CN118007108A - 一种晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，包括承载架以及设于承载架上多层布置的放晶空间，承载架于各放晶空间的周侧均设有多个用于承载晶圆以实现对晶圆水平定位安置的支撑构件，支撑构件的顶面设为用于承载晶圆周侧的承载面，承载面为凸凹不平的粗糙面，承载面与承载架之间形成用于使晶圆周缘悬空的悬空槽。本晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置具有避免晶圆从反应温度降到室温过程中发生破碎，防止取晶圆时边缘损坏，减少了晶圆背面色差等优点。

Description

一种晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置。

背景技术

多晶硅(POLY)淀积工艺分为非掺杂多晶硅(UPOLY)淀积和掺杂多晶硅淀积(DPOLY)两种工艺。掺杂多晶硅在半导体器件制造过程中主要用作MOS器件的栅极、填充及互连材料，非掺杂多晶硅主要用作掩膜、电阻材料或作为不同元器件之间的隔离材料。

掺杂多晶硅工艺典型的反应温度为520℃-580℃，将硅烷和磷烷同时通入高温炉管中进行反应。非掺杂多晶硅典型的反应温度为600℃-650℃，将硅烷直接通入高温炉管中进行反应。采用此类方法进行淀积的多晶硅薄膜具有台阶覆盖能力强，均匀性好，生产效率高，制造成本低等优点。

目前，多晶硅淀积设备多为立式炉管设备。晶舟(工艺舟)是承载晶圆进入炉管进行工艺时的载具，现有晶舟如图1所示，一般包含4根支撑柱，每根支撑柱同一水平面上均存在支撑构件(如图1所示的支撑块或者如图2和图3所示的卡槽)形成多层支撑构件，每层支撑构件可水平安放一片晶圆，所用的与晶圆背面接触的支撑构件表面光滑，粗糙度较小(小于0.8μm)；在晶舟上，此时晶圆与支撑构件之间的接触面基本贴合完好，工艺过程中进入晶圆与支撑构件接触区域的工艺气体的量非常少，反应淀积的晶硅膜层也很薄，对于支撑构件与晶圆接触的边缘位置，为面面接触，接触面积较大，多晶硅淀积过程产生的多晶硅主要集中在晶圆与支撑构件接壤的狭长边界区域。

在实际生产过程中，若工艺要求的每炉淀积多晶硅膜厚超过时，晶舟承载晶圆在炉管内进行淀积反应时，生长的多晶硅基本完全连接晶舟与晶圆，光滑表面的支撑构件与晶圆往往会发生粘连现象，出现晶圆(一般指硅片)与支撑构件粘连的情况，这样，当晶圆随晶舟从反应温度短时间内降到室温的过程中极易造成晶圆因为粘连阻力而不能自恢复引起晶圆破碎，而且，由于晶圆粘连到晶舟支撑构件上，取晶圆时极易造成晶圆边缘的损坏，如图4所示。此外，淀积过程中，晶圆与支撑构件接触位置的晶圆背面与未接触位置的晶圆背面存在色差，如图5所示。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种降低晶圆粘连情况发生，避免晶圆从反应温度降到室温过程中发生破碎，防止取晶圆时边缘损坏，减少了晶圆背面色差的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，包括承载架以及设于承载架上多层布置的放晶空间，所述承载架于各放晶空间的周侧均设有多个用于承载晶圆以实现对晶圆水平定位安置的支撑构件，所述支撑构件的顶面设为用于承载晶圆周侧的承载面，所述承载面为凸凹不平的粗糙面，所述承载面与承载架之间形成用于使晶圆周缘悬空的悬空槽。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述承载面的粗糙度大于3μm。

所述支撑构件包括支撑部和承载部，所述支撑部倾斜固定在承载架上，所述承载部一端固定在支撑部的顶端、另一端朝向放晶空间的中心，所述承载面形成于承载部的顶面，所述悬空槽形成于支撑部的上方。

所述支撑部在放晶空间径向方向的长度设为L1，所述承载部在放晶空间径向方向的长度设为L2，满足L2＞L1。

所述L1为2-4mm，所述L2为6-8mm。

所述承载部的厚度H2为2-3.5mm、宽度W2为15-20mm，所述支撑部的厚度H1为1.8-3.2mm、宽度W1满足W1＝W2，所述承载部与支撑部的连接部分厚度小于或者等于承载部的厚度。

所述支撑部上表面的倾斜角度α为5°-30°。

所述承载面朝向放晶空间中心的边缘呈弧形。

所述承载架包括多根支撑柱，各所述支撑柱绕设计中心间隔布置，所述放晶空间形成于各支撑柱之间，各所述支撑构件分别固定在各支撑柱的内侧，所述承载架于各放晶空间的一侧均形成供晶圆进出的进出口，所述悬空槽形成于承载面与支撑柱之间。

所述承载架和支撑构件均采用石英材质制成。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，使用时，将晶圆放置在放晶空间内的各支撑构件的承载面上，晶圆与承载面为接触面积较小的点面接触和/线面接触，两者接触的有效面积大大减少，即便在淀积过程中晶圆与承载面发生了生长反应，由于生长多晶硅薄膜的有效接触面积减少，使得晶圆工艺完成出炉后也不易与承载面发生粘连，这样，降低晶圆与支撑构件粘连的情况发生，避免晶圆从反应温度降到室温过程中发生破碎.。并且，晶圆周缘悬空在悬空槽上，不会与承载面接触，防止取晶圆时造成晶圆边缘的损坏，从而减少晶圆碎边的可能性和保证晶圆的完整性。此外，晶圆与支撑构件通过凸凹不平的粗糙面接触，形成点面接触和/线面接触，由于接触面小，减少了晶圆背面存在的色差。从而提高晶圆的价值和生产效益。

附图说明

图1为现有晶舟的主视结构示意图。

图2为现有晶舟的卡槽的结构示意图。

图3为现有晶舟的俯视结构示意图。

图4为晶圆边缘的损坏示意图。

图5为晶圆背面的色差图。

图6为本发明晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置的主视结构示意图。

图7为图6的A处的放大结构示意图。

图8为本发明晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置的俯视结构示意图。

图中各标号表示：

1、承载架；11、支撑柱；2、放晶空间；3、支撑构件；31、支撑部；32、承载部；4、晶圆；5、承载面；6、悬空槽；7、进出口。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图6至图8示出了本发明晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置的一种实施例，本实施例的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，包括承载架1以及设于承载架1上多层布置的放晶空间2，承载架1于各放晶空间2的周侧均设有多个用于承载晶圆4以实现对晶圆4水平定位安置的支撑构件3，支撑构件3的顶面设为用于承载晶圆4周缘的承载面5，承载面5为凸凹不平的粗糙面，承载面5与承载架1之间形成用于使晶圆4周侧悬空的悬空槽6。

使用时，将晶圆4放置在放晶空间2内的各支撑构件3的承载面5上，晶圆4与承载面5为接触面积较小的点面接触和/线面接触，两者接触的有效面积大大减少，即便在淀积过程中晶圆4与承载面5发生了生长反应，由于生长多晶硅薄膜的有效接触面积减少，使得晶圆4工艺完成出炉后也不易与承载面5发生粘连，这样，降低晶圆4与支撑构件3粘连的情况发生，避免晶圆4从反应温度降到室温过程中发生破碎。并且，晶圆4周缘悬空在悬空槽6上，不会与承载面5接触，防止取晶圆4时造成晶圆4边缘的损坏，从而减少晶圆4碎边的可能性和保证晶圆4的完整性。此外，晶圆4与支撑构件3通过凸凹不平的粗糙面接触，形成点面接触和/线面接触，由于接触面小，减少了晶圆4背面存在的色差。从而提高晶圆4的价值和生产效益。

进一步地，本实施例中，承载面5的粗糙度大于3μm。承载面5的粗糙度大于3μm的范围内，能够使晶圆4与承载面5之间具有很好的防粘连效果。

进一步地，本实施例中，支撑构件3包括支撑部31和承载部32，支撑部31倾斜固定在承载架1上，承载部32一端固定在支撑部31的顶端、另一端朝向放晶空间2的中心，承载面5形成于承载部32的顶面，悬空槽6形成于支撑部31的上方。整体结构简单，加工方便。支撑部31倾斜设置，使支撑部31的上方形成悬空槽6，承载部32一端固定在支撑部31的顶端、另一端朝向放晶空间2的中心，满足晶圆4的水平放置要求及周缘的悬空要求。

进一步地，本实施例中，如图7所示，支撑部31在放晶空间2径向方向的长度设为L1，承载部32在放晶空间2径向方向的长度设为L2，满足L2＞L1。既满足支撑强度要求，又满足平稳放置要求。

进一步地，本实施例中，L1为2-4mm，L2为6-8mm。

进一步地，本实施例中，如图7和图8所示，承载部32的厚度(最大厚度)H2为2-3.5mm、宽度W2为15-20mm，支撑部31的厚度H1为1.8-3.2mm、宽度W1满足W1＝W2，承载部32与支撑部31的连接部分厚度小于或者等于承载部32的厚度。

进一步地，本实施例中，如图7所示，支撑部31上表面的倾斜角度α为5°-30°。

进一步地，本实施例中，承载面5朝向放晶空间2中心的边缘呈弧形。

进一步地，本实施例中，承载架1包括多根支撑柱11，各支撑柱11绕设计中心间隔布置，放晶空间2形成于各支撑柱11之间，各支撑构件3分别固定在各支撑柱11的内侧，承载架1于各放晶空间2的一侧均形成供晶圆4进出的进出口7，悬空槽6形成于承载面5与支撑柱11之间。放晶空间2的外径比晶圆4的外径大。

优选地，各支撑柱11绕设计中心均匀间隔布置，各支撑柱11的绕设路径呈半圆形。各放晶空间2内的承载面5离地面高度相同，使晶圆4能够水平放置。

进一步地，本实施例中，承载架1和支撑构件3均采用石英材质制成。各放晶空间2的进出口7位于承载架1的同一侧，便于取放晶圆4。放晶空间2的高度比晶圆4的厚度大。

随着承载面5上累计淀积多晶硅膜厚的增加，超过一定值时，需要利用氢氟酸、硝酸与水按一定比例配置的混合溶液对承载面5进行清洗(酸洗)，每次酸洗都会对承载面5进行一定程度的腐蚀与破坏(形成微小的凹凸不平的坑洼状表面)，加大承载面5的粗糙度。此时，再进行多晶硅淀积工艺时，晶圆4与承载面5之间由之前的线面接触逐渐演变为点面接触。随着酸洗次数的增加，支承载面5的粗糙度增大，工艺气体进入承载面5与晶圆4接触区域的空间增大，这将使得在承载面5酸洗多次后，即便每次再淀积厚膜时也不再容易发生晶圆4与承载面5粘连的情况,。此时，晶圆4背面薄膜生长厚度越发均匀；晶圆4与承载面5接触区域的颜色与未接触区域的颜色也未见明显异常。

本晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置结构简单，加工及硬件成本低；可以有效提高多晶硅淀积时晶圆背面的薄膜一致性，从而提高产品良率；可以有效减少晶圆4与支撑构件3的接触面积，降低晶圆4与支撑构件3粘连的情况发生，从而减少晶圆4碎边的可能性和保证晶圆4的完整性，从而提高晶圆4的价值和生产效益。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，包括承载架(1)以及设于承载架(1)上多层布置的放晶空间(2)，所述承载架(1)于各放晶空间(2)的周侧均设有多个用于承载晶圆(4)以实现对晶圆(4)水平定位安置的支撑构件(3)，其特征在于：所述支撑构件(3)的顶面设为用于承载晶圆(4)周侧的承载面(5)，所述承载面(5)为凸凹不平的粗糙面，所述承载面(5)与承载架(1)之间形成用于使晶圆(4)周缘悬空的悬空槽(6)。

2.根据权利要求1所述的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，其特征在于：所述承载面(5)的粗糙度大于3μm。

3.根据权利要求1所述的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，其特征在于：所述支撑构件(3)包括支撑部(31)和承载部(32)，所述支撑部(31)倾斜固定在承载架(1)上，所述承载部(32)一端固定在支撑部(31)的顶端、另一端朝向放晶空间(2)的中心，所述承载面(5)形成于承载部(32)的顶面，所述悬空槽(6)形成于支撑部(31)的上方。

4.根据权利要求3所述的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，其特征在于：所述支撑部(31)在放晶空间(2)径向方向的长度设为L1，所述承载部(32)在放晶空间(2)径向方向的长度设为L2，满足L2＞L1。

5.根据权利要求4所述的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，其特征在于：所述L1为2-4mm，所述L2为6-8mm。

6.根据权利要求5所述的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，其特征在于：所述承载部(32)的厚度H2为2-3.5mm、宽度W2为15-20mm，所述支撑部(31)的厚度H1为1.8-3.2mm、宽度W1满足W1＝W2，所述承载部(32)与支撑部(31)的连接部分厚度小于或者等于承载部(32)的厚度。

7.根据权利要求3所述的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，其特征在于：所述支撑部(31)上表面的倾斜角度α为5°-30°。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，其特征在于：所述承载面(5)朝向放晶空间(2)中心的边缘呈弧形。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，其特征在于：所述承载架(1)包括多根支撑柱(11)，各所述支撑柱(11)绕设计中心间隔布置，所述放晶空间(2)形成于各支撑柱(11)之间，各所述支撑构件(3)分别固定在各支撑柱(11)的内侧，所述承载架(1)于各放晶空间(2)的一侧均形成供晶圆(4)进出的进出口(7)，所述悬空槽(6)形成于承载面(5)与支撑柱(11)之间。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的晶圆在立式炉管内淀积反应的承载装置，其特征在于：所述承载架(1)和支撑构件(3)均采用石英材质制成。