CN105097621B - 一种基片承载装置及基片处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基片承载装置，包括基座和用于盛放基片的承载槽，所述承载槽形成在所述基座上，其特征在于，所述基片承载装置还包括能够导热的传导层，所述传导层设置于所述承载槽底壁的上表面上，所述传导层能够在所述基片的工艺温度下软化。相应地，本发明还提供一种包括上述基片承载装置的基片处理设备。本发明能够使基片下表面与承载槽底壁的传导层完全接触，减小由于基片翘曲而导致的基片中心和边缘的温度梯度，相应的减小基片的热应力，抑制位错及滑移线的产生，使得基片受热均匀，外延质量提高，从而提高工艺质量。
Description
技术领域
本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种基片承载装
置及应用该装置的基片处理设备。
背景技术
随着MOS和CCD等表面器件集成度和性能的提高，利用重惨衬底制备硅外延片代替单晶抛光片已成为发展MOS、IGBT以及超大规模集成电路等的最佳途径。
在生产工艺中，外延设备的反应腔室中除了气流场和热场的分布，基片的承载装置是否能够均匀的向基片传导热量也是决定外延工艺质量的关键因素。反应腔室中基座以中央旋转轴为中心旋转，其上方用于放置硅片，下方设置有感应线圈，用以加热基座，工艺进行时，硅片放在包封SiC的石墨基座上，由感应线圈产生感应电流，通过基座从下表面开始加热硅片，采用高频加热到高温，一般温度到900-1250℃。
传统的石墨基座如图1所示，图1为现有技术一的石墨基座的结构示意图。图中所示石墨基座上的承载槽是平底的圆柱形，当硅片放置在承载槽上时，硅片下表面与基座完全接触。工艺进行时，硅片主要依靠基座与硅片下表面之间的热量传导来获取热量，由于硅片下表面的温度会比上表面的温度要高，使硅片的上表面和下表面之间产生了温差即温度梯度，温度在下表面传递的速度比上表面快，硅片就会向上表面弯曲，而这种弯曲会造成硅片的边缘不再和基座接触而获得的热量会更少，加剧了两面间的温度梯度，使得弯曲更严重。同时硅片中间和边缘也会产生辐射的温度梯度，这些温度梯度在硅片内产生热应力而诱发滑移线和位错产生。影响外延质量，降低良品率，增加成本。
针对上述缺陷现行大多数晶片承载槽对承载槽的形状进行了改进，将常规的承载槽平底改进为凹球面，如图2所示，图2为现有技术二的石墨基座的结构示意图。由于不同类型和大小的硅片在不同的工艺温度下，其翘曲的角度也会不同，而承载槽凹球面的弧度在加工的时候就已经限定，所以在高温下很难与硅片的翘曲角度完全吻合，承载槽与硅片之间仍然存在间隙。
尽管球形底的承载槽在实际应用中广为使用，但是仍然存在以下问题，由于硅片下表面与承载槽底壁之间没有完全接触，存在缝隙，导致硅片中心与边缘受热不均，产生温度梯度，使得硅片内部的热应力依然很大，从而产生位错和滑移线，降低外延质量，进而影响工艺结果。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种基片承载装置及基片处理设备，其能够减小由于基片翘曲而导致的基片中心和边缘之间的温度梯度，使得基片受热均匀，从而提高工艺质量。
为实现上述目的，本发明提供一种基片承载装置，包括基座和用于盛放基片的承载槽，该承载槽形成在基座上，其中，所述基片承载装置还包括能够导热的传导层，所述传导层设置于所述承载槽底壁的上表面上，所述传导层能够在所述基片的工艺温度下软化。
优选地，所述承载槽底面设置为平面或者凹球面。
优选地，所述传导层包括石墨纸和密封设置在所述石墨纸内部的导热材料，该导热材料能够在所述基片的工艺温度下熔化。
优选地，所述导热材料为金、银、铁和铝中的至少一者。
优选地，所述传导层由软陶瓷材料制成。
优选地，所述承载槽的深度设置为当所述基片设置在所述传导层上时，所述基片的上表面不凸出于所述基座的上表面。
作为本发明的另一个方面，还提供一种基片处理设备，该处理设备包括反应腔，所述反应腔中设置有上述本发明提供的基片承载装置，用以在工艺过程中承载基片。
优选地，所述基片处理设备为金属化合物气相沉积设备。
可见，本发明所提供的基片承载装置以及基片处理设备，在工艺温度下，能够使基片背面与承载槽底壁的传导层完全接触，减小由于基片翘曲而导致的基片中心和边缘之间的温度梯度，相应的减小基片的热应力，抑制位错及滑移线的产生，使得基片受热均匀，外延质量提高，从而提高工艺质量。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有技术一的石墨基座的结构示意图；
图2为现有技术二的石墨基座的结构示意图；
图3为本发明加热前的石墨基座的结构示意图；
图4为本发明加热中的石墨基座的结构示意图；
图5为石墨纸以及密封在石墨纸内的导热材料的结构示意图；
图6为本发明基片处理设备的反应室结构示意图。
附图标记说明
1-基座；2-基片；3-承载槽；4-传导层；5-导热材料；6-石墨纸；
7-反应腔室；8-进气口；9-排气口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
作为本发明的一个方面，提供一种基片承载装置，如图3所示，该基片承载装置可以包括：基座1、基片2、承载槽3、传导层4。
承载槽3形成于基座1上面，该承载槽3用于盛放基片2，传导层4位于承载槽3底壁的上表面，该传导层4具有导热性，并且在工艺温度下能够软化。此处的工艺温度是指，对基片2进行处理时所需的温度，根据基片2的材料以及进行的工艺的不同而不同。例如，当基片2为硅片时，对硅片进行外延生长工艺，此时的工艺温度为900℃-1250℃。
通过该基片承载装置，能够实现在工艺温度下基片背面与承载槽底壁的传导层完全接触，并且使得基片中心和边缘的温度梯度减小。具体地，将基片2放置于在承载槽3上，在工艺温度下进行相应的工艺处理时，基片2主要依靠基座1与基片2背面之间的接触来传导热量。由于基片2下表面的温度会比基片2上表面的温度要高，使基片2的上表面与下表面之间产生了温差即温度梯度，基片2就会向上表面弯曲，弯曲的边缘就会翘起来。基片2的翘曲部分与承载槽3的底壁之间不再接触，同时没有热量传递，会使基片2的中心和边缘之间也产生温度梯度，并且这种温度梯度会越来越大。而传导层4在工艺温度下软化，基片2在自身重力的作用下，陷入软化了的传导层4中，同时传导层4会被挤压变形，传导层4的上表面与基片2的弯曲的下表面形状相贴合，从而将基片2紧密的包裹(如图4所示)。基片2的下表面与传导层4之间完全接触，基片2的下表面全部与热源接触，从而受热更加均匀，缓解了因基片2翘曲所造成基片2的中心和边缘之间产生温度梯度的现象，保证了基片2内部温度的均匀性，减少了滑移线以及位错的产生。
更进一步地，承载槽3底面可以为平面。
更进一步地，承载槽3底面可以为凹球面。
更进一步地，传导层4可以包括石墨纸6和密封设置在石墨纸6内部的导热材料5(如图5所示)。该导热材料5可以为金、银、铁和铝中的至少一者，该导热材料5可以在基片2的工艺温度下熔化为液态。具体地，用石墨纸6将导热材料5密封后放入承载槽3的底部，将基片2放在密封导热材料5的石墨纸6的上方。在工艺温度下，导热材料5熔化为液体，石墨纸6密封的导热材料5呈现为液态囊，为质软物质，基片2高温变形后，在基片2的重力和弯曲的作用下，液态囊随基片2的挤压而变形，将基片2更为紧密的包裹，缓解了因基片2翘曲所造成基片2的中心和边缘之间产生温度梯度的现象，保证了基片2内温度的均匀性。
应当理解的是，此处的“熔化”是指导热材料变成液态，液态的导热材料没有固定的形状，被限定在石墨纸6内部。而本发明中所述的“软化”是指传导层(在本实施例中，包括石墨纸6和密封设置在石墨纸6中的导热材料)的硬度变低，以使得该传导层的形状可以在受到外部压力时(或在自身重力作用下)发生改变，但是，此时的传导层但是仍然有一定的形状，不会任意流动。
更进一步地，传导层4可以由软陶瓷材料制成。软陶瓷材料是以改性泥土(MCM)为主要原料，添加少量水溶性高分子聚合物，在动态温度曲线下，经辐照交联、烘烤成型的一种富有柔韧性的材料，其中，普通泥土，包括江、河、湖、海的淤泥及城建废弃泥土，在高速动态温度下经表面活性剂复合改性可以成为改性泥土。软陶瓷材料在工艺温度下为质软物质，耐高温，并且不会与基片2粘连。具体地，将软陶瓷放入承载槽3的底部，将基片2放在软陶瓷的上方。在工艺温度下，软陶瓷为质软物质，基片2在高温变形后，在基片2的重力和弯曲的作用下，该质软物质随基片2的挤压而变形，将基片2更为紧密的包裹，缓解了因基片2翘曲所造成基片2的中心和边缘之间产生温度梯度的现象，保证了基片2内温度的均匀性。
更进一步地，承载槽3的深度为当基片2放在传导层4上时，基片2的上表面不凸出于基座1的上表面。具体地，基片2的上表面低于基座1的上表面或者与基座1的上表面平齐。优选地，基片2的上表面与基座1的上表面保持在同一个水平线上，从而能够保证在基座1旋转时，基片2不会被甩出承载槽3，也不会有其它颗粒杂质存留在基片的上方，从而影响工艺质量。
作为本发明的另一个方面，提供一种基片处理设备，该基片处理设备包括工艺腔室和基片承载装置。如图6所示，基座1设置在该反应腔室7的内部，该基座1为本发明所提供的基片承载装置。
进一步地，基片处理设备还包括进气口8和排气口9，分别相对应地设置在反应腔室的侧壁，进气口8用于通入反应气体，排气口9用于排出残余气体。
优选地，所述基片处理设备为金属化合物气相沉积设备。所述金属化合物可以为ITO(氧化铟锡)等。
可见，本发明通过利用传导层的导热性和高温变软的性质，能够使基片在工艺温度下与承载槽底壁的传导层完全接触，减小由于基片翘曲而导致的基片中心和边缘之间的温度梯度，相应的减小基片的热应力，抑制位错及滑移线的产生，使得基片受热均匀，外延质量提高，从而提高工艺质量。与现有技术相比，大大提高了良品率。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基片承载装置，包括基座和用于盛放基片的承载槽，所述承载槽形成在所述基座上，其特征在于，所述基片承载装置还包括能够导热的传导层，所述传导层设置于所述承载槽底壁的上表面上，所述传导层能够在所述基片的工艺温度下软化，且在所述工艺温度下所述传导层的表面为固态。
2.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，所述承载槽底面设置为平面或者凹球面。
3.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，所述传导层包括石墨纸和密封设置在所述石墨纸内部的导热材料，该导热材料能够在所述基片的工艺温度下熔化。
4.根据权利要求3所述的基片承载装置，其特征在于，所述导热材料为金、银、铁和铝中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，所述传导层由软陶瓷材料制成。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的基片承载装置，其特征在于，所述承载槽的深度设置为当所述基片设置在所述传导层上时，所述基片的上表面不凸出于所述基座的上表面。
7.一种基片处理设备，该基片处理设备包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室中设置有权利要求1至6中任意一项所述的基片承载装置，用以在工艺过程中承载基片。
8.根据权利要求7所述的基片处理设备，其特征在于，所述基片处理设备为金属化合物气相沉积设备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100176 No. 8 Wenchang Avenue, Beijing economic and Technological Development Zone Applicant after: Beijing North China microelectronics equipment Co Ltd Address before: 100176 Beijing economic and Technological Development Zone, Wenchang Road, No. 8, No. Applicant before: Beifang Microelectronic Base Equipment Proces Research Center Co., Ltd., Beijing |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |