一种外延基座的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种外延基座。


背景技术：

2.硅外延生长是半导体制造中的一个重要工艺，它是在一定条件下，在晶圆上生长一层合乎要求的单晶层的方法，具体包括真空外延、气相外延、液相外延等，其中应用最广泛的是气相硅外延，其反应机理是在高温下使挥发性强的硅源，比如tcs(trichlorosilane三氯硅烷)，与氢气发生反应或热解，生成的硅原子淀积在晶圆上长成外延层。
3.外延层的厚度均匀性和电阻率均匀性是影响半导体器件性能的重要参数，外延层的均匀性越好，器件良率与性能也越高。在外延生长过程中，外延层的厚度均匀性和电阻率均匀性在一定范围内可以通过工艺参数的调整进行优化，比如调节气流、功率/温度分布等。然而，外延基座本身具有比较大的应力形变和重力形变，需避免与用于调节气流、功率/温度分布的机构形成恶性应力/重力叠加效应。
4.因此，有必要提出一种新的外延基座，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.本发明提供了一种外延基座，包括片坑和边缘侧墙，所述片坑用于盛放晶圆，所述边缘侧墙位于所述片坑的外围；
7.其中，所述外延基座上形成有多个孔状结构，所述多个孔状结构呈蜂窝状分布。
8.进一步，所述孔状结构包括贯穿所述外延基座的通孔。
9.进一步，所述孔状结构包括未贯穿所述外延基座的凹槽。
10.进一步，所述孔状结构形成于所述边缘侧墙和/或所述片坑上。
11.进一步，所述孔状结构的直径的范围为0.8mm-5mm。
12.进一步，所述孔状结构之间的间距的范围为2mm-15mm。
13.进一步，所述外延基座采用石墨制成。
14.进一步，所述外延基座的表面形成有碳化硅涂层。
15.根据本发明提供的外延基座，通过在外延基座上形成多个孔状结构，且所述多个孔状结构呈蜂窝状分布，可以改善晶圆背面的气流分布，优化温度分布，降低外延基座的应力形变和重力形变，在提高外延基座的机械强度的同时降低外延基座的厚度。
附图说明
16.本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
17.附图中：
18.图1为根据本发明的一个实施例的外延基座的结构示意图。
19.附图标记
20.100、外延基座
21.110、片坑
22.120、边缘侧墙
23.130、孔状结构
具体实施方式
24.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
25.应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
26.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
27.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
28.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
29.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便
阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
30.在硅外延生长过程中，晶圆置于外延基座100上，如图1所示，外延基座100包括片坑(porket)110和边缘侧墙120，所述片坑110用于盛放晶圆，所述边缘侧墙120位于所述片坑110的外围。
31.在一个实施例中，所述边缘侧墙120合围以形成所述片坑110，所述片坑的高度低于所述边缘侧墙120。所述片坑110呈圆形，所述边缘侧墙120呈圆环形，所述边缘侧墙120沿所述片坑110向外延伸。
32.示例性地，所述外延基座100采用石墨制成。进一步，所述外延基座100的表面形成有碳化硅涂层。
33.在一个实施例中，所述外延基座110的材质需与外延工艺相匹配，优选耐高温的石墨材质，并在其外表面做涂层处理，优选碳化硅(sic)涂层。
34.示例性地，所述晶圆可以是以下所提到的材料中的至少一种：单晶硅、绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。作为一个实例，晶圆的构成材料选用单晶硅。
35.在进行外延生长前，还包括对所述晶圆进行预处理的步骤。具体地，所述预处理包括对所述晶圆进行研磨、抛光、清洗等处理，具体地，首先将铸锭切割为晶圆，然后用研磨(grinding)或磨削方法处理以使得晶圆的每个面平行，但研磨处理导致晶圆表面大量的机械损伤，并可能导致晶圆翘曲度的增加；为了移除损伤，接下来将晶圆浸入用来蚀刻表面损伤的化学溶液中；接着，采用化学机械抛光(cmp)将晶圆减薄至预定厚度并抛光晶圆，以实现所需的平坦度和粗糙度技术规格。
36.示例性地，采用气相沉积在所述晶圆的表面形成外延层。
37.在一个实施例中，形成所述外延层的工艺条件包括：将晶圆置于处理室中，经过预处理的晶圆表面暴露给沉积气体，以在晶圆表面上形成外延层。其中，处理室维持在1000℃至1200℃的温度范围内，优选1100℃至1150℃，处理室的压力为常压(即760torr)。
38.沉积气体包括硅源，硅源供应至处理室的流量为50slm至130slm，其中，主气流的流量为60slm-120slm，边缘副气流的流量为1slm-5slm。可用于沉积气体中以沉积含硅化合物的硅源包括：硅烷，二氯硅烷，三氯硅烷。作为一个实例，所述硅源选用三氯硅烷，形成的外延层为单晶硅层。
39.硅源伴随载气而提供至处理室中。载气的流速为1slm至100slm，优选50slm至80slm。载气包括氮气(n2)、氢气(h2)、氩气、氦气及它们的组合，通常基于沉积过程图中所使用的前驱物及/或处理温度来选择载气。在本实施例中，处理室温度大于1000℃，因此采用氢气(h2)作为载气。
40.需要说明的是，气相沉积可以采用本领域技术人员所熟习的任何现有技术，优选化学气相沉积法(cvd)，如低温化学气相沉积(ltcvd)、低压化学气相沉积(lpcvd)、快热化学气相沉积(rtcvd)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)等。
41.为了改善晶圆背面的气流分布，优化温度分布，可以在外延基座100上形成多个孔状结构130，如图1所示。然而，在外延基座100上形成多个孔状结构130会在一定程度上影响所述外延基座100的机械强度和形变，具体地，在外延基座100的形状、材质和厚度(重量)一
定的前提下，孔状结构130的密度和分布方式将受到一定限制。
42.例如，当孔状结构130采用圆周对称的方式分布时，其重力和应力分布也呈现圆对称，与外延基座100原有的重力形变和应力形变构成叠加恶化效应。
43.在本发明的实施例中，所述多个孔状结构130呈蜂窝状分布，所述蜂窝状分布表示所述多个孔状结构130中相邻孔状结构130之间的连线构成紧密排列的正六边形，如图1所示。
44.需要说明的是，所述孔状结构130可以形成于所述边缘侧墙120和/或所述片坑110上，本发明对此不作限制。
45.通过使所述多个孔状结构呈蜂窝状分布，可以降低外延基座的应力形变和重力形变，延长外延基座的使用寿命。
46.示例性地，所述孔状结构130包括贯穿所述外延基座100的通孔，或者，所述孔状结构130包括未贯穿所述外延基座100的凹槽。
47.优选地，在一个实施例中，所述孔状结构130采用贯穿所述外延基座100的通孔。
48.通过使所述多个孔状结构呈蜂窝状分布，与采用圆周对称的分布方式相比，可以使气流的分布更加均匀，进而提高形成的外延层的均匀性。
49.示例性地，所述孔状结构130的孔径和/或孔密度可以根据需要进行设置。优选地，在一个实施例中，所述孔状结构130的直径的范围为0.8mm-5mm；所述孔状结构之间的间距的范围为2mm-15mm。
50.通过使所述多个孔状结构呈蜂窝状分布，在孔密度分布相同的情况下，外延基座具有更高的机械强度，从而可以降低对外延基座厚度的要求，从而采用更薄的外延基座。此外，随着外延基座厚度的减小，外延基座的重量也相应减小，从而进一步降低了外延基座的应力形变和重力形变。
51.根据本发明提供的外延基座，通过在外延基座上形成多个孔状结构，且所述多个孔状结构呈蜂窝状分布，可以改善晶圆背面的气流分布，优化温度分布，降低外延基座的应力形变和重力形变，在提高外延基座的机械强度的同时降低外延基座的厚度。
52.本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。