TW202332800A - 矽片磊晶生長基座支撑架及裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種矽片磊晶生長基座支撑架及裝置,該基座支撑架包括:支撑柱;及,從支撑柱的縱向軸線開始徑向向外且沿軸向向上延伸的多根支撑臂,支撑臂包括在其軸向向上延伸方向上相對的第一端和第二端,第一端連接至支撑柱,第二端與支撑柱一起支撑用於承載矽片的基座;支撑臂還包括沿著其軸向向上延伸方向上位於第一端和第二端之間的中部區域,矽片磊晶生長基座支撑架還包括:多個弧形臂,相鄰兩個支撑臂的中部區域之間連接一弧形臂,且多個弧形臂均以支撑柱的縱向軸心為圓心且半徑相同,以共同形成一圓環形狀。本發明實施例提供的矽片磊晶生長基座支撑架及裝置能夠提高磊晶層生長厚度均勻性,提升磊晶矽片的平坦度。
Description
本發明是關於一種矽片磊晶生長技術領域,特別是關於一種矽片磊晶生長基座支撑架及裝置。
本發明主張在2022年11月30日在中國提交的中國專利申請No. 202211523610.0的優先權,其全部內容通過引用包含於此。
矽片的磊晶生長製程是半導體晶片製造過程中的一個重要製程,該製程是指在一定條件下,在經拋光的矽片上再生長一層電阻率和厚度可控、無晶體原生粒子(Crystal Originated Particles,COP)缺陷且無氧沉澱的矽單晶層。矽片的磊晶生長主要包括真空磊晶沉積、氣相磊晶沉積以及液相磊晶沉積等生長方法,其中以氣相磊晶沉積的應用最為廣泛。在高溫環境下,通過矽源氣體與氫氣反應生成單晶矽並沉積在矽片表面來獲得磊晶層,同時通入摻雜劑(B
2H
6或PH
3)來對磊晶層進行摻雜以獲得所需要的電阻率。
磊晶生長裝置包括由上部石英鐘罩、下部石英鐘罩合圍形成的反應腔室,反應腔室內設置有用於承載矽片的基座,用於支撑基座的基座支撑部。由於在磊晶生長過程中氣體是沿單一方向進入腔室的,因此生長過程中矽片需要轉動才能保證生長均勻。因此,基座支撑部可固定基座及帶動基座轉動,以使得磊晶生長能夠在基底上均勻進行。在石英鐘罩外,設置有用於提供反應能量的加熱燈泡,通過熱輻射的方式為反應提供熱量。
對於矽片的磊晶生長而言,平坦度是衡量磊晶矽片的品質的重要指標,而磊晶矽片的平坦度與磊晶層的厚度直接相關。在磊晶生長過程中,由鹵素燈產生的反應腔室中的溫度、矽源氣體的濃度、矽源氣體的流動速度等都會對磊晶層的厚度產生非常明顯的影響。磊晶膜厚度的均勻性是磊晶晶片品質中重要的一環,且高品質磊晶晶片的條件在於晶片表面的膜厚度分布處於預定範圍中。
在相關技術中,磊晶膜厚度受位於其下方矽片的溫度影響,矽片通過基座加熱,但基座支撑部存在於基座的下方。由於基座支撑部的存在,基座在熱輻射路徑上被基座支撑部的遮蔽部分的溫度與其他部分的溫度之間產生差異,從而導致基座整體的溫度不均勻的問題。
本發明實施例提供了一種矽片磊晶生長基座支撑架及裝置,能夠提高磊晶層生長厚度均勻性,提升磊晶矽片的平坦度。
本發明實施例所提供的技術方案如下:
一種矽片磊晶生長基座支撑架,包括:支撑柱;及,從支撑柱的縱向軸線開始徑向向外且沿軸向向上延伸的多根支撑臂,支撑臂包括在其軸向向上延伸方向上相對的第一端和第二端,第一端連接至支撑柱,第二端與支撑柱一起支撑用於承載矽片的基座;支撑臂還包括沿著其軸向向上延伸方向上位於第一端和第二端之間的中部區域,矽片磊晶生長基座支撑架還包括:多個弧形臂,相鄰兩個支撑臂的中部區域之間連接一弧形臂,且多個弧形臂均以支撑柱的縱向軸心為圓心且半徑相同,以共同形成一圓環形狀。
示例性地,弧形臂與支撑臂同材質。
示例性地,弧形臂與支撑臂均為石英材質。
示例性地,弧形臂與支撑臂在支撑柱的縱向軸線方向上的厚度相同。
示例性地,弧形臂沿著其自身徑向上的寬度取值範圍為8~12 mm。
示例性地,在垂直於支撑柱的縱向軸線方向的一投影面上,支撑臂在投影面上的正投影沿支撑柱的徑向方向具有第一半徑,弧形臂在投影面上的正投影沿支撑柱的徑向方向具有第二半徑,第二半徑等於第一半徑的二分之一。
示例性地,支撑臂的數量有三個,且三個支撑臂繞支撑柱的周向均勻分布。
本發明實施例還提供一種矽片磊晶生長裝置,裝置包括:
用於承載矽片的基座;
如上所述的基座支撑架,基座支撑架位於基座下方。
示例性地,用於容納基座的反應腔室,其包括上部鐘罩和下部鐘罩,上部鐘罩和下部鐘罩一起圍合形成反應腔室,基座將反應腔室分隔出上反應腔室和下反應腔室,矽片放置在上反應腔室內;
加熱件,加熱件設置在反應腔室外,且透過上部鐘罩和下部鐘罩為反應腔室提供用於氣相磊晶沉積的高溫環境;
其中基座支撑架位於加熱件向基座進行熱量輻射的輻射路徑上。
示例性地,矽片磊晶生長裝置還包括:
進氣口,進氣口設置於反應腔室側壁上,用於向反應腔室內順序輸送清潔氣體和矽源氣體;
排氣口,排氣口設置於反應腔室側壁上,用於將清潔氣體和矽源氣體各自的反應尾氣排出反應腔室。
本發明實施例所帶來的有益效果如下:
上述方案中,通過在基座支撑架的相鄰支撑臂的中部區域之間連接弧形臂,使得多個支撑臂之間的多個弧形臂可形成一圓環形狀,圓環形狀可與支撑臂一樣起到遮蔽熱量輻射的作用,從而減少支撑臂上連接弧形臂區域處對矽片的磊晶生長影響,提高磊晶層厚度均勻性和平坦度。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚,下面將結合本發明實施例的圖式,對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然,所描述的實施例是本發明的一部分實施例,而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例,本領域中具通常知識者在無需進步性改良的前提下所獲得的所有其他實施例,都屬本發明保護的範圍。
除非另外定義,本發明使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域內具有通常知識者的人士所理解的通常意義。本發明中使用的「第一」、「第二」以及類似的詞語並不表示任何順序、數量或者重要性,而只是用來區分不同的組成部分。同樣,「一個」、「一」或者「該」等類似詞語也不表示數量限制,而是表示存在至少一個。「包括」或者「包含」等類似的詞語意指出現該詞前面的元件或者物件涵蓋出現在該詞後面列舉的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。「連接」或者「相連」等類似的詞語並非限定於實體的或者機械的連接,而是可以包括電性的連接,不管是直接的還是間接的。「上」、「下」、「左」、「右」等僅用於表示相對位置關係,當被描述對象的絕對位置改變後,則該相對位置關係也可能相應地改變。
在對本發明實施例提供的矽片磊晶生長基座支撑架及裝置進行詳細說明之前,有必要對相關技術進行以下說明:
在相關技術中,矽片磊晶生長裝置可包括基座、基座支撑架和加熱件等,其中基座支撑架支撑於基座下方,矽片承載至基座上,在磊晶層生長時,可旋轉基座和基座支撑架以提高矽片表面磊晶層生長均勻性。
本發明的發明人經研究發現,由於矽片上磊晶層厚度受到其下方基座溫度影響,而基座支撑架位於基座下方,位於加熱件的熱量輻射路徑上,會遮蔽基座的部分熱量,從而導致最終基座在不同區域溫度產生差異,進而導致磊晶層不均勻的問題。
如圖1所示,以一種矽片採用相關技術中的矽片磊晶生長裝置進行磊晶生長後形成的磊晶層為例,圖中示意了磊晶層的厚度結果,色階的不同代表磊晶層厚度的不同。從圖中可以看出,在距矽片中心一定距離處有一環形區域A,該區域A與其他區域存在色差,經發明人研究發現,該區域產生原因是由於支撑臂影響熱場的分布,進而影響磊晶層的生長速率,最終導致磊晶層厚度的差異。
為了解决上述問題,如圖2和圖3所示,本發明實施例提供了一種矽片磊晶生長基座支撑架,包括:支撑柱210;及,從該支撑柱210的縱向軸線開始徑向向外且沿軸向向上延伸的多根支撑臂220,該支撑臂220包括在其軸向向上延伸方向上相對的第一端和第二端,該第一端連接至該支撑柱210,該第二端與該支撑柱210一起支撑用於承載矽片的基座100;該支撑臂220還包括沿著其軸向向上延伸方向上位於該第一端和該第二端之間的中部區域221,該矽片磊晶生長基座支撑架還包括:多個弧形臂222,相鄰兩個該支撑臂220的該中部區域221之間連接一該弧形臂222,且多個該弧形臂222均以該支撑柱210的縱向軸心為圓心且半徑相同,以共同形成一圓環形狀。
上述方案中,通過在基座支撑架的相鄰支撑臂220的中部區域221之間連接弧形臂222,使得多個支撑臂220之間的多個弧形臂222可形成一圓環形狀,該圓環形狀可與該支撑臂220一樣起到遮蔽熱量輻射的作用,從而減少該支撑臂220上連接弧形臂222區域處對矽片的磊晶生長影響,提高磊晶層厚度均勻性和平坦度。
這裡需要說明的是,該弧形臂222與該支撑臂220的連接位置可根據不同尺寸矽片、不同結構的基座支撑架等來進行調整,該連接位置應是磊晶層厚度分布結果中色階不同的環形區域所對應的位置。
作為一種示例性的實施例,該弧形臂222與該支撑臂220同材質。該弧形臂222與該支撑臂220在該支撑柱210的縱向軸線方向上的厚度相同。例如,該弧形臂222與該支撑臂220可均為石英材質。這樣,可盡可能地保證該弧形臂222與該支撑臂220的導熱係數相同,以對熱場影響相同。
此外,示例性地,該弧形臂222沿著其自身徑向上的寬度取值範圍為8~12 mm。這樣設置的原因是,若該寬度過小,會導致該弧形臂222的影響範圍過小,仍然存在溫度不均勻區域,若寬度過大,則會影響除如圖1所示的環形區域之外的其他區域,進而導致平坦度惡化。
此外,以直徑為300 mm的矽片為例,當矽片置入基座100內時,由於背部支撑臂220的遮蔽,矽片磊晶層會在矽片半徑的二分之一位置處厚度與其他區域有明顯差異。磊晶層厚度均勻性的計算方式為:(Max-Min)/(Max+Min),Max表示厚度最大值,Min表示厚度最小值,該區域的厚度差異會導致Max值和Min值的差異變得更大,從而導致厚度均勻性惡化,進而導致矽片表面平坦度惡化。
因此,在一種示例性的實施例中,在垂直於該支撑柱210的縱向軸線方向的一投影面上,該支撑臂在該投影面上的正投影沿該支撑柱210的徑向方向具有第一半徑,該弧形臂222在該投影面上的正投影沿該支撑柱210的徑向方向具有第二半徑,該第二半徑等於該第一半徑的二分之一。
需要說明的是,在其他實施例中,根據實際中矽片尺寸不同、支撑臂220結構不同,該第二半徑與該第一半徑的比例也可適應性調節。
此外,示例性地,該支撑臂220的數量有三個,且三個該支撑臂220繞該支撑柱210的周向均勻分布。
此外,本發明實施例還提供一種矽片磊晶生長裝置,該裝置包括:
用於承載矽片的基座100;
本發明實施例提供的基座支撑架,該基座支撑架位於該基座100下方。
示例性地,用於容納該基座100的反應腔室,其包括上部鐘罩300和下部鐘罩400,該上部鐘罩300和該下部鐘罩400一起圍合形成該反應腔室,該基座100將該反應腔室分隔出上反應腔室和下反應腔室,該矽片放置在該上反應腔室內;
加熱件500,該加熱件500設置在該反應腔室外,且透過該上部鐘罩300和該下部鐘罩400為該反應腔室提供用於氣相磊晶沉積的高溫環境;
其中該基座支撑架位於該加熱件500向該基座100進行熱量輻射的輻射路徑上。
示例性地,該矽片磊晶生長裝置還包括:
進氣口600,該進氣口600設置於該反應腔室側壁上,用於向該反應腔室內順序輸送清潔氣體和矽源氣體;
排氣口700,該排氣口700設置於該反應腔室側壁上,用於將該清潔氣體和該矽源氣體各自的反應尾氣排出該反應腔室。
有以下幾點需要說明:
(1)本發明實施例圖式只涉及到與本發明實施例涉及到的結構,其他結構可參考通常設計。
(2)為了清晰起見,在用於描述本發明的實施例的圖式中,層或區域的厚度被放大或縮小,即這些圖式並非按照實際的比例繪製。可以理解,當諸如層、膜、區域或基板之類的元件被稱作位於另一元件「上」或「下」時,該元件可以「直接」位於另一元件「上」或「下」或者可以存在中間元件。
(3)在不衝突的情况下,本發明的實施例及實施例中的特徵可以相互組合以得到新的實施例。
以上,僅為本發明的具體實施方式,但本發明的保護範圍並不局限於此,本發明的保護範圍應以申請專利範圍的保護範圍為準。
100:基座
210:支撑柱
220:支撑臂
221:中部區域
222:弧形臂
300:上部鐘罩
400:下部鐘罩
500:加熱件
600:進氣口
700:排氣口
A:區域
圖1表示相關技術中矽片磊晶層厚度色階示意圖;
圖2表示本發明實施例提供的矽片磊晶生長裝置的結構示意圖;
圖3表示本發明實施例提供的矽片磊晶生長基座支撑架的俯視圖。
A:區域
Claims (10)
- 一種矽片磊晶生長基座支撑架,包括:支撑柱;及,從該支撑柱的縱向軸線開始徑向向外且沿軸向向上延伸的多根支撑臂,該支撑臂包括在其軸向向上延伸方向上相對的第一端和第二端,該第一端連接至該支撑柱,該第二端與該支撑柱一起支撑用於承載矽片的基座; 該支撑臂還包括沿著其軸向向上延伸方向上位於該第一端和該第二端之間的中部區域,該矽片磊晶生長基座支撑架還包括:多個弧形臂,相鄰兩個該支撑臂的該中部區域之間連接一該弧形臂,且多個該弧形臂均以該支撑柱的縱向軸心為圓心且半徑相同,以共同形成一圓環形狀。
- 如請求項1所述的矽片磊晶生長基座支撑架,其中,該弧形臂與該支撑臂同材質。
- 如請求項1所述的矽片磊晶生長基座支撑架,其中, 該弧形臂與該支撑臂均為石英材質。
- 如請求項1所述的矽片磊晶生長基座支撑架,其中, 該弧形臂與該支撑臂在該支撑柱的縱向軸線方向上的厚度相同。
- 如請求項4所述的矽片磊晶生長基座支撑架,其中, 該弧形臂沿著其自身徑向上的寬度取值範圍為8~12 mm。
- 如請求項1所述的矽片磊晶生長基座支撑架,其中, 在垂直於該支撑柱的縱向軸線方向的一投影面上,該支撑臂在該投影面上的正投影沿該支撑柱的徑向方向具有第一半徑,該弧形臂在該投影面上的正投影沿該支撑柱的徑向方向具有第二半徑,該第二半徑等於該第一半徑的二分之一。
- 如請求項1所述的矽片磊晶生長基座支撑架,其中, 該支撑臂的數量有三個,且三個該支撑臂繞該支撑柱的周向均勻分布。
- 一種矽片磊晶生長裝置,該裝置包括: 用於承載矽片的基座; 如請求項1至7中任一項所述的矽片磊晶生長基座支撑架,該矽片磊晶生長基座支撑架位於該基座下方。
- 如請求項8所述的矽片磊晶生長裝置,其中, 用於容納該基座的反應腔室,其包括上部鐘罩和下部鐘罩,該上部鐘罩和該下部鐘罩一起圍合形成該反應腔室,該基座將該反應腔室分隔出上反應腔室和下反應腔室,該矽片放置在該上反應腔室內; 加熱件,該加熱件設置在該反應腔室外,且透過該上部鐘罩和該下部鐘罩為該反應腔室提供用於氣相磊晶沉積的高溫環境; 其中該基座支撑架位於該加熱件向該基座進行熱量輻射的輻射路徑上。
- 如請求項9所述的矽片磊晶生長裝置, 該矽片磊晶生長裝置還包括: 進氣口,該進氣口設置於該反應腔室側壁上,用於向該反應腔室內順序輸送清潔氣體和矽源氣體; 排氣口,該排氣口設置於該反應腔室側壁上,用於將該清潔氣體和該矽源氣體各自的反應尾氣排出該反應腔室
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