專(zhuān)利名稱(chēng):半導(dǎo)體晶圓片用的豎直支架的制作方法
技術(shù)背景諸如集成電路(IC)一類(lèi)半導(dǎo)體器件的制造通常需要在有反應(yīng)氣體的情況下，熱處理硅晶園片。在該工藝處理期間，由于器件常含有對(duì)工藝處理環(huán)境微小變化敏感的尺寸小于1μm的電路元件，所以必須仔細(xì)地控制器件暴露在其中的溫度和氣體濃度。
半導(dǎo)體制造工業(yè)通常或以水平或以豎直載體對(duì)晶園片進(jìn)行工藝處理。通常稱(chēng)為“舟”的水平載體具有三個(gè)或四個(gè)水平放置的設(shè)計(jì)成半圓形的棒條，而在每一棒條中以有規(guī)則的間距設(shè)置有面向內(nèi)的凹槽。每一組凹槽限定攜帶豎直放置的晶園片用的豎直空間。
通常被稱(chēng)為“豎直支架”的豎直載體具有三個(gè)或四個(gè)豎直放置的設(shè)計(jì)成半圓形的柱桿，而在每根柱桿中以有規(guī)則的間距設(shè)置有狹槽，以限定攜帶水平放置的晶園片用空間。傳統(tǒng)的豎直支架如
圖1所示。該支架典型地具有頂盤(pán)、底盤(pán)和三個(gè)或四個(gè)用于把頂盤(pán)固定到底盤(pán)上的柱桿。每個(gè)狹槽之間被稱(chēng)為“牙齒”的柱桿部分是等距離隔開(kāi)的以便支撐從底盤(pán)開(kāi)始以有規(guī)則的間距并與底盤(pán)平行的晶園片。然后，將整個(gè)支架放置在工藝處理晶園片用的豎直爐內(nèi)。由于在豎直支架上處理的晶園片在在其表面上經(jīng)受較小的溫度梯度，故半導(dǎo)體制造商正日益轉(zhuǎn)向豎直爐。然而，豎直爐也有缺點(diǎn)。正如圖1現(xiàn)有技術(shù)中所示，位于傳統(tǒng)豎直支架上的晶園片僅在其外部邊緣受到支撐。照此，擱在這些牙齒上的晶園片區(qū)域承受比晶園片的其余部分更高的應(yīng)力。當(dāng)爐中的溫度超過(guò)大約1000℃時(shí)，這些應(yīng)力常常變得很大，而且響應(yīng)于那種應(yīng)力，單晶園片的部分沿著結(jié)晶板(crystallographicplate)彼此發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。這種被稱(chēng)為“滑移”的現(xiàn)象明顯地破壞位于晶園片上發(fā)生滑移區(qū)域中半導(dǎo)體器件的價(jià)值。
美國(guó)專(zhuān)利第5,492,229號(hào)揭示了具有近中心支撐的豎直支架設(shè)計(jì)。然而，該設(shè)計(jì)的第一實(shí)施例必須或者通過(guò)加入石英成分(它們對(duì)高溫敏感)或者運(yùn)用水注形成內(nèi)部縫隙(這不方便)來(lái)進(jìn)行。該設(shè)計(jì)的第二實(shí)施例，可通過(guò)只運(yùn)用較方便的鉆石鋸來(lái)進(jìn)行，但要求彎曲的豎直支撐物，它們投射巨大的陰影于晶園片上。
因此，需要一種豎直支架設(shè)計(jì)，它減輕滑移、抗高溫、能夠用鉆石鋸進(jìn)行制作、且不將巨大的陰影投射在晶園片上。
同樣根據(jù)本發(fā)明，提供一種豎直支架，用于支撐多個(gè)彼此隔開(kāi)的基本上水平且平行的半導(dǎo)體晶園片，所述豎直支架包括a)豎直支撐裝置，它包括i)至少一根豎直柱桿，每根柱桿具有上端和下端，ii)頂盤(pán)，和iii)底盤(pán)，將至少一根柱桿的上端固定在頂盤(pán)上，而將至少一根柱桿的下端固定在底盤(pán)上，以及b)多個(gè)豎直隔開(kāi)的晶園片支撐裝置，它們基本上水平地從豎直支撐裝置延伸出來(lái)以限定多個(gè)支撐所述晶園片用的支撐層，其中，晶園片支撐裝置是諸突出部分，它們水平地突出以便從晶園片邊緣起與晶園片連續(xù)接觸，俾使每個(gè)支撐中的至少一個(gè)臂和其支撐的晶園片之間最深的接觸是處在晶園片半徑的20％和80％(從晶園片的邊緣算起)之間的區(qū)域。
在一些實(shí)施例，將每根柱桿固定在底盤(pán)的周邊附近，并具有多個(gè)突出部分，它們從底盤(pán)等距離隔開(kāi)以限定多個(gè)水平支撐晶園片用的支撐層，其中，在每個(gè)支撐層中的至少一個(gè)突出部分和其所支撐晶園片之間最深的接觸是處在晶園片半徑的20％和80％(從晶園片的邊緣算起)之間的區(qū)域。
在第一較佳實(shí)施例中(如圖2所示)，每個(gè)突出部分由一端接在晶園片平臺(tái)中的臂構(gòu)成，而晶園片則僅由該晶園片平臺(tái)加以支撐。在每個(gè)晶園片平臺(tái)和其所支撐的晶園片之間最深的接觸是處在晶園片半徑的20％和80％(從晶園片之邊緣算起)之間的區(qū)域。較佳的是，該臂連續(xù)向上地傾斜突出，而晶園片平臺(tái)則是水平的。更可取的是，諸突出部分如此取向，俾使柱桿將陰影投射在不大于30％的晶園片上，最好是不大于10％的晶園片上。
在第二較佳實(shí)施例中(如圖3所示)，每個(gè)突出部分由水平突出的臂構(gòu)成，后者從晶園片邊緣起連續(xù)地與晶園片接觸，俾使臂和晶園片之間最深的接觸是處在晶園片半徑的20％和80％(從晶園片的邊緣算起)之間的區(qū)域。較佳的是，諸突出部分如此取向，俾使柱桿將陰影投射在不大于30％的晶園片上，最好是不大于10％的晶園片上。
圖2是本發(fā)明的豎直支架的俯視圖和側(cè)視圖，所述豎直支架具有由端接在晶園片平臺(tái)中的臂構(gòu)成的突出部分。
圖3是本發(fā)明具有水平臂的豎直支架的俯視圖和側(cè)視圖。
圖4示出由圖2和3的柱桿投射在典型晶園片上的陰影。
發(fā)明的詳細(xì)描述今參照?qǐng)D2，提供工藝處理半導(dǎo)體晶園片W用的豎直支架1，它包括a)頂盤(pán)2，b)底盤(pán)3，和c)多個(gè)豎直柱桿4，將每根柱桿的上端5固定在頂盤(pán)2的周邊附近，而將每根柱桿的下端6固定在底盤(pán)3的周邊附近，每根柱桿具有多個(gè)突出部分7，它們從底盤(pán)3開(kāi)始等距離隔開(kāi)以限定多個(gè)水平支撐晶園片W用的支撐層，其中，每個(gè)突出部分7由端接在晶園片平臺(tái)9中的臂8構(gòu)成，俾使晶園片平臺(tái)和晶園片之間最深的接觸是處在晶園片半徑的20％和80％(從晶園片的邊緣算起)之間的區(qū)域。
如圖2所示設(shè)計(jì)的初試表明，它解決了滑移問(wèn)題。不想要和理論相聯(lián)系，但相信對(duì)晶園片僅提供周邊的邊緣-支撐(如圖1)引起導(dǎo)致滑移的顯著應(yīng)力。本發(fā)明(如圖2所示)通過(guò)更靠近晶園片中心提供支撐來(lái)減輕應(yīng)力。
第一實(shí)施例的連續(xù)傾斜一般是在離水平大約0.5和大約10度之間。一般將本實(shí)施例的晶園片平臺(tái)如此定位來(lái)與晶園片接觸，俾使至少三個(gè)晶園片平臺(tái)中的至少一個(gè)平臺(tái)(最好是每個(gè)平臺(tái))和其所支撐晶園片之間最深的接觸是處在晶園片半徑的20％和80％(從晶園片的邊緣算起)之間的區(qū)域，最好是處在晶園片半徑的33％和66％之間。在一個(gè)支撐層上諸晶園片平臺(tái)總的表面積是典型地處在晶園片表面積的大約0.02％和大約1％之間。
今參照?qǐng)D3，提供工藝處理半導(dǎo)體晶園片用的豎直支架11，它包括a)頂盤(pán)12，b)底盤(pán)13，和c)多個(gè)豎直柱桿14，將每根柱桿的上端15固定在頂盤(pán)12的周邊附近，而將每根柱桿的下端16固定在底盤(pán)13的周邊附近，每根柱桿具有多個(gè)突出部分17，它們從底盤(pán)13開(kāi)始等距離隔開(kāi)以限定多個(gè)水平支撐晶園片W用的支撐層，其中，每個(gè)突出部分17由一水平突出的臂構(gòu)成，后者從晶園片邊緣起與晶園片連續(xù)接觸，俾使臂與晶園片之間最深的接觸是處在晶園片半徑的20％和80％(從晶園片的邊緣算起)之間的區(qū)域。
圖3所示本發(fā)明的實(shí)施例與圖2所示的不同之處在于，它的臂是水平的。由于水平臂要求比傾斜臂更小的垂直空間，所以在具有這種設(shè)計(jì)的支架中可以比具有傾斜臂的類(lèi)似高的支架處理更多的晶園片。此外，由于該支架不需要分開(kāi)的機(jī)械加工步驟來(lái)制造傾斜臂實(shí)施例的晶園片平臺(tái)，所示這種支架更易于建造。
在第二實(shí)施例中，至少三個(gè)臂中的至少一個(gè)臂(最好是每個(gè)臂)和其所支撐晶園片之間最深的接觸是處在晶園片半徑的大約20％和80％之間的區(qū)域，最好是處在晶園片半徑的33％和66％之間。此外，在一個(gè)支撐層上諸臂和其所支撐的晶園片之間總的接觸面積典型地是處在晶園片表面積的大約1％和大約5％之間。
為使滑移-感生的應(yīng)力減至最小，其上擱有晶園片的諸突出部分的表面(也即，或者晶園片平臺(tái)或者水平臂)應(yīng)是共面而且平滑的。例如，在支撐層上諸突出部分的表面應(yīng)如在ASME國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Y14.5M-1994的第6.5.6節(jié)所限定那樣，共面至大約0.05mm以?xún)?nèi)。每個(gè)表面的粗糙度(Ra)，應(yīng)如在ANSI/ASME國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)B46.1-1985的第3.9.1節(jié)所限定那樣，在大約1μm以?xún)?nèi)。
典型地，從豎直支架的柱桿伸出突出部分的長(zhǎng)度(通過(guò)測(cè)量突出部分末端和柱桿之間的最小距離得出，如圖3中的“A”所示)通常取決于要處理的晶園片的尺寸。例如，當(dāng)要處理的晶園片具有150mm直徑時(shí)，突出部分一般伸出至少17mm，通常在大約22mm和大約42mm之間，最好是大約29mm。當(dāng)要處理的晶園片具有200mm直徑時(shí)，突出部分一般伸出至少24mm，通常在大約32mm和大約52mm之間，最好是大約38mm。當(dāng)要處理的晶園片具有300mm直徑時(shí)，突出部分一般伸出至32mm，通常在大約42mm和大約72mm之間，最好是大約56mm。
可用在半導(dǎo)體工藝處理用豎直支架的高溫產(chǎn)品中普通用到的任何材料來(lái)制作本發(fā)明的豎直支架，最好是重結(jié)晶的碳化硅。支架材料也可以是覆蓋有諸如碳化硅、氮化硅或鉆石一類(lèi)耐火材料的CVD涂層。較佳的是，支架由CRYSTAR，即從Norton Company of Worcester，MA獲得的重結(jié)晶碳化硅構(gòu)成。
已發(fā)現(xiàn)，豎直支架的柱桿一般使晶園片在柱桿以?xún)?nèi)或附近的部分對(duì)輻射熱和/或反應(yīng)氣體(它們從豎直爐的周邊進(jìn)入)產(chǎn)生屏蔽或“陰影”效應(yīng)。因此，在晶園片的“陰影”部分和其余部分之間產(chǎn)生溫度和/或氣體濃度的顯著變化。這些變化引起滑移-感生的應(yīng)力。所以，在一些實(shí)施例中，將突出部分，徑向地取向，俾使柱桿陰影投射在不大于30％的晶園片上，最好是不大于10％的晶園片上。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，通過(guò)確定反應(yīng)氣體和/或熱量在不被柱桿阻礙的通道中從柱桿周邊可直接徑向地行進(jìn)到達(dá)晶園片表面的百分比，來(lái)計(jì)算陰影百分比。圖4B的陰影部分表示由圖2a和3a的柱桿投射在晶園片上的陰影。
權(quán)利要求
1.一種支撐多個(gè)彼此隔開(kāi)的、基本上水平且平行的半導(dǎo)體晶園片用的豎直支架，其特征在于，所述豎直支架包括a)豎直支撐裝置，它包括i)至少一根豎直柱桿，每根柱桿具有上端和下端，ii)頂盤(pán)，和iii)底盤(pán)，將至少一根所述柱桿的所述上端固定在頂盤(pán)上，而將至少一根所述柱桿的所述下端固定在所述底盤(pán)上，以及b)多個(gè)豎直隔開(kāi)的晶園片支撐裝置，它們從所述豎直支撐裝置延伸出來(lái)以限定多個(gè)支撐所述晶園片用的支撐層，其中，所述晶園片支撐裝置是諸突出部分，每個(gè)所述突出部分由端接在晶園片平臺(tái)中的臂構(gòu)成，俾使每個(gè)所述支撐層中的至少一個(gè)所述晶園片平臺(tái)和其所支撐晶園片之間最深的接觸處在晶園片半徑的20％和80％(從所述晶園片的邊緣算起)之間的區(qū)域，和其中所述諸臂則連續(xù)向上地傾斜突出，并端接在晶園片平臺(tái)中。
2.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，每個(gè)所述支撐層中的至少三個(gè)所述晶園片平臺(tái)的每個(gè)平臺(tái)和其所支撐晶園片之間所述最深的接觸是處在所述晶園片半徑的20％和80％(從所述晶園片的所述邊緣算起)之間的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，每個(gè)所述支撐層中的至少一個(gè)所述晶園片平臺(tái)和其所支撐的晶園片之間所述最深的接觸是處在所述晶園片半徑的33％和66％(從所述晶園片的所述邊緣算起)之間的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，每個(gè)所述支撐層中的至少三個(gè)所述晶園片平臺(tái)的每個(gè)平臺(tái)和其所支撐的晶園片之間所述最深的接觸是處在所述晶園片半徑的33％和66％(從所述晶園片的所述邊緣算起)之間的區(qū)域。
5.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，所述晶園片平臺(tái)是水平的。
6.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，所述柱桿具有使其陰影投射在不大于30％的所述晶園片上的結(jié)構(gòu)，其中所述的陰影百分比通過(guò)確定反應(yīng)氣體和/或熱量在不被所述柱桿阻礙的通道中從所述柱桿周邊可直接徑向地行進(jìn)到達(dá)所述晶園片表面的百分比加以計(jì)算。
7.如權(quán)利要求
6所述的支架，其特征在于，所述諸柱桿投射陰影于不大于10％的所述晶園片上。
8.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，至少所述臂的一部分具有大約1μm的粗糙度(Ra)。
9.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，所述晶園片支撐裝置具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)所述支撐層的所述諸晶園片平臺(tái)共面至大約0.05mm以?xún)?nèi)。
10.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，所述支撐層的所述諸晶園片平臺(tái)和其所支撐的晶園片之間總的接觸面積是處在所述晶園片表面積的大約0.02％和大約1％之間。
11.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，它由再結(jié)晶的碳化硅構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求
1所述的支架，其特征在于，它具有CVD碳化硅的外部覆蓋層。
13.一種支撐多個(gè)彼此隔開(kāi)的基本上水平且平行用的半導(dǎo)體晶園片的豎直支架，其特征在于，所述豎直支架包括a)豎直支撐裝置，它包括i)至少一根豎直柱桿，每根柱桿具有上端和下端，ii)頂盤(pán)，和iii)底盤(pán)，將至少一根所述柱桿的所述上端固定在所述頂盤(pán)上，而將至少一根所述柱桿的所述下端固定在所述底盤(pán)上，以及b)多個(gè)豎直隔開(kāi)的晶園片支撐裝置，它們基本上水平地從所述豎直支撐裝置延伸出來(lái)以限定多個(gè)支撐所述晶園片用的支撐層，其中，所述晶園片支撐裝置是諸突出部分，它們水平地突出以便從所述晶園片邊緣起與晶園片連續(xù)接觸，俾使每個(gè)支撐層中的至少一個(gè)所述臂和其所支撐的晶園片之間最深的接觸是處在所述晶園片半徑的20％和80％(從所述晶園片的邊緣算起)之間的區(qū)域。
14.如權(quán)利要求
13所述的支架，其特征在于，每個(gè)所述支撐層中的至少三個(gè)所述臂的每個(gè)臂和其所支撐晶園片之間所述最深的接觸是處在所述晶園片半徑的20％和80％(從所述晶園片的所述邊緣算起)之間的區(qū)域。
15.如權(quán)利要求
13所述的支架，其特征在于，每個(gè)所述支撐層中的至少一個(gè)所述臂和其所支撐晶園片之間所述最深的接觸是處在所述晶園片半徑的33％和66％(從所述晶園片的所述邊緣算起)之間的區(qū)域。
16.如權(quán)利要求
13所述的支架，其特征在于，每個(gè)所述支撐層中的至少三個(gè)所述臂的每個(gè)臂和其所支撐晶園片之間所述最深的接觸是處在所述晶園片半徑的33％和66％(從所述晶園片的所述邊緣算起)之間的區(qū)域。
17.如權(quán)利要求
13所述的支架，其特征在于，所述柱桿具有使其陰影投射在不大于30％的所述晶園片上的結(jié)構(gòu)，其中所述的陰影百分比，通過(guò)確定反應(yīng)氣體和/或熱量在不被所述柱桿阻礙的通道中從所述柱桿周邊可直接徑向地行進(jìn)到達(dá)所述晶園片表面的百分比加以計(jì)算。
18.如權(quán)利要求
17所述的支架，其特征在于，所述柱桿具有使其陰影投射在不大于10％的所述晶園片上的結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求
13所述的支架，其特征在于，至少所述臂的一部分具有大約1μm的粗糙度(Ra)。
20.如權(quán)利要求
13所述支架，其特征在于，所述晶園片支撐裝置具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述支撐層的所述諸臂共面至大約0.05mm以?xún)?nèi)。
21.如權(quán)利要求
13所述的支架，其特征在于，它由重結(jié)晶的碳化硅構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求
13所述的支架，其特征在于，它具有CVD碳化硅的外部覆蓋層。
23.如權(quán)利要求
13所述的支架，其特征在于，所述支撐層上的所述諸臂和其所支撐晶園片之間總的接觸面積是處在所述晶園片表面積的大約1％和大約5％之間。
24.工藝處理包括以下步驟a)將多個(gè)所述晶園片放置在權(quán)利要求
1所述豎直支架的所述突出部分上，和b)在大約1000℃以上的溫度下處理所述的晶園片。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明涉及用于支撐多個(gè)彼此隔開(kāi)的、基本上水平且平行的半導(dǎo)體晶圓片用的豎直支架，所述豎直支架包括a)豎直支撐裝置，和b)多個(gè)豎直隔開(kāi)的水平支撐裝置，它們基本上水平地從豎直支撐裝置延伸出來(lái)以限定多個(gè)支撐晶圓片用的多個(gè)支撐層，其中，水平支撐裝置是諸突出部分，每個(gè)突出部分由端接在晶圓片平臺(tái)中的臂構(gòu)成，俾使每個(gè)支撐層的至少一個(gè)晶圓片平臺(tái)和其所支撐晶圓片之間最深的接觸是處在晶圓片半徑的20%和80%(從晶圓片的邊緣算起)之間的區(qū)域，而其中的臂則連續(xù)向上地傾斜突出；并端接在晶圓片平臺(tái)中。
文檔編號(hào)C23C16/458GKCN1079577SQ96193695
公開(kāi)日2002年2月20日 申請(qǐng)日期1996年5月3日
發(fā)明者約翰·A·托馬諾維什 申請(qǐng)人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan