一种半导体外延片生长设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体外延片生产领域，特别涉及一种半导体外延片生长设备。


背景技术：

2.外延片制作方法：通过化学气相沉积的方式在抛光面上生长一层或多层掺杂类型、电阻率、厚度和晶格结构都符合特定器件要求的新硅单晶层。
3.外延片的优点：外延技术可以减少硅片中因单晶生长产生的缺陷，具有更低的缺陷密度和氧含量,提高了栅氧化层的完整性，并改善了沟道中的漏电现象，从而提升了集成电路的可靠性。
4.例如，现有6英寸外延片的生产技术中，一次性仅能生产2层共计14个外延片。为了在保证生产质量的前提下提高产能，本领域的技术人员也做了大量研究。然而，目前还没有一种设备可以突破一次性14片的生产效率瓶颈。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本实用新型中披露了一种半导体外延片生长设备，本实用新型的技术方案是这样实施的：
6.一种半导体外延片生长设备，包括基座、射频电磁线圈、钟罩、侧隔板条、顶盘和垫片。其中，所述基座有三层硅片位；所述射频电磁线圈包括12环铜线圈；所述顶盘直径为5cm-50cm；所述垫片高度为2cm-9cm；所述侧隔板条为两部分：所述侧隔板条上半部分的上边缘略高于第一层硅片位上缘，所述侧隔板条上半部分下边缘略高于第二层硅片位的中段；所述侧隔板条下半部分的上边缘略低于第三层硅片位的上缘，所述侧隔板条下半部分的下边缘略高于第三层硅片位的下缘；所述射频电磁线圈位于所述钟罩外部并环绕所述基座；所述垫片连接所述基座和所述顶盘。
7.优选地，所述钟罩外设置有反射涂层。
8.优选地，根据所述基座和所述侧隔板条外表面设置有涂层。
9.优选地，所述涂层为碳化硅。
10.优选地，所述垫片和所述顶盘的材质为石英。
11.优选地，所述侧隔板条材质为石墨。
12.优选地，所述顶盘直径为20-35cm，所述垫片高度为3-7cm。
13.优选地，所述顶盘直径为25cm，所述垫片高度为5cm。
14.实施本实用新型的技术方案可解决现有技术中一次性仅能生产14片外延片的技术问题；实施本实用新型的技术方案，通过对外延片生长设备的改进，可实现提高50％的产能，外延层厚度均匀度《3％,电阻率均匀度《4％,炉内均匀度《5％，良率达到88％以上的生产要求并降低能耗的技术效果。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
17.图1为本实用新型的结构横切结构示意图；
18.图2为本实用新型的一种结构示意图，线圈为方形；
19.图3为本实用新型的另一种结构示意图，线圈为螺旋型；
20.图4为基座和配件结合后的结构示意图。
21.在上述附图中，各图号标记分别表示：
22.1，基座
23.2，射频电磁线圈
24.3，钟罩
25.4，侧隔板条
26.5，顶盘
27.6，垫片
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.实施例
30.在一种具体的实施例中，如图1、图2、图3和图4所示，一种半导体外延片生长设备，包括基座1、射频电磁线圈2、钟罩3、侧隔板条4、顶盘5和垫片6。其中，基座1有三层硅片位；射频电磁线圈2包括12环铜线圈；顶盘5直径为5cm-50cm；垫片6高度为2cm-9cm；侧隔板条4上半部分的上边缘略高于第一层硅片位上缘，侧隔板条4上半部分下边缘略高于第二层硅片位的中段；侧隔板条4下半部分的上边缘略低于第三层硅片位的上缘，侧隔板条4下半部分的下边缘略高于第三层硅片位的下缘；射频电磁线圈2位于钟罩3外部并环绕基座1；垫片6连接基座1和顶盘5。垫片6和顶盘5的材质为石英。侧隔板条4的材质为石墨。侧隔板条4为可拆卸的，便于安装维修。
31.本实施例以六英寸外延片生产设备为例，原始的尺寸和槽位上只能放置2层6英寸硅片，我们进行了高度的加高以获得第3层槽位的增加，得以使得腔体内容纳共计3层的放置，从2层14个硅片位到3层21个硅片位，实现了50％的产能增加。由于基座1的拉长，也要对线圈进行加长才可以使加热范围覆盖所有的槽位。因此本实施例在原有10环铜线圈的基础上增加了2环铜线圈，增加工作时基座1区域的磁通量，匹配较长的基座1，使其加热范围覆
盖至三层硅片位。
32.原始情况下，侧隔板条4(side baffle sticks)只有上层外挂。由于我们增高了基座1，腔体内的空气流动方式也会相应变化，我们在下层也增加了侧隔板条4，以调节空气流向，从而控制外延部分在生长过程中的均匀度。
33.原始的垫片6(spacer)为固定高度，本实施例的垫片6的高度范围为2cm-9cm，在气体注入腔体内时，为了防止过快的气流进入形成湍流而影响均匀度，调整垫片6的范围可以更好地调节顶部的气流方向与速度，从而更好地调节第一层的生长速度与均匀度。
34.原始的顶盘5(umbrella)直径固定，本实施例中的顶盘5直径为5cm-50cm，在气体注入腔体内时，为了防止过急的气流进入形成湍流而影响均匀度，调节顶盘5的直径可以更好地调节流经顶部的气流方向与速度，从而更好地调节第一层的生长速度与均匀度。本实施例通过调节反应炉内气流，从而更好地调整外延产品反应面的生长速度与均匀度。
35.现有设备可同时适用于4英寸、5英寸、6英寸外延片的生产，生产规格如下：5英寸可跑3层，每层8片，合计24片；6英寸可跑2层，每层7片，合计14片。综上，在6英寸制程过程中，原厂规格之下只可以放入2层，单层7片，总计14片。但是2层之上尚有剩余空间，如果能实现6英寸也同样放置3层，并且第3层外延片达到生产要求，则会对产能提升以及成本下降有着显著的帮助。
36.为了使6英寸实现3层放置，本实施例对原理气体动力、热流控制以及外观等进行调整，最终通过多参数设计及实验、实现外观零部件改善等，我们达到了在同一设备实现6英寸3层放置，且符合良率、均匀度等要求，符合产业化条件，使产能显著提高50％。
37.在一种优选的实施方式中，钟罩3外设置有反射涂层，同时基座1和侧隔板条4外表面设置有涂层。
38.原始的钟罩3(bell jar)为无涂层玻璃，石英对于红外光的反射性不好，使得在高温状态下，部分热量会以红外辐射的形式散逸到钟罩3外。因此，在本实施方式中，高反射涂层可以将大部分红外波段的能量反射回基座，从而起到“保温”效果，本实施方式中的反射涂层采用的是对特定波长范围内的电磁波反射率较高的高反射涂层。
39.在一种更优的方案中，顶盘5直径为20-35cm，垫片6高度为3-7cm，这样的范围内生产外延片的性能更好、良品率更大。
40.在一种更优的方案中，顶盘5直径为25cm，垫片6高度为5cm。这时生产外延片的性能最好、良品率最大。
41.在本实施例中，钟罩3有两种结构：一种如图1所示，一种如图2所示。无论哪一种均可以实现本实施例的效果，可根据实际情况需求或客户需求选择。
42.本实施例中，射频电磁线圈2有两种结构：一种如图2所示的方形线圈，一种如图3所示的螺旋线圈。无论哪一种均可以实现本实施例的效果，可根据实际情况需求或客户需求选择。
43.需要指出的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。