CN211879338U - 用于外延生长设备的预热环及外延生长设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于外延生长设备的预热环及外延生长设备，预热环包括环形主体，环形主体具有上环面和下环面，上环面和下环面互相平行；上环面上设有向上凸出且成对的凸台，成对的凸台均沿环形主体的圆周方向延伸且相对于环形主体的轴线对称设置。通过在上环面上设置沿环形主体圆周方向延伸地一对凸台，凸台的上表面高于上环面，促使预热环两侧的工艺气流向凸台两侧的上环面扩散流动，气流左右两侧空间变大，打破原有的气流平衡，晶圆边缘气体流速加快，涡流减小，弱化边界效应，从而达到改善晶圆的外延层的边缘厚度均匀性。

Description

用于外延生长设备的预热环及外延生长设备

技术领域

本实用新型属于集成电路制造设备领域，更具体地，涉及一种用于外延生长设备的预热环及外延生长设备。

背景技术

半导体器件制造用的外延生长设备，需要精确调控很多工艺参数，才能实现较高的器件性能。外延层的厚度均匀性是外延片关键参数之一。由于晶圆边界的气流存在边界效应，一般情况下，外延片的边缘会有一定程度的厚度突变。当晶圆尺寸较小时，一般要求晶圆距边6mm的厚度均匀性满足要求；随着晶圆尺寸增加，厚度均匀性要求更为严苛，12英寸晶圆要求距边3mm甚至1mm内的厚度均匀性要求。外延工艺过程中，预热环设置于反应腔室中，基座从反应腔室的底部升入反应腔室，当基座位于处理位置时，预热环环绕基座的周边，托盘承载晶圆放置于基座上，使预热环设置于托盘的外圈，工艺气体流经预热环、托盘，然后达到晶圆表面，预热环增加对工艺气流的导向性，有助于改善晶圆外延层边缘厚度分布情况。

如图1示出一个现有技术的预热环结构示意图，如图1所示，预热环的上表面为平面，气流均匀流过预热环的上表面，工艺气体流过晶圆表面，由于边界效应，在晶圆边缘处会形成一个小的涡流，使晶圆的外延片的边缘厚度会有一定程度增加，导致晶圆的局部厚度不可控。

因此，需要提供一种能够改善晶圆外延层边缘厚度均匀性的预热环及外延生长设备。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种用于外延生长设备的预热环及外延生长设备，能够加快晶圆外侧的气体流动速度，打破原有的涡流，弱化边界效应，改善外延片边缘厚度均匀性。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提供一种用于外延生长设备的预热环，所述预热环包括环形主体，所述环形主体具有上环面和下环面，且所述上环面和所述下环面互相平行；所述上环面上设有向上凸出且成对的凸台，成对的所述凸台均沿所述环形主体的圆周方向延伸且相对于所述环形主体的轴线对称设置。

优选地，所述凸台为圆弧形凸台，具有上表面、内周面、外周面、第一端面和第二端面，所述第一端面和所述第二端面均与所述上表面、所述内圆周面、所述外圆周面相连接。

优选地，所述凸台的第一端面和第二端面均垂直于所述上环面。

优选地，所述凸台的第一端面和第二端面均与所述环形主体的同一条直径的方向平行。

优选地，所述凸台的上表面平行于所述上环面。

优选地，成对的所述凸台的高度相等。

优选地，所述凸台的高度范围为1～10mm。

优选地，所述凸台的内圆周面与所述环形主体的内圆周面对齐，所述凸台的外圆周面与所述环形主体的外圆周面对齐。

根据本实用新型的另一方面，提供一种外延生长设备，包括反应腔室、设于所述反应腔室内的基座以及所述的预热环，且所述基座位于处理位置时，所述预热环环绕所述基座设置。

优选地，所述凸台为圆弧形凸台，具有上表面、内周面、外周面、第一端面和第二端面，所述第一端面和所述第二端面均与所述上表面、所述内圆周面、所述外圆周面相连接；所述凸台的第一端面和第二端面与所述反应腔室内的工艺气体进气方向平行。

本实用新型的有益效果在于：在上环面设有沿环形主体圆周方向延伸且成对的凸台，凸台的上表面高于上环面，促使预热环两侧的工艺气流向凸台两侧的上环面扩散流动，气流的左右两侧空间变大，打破原有的气流平衡，晶圆边缘气体流速加快，涡流减小，弱化边界效应，从而达到改善晶圆的外延层的边缘厚度均匀性。

本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出一个现有技术的预热环结构示意图。

图2示出了根据本实用新型一个实施例的用于外延生长设备的预热环的立体结构示意图。

图3示出了根据本实用新型一个实施例的用于外延生长设备的预热环的主视图。

图4示出了根据本实用新型一个实施例的用于外延生长设备的预热环的左视图。

图5示出了根据本实用新型一个实施例的外延生长设备的结构示意图。

附图标记说明：

1、凸台；2、上环面；3、内圆周面；4、外圆周面；5、第一端面；6、下环面；7、环形主体；8、第二端面；9、晶圆；10、边缘工艺气流；11、工艺气流；12、托盘。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本实用新型实施例的一种用于外延生长设备的预热环，预热环包括环形主体，环形主体具有上环面和下环面，且上环面和下环面互相平行；上环面上设有向上凸出且成对的凸台，成对的凸台均沿环形主体的圆周方向延伸且相对于环形主体的轴线对称设置。

成对的凸台沿环形主体的圆周方向延伸，并且相对与环形主体的轴线对称设置，使凸台两侧的上环面与环形主体的轴线对称设置，凸台的上表面高于上环面，使凸台左右两侧的空间变大，工艺气流流经凸台的上表面后，其凸台两侧的工艺气流向上环面扩散流动，加快晶圆外侧的气体流动速度，打破原有的涡流，使局部气流平顺，弱化边界效应，从而改善外延片边缘厚度均匀性。

作为优选方案，凸台为圆弧形凸台，具有上表面、内周面、外周面、第一端面和第二端面，第一端面和第二端面均与上表面、内圆周面、外圆周面相连接。

凸台为沿环形主体的圆周方向延伸的圆弧形凸台，不破坏原有的预热环整体结构，可与现有托盘配合连接使用。凸台的第一端面和第二端面均与上表面、内圆周面、外圆周面相连接，也于上环面相连接，使工艺气流的能够顺畅的沿凸台的第一端面和第二端面向上环面方向扩散流动。

作为优选方案，凸台的第一端面和第二端面均垂直于上环面，使大部分工艺气流能够沿平行与第一端面和第二端面的方向流经预热环，第一端面和第二端面两侧的局部工艺气流向上环面外扩散，避免了边界效应的同时，还能够避免影响整体气流流动的平顺性，也可确保大部分气流能够流过晶圆表面，增强预热环对工艺气体的导向性，有助于改善晶圆外延层边缘厚度分布情况。

作为优选方案，凸台的第一端面和第二端面均与环形主体的同一条直径的方向平行，工艺气流平行于凸台的第一端面和第二端面流经预热环，增强对工艺气体流向的导向性，保证晶圆外延层的厚度均匀性。

作为优选方案，凸台的上表面平行于上环面，使气流能够均匀平稳的流过晶圆表面，保证晶圆外延层的厚度均匀性。

作为优选方案，成对的凸台的高度相等，保证气流流向的平稳性。

作为优选方案，凸台的高度范围为1～10mm，根据晶圆的尺寸，调整凸台的高度，满足从小尺寸晶圆到大尺寸晶圆的外延层边缘厚度分布的需求。

作为优选方案，凸台的内圆周面与环形主体的内圆周面对齐，凸台的外圆周面与环形主体的外圆周面对齐，不改变预热环的整体结构，即可与现有的托盘结构配合连接使用。

根据本实用新型提供一种外延生长设备，包括反应腔室、设于反应腔室内的基座以及预热环，且基座位于处理位置时，预热环环绕基座设置。

凸台为圆弧形凸台，具有上表面、内周面、外周面、第一端面和第二端面，第一端面和第二端面均与上表面、内圆周面、外圆周面相连接；凸台的第一端面和第二端面与反应腔室内的工艺气体进气方向平行。

在外延工艺过程中，预热环设置于反应腔室中，基座从反应腔室的底部升入反应腔室，当基座位于反应腔室内的处理位置时，预热环环绕基座的周边，托盘承载晶圆放置于基座上，使预热环设置于托盘的外圈，使晶圆与凸台的上表面处在同一高度，工艺气流与第一端面和第二端面平行，从进气端指向尾气端，凸台的上表面高于上环面，工艺气流流经凸台两侧空间变高，其边缘的环平面上的工艺气流有向外扩展趋势，打破原有的气流平衡，从而改善晶圆外延层的边缘均匀性。

实施例1

图2示出了根据本实用新型一个实施例的用于外延生长设备的预热环的立体结构示意图，图3示出了根据本实用新型一个实施例的用于外延生长设备的预热环的主视图，图4示出了根据本实用新型一个实施例的用于外延生长设备的预热环的左视图。

如图3至图4所示，根据本实施例的一种用于外延生长设备的预热环，预热环包括环形主体7，环形主体7具有上环面2和下环面6，且上环面2和下环面6互相平行；上环面2上设有向上凸出且成对的凸台1，成对的凸台1高度相等，均沿环形主体7的圆周方向延伸且相对于环形主体7的轴线对称设置。凸台1为圆弧形凸台，具有上表面、内周面、外周面、第一端面5和第二端面8，第一端面5和第二端面8均与上表面、内圆周面3、外圆周面4相连接，凸台1的上表面平行于上环面2；凸台1的第一端面5和第二端面8均垂直于上环面2。凸台1的第一端面5和第二端面8均与环形主体7的同一条直径的方向平行；凸台1的高度范围为1～10mm；凸台1的内圆周面3与环形主体7的内圆周面对齐，凸台的外圆周面4与环形主体7的外圆周面对齐。

通过在上环面2上设置沿环形主体7圆周方向延伸且成对的凸台1，凸台1的上表面高于上环面2，促使工艺气流流经预热环时向低于凸台1两侧的上环面2方向外扩散流动，打破原有的气流平衡，涡流减小，弱化边界效应。

实施例2

图5示出了根据本实用新型一个实施例的外延生长设备的结构示意图。

如图5所示，根据本实施例的一种外延生长设备，包括反应腔室、设于反应腔室内的基座以及本实用新型实施例1中的预热环，且基座位于处理位置时，预热环环绕基座设置。

凸台1为圆弧形凸台，具有上表面、内周面、外周面、第一端面5和第二端面8，第一端面5和第二端面8均与上表面、内圆周面、外圆周面相连接；凸台的第一端面5和第二端面8与反应腔室内的工艺气体进气方向平行。

如图5所示，在外延工艺过程中，当基座位于反应腔室内的处理位置时，预热环环绕基座的周边，托盘承载晶圆9放置于基座上，使预热环设置于托盘12的外圈，使晶圆9与凸台1的上表面处在同一高度，如图5示图中箭头所示，工艺气流11与第一端面和第二端面平行，工艺气流11从进气端指向尾气端，凸台的上表面高于上环面2，工艺气流11流经凸台1两侧空间变高，其边缘的环平面2上的边缘工艺气流10有向外扩展趋势，打破原有的气流平衡，晶圆9边缘气体流速加快，减小涡流，达到改善晶圆9外延层的边缘均匀性的效果。

以上已经描述了本实用新型的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于外延生长设备的预热环，其特征在于，所述预热环包括环形主体(7)，所述环形主体(7)具有上环面(2)和下环面(6)，且所述上环面(2)和所述下环面(6)互相平行；所述上环面(2)上设有向上凸出且成对的凸台(1)，成对的所述凸台(1)均沿所述环形主体(7)的圆周方向延伸且相对于所述环形主体(7)的轴线对称设置。

2.根据权利要求1所述的用于外延生长设备的预热环，其特征在于，所述凸台(1)为圆弧形凸台，具有上表面、内周面(3)、外周面(4)、第一端面(5)和第二端面(8)，所述第一端面(5)和所述第二端面(8)均与所述上表面、所述内周面(3)、所述外周面(4)相连接。

3.根据权利要求2所述的用于外延生长设备的预热环，其特征在于，所述凸台(1)的第一端面(5)和第二端面(8)均垂直于所述上环面(2)。

4.根据权利要求3所述的用于外延生长设备的预热环，其特征在于，所述凸台(1)的第一端面(5)和第二端面(8)均与所述环形主体(7)的同一条直径的方向平行。

5.根据权利要求2所述的用于外延生长设备的预热环，其特征在于，所述凸台(1)的上表面平行于所述上环面(2)。

6.根据权利要求5所述的用于外延生长设备的预热环，其特征在于，成对的所述凸台(1)的高度相等。

7.根据权利要求6所述的用于外延生长设备的预热环，其特征在于，所述凸台(1)的高度范围为1～10mm。

8.根据权利要求2所述的用于外延生长设备的预热环，其特征在于，所述凸台(1)的内周面(3)与所述环形主体(7)的内周面对齐，所述凸台(1)的外周面(4)与所述环形主体(7)的外周面对齐。

9.一种外延生长设备，其特征在于，包括反应腔室、设于所述反应腔室内的基座以及根据权利要求1-8中任意一项所述的预热环，且所述基座位于处理位置时，所述预热环环绕所述基座设置。

10.根据权利要求9所述的外延生长设备，其特征在于，所述凸台(1)为圆弧形凸台，具有上表面、内周面、外周面、第一端面(5)和第二端面(8)，所述第一端面(5)和所述第二端面(8)均与所述上表面、所述内周面、所述外周面相连接；所述凸台的第一端面(5)和第二端面(8)与所述反应腔室内的工艺气体进气方向平行。

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