CN114686975A - 一种外延基座以及外延设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种外延基座以及外延设备。所述外延基座包括基座主体，所述基座主体包括相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有用于承载外延基底的凹槽，所述凹槽外侧的所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域；其中，所述第一区域的所述第一表面呈粗糙表面，所述第二区域的所述第一表面呈平滑表面；和/或所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度，以使所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射。所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射，使晶圆基座周边温度分布产生不同来补偿因晶圆晶向造成的厚度差异，以达到最终生成出的外延层周边厚度波动减小，使外延层的厚度更加均一。
Description
技术领域
本申请涉及外延生长领域，具体而言涉及一种外延基座以及外延设备。
背景技术
在外延生长工艺中，外延的周边一圈厚度不可避免的会受到晶圆周边晶向的影响，进而导致周边不同晶向处生长的外延厚度不同。所述现象直接导致了外延之后周边一圈局部平整度(Site Front Quotient Range,简称“SFQR”)存在固定差异。
因此，需要对目前的技术方案进行改进，以消除上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本申请提供了一种外延基座，所述外延基座包括基座主体，所述基座主体包括相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有用于承载外延基底的凹槽，所述凹槽外侧的所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域；
其中，所述第一区域的所述第一表面呈粗糙表面，所述第二区域的所述第一表面呈平滑表面；和/或所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度，以使所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射。
可选地，所述第一区域和所述第二区域的热辐射系数的范围为0.01～0.99。
可选地，在所述凹槽外侧的所述基座主体的圆周上圆心角为0°～30°、60°～120°、150°～210°、240°～300°和330°～360°的区域中至少一个设置为所述第一区域。
可选地，所述基座主体上设置有多个所述第一区域，多个所述第一区域的热辐射配置为相同或不同。
可选地，所述第一区域的所述第一表面的表面粗糙度为0.01um～5mm。
可选地，所述第一区域的所述第一表面具有相邻设置的波峰和波谷。
可选地，在所述第一区域的所述第二表面设置有辐射层，配置为使所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度。
可选地，所述辐射层的厚度范围为0.1um～5mm。
可选地，所述基座主体上设置有多个所述第一区域，多个所述第一区域的辐射层的厚度配置为相同或不同。
本申请还提供了一种外延设备，所述外延设备包括前文所述的外延基座。
为了解决目前存在的技术问题，本申请提供了一种外延基座，所述外延基座包括基座主体，在所述基座主体包括相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有用于承载外延基底的凹槽结构，所述凹槽外侧所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域，所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射，进而达到周边温度在不同区域位置产生差异，使晶圆基座周边温度分布产生不同来补偿因晶圆晶向造成的厚度差异，以达到最终生成出的外延层周边厚度波动减小，使外延层的厚度更加均一。
附图说明
本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出了本申请的实施例及其描述，用来解释本申请的装置及原理。在附图中，
图1为现有技术的外延基座的俯视示意图；
图2为本申请一实施例中所述外延基座的俯视示意图；
图3为本申请一实施例中所述外延基座沿A-A1方向的剖视示意图；
图4为本申请一实施例中所述外延基座沿B-B1方向的剖视示意图；
图5为本申请另一实施例中所述外延基座沿B-B1方向的剖视示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本申请能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本申请的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本申请提出的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。
目前外延工艺中外延层的厚度存在波动，厚度均一性较差，针对该问题，针对该问题申请人对造成该问题的原因进行研究，通过大量外延实验以及结合自身经验发现外延基底周边温度的高低会直接影响到外延边缘厚度，且相关性很强。因外延设备对晶圆周边一圈加热是均匀的，且外延基底例如晶圆在基座上是随基座一起转动的，如图1所示，使周边一圈温度分布更加均匀。而由于晶圆周边晶向的差异是固定存在的，造成了周边一圈的外延厚度在温度均匀分布的情况下会不同。
为了解决该问题，本申请提供了一种外延基座，所述外延基座包括基座主体，在所述基座主体包括相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有用于承载外延基底的凹槽结构，所述凹槽外侧所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域，所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射；由于所述第一区域和所述第二区域具有不同的热辐射，进而达到周边温度在不同区域位置产生差异，使晶圆基座周边温度分布产生不同来补偿因晶圆晶向造成的厚度差异，以达到最终形成的外延层周边厚度波动减小，使外延层的厚度更加均一。
具体地，为了将所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射可以通过对所述第一区域和所述第二区域设置为不同的结构，例如厚度和/或表面性能，以实现所述目的。
实施例一
为了更好的说明本申请的所述外延基座，下面结合附图对所述外延基座进行详细的说明，其中图2为本申请一实施例中所述外延基座的俯视示意图；图3为本申请一实施例中所述外延基座沿A-A1方向的剖视示意图；图4为本申请一实施例中所述外延基座沿B-B1方向的剖视示意图。
本申请中所述外延基座用于承载基底，以在所述基底上外延生长材料膜层。其中，所述基底通常为晶圆，晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，其形状为圆形。
外延生长为将载流气体通过反应源的容器，将反应源的饱和蒸汽输送至反应腔中与其它反应气体混合，并借由加热装置控制待成长晶圆的加热温度，然后在待成长晶圆上面发生化学反应促成薄膜的成长。
一般来说，外延生长装置包含外延腔室、与外延腔室适配的用于承载晶圆的外延基座以及用于使反应气体流动至晶圆表面的管路。当需要对半导体晶圆外延时，首先将该晶圆嵌入外延基座内，之后将承载有晶圆的外延基座放入外延腔室内，将晶圆加热至适当的温度，并经由管路将反应气体导入至晶圆表面，借此在晶圆表面形成一层外延层。
本申请实施例的外延基座包括基座主体；该基座主体的形状可以为圆柱体或长方体等，在此不做限定。
在本申请的一实施例中，所述基座主体为圆柱体。
其中，该基座主体的一个端面上设置有凹槽102；该端面的横截面形状为圆形，如图2所示，该凹槽102在水平面上的投影为圆形。
其中，所述凹槽的尺寸小于所述基座主体表面的尺寸，在所述凹槽102的外侧还形成有具有一定厚度的侧墙101，如图2所示，其中，所述侧墙101为所述基座主体的一部分，其厚度可以根据实际需要进行设置，并不局限于某一数值范围。
其中，所述凹槽的深度小于所述基座主体的厚度，并不局限于某一数值范围，能够承载晶圆即可。
在本申请中所述凹槽外侧所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域，即凹槽外侧的所述侧墙可以划分为若干第一区域和若干第二区域。
其中，在本申请中通过改变第一区域和/或第二区域的表面粗糙度来改变所述第一区域和第二区域之间的热辐射差异。
在本申请的一实施例中，所述第一区域的所述第一表面呈粗糙表面，如图4所示，所述第二区域的所述第一表面呈平滑表面，如图3所示，即在所述凹槽外侧所述基座主体上粗糙表面和平滑表面交互交替设置，由于所述第一区域和所述第二区域的表面微观结构的不同，从而使所述第一区域和所述第二区域的热辐射不同。
改进后所述第一区域和所述第二区域的热辐射系数的范围为0.01～0.99。
具体地，所述第一区域的表面为具有的较小间距和微小峰谷的不平度。其两波峰或两波谷之间的距离(波距)很小(在1mm以下)，属于微观几何形状误差。
在本申请的一实施例中，所述第一区域的所述第一表面的表面粗糙度为0.01um～5mm。
在本申请的一实施例中，所述第一区域的所述第一表面中波峰和波谷之间的距离为0.01um～5mm。
在本申请中，所述凹槽外侧所述基座主体圆柱环结构。在所述圆柱环结构的圆周上，在不同区域上设置不同表面粗糙度，使不同角度位置热辐射产生差异，基座周边热辐射及热传导会产生不同，进而达到周边温度在不同角度位置产生差异，以此来补偿因晶圆晶向不同带来的厚度差异，以解决因晶圆周边晶向差异造成的周边厚度波动问题，进而提高产品的平坦度。
具体地，在本申请的一实施例中，在所述圆柱环结构的圆周上，在所述凹槽外侧的所述基座主体的圆周上圆心角为0°～30°、60°～120°、150°～210°、240°～300°和330°～360°的区域中至少一个设置为所述第一区域，上述区域中的至少一个的第一表面为粗糙表面。
其中，所述粗糙表面的截面图可以波浪形或锯齿形等，在此不做限定。在本申请的一实施例中，所述粗糙表面的截面图呈锯齿形，如图4所示。
其中，在本申请中所述基座主体上设置有多个所述第一区域，在所述第一区域内，加工后不同角度处的粗糙度可以不同也可以相同，最终所述第一区域内的热辐射可以相同也可以不同。
本申请提供了一种外延基座，所述外延基座包括基座主体，所述外延基座包括基座主体，在所述基座主体包括相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有用于承载外延基底的凹槽结构，所述凹槽外侧所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域，所述第一区域和所述第二区域的第一表面粗糙度不同，以使所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射，进而达到周边温度在不同区域位置产生差异，使晶圆基座周边温度分布产生不同来补偿因晶圆晶向造成的厚度差异，以达到最终生成出的外延层周边厚度波动减小，使外延层的厚度更加均一。
实施例二
为了更好的说明本申请的所述外延基座，下面结合附图对所述外延基座进行详细的说明，其中图2为本申请一实施例中所述外延基座的俯视示意图；图3为本申请一实施例中所述外延基座沿A-A1方向的剖视示意图；图5为本申请另一实施例中所述外延基座沿B-B1方向的剖视示意图。
本申请中所述外延基座用于承载基底，以在所述基底上外延生长材料膜层。其中，所述基底通常为晶圆，晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，其形状为圆形。
外延生长为将载流气体通过反应源的容器，将反应源的饱和蒸汽输送至反应腔中与其它反应气体混合，并借由加热装置控制待成长晶圆的加热温度，然后在待成长晶圆上面发生化学反应促成薄膜的成长。
一般来说，外延生长装置包含外延腔室、与外延腔室适配的用于承载晶圆的外延基座以及用于使反应气体流动至晶圆表面的管路。当需要对半导体晶圆外延沉积时，首先将该晶圆嵌入外延基座内，之后将承载有晶圆的外延基座放入外延腔室内，将晶圆加热至适当的温度，并经由管路将反应气体导入至晶圆表面，借此在晶圆表面形成外延层。
本申请实施例的外延基座包括基座主体；该基座主体的形状可以为圆柱体或长方体等，在此不做限定。
在本申请的一实施例中，所述基座主体为圆柱体。
其中，该基座主体的一个端面上设置有凹槽102；该端面的横截面形状为圆形，如图2所示，该凹槽102在水平面上的投影为圆形。
其中，所述凹槽的尺寸小于所述基座主体表面的尺寸，在所述凹槽102的外侧还形成有具有一定厚度的侧墙101，如图2所示，其中，所述侧墙101为所述基座主体的一部分，其厚度可以根据实际需要进行设置，并不局限于某一数值范围。
其中，所述凹槽的深度小于所述基座主体的厚度，并不局限于某一数值范围，能够承载晶圆即可。
在本申请中所述凹槽外侧所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域，即凹槽外侧的所述侧墙可以划分为若干第一区域和若干第二区域。
其中，在本申请中通过改变第一区域和/或第二区域的厚度来改变所述第一区域和第二区域之间的热辐射差异。
在本申请的一实施例中，所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度如图4和如图3所示，即在所述凹槽外侧所述基座主体上厚度较厚和较薄交互交替设置，由于所述第一区域和所述第二区域的厚度不同，从而使所述第一区域和所述第二区域的热辐射不同。
改进后所述第一区域和所述第二区域的热辐射系数的范围为0.01～0.99。
具体地，所述第一区域的厚度比所述第二区域的厚度厚0.1um～5mm。
在本申请的一实施例中，在所述第一区域的所述第二表面设置有辐射层，配置用于使所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度。
在本申请中，所述凹槽外侧所述基座主体圆柱环结构。在所述圆柱环结构的圆周上，在不同区域上设置不同的厚度，使不同角度位置热辐射产生差异，基座周边热辐射及热传导会产生不同，进而达到周边温度在不同角度位置产生差异，以此来补偿因晶圆晶向不同带来的厚度差异，以解决因晶圆周边晶向差异造成的周边厚度波动问题，进而提高产品的平坦度。
具体地，在本申请的一实施例中，在所述圆柱环结构的圆周上，在所述凹槽外侧的所述基座主体的圆周上圆心角为0°～30°、60°～120°、150°～210°、240°～300°和330°～360°的区域中至少一个设置为所述第一区域，以在上述区域中的至少一个设置所述辐射层，以增加所述第一区域的厚度。
其中，所述辐射层呈平整的膜层结构。
其中，在本申请中所述基座主体上设置有多个所述第一区域，在所述第一区域内，加工后不同角度处的厚度可以不同也可以相同，最终所述第一区域内的热辐射可以相同也可以不同。
本申请提供了一种外延基座，所述外延基座包括基座主体，所述外延基座包括基座主体，在所述基座主体包括相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有用于承载外延基底的凹槽结构，所述凹槽外侧所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域，所述第一区域和所述第二区域的厚度不同，以使所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射，进而达到周边温度在不同区域位置产生差异，使晶圆基座周边温度分布产生不同来补偿因晶圆晶向造成的厚度差异，以达到最终生成出的外延层周边厚度波动减小，使外延层的厚度更加均一。
实施例三
本申请还提供了一种外延设备，所述外延设备包括前文所述外延基座，包括：所述外延基座包括基座主体，在所述基座主体包括相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有用于承载外延基底的凹槽结构，所述凹槽外侧所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域，所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射；
其中，在所述第一区域的所述第一表面呈粗糙表面，所述第二区域的所述第一表面呈平滑表面；和/或所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度。
所述外延设备还可以进一步包含外延腔室、与外延腔室适配的用于承载晶圆的外延基座以及用于使反应气体流动至晶圆表面的管路。当需要对半导体晶圆外延时，首先将该晶圆嵌入外延基座内，之后将承载有晶圆的外延基座放入外延腔室内，将晶圆加热至适当的温度，并经由管路将反应气体导入至晶圆表面，借此在晶圆表面形成外延层。
所述外延设备由于采用了本申请所述外延基座，因此具有所述外延基座的所有优点，例如在所述基座主体包括相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有用于承载外延基底的凹槽结构，所述凹槽外侧所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域，所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射，进而达到周边温度在不同区域位置产生差异，使晶圆基座周边温度分布产生不同来补偿因晶圆晶向造成的厚度差异，以达到最终生成出的外延层周边厚度波动减小，使外延层的厚度更加均一。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (10)
1.一种外延基座，其特征在于，所述外延基座包括基座主体，所述基座主体包括相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有用于承载外延基底的凹槽，所述凹槽外侧的所述基座主体包括相互交替设置的若干第一区域和若干第二区域；
其中，所述第一区域的所述第一表面呈粗糙表面，所述第二区域的所述第一表面呈平滑表面；和/或所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度，以使所述第一区域和所述第二区域配置为具有不同的热辐射。
2.根据权利要求1所述的外延基座，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域的热辐射系数的范围为0.01～0.99。
3.根据权利要求1所述的外延基座，其特征在于，在所述凹槽外侧的所述基座主体的圆周上圆心角为0°～30°、60°～120°、150°～210°、240°～300°和330°～360°的区域中至少一个设置为所述第一区域。
4.根据权利要求1所述的外延基座，其特征在于，所述基座主体上设置有多个所述第一区域，多个所述第一区域的热辐射配置为相同或不同。
5.根据权利要求1至4之一所述的外延基座，其特征在于，所述第一区域的所述第一表面的表面粗糙度为0.01um～5mm。
6.根据权利要求5所述的外延基座，其特征在于，所述第一区域的所述第一表面具有相邻设置的波峰和波谷。
7.根据权利要求1至4之一所述的外延基座，其特征在于，在所述第一区域的所述第二表面设置有辐射层，配置为使所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度。
8.根据权利要求7所述的外延基座，其特征在于，所述辐射层的厚度范围为0.1um～5mm。
9.根据权利要求7所述的外延基座，其特征在于，所述基座主体上设置有多个所述第一区域，多个所述第一区域的辐射层的厚度配置为相同或不同。
10.一种外延设备，其特征在于，所述外延设备包括权利要求1至9之一所述的外延基座。
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