CN1079577C - 半导体晶圆片用的竖直支架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于支撑多个彼此隔开的、基本上水平且平行的半导体晶圆片用的竖直支架，所述竖直支架包括：
a)竖直支撑装置，和
b)多个竖直隔开的水平支撑装置，它们基本上水平地从竖直支撑装置延伸出来以限定多个支撑晶圆片用的多个支撑层，
其中，水平支撑装置是诸突出部分，每个突出部分由端接在晶圆片平台中的臂构成，俾使每个支撑层的至少一个晶圆片平台和其所支撑晶圆片之间最深的接触是处在晶圆片半径的20%和80%(从晶圆片的边缘算起)之间的区域，而
其中的臂则连续向上地倾斜突出；并端接在晶圆片平台中。

Description

半导体晶圆片用的竖直支架
技术背景
诸如集成电路(IC)一类半导体器件的制造通常需要在有反应气体的情况下，热处理硅晶园片。在该工艺处理期间，由于器件常含有对工艺处理环境微小变化敏感的尺寸小于1μm的电路元件，所以必须仔细地控制器件暴露在其中的温度和气体浓度。
半导体制造工业通常或以水平或以竖直载体对晶园片进行工艺处理。通常称为“舟”的水平载体具有三个或四个水平放置的设计成半圆形的棒条，而在每一棒条中以有规则的间距设置有面向内的凹槽。每一组凹槽限定携带竖直放置的晶园片用的竖直空间。
通常被称为“竖直支架”的竖直载体具有三个或四个竖直放置的设计成半圆形的柱杆，而在每根柱杆中以有规则的间距设置有狭槽，以限定携带水平放置的晶园片用空间。传统的竖直支架如图1所示。该支架典型地具有顶盘、底盘和三个或四个用于把顶盘固定到底盘上的柱杆。每个狭槽之间被称为“牙齿”的柱杆部分是等距离隔开的以便支撑从底盘开始以有规则的间距并与底盘平行的晶园片。然后，将整个支架放置在工艺处理晶园片用的竖直炉内。由于在竖直支架上处理的晶园片在在其表面上经受较小的温度梯度，故半导体制造商正日益转向竖直炉。然而，竖直炉也有缺点。正如图1现有技术中所示，位于传统竖直支架上的晶园片仅在其外部边缘受到支撑。照此，搁在这些牙齿上的晶园片区域承受比晶园片的其余部分更高的应力。当炉中的温度超过大约1000℃时，这些应力常常变得很大，而且响应于那种应力，单晶园片的部分沿着结晶板(crystallographicplate)彼此发生相对移动。这种被称为“滑移”的现象明显地破坏位于晶园片上发生滑移区域中半导体器件的价值。
美国专利第5,492,229号揭示了具有近中心支撑的竖直支架设计。然而，该设计的第一实施例必须或者通过加入石英成分(它们对高温敏感)或者运用水注形成内部缝隙(这不方便)来进行。该设计的第二实施例，可通过只运用较方便的钻石锯来进行，但要求弯曲的竖直支撑物，它们投射巨大的阴影于晶园片上。
因此，需要一种竖直支架设计，它减轻滑移、抗高温、能够用钻石锯进行制作、且不将巨大的阴影投射在晶园片上。
发明概述
根据本发明，提供一种竖直支架用于支撑多个彼此隔开的、基本上水平且平行的半导体晶园片，所述竖直支架包括：
a)竖直支撑装置，它包括：
    i)至少一根竖直柱杆，每根柱杆具有上端和下端，
    ii)顶盘，和
    iii)底盘，
    将至少一根柱杆的上端固定在顶盘上，而将至少一根柱杆的下端固定在底盘上，和
b)多个竖直隔开的晶园片支撑装置，它们基本上水平地从竖直支撑装置延伸出来以限定多个支撑晶园片用的支撑层，
其中，晶园片支撑装置是诸突出部分，每个突出部分由端接在晶园片平台中的臂构成，俾使每个支撑层中至少一个晶园片平台和其所支撑的晶园片之间最深的接触处在晶园片半径的20％和80％(从晶园片边缘算起)之间的区域，而
其中的臂则连续向上的倾斜突出，并端接在晶园片平台中。
同样根据本发明，提供一种竖直支架，用于支撑多个彼此隔开的基本上水平且平行的半导体晶园片，所述竖直支架包括：
a)竖直支撑装置，它包括：
    i)至少一根竖直柱杆，每根柱杆具有上端和下端，
    ii)顶盘，和
    iii)底盘，
    将至少一根柱杆的上端固定在顶盘上，而将至少一根柱杆的下端固定在底盘上，以及
b)多个竖直隔开的晶园片支撑装置，它们基本上水平地从竖直支撑装置延伸出来以限定多个支撑所述晶园片用的支撑层，
其中，晶园片支撑装置是诸突出部分，它们水平地突出以便从晶园片边缘起与晶园片连续接触，俾使每个支撑中的至少一个臂和其支撑的晶园片之间最深的接触是处在晶园片半径的20％和80％(从晶园片的边缘算起)之间的区域。
在一些实施例，将每根柱杆固定在底盘的周边附近，并具有多个突出部分，它们从底盘等距离隔开以限定多个水平支撑晶园片用的支撑层，
其中，在每个支撑层中的至少一个突出部分和其所支撑晶园片之间最深的接触是处在晶园片半径的20％和80％(从晶园片的边缘算起)之间的区域。
在第一较佳实施例中(如图2所示)，每个突出部分由一端接在晶园片平台中的臂构成，而晶园片则仅由该晶园片平台加以支撑。在每个晶园片平台和其所支撑的晶园片之间最深的接触是处在晶园片半径的20％和80％(从晶园片之边缘算起)之间的区域。较佳的是，该臂连续向上地倾斜突出，而晶园片平台则是水平的。更可取的是，诸突出部分如此取向，俾使柱杆将阴影投射在不大于30％的晶园片上，最好是不大于10％的晶园片上。
在第二较佳实施例中(如图3所示)，每个突出部分由水平突出的臂构成，后者从晶园片边缘起连续地与晶园片接触，俾使臂和晶园片之间最深的接触是处在晶园片半径的20％和80％(从晶园片的边缘算起)之间的区域。较佳的是，诸突出部分如此取向，俾使柱杆将阴影投射在不大于30％的晶园片上，最好是不大于10％的晶园片上。
附图说明
图1是传统的竖直支架设计。
图2是本发明的竖直支架的俯视图和侧视图，所述竖直支架具有由端接在晶园片平台中的臂构成的突出部分。
图3是本发明具有水平臂的竖直支架的俯视图和侧视图。
图4示出由图2和3的柱杆投射在典型晶园片上的阴影。
发明的详细描述
今参照图2，提供工艺处理半导体晶园片W用的竖直支架1，它包括：
a)顶盘2，
b)底盘3，和
c)多个竖直柱杆4，将每根柱杆的上端5固定在顶盘2的周边附近，而将每根柱杆的下端6固定在底盘3的周边附近，每根柱杆具有多个突出部分7，它们从底盘3开始等距离隔开以限定多个水平支撑晶园片W用的支撑层，其中，每个突出部分7由端接在晶园片平台9中的臂8构成，俾使晶园片平台和晶园片之间最深的接触是处在晶园片半径的20％和80％(从晶园片的边缘算起)之间的区域。
如图2所示设计的初试表明，它解决了滑移问题。不想要和理论相联系，但相信对晶园片仅提供周边的边缘-支撑(如图1)引起导致滑移的显著应力。本发明(如图2所示)通过更靠近晶园片中心提供支撑来减轻应力。
第一实施例的连续倾斜一般是在离水平大约0.5和大约10度之间。一般将本实施例的晶园片平台如此定位来与晶园片接触，俾使至少三个晶园片平台中的至少一个平台(最好是每个平台)和其所支撑晶园片之间最深的接触是处在晶园片半径的20％和80％(从晶园片的边缘算起)之间的区域，最好是处在晶园片半径的33％和66％之间。在一个支撑层上诸晶园片平台总的表面积是典型地处在晶园片表面积的大约0.02％和大约1％之间。
今参照图3，提供工艺处理半导体晶园片用的竖直支架11，它包括：
a)顶盘12，
b)底盘13，和
c)多个竖直柱杆14，将每根柱杆的上端15固定在顶盘12的周边附近，而将每根柱杆的下端16固定在底盘13的周边附近，每根柱杆具有多个突出部分17，它们从底盘13开始等距离隔开以限定多个水平支撑晶园片W用的支撑层，其中，每个突出部分17由一水平突出的臂构成，后者从晶园片边缘起与晶园片连续接触，俾使臂与晶园片之间最深的接触是处在晶园片半径的20％和80％(从晶园片的边缘算起)之间的区域。
图3所示本发明的实施例与图2所示的不同之处在于，它的臂是水平的。由于水平臂要求比倾斜臂更小的垂直空间，所以在具有这种设计的支架中可以比具有倾斜臂的类似高的支架处理更多的晶园片。此外，由于该支架不需要分开的机械加工步骤来制造倾斜臂实施例的晶园片平台，所示这种支架更易于建造。
在第二实施例中，至少三个臂中的至少一个臂(最好是每个臂)和其所支撑晶园片之间最深的接触是处在晶园片半径的大约20％和80％之间的区域，最好是处在晶园片半径的33％和66％之间。此外，在一个支撑层上诸臂和其所支撑的晶园片之间总的接触面积典型地是处在晶园片表面积的大约1％和大约5％之间。
为使滑移-感生的应力减至最小，其上搁有晶园片的诸突出部分的表面(也即，或者晶园片平台或者水平臂)应是共面而且平滑的。例如，在支撑层上诸突出部分的表面应如在ASME国家标准Y14.5M-1994的第6.5.6节所限定那样，共面至大约0.05mm以内。每个表面的粗糙度(Ra)，应如在ANSI/ASME国家标准B46.1-1985的第3.9.1节所限定那样，在大约1μm以内。
典型地，从竖直支架的柱杆伸出突出部分的长度(通过测量突出部分末端和柱杆之间的最小距离得出，如图3中的“A”所示)通常取决于要处理的晶园片的尺寸。例如，当要处理的晶园片具有150mm直径时，突出部分一般伸出至少17mm，通常在大约22mm和大约42mm之间，最好是大约29mm。当要处理的晶园片具有200mm直径时，突出部分一般伸出至少24mm，通常在大约32mm和大约52mm之间，最好是大约38mm。当要处理的晶园片具有300mm直径时，突出部分一般伸出至32mm，通常在大约42mm和大约72mm之间，最好是大约56mm。
可用在半导体工艺处理用竖直支架的高温产品中普通用到的任何材料来制作本发明的竖直支架，最好是重结晶的碳化硅。支架材料也可以是覆盖有诸如碳化硅、氮化硅或钻石一类耐火材料的CVD涂层。较佳的是，支架由CRYSTAR，即从Norton Company of Worcester，MA获得的重结晶碳化硅构成。
已发现，竖直支架的柱杆一般使晶园片在柱杆以内或附近的部分对辐射热和/或反应气体(它们从竖直炉的周边进入)产生屏蔽或“阴影”效应。因此，在晶园片的“阴影”部分和其余部分之间产生温度和/或气体浓度的显著变化。这些变化引起滑移-感生的应力。所以，在一些实施例中，将突出部分，径向地取向，俾使柱杆阴影投射在不大于30％的晶园片上，最好是不大于10％的晶园片上。对本发明来说，通过确定反应气体和/或热量在不被柱杆阻碍的通道中从柱杆周边可直接径向地行进到达晶园片表面的百分比，来计算阴影百分比。图4B的阴影部分表示由图2a和3a的柱杆投射在晶园片上的阴影。

Claims (24)

1.一种支撑多个彼此隔开的、基本上水平且平行的半导体晶园片用的竖直支架，其特征在于，所述竖直支架包括：
a)竖直支撑装置，它包括：
    i)至少一根竖直柱杆，每根柱杆具有上端和下端，
    ii)顶盘，和
    iii)底盘，
    将至少一根所述柱杆的所述上端固定在顶盘上，而将至少一根所述柱杆的所述下端固定在所述底盘上，以及
b)多个竖直隔开的晶园片支撑装置，它们从所述竖直支撑装置延伸出来以限定多个支撑所述晶园片用的支撑层，
其中，所述晶园片支撑装置是诸突出部分，每个所述突出部分由端接在晶园片平台中的臂构成，俾使每个所述支撑层中的至少一个所述晶园片平台和其所支撑晶园片之间最深的接触处在晶园片半径的20％和80％(从所述晶园片的边缘算起)之间的区域，和
其中所述诸臂则连续向上地倾斜突出，并端接在晶园片平台中。
2.如权利要求1所述的支架，其特征在于，每个所述支撑层中的至少三个所述晶园片平台的每个平台和其所支撑晶园片之间所述最深的接触是处在所述晶园片半径的20％和80％(从所述晶园片的所述边缘算起)之间的区域。
3.如权利要求1所述的支架，其特征在于，每个所述支撑层中的至少一个所述晶园片平台和其所支撑的晶园片之间所述最深的接触是处在所述晶园片半径的33％和66％(从所述晶园片的所述边缘算起)之间的区域。
4.如权利要求1所述的支架，其特征在于，每个所述支撑层中的至少三个所述晶园片平台的每个平台和其所支撑的晶园片之间所述最深的接触是处在所述晶园片半径的33％和66％(从所述晶园片的所述边缘算起)之间的区域。
5.如权利要求1所述的支架，其特征在于，所述晶园片平台是水平的。
6.如权利要求1所述的支架，其特征在于，所述柱杆具有使其阴影投射在不大于30％的所述晶园片上的结构，其中所述的阴影百分比通过确定反应气体和/或热量在不被所述柱杆阻碍的通道中从所述柱杆周边可直接径向地行进到达所述晶园片表面的百分比加以计算。
7.如权利要求6所述的支架，其特征在于，所述诸柱杆投射阴影于不大于10％的所述晶园片上。
8.如权利要求1所述的支架，其特征在于，至少所述臂的一部分具有大约1μm的粗糙度(Ra)。
9.如权利要求1所述的支架，其特征在于，所述晶园片支撑装置具有这样的结构，其中，每个所述支撑层的所述诸晶园片平台共面至大约0.05mm以内。
10.如权利要求1所述的支架，其特征在于，所述支撑层的所述诸晶园片平台和其所支撑的晶园片之间总的接触面积是处在所述晶园片表面积的大约0.02％和大约1％之间。
11.如权利要求1所述的支架，其特征在于，它由再结晶的碳化硅构成。
12.如权利要求1所述的支架，其特征在于，它具有CVD碳化硅的外部覆盖层。
13.一种支撑多个彼此隔开的基本上水平且平行用的半导体晶园片的竖直支架，其特征在于，所述竖直支架包括：
a)竖直支撑装置，它包括：
    i)至少一根竖直柱杆，每根柱杆具有上端和下端，
    ii)顶盘，和
    iii)底盘，
    将至少一根所述柱杆的所述上端固定在所述顶盘上，而将至少一根所述柱杆的所述下端固定在所述底盘上，以及
b)多个竖直隔开的晶园片支撑装置，它们基本上水平地从所述竖直支撑装置延伸出来以限定多个支撑所述晶园片用的支撑层，
其中，所述晶园片支撑装置是诸突出部分，它们水平地突出以便从所述晶园片边缘起与晶园片连续接触，俾使每个支撑层中的至少一个所述臂和其所支撑的晶园片之间最深的接触是处在所述晶园片半径的20％和80％(从所述晶园片的边缘算起)之间的区域。
14.如权利要求13所述的支架，其特征在于，每个所述支撑层中的至少三个所述臂的每个臂和其所支撑晶园片之间所述最深的接触是处在所述晶园片半径的20％和80％(从所述晶园片的所述边缘算起)之间的区域。
15.如权利要求13所述的支架，其特征在于，每个所述支撑层中的至少一个所述臂和其所支撑晶园片之间所述最深的接触是处在所述晶园片半径的33％和66％(从所述晶园片的所述边缘算起)之间的区域。
16.如权利要求13所述的支架，其特征在于，每个所述支撑层中的至少三个所述臂的每个臂和其所支撑晶园片之间所述最深的接触是处在所述晶园片半径的33％和66％(从所述晶园片的所述边缘算起)之间的区域。
17.如权利要求13所述的支架，其特征在于，所述柱杆具有使其阴影投射在不大于30％的所述晶园片上的结构，其中所述的阴影百分比，通过确定反应气体和/或热量在不被所述柱杆阻碍的通道中从所述柱杆周边可直接径向地行进到达所述晶园片表面的百分比加以计算。
18.如权利要求17所述的支架，其特征在于，所述柱杆具有使其阴影投射在不大于10％的所述晶园片上的结构。
19.如权利要求13所述的支架，其特征在于，至少所述臂的一部分具有大约1μm的粗糙度(Ra)。
20.如权利要求13所述支架，其特征在于，所述晶园片支撑装置具有这样的结构，其中每个所述支撑层的所述诸臂共面至大约0.05mm以内。
21.如权利要求13所述的支架，其特征在于，它由重结晶的碳化硅构成。
22.如权利要求13所述的支架，其特征在于，它具有CVD碳化硅的外部覆盖层。
23.如权利要求13所述的支架，其特征在于，所述支撑层上的所述诸臂和其所支撑晶园片之间总的接触面积是处在所述晶园片表面积的大约1％和大约5％之间。
24.工艺处理包括以下步骤：
a)将多个所述晶园片放置在权利要求1所述竖直支架的所述突出部分上，和
b)在大约1000℃以上的温度下处理所述的晶园片。
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