CN219297700U - 一种外延生长设备及外延生长设备系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种外延生长设备及外延生长设备系统，所述外延生长设备包括：反应腔，所述反应腔包括顶部、底部和侧部以及由所述顶部、底部和侧部连接后包围构成的腔体；加热底座，设置于所述腔体中，用于承载并加热晶圆；进气管路，设置于所述反应腔的顶部，位于所述加热底座正上方，所述进气管路的进气方向向下，所述进气管路的末端呈喇叭口状；排气管路，设置于所述反应腔的底部。本申请提供一种外延生长设备及外延生长设备系统，可以提高生产效率以及晶圆表面外延生长的均匀性。

Description

一种外延生长设备及外延生长设备系统

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种外延生长设备及外延生长设备系统。

背景技术

硅锗选择性外延生长工艺被用于在半导体衬底上形成硅锗外延层，硅锗选择性外延生长工艺一般在外延生长设备中进行。然而目前的外延生长设备仍然存在缺陷。

因此，有必要提供更有效、更可靠的技术方案。

实用新型内容

本申请提供一种外延生长设备及外延生长设备系统，可以提高生产效率以及晶圆表面外延生长的均匀性。

本申请的一个方面提供一种外延生长设备，包括：反应腔，所述反应腔包括顶部、底部和侧部以及由所述顶部、底部和侧部连接后包围构成的腔体；加热底座，设置于所述腔体中，用于承载并加热晶圆；进气管路，设置于所述反应腔的顶部，位于所述加热底座正上方，所述进气管路的进气方向向下，所述进气管路的末端呈喇叭口状；排气管路，设置于所述反应腔的底部。

在本申请的一些实施例中，所述进气管路的末端为莲蓬头结构。

在本申请的一些实施例中，所述进气管路的末端在所述加热底座上的投影完全覆盖所述晶圆在所述加热底座上的投影。

在本申请的一些实施例中，所述进气管路的末端与所述加热底座的垂直距离小于30毫米。

在本申请的一些实施例中，所述反应腔的顶部和侧部为双层结构，其中，外层为不锈钢材料，内层为石墨烯包覆的碳化硅材料，所述外层和内层之间设置有水冷系统。

在本申请的一些实施例中，所述反应腔的侧部设置有晶圆进出口。

在本申请的一些实施例中，所述排气管路均匀分布于所述加热底座周围。

在本申请的一些实施例中，所述进气管路的进气端设置有远程等离子体发生器，所述远程等离子体发生器由不含金属的材料制成。

本申请的一个方面还提供一种外延生长设备系统，包括：晶圆转送装置，用于传送晶圆；晶圆存储装置，设置于所述晶圆转送装置的一侧，用于放置晶圆；若干如上述所述的外延生长设备，沿X方向呈两排设置，所述晶圆转送装置设置于所述两排外延生长设备之间。

在本申请的一些实施例中，所述两排外延生长设备为两层以上结构设置。

本申请提供一种外延生长设备及外延生长设备系统，可以提高生产效率以及晶圆表面外延生长的均匀性。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的实用新型意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：

图1为本申请实施例所述的外延生长设备的结构示意图；

图2为本申请实施例所述的外延生长设备系统的示意图。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

下面结合实施例和附图对本实用新型技术方案进行详细说明。

图1为本申请实施例所述的外延生长设备的结构示意图。

本申请提供一种外延生长设备100，参考图1所示，包括：反应腔110，所述反应腔110包括顶部、底部和侧部以及由所述顶部、底部和侧部连接后包围构成的腔体；加热底座120，设置于所述腔体中，用于承载并加热晶圆130；进气管路140，设置于所述反应腔110的顶部，位于所述加热底座120正上方，所述进气管路140的进气方向向下，所述进气管路140的末端呈喇叭口状；排气管路150，设置于所述反应腔110的底部。

在常规的外延生长设备中，进气管路设置于反应腔侧部，并且进气气流呈水平方向通过晶圆表面，为了避免气体流速过快导致反应不充分，气体流速设计都较低，大致生长速率慢，工艺效率不高，并且反应过程中的有害副产物长时间停留于晶圆表面还会损害器件。因此在本申请的技术方案中，进气管路140设置于反应腔110顶部，并且进气气流(参考附图中的箭头所示)垂直向下到达晶圆130表面，由于进气管路140末端呈喇叭状开口，进气气流与晶圆130表面接触面积大，反应效率高，生长速率快，并且由于反应效率高，可以充分反应，因而可以增加气体流速，及时将有害副产物送出反应腔，避免损害器件。

继续参考图1所示，在本申请的一些实施例中，所述反应腔110的顶部和侧部为双层结构，其中，外层111为不锈钢材料，内层112为石墨烯包覆的碳化硅材料，所述外层111和内层112之间具有空隙，空隙中可以设置有水冷系统。

制备石墨烯涂层的方式例如为：将惰性气体如Ar流动导入反应腔，外延生长设备100内的气压降低至10托或更低；将外延生长设备100内的温度保持在1200度左右；SiC键中的Si蒸发并扩散到气相中，并从排气系统中去除。剩余的C通过自对准形成C-C键，从而形成处于稳定状态的石墨烯涂层。

石墨烯涂层可以延长反应腔的寿命。如果没有石墨烯涂层，SiC涂层会在外延生长过程中由于针孔和裂纹而剥落。因此，通过添加化学上比SiC更稳定的石墨烯涂层，采取了劣化对策，提高反应腔寿命。基于此，在本申请的一些实施例中，外延生长设备100中的其他一些零部件和结构也可以采用石墨烯包覆的碳化硅材料来制作，提高零部件的使用寿命。

继续参考图1所示，所述加热底座120设置于所述腔体中，用于承载并加热晶圆130。

继续参考图1所示，在本申请的一些实施例中，所述进气管路140的末端与所述加热底座120的垂直距离小于30毫米。适当的距离可以保证气体送至晶圆130表面时不对晶圆130表面产生较大压力，同时能够充分反应。

在本申请的一些实施例中，所述进气管路140的末端在所述加热底座120上的投影完全覆盖所述晶圆130在所述加热底座120上的投影。这样可以使得进气气流接触整个晶圆130表面，最大化接触面积，提高反应效率，提高晶圆130表面的生长速率。

在本申请的一些实施例中，所述进气管路140的末端为莲蓬头结构。所述莲蓬头结构上均匀设置有若干圆形或方形的用于进气的小孔。这种结构能够提高气流的均匀性，避免气流紊乱影响反应效率，并且提高晶圆表面外延生长的均匀性。

继续参考图1所示，所述排气管路150设置于所述反应腔110的底部，用于排出反应后的气体。

在本申请的一些实施例中，所述排气管路150均匀分布于所述加热底座120周围。这样设置可以使得气流如图1中箭头所示的那样从进气管路垂直向下流至晶圆表面，再从晶圆表面水平流向周围，然后再向下流出反应腔。

在本申请的一些实施例中，所述反应腔110的侧部设置有晶圆进出口160。用于放入或取出晶圆。

本申请的外延生长设备100还被配置为可以保持水蒸气和氧气气压低于0.01帕斯卡的惰性环境，作为外延生长设备100背景条件的分压。

在本申请的一些实施例中，所述外延生长设备100还包括一个或多个开关时间低于300毫秒的高速气体开关阀，设置于所述外延生长设备100的进气管路。

在本申请的一些实施例中，所述外延生长设备100同样还可以用于外延生长的预处理，只需要在所述进气管路140的进气端增加等离子体生成装置即可。也就是说，本申请设计的外延生长设备100可以两用，既可以用于外延生长，也可以简单改装用于外延生长的预处理。

用于预处理和外延生长的外延生长设备的不同之处在于气体引入系统和排气系统。用于预处理的外延生长设备的气体引入系统配备有远程等离子体发生器。远程等离子体发生器是由不含金属污染的材料制成的，如石英、氧气和水。如果晶圆温度没有达到685摄氏度以上，则使用水元素(或者水和knitted tribute的混合物)通过远程平台进行表面处理。

本申请提供一种外延生长设备，可以提高生产效率以及晶圆表面外延生长的均匀性。

本申请的实施例还提供一种外延生长设备系统300，包括：晶圆转送装置310，用于传送晶圆；晶圆存储装置320，设置于所述晶圆转送装置310的一侧，用于放置晶圆；若干如上述所述的外延生长设备100，沿X方向呈两排设置，所述晶圆转送装置310设置于所述两排外延生长设备100之间。此外，在所述晶圆转送装置310的与所述晶圆存储装置320相对的一侧还可以设置另一个晶圆存储装置320，其中，以图2中的方位为基准，左侧的晶圆存储装置320用于放置需要外延生长工艺的晶圆，右侧的晶圆存储装置320用于放置已经经过外延生长工艺的晶圆，避免晶圆左右来回转送，提高效率。

在本申请的一些实施例中，由于所述外延生长设备100既可以用于外延生长，又可以用于外延生长的预处理，因此可以根据需要任意设置所述若干外延生长设备100的功能。例如，最靠近左侧的两个外延生长设备用于预处理，其后的其他外延生长设备用于外延生长。再例如，上排的外延生长设备用于预处理，下排的外延生长设备用于外延生长。具体地，可以根据实际需求设计，最大化提高工艺效率。

在本申请的技术方案中，晶圆转送装置310设置于所述两排外延生长设备100之间，晶圆转送装置230的晶圆转送效率得到提高，提高了工艺效率。

此外，在一些情况下，晶圆表面需要形成多层外延层，并且每层外延层的形成条件不同时，采用本申请的外延生长设备系统，不需要在一个设备中多次调整形成条件，而是可以在每个外延生长设备100中设置不同的形成条件，可以提高工艺效率。例如，以上排的外延生长设备100为例，以四个外延生长设备100为例，第一个外延生长设备可以设置为预处理；第二个外延生长设备可以设置为形成第一外延层；第三个外延生长设备可以设置为形成第二外延层；第四个外延生长设备可以设置为形成第三外延层。

在本申请的一些实施例中，所述两排外延生长设备100为两层以上结构设置。也就是说，所述外延生长设备100在垂直于地面的方向上可以不仅仅只有一层，而是可以堆叠两层或三层或更多层的外延生长设备100，节约空间。所述晶圆转送装置310可以沿X方向运动，也可以沿垂直底面的方向运动。

本申请提供一种外延生长设备及外延生长设备系统，可以提高生产效率以及晶圆表面外延生长的均匀性。

综上所述，在阅读本申请内容之后，本领域技术人员可以明白，前述申请内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改都在本申请的示例性实施例的精神和范围内。

应当理解，本实施例使用的术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作“连接”或“耦接”至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。

还应当理解，术语“包含”、“包含着”、“包括”或者“包括着”，在本申请文件中使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本申请的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标记符在整个说明书中表示相同的元件。

此外，本申请说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

Claims (11)

1.一种外延生长设备，其特征在于，包括：

反应腔，所述反应腔包括顶部、底部和侧部以及由所述顶部、底部和侧部连接后包围构成的腔体；

加热底座，设置于所述腔体中，用于承载并加热晶圆；

进气管路，设置于所述反应腔的顶部，位于所述加热底座正上方，所述进气管路的进气方向向下，所述进气管路的末端呈喇叭口状；

排气管路，设置于所述反应腔的底部。

2.如权利要求1所述的外延生长设备，其特征在于，所述进气管路的末端为莲蓬头结构。

3.如权利要求1所述的外延生长设备，其特征在于，所述进气管路的末端在所述加热底座上的投影完全覆盖所述晶圆在所述加热底座上的投影。

4.如权利要求1所述的外延生长设备，其特征在于，所述进气管路的末端与所述加热底座的垂直距离小于30毫米。

5.如权利要求1所述的外延生长设备，其特征在于，所述反应腔的顶部和侧部为双层结构，其中，外层为不锈钢材料，内层为石墨烯包覆的碳化硅材料，所述外层和内层之间设置有水冷系统。

6.如权利要求1所述的外延生长设备，其特征在于，所述反应腔的侧部设置有晶圆进出口。

7.如权利要求1所述的外延生长设备，其特征在于，所述排气管路均匀分布于所述加热底座周围。

8.如权利要求1所述的外延生长设备，其特征在于，所述进气管路的进气端设置有远程等离子体发生器，所述远程等离子体发生器由不含金属的材料制成。

9.如权利要求1所述的外延生长设备，其特征在于，还包括：一个或多个开关时间低于300毫秒的高速气体开关阀，设置于所述进气管路。

10.一种外延生长设备系统，其特征在于，包括：

晶圆转送装置，用于传送晶圆；

晶圆存储装置，设置于所述晶圆转送装置的一侧，用于放置晶圆；

若干如权利要求1至9任一项所述的外延生长设备，沿X方向呈两排设置，所述晶圆转送装置设置于所述两排外延生长设备之间。

11.如权利要求10所述的外延生长设备系统，其特征在于，所述两排外延生长设备为两层以上结构设置。

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