本发明专利技术提供了一种外延生长装置和一种外延生长方法。所述外延生长装置的生长腔室上设置有允许用于在晶片上形成外延层的反应气体进入生长腔室内的进气口，当进行外延生长工艺的晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且外延层在较快区比在较慢区生长更快时，进气口在较快区旋转经过时提供的反应气体的进气速率小于在较慢区旋转经过时提供的反应气体的进气速率。所述外延生长装置可以调节外延层在不同晶向上的沉积，有助于获得厚度均一的外延层，提高外延晶片的质量。所述外延生长方法与所述外延生长装置具有相同或类似的特点，可以不改变外延生长装置的结构而提高外延层的厚度均一性，降低外延晶片的局部平直度，灵活性高。
Epitaxial growth device and method
【技术实现步骤摘要】
外延生长装置和外延生长方法
本专利技术涉及外延生长工艺领域，特别涉及一种外延生长装置和一种外延生长方法。
技术介绍
电子元件制造对作为衬底的半导体晶片上表面的平整性要求很高，现常用将步进设备在晶片表面所有区域的聚焦能力加入考量的局部平直度SFQR(部位上表面基准的最小二乘方/范围)参数来评价。最大局部平直度SFQRmax的值代表半导体晶片上所有加以考虑的电子元件范围的最大SFQR值。SFQRmax值的降低有利于解决制造电子器件时可能遇到的光刻工艺散焦问题、CMP工艺的抛光均匀性问题以及SOI粘合工艺中的不良粘合问题等等。硅晶片的局部平直度可以利用研磨、抛光等方法优化。常用的作为衬底的半导体晶片为硅外延晶片，通常是通过外延生长工艺即在硅晶片上以相同的晶体取向并以单晶的方式生长外延层而获得。与不包括该外延层的硅晶片相比，硅外延晶片具有较低的缺陷密度以及较好的抗闩锁能力等优点，适用于在外延层上制造高度集成的电子元件，如微处理器或存储芯片。硅外延晶片的局部平直度与利用外延生长工艺沉积的外延层的均一性有关。目前制造硅外延晶片是将硅晶片放置在外延装置的腔室中，利用热源进行加热，并向腔室内通入反应气体，反应气体在高温下在晶片表面分解形成硅，进而沉积到硅晶片表面生长而形成外延层，在此过程中，通常使晶片以设定转速在支架(即衬托器或基座)上旋转以使外延层均匀生长。研究发现，外延层的生长速率与生长取向即硅晶片的晶向有关，具体根据晶向的不同，外延层的生长速率会增大或减小，尤其在晶片的边缘部分，导致了外延层的厚度差异。以直径300mm的硅晶片为例，其上表面例如为(001)晶面，实验数据表明，在距离晶片中心149mm远的边缘部分，对应于晶片的<110>晶向的一定范围内，外延层的厚度在整个晶片表面内较大，而在对应于晶片的<100>晶向的一定范围内，外延层的厚度在整个晶片表面内较小，边缘部分的局部平直度SFQR较大，这会使得硅外延晶片的最大局部平直度SFQRmax较大，造成硅外延晶片的质量变差，亦会引起在制造电子元件时出现问题。对于上述外延层的局部平直度SFQR较大的问题，已有方法大多是从改变外延生长装置的结构来调节，例如改变进气口的设计或者改变安装晶片的衬托器的设计以期改变气流。但是，调整外延生长装置的结构需要考虑对装置各个功能部件的影响，比较复杂，并且，对于已投入使用的外延装置，其结构难以根据实际工艺状况及时进行调整，缺乏灵活性。
技术实现思路
本专利技术提供一种外延生长装置和外延生长方法，目的是改善晶片上形成的外延层的厚度均一性，降低局部平直度(SFQR)，以获得质量较高的外延晶片。根据本专利技术的一个方面，提供一种外延生长装置，所述外延生长装置包括生长腔室及位于生长腔室内的衬托器，所述衬托器用于放置晶片并在外延生长过程中带动晶片旋转，所述生长腔室上设置有进气口，所述进气口允许用于在所述晶片上形成外延层的反应气体进入所述生长腔室内；当所述晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且所述外延层在所述较快区比在所述较慢区生长更快时，在外延生长过程中，随着所述晶片的旋转，所述进气口在所述较快区旋转经过时提供的反应气体的进气速率小于在所述较慢区旋转经过时提供的反应气体的进气速率。可选的，所述进气口提供的反应气体的进气速率以脉冲的形式随时间变化，且所述进气口在所述较慢区旋转经过时提供的反应气体的进气速率为脉冲的峰值。可选的，所述较快区和所述较慢区在所述晶片的边缘部分沿所述晶片的周向间隔交替分布，所述晶片的边缘部分还包括过渡区，所述过渡区介于相邻的一个所述较快区和一个所述较慢区之间，所述过渡区的晶向使得所述外延层在所述过渡区的生长速率介于所述较快区和所述较慢区之间。可选的，随着所述晶片的旋转，所述进气口提供的反应气体的进气速率随着所述较快区、所述过渡区、所述较慢区依次旋转至所述进气口而逐渐增加，并且随着所述较慢区、所述过渡区和所述较快区依次旋转至所述进气口而逐渐降低。可选的，所述晶片为单晶硅晶片、绝缘体上硅晶片、应变硅晶片或者绝缘体上应变硅晶片。可选的，所述较快区位于晶片的<110>晶向的预定扇面角内，所述较慢区位于晶片的<100>晶向的预定扇面角内。可选的，所述预定扇面角为0～10度。可选的，所述反应气体包括SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3和SiCl4中的至少一种。可选的，所述晶片的旋转速率为40～60转/分钟。根据本专利技术的另一方面，提供一种外延生长方法，包括以下步骤：将晶片放置在外延生长装置的生长腔室中，所述晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且外延生长在所述较快区比在所述较慢区更快，所述生长腔室上设置有进气口；以及使所述晶片旋转并在所述晶片上进行外延生长，其中，通过所述进气口向所述生长腔室内输送反应气体以在所述晶片上形成外延层，在外延生长过程中，所述反应气体在所述较快区旋转经过所述进气口时的进气速率小于在所述较慢区旋转经过所述进气口时的进气速率。可选的，所述反应气体的进气速率以脉冲的形式随时间变化，且在所述较慢区旋转经过所述进气口时达到脉冲的峰值。可选的，所述反应气体的进气速率以矩形波、尖脉冲、锯齿波、三角波、正弦波和阶梯波中的一种或者两种以上的组合形式随时间变化。可选的，所述较快区位于晶片的第一晶向的预定扇面角内，所述较慢区位于晶片的第二晶向的预定扇面角内。可选的，所述反应气体的进气速率为0～20L/分钟。本专利技术提供的外延生长装置，可以对晶片进行外延生长，其生长腔室上设置有进气口，所述进气口允许用于在晶片上形成外延层的反应气体进入生长腔室内，当晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且所述外延层在较快区比在较慢区生长更快时，在外延生长过程中，随着所述晶片的旋转，所述进气口在所述较快区旋转经过时提供的反应气体的进气速率小于在所述较慢区旋转经过时提供的反应气体的进气速率。本专利技术的外延生长装置，其进气口输入反应气体的速率并不是恒定不变的，而是随着晶片上与生长速率有关的不同晶向区域经过而发生变化，从而可以调节外延层在不同晶向区域的的沉积，有助于获得厚度均一的外延层，降低外延晶片的局部平直度，提高外延晶片的质量。本专利技术提供的外延生长方法，首先将晶片放置在生长腔室中，晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且外延生长在所述较快区比在所述较慢区更快，所述生长腔室上设置有进气口，然后使晶片旋转并进行外延生长，在外延生长过程中，反应气体在晶片的较快区旋转经过进气口时的进气速率大于在晶片的较慢区旋转经过进气口时的进气速率。通过调节反应气体的进气速率，有助于对由于晶向不同而导致的外延生长速率变化的状况进行反向调节，即对外延生长慢的较慢区相对增加反应气体供应，而对外延生长快的较快区相对减少反应气体供应，进而改善在晶片上沉积的外延层的厚度均一性，降低外延晶片的局部平直度，有助于提高外延晶片的质量。本专利技术提供的外延生长方法可以在不改变外延生长装置的结构的条件下达到提高外本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种外延生长装置，其特征在于，所述外延生长装置包括生长腔室及位于生长腔室内的衬托器，所述衬托器用于放置晶片并在外延生长过程中带动晶片旋转，所述生长腔室上设置有进气口，所述进气口允许用于在所述晶片上形成外延层的反应气体进入所述生长腔室内；当所述晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且所述外延层在所述较快区比在所述较慢区生长更快时，在外延生长过程中，随着所述晶片的旋转，所述进气口在所述较快区旋转经过时提供的反应气体的进气速率小于在所述较慢区旋转经过时提供的反应气体的进气速率。/n
【技术特征摘要】
1.一种外延生长装置，其特征在于，所述外延生长装置包括生长腔室及位于生长腔室内的衬托器，所述衬托器用于放置晶片并在外延生长过程中带动晶片旋转，所述生长腔室上设置有进气口，所述进气口允许用于在所述晶片上形成外延层的反应气体进入所述生长腔室内；当所述晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且所述外延层在所述较快区比在所述较慢区生长更快时，在外延生长过程中，随着所述晶片的旋转，所述进气口在所述较快区旋转经过时提供的反应气体的进气速率小于在所述较慢区旋转经过时提供的反应气体的进气速率。
2.如权利要求1所述的外延生长装置，其特征在于，所述进气口提供的反应气体的进气速率以脉冲的形式随时间变化，且所述进气口在所述较慢区旋转经过时提供的反应气体的进气速率为脉冲的峰值。
3.如权利要求1所述的外延生长装置，其特征在于，所述较快区和所述较慢区在所述晶片的边缘部分沿所述晶片的周向间隔交替分布，所述晶片的边缘部分还包括过渡区，所述过渡区介于相邻的一个所述较快区和一个所述较慢区之间，所述过渡区的晶向使得所述外延层在所述过渡区的生长速率介于所述较快区和所述较慢区之间。
4.如权利要求3所述的外延生长装置，其特征在于，随着所述晶片的旋转，所述进气口提供的反应气体的进气速率随着所述较快区、所述过渡区、所述较慢区依次旋转至所述进气口而逐渐增加，并且随着所述较慢区、所述过渡区和所述较快区依次旋转至所述进气口而逐渐降低。
5.如权利要求1至4任一项所述的外延生长装置，其特征在于，所述晶片为单晶硅晶片、绝缘体上硅晶片、应变硅晶片或者绝缘体上应变硅晶片。
6.如权利要求5所述的外延生长装置，其特征在于，所述较快区位于晶片的<110>晶向的预定扇面角...
【专利技术属性】
技术研发人员：费璐，林志鑫，曹共柏，王华杰，董晨华，季文明，
申请(专利权)人：上海新昇半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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