本發(fā)明涉及半導(dǎo)體外延生長技術(shù)領(lǐng)域中的基座結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

外延生長技術(shù)發(fā)展于20世紀(jì)50年代末60年代初。當(dāng)時(shí)為了制造高頻大功率器件，需要減小集電極串聯(lián)電阻，又要求材料能耐高壓和大電流，因此需要在低阻值襯底上生長一層薄的高阻外延層。外延生長的新單晶層可在導(dǎo)電類型、電阻率等方面與襯底不同，還可以生長不同厚度和不同要求的多層單晶，從而大大提高器件設(shè)計(jì)的靈活性和器件的性能。外延片被廣泛用于大規(guī)模集成電路中改善材料質(zhì)量，是目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料。

由外延生長的grove模型可得外延反應(yīng)速率公式：其中：ct為在氣體中每cm³的所有分子總數(shù)；n是形成薄膜的單位體積中的原子數(shù)，對硅外延n為5×10²²每cm³；hg是質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)(cm/sec)；ks是表面化學(xué)反應(yīng)系數(shù)(cm/sec)，y為在氣體中反應(yīng)劑分子的摩爾比值。由公式可知，當(dāng)反應(yīng)劑量y一定時(shí)，生長速率v由hg和ks中較小者決定。進(jìn)一步分析可知，hg質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)主要影響因素為外延生長反應(yīng)表面的滯留層厚度，反應(yīng)氣體的氣流變化會影響滯留層厚度；ks表面化學(xué)反應(yīng)系數(shù)主要影響因素為沉積反應(yīng)表面的溫度，石墨基座的溫度會影響外延生長反應(yīng)表面的溫度。外延片的主要參數(shù)在襯底表面生長的外延層的電阻率均勻性和厚度均勻性，其中電阻率均勻性主要受表面化學(xué)反應(yīng)系數(shù)影響，對反應(yīng)溫度變化較敏感，外延層厚度均勻性主要受質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)影響，對反應(yīng)氣體氣流變化較敏感。

外延生長過程需要將襯底放置在在反應(yīng)腔體內(nèi)的石墨基座載具上進(jìn)行。在電磁感應(yīng)加熱外延爐中襯底外延生長的溫度主要由裝載它的石墨基座的溫度決定，電磁感應(yīng)的加熱方式?jīng)Q定了石墨基座的溫度分布由石墨基座的形狀、加熱線圈的形狀、石墨基座及線圈間相對位置決定。同理，石墨基座正面的形狀直接影響反應(yīng)氣體的氣流分布，為了獲得較好的外延層厚度均勻性，目前普遍的在基座正面設(shè)計(jì)出片坑，將襯底放置其中，使得襯底表面和基座表面齊平。挖出的片坑對石墨基座的形狀產(chǎn)生了影響，主要影響到石墨基座的厚度，以18mm厚的標(biāo)準(zhǔn)石墨基座為例，其片坑深度為0.7mm；在石墨基座材質(zhì)相同，電阻率相同的情況下，厚度不同導(dǎo)致電磁感應(yīng)阻抗的不均勻度在3％-4％；經(jīng)計(jì)算，在1100℃左右的外延生長溫度下，片坑可導(dǎo)致基座表面溫度分布的不均勻性達(dá)到30℃到40℃。

在batch外延爐中，為提高產(chǎn)能同時(shí)淀積多片外延片，一種典型的6“batch外延爐中一次可以外延生長8片，為提高工藝均勻性，外延生長過程中要求基座需要圍繞軸心旋轉(zhuǎn)。因此對于batch外延爐石墨基座，其徑向溫度差異可以通過工藝調(diào)試感應(yīng)線圈方法來調(diào)節(jié)，但其同一半徑的周向的溫度差異無法通過工藝調(diào)試線圈高度等方法來改善；而周向的溫度差異可引起外延生長的電阻率參數(shù)均勻性變差，還進(jìn)一步引發(fā)滑移線，裂片等缺陷。目前單面基座設(shè)計(jì)上難以實(shí)現(xiàn)不影響氣流的條件下的溫度均勻分布，如圖1所示，一個(gè)平板式batch石墨基座的一個(gè)實(shí)施例片坑有八片，硅片上部和下部溫差可以通過調(diào)節(jié)線圈解決，但片坑間溫差會同步提升降低，不能通過調(diào)節(jié)線圈解決。

因?yàn)橥庋庸に噷⑴c反應(yīng)的氣體純度有極高的要求，特氣純度要求99.9999％以上，使用單純石墨材料會因?yàn)槭馁|(zhì)本身的微孔導(dǎo)致工藝雜質(zhì)吸附釋放，造成產(chǎn)品失效。

因此，亟待解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種在不影響外延生長的氣流的前提下，可提高外延生長的溫度的一致性和改善電阻率參數(shù)均勻性的電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所述的一種電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)，包括表面涂覆有碳化硅涂層的石墨基座，該石墨基座的上表面具有若干個(gè)繞軸心均布的片坑，在所述石墨基座的下表面具有與每一片坑相對應(yīng)的凸臺。該雙面基座結(jié)構(gòu)在基座下表面對應(yīng)片坑位置增設(shè)凸臺，實(shí)現(xiàn)石墨基座上同一半徑下的周向各位置上的溫度可調(diào)節(jié)，從而保障在不改變石墨基座表面片坑形狀即在不影響外延生長的氣流的前提下，保持石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的一致性，從而提高外延生長的溫度的一致性，獲得較好的外延層厚度均勻性。

其中，所述凸臺的高度與片坑的深度相同。

優(yōu)選的，所述凸臺的直徑與片坑的最大直徑相同。凸臺與片坑的高度和直徑可根據(jù)不同的工藝要求設(shè)置，其高度和直徑可一致，亦可各不相同，根據(jù)實(shí)際需要改變石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的分布，以達(dá)到特殊的溫度分布的目的。

優(yōu)選的，所述石墨基座為6英寸平板基座，該石墨基座的片坑深度為0.65～0.75mm。6英寸平板石墨基座其標(biāo)準(zhǔn)厚度為18mm，片坑的適宜深度為0.65～0.75mm，最優(yōu)厚度為0.7mm，將襯底放置在片坑內(nèi)時(shí)，確保襯底表面和基座表面相平齊。

進(jìn)一步，所述凸臺的上下邊沿設(shè)有圓弧倒角，該圓弧倒角的半徑為0.2～0.4mm。

優(yōu)選的，所述片坑的邊沿設(shè)有圓弧倒角，該圓弧倒角的半徑為0.2～0.4mm。該雙面石墨基座的表面涂覆有碳化硅涂層，該涂層厚度一般為0.1mm，在凸臺和片坑上設(shè)置圓弧倒角，可避免因碳化硅和石墨的膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致的石墨基座上產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)從而使得石墨基座產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。

進(jìn)一步，所述石墨基座為4、5、8、12或16英寸基座。

再者，所述石墨基座為平板基座或桶式基座。

優(yōu)選的，所述石墨基座應(yīng)用于mocvd或sic外延設(shè)備。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先該雙面基座結(jié)構(gòu)在基座下表面對應(yīng)片坑位置增設(shè)凸臺，實(shí)現(xiàn)石墨基座上同一半徑下的周向各位置上的溫度可調(diào)節(jié)，從而保障在不改變石墨基座表面片坑形狀即在不影響外延生長的氣流的前提下，保持石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的一致性，從而提高外延生長的溫度的一致性，獲得較好的外延層厚度均勻性；其次，凸臺與片坑的高度和直徑可根據(jù)不同的工藝要求設(shè)置，其高度和直徑可一致，亦可各不相同，根據(jù)實(shí)際需要改變石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的分布，以達(dá)到特殊的溫度分布的目的；再者該雙面石墨基座的表面涂覆有碳化硅涂層，該涂層厚度一般為0.1mm，在凸臺和片坑上設(shè)置圓弧倒角，可避免因碳化硅和石墨的膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致的石墨基座上產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)從而使得石墨基座產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象；最后該雙面基座結(jié)構(gòu)可以滿足常溫裝片，在高純氣氛條件下，外延生長溫度1100℃的生產(chǎn)條件，提高了石墨基座溫度的一致性，有效避免因?yàn)闇囟炔灰恢乱鸬碾娮杪示鶆蛐詤?shù)不一致，同時(shí)保持了襯底表面的氣流一致性，提升外延主要參數(shù)一致性性能，并能改善同批次一爐內(nèi)外延片左右側(cè)的滑移線和裂片問題，提高了產(chǎn)品品質(zhì)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有平板式石墨基座的片坑分布結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中石墨基座的截面剖視圖；

圖3為圖2中局部放大圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

如圖2所示，本發(fā)明一種電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)，包括石墨基座2，該石墨基座2的上表面具有若干個(gè)繞軸心均布的片坑3，將襯底放置在片坑3內(nèi)，使得襯底表面和石墨表面齊平。上述石墨基座2可選用為4、5、6、8、12或16英寸基座，亦可按照工藝要求選擇平板基座或桶式基座。本實(shí)施例中優(yōu)選6英寸平板基座，該石墨基座2的片坑深度為0.65～0.75mm。6英寸平板石墨基座其標(biāo)準(zhǔn)厚度為18mm，片坑的適宜深度為0.65～0.75mm，最優(yōu)厚度為0.7mm，將襯底放置在片坑內(nèi)時(shí)，確保襯底表面和基座表面相平齊。

為了解決片坑間溫差的調(diào)節(jié)問題，本發(fā)明在上述石墨基座2的下表面具有與每一片坑3相對應(yīng)的凸臺4。該雙面基座結(jié)構(gòu)中的片坑和凸臺的組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了石墨基座上同一半徑下的周向各位置上的溫度可調(diào)節(jié)，從而保障在不改變石墨基座表面片坑形狀即在不影響外延生長的氣流的前提下，保持石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的一致性，從而提高外延生長的溫度的一致性，獲得較好的外延層厚度均勻性。

凸臺與片坑的高度和直徑可根據(jù)不同的工藝要求設(shè)置，其高度和直徑可一致，亦可各不相同，根據(jù)實(shí)際需要改變石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的分布，以達(dá)到特殊的溫度分布的目的。6英寸平板石墨基座中的凸臺4的高度h2與片坑3的深度h1優(yōu)選為兩者相同，同時(shí)凸臺4的直徑φ2與片坑3的最大直徑φ1相同。

為了克服因使用單純石墨材料會因?yàn)槭馁|(zhì)本身的微孔導(dǎo)致工藝雜質(zhì)吸附釋放，造成產(chǎn)品失效等問題，需在該石墨基座2的表面涂覆一層致密的碳化硅涂層1，該涂層的厚度一般為0.1mm。但又因?yàn)樘蓟韬褪臒崤蛎浵禂?shù)不同，而外延工藝條件需要基座在室溫裝片，并加熱到在1100℃左右的高溫反應(yīng)條件下外延生長，基座工藝條件溫度變化接近1080℃，因熱膨脹系數(shù)的不同會產(chǎn)生較大的應(yīng)力。本發(fā)明在凸臺4的上下邊沿和片坑3的邊沿上均設(shè)有圓弧倒角，該圓弧倒角的半徑為0.2～0.4mm，可避免因碳化硅和石墨的膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致的石墨基座上產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)從而使得石墨基座產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。

本發(fā)明中的石墨基座2亦可應(yīng)用于mocvd或sic外延設(shè)備。

雖然本發(fā)明通過實(shí)例進(jìn)行了描述，但實(shí)施例并非用來限定本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本發(fā)明精神的范圍內(nèi)，做出各種變形和改進(jìn)，所附的權(quán)利要求應(yīng)包括這些變形和改進(jìn)。本發(fā)明針對電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，但不局限于平板外延爐用，也可用于外延等相關(guān)領(lǐng)域。