，在此基础上，顶针本体2和载台本体1共同对晶圆传热，顶针本体2可以减少通孔中损失的热量，或者弥补通孔中损失的热量，进而减轻晶圆在载台本体1上受热不均的程度，或避免晶圆在载台本体1上出现受热不均的现象，进而可以加快晶圆上表面薄膜的形成速度，增加薄膜的厚度，提高晶圆表面成膜的效率。

在上述提供的技术方案的基础上，本申请提供了进一步的优化方案，具体包括：

如图2和图3所示，顶针本体2的内部设置有空腔，加热装置3设置在空腔内。其中，图2所示的是顶针本体2的顶部与载台本体1上表面处于同一水平面的状态。图3所示的是顶针本体2中升承接晶圆的状态。

为了使得晶圆在通孔处的温度与晶圆在载台本体1接触部分的温度相同(理想状态是相同，实际操作时的状态是相近，是否相近可以通过温度差进行判定)，通过加热装置3对顶针本体2进行加热。在顶针本体2的内部掏空形成空腔，将加热装置3直接置于空腔内，加热装置3直接与顶针本体2接触，进而对顶针本体2实现加热。

加热装置3可以设置在该空腔内的任意位置，不过，为了节约能量，提高加热装置3对顶针本体2的加热效率(同时也是提高顶针本体2对晶圆的传热效率)，可以将加热装置3置于空腔内的顶部，即使得加热装置3与顶针本体2的顶部之间的距离最短，当加热装置3对顶针本体2进行加热时，可以在最短时间内使得顶针本体2的顶部达到需要的温度，以对晶圆传热，同时，还可以减少热量的损失，节约能源。

在上述提供的技术方案中涉及的加热装置3包括加热部件和电源线，加热部件与电源线电连接；其中，加热部件设置在空腔内。电源线从加热部件上引出，从顶针本体2的外部获取电能。电源线为加热部件提供能源，而加热部件则产生热能以对顶针本体2加热。加热部件可以是电阻加热部件或电磁加热部件。

进一步地，加热装置3不仅可以设置在顶针本体2的内部，还可以设置在顶针本体2的外部。如图4所示，加热装置3在外部对顶针本体2加热，也同样可以达到减轻晶圆受热不均的程度或避免晶圆出现受热不均的现象。当加热装置3设置在顶针本体2的外部时，加热装置3与顶针本体2可以接触，也可以不接触，当然两者接触与两者不接触相比，前者的加热效率更高，且能量消耗量更低，进而使得顶针本体2对晶圆的传热效率也更高。

将“加热装置3设置在顶针本体2的空腔内”与“将加热装置3设置在顶针本体2外部”进行比较，前者可以更高效的利用加热装置3产生的热量(原因在于热量在空腔内更不容易损失，且加热装置3与顶针本体2的顶部之间的距离很近，进一步提高加热装置3对顶针本体2的加热效率，也提高了顶针本体2对晶圆的传热效率，并且更节约能源)；而后者则更加简单，即直接在顶针本体2外加设加热装置3即可，不需要在顶针本体2内部设置空腔(顶针本体2本身就很细小，在顶针本体2内部设置空腔的工艺较难)，降低了对工艺的难度要求。

进一步地，为了更好地控制顶针本体2顶部的温度与载台本体1的加热温度相同(理想状态是相同，实际操作时的状态是相近，是否相近可以通过温度差进行判定)，顶针本体2的材质与载台本体1的材质相同，载台本体1的材质一般是陶瓷(例如氮化铝)，顶针本体2的材质也为氮化铝。其中，顶针本体2的长度为1cm～20cm。

综上，本申请通过在顶针本体2中加设加热装置3，即热装置3对顶针本体2加热，使得顶针本体2能够弥补载台本体1的通孔的热量损失，实现顶针本体2和载台本体1共同对晶圆传热，进而减轻晶圆受热不均的程度，或避免晶圆在载台本体1上出现受热不均的现象，进而增加晶圆表面成膜的厚度，加快晶圆表面成膜的效率。

基于同一发明构思，本申请提供了一种气相沉淀设备，设备包括上述方案提供的晶圆加热载台。使用本申请提供的晶圆加热载台制成的气相沉淀设备，可以增加晶圆表面成膜的厚度，加快晶圆表面成膜的效率，进而提高晶圆制造的整体效率、速度以及质量。

基于同一发明构思，本申请提供了一种晶圆加热方法，方法包括：

将晶圆放置在晶圆加热载台上，其中，加热装置3对顶针本体2加热，载台本体1和顶针本体2共同向晶圆传热。

当需要对晶圆进行加热(或者说当需要对晶圆进行镀膜)时，依赖于驱动机构将晶圆加热载台上的顶针本体2从载台本体1的通孔中升起，并上升至距离载台本体1上表面一定高度的位置，利用机械臂将晶圆放置在顶针本体2的顶部；再利用驱动机构将顶针本体2从载台本体1的通孔中降下，直到晶圆置于载台本体1的上表面。在该过程中，顶针本体2可以是被加热装置3预热的桩体，以及载台本体1可以处于预热状态。

当晶圆置于载台本体1的上表面之后，载台本体1对晶圆传热；加热装置3对顶针本体2加热，使得顶针本体2顶部可以对晶圆传热，使得晶圆被载台本体1和顶针本体2共同传热，以改善晶圆受热不均的现象，或避免晶圆出现受热不均的现象，进而增加晶圆表面成膜的厚度，加快晶圆表面成膜的效率，进而提高晶圆制造的整体效率、速度以及质量。

由于本实施例所介绍的电子设备为实施本申请实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，故而基于本申请实施例中所介绍的信息处理的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，都属于本申请所欲保护的范围。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种晶圆加热载台，其特征在于，包括：

载台本体、顶针本体以及加热装置；所述加热装置设置在所述顶针本体中；所述载台本体设置有通孔，所述顶针本体穿过所述通孔；所述顶针本体用于承接晶圆并将所述晶圆放置在所述载台本体的上表面，其中，所述加热装置对所述顶针本体加热，所述顶针本体与所述载台本体共同向所述晶圆传热。

2.如权利要求1所述的一种晶圆加热载台，其特征在于，所述顶针本体的内部设置有空腔，所述加热装置设置在所述空腔内。

3.如权利要求2所述的一种晶圆加热载台，其特征在于，所述加热装置包括加热部件和电源线，所述加热部件与所述电源线电连接；其中，所述加热部件设置在所述空腔内。

4.如权利要求3所述的一种晶圆加热载台，其特征在于，所述加热部件包括电阻加热部件或电磁加热部件。

5.如权利要求1所述的一种晶圆加热载台，其特征在于，所述顶针本体的材质与所述载台本体的材质相同。

6.如权利要求1所述的一种晶圆加热载台，其特征在于，所述顶针本体的材质为氮化铝。

7.如权利要求1所述的一种晶圆加热载台，其特征在于，所述顶针本体的长度为1cm～20cm。

8.如权利要求1所述的一种晶圆加热载台，其特征在于，所述载台本体上设置的所述通孔的数量为4个，每个所述通孔对应设置有一个所述顶针本体。

9.一种气相沉淀设备，其特征在于，所述设备包括权利要求1-8任一所述的一种晶圆加热载台。

10.一种晶圆加热方法，其特征在于，所述方法包括：

将晶圆放置在如权利要求1-8任意所述的晶圆加热载台上，其中，所述加热装置对所述顶针本体加热，所述载台本体和所述顶针本体共同向所述晶圆传热。

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