[发明专利]外延生长设备和外延生长方法

说明书

本发明提供了一种外延生长设备和一种外延生长方法。所述外延生长设备的腔体上设置有第一进气口和第二进气口，第一进气口允许用于在晶片上形成外延层的反应气体进入腔体，第二进气口允许用于阻止外延层的沉积的刻蚀气体进入腔体，当晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且外延层在较快区比在较慢区生长更快时，在外延过程中，随着晶片的旋转，第二进气口在较快区旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率大于在较慢区旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率，从而刻蚀气体对于较快区的外延层的去除效率更大，可以对较快区和较慢区的外延生长进行调节，有助于提高外延层的厚度均一性，降低局部平直度，提高外延晶片的质量。

技术领域

本发明涉及外延生长工艺领域，特别涉及一种外延生长设备和一种外延生长方法。

背景技术

电子元件制造对作为衬底的半导体晶片上表面的平整性要求很高，现常用将步进设备在晶片表面所有区域的聚焦能力加入考量的局部平直度SFQR(部位上表面基准的最小二乘方/范围)参数来评价。最大局部平直度SFQR_max的值代表半导体晶片上所有加以考虑的电子元件范围的最大SFQR值。SFQR_max值的降低有利于解决制造电子器件时可能遇到的光刻工艺散焦问题、CMP工艺的抛光均匀性问题以及SOI粘合工艺中的不良粘合问题等等。硅晶片的局部平直度可以利用研磨、抛光等方法优化。

常用的作为衬底的半导体晶片为硅外延晶片，通常是通过外延生长工艺即在硅晶片上以相同的晶体取向并以单晶的方式生长外延层而获得。与不包括该外延层的硅晶片相比，硅外延晶片具有较低的缺陷密度以及较好的抗闩锁能力等优点，适用于在外延层上制造高度集成的电子元件，如微处理器或存储芯片。硅外延晶片的局部平直度与利用外延生长工艺沉积的外延层的均一性有关。

目前制造硅外延晶片是将硅晶片放置在外延装置的腔室中，利用热源进行加热，并向腔室内通入反应气体，反应气体在高温下在晶片表面分解形成硅，进而沉积到硅晶片表面生长而形成外延层，在此过程中，通常使晶片以设定转速在支架(即衬托器或基座)上旋转以使外延层均匀生长。

研究发现，外延层的生长速率与生长取向即硅晶片的晶向有关，具体根据晶向的不同，外延层的生长速率会增大或减小，尤其在晶片的边缘区域，导致了外延层的厚度差异。以直径300mm的硅晶片为例，其上表面假设为(001)晶面，实验数据表明，在距离晶片中心149mm远的边缘区域，对应于晶片的<110>晶向的一定范围内，外延层的厚度在整个晶片表面内较大，而在对应于晶片的<100>晶向的一定范围内，外延层的厚度在整个晶片表面内较小，边缘区域的局部平直度SFQR较大，这会使得硅外延晶片的最大局部平直度SFQR_max较大，造成硅外延晶片的质量变差，亦会引起在制造电子元件时出现问题。

对于上述外延层的局部平直度SFQR较大的问题，已有方法大多是从改变外延生长装置的结构来调节，例如改变进气口的设计或者改变安装晶片的衬托器的设计以期改变气流。但是，调整外延生长装置的结构需要考虑对装置各个功能部件的影响，比较复杂，并且，对于使用中的装置，其结构难以根据实际工艺状况及时进行调整，灵活性较差。

发明内容

本发明提供一种外延生长设备和外延生长方法，目的是调整在晶片上形成的外延层的厚度均一性，以降低外延晶片的局部平直度(SFQR)，提高外延晶片的质量。

一个方面，本发明提供一种外延生长设备，所述外延生长设备包括腔体及位于腔体内的衬托器，所述衬托器用于放置晶片并在外延生长过程中带动晶片旋转，所述腔体上设置有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口允许用于在所述晶片上形成外延层的反应气体进入所述腔体内，所述第二进气口允许用于阻止所述外延层的沉积的刻蚀气体进入所述腔体内；当所述晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且所述外延层在所述较快区比在所述较慢区生长更快时，在外延生长过程中，随着所述晶片的旋转，所述第二进气口在所述较快区旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率大于在所述较慢区旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率。