一种硅外延腔室的制作方法

本实用新型涉及硅外延设备技术领域，特别是涉及一种硅外延腔室。

背景技术：

硅外延工艺一般在高温下进行，通过对晶圆进行热处理操作从而在其表面生长外延层，在此过程中，晶圆整体温度的均匀性对于最终产品的质量有很大影响。

现有进行硅外延工艺的腔室，容易导致晶圆温度不均匀的因素有很多：

1：外延工艺中热处理操作通常是利用温度测量来进行反馈控制，以保证温度场的均匀性，现有腔室中对于晶圆温度的测量多采用在晶圆上方及下方各设置一个高温计来进行检测，以任一高温计测到的温度作为晶圆对应表面的整体平均温度，进而控制对晶圆上下表面的加热处理，由于该设置是以一个高温计检测到的晶圆表面局部位置温度来作为晶圆表面的整体温度，因此极易造成热处理操作的单一性，进而导致晶圆整体温度的不均匀，最终影响半导体器件的性能及良品率；

2：现有腔室中用于承载晶圆的托盘是由较厚的石墨层及其上表面涂抹的一层sic构成，处在晶圆下方的高温计在测量温度时，由于晶圆发射出的红外信号会被不透明的石墨层吸收，因此高温计无法检测到晶圆下表面的真实温度，极易导致晶圆上下表面温度的不均匀；且和晶圆下表面直接接触的sic导热性能较差，不利于热量在晶圆下表面的扩散传导，也会造成晶圆下表面温度的不均匀。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的提供一种可保证晶圆整体温度分布均匀性的硅外延腔室。

为了实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种硅外延腔室，包括：

第一腔室，所述第一腔室中设置有用于承载晶圆的托盘与转轴，所述转轴与所述托盘连接以带动所述托盘旋转；

第二腔室，所述第二腔室包围于所述第一腔室外部，所述第二腔室中设置有热源以及多个第一测温计，所述多个第一测温计至少对应检测所述晶圆上下表面的中心及所述晶圆上下表面的边缘处的温度。

作为本实用新型的一种可选方案，所述第一测温计包括4个，平均分布于所述托盘的上方及下方，对应检测所述晶圆上下表面的中心及所述晶圆上下表面的边缘处的温度。

作为本实用新型的一种可选方案，所述多个第一测温计还对应检测所述晶圆上下表面的半径中心处的温度。

作为本实用新型的一种可选方案，所述第一测温计包括6个，平均分布于所述托盘的上方及下方，对应检测所述晶圆上下表面的中心、所述晶圆上下表面的半径中心以及所述晶圆上下表面的边缘处的温度。

作为本实用新型的一种可选方案，所述托盘包括透明或半透明碳化硅托盘。

作为本实用新型的一种可选方案，所述托盘的上表面还设置有导热层。

作为本实用新型的一种可选方案，所述导热层包括石墨烯层。

作为本实用新型的一种可选方案，所述石墨烯层的数量少于20层。

作为本实用新型的一种可选方案，所述热源包括加热灯和/或感应线圈。

作为本实用新型的一种可选方案，所述加热灯包括第一加热灯以及第二加热灯，所述第一加热灯对所述晶圆上下表面的内圈区域进行加热，所述第二加热灯对所述晶圆上下表面的外圈区域进行加热。

作为本实用新型的一种可选方案，所述加热灯设置于所述托盘的上方及下方，且位于所述托盘上方及下方的所述加热灯均连续设置，其中所述第一加热灯与所述第二加热灯间隔设置。

作为本实用新型的一种可选方案，所述第二腔室中还设置有金属反射屏，所述金属反射屏与所述加热灯对应，设置于所述托盘的上方及下方。

作为本实用新型的一种可选方案，所述金属反射屏包括平面区域及图形区域，所述平面区域与所述图形区域间隔设置，其中所述平面区域对应所述第二加热灯，所述图形区域对应所述第一加热灯。

作为本实用新型的一种可选方案，所述第二腔室中还设置有第二测温计，所述第二测温计用于检测所述第一腔室顶部的温度。

作为本实用新型的一种可选方案，所述硅外延腔室还包括用于驱动所述托盘旋转的驱动装置，所述驱动装置包括旋转马达。

作为本实用新型的一种可选方案，所述转轴竖直设置，所述转轴的顶端与所述托盘连接，底端与所述驱动装置连接。

作为本实用新型的一种可选方案，所述托盘承载的所述晶圆的尺寸为8英寸及12英寸中的一种。

如上所述，本实用新型的一种硅外延腔室，具有以下有益效果：

本实用新型提供的硅外延腔室包括第一腔室及第二腔室，所述第一腔室中设置有用于承载晶圆的托盘与转轴；所述第二腔室包围于所述第一腔室外部，所述第二腔室中设置有热源以及多个第一测温计，所述多个第一测温计至少对应检测所述晶圆上下表面的中心及所述晶圆上下表面的边缘处的温度。通过增加检测晶圆上下表面温度的测温计，同时使测温计至少可检测所述晶圆上下表面的中心及所述晶圆上下表面的边缘处的温度，细化了对晶圆表面的温度检测，从而可根据检测到的晶圆不同区域的温度情况对热源进行针对性调整，可有效提高晶圆整体温度的一致性，避免晶圆温度的不均匀性。

本实用新型的托盘包括透明或半透明碳化硅托盘，使得位于托盘下方的测温计可直接检测到晶圆下表面的温度，从而可保证晶圆上下表面温度的一致性。

本实用新型还在托盘上表面设置了导热层，在加热晶圆时利用导热层优异的导热性能可将热量迅速横向扩散至整个托盘范围，进而均匀传导至晶圆下表面，可有效保证晶圆下表面温度的均匀性。

附图说明

图1显示为本实用新型于一实施例中公开的一种硅外延腔室的结构示意图。

图2显示为本实用新型于一实施例中公开的晶圆分区加热示意图。

图3显示为本实用新型于一实施例中公开的金属反射屏的结构示意图。

图4显示为本实用新型于一实施例中公开的一种硅外延腔室的结构示意图。

图5显示为本实用新型于一实施例中公开的一种硅外延腔室的结构示意图。

附图标号说明：

1.第一腔室10.晶圆内圈区域

2.晶圆11.晶圆外圈区域

3.托盘12.金属反射屏

4.转轴13.金属反射屏平面区域

5.第二腔室14.金属反射屏图形区域

6.第一测温计15.第二测温计

7.加热灯16.驱动装置

8.第一加热灯17.导热层

9.第二加热灯

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

须知，本申请实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

实施例一：

本实施例提供一种硅外延腔室，所述硅外延腔室包括：

第一腔室1，第一腔室1中设置有用于承载晶圆2的托盘3与转轴4，转轴4与托盘3连接以带动托盘3旋转；

第二腔室5，第二腔室5包围于第一腔室1外部，第二腔室5中设置有热源以及多个第一测温计6，多个第一测温计6至少对应检测晶圆2上下表面的中心及晶圆2上下表面的边缘处的温度。

通过增加检测晶圆上下表面温度的测温计，同时使测温计至少可检测所述晶圆上下表面的中心及所述晶圆上下表面的边缘处的温度，细化了对晶圆表面的温度检测，从而可根据检测到的晶圆不同区域的温度情况对热源进行针对性调整，可有效提高晶圆整体温度的一致性，避免晶圆温度的不均匀性。

需要说明的是，转轴4包括石英转轴。

需要说明的是，测温计检测到晶圆的温度后将信息反馈给热源并对热源进行控制调整的程序均为现有技术。

作为示例，如图1所示的结构图，第一测温计6包括4个，平均分布于托盘3的上方及下方，对应检测晶圆2上下表面的中心及晶圆2上下表面的边缘处的温度(如图1中虚线箭头所示)。

需要说明的是，由于晶圆2在外延过程中处于旋转状态，因此设置于托盘3上方及下方的第一测温计6虽然处于固定位置，但其检测的温度实际为晶圆2上下表面圆形/圆环形区域的温度，例如位于托盘3上方用于检测晶圆2上表面边缘处温度的第一测温计6，其检测到的温度并非是晶圆2上表面局部边缘处的温度，而是晶圆2上表面边缘处环形区域的温度，包含了晶圆2上表面的全部边缘区域。

作为示例，所述热源包括加热灯7和/或感应线圈。

作为示例，加热灯7包括第一加热灯8以及第二加热灯9，第一加热灯8对晶圆2上下表面的内圈区域10进行加热，第二加热灯9对晶圆2上下表面的外圈区域11进行加热，如图1中虚线划分区域所示。

需要说明的是，如图2所示，将晶圆2分为内圈区域10及外圈区域11来进行分区加热，有利于对晶圆不同区域温度的单独调整，更好地保证晶圆温度的均匀性。

作为示例，加热灯7设置于托盘3的上方及下方，且位于托盘3上方及下方的加热灯7均连续设置，其中第一加热灯8与第二加热灯9间隔设置。

作为示例，第二腔室5中还设置有金属反射屏12，金属反射屏12与加热灯7对应，设置于托盘3的上方及下方。

需要说明的是，位于托盘3上方及下方的加热灯7均可连续排列为圆形，对应如图3所示的圆形的金属反射屏12，其中位于托盘3上方的金属反射屏12设置于加热灯7的上方，位于托盘3下方的金属反射屏12设置于加热灯7的下方。

作为示例，金属反射屏12包括平面区域13及图形区域14，平面区域13与图形区域14间隔设置，其中平面区域13对应第二加热灯9，图形区域14对应第一加热灯8。

需要说明的是，由于第一加热灯8是对晶圆2上下表面的内圈区域10进行加热，因此第一加热灯8需要通过金属反射屏12的图形区域14将能量反射至晶圆2的内圈区域10；而第二加热灯9是对晶圆2上下表面的外圈区域11进行加热，故第二加热灯9直接照射至对应晶圆2的外圈区域11即可，因此其对应的金属反射屏12为平面。

作为示例，第二腔室5中还设置有第二测温计15，第二测温计15用于检测第一腔室1顶部的温度。

需要说明的是，第一腔室1的顶部及底部均为石英材料。

作为示例，所述硅外延腔室还包括用于驱动托盘3旋转的驱动装置16，驱动装置16包括旋转马达。

作为示例，转轴4竖直设置，转轴4的顶端与托盘3连接，底端与驱动装置16连接。

作为示例，托盘3承载的晶圆2的尺寸为8英寸及12英寸中的一种。

实施例二：

本实施例提供一种硅外延腔室，其基本结构与实施例一中相同，在此不再赘述，其与实施例一的区别在于：本实施例中多个第一测温计6还对应检测晶圆2上下表面的半径中心处的温度。

作为示例，如图4所示的结构图，第一测温计6包括6个，平均分布于托盘3的上方及下方，对应检测晶圆2上下表面的中心、晶圆2上下表面的半径中心以及晶圆2上下表面的边缘处的温度(如图4中虚线箭头所示)。

本实施例中测温计所检测晶圆的位置进一步细化，包括晶圆2上下表面的中心、半径中心以及边缘处，使得对热源的控制调整更加精细，更加有利于提高晶圆整体温度的一致性。

实施例三：

本实施例提供一种硅外延腔室，其基本结构与实施例一及实施例二中任一所述的硅外延腔室相同，在此不再赘述，其与实施例一及实施例二的区别在于：本实施例中托盘3包括透明或半透明碳化硅托盘。

由于测温计是通过检测物质发射出的红外信号来判定温度，透明的物质可使红外信号透过，而不透明的物质会则吸收部分红外信号，影响温度测量的准确性，因此本申请中承载晶圆的托盘选用透明或半透明的碳化硅材质，可大幅度减少晶圆下表面的红外信号损失，使得位于托盘下方的测温计可直接检测到晶圆下表面的温度，从而有效保证晶圆上下表面温度的一致性。

需要说明的是，碳化硅具有较强的抗酸碱腐蚀性以及非常高的硬度以及抗形变能力，可以大大增加部件的寿命。

实施例四：

本实施例提供一种硅外延腔室，其基本结构与实施例一至实施例三中任一所述的硅外延腔室相同，在此不再赘述，其与上述实施例的区别在于：本实施例中托盘3的上表面还设置有导热层17，如图5所示。

本实施例通过在托盘与晶圆之间增加导热层，在加热晶圆时利用导热层优异的导热性能将热量迅速横向扩散至整个托盘范围，进而均匀传导至晶圆下表面，可有效保证晶圆下表面温度的均匀性。

作为示例，导热层17包括石墨烯层。

需要说明的是，石墨烯具有非常高的导热系数，可高效实现快速热量扩散的目的，且石墨烯还具有较强的抗酸碱腐蚀性以及非常高的硬度以及抗形变能力，也可以大大增加部件的寿命。

作为示例，所述石墨烯层的数量少于20层。

需要说明的是，由于每层石墨烯均会导致透明度的衰减，因此石墨烯层不可过厚，设置少于20层的石墨烯层既可以达到快速热传导的目的，还可避免影响测温计对晶圆下表面温度测量的准确性。

综上所述，本实用新型提供了一种硅外延腔室，所述硅外延腔室包括第一腔室及第二腔室，所述第一腔室中设置有用于承载晶圆的托盘与转轴；所述第二腔室包围于所述第一腔室外部，所述第二腔室中设置有热源以及多个第一测温计，所述多个第一测温计至少对应检测所述晶圆上下表面的中心及所述晶圆上下表面的边缘处的温度。通过增加检测晶圆上下表面不同区域温度的测温计，细化了对晶圆表面的温度检测，从而可根据检测到的晶圆不同区域的温度情况对热源进行针对性调整，可有效提高晶圆整体温度的一致性，避免晶圆温度的不均匀性。同时本实用新型的托盘包括透明或半透明碳化硅托盘，在托盘上表面还设置了导热层，可进一步保证晶圆温度的均匀性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的结构及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

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