專(zhuān)利名稱(chēng)：用于加工半導(dǎo)體襯底的晶片載體與半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，更具體地，涉及用于加工半導(dǎo)體襯底時(shí)最小限度地接觸襯底背面的晶片載體以及半導(dǎo)體裝置。
半導(dǎo)體與集成電路生產(chǎn)中，制造電路時(shí)需淀積各種材料膜層。廣泛地將介質(zhì)膜淀積在半導(dǎo)體晶片表面，電隔離導(dǎo)電層并產(chǎn)生層之間所需的連接。電介質(zhì)與其他薄層通常由化學(xué)汽相淀積法(CVD)形成。CVD法通過(guò)在襯底表面?zhèn)魉筒⑹鼓承鈶B(tài)先質(zhì)發(fā)生反應(yīng)將材料淀積到表面。CVD反應(yīng)有許多形式。低壓CVD系統(tǒng)(LPCVD)與常壓CVD系統(tǒng)(APCVD)是以熱CVD原理運(yùn)行。等離子體增強(qiáng)型CVD系統(tǒng)(PECVD)以及高密度等離子體(HDP)系統(tǒng)反應(yīng)中可使用等離子體輔助化學(xué)物質(zhì)的淀積。
由于CVD淀積先質(zhì)化學(xué)成分，因此最大限度地減小CVD反應(yīng)器環(huán)境中的雜質(zhì)是很重要的，因?yàn)檫@類(lèi)雜質(zhì)可能會(huì)淀積到薄膜上。薄膜中的雜質(zhì)損壞晶片上的器件功能并減低器件的產(chǎn)出率。金屬雜質(zhì)對(duì)硅晶片特別有害，因?yàn)榻饘匐s質(zhì)在熱處理后可以改變晶片和器件的性質(zhì)并且影響柵氧化層。
雜質(zhì)可以產(chǎn)生于許多來(lái)源。除了先質(zhì)化學(xué)物中存在雜質(zhì)，雜質(zhì)還可以來(lái)自于CVD系統(tǒng)本身。半導(dǎo)體加工過(guò)程中，金屬原子雜質(zhì)可以來(lái)自于構(gòu)成加工設(shè)備的某些金屬元件。這類(lèi)雜質(zhì)可能傳遞給半導(dǎo)體襯底，污染襯底表面和／或淀積到膜中。
金屬雜質(zhì)的一種來(lái)源為晶片支承物。在常規(guī)系統(tǒng)中，晶片通常是與晶片支承物相接觸的。加工過(guò)程中，晶片的污染可以發(fā)生于支承物上。另外，與晶片支承物接觸可以損壞晶片的背部表面。當(dāng)過(guò)后在晶片的背面淀積薄膜時(shí)會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。與晶片支承物接觸而引起的劃痕可以造成薄膜的缺陷。
況且，對(duì)于(稱(chēng)作背封應(yīng)用)的某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在晶片前面淀積時(shí)晶片背面沒(méi)有淀積發(fā)生是非常重要的。因此，重要的不僅僅是最大限度地減小與晶片的接觸以便最大限度地減小晶片上的污染與劃痕，有時(shí)，將晶片密閉于淀積氣體也是重要的。
現(xiàn)有技術(shù)通常通過(guò)與晶片背面相當(dāng)大面積的接觸支承晶片。這種與晶片的表面接觸加重了金屬污染并損壞背表面。另一種如美國(guó)專(zhuān)利No．5，645，646，所描述的現(xiàn)有技術(shù)中的晶片載體，使用從平板表面凸出的許多支承板來(lái)支承晶片。這種設(shè)計(jì)由于在許多位置上對(duì)晶片提供面接觸而受到了同樣的限制。而且，這種設(shè)計(jì)會(huì)允許晶片背面的淀積，因此不適合于背封應(yīng)用。需要的不僅僅是盡量減小與襯底的表面接觸，更需要提供一種理想的晶片支承物，同時(shí)能夠阻止在晶片背面淀積。
由此，本發(fā)明的目的為提供一種改進(jìn)的晶片載體。
更具體地，本發(fā)明的目的為提供一種晶片載體，最大限度地減小與晶片的表面接觸因而最大限度地減小對(duì)襯底背面的污染和表面損壞。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的為提供一種晶片載體，防止在襯底背面的淀積。
本發(fā)明的相關(guān)目的為提供一種晶片載體，促進(jìn)在襯底上表面的均勻淀積。
凡此目標(biāo)與優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)本發(fā)明在此公開(kāi)的晶片載體得到的。該晶片載體包含圓形板，具有環(huán)繞該板周邊的平坦邊緣區(qū)域。該板具有帶凹陷底面和環(huán)繞凹陷底面周邊而向上傾斜的表面的圓形凹陷中心區(qū)域。襯底(也稱(chēng)作“晶片”)放置于中心區(qū)域，由向上傾斜的表面的一部分支承，并與凹陷底面在空間上分離，使得襯底僅圍繞其周?chē)吘壉痪d體所支承。
本發(fā)明的其他目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)通過(guò)閱讀以下本發(fā)明的詳細(xì)描述并參閱附圖可以明確

圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案可用于本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積(CVD)系統(tǒng)裝置的部分剖面的空間示意圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的晶片載體的頂視圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的晶片載體的一部分的橫剖面?zhèn)纫晥D。
圖4放大顯示根據(jù)本發(fā)明放置晶片時(shí)的晶片載體的一部分的橫剖面?zhèn)纫晥D。
參閱附圖，其中相同部件標(biāo)以相同標(biāo)號(hào)。圖1顯示可以使用本發(fā)明晶片載體的裝置示意圖。圖1繪出化學(xué)汽相淀積(CVD)系統(tǒng)10，通常包含CVD反應(yīng)器20和氣體傳送系統(tǒng)15，氣體傳送系統(tǒng)具有用于將氣體傳送至反應(yīng)器20的導(dǎo)管。CVD反應(yīng)器20示意為傳送帶型的常壓CVD(APCVD)型反應(yīng)器，在美國(guó)專(zhuān)利No．4，834，020里有詳盡的描述，在此引為參考。重要的是應(yīng)注意盡管示意的是APCVD反應(yīng)器，但也可以使用創(chuàng)新方法，使用其他類(lèi)型CVD反應(yīng)器如低壓CVD(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)型CVD(PECVD)反應(yīng)器以及高密度等離子體(HDP)反應(yīng)器等。圖1所示APCVD反應(yīng)器20通常包括馬弗爐31、確定多個(gè)階段的多個(gè)注入器30(為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，只示意一個(gè)注入器30，因而只對(duì)應(yīng)一個(gè)階段)以及傳送帶34。反應(yīng)器20可包含四個(gè)階段，每個(gè)階段基本相同。在馬弗爐31內(nèi)，許多隔板32圍繞注入器兩邊放置，隔離出一個(gè)空間，在其中構(gòu)成淀積室區(qū)33。
為了在半導(dǎo)體器件表面淀積材料膜，將襯底35放置在傳送帶34上，傳送到馬弗爐31并通過(guò)淀積室區(qū)33。在淀積室區(qū)33，氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)通過(guò)注入器30導(dǎo)入到接近襯底35表面的區(qū)域，其中的氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并在襯底35的表面淀積材料膜。
為了在襯底35的表面淀積所需成分與純度的膜層，重要的是晶片支承要保護(hù)襯底不受污染和／或損壞襯底表面。本發(fā)明通過(guò)在周邊邊緣支承襯底，從而有利于減少雜質(zhì)和襯底表面的物理?yè)p壞。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，襯底放置在晶片載體上，晶片載體放置在傳送帶34上，然后由傳送帶傳送通過(guò)淀積室區(qū)33。在此具體實(shí)例中，顯示的是傳送帶型CVD反應(yīng)器。應(yīng)當(dāng)理解，將單個(gè)晶片移進(jìn)移出單個(gè)反應(yīng)室的單晶片系統(tǒng)，同樣可以使用本發(fā)明的晶片載體。
參考圖2和3更加詳細(xì)顯示該晶片載體。晶片載體40包含圓形板42，具有環(huán)繞該板周邊的平坦邊緣區(qū)域44，以及圓形凹陷中心區(qū)域45。圓形凹陷中心區(qū)域45包含凹陷底面46和環(huán)繞凹陷底面46周邊的向上傾斜的表面48。凹陷中心45的邊緣區(qū)49垂直于凹陷底面46的平面。優(yōu)選為但并非必需為，在圓形凹陷區(qū)域45的底面46上提供至少一個(gè)開(kāi)孔50。開(kāi)孔套進(jìn)一個(gè)插頭用于確保接納晶片并在晶片載體上移動(dòng)晶片。
為支承襯底或晶片，襯底如圖4所示放置在凹陷中心區(qū)域45。特別的優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明的晶片載體僅圍繞周邊邊緣支承晶片。具體地，襯底被放置在中心區(qū)域并通過(guò)向上傾斜的表面48的一部分環(huán)繞其周邊支承。晶片與晶片載體唯一的接觸發(fā)生在傾斜的表面上，其中晶片邊緣的彎曲面擱靠在載體上。晶片背表面的其余部分(即晶片除其周邊邊緣的其他部分)與底面46在空間上分離，由此不與晶片載體相接觸。在另外的實(shí)施方案中，可以只需要傾斜表面沿圓板中心輻射方向延伸足夠距離，保證晶片的接觸與載體底部有一段垂直距離。
優(yōu)選為，邊緣區(qū)49具有基本上與晶片的厚度“t”相同的深度，使得當(dāng)晶片放于晶片載體中并接觸向上傾斜的表面48的一部分時(shí)，晶片的上表面基本上與晶片載體的平坦邊緣表面44平齊。這針對(duì)所謂的“邊緣效應(yīng)”而增強(qiáng)了在晶片上的淀積效果。邊緣效應(yīng)是由于晶片邊緣對(duì)氣流和／或溫度的均勻性造成了干擾從而減低了淀積膜的均勻性的現(xiàn)象。通過(guò)由平坦邊緣區(qū)域44有效地延伸晶片的邊緣，本發(fā)明的晶片載體進(jìn)一步減小了邊緣效應(yīng)。邊緣效應(yīng)現(xiàn)在發(fā)生于平坦邊緣區(qū)域44上，使得沿整個(gè)晶片表面發(fā)生均勻淀積。
特別的優(yōu)點(diǎn)為，如圖4所示，晶片僅沿晶片邊緣的周邊50接觸晶片支承物，即晶片由凹陷中心45的傾斜表面48支承。對(duì)比于現(xiàn)有技術(shù)中載體的面接觸，這種點(diǎn)或線式的接觸最大限度地減小了與晶片的接觸。由于本發(fā)明最大限度地減小了與晶片的接觸，表面損壞與金屬污染的可能性極大地減小了。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)為，本發(fā)明基本上消除了晶片背表面淀積的發(fā)生。由于晶片環(huán)繞其整個(gè)周邊邊緣支承，晶片被有效地封閉了，淀積氣體不會(huì)遷入晶片的背面。這適合背封應(yīng)用式的晶片處理。同樣，這與可能發(fā)生背面淀積的現(xiàn)有技術(shù)的載體形成巨大對(duì)比。
晶片載體可以容納各種大小的襯底。優(yōu)選為，晶片載體具有大約200mm或300mm半徑的圓形中心區(qū)域45，分別容納200mm或300mm的晶片。然而，中心凹陷區(qū)域可以是任意大小的。凹陷中心45的邊緣區(qū)49優(yōu)選為與支承的晶片的厚度一致。例如，邊緣區(qū)49具有用于300mm晶片的大約0．75～0．80mm的厚度。
支承晶片的向上傾斜表面48的傾斜角度優(yōu)選為最大限度地減小與晶片背表面的接觸。晶片的背邊緣面50大體彎曲為橫截面為半圓形。本發(fā)明提供傾斜接觸面，僅以晶片彎曲邊緣50接觸晶片，并環(huán)繞周邊達(dá)到與晶片線接觸。優(yōu)選為，向上傾斜表面48在大約5～45度角之內(nèi)傾斜于底部凹陷表面46，最優(yōu)選為大約10度角。
為保持所需的與晶片周邊邊緣的點(diǎn)或線接觸并對(duì)晶片提供安全的支承，考慮了晶片載體的熱膨脹。優(yōu)選為，加工過(guò)程中發(fā)生微小的熱膨脹使得希望的傾斜角度不變。具體地，晶片載體由具有熱膨脹系數(shù)在2．6×10-6／℃～5×10-6／℃范圍內(nèi)的材料組成，優(yōu)選為較低值。理想熱膨脹系數(shù)的材料包括硅和碳化硅。
由向上傾斜的邊緣區(qū)域48的一部分支承晶片使得晶片與圓形中心凹陷區(qū)域45的底部表面46在空間上分開(kāi)。本發(fā)明將晶片與晶片載體的接觸分離，因而最大限度地減小對(duì)晶片的表面損壞與金屬污染，而同時(shí)保證對(duì)晶片的熱傳導(dǎo)。為促進(jìn)對(duì)晶片的熱傳導(dǎo)，考慮了晶片載體的熱導(dǎo)率。優(yōu)選為，晶片載體的熱導(dǎo)率在大約40～70W／m／K的范圍內(nèi)，以促進(jìn)良好的熱傳導(dǎo)。為同時(shí)滿(mǎn)足熱膨脹系數(shù)與熱導(dǎo)率的要求，晶片載體優(yōu)選為從碳化硅、氮化鋁、大晶粒多晶硅、以及硅／碳化硅合金之中選擇的材料制成。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，晶片背表面與底部凹陷表面46間的間隔因種種原因很重要。首先，必須考慮間隔對(duì)熱傳導(dǎo)的影響。其次，必須考慮由于重量、溫度梯度和搬動(dòng)造成的晶片的偏斜。通過(guò)在背表面與底部凹陷表面46之間提供大約在0．15～0．5mm范圍之內(nèi)的間隔，本發(fā)明能滿(mǎn)足這些標(biāo)準(zhǔn)。
由此，提供一種改進(jìn)的晶片載體。該晶片載體最大限度地減小了金屬污染和對(duì)襯底的損害并適合于背封應(yīng)用。使用本發(fā)明的晶片載體的實(shí)驗(yàn)證明，淀積在晶片上的膜中的金屬污染減小至無(wú)法檢測(cè)的水平(＜109個(gè)原子／cm2)。
前述本發(fā)明的具體實(shí)施方案目的在于說(shuō)明與描述，并非窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制于已公開(kāi)的精確形式，顯然，許多的改進(jìn)、實(shí)施例、和變形均可在以上精神之內(nèi)。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效范圍來(lái)限定。
權(quán)利要求
1．一種用于支承襯底的晶片載體，包含一種圓形板，具有環(huán)繞所述板周邊延伸的平坦邊緣區(qū)域；以及具有凹陷底面和環(huán)繞所述凹陷底面周邊而向上傾斜的表面的圓形凹陷中心區(qū)域，其中襯底由向上傾斜的表面的一部分支承，并與所述凹陷底面在空間上分離，使得襯底僅圍繞其周?chē)吘壉凰鼍d體所支承。
2．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中所述凹陷底面進(jìn)一步包含至少一個(gè)形成于其中的開(kāi)孔，用于接納至少一個(gè)支承元件安牢襯底。
3．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中所述圓形凹陷中心區(qū)域的直徑大約為200mm。
4．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中所述圓形凹陷中心區(qū)域的直徑大約為300mm。
5．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中向上傾斜的表面在大約5～45度角范圍之內(nèi)相對(duì)于凹陷底部表面傾斜。
6．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中向上傾斜的表面以大約10°傾斜于底部凹陷表面。
7．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中所述晶片載體由熱膨脹系數(shù)在2．6×10-6／℃～5×10-6／℃范圍內(nèi)的材料組成。
8．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中所述晶片載體由熱導(dǎo)率在大約40～70W／m／K范圍內(nèi)的材料組成。
9．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中所述晶片載體的組成材料選自碳化硅、氮化鋁、大晶粒多晶硅和硅／碳化硅合金構(gòu)成的組。
10．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中晶片與底部凹陷表面之間空間上分開(kāi)大約0．15～0．5mm的距離。
11．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中晶片與底部凹陷表面之間空間上分開(kāi)0．25mm的距離。
12．權(quán)利要求1中的晶片載體，其中所述平坦邊緣區(qū)域的寬度大約為5～25mm。
13．一種用于在襯底上淀積材料層的反應(yīng)器，包括淀積室；淀積室中的晶片載體，該晶片載體具有一種圓形板，帶有環(huán)繞所述板周邊的平坦邊緣區(qū)域，以及帶凹陷底面和環(huán)繞所述凹陷底面周邊而向上傾斜的表面的圓形凹陷中心區(qū)域，其中襯底由向上傾斜的表面的一部分支承，并與所述凹陷底面在空間上分離，使得襯底僅圍繞其周?chē)吘壉凰鼍d體所支承；注入淀積室的氣體注入口，用于將氣體導(dǎo)入室中；以及將氣體移出該室的排放系統(tǒng)。
14．權(quán)利要求13中的方法，其中所述反應(yīng)器為低壓CVD反應(yīng)器。
15．權(quán)利要求13中的方法，其中所述反應(yīng)器為常壓CVD反應(yīng)器。
16．權(quán)利要求13中的方法，其中所述反應(yīng)器為等離子體增強(qiáng)型CVD反應(yīng)器。
17．一種用于加工襯底的CVD處理裝置，包含馬弗爐；所述馬弗爐內(nèi)的至少一個(gè)CVD室區(qū)；至少一個(gè)注入器，用于向所述的至少一個(gè)CVD室區(qū)內(nèi)導(dǎo)入氣體；通過(guò)所述室區(qū)和所述馬弗爐的傳送帶；以及至少一個(gè)晶片載體，安放于所述傳送帶上，用于移動(dòng)襯底通過(guò)所述室區(qū)，從而氣體處理襯底表面。
18．權(quán)利要求17中的CVD處理裝置，其中所述晶片載體進(jìn)一步包括圓形板，具有環(huán)繞所述板周邊延伸的平坦邊緣區(qū)域；以及帶凹陷底面和環(huán)繞所述凹陷底面周邊而向上傾斜的表面的圓形凹陷中心區(qū)域，其中襯底由向上傾斜的表面的一部分支承，并與所述凹陷底面在空間上分離，使得襯底僅圍繞其周?chē)吘壉凰鼍d體所支承。
19．權(quán)利要求18中的晶片載體，其中向上傾斜的表面以大約10°角傾斜于底部凹陷表面的平面。
20．權(quán)利要求17中的晶片載體，其中所述晶片載體由熱膨脹系數(shù)在2．6×10-6／℃～5×10-6／℃范圍內(nèi)的材料組成。
21．權(quán)利要求17中的晶片載體，其中所述晶片載體由熱導(dǎo)率在40～70W／m／K范圍內(nèi)的材料組成。
22．權(quán)利要求17中的晶片載體，其中所述晶片載體的組成材料選自碳化硅、氮化鋁、大晶粒多晶硅和硅／碳化硅合金構(gòu)成的組。
23．權(quán)利要求17中的晶片載體，其中晶片與所述凹陷底部表面之間空間上分開(kāi)大約0．15～0．5mm的距離。
全文摘要
提供一種晶片載體,包含圓形板,圓形板具有環(huán)繞所述板周邊延伸的平坦邊緣區(qū)域(31)。該板具有帶凹陷底面的圓形凹陷中心區(qū)域和環(huán)繞凹陷底面周邊而向上傾斜的表面(33)。襯底(35)放置于中心區(qū)域上,由向上傾斜的表面的一部分支承,并與凹陷底面在空間上分離,使得襯底僅圍繞其周?chē)吘壉痪d體所支承。該晶片載體最大限度地減小與晶片的表面接觸因而最大限度地減小對(duì)襯底背面的污染和表面損壞以及防止在襯底背面的淀積。
文檔編號(hào)H01L21/67GK1289405SQ99802634
公開(kāi)日2001年3月28日 申請(qǐng)日期1999年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月2日
發(fā)明者杰克·齊齊·姚, 羅伯特·杰弗里·拜利 申請(qǐng)人:硅谷集團(tuán)熱系統(tǒng)責(zé)任有限公司