CN115458446A - 用于外延设备的支撑组件及外延设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于外延设备的支撑组件及外延设备，所述支撑组件包括：基座，所述基座用于承载晶圆；支撑件，所述支撑件包括支撑轴和多个连接杆，所述连接杆的第一端连接于所述基座远离所述晶圆的一侧，所述连接杆的第二端连接于所述支撑轴；石英挡板，设置于所述支撑轴和/或所述连接杆上，用于改变所述基座的温度分布。根据本申请的用于外延设备的支撑组件及外延设备，能够改变基座的温度分布，提升外延层的厚度均匀性和电阻率均匀性。

Description

用于外延设备的支撑组件及外延设备

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，具体而言涉及一种用于外延设备的支撑组件及外延设备。

背景技术

在半导体制造中，外延工艺是在晶圆(硅片)等衬底上生长外延层的工艺。外延层的厚度和电阻率的分布，受基座和晶圆上的温度分布的影响，而基座的温度分布，由于受加热灯管分布设计、以及支撑件的结构设计而基本固定。如果需要提升外延层的厚度均匀性和电阻率均匀性，则需要进一步优化基座的温度分布。而通过气流场优化、改变加热功率分布等传统方式来改变基座的温度分布，已经接近极限，难以进一步改变基座的温度分布。

因此需要进行改进，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种用于外延设备的支撑组件，其包括：

基座，所述基座用于承载晶圆；

支撑件，所述支撑件包括支撑轴和多个连接杆，所述连接杆的第一端连接于所述基座远离所述晶圆的一侧，所述连接杆的第二端连接于所述支撑轴；

石英挡板，设置于所述支撑轴和/或所述连接杆上，用于改变所述基座的温度分布。

示例性地，所述石英挡板平行于所述基座。

示例性地，所述石英挡板包括设置于所述支撑轴朝向所述基座一端的第一石英挡板，所述第一石英挡板呈圆形，且所述第一石英挡板的中心轴线与所述支撑轴的中心轴线重合。

示例性地，所述第一石英挡板的直径为20mm-40mm；

所述第一石英挡板的厚度为5mm-20mm；

所述第一石英挡板与所述基座的距离为20mm-80mm。

示例性地，多个所述连接杆在所述支撑轴的周向上均匀分布；

所述石英挡板还包括分别设置于每个所述连接杆上的第二石英挡板，所述第二石英挡板呈扇环形，且所述第二石英挡板的圆心与所述支撑轴的中心轴线重合。

示例性地，所述第二石英挡板的内半径为20mm-120mm；

所述第二石英挡板内半径与外半径的差值为20mm-40mm；

所述第二石英挡板的厚度为5mm-10mm；

所述第二石英挡板与所述基座的距离为20mm-150mm。

示例性地，所述连接杆的数量至少为三个。

示例性地，所述支撑件的材质为石英。

根据本发明的第二方面，提供了一种外延设备，其包括如上所述的支撑组件。

示例性地，所述外延设备还包括：

石英腔体，所述石英腔体内部具有一容纳空间，所述支撑组件中的基座、连接杆和石英挡板位于所述容纳空间中，所述支撑组件中的支撑轴部分位于所述容纳空间中，部分伸出至所述石英腔体外部；

加热灯，所述加热灯设置于所述石英腔体外部且有两组，其中一组所述加热灯位于所述基座朝向晶圆的一侧，另一组所述加热灯位于所述基座远离所述晶圆的一侧。

根据本申请的用于外延设备的支撑组件及外延设备，通过在支撑件上设置石英挡板，可以有效地对加热灯光进行吸收和散射，以降低基座上相应区域的温度，从而可以改变的基座的温度分布，以提升外延层的厚度均匀性和电阻率均匀性。

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示出了根据本申请一实施例的外延设备的结构示意图；

图2示出了根据本申请一实施例的支撑组件的俯视示意图，其中基座未示出；

图3示出了图2中的A-A剖面的剖视示意图，其中示出了基座。

附图标记说明：

100-石英腔体，200-支撑组件，210-基座，220-支撑件，221-支撑轴，222-连接杆，230-石英挡板，231-第一石英挡板，232-第二石英挡板，310-第一组加热灯，320-第二组加热灯；

a-第一石英挡板的直径；

b-第一石英挡板的厚度；

c-第一石英挡板与基座的距离；

d-第二石英挡板的内半径；

e-第二石英挡板内半径与外半径的差值；

f-第二石英挡板的厚度；

g-第二石英挡板与基座的距离。

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，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。

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。

这里参考作为本申请的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本申请的实施例不应当局限于在此所示的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。因此，图中显示的实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的实际形状且并不意图限定本申请的范围。

参照附图1对根据本申请一实施例的外延设备进行示例性说明，该外延设备包括石英腔体100、支撑件220和加热灯。

石英腔体100内部具有一容纳空间，该容纳空间用于容纳支撑组件200，该支撑组件200用于承载晶圆(硅片)。该石英腔体100可以包括上石英腔体和下石英腔体，上石英腔体和下石英腔体可拆卸地连接，上石英腔体和下石英腔体连接时形成该容纳空间。石英腔体100上还设置有气体进口和气体出口，反应气体自气体进口进入该容纳空间中，通过高温化学反应，在晶圆上生长外延层，反应产生的尾气通过气体出口排出。

支撑组件200包括基座210、支撑件220和石英挡板230。

基座210用于承载晶圆，其上表面为承载面，晶圆放置于该承载面上。当基座210转动时，基座210可以带动其上的晶圆同步转动。基座210的材质可以为石墨或其它合适的材质。

支撑件220包括支撑轴221和多个连接杆222，连接杆222的第一端连接于基座210远离所述晶圆的一侧(也即图1中基座210的下侧)，连接杆222的第二端连接于支撑轴221。从而，当支撑轴221转动时，可以通过连接杆222带动基座210同步转动。基座210的中心与支撑轴221的中心轴线可以重合或近似重合。基座210和连接杆222位于容纳空间中，支撑轴221部分位于容纳空间中，部分伸出至石英腔体100外部。支撑轴221伸出至石英腔体100外部的部分可以连接一驱动组件，该驱动组件用于支撑轴221绕其中心轴线转动。具体地，该驱动组件可以包括旋转电机，该旋转电机与支撑轴221传动连接，以在外延生长过程中驱动支撑轴221绕其中心轴线匀速转动，进而通过连接杆222和基座210带动晶圆绕支撑轴221的中心轴线匀速转动。晶圆的中心与支撑轴221的中心轴线可以重合或近似重合。支撑轴221和连接杆222的材质可以为石英或其它合适的材质。

石英挡板230位于石英腔体100的容纳空间中，设置于支撑轴221和连接杆222上，用于改变基座210的温度分布。在一些实施例中，石英挡板230可以仅设置于支撑轴221和连接杆222中的任意一者上。需要说明的是，石英透光性能好，高温下强度、纯度比较高，因此，可以使用石英作为支撑件220。除此之外，石英还是有一定的光吸收系数以及散射率，因此，在支撑轴221和/或连接杆222上设置石英挡板230(也即石英材质的挡板)，可以对加热灯发出的光线进行吸收和散射，从而改变出射到基座210上的光线，改变基座210的温度分布。石英挡板230可以平行于基座210或相对于基座210倾斜，本领域技术人员可以根据温度分布的调整需求灵活设置。

加热灯设置于石英腔体100外部，用于通过热辐射的方式为反应提供能量。在本申请实施例中，加热灯有两组，其中第一组加热灯310位于基座210朝向晶圆的一侧，也即，位于图1中基座210上侧的石英腔体100外部，第二组加热灯320位于基座210远离所述晶圆的一侧，也即，位于图1中基座210下侧的石英腔体100外部。加热灯可以沿着基座210的周向均匀设置。在一些实施例中，加热灯可以为卤素灯。

本申请实施例的外延装置，通过在支撑轴221和/或连接杆222上设置石英挡板230，可以对第二组加热灯320发出的光线进行吸收和散射，使基座210上相应区域的温度降低，从而使晶圆上相应区域的温度降低，减少该区域掺杂和沉积厚度。石英挡板230的设置位置可以根据基座210(或者晶圆)上的温度分布来确定，其可以设置在温度偏高区域的下方，来降低该区域的温度，以提升晶圆的温度均匀性。晶圆上温度偏高的区域，化学反应速率更快，外延层的厚度通常会更厚，电阻率会更低。通过在温度偏高的区域下方的支撑轴221和/或连接杆222上一定位置设置石英挡板230，可以使温度偏高区域的受热减少，温度降低，从而使相应区域的外延层的厚度变小，电阻率增加，进而可以提升了外延层整体的厚度均匀性和电阻率均匀性。

参见附图2、3，在本申请实施例中，支撑组件200中的石英挡板230包括设置于所述支撑轴221朝向基座210一端的第一石英挡板231，第一石英挡板231平行于基座210，第一石英挡板231可以与支撑轴221固定连接或可拆卸地连接，其远离支撑轴221的一面与基座210存在预设距离。第一石英挡板231呈圆形，也即，第一石英挡板231在垂直于支撑轴221的方向上的截面呈圆形。第一石英挡板231的中心轴线与支撑轴221的中心轴线重合。第一石英挡板231用于降低晶圆中心区域的温度。在外延反应过程中，经常会出现因晶圆中心区域温度过高从而导致的外延层厚度不均匀的现象，即晶圆中心区域的温度偏高，导致该区域的化学反应速率偏快，生成的外延层厚度偏厚。本申请通过第一石英挡板231的设置，可以对第二组加热灯320发出的光线进行吸收和散射，使得基座210中心区域(也即晶圆中心区域)的温度降低，从而使晶圆中心区域的外延层的厚度降低、电阻率提高，进而提升了外延层整体的厚度均匀性和电阻率均匀性。参见附图3，在本申请实施例中，第一石英挡板231的直径a可以为20mm-40mm，第一石英挡板231的厚度b可以为5mm-20mm，第一石英挡板231与基座210的距离c(也即第一石英挡板231上表面与基座210下表面的距离)可以为20mm-80mm。本申请实施例中第一石英挡板231可以应用于300mm直径的晶圆的外延生长过程。

在本申请实施例中，连接杆222有三个，三个连接杆222在支撑轴221的周向上均匀分布，也即，在图2中，相邻连接杆222之间的角度相等，均为120°。在其它一些实施例中，连接杆222的数量可以为四个或更多个，其在支撑轴221的周向上均匀分布。石英挡板230还包括分别设置于每个连接杆222上的第二石英挡板232，第二石英挡板232平行于基座210，第二石英挡板232可以与连接杆222固定连接或可拆卸地连接。第二石英挡板232呈扇环形，也即，第二石英挡板232在垂直于支撑轴221的方向上的截面呈扇环形。第二石英挡板232的圆心与支撑轴221的中心轴线重合。第二石英挡板232用于降低晶圆中心区域与边缘区域之间的部分区域的温度。在外延反应过程中，晶圆中心区域和边缘区域之间的区域中，通常还存在一个近似环形的温度偏高的区域，该区域的化学反应速率偏快，生成的外延层厚度偏厚。本申请通过第二石英挡板232的设置，可以对第二组加热灯320发出的光线进行吸收和散射，使得基座210中心区域和边缘区域之间的温度偏高的部分区域(也即晶圆的中心区域和边缘区域之间的部分区域)的温度降低，从而使该部分区域的外延层的厚度降低、电阻率提高，进而提升了外延层整体的厚度均匀性和电阻率均匀性。参见附图3，在本申请实施例中，第二石英挡板232的内半径(也即扇环形的内弧半径)d为20mm-120mm，第二石英挡板232内半径与外半径的差值e为20mm-40mm，也即，第二石英挡板232的外半径(也即扇环形的外弧半径)为40mm-160mm，第二石英挡板232的厚度f为5mm-10mm，第二石英挡板232与基座210的距离g为20mm-150mm。在本申请实施例中，相邻第二石英挡板232之间存在一定间隙。在其它一些实施例中，相邻第二石英挡板232可以相互抵接，使得多个第二石英挡板232整体形成一个圆环。本申请实施例中第二石英挡板232可以应用于300mm直径的晶圆的外延生长过程。

需要说明的是，本申请实施例中的支撑组件200，不仅可以应用于图1中示出的外延设备，也可以用于其它的外延设备，只要支撑轴221和/或连接杆222上设置的石英挡板230能够对加热灯发出的光线进行吸收和散射，以改变基座210的温度分布即可，本领域技术人员可以根据需要灵活设置。

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。

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)

1.一种用于外延设备的支撑组件，其特征在于，包括：

基座，所述基座用于承载晶圆；

支撑件，所述支撑件包括支撑轴和多个连接杆，所述连接杆的第一端连接于所述基座远离所述晶圆的一侧，所述连接杆的第二端连接于所述支撑轴；

石英挡板，设置于所述支撑轴和/或所述连接杆上，用于改变所述基座的温度分布。

2.根据权利要求1所述的支撑组件，其特征在于，

所述石英挡板平行于所述基座。

3.根据权利要求2所述的支撑组件，其特征在于，

所述石英挡板包括设置于所述支撑轴朝向所述基座一端的第一石英挡板，所述第一石英挡板呈圆形，且所述第一石英挡板的中心轴线与所述支撑轴的中心轴线重合。

4.根据权利要求3所述的支撑组件，其特征在于，

所述第一石英挡板的直径为20mm-40mm；

所述第一石英挡板的厚度为5mm-20mm；

所述第一石英挡板与所述基座的距离为20mm-80mm。

5.根据权利要求2所述的支撑组件，其特征在于，

多个所述连接杆在所述支撑轴的周向上均匀分布；

所述石英挡板还包括分别设置于每个所述连接杆上的第二石英挡板，所述第二石英挡板呈扇环形，且所述第二石英挡板的圆心与所述支撑轴的中心轴线重合。

6.根据权利要求5所述的支撑组件，其特征在于，

所述第二石英挡板的内半径为20mm-120mm；

所述第二石英挡板内半径与外半径的差值为20mm-40mm；

所述第二石英挡板的厚度为5mm-10mm；

所述第二石英挡板与所述基座的距离为20mm-150mm。

7.根据权利要求5所述的支撑组件，其特征在于，

所述连接杆的数量至少为三个。

8.根据权利要求1所述的支撑组件，其特征在于，

所述支撑件的材质为石英。

9.一种外延设备，其特征在于，

包括如权利要求1-8中任一项所述的支撑组件。

10.根据权利要求9所述的外延设备，其特征在于，

所述外延设备还包括：

石英腔体，所述石英腔体内部具有一容纳空间，所述支撑组件中的基座、连接杆和石英挡板位于所述容纳空间中，所述支撑组件中的支撑轴部分位于所述容纳空间中，部分伸出至所述石英腔体外部；

加热灯，所述加热灯设置于所述石英腔体外部且有两组，其中一组所述加热灯位于所述基座朝向晶圆的一侧，另一组所述加热灯位于所述基座远离所述晶圆的一侧。

Images