TW201839161A - 一種磊晶爐矽片基座 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種磊晶爐矽片基座，包括基座底盤和導熱塊，用於降低和調整基座底盤邊緣的溫度。當基座底盤背部有多餘的突起區域，基座底盤正面矽片所在相應的位置溫度會隨之的變低，隨著溫度的降低，矽片邊緣(110)晶向的邊緣位置磊晶沉積速率也相應降低，通過這種方式，可以使整塊矽片邊緣的磊晶生長速度趨於相同，這樣便降低了矽片的ESFQR(Edge Site Rrontsurface referenced least sQuares/Range，邊緣部位正面基準最小二乘/範圍)。導熱塊可獨立加工，這樣在實驗調整過程中，不需要改變基座底盤，僅需設計不同種類的導熱塊，即可改變實驗條件，尋找最佳的製程窗口。

Description

一種磊晶爐矽片基座

本發明涉及半導體製造領域，涉及一種磊晶爐矽片基座。

目前，半導體的生產製程有物理氣相沉積法(PVD)和化學氣相沉積法(CVD)，最常用是化學氣相沉積法(CVD)，即：氫氣(H₂)氣攜帶四氯化矽(SiCl₄)、三氯氫矽(SiHCl₃)進入置有矽基板的高溫磊晶爐，在磊晶爐內進行高溫化學反應，使含矽反應氣體還原或熱分解，所產生的矽原子在矽片表面上磊晶生長。

隨著科技技術的發展和人們生活水準的不斷提升，人們對高性能半導體元件的需求越來越大、要求越來越高。單晶圓中需要更多的晶片，然而矽片嚴重的邊緣下降現象將導致單晶圓邊緣元件的損失。近來，DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)等元件的製造商越來越意識到矽片邊緣下降參數的重要性，例如平坦度指標ESFQR(Edge Site Rrontsurface referenced least sQuares/Range，邊緣部位正面基準最小二乘/範圍)和曲率變化指標ZDD(Z-Height Double Differentiation,Z高度雙重微分)。當無效邊緣區的大小達到0.5mm時，接近(110)的晶面ESFQR值比其他區域大得多。

現有技術公開了一種降低ESFQR的基座，在基座邊緣的周向處設置有一組通孔，一定程度上降低了矽片邊緣的ESFQR。然而，該方法 可能引起氣流的不穩定，進而導致矽片厚度不均等問題。

本發明的目的在於提供一種磊晶爐矽片基座，以降低現有半導體磊晶製程中的矽片邊緣的ESFQR。

為了達到上述目的，本發明提供了一種磊晶爐矽片基座，包括：基座底盤，用於承載矽片；在所述基座底盤底部最大外徑處設有四個等距分佈的“T”形槽；各個所述“T”形槽均設有與之形狀相匹配的導熱塊。採用此設計有效地調節導熱塊所在區域的熱量分佈，因此整塊矽片邊緣的磊晶生長速度趨於相同，進而達到降低矽片邊緣ESFQR的目的。

如上所述的一種磊晶爐矽片基座，優選地，所述“T”形槽的開槽沿所述基座底盤徑向的方向開設。

優選地，所述基座底盤上表面設有同心的圓形階梯槽，由於當矽片在磊晶爐內高溫環境中下邊緣會向上彎曲，採用此圓形階梯槽的設計可使彎曲的矽片完好地放置在圓形階梯槽的中心槽中。

優選地，所述導熱塊插入到所述“T”形槽內，所述導熱塊與所述“T”形槽可拆卸連接。採用此設計，可有效地防止所述導熱塊從所述“T”形槽中墜落，所述導熱塊相比於所述基座底盤可獨立加工，這樣在實驗調整過程中，不需要改變基座底盤，僅需設計不同種類的導熱塊，即可改變實驗條件，尋找最佳的製程窗口。

優選地，所述導熱塊插入所述“T”形槽內且能夠在所述“T”形槽內滑動，採用此設計，可以通過在不改變基座底盤和導熱塊的情況下，僅僅通過改變導熱塊在“T”形槽內的進給量來修正基座底盤上放置 矽片邊緣的溫度。

優選地，各個所述導熱塊插入到相應的所述“T”形槽內的深度均一致，採用此設計，保證了所述矽片的四個(110)晶面的熱量傳導平衡，使矽片具有較為良好的平坦度。

優選地，所述導熱塊遠離所述基座底盤的一側設有導熱凸台，採用此設計，所述導熱塊具有更大的熱品質，更利於傳導所述矽片和所述基座底盤邊緣的熱量，進而降低基座正表面溫度。

優選地，所述導熱凸台設置於所述導熱塊遠離所述基座底盤邊緣的一端，採用此設計，所述導熱塊的熱品質相對集中在所述基座底盤的邊緣處，更利於傳導所述矽片和所述基座底盤的熱量。

優選地，所述導熱凸台的橫截面形狀為半圓形或者矩形，採用此設計，降低了所述導熱塊以及所述導熱凸台的加工難度。

優選地，所述基座底盤和所述導熱塊的材料為碳化矽塗層的石墨(SiC coated graphite)或者碳纖維(carbon fiber)，採用此設計，所述基座底盤和所述導熱塊具有良好的耐熱性和導熱性，不僅防止了基座和導熱塊的受熱變形，而且有利於所述矽片的磊晶生長。

本發明的基座中，所述基座底盤底部最大外徑處設有四個等距分佈的“T”形槽，所述“T”形槽均設有與之形狀相匹配導熱塊。因此，在磊晶生長過程中將矽片(110)晶面放置在所述“T”形槽和所述導熱塊對應區域，降低了矽片邊緣的溫度，有效地調節導熱塊所在基座底盤區域的熱量分佈，從而整塊矽片邊緣的磊晶生長速度趨於相同，進而達到了降低矽片邊緣ESFQR的目的。

1‧‧‧基座底盤

111、112、113、114‧‧‧“T”形槽

121、122、123、124‧‧‧導熱塊

131、132、133、134‧‧‧導熱凸台

2‧‧‧基座支撐

3‧‧‧馬達

4‧‧‧矽片

第1圖為本發明一種磊晶爐矽片基座的結構示意圖；第2圖為本發明一種磊晶爐矽片基座的基座底盤上平面示意圖；第3圖為本發明一種磊晶爐矽片基座的基座底盤下平面示意圖；第4圖為矽片(110)晶面結構示意圖；第5圖為本發明一種磊晶爐矽片基座的導熱塊第一種實施方式的結構示意圖；第6圖為本發明一種磊晶爐矽片基座的導熱塊第二種實施方式的結構示意圖；第7圖為本發明一種磊晶爐矽片基座的導熱塊第三種實施方式的結構示意圖。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參閱第1圖、第2圖和第3圖，本發明公開的一種磊晶爐矽片基座包括：基座底盤1，用於承載矽片4；基座支撐2，用於支撐基座底盤1；馬達3，用於連接基座支撐2，並帶動基座支撐2和基座底盤1旋轉。在現有的磊晶爐中，基座底盤1邊緣的溫度較高，因此矽片4磊晶生長過程中會 出現邊緣下降現象，造成矽片邊緣的ESFQR較高。經過實驗發現，當基座底盤1背部有多餘的突起區域時，基座底盤1正面矽片所在相應的位置溫度會相應的變低，隨著溫度的降低，矽片4邊緣(110)晶向的邊緣位置磊晶沉積速率也相應降低，通過這種方式，可以使整塊矽片4邊緣的磊晶生長速度趨於相同。因此，本發明在基座底盤1底部最大外徑處設有等距分佈的“T”形槽111、112、113和114，同時“T”形槽均設有與之形狀相匹配導熱塊121、122、123和124。

請參閱第4圖，第4圖是矽片(110)晶面結構示意圖，由於矽片4的(110)晶面有四個，且相鄰的(110)晶面是相互垂直。因此在基座底盤1底部最大外徑處設計了四個等距分佈的“T”形槽111、112、113和114，以及與“T”形槽形狀相匹配的導熱塊121、122、123和124。

在磊晶爐開始工作前，將基座支撐2的主軸安裝在馬達3上，然後將基座底盤1平放在基座支撐2上，為了減少在磊晶爐工作過程中基座底盤1旋轉產生較大的離心力，從而引起的基座底盤1不穩定，調整基座底盤1的位置，將基座底盤1調整至與基座支撐2主軸同心的位置；將矽片4放置在基座底盤1正面的同心圓形階梯槽101和102中，為了防止矽片4在隨著基座底盤1在旋轉過程中矽片4邊緣線速度不一致導致的受熱不均，進而影響矽片4的磊晶生長，調整矽片4的位置，使矽片4的圓心分別與同心圓階梯槽101、102和基座支撐3主軸同心；矽片4邊緣的(110)晶面有四個，且兩兩相互垂直，因此調整矽片4的位置，使矽片4的(110）晶面分別與“T”形槽111、112、113和114的開槽方向垂直，採用這樣的設計，基座底盤1背面突起的分佈更加均勻，進而矽片4的邊緣(110)晶面的散熱更加均衡。

請參閱第5圖，第5圖是本發明一種磊晶爐矽片基座導熱塊第一種實施方式的結構示意圖，導熱塊121、122、123和124分別與“T”形槽111、112、113和114相匹配。由於導熱塊121、122、123和124大小和形狀相同，以導熱塊121為例，導熱塊121可插入到“T”形槽111中並與“T”形槽111的內壁間隙配合，由於導熱塊121的外輪廓的截面為“T”形，限定了導熱塊121在豎直方向的活動，並沒有限定導熱塊121在“T”形槽111的開槽方向的自由度，因此在外力作用下導熱塊121可以平移的方式沿著“T”形槽111的開槽方向滑動。在磊晶爐工作過程中，馬達3會帶動基座支撐2和基座底盤1緩慢轉動，通常情況下為每分鐘25轉以下，導熱塊121與“T”形槽111間隙配合產生的靜摩擦力橫溝提供足夠的離心力，因此導熱塊121沿“T”形槽111的開槽方向不會產生相對滑動和移位。可根據具體的生產和實驗條件來決定導熱塊121、122、123和124插入“T”形槽111、112、113和114的深度，為了保證基座底盤1以及矽片4邊緣受熱條件一致，因此令導熱塊121、122、123和124插入“T”形槽111、112、113和114開槽方向的深度相同。為了使導熱塊具有更大的熱品質，以導熱塊121為例，在導熱塊121底部設計一個導熱凸台131，為了降低加工難度可將導熱凸台131設計成半圓形，導熱凸台131半圓形的直徑與導熱塊121底部的寬度一致。在實際使用過程中，將導熱塊121插入到“T”形槽111中，並將帶有導熱凸台131的一端靠近基座底盤1底部的邊緣。

請參與第6圖，第6圖為本發明一種磊晶爐矽片基座的導熱塊第二種實施方式的結構示意圖。當需要生產出更大尺寸的矽片4時，往往需要配套更大尺寸規格的基座底盤1來安置矽片4。因此，不僅需要更大熱品 質的導熱塊和導熱凸台；而且在實際生產中基座底盤邊緣的線速度會提升，為了防止插入到“T”形槽中的導熱塊移位甚至甩出現象，需要更多靜摩擦力來提供離心力。以導熱塊122為例，本實施方式設計了更大尺寸的半圓形導熱凸台132，導熱凸台132半圓形的直徑大於導熱塊底部寬度。採用這樣的設計不僅使導熱塊122的熱品質增大，而且與“T”形槽112的間隙配合更加緊密，能夠提供更多的離心力，進而防止導熱塊122在旋轉過程中的滑動和甩出。

請參閱第7圖，第7圖為本發明一種磊晶爐矽片基座的導熱塊第三種實施方式的結構示意圖。在投入大批量的矽片4實際生產前，往往需要調試生產製程諸如加熱溫度、磊晶爐氣壓、加熱時間等來尋求一個良好的製程窗口，由於基座底盤1的造價高昂，因此在基座底盤1不變的情況下，更換不同尺寸和形狀導熱凸台的導熱塊是一個成本低、見效快的途徑。以導熱塊123為例，本實施方式設計了非對稱的導熱凸台133，導熱凸台133為長方體形，導熱凸台133的寬度大於“T”形槽113底部寬度。採用這樣的設計，一方面，可以取得類似第二種實施方式的效果如：更大的熱品質、更好的散熱性和更加緊密的槽間配合；另一方面，採用非對稱的導熱凸台133設計改變了基座底盤1背部的熱品質分佈和散熱區域，為修正實驗條件和尋找最佳的製程窗口提供了條件。

綜上所述的導熱塊121、122、123、124和基座底盤1均採用碳化矽塗層的石墨或者碳纖維，以採用碳化矽塗層的石墨為優選方案。導熱塊121、122、123、124和基座底盤1採用碳化矽塗層的石墨具有良好的耐熱性、導熱性和耐腐蝕性，滿足在磊晶爐中高溫、高腐蝕性的環境條件的 生產條件。

本發明的基座中，所述基座底盤底部最大外徑處設有四個等距分佈的“T”形槽，所述“T”形槽均設有與之形狀相匹配導熱塊。因此，在磊晶生長過程中將矽片(110)晶面放置在所述“T”形槽和所述導熱塊對應區域，降低了矽片邊緣的溫度，有效地調節導熱塊所在基座底盤區域的熱量分佈，從而整塊矽片邊緣的磊晶生長速度趨於相同，進而達到了降低矽片邊緣ESFQR的目的。

上述僅為本發明的優選實施例而已，並不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的範圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。

Claims (10)

1. 一種磊晶爐矽片基座，包括：基座底盤，用於承載矽片；所述基座底盤底部最大外徑處設有四個等距分佈的“T”形槽，所述“T”形槽內均設有與之形狀相匹配的導熱塊。
2. 如權利要求1所述的一種磊晶爐矽片基座，其中所述“T”形槽的開槽沿所述基座底盤的徑向方向開設。
3. 如權利要求1所述的一種磊晶爐矽片基座，其中所述基座底盤上表面設有同心的圓形階梯槽。
4. 如權利要求1所述的一種磊晶爐矽片基座，其中所述導熱塊與所述“T”形槽可拆卸連接。
5. 如權利要求4所述的一種磊晶爐矽片基座，其中所述導熱塊插入所述“T”形槽內且能夠在所述“T”形槽內滑動。
6. 如權利要求5所述的一種磊晶爐矽片基座，其中各個所述導熱塊插入到相應的所述“T”形槽內的深度均一致。
7. 如權利要求6所述的一種磊晶爐矽片基座，其中所述導熱塊遠離所述基座底盤的一側設有導熱凸台。
8. 如權利要求7所述的一種磊晶爐矽片基座，其中所述導熱凸台設置於所述導熱塊遠離所述基座底盤邊緣的一端。
9. 如權利要求8所述的一種磊晶爐矽片基座，其中所述導熱凸台的橫截面形狀為半圓形或者矩形。
10. 如權利要求1所述的一種磊晶爐矽片基座，其中所述基座底盤和所述導熱塊的材料為碳化矽塗層的石墨或者碳纖維。