一种半导体芯片边缘向心气相外延用石英支架的制作方法

本发明属于半导体芯片气相外延，具体涉及一种半导体芯片边缘向心气相外延用石英支架。

背景技术：

1、半导体芯片是精密集成电路的载体，半导体芯片的制备要求精度很高，所以具有一定的制备难度，因此对制备设备和制备过程不断地提出更高的要求。

2、半导体芯片一般是采用圆形的硅晶片为原料，简称“晶圆”，经过一系列复杂的加工工艺，包括清洗、氧化、光刻、蚀刻、离子注入、薄膜沉积、化学机械抛光、切割等，将众多的晶体管、电阻、电容等电子元件集成在上面，最终形成具有特定功能的芯片。

3、其中，薄膜沉积步骤是通过物理气相沉积（pvd）、化学气相沉积（cvd）等方法在晶圆表面沉积各种薄膜。低端芯片采用气相沉积方法制备的沉积层（薄膜）与衬底（硅晶片）不需要具有严格的晶格匹配关系，沉积层为单晶结构，或着是多晶结构，甚至是非晶态的薄膜。而高端芯片采用气相外延方法，是在衬底上通过气相反应让材料沿着衬底的晶向生长出具有特定晶体结构和性能的外延层，这个过程对于晶体结构和成分的控制要求较高，目的是为了获得与衬底晶格匹配良好、性能优越的单晶薄膜。根据不同的晶向生长需要，气相外延分为三种方式：从晶圆的中心开始向边缘生长；从晶圆的边缘开始向中心生长；从晶圆的某一部位向周围扩散生长；这就需要针对不同的外延生长方式，严格的设计温度分布、气流模式、衬底表面状态等工艺条件。

4、目前，最简单的气相外延方式是从晶圆的中心开始向边缘生长，即采用石英喷嘴对准晶圆的中心，进行喷射气流，气流从中心向外扩散，同时对晶圆沉底进行加热，实现气相外延。其中，为了能够实现均匀的外延生长，晶圆需放在能够自转的支架上，不停的旋转，如cn115056369a公开的半导体扩散炉石英支架。

5、针对于，从晶圆的边缘开始向中心生长的方式进行气相外延，一般是将石英喷嘴设置在晶圆的边缘周围，这就需要安装多个石英喷嘴，气相外延设备上具有多个安装连接口，容易发生设备漏气问题，且控制气流分布也不均匀，导致晶型向心生长不均匀，合格率低，质量难以保证。另外，晶圆需要旋转，气相外延设备低端安装旋转支架的位置也容易发生漏气，晶圆有被污染的风险，旋转支架需要电机带动，具有耗能。因此，需要不断开发精度更高、安全方便、节能的气相外延装置，实现高质量芯片的制备。

技术实现思路

1、针对现有从晶圆的边缘开始向中心生长的方式进行气相外延，气相外延设备安装的装置较多（多个石英喷嘴以及旋转支架），具有较大的漏气污染晶圆的风险；多个石英喷嘴控制气流分布不均匀，导致晶型向心生长不均匀，合格率低，质量难以保证的问题。本发明提供一种半导体芯片边缘向心气相外延用石英支架，设计底盘、支块、盖板和盘罩能够很好的均布气流并约束气流从晶圆的边缘流向中心，且顺利排出，降低气流紊乱，降低污染风险；设计环套对红外进行反射，加快气相外延层的生成速度；各组件配合使用能够保证晶圆边缘向心气相外延的质量，晶型向心生长均匀，粗糙度低，缺陷少，位错密度低。其具体技术方案如下：

2、一种半导体芯片边缘向心气相外延用石英支架，石英支架包括支架主体和盖板，所述支架主体包括底盘、支块和盘罩；所述底盘的上面放置有支块，所述盘罩盖合于底盘上，所述盘罩的顶面设置有截面为“u”形的凹槽，所述凹槽的侧壁均布有若干个通气孔；所述盖板盖封凹槽；所述支块用于支撑晶圆；所述盖板中心开设有适配孔，用于套设于石英管喷嘴外壁；所述底盘的边缘向上突出有凸边，用于与盘罩卡合；所述盘罩的外壁套设有环套。

3、上述技术方案中，所述底盘为圆形盘；所述盘罩为圆形罩，所述凹槽为圆形槽，所述通气孔为圆形孔；所述盖板为圆形板。

4、上述技术方案中，所述底盘、支块、盘罩和盖板均为半导体级纯度的石英锭制备而成。

5、上述技术方案中，所述支块的数量为3个以上；所述支块为锥形台或梯形台。

6、上述技术方案中，所述凹槽的底端距离晶圆1mm～3.5mm；所述凹槽的外直径大于晶圆直径；所述凹槽的侧壁厚度为8mm以上；所述通气孔从凹槽的内壁至外壁为向上倾斜开设，倾斜角度为15°～30°。

7、上述技术方案中，所述晶圆为圆环晶圆，晶圆的中心开设有圆形的中心孔；所述底盘的中心开设有圆形的出气孔；所述出气孔的直径大于晶圆的中心孔的直径。

8、上述技术方案中，所述盘罩侧壁设置有圆环导流板，所述圆环导流板的位置高度高于晶圆，且低于凹槽的侧壁；所述圆环导流板的截面为直角三角形，直角三角形的斜面用于斜向下导流，将气流导向晶圆的边缘，使气流由晶圆的边缘向晶圆的中心流动。

9、上述技术方案中，所述环套为不透明环套，具有反光和隔热性；所述环套的高度为盘罩高度的0.55倍～0.75倍；所述环套的底端贴合于底盘的凸边。

10、上述技术方案中，所述环套的材质为堇青石陶瓷、氧化锆陶瓷或莫来石陶瓷；所述环套的内壁有反光涂层，所述反光涂层的厚度为30μm～80μm。

11、上述技术方案中，所述反光涂层的涂料成分包含氧化锶3份～5份、氧化锌8份～10份、石英玻璃微珠5份～10份、丙烯酸树脂40份～50份、有机硅消泡剂1.5份～2份、气相二氧化硅0.5份～1.5份、硅酸铝镁0.5份～1.5份、4,4'-二辛基二苯胺0.5份～1.5份和乙酸乙酯20份～30份，以质量份数计；涂料在涂覆、风干后，首先经200℃～300℃烘烤30min～50min，然后升温至600℃～800℃烘烤20min～30min，得到反光涂层。

12、反光成分为玻璃微珠和金红石型钛白粉，反光成分质量比为，玻璃微珠:金红石型钛白粉=2:1～3:1。

13、上述石英支架的安装方法为：

14、s1：在底盘的上面放置支块，在支块上放置晶圆，使晶圆位于底盘中心处；然后将盘罩盖合于底盘上，形成支架主体；

15、s2：将盖板由石英管喷嘴的喷射口套于石英管喷嘴的外壁，并位于石英管喷嘴的中部；

16、s3：将支架主体置于石英管喷嘴的下方，然后上移支架主体，使石英管喷嘴置于凹槽中心处；

17、s4：将盖板盖合于凹槽上，完成石英支架的安装。

18、上述安装方法中，所述盘罩的外壁预先套设有环套。

19、上述安装方法中，所述石英支架位于气相外延设备的反应室中，所述底盘的下面与反应室的底面之间放置有石英镂空架，石英镂空架用于支撑底盘。

20、上述安装方法中，所述石英管喷嘴固定安装在反应室的顶部。

21、上述安装方法中，所述气相外延设备采用顶部红外辐射加热。

22、本发明的一种半导体芯片边缘向心气相外延用石英支架，与现有技术相比，有益效果为：

23、一、本发明石英支架是针对于半导体芯片边缘向心气相外延而设计的，该结构的石英支架能够适用于普通石英管喷嘴，无需制备特殊的气源喷嘴，避免增加额外的气源喷嘴成本，以及有效降低反应室漏气风险。

24、二、本发明盘罩设计“u”形的凹槽，凹槽侧壁均布通气孔，相当于二级喷嘴，喷出的气流均布性好，石英支架无需旋转，就能够实现气流均匀分布，反应室底部无需安装旋转机构，有效避免反应室底部安装旋转支架造成的漏气风险。

25、三、“u”形的凹槽与盘罩内壁配合使气流能够从晶圆的边缘流向中心，并通过晶圆中心孔和底盘出气孔排出，且设计凹槽的底端距离晶圆1mm～3.5mm，使气流保持单向流动，不发生紊乱，提高晶圆边缘向中心进行气相外延的质量。

26、四、支块为耗材，能够灵活放置，方便替换，无需制备整个石英支架进行替换，节省成本。

27、五、盖板能够隔离进气不发生外溢，保证盘罩内进气量和气流速度，且盖板能够阻隔反应室内留存气体不进入盘罩，避免盘罩外气流的污染，提高气相外延的质量。

28、六、设计凹槽的外直径大于晶圆直径，能够保证气流从晶圆的边缘有序的流向中心。

29、七、设计凹槽的侧壁厚度为8mm以上，通气孔从凹槽的内壁至外壁为向上倾斜开设，倾斜角度为15°～30°，相当于喷嘴，延长气流喷入盘罩内的行程，能够更好的约束气流束，有效降低气流干扰，降低晶圆面气流紊乱。通气孔向上倾斜开设能够避免气流水平对冲，降低气流紊乱，进而保证气相外延的质量。

30、八、设计底盘出气孔的直径大于晶圆的中心孔的直径，能够更加顺利的排出气体。

31、九、盘罩侧壁设置有圆环导流板，圆环导流板的位置高度高于晶圆，且低于凹槽的侧壁；圆环导流板的截面为直角三角形，直角三角形的斜面用于斜向下导流，将气流导向晶圆的边缘，使气流由晶圆的边缘向晶圆的中心流动。增加圆环导流板能够更好的约束气流走向，减少气流在晶圆底部流动，提高气相外延质量。

32、十、设计盘罩外壁套设有环套，具有反光和隔热性；环套的高度为盘罩高度的0.55倍～0.75倍，不阻碍顶部红外的照射；环套的反光和隔热性能够很好进行红外反射和保温，提高晶圆温度，促进气相外延的生成速度。

33、十一、环套的材质为堇青石陶瓷、氧化锆陶瓷或莫来石陶瓷，具有很好的耐高温性，能够满足气相外延的使用要求。

34、十二、反光涂层的涂料成分含有氧化锶、氧化锌和石英玻璃微珠，三者按照特定比例配合使用，具有很好的红外反射性，其中，氧化锶的加入能够促进红外反射效果，具有良好的热稳定性。

35、十三、设计涂料在涂覆、风干后，首先经200℃～300℃烘烤，然后升温至600℃～800℃烘烤，得到反光涂层，热稳定性好，能够很好的去除高温挥发性成分，防止对反应室造成污染。

36、综上，本发明的石英支架结构能够很好的均布气流，并约束气流从晶圆的边缘流向中心，且顺利排出，降低气流紊乱，降低污染风险；设计环套对红外进行反射，加快气相外延层的生成速度；各组件配合使用能够保证晶圆边缘向心气相外延的质量，晶型向心生长均匀，粗糙度低，缺陷少，位错密度低；具有良好的实用价值。