半导体外延生长设备的制作方法

本申请主要涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体外延生长设备。

背景技术：

1、在硅基集成电路制造中，外延工艺被广泛使用。碳化硅(sic)因其优异的物理性能在功率器件材料中展现出巨大的潜能。sic具有熔点高、导热性好、不易击穿等优异的电学性质，是制作高频、大功率、耐高温和抗辐射电子器件的最佳材料。外延是制备sic薄膜的一种常见且重要的化学技术，sic外延是在衬底表面生长一层或数层sic薄膜。制备sic外延层的方法有：液相外延法、分子束外延生长法、磁控溅射法、升华外延法和化学气相沉积法(cvd)等。其中，cvd法作为目前应用最广泛的制备sic的方法，与其他方法相比，具有生长速率高、便于控制、批量生产等优势。

2、cvd法是将基片(例如晶圆)置于反应腔之中，通过加热和导入多种前驱物，使基片表面发生化学反应从而产生欲沉积的薄膜。该工艺对温度要求高，不仅需要达到1650℃高温，且需保持基片温度的均匀性。目前主要的加热方式有红外加热和电磁感应加热。

3、在电池感应加热方式的相关技术中，基片的整体温度不均匀，进而导致了沉积在基片上表面的外延层(也即沉积的薄膜)的不均匀，降低了外延层的质量。

技术实现思路

1、本申请要解决的技术问题是高温外延生长场景下基片表面温度不均匀影响薄膜质量的问题。

2、为解决上述技术问题，本申请提供了一种半导体外延生长设备，包括：反应腔体和感应线圈，其中，所述感应线圈设置在所述反应腔体的外周，所述感应线圈沿工艺气体的流动方向具有第一端和第二端，所述第一端靠近工艺气体入口，所述第二端靠近工艺气体出口，所述反应腔体内设置有基片托盘，所述基片托盘用于承载和旋转基片，其中，沿所述工艺气体的流动方向，位于所述感应线圈的中部的线圈的螺距大于位于所述感应线圈的两端的线圈的螺距，所述感应线圈的圈数中心不同于所述基片托盘的托盘旋转中心。

3、在本申请的一实施例中，所述圈数中心与所述托盘旋转中心相比，更加靠近所述工艺气体入口。

4、在本申请的一实施例中，所述圈数中心和所述托盘旋转中心之间的距离范围是基片直径的0.15-0.3倍。

5、在本申请的一实施例中，所述感应线圈沿所述工艺气体的流动方向依次包括第一段、第二段和第三段，其中，所述圈数中心和所述托盘旋转中心都位于所述第二段所在的区域中，所述第一段中的若干线圈具有相等的第一螺距，所述第二段中的若干线圈具有相等的第二螺距，所述第三段中的若干线圈具有相等的第三螺距，所述第二螺距大于所述第三螺距，并且所述第三螺距大于所述第一螺距。

6、在本申请的一实施例中，所述感应线圈包括第一线圈组和第二线圈组，其中，所述第一线圈组包括位于所述第一端和最大螺距位置之间的线圈，所述第二线圈组包括位于所述最大螺距位置和所述第二端之间的线圈，所述第一线圈组的螺距从所述第一端到所述最大螺距位置具有第一增幅，所述第二线圈组的螺距从所述最大螺距位置到所述第二端具有第一降幅，所述第一增幅的绝对值大于所述第一降幅的绝对值。

7、在本申请的一实施例中，所述第一线圈组中包括至少两个第一线圈段，所述至少两个第一线圈段的螺距从所述第一端到所述最大螺距位置的增幅和增幅率都逐渐增大。

8、在本申请的一实施例中，所述第二线圈组中包括至少两个第二线圈段，所述至少两个第二线圈段的螺距从最大螺距位置到所述第二端的降幅的绝对值和降幅率的绝对值都逐渐减小。

9、在本申请的一实施例中，所述基片位于基片区域，沿所述工艺气体的流动方向观察，靠近所述第一端的第一个所述第一线圈段和靠近所述第二端的第一个所述第二线圈段都位于第一区域之外，所述第一区域是以所述基片旋转中心为中心，长度为所述基片直径的1.2-1.4倍的区域。

10、在本申请的一实施例中，在所述感应线圈中，沿气体流动方向，最大螺距位置位于所述托盘旋转中心的靠近所述第二端的一侧。

11、在本申请的一实施例中，所述感应线圈具有等螺距段，所述等螺距段位于靠近所述托盘旋转中心的所述第一线圈段和所述第二线圈段之间。

12、在本申请的一实施例中，所述等螺距段的端点沿所述流动方向关于所述托盘旋转中心对称。

13、在本申请的一实施例中，所述反应腔体内部设置有加热环，所述加热环被配置为当所述感应线圈通电时感应生热，所述加热环沿所述工艺气体的流动方向具有第一边缘和第二边缘，所述第一边缘位于所述第一端的内侧，所述第二边缘位于所述第二端的内侧，所述感应线圈沿所述工艺气体的流动方向具有第一长度，所述加热环沿所述工艺气体的流动方向具有第二长度，所述第一长度是所述第二长度的1.3倍-1.6倍。

14、在本申请的一实施例中，所述加热环、所述基片和所述感应线圈都沿所述工艺气体的流动方向以所述托盘旋转中心对称。

15、本申请的半导体外延生长设备通过使感应线圈的中间线圈的螺距大于两端线圈的螺距，从而提高靠近工艺气体入口处和工艺气体出口处的产热量，相应的，提高基片靠近工艺气体入口和工艺气体出口处的温度，进而提高基片整体的温度均匀性。同时，通过使感应线圈的圈数中心不同于基片托盘的托盘旋转中心，进一步降低了基片表面的温度梯度，提高了基片表面的温度均匀性，有利于提高薄膜质量。

技术特征：

1.一种半导体外延生长设备，其特征在于，包括：反应腔体和感应线圈，其中，所述感应线圈设置在所述反应腔体的外周，所述感应线圈沿工艺气体的流动方向具有第一端和第二端，所述第一端靠近工艺气体入口，所述第二端靠近工艺气体出口，所述反应腔体内设置有基片托盘，所述基片托盘用于承载和旋转基片，其中，沿所述工艺气体的流动方向，位于所述感应线圈的中部的线圈的螺距大于位于所述感应线圈的两端的线圈的螺距，所述感应线圈的圈数中心不同于所述基片托盘的托盘旋转中心。

2.如权利要求1所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述圈数中心与所述托盘旋转中心相比，更加靠近所述工艺气体入口。

3.如权利要求2所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述圈数中心和所述托盘旋转中心之间的距离范围是基片直径的0.15-0.3倍。

4.如权利要求2所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述感应线圈沿所述工艺气体的流动方向依次包括第一段、第二段和第三段，其中，所述圈数中心和所述托盘旋转中心都位于所述第二段所在的区域中，所述第一段中的若干线圈具有相等的第一螺距，所述第二段中的若干线圈具有相等的第二螺距，所述第三段中的若干线圈具有相等的第三螺距，所述第二螺距大于所述第三螺距，并且所述第三螺距大于所述第一螺距。

5.如权利要求2所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述感应线圈包括第一线圈组和第二线圈组，其中，所述第一线圈组包括位于所述第一端和最大螺距位置之间的线圈，所述第二线圈组包括位于所述最大螺距位置和所述第二端之间的线圈，所述第一线圈组的螺距从所述第一端到所述最大螺距位置具有第一增幅，所述第二线圈组的螺距从所述最大螺距位置到所述第二端具有第一降幅，所述第一增幅的绝对值大于所述第一降幅的绝对值。

6.如权利要求5所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述第一线圈组中包括至少两个第一线圈段，所述至少两个第一线圈段的螺距从所述第一端到所述最大螺距位置的增幅和增幅率都逐渐增大。

7.如权利要求6所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述第二线圈组中包括至少两个第二线圈段，所述至少两个第二线圈段的螺距从最大螺距位置到所述第二端的降幅的绝对值和降幅率的绝对值都逐渐减小。

8.如权利要求7所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述基片位于基片区域，沿所述工艺气体的流动方向观察，靠近所述第一端的第一个所述第一线圈段和靠近所述第二端的第一个所述第二线圈段都位于第一区域之外，所述第一区域是以所述基片旋转中心为中心，长度为所述基片直径的1.2-1.4倍的区域。

9.如权利要求8所述的半导体外延生长设备，其特征在于，在所述感应线圈中，沿气体流动方向，最大螺距位置位于所述托盘旋转中心的靠近所述第二端的一侧。

10.如权利要求8所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述感应线圈具有等螺距段，所述等螺距段位于靠近所述托盘旋转中心的所述第一线圈段和所述第二线圈段之间。

11.如权利要求10所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述等螺距段的端点沿所述流动方向关于所述托盘旋转中心对称。

12.如权利要求1所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述反应腔体内部设置有加热环，所述加热环被配置为当所述感应线圈通电时感应生热，所述加热环沿所述工艺气体的流动方向具有第一边缘和第二边缘，所述第一边缘位于所述第一端的内侧，所述第二边缘位于所述第二端的内侧，所述感应线圈沿所述工艺气体的流动方向具有第一长度，所述加热环沿所述工艺气体的流动方向具有第二长度，所述第一长度是所述第二长度的1.3倍-1.6倍。

13.如权利要求12所述的半导体外延生长设备，其特征在于，所述加热环、所述基片和所述感应线圈都沿所述工艺气体的流动方向以所述托盘旋转中心对称。

技术总结
本申请提供了一种半导体外延生长设备，包括：反应腔体和感应线圈，其中，所述感应线圈设置在所述反应腔体的外周，所述感应线圈沿工艺气体的流动方向具有第一端和第二端，所述第一端靠近工艺气体入口，所述第二端靠近工艺气体出口，所述反应腔体内设置有基片托盘，所述基片托盘用于承载和旋转基片，其中，沿所述工艺气体的流动方向，位于所述感应线圈的中部的线圈的螺距大于位于所述感应线圈的两端的线圈的螺距，所述感应线圈的圈数中心不同于所述基片托盘的托盘旋转中心。采用本申请的半导体外延生长设备能够提高基片表面的温度均匀性，有利于提高薄膜质量。

技术研发人员：曾强,查恒,卞达开,罗际蔚
受保护的技术使用者：研微（江苏）半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8