承载装置及半导体工艺设备的制作方法

1.本技术属于半导体装备技术领域，具体涉及一种承载装置及半导体工艺设备。


背景技术：

2.在进行化学气相沉积过程中，晶圆依靠加热基座进行加热，加热至一定温度后，通入反应气体进行化学气相沉积，生成薄膜。而化学气相沉积的反应速率与晶圆表面的温度直接相关，即，温度高的区域反应速率大，温度低的区域反应速率小，而反应生成的薄膜的厚度均匀性与晶圆表面的温度均匀性直接相关。因此，加热基座的温度均匀分布对于改善薄膜均匀性至关重要。
3.当前，一些化学气相沉积设备所采用的加热基座包括基座和加热件，加热件镶嵌在基座内部，以对基座进行加热。然而，由于加热件在基座内不同位置分布不均，导致基座各处的温度分布不均匀，进而导致工艺过程中晶圆表面生成的薄膜均匀性较差，影响产品良率。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种承载装置及半导体工艺设备，至少能够解决当前加热基座温度分布不均匀等问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
6.本技术实施例提供了一种承载装置，该承载装置包括：基座本体和分布于基座本体内部的加热件；
7.所述基座本体具有靠近自身中部区域的第一区域和环绕所述第一区域的第二区域，所述加热件在所述第一区域的分布密度大于在所述第二区域的分布密度；
8.所述基座本体在所述第一区域设有第一腔体，沿所述基座本体的轴向，所述第一腔体至少部分位于所述加热件与所述基座本体的承载面之间，所述承载面用于承载晶圆。
9.本技术实施例还提供了一种半导体工艺设备，包括上述承载装置。
10.本技术实施例中，通过加热件可以对基座本体进行加热，由于加热件在第一区域的分别密度大于在第二区域的分布密度，使得第一区域的温度高于第二区域的温度；通过在第一区域设置第一腔体，可以使加热件的至少部分与承载面之间形成一定的空间，使得第一腔体处的传热方式发生改变，即由固体直接传导热量转变为气体间接传导热量或采用热辐射传热，在一定程度上可以降低此处的传热效率。基于上述设置，相比于未设置第一腔体的加热基座，本技术实施例中的承载装置通过在第一区域设置第一腔体，可以使第一区域内的传热方式与第二区域内的传热方式不同，以降低第一区域内的传热效率，以使第一区域的温度趋近第二区域的温度，使基座本体整体的温度趋近于相等，进而可以提高承载装置的温度均匀性，保证工艺过程中晶圆表面生成的薄膜的均匀性，以提高产品良率。
附图说明
11.图1为本技术实施例公开的承载装置的第一剖面示意图；
12.图2为本技术实施例公开的承载装置的第二剖面示意图；
13.图3为本技术实施例公开的基座本体的剖面示意图；
14.图4为本技术实施例公开的第一种压力情况下基座本体的温度分布关系图，其中以基座本体的中心为原点，x轴的参数表示基座本体上的某一点在x方向的坐标，y轴的参数表示基座本体上的某一点在y方向的坐标；
15.图5为本技术实施例公开的第二种压力情况下基座本体的温度分布关系图，其中以基座本体的中心为原点，x轴的参数表示基座本体上的某一点在x方向的坐标，y轴的参数表示基座本体上的某一点在y方向的坐标；
16.图6为本技术实施例公开的第三种压力情况下基座本体的温度分布关系图，其中以基座本体的中心为原点，x轴的参数表示基座本体上的某一点在x方向的坐标，y轴的参数表示基座本体上的某一点在y方向的坐标。
17.附图标记说明：
18.100-基座本体；110-承载面；120-第一腔体；121-第一壁面；122-第二壁面；123-腔体单元；130-第二腔体；
19.200-加热件；
20.300-供气部件；310-供气管路；311-主管路；312-第一支路；313-第二支路；314-第三支路；320-压力控制器；330-抽气泵；
21.400-控温加热棒；
22.500-支撑结构。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
25.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例进行详细地说明。
26.参考图1至图6，本技术实施例公开了一种承载装置，其可以应用于化学气相沉积工艺设备的工艺腔室中，以对进行化学气相沉积工艺的晶圆进行承载和加热。当然，承载装置还可以应用于其他半导体工艺设备，本技术实施例对此不作限制。
27.所公开的承载装置包括基座本体100和加热件200。其中，基座本体100用于承载晶
圆，加热件200用于加热基座本体100，并通过基座本体100对所承载的晶圆进行加热，以满足工艺对于温度的需求。可选地，基座本体100可以为圆盘形，其与晶圆的形状一致。
28.其中，基座本体100可以具有用于承载晶圆的承载面110。该承载面110与基座本体100的轴线垂直，且在基座本体100处于使用状态下，承载面110位于基座本体100的顶端处。
29.基座本体100具有靠近自身中部区域的第一区域和环绕第一区域的第二区域。可选地，可以以基座本体100的中心为圆心，以r1为半径画圆，位于圆内的区域为靠近中部的区域，即，第一区域，位于圆外的区域即为第二区域。将晶圆放置于承载面110时，晶圆的中心区域和边缘区域则与第一区域和第二区域分别相对。
30.为了对所承载的晶圆进行固定，一些实施例中，承载面110可以开设凹槽，通过控制工艺腔室内部压力与凹槽内的压力的压差来保证工艺过程中晶圆在承载面110上不会移动。
31.为了满足晶圆在工艺过程中对于温度的需求，加热件200可以分布在基座本体100内部，以通过加热件200加热基座本体100，并通过基座本体100的承载面110将热量传递至晶圆，以实现对晶圆的加热。
32.可选地，加热件200可以包括加热丝或加热片，其具有一定的长度。在设置时，可以将加热件200围绕基座本体100的轴线环绕设置在基座本体100内部。当然，还可以是其他分布方式，只要能够具有足够大的分布面积即可，以使基座本体100具有足够大的加热区域。
33.另外，加热件200还可以为多个，且多个加热件200离散分布在基座本体100内部，此时，分布密度即为多个加热件200离散分布的密度。
34.在设置加热件200时，加热件200在第一区域的分布密度大于第二区域的分布密度，此种分布方式虽然可以增大加热件200在基座本体100内的分布面积，从而扩大基座本体100的加热区域，然而，由于第一区域内的分布密度大，使得基座本体100在第一区域内吸收的热量相对较多，从而使基座本体100在第一区域的温度相对较高；而由于第二区域内的分布密度小，使得基座本体100在第二区域内吸收的热量相对较少，从而使基座本体100在第二区域的温度相对较低。如此，造成了基座本体100的不同区域之间的温度存在一定的差异，在此情况下加热晶圆，会导致晶圆上温度分布不均匀，从而影响工艺过程中晶圆表面生成的薄膜的均匀性，进而影响产品良率。
35.基于上述情况，本技术实施例中，基座本体100在第一区域设置第一腔体120，且沿基座本体100的轴向，第一腔体120至少部分位于加热件200与承载面110之间。通过第一腔体120的设置，可以使加热件200与承载面110之间形成一定的空间，使加热件200与基座本体100之间不完全紧密接触，从而在第一腔体120处不利于加热件200产生的热量向承载面110传递，在一定程度上可以使第一区域内的温度有所降低。可选地，第一腔体120可以是高为a，长为b，宽为c的立方体空间，当然，还可以是其他形式，本技术实施例对于第一腔体120的形状不作限制，只要能够形成一定的空间即可。
36.此处需要说明的是，第一腔体120内可以具有一定的真空度，还可以通入一定压力的气体，以实现传热。
37.本技术实施例中，通过加热件200可以对基座本体100进行加热，由于加热件200在第一区域的分别密度大于在第二区域的分布密度，使得第一区域的温度高于第二区域的温度；通过在第一区域设置第一腔体120，可以使加热件200的至少部分与承载面110之间形成
一定的空间，使得第一腔体120处的传热方式发生改变，由固体直接传导热量转变为空气间接传导热量或采用热辐射方式传热，在一定程度上可以降低此处的传热效率，最终使第一区域内的温度有所降低。
38.基于上述设置，相比于未设置第一腔体120的加热基座，本技术实施例中的承载装置通过在第一区域设置第一腔体120，可以使第一区域内的传热方式与第二区域内的传热方式不同，以降低第一区域内的传热效率，从而可以使第一区域的温度有所降低，并趋近第二区域的温度，使基座本体100整体的温度趋近于相等，改善了中部区域温度高的问题，进而可以提高承载装置的温度均匀性，保证工艺过程中晶圆表面生成的薄膜的均匀性，以提高产品良率。
39.参考图3，为了设置加热件200，基座本体100还可以设置第二腔体130，第二腔体130分布于第一区域和第二区域，加热件200可以设置于第二腔体130内，通过第二腔体130可以实现对加热件200的容纳。可选地，加热件200可以镶嵌在第二腔体130内，也即，加热件200的外壁与第二腔体130的内壁恰好贴合，并使加热件200的外壁与第二腔体130的内壁之间不存在缝隙，从而实现对加热件200的牢固安装，并且有利于使加热件200产生的热量向基座本体100传递，提高了热量的传递效率。
40.可选地，第二腔体130可以盘旋设置，如呈“蚊香状”等，相应地，加热件200可以包括加热丝，加热丝盘旋地设置在第二腔体130内。通过该种设置方式，可以扩大加热面积，以提高加热效率。
41.由于第一腔体120位于加热件200与承载面110之间，在设置第二腔体130时，使第二腔体130位于第一腔体120背离承载面110的一侧，从而可以使安装于第二腔体130内的加热件200与承载面110之间通过第一腔体120分隔。
42.一些实施例中，可以将第二腔体130与第一腔体120连通，当然，也可以使第二腔体130与第一腔体120沿基座本体100的轴向相对设置。具体设置方式可根据实际情况而选定。
43.参考图2，本技术实施例中，第一腔体120可以具有靠近承载面110的第一壁面121和远离承载面110的第二壁面122，使得第一壁面121和第二壁面122沿基座本体100的轴向相对设置，从而可以在承载面110与加热件200之间形成一定的空间。
44.为了使加热件200暴露，还可以在第二壁面122开设通孔，该通孔连通第一腔体120和第二腔体130，并且，加热件200透过通孔与第一壁面121相对设置。
45.基于上述设置，由于在第二壁面122开设通孔，使得加热件200的上表面露出，此时，加热件200产生的热量可以传输至第一壁面121，以对第一壁面121加热，而后通过第一壁面121与承载面110之间的部分将热量传递至承载面110，以实现对承载面110的加热。
46.此处需要说明的是，加热件200与第一壁面121之间可以为热辐射传热方式，或者以气体为介质的热传导传热方式，或者热辐射和热传导兼有的混合传热方式，具体可根据实际情况而选取。
47.一些实施例中，第一腔体120可以为真空腔体，也即，第一腔体120内具有一定的真空度。此时，由于第一腔体120内不存在传热介质，使得加热件200与第一壁面121之间可以通过热辐射的方式进行传热。
48.另一些实施例中，第一腔体120内还可以具有预设压力的气体。此时，加热件200产生的热量可以通过气体传递至第一壁面121，也即，采用热传导的方式进行传热。除此以外，
在第一腔体120内的气体压力较小时，加热件200产生的热量可以同时存在热辐射的方式和热传导方式，从而实现热辐射和热传导兼有的混合传热方式。
49.可选地，第一腔体120内通入的气体可以是氩气、氦气、氢气等，当然，并不仅限于此，还可以是其他任何满足要求的气体。
50.在第一腔体120内通入气体的情况下，考虑到气体浓度在一定程度上会影响传热效果，本技术实施例可以通过调节第一腔体120内的气体浓度来改变传热效果。由于第一腔体120的体积不变，气体的浓度可以通过气体压力来体现，也即，第一腔体120内的气体压力越大，气体分子数量越多，气体的浓度越大，传热效果越好，与第一腔体120相对区域的承载面110的温度越高；反之，第一腔体120内的气体压力越小，气体分子数量越少，气体的浓度越小，传热效果越差，与第一腔体120相对区域的承载面110的温度越低。因此，通过对第一腔体120内的气体压力的控制，可以实现对温度分布的灵活优化。
51.通过模拟分析可知，当第一腔体120内的气体压力为5torr(低压)时，由于气体压力相对较低，传热较慢，此时，基座本体100的中部区域的温度较低，约为395℃，边缘区域(远离中部区域)的温度较高，约为398℃，如图4所示。
52.当第一腔体120内的气体压力为90torr(中压)时，由于气体压力适中，传热适中，此时，基座本体100的中部区域的温度与边缘区域的温度相差不大，均匀性较好，均在398℃左右，如图5所示。
53.当第一腔体120内的气体压力为300torr(高压)时，由于气体压力相对较高，传热较快，此时，基座本体100的中部区域的温度较高，约为399℃，边缘区域的温度较低，约为398℃，如图6所示。
54.由此可知，第一腔体120内的气体压力越大，中部区域的温度越高，从而通过对第一腔体120内的气体压力进行控制，可以控制中部区域的温度，进而可以灵活地调整基座本体100的温度分布。
55.参考图1，为了实现对第一腔体120内气体压力的调节，承载装置还可以包括供气部件300，第一腔体120具有进气口，该进气口与供气部件300连接。如此，供气部件300可以通过进气口向第一腔体120内通入气体，并且可以调节第一腔体120内的气体压力，从而调节传热效果。
56.一些实施例中，供气部件300可以包括供气管路310和压力控制器320，其中，供气管路310的一端用于接收气体，供气管路310的另一端连接进气口，如此，气体可以经由供气管路310和进气口进入第一腔体120内。
57.压力控制器320设置于供气管路310，使得在向第一腔体120供气时，可以通过压力控制器320控制供气管路310中的气体压力，将供气管路310中的气体压力控制在设定值，此时，第一腔体120内的气体压力也可以达到该设定值，从而实现了对第一腔体120内的气体压力的控制；并且，通过压力控制器320还可以调节供气管路310及第一腔体120内的气体压力值，以满足不同的传热需求。
58.可选地，供气管路310的一端可以与供气泵或气罐连接，以通过供气泵或气罐向供气管路310输送气体。
59.此处需要说明的是，压力控制器320的具体结构和工作原理均可参考相关技术，此处不再赘述。
60.一些实施例中，供气部件300还可以包括抽气泵330，通过抽气泵330可以实现抽气。供气管路310包括主管路311、第一支路312和第二支路313，第一支路312和第二支路313均与主管路311连接；压力控制器320设置于主管路311，第一支路312与第一腔体120的进气口连通，抽气泵330与第二支路313连接。
61.基于上述设置，可以通过压力控制器320调节主管路311的气体压力，与此同时，抽气泵330可以通过第二支路313向外抽气，以使气体可以沿着主管路311向第一支路312和第二支路313方向流动，并且，通过抽气泵330可以起到辅助控压的作用。
62.此处需要说明的是，抽气泵330可以配置控制阀，通过调节控制阀的开度可以实现对抽出气体流量的控制。
63.例如，当主管路311中的气体压力恒定，气体流量为q，抽气泵330抽出的气体流量小于q时，则使第一支路312及第一腔体120内具有一定的气体压力，且随着抽出泵抽出的气体流量逐渐减小，第一支路312及第一腔体120内的气体压力逐渐增大，由此，可以起到辅助控压的作用。
64.基于上述设置，可以通过压力控制器320和抽气泵330相互配合实现对第一腔体120内的气体压力的调节和控制，以满足不同的工况需求。
65.参考图2，为了扩大第一腔体120相对于加热件200的重合面积，第一腔体120可以包括多个腔体单元123，每个腔体单元123分别与加热件200的部分区域相对设置，如此，可以使加热件200的多个位置与承载面110之间形成空间，从而可以使第一区域内的多个位置处的温度有所降低，进而使第一区域内的温度趋近于第二区域内的温度。
66.为了对多个腔体单元123进行充气，可以使每个腔体单元123与供气管路310之间分别通过第三支路314连接。如此，可以通过供气管路310将气体分配至多个第三支路314，并经由多个第三支路314一一对应地通入每一个腔体单元123中，从而实现为每一个腔体单元123内充入气体。
67.当然，在其他实施例中，还可以采用一个整体的第一腔体120，此种情况同样可以通过第一腔体120在加热件200与承载面110之间形成空间，从而起到降低温度的作用。然而，考虑到加热件200并非完全填充第一区域，而是在第一区域内的分散布置，为了避免在偏离加热件200的位置设置第一腔体120，可以使第一腔体120在垂直于基座本体100轴线的平面内的投影与加热件200在该平面内的投影重合，从而可以有针对性地隔开加热件200和承载面110。
68.另外，为了使第一区域内的温度不至于过低，还可以在与加热件200的部分区域相对的位置分别设置腔体单元123，如此，可以使第一区域内的加热件200的一部分区域与承载面110相对，而另一部分区域与承载面110之间通过腔体单元123隔开，从而可以减小降温程度，进而使第一区域内的温度不至于过低。
69.为了实现对加热件200的控温作用，承载装置还可以包括控温加热棒400，控温加热棒400至少部分位于基座本体100内部，并与加热件200连接。通过控温加热棒400可以控制加热件200的温度升高至预设值，以满足工艺需求。此处需要说明的是，关于控温加热棒400的具体结构及其控温原理均可参考相关技术此处不再赘述。
70.为实现对基座本体100的支撑作用，还可以在基座本体100的背离承载面110的一侧连接支撑结构500，通过支撑结构500可以对基座本体100进行支撑，以保证基座本体100
更加稳定。
71.基于上述承载装置，本技术实施例还公开了一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备包括上述承载装置。
72.综上所述，本技术实施例既可以解决基座本体100上温度分布不均匀的问题，又可以解决基座本体100上温度分布后期无法灵活优化的问题，从而可以根据实际工艺结果来调节第一腔体120内的气体压力，以改善温度分布，进而优化工艺均匀性，如，实际工艺时，晶圆中心处反应速率快、边缘反应速率慢，采用上述设计方式，可以通过降低中心处的温度来降低中心处反应速率，达到优化工艺均匀性的目的；并且，上述控温方式较为灵活，且成本较低。
73.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。