本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置領(lǐng)域，特別涉及一種伯努利基座。

背景技術(shù)：

外延工藝是半導(dǎo)體制造過程中十分重要的一道工序，隨著半導(dǎo)體器件的不斷縮小，外延硅的質(zhì)量對半導(dǎo)體器件的影響越來越大。但是，在外延硅的生長過程中不可避免的會遇到各種缺陷，例如：位錯滑移(slipdislocation)、背部沉積(backsidedeposition)、自摻雜(autodoping)等，這些缺陷會導(dǎo)致最終形成的半導(dǎo)體器件性能的下降。

位錯滑移主要是由于局部應(yīng)力超過硅的抗曲強度造成的，例如：(1)在晶圓內(nèi)部徑向溫度的不均勻性造成的熱應(yīng)力，不均勻的熱膨脹會造成晶圓內(nèi)一些硅鍵的斷裂，導(dǎo)致一些硅原子被臨近的原子所取代；(2)由于接觸面積及晶圓的重量造成的接觸應(yīng)力；(3)由于重力造成的彎曲應(yīng)力。其中，熱應(yīng)力是造成位錯滑移的主要因素。

背部沉積造成襯底表面不均勻，從而影響后續(xù)光刻步驟的精度。背部沉積主要由以下幾個因素造成：(1)如圖1所示，在晶圓10的裝載過程中，由于晶圓10未與基座20完全對準(zhǔn)，導(dǎo)致在外延硅生長過程中反應(yīng)氣體進(jìn)入晶圓10與基座20的間隙，在晶圓10背部形成硅沉積30；(2)如圖2所示，由于晶圓10與基座20以及支撐柱21(liftpins)有接觸，而基座20以及支撐柱21上涂布有硅，當(dāng)晶圓10的溫度低于基座20及支撐柱21的溫度時，所述基座20及支撐柱21上的硅會遷移至晶圓10，形成背部沉積30；(3)由于晶圓用氧化層密封或者晶圓上形成有自然氧化物，當(dāng)使用氫氣進(jìn)行前烘(pre-bake)時，氫氣會與晶圓上的氧化物反應(yīng)，在晶圓上形成針孔11(pinhole)，從而導(dǎo)致后續(xù)形成的外延硅不均勻。

自摻雜主要是由于在外延硅生長的過程中，在襯底背面的摻雜原子從晶圓的邊緣析出并擴散至晶圓的正面成為外延硅的一部分，從而導(dǎo)致晶圓邊緣的電阻率均勻性降低。

因此，如何控制外延硅生長過程中的缺陷是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種伯努利基座，通過避免與晶圓的直接接觸來控制外延硅生長過程中各缺陷的產(chǎn)生。

本發(fā)明的技術(shù)方案是一種伯努利基座，包括支撐柱以及位于所述支撐柱上的支撐平臺，所述支撐平臺用于支撐晶圓，所述支撐平臺內(nèi)設(shè)置有氣體通道，所述支撐平臺的上表面設(shè)置有若干個氣孔，所述氣孔與所述氣體通道連通；所述支撐柱內(nèi)設(shè)置有氣體入口，用于向所述氣體通道內(nèi)通入氣體。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述若干個氣孔中第一部分氣孔與所述氣體通道直接連通，第二部分氣孔通過所述第一部分氣孔與所述氣體通道連通。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述若干個氣孔在所述支撐平臺上構(gòu)成多個類似圖形，每個所述圖形上的氣孔相連通，每個所述圖形上均有氣孔與所述氣體通道直接連通。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述圖形為圓環(huán)。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，多個圓環(huán)為直徑各異的同心圓環(huán)。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述支撐平臺內(nèi)設(shè)置有一個氣體通道，所述氣體通道連通多個圓環(huán)上經(jīng)過圓心的相互垂直的兩個方向上的氣孔。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述若干個氣孔在所述支撐平臺上構(gòu)成兩個圓環(huán)，每個所述圓環(huán)內(nèi)的氣孔相連通，每個所述圓環(huán)內(nèi)均有氣孔與所述氣體通道直接連通。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述支撐平臺內(nèi)設(shè)置有兩個氣體通道，每一個氣體通道連通一個圓環(huán)上經(jīng)過圓心的某一方向上的氣孔。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述兩個圓環(huán)上被所述氣體通道連通的氣孔所在方向相互垂直。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述氣孔所在的方向與所述支撐平臺的上表面具有一角度。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，還包括一腔室，包圍所述支撐柱、支撐平臺以及位于所述支撐平臺上方的晶圓。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述腔室包括位于一側(cè)的第一進(jìn)氣口以及位于另一側(cè)的出氣口，所述第一進(jìn)氣口用于通入反應(yīng)氣體。

進(jìn)一步的，在所述伯努利基座中，所述腔室還包括第二進(jìn)氣口，與所述第一進(jìn)氣口位于同側(cè)，且位置低于所述支撐平臺。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的伯努利基座，通過在支撐平臺內(nèi)設(shè)置氣體通道，在支撐平臺的上表面設(shè)置若干個氣孔，所述氣孔與所述氣體通道連通，然后在支撐柱內(nèi)設(shè)置氣體入口，用于向所述氣體通道內(nèi)通入氣體，從而使得氣體通過氣孔進(jìn)入晶圓下表面與伯努利基座之間，避免了晶圓與伯努利基座的直接接觸，從而避免在外延硅生長過程中由于晶圓與基座相接觸而產(chǎn)生的一些缺陷，提高外延硅的質(zhì)量，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的性能。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)裝載過程中晶圓與基座的位置關(guān)系示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)裝載過程中晶圓與基座的位置關(guān)系示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例一所提供的伯努利基座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4a為本發(fā)明實施例一所提供的伯努利基座的俯視圖。

圖4b～4c為圖4a在aa’方向與cc’方向上的截面圖。

圖5a為本發(fā)明實施例二所提供的伯努利基座的俯視圖。

圖5b～5c為圖5a在aa’方向與bb’方向上的截面圖。

圖6a～6b為本發(fā)明實施例三所提供的伯努利基座的截面圖。

圖7為本發(fā)明實施例四所提供的伯努利基座的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

一般通過以下幾種方法來避免位錯滑移，例如，在晶圓表面形成大量微缺陷(bmds，bulkmicrodefects)，其對角線尺寸為10nm～50nm，密度大于1x10¹²/cm³，以此來減少位錯滑移?；蛘撸瑢A進(jìn)行大量硼摻雜，以此提高晶圓的機械強度，從而增強位錯滑移的阻力。但是，這些改進(jìn)方法需要進(jìn)行熱過程或者在基底的選擇上受到限制。另一種廣泛使用的方法是對基座進(jìn)行設(shè)計，降低晶圓的局部壓力。當(dāng)基座被鹵素?zé)艟徛訜釙r，通過熱量傳導(dǎo)與熱輻射將熱量傳遞至晶圓，當(dāng)溫度比較低時，晶圓與基座可以緊密接觸，但是當(dāng)溫度升高時，由于重力的作用晶圓邊緣會向上彎曲，以至于損失晶圓邊緣與基座之間的熱接觸。但是將基座20設(shè)置為凹形時，則可以減低熱接觸的損失。

在journalofcrystalgrowth287(2006)的第419頁至422頁中記載在基座表面涂覆碳化硅(sic)來避免石墨的意外污染，但是在涂覆碳化硅的過程中會在基座表面形成結(jié)節(jié)，當(dāng)晶圓與基座進(jìn)行熱接觸時，熱流量通過結(jié)節(jié)變得集中，從而造成局部熱點，導(dǎo)致位錯滑移發(fā)生。

而防止背部沉積的方法是將基座放置于腔室中，向基座的底部通入凈化氣體，從而防止反應(yīng)氣體進(jìn)入晶圓的背部，以此防止背部沉積的發(fā)生。但是，晶圓依舊與基座有接觸，硅遷移不可避免，因此并不能完全解決背部沉積。

防止自摻雜的方法是在基座上設(shè)置多個小孔，在基座底部的氣體通過小孔進(jìn)入晶圓與基座之間，當(dāng)晶圓背部的摻雜離子遷移出晶圓表面時，被流動的氣體通過小孔帶走，從而防止自摻雜的發(fā)生。

通過以上研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在外延硅生長過程中，只有晶圓與基座不接觸時才能防止上述缺陷的產(chǎn)生。經(jīng)過進(jìn)一步研究，發(fā)明人提出了一種伯努利基座。

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的一種伯努利基座進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

本發(fā)明的核心思想是：通過在支撐平臺內(nèi)設(shè)置氣體通道，在支撐平臺的上表面設(shè)置若干個氣孔，所述氣孔與所述氣體通道連通，然后在支撐柱內(nèi)設(shè)置氣體入口，用于向所述氣體通道內(nèi)通入氣體，從而使得氣體通過氣孔進(jìn)入晶圓下表面與伯努利基座之間，避免了晶圓與伯努利基座的直接接觸，從而避免在外延硅生長過程中由于晶圓與基座相接觸而產(chǎn)生的一些缺陷，提高外延硅的質(zhì)量，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的性能。

【實施例一】

圖3為本發(fā)明實施例一所提供的伯努利基座的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，本發(fā)明提出一種伯努利基座200，包括支撐柱210以及位于所述支撐柱210上的支撐平臺220，所述支撐平臺220用于支撐晶圓100，所述支撐平臺220內(nèi)設(shè)置有氣體通道221，且所述支撐平臺220的上表面設(shè)置有若干個氣孔222，所述氣孔222與所述氣體通道221連通；所述支撐柱210內(nèi)設(shè)置有氣體入口211，用于向所述氣體通道220內(nèi)通入氣體。

通過所述氣體入口211向所述氣體通道221內(nèi)通入凈化氣體，例如氫氣，氣體進(jìn)入所述氣體通道221之后流向與所述氣體通道221連通的氣孔222，再經(jīng)過氣孔222流入晶圓100下表面與所述支撐平臺220之間的區(qū)域，如圖中箭頭所示，所述氣體在所述晶圓100下表面與所述支撐平臺220之間形成氣墊300，而根據(jù)伯努利效應(yīng)(bernoullieffect)，流體速度加快時，物體與流體接觸的界面上的壓力會減小，反之壓力會增加，因此晶圓100上表面的氣體壓力大于下表面的氣力壓力，使得晶圓100懸浮于所述支撐平臺220上方，既不會遠(yuǎn)離支撐平臺220也不會與支撐平臺220相接觸，從而在外延硅生長過程中避免由于晶圓與基座相接觸而產(chǎn)生一些缺陷，例如位錯滑移、背部沉積或自摻雜等，從而提高外延硅的質(zhì)量，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的性能。

可以理解的是，本發(fā)明中提及的晶圓的上表面與下表面是晶圓的兩個相對表面，所述上表面是晶圓上用于形成半導(dǎo)體器件的表面，所述下表面是與基座接觸的表面。

所述若干個氣孔222分為兩部分，其中第一部分氣孔與所述氣體通道221直接連通，第二部分氣孔通過所述第一部分氣孔與所述氣體通道221連通。例如，若干個氣孔222在所述支撐平臺220上構(gòu)成多個類似圖形，每個所述圖形上的氣孔相連通，每個所述圖形上均有氣孔與所述氣體通道221直接連通。所述類似圖形可以為圓形、方形等任何規(guī)則圖形或不規(guī)則圖形。本實施例中，所述圖形為圓環(huán)，并且所述若干個氣孔222在所述支撐平臺220上構(gòu)成多個直徑各異的同心圓，每個圓環(huán)上的氣孔相連通，每個圓環(huán)上均有氣孔與所述氣體通道221連通。所述圓環(huán)的數(shù)量可以為2個、3個或更多，可以根據(jù)所述支撐平臺220上放置的晶圓100的尺寸及重量決定，在此不做限定。

在本實施例中，所述支撐平臺220內(nèi)設(shè)置有一個氣體通道221，所述氣體通道221連通多個圓環(huán)上經(jīng)過圓心的相互垂直的兩個方向上的氣孔，請參照圖4a～4c所示，圖4a為本發(fā)明實施例一所提供的伯努利基座的俯視圖，圖4b與4c為圖4a在aa’與cc’方向上的截面圖。在該圖中，所述支撐平臺220上的若干個氣孔222組成兩個同心圓環(huán)，所述氣體通道221連通aa’方向上與bb’方向上的氣孔，其余方向上的氣孔，例如cc’方向上的氣孔則通過在圓環(huán)上aa’與bb’方向的氣孔與所述氣體通道221相連通。

通過本發(fā)明所提供的伯努利基座，在進(jìn)行外延硅生長時，晶圓與基座不接觸，基座的熱量通過熱輻射的形式傳遞至晶圓，避免了熱量在傳遞過程中的集中，減少了熱應(yīng)力，從而放寬了因防止位錯滑移產(chǎn)生而不斷縮小的工藝條件范圍。并且，由于通過氣體通道與氣孔不斷向晶圓下表面通入凈化氣體，可以防止背部沉積，并且流動的氣體能夠帶走從晶圓下表面遷移出的摻雜離子，從而進(jìn)一步避免背部沉積。

請繼續(xù)參考圖3，所述伯努利基座還包括一腔室230，所述腔室230包圍所述支撐柱210、支撐平臺220以及位于所述支撐平臺220上方的晶圓100。所述腔室包括位于一側(cè)的第一進(jìn)氣口231以及位于另一側(cè)的出氣口232，所述第一進(jìn)氣口231用于通入反應(yīng)氣體，所述出氣口232用于排出廢氣。

【實施例二】

在實施例一的基礎(chǔ)上，所述若干個氣孔在所述支撐平臺上構(gòu)成兩個圓環(huán)，每個所述圓環(huán)內(nèi)的氣孔相連通，每個所述圓環(huán)內(nèi)均有氣孔與所述氣體通道直接連通。所述支撐平臺內(nèi)設(shè)置有兩個氣體通道，每一個氣體通道連通一個圓環(huán)上經(jīng)過圓心的某一方向上的氣孔，并且所述兩個圓環(huán)上被所述氣體通道連通的氣孔所在方向相互垂直，請參照圖5a～5c所示。

圖5a為本發(fā)明實施例二所提供的伯努利基座的俯視圖，圖5b～5c為圖5a在aa’方向與bb’方向上的截面圖。如圖5a～5c所示，所述若干個氣孔222在所述支撐平臺220上構(gòu)成兩個圓環(huán)，內(nèi)部圓環(huán)11與外部圓環(huán)12，所述支撐平臺220內(nèi)設(shè)置有兩個氣體通道，第一氣體通道221a與第二氣體通道221b。每個所述圓環(huán)內(nèi)的氣孔相連通，所述內(nèi)部圓環(huán)11在aa’方向上的氣孔與所述第一氣體通道221a相連通，所述外部圓環(huán)12在bb’方向上的氣孔與所述第二氣體通道221b相連通。

每個圓環(huán)都有相應(yīng)的氣體通道供應(yīng)氣體，因此可以分別控制每個圓環(huán)內(nèi)氣體的流量，從而保證晶圓在所述支撐平臺上方的穩(wěn)定性，不會由于不同氣孔氣體流量差異比較大而發(fā)生傾斜，從而保證外延硅沉積的精度。并且兩個圓環(huán)被兩個氣體通道連通的氣孔所在的方向相互垂直，即圖5a中aa’與bb’所在的方向，從而進(jìn)一步保證晶圓下表面氣體流量的均勻性。

需要說明的是，本實施例僅以兩個圓環(huán)及兩個氣體通道進(jìn)行舉例，并不對具體的圓環(huán)數(shù)量及氣體通道的數(shù)量進(jìn)行限制，氣體通道的數(shù)量越多，供應(yīng)的氣體越充足，需要根據(jù)實際工藝條件進(jìn)行確定。

【實施例三】

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述氣孔所在的方向與所述支撐平臺的上表面具有一角度。請參照圖6a與6b所示，所述氣孔222所在的方向與所述支撐平臺220的上表面具有一角度，所述氣孔222朝向所述支撐平臺220的邊緣，其角度具有一定的范圍，例如30度～60度。所述氣孔222的直徑也可以存在差異，例如到支撐平臺220中心的距離越遠(yuǎn)，所述氣孔222的直徑可以越大。具體的角度及直徑根據(jù)伯努利基座的實際需求及實際的工藝條件來確定，在此不做限定。在其他實施例中，所述氣孔222所在的方向與所述支撐平臺220的上表面所形成的角度以及所述氣孔222的直徑可以設(shè)置為可調(diào)節(jié)的，根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)其大小，從而可以應(yīng)用于不同尺寸的晶圓，增大伯努利基座的使用范圍。

【實施例四】

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述腔室230還包括第二進(jìn)氣口233，與所述第一進(jìn)氣口231位于同側(cè)，且位置低于所述支撐平臺220，如圖7所示。從氣體入口211通入的氣體進(jìn)入晶圓100的下表面與所述支撐平臺220之間，帶動從晶圓100遷移處的摻雜離子流動，在所述第二進(jìn)氣口233中通入凈化氣體，例如氫氣，根據(jù)文丘里效應(yīng)，在高速流動的氣體附近會產(chǎn)生低壓，從而產(chǎn)生吸附作用，因此，從所述第二進(jìn)氣口233進(jìn)入的氣體吸附摻雜離子，并帶動摻雜離子從出氣口232流出，如圖中箭頭所示，從而達(dá)到抑制自摻雜發(fā)生的效果。

綜上所述，本發(fā)明提供的伯努利基座，通過在支撐平臺內(nèi)設(shè)置氣體通道，在支撐平臺的上表面設(shè)置若干個氣孔，所述氣孔與所述氣體通道連通，然后在支撐柱內(nèi)設(shè)置氣體入口，用于向所述氣體通道內(nèi)通入氣體，從而使得氣體通過氣孔進(jìn)入晶圓下表面與伯努利基座之間，避免了晶圓與伯努利基座的直接接觸，從而避免在外延硅生長過程中由于晶圓與基座相接觸而產(chǎn)生的一些缺陷，提高外延硅的質(zhì)量，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的性能。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。