在EPI腔室中的基板熱控制的制作方法

本文所公開的實施方式一般地涉及用于半導體基板的熱處理的底座，并且尤其是，涉及具有于處理期間改善跨基板的熱均勻性的特征的底座。

背景技術：

對半導體基板進行處理以適用于廣泛多樣的應用，包含集成器件及微型器件的制造。一種處理基板的方法包含，于基板的上表面上沉積材料，例如介電材料或導電金屬。外延(epitaxy)為一種用于在處理腔室中的基板表面上生長薄的、超純的層的沉積工藝，所述層通常為硅或鍺。外延工藝能夠通過維持處理腔室內高度均勻的工藝條件，諸如溫度、壓力及流速產生上述品質的層。在基板上表面附近的區域中維持高度均勻的工藝條件對于產生高品質層而言是必要的。

通常在外延工藝中使用底座，以支撐基板及加熱基板至高度均勻的溫度。底座通常具有用以由下方繞基板邊緣支撐基板的淺盤或碟狀上表面，同時留下基板剩下的下表面及底座的上表面之間的小空隙。精確控制加熱源，例如設置于底座下方的多個加熱照射器允許在非常嚴格的公差(tolerance)范圍內加熱底座。接著，被加熱的底座可主要通過底座所發射的輻射來傳送熱至基板。

盡管在外延中精確控制加熱基板，跨基板上表面的溫度不均勻持續，經常使得基板上沉積的層的品質降低。已經觀察到靠近基板邊緣以及覆于更靠近基板中央的區域的非期望的溫度分布(profile)。因此，半導體處理中，存在對于經改良的用于支撐及加熱基板的底座的需要。

技術實現要素：

在一個實施方式中，提供用于熱處理腔室的底座。該底座包含基座，該基座具有前側及后側，該后側相對于該前側且由熱傳導材料制成，其中該基座包含周邊區域，該周邊區域圍繞凹陷區，該凹陷區的厚度小于該周邊區域的厚度；以及多個突起特征結構，該多個突起特征結構由該前側及該后側中的一者或兩者突出。

在另一實施方式中，提供用于熱處理腔室的底座。該底座包含基座，該基座由熱傳導材料制成且具有前側及相對于該前側的后側。該基座進一步包含周邊區域，該周邊區域圍繞凹陷區，該凹陷區厚度小于該周邊區域的厚度；以及多個突起特征結構，該多個突起特征結構由該前側及該后側中的一者或兩者突出。該底座也包含環，該環由熱傳導材料制成，其中該周邊區域具有插入區域，用以接收該環。

在另一實施方式中，提供用于熱處理腔室的底座。該底座包含基座，該基座具有前側及后側，該后側相對于該前側且由熱傳導材料制成。該基座包含周邊區域，該周邊區域圍繞凹陷區，該凹陷區厚度小于該周邊區域的厚度。該底座也包含環，該環由熱傳導材料制成且具有傾斜表面，在該環的內圓周上形成該傾斜表面以便于將該環上的基板置中，其中該周邊區域具有插入區域，用以接收該環。

附圖說明

以上簡要概述的上述公開的實施方式的詳述特征可以被詳細理解的方式、以及更具體的描述，可通過參照以下的實施方式來獲得，實施方式中的一些實施方式繪示于附圖中。然而，應當注意，附圖僅繪示出典型的實施方式，因而不應視為對本公開范圍的限制，從而排除其它等同有效的實施方式。

圖1根據一個實施方式圖示處理腔室的示意性截面圖。

圖2A為根據一個實施方式的可使用于圖1的處理腔室中的底座的透視圖。

圖2B為圖2A的底座的俯視圖。

圖2C為圖2B的底座的局部截面圖。

圖3A及圖3B為根據另一實施方式的底座的等距圖。

圖4A為示出底座及圓形屏蔽件的一個實施方式的俯視截面圖。

圖4B示出底座及圓形屏蔽件的另一實施方式。

圖5為底座的另一實施方式背側的平面圖。

圖6A至圖6C為底座的另一實施方式的多個圖。

圖7為底座的另一實施方式的側截面圖。

為了便于理解，盡可能使用了相同數字符號，以標示附圖中共通的相同元件。考慮到，一個實施方式中所公開的元件在沒有特定描述的情況下可有益地運用于其它實施方式中。

具體實施方式

所公開的實施方式一般地涉及用于半導體基板的熱處理的底座。所公開的實施方式可通過在處理期間降低底座及基板之間的接觸表面面積改善跨基板表面的熱均勻性。減少底座及基板之間接觸表面面積，這降低在處理期間通過傳導由底座傳送至基板的熱的總量。以下描述可降低基板及底座之間的接觸表面面積的一些結構的實施方式。

圖1為根據一個實施方式的處理腔室100的示意性截面圖。底座106位于處理腔室100內介于上圓頂128及下圓頂114之間。可使用處理腔室100，以處理一個或更多個基板，包含于基板108的上表面上的材料沉積。處理腔室100可包含用于加熱的輻射加熱照射器102的陣列，在其它一些部件之中，底座106的背側104設置于處理腔室100內。在一些實施方式中，可設置輻射加熱照射器的陣列覆蓋于上圓頂128。

上圓頂128、下圓頂114、及設置于上圓頂128及下圓頂114之間的基座環136大體界定出處理腔室100的內區域。可將基板108(未按比例繪制)帶入處理腔室100且經由裝載口103放置于底座106上。示出底座106由中央軸件132支撐于升高的處理位置處。然而，可由致動器(未圖示)垂直地來回移動(traverse)底座106至處理位置下方的裝載位置。在一個實施方式中，降低中央軸件132上的底座106，這使得升降銷105能夠接觸下圓頂114。穿過底座106中的孔的升降銷105由底座106升高基板108。接著，機械手(未圖示)可進入處理腔室100以接合并經由裝載口103自處理腔室100移除基板108。接著可以以裝置側116面向上致動底座106往上至處理位置以放置基板108于底座106的前側110上。可由基板支撐件190支撐底座106。基板支撐件190包含至少三個支撐臂192(僅示出兩個)。

在位于處理位置時，底座106將處理腔室100的內體積分割成基板上方的工藝氣體區域156及底座106下方的凈化氣體區域158。底座106在處理期間可由中央軸件132旋轉。可使用該旋轉以最小化處理腔室100內的熱異常效應及工藝氣體流動的空間異常效應，且因而促進基板108的均勻處理。底座106由中央軸件132所支撐，中央軸件132如上述在裝載及卸載期間將基板108于往上及往下的方向134移動。在一些實施方式中，在處理基板108期間可于往上及往下方向移動底座106。

底座106可由碳化硅或涂碳化硅的石墨形成，以吸收來自照射器102的輻射能量且傳導該輻射能量至基板108。一般而言，上圓頂128的中央窗部部分及下圓頂114的底部由光學透明的材料形成，諸如石英。在相關于圖2A的下文更詳細討論時，上圓頂128的厚度及曲度可根據本公開內容構造，用以為處理腔室中更平坦的幾何形狀提供統一的流動均勻性。

照射器102可經構造以包含燈泡141且被構造成陣列。可使用照射器102以加熱基板108至約200攝氏度至約1600攝氏度的范圍內的溫度。光學高溫計118可用于對基板108的溫度測量/控制。各照射器102耦接至功率分布板(未圖示)，功率經由該功率分布板供應至各照射器102。照射器102可被包含于照射器頭145內。在處理期間或處理之后，可通過例如導入位于照射器102之間的通道149的冷卻流體來冷卻照射器頭145。照射器頭145可傳導地及輻射地冷卻下圓頂104，部分歸因于照射器頭145至下圓頂104靠近的接近度。照射器頭145也可冷卻照射器壁及繞照射器的反射器107壁。可替代地，下圓頂104可以對流方式冷卻。依應用而定，照射器102可以與或不與下圓頂114接觸。

經由形成于基座環136的側壁中的工藝氣體入口174，將工藝氣體供應來源172所供應的工藝氣體導入處理氣體區域156。工藝氣體入口174經構造以在大體徑向向內的方向引導工藝氣體。在薄膜形成工藝期間，底座106可位于處理位置中，該處理位置相鄰于工藝氣體入口174且與工藝氣體入口174處于約相同升高位置。該位置允許工藝氣體以層流方式沿著流動路徑173流動跨過基板108的上表面。工藝氣體(沿著流動路徑175)經由氣體出口178離開工藝氣體區域156，氣體出口178位于處理腔室100的側面上且相對于工藝氣體入口174。可由耦接至氣體出口178的真空泵180來促進經由氣體出口178工藝氣體的去除。在處理期間，可以通過基板108的旋轉提供徑向沉積均勻性。可以特定、最佳的期望方式繞中央軸件132設置照射器102相鄰于下圓頂114且位于下圓頂114的下方，以在工藝氣體通過時獨立地控制基板108的多個區域處的溫度，因而便于在基板108的上表面上沉積材料。雖然未于此詳細討論，但所沉積材料可包含砷化鎵、氮化鎵或氮化鋁鎵。

可以可選地圍繞底座106設置環形屏蔽件167或預先加熱環。底座106也可由襯墊組件163圍繞。屏蔽件167防止或最小化由照射器102至基板108的裝置側116的熱/光干擾的漏損，同時為工藝氣體提供預先加熱區域。襯墊組件163屏蔽處理區域(即，工藝氣體區域156及凈化氣體區域158)而阻隔處理腔室100的金屬壁。金屬壁可與前驅物反應并且引起處理體積中的污染。屏蔽件167和/或襯墊組件163可由以下材料制成：CVD SiC、涂SiC的燒結石墨、長成的SiC、不透明石英、涂覆石英、或對工藝及凈化氣體的化學分解有抵抗的任何相似的、合適的材料。

可選地可放置反射器122于上圓頂128外部，以反射輻射離開基板108的紅外光回到基板108上。可使用夾環130將反射器122固定至上圓頂128。反射器122可由金屬制成，例如鋁或不銹鋼。可通過采用高反射性涂料涂覆反射區來提高反射器的效率。反射器122可具有一個或更多個通道126，用以連接至冷卻來源(未圖示)。通道126連接至形成于反射器122的側面上的通路(未圖示)。該通路被構造以載送諸如水之類的流體的流動，且可沿著反射器122的側面以覆蓋反射器122的部分或整個表面的任何期望圖案水平地運載(run)，以冷卻反射器122。

根據一個實施方式，圖2A為可如圖1所示的底座106那樣使用的底座200的透視圖。圖2B為圖2A的底座200的俯視圖，且圖2C為圖2B的底座200的部分截面圖。

底座200包含基座205及安置于基座205上的環210。升降銷孔215也在基座中形成。基座205及環210可由相似或不同的材料制成。該材料包含沉積SiC、涂SiC的燒結石墨、長成的SiC、不透明石英、涂覆石英、或對工藝及凈化氣體的化學分解有抵抗的任何相似的、合適的材料。環210也包含可用以支撐基板(未圖示)邊緣的傾斜表面230。基座205包含圍繞凹陷區212的周邊區域208。如圖2C中所示，周邊區域208的厚度大于凹陷區212的厚度。

在操作中，與基板接觸僅產生于環210的一些部分與基座205之間，這提供環210與基座205之間最小的熱傳導。環210降低基板及底座200的基座205之間的接觸表面面積，而降低由底座200進入基板邊緣的熱傳導。也可在基座205及環210之間形成間隙220以最小化基座205及環210之間的接觸。若環210為與基座205不同的材料，也可使用間隙220以補償不同材料之間的熱膨脹差異。可于環210的內圓周上形成傾斜表面230，以便于將基板置中。此外，可在環210與基座205之間提供可選的間隙240(在圖2C中展示)。可選地或附加地，基座205可具有形成于基座205中的通風孔235(圖2C中僅示出一個)。基座205也可包含階梯形區域245。階梯形區域245可包含傾斜表面250及肩部區域255中的一者或兩者。階梯形區域245于周邊區域208的表面260及凹陷區212之間轉換。環210也可包含階梯形區域265。階梯形區域265可包含沿周邊邊緣區域272的凹陷表面270，周邊邊緣區域272轉換至內環區域275。周邊邊緣區域272的厚度小于內環區域275的厚度。環210也包含與基座205的周邊區域208的表面260實質共面的表面280。

圖3A和圖3B為根據另一實施方式的底座300的等距圖。圖3A示出基座305的前側312(基板接收側)，而圖3B示出基座305的背側314。可如圖1中所示的底座106那樣使用底座300。底座300包含基座305及在基座305之中央區的凹陷區308。基座305可由沉積SiC、涂SiC的燒結石墨、長成的SiC、不透明石英、涂覆石英、或對工藝及凈化氣體的化學分解有抵抗的任何相似的、合適的材料制成。

前側312可包含多個突起特征結構，示出為由基座305延伸的徑向定向的突出物310，突出物310可為肋條。突出物310的上表面為基板(未圖示)提供支撐表面，使得該基板被放置而與凹陷留出突出物310的厚度的間隔。突出物310減小基板與底座300之間的接觸表面面積。突出物310可增加用于熱損耗(輻射)的表面面積，且可降低由底座300進入基板邊緣的熱傳導。

示出于圖3B中的基座305的背側可包含突起部分315，突起部分315可為散熱片(fins)。突起部分315可為弧形、突起結構，并且被同心地放置于基座305上。在一個實施方式中，突起部分315包括同心弧形段。突起部分315增加基座305的表面面積，這樣可用來增加至基座305的熱能量的吸收。可在基座305的背側中形成支撐界面結構320，支撐界面結構320與圖1中所示的基板支撐件190的支撐臂192接合(interface)。可選地或附加地，可修飾基座305的表面，例如，周邊表面325及突起部分315內部的中央表面330，以改變熱能量的吸收。例如，可個別地粗糙化或平滑化表面325及330，用以增加表面面積或減少表面面積。在一個實施方式中，可粗糙化中央表面330至一程度，該程度高于周邊表面325的粗糙度，以增加相對于基座305邊緣的基座305中央的熱能量吸收。

圖3C示出底座300的背側314的另一實施方式。在該實施方式中，背側314包含由基座305的表面330延伸的徑向散熱片335。表面325、330粗糙化也可增加來自置于底座300上的基板(未圖示)的熱傳導。

圖4A為示出底座400A及設置于基座環136內的圓形屏蔽件167A的一個實施方式的俯視平面圖。底座400A可與圖3A及圖3B中所示的底座300相似，但是也可使用其它底座，例如于圖2A至圖2C中所示的底座200。底座400A包含直徑405，可以稍微大于基板(未圖示)的直徑來定直徑415的大小。圓形屏蔽件167A可包含稍微大于直徑405的寬度410。

圖4B為示出底座400B及設置于基座環136內的圓形屏蔽件167B的另一實施方式的俯視平面圖。底座400B可與圖3A及圖3B中所示的底座300相似，但是也可使用其它底座，例如于圖2A至圖2C所示中的底座200。在該實施方式中，底座400B表面面積大于圖4A中所示的底座400A的表面面積。底座400B包含直徑415，可以稍微大于基板(未圖示)的直徑來定直徑415的大小。然而，直徑415大于圖4A的底座400A的直徑405。圓形屏蔽件167B可包含稍微大于直徑415的寬度420。然而，寬度420小于圖4A的圓形屏蔽件167A的寬度410。底座400B提供更多表面面積，更多表面面積可經由傳導增加熱損耗，因而降低置于底座400B上的基板(未圖示)邊緣處的溫度。

圖5為底座500的另一實施方式的背側314的平面圖。可如圖1中所示的底座106那樣使用底座500。底座500可由沉積SiC、涂SiC的燒結石墨、長成的SiC、不透明石英、涂覆石英、或對工藝及凈化氣體的化學分解有抵抗的任何相似的、合適的材料制成。根據該實施方式，在底座500中形成多個弧形通道505。弧形通道505可包含形成于底座500的表面515中的凹陷(depression)510，這樣最小化底座500邊緣處的質量。弧形通道505可改善底座500邊緣處的熱損耗。如所示，可在底座500的背側314中形成弧形通道505。可替代地，可在底座500的前側中形成弧形通道505(即，面對或接觸基板的底座(未圖示)的側面)。

圖6A至圖6C為底座600的前側的另一實施方式的多個圖。底座600包含基座615及與基座615接合的環605。基座615也包含多個孔610。基座615及環605可由相似或不同的材料制成，例如沉積SiC、涂SiC的燒結石墨、長成的SiC、不透明石英、涂覆石英、或對工藝及凈化氣體的化學分解有抵抗的任何相似的、合適的材料。孔610的數量可為約3及約120之間，且可在基座615上均勻地間隔。環605可包含被構造以支撐基板(未圖示)的內周邊唇部620。環605也可包含與基座615的插入區域630接合的外周邊邊緣625。基座615包含圍繞凹陷區640的周邊區域635。如圖6C中所示，周邊區域635的厚度大于凹陷區640的厚度。

可將孔610用于通氣，這樣可以降低在快速壓力斜線下降期間由“氣穴(air pocket)”效應所引發的基板(未圖示)滑動。當在底座600上處理基板時，孔610在基座615的背側314上暴露于處理環境下而未遭遇工藝氣體，這樣防止了基板背側上的沉積。如所示，孔610可垂直于基座615的表面，或相對于基座615的表面成一角度。環605通過將基板放置于遠離基座615的較高質量面積處(于周邊區域635處)來減小基板的邊緣溫度梯度。基座615可具有如圖6C中所示的階梯形區域645以降低環605的不對齊。階梯形區域645可包含插入區域630、形成角度的表面650、及平坦表面655中一者或組合。可設置平坦表面655于一平面，該平面實質垂直于凹陷區640的平面。環605也可包含階梯形區域670。階梯形區域670可包含內周邊唇部620及壁675，壁675連接外延伸肩部680與內周邊唇部620。壁675的平面可實質垂直于向外延伸的肩部680的平面。可替換地，壁675可相對于向外延伸的肩部680平面成一角度。

圖7為底座700的另一實施方式的側截圖。可如圖1中所示的底座106那樣使用底座700。底座700包含基座705，基座705由沉積SiC、涂SiC的燒結石墨、長成的SiC、不透明石英、涂覆石英、或對工藝及凈化氣體的化學分解有抵抗的任何相似的、合適的材料制成。基座705也包含形成于基座705中的溝槽710以提供熱中斷。例如，在處理期間，基座705包含相鄰于基座705中央的熱區域715。熱區域715在冷區域720的周邊區域725處被相對的冷區域720圍繞。相對冷的部分包含更大質量的周邊區域725，這可能無法促進由中央至邊緣的平衡的熱傳輸。這樣可促使基板108上的接觸點730相對于基板108中央更熱。由于相對于中央增加的溫度，接觸點730可促使相較于基板108中央更厚的薄膜沉積。溝槽710可部分地隔絕由熱區域715至冷區域720的熱傳輸。這樣可降低接觸點730處的溫度且促使基板108上更均勻的沉積。溝槽710可為連續的或被構造為圖5的弧形通道505。

雖然前述示例性底座的實施方式使用將用于半導體“晶片”的圓形幾何形狀做出描述，，但所公開的實施方式可經調適以符合不同的幾何形狀。

盡管前述是典型的實施方式，但在不脫離本公開內容的范圍的前提下，可設計其它的及進一步的實施方式，且本公開內容的范圍由隨附的權利要求書決定。