在包含基座的处理室中加热半导体基板的工艺和系统技术方案

公开了一种在基座上用于加热处理室中半导体基板的工艺和系统。根据本发明专利技术，公开了基座。根据本发明专利技术，基座包括一将晶片悬在基座上方的支撑结构，该支撑结构由具有较低导热率的材料制成。该支撑结构具有特定高度，禁止或者防止高温处理期间在晶片中形成径向温度梯度。必要时，可以在基座中形成用于设置和定位支撑结构的凹处。基座可以包括限定一槽的晶片支撑面，该槽具有被构造成与加热周期中晶片形状相符合的形状。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
在制造集成电路和其它电子器件的过程中，半导体晶片典型地放置在热处理室中并被加热。加热期间，可能发生各种化学和物理过程。例如，在加热周期中，半导体晶片可以退火，或者各种涂层和薄膜可以沉积在晶片上。在处理室中加热晶片的一种方式，尤其是在外延工艺期间，是将晶片放置在被加热的基座上。基座可使用例如电感加热装置或电阻加热器被加热。在包含基座的许多系统中，处理室壁保持在低于基座的温度，从而避免在壁上的任何沉积因而在加热工艺中产生任何不期望的微粒或污染。这些类型的处理室被称作“冷壁室”，工作在热非平衡状态下。参考图1，示出了通常的冷壁处理室10的示意图。处理室10包括壁12，它可由热绝缘体制成并且也可以被主动冷却。在室10内部，是由例如碳化硅制成的基座14。在本实施例中，通过线圈16来加热基座14。在图1所示的实施例中，处理室10构造成同时操纵多个半导体晶片。如图所示，多个晶片18设置在位于基座14顶部的槽20内。工艺气体22在室内循环。在处理中，半导体晶片18可通过基座从约1000℃加热至约1200℃的温度。工艺气体例如惰性气体或者构造为与半导体晶片反应的气体在晶片加热期间或加热后被引入反应室中。在图1所示的系统中，晶片18主要通过传导从基座被加热。然而，在加热中，晶片通过辐射损失热量给周围室壁12，因为晶片和工艺气体之间的温度差异。而且，少量热也从晶片传递至工艺气体。由于热量经过晶片，经由晶片厚度产生温度梯度。温度梯度可引起晶片弯曲和变形。在这些工艺中，将晶片放置在平坦表面上通常是不利的。具体地说，在弯曲过程中，晶片将仅仅在中心处接触基座，造成晶片中心处温度升高，并产生晶片中的径向温度梯度。晶片中的径向温度梯度可以引发晶片中的热应力，这可能造成位错在缺陷中心处成核。位错产生的应力大量地沿着理想结晶面和方向移动，在后面留下可看见的滑移线，在滑移线处，晶面的一部分从另一部分位移了垂直台阶。这种现象通常称为“滑移”。过去已经提出了多种方法来减少处理过程中晶片上的滑移。例如，过去，基座的表面设置有浅的凸处以在晶片下方形成槽，以匹配加热期间晶片的可能弯曲曲率。然而，设计和制造使晶片与基座一致地接触的槽是很困难的。任何未对准可能造成径向温度梯度和滑移。在另一实施例中，基座设计成具有被设计为深度大于晶片的任何可能弯曲的槽。在本实施例中，当加热晶片时，晶片仅在其边缘处被基座槽的边缘支撑，在任何其它位置均不会接触槽。由于晶片在边缘处触及基座，相对于晶片中心，晶片边缘的温度可能上升并形成径向温度梯度。然而，该技术已被成功地用于直径小于8英寸的晶片。但是，具有更大直径的晶片趋向于形成更大径向温度梯度，于是形成更多滑移。考虑上述情况，目前需要一种在热处理室中加热基座上半导体晶片的系统和方法。更具体地，目前需要一种基座设计，可以在热处理室中支撑和加热晶片并且可以容许晶片弯曲，同时可以均匀地加热晶片。这种系统将尤其适用于直径为6英寸以上的较大晶片。
技术实现思路
本专利技术认识和解决了前述现有技术结构和方法中的不足和其它方面。总之，本专利技术提供了一种在热处理室中利用基座加热半导体晶片的工艺和系统。根据本专利技术，基座包括用于支撑基座上晶片的支撑结构。支撑结构降低了加热和处理期间在晶片中可能形成的径向温度梯度，例如退火期间、沉积期间或外延工艺期间。通过降低晶片中的径向温度梯度，可以消除或最小化晶片中产生的滑移。而且，由于更均匀地加热晶片，本专利技术的系统和工艺还将改善被覆工艺期间晶片上的沉积均匀度。例如，在一个实施例中，本专利技术提供一种用于处理半导体基板的系统，其包括一处理室。基座设置在处理室内部。基座设置为在工作中与一加热装置相关联，例如电感加热装置或电阻加热器，用于加热包含在室中的半导体晶片。基座还包括用于接受半导体晶片的晶片支撑面。晶片支撑面包括至少一个凹处和位于凸处内的相应支撑结构。支撑结构被构造成在晶片的热处理期间将半导体晶片抬起至基座上方。根据本专利技术，支撑结构具有在1100℃温度下不大于约0.06Cal/cm-s-℃的热导率。例如，支撑结构可以由石英、蓝宝石或金刚石制成。在许多应用中，处理室可以是冷壁室。用于加热基座的电感加热器可以是例如被碳化硅包围的石墨元件。为了适应热处理期间的晶片弯曲，基座的晶片支撑面可以包括一槽，其具有构造成允许加热期间半导体晶片弯曲而不会使晶片接触槽顶面的形状。例如，槽的形状可以是使得在最高处理温度下槽顶面与半导体晶片间隔开大约1密耳至大约20密耳。而且，槽的形状可以是，在最高处理温度下，使得晶片与槽顶面之间的间距基本一致，并且变化不超过约2密耳。如上所述，支撑结构抬高半导体晶片在基座表面上方。支撑结构的高度可以计算，使得在最高处理温度下流过半导体晶片的热量均匀。通常，支撑高度可以是由下式计算出距离的约5％内(dg)(ks)(kg)]]>其中dg是基座与半导体晶片间的距离，Ks是支撑结构的热导率，Kg等于处理室中存在的气体的热导率。本专利技术所采用的支撑结构可具有不同的类型和形状。例如，在一个实施例中，支撑结构可包括多个针，位于对应的多个凹处中。针可以沿同一半径间隔开，用于支撑半导体晶片。替代地，支撑结构可包括位于沟状凹处中的环。许多应用中，支撑结构可具有从约0.02英寸至约0.1英寸的高度。另一方面，凹处的深度可以从约0.01英寸至约0.08英寸。支撑结构可以接近晶片边缘处支撑半导体晶片。替代地，支撑结构可以在接近晶片质量中心处支撑晶片。本专利技术的系统可处理任何尺寸和形状的半导体晶片。然而，本系统尤其更适合于均匀加热直径为6英寸以上的半导体晶片。这种晶片可被加热，而不会形成显著的滑移量。在本专利技术的处理期间，半导体晶片可加热至至少800℃的温度，尤其至少为1000℃，更加尤其至少为1100℃。根据本专利技术，晶片可加热到最高处理温度，使得晶片的径向距离上的温度差异不会超过约5℃。通过均匀地加热晶片，可以在晶片上均匀地沉积薄膜和覆层。下面更加详细地讨论本专利技术的方案和优点。附图说明对于本领域的普通技术人员来说，本专利技术的全面和实施公开，包括其最佳优选方式，在说明书的剩余部分包括参考附图中更加具体地阐明，其中图1是现有技术热处理室的侧视图；图2是用于例如图1所示热处理室中的、根据本专利技术制作的基座的一个实施例的切开部分的侧视图；图3是根据本专利技术制造的支撑结构的一个实施例的侧视图；图4A～4C是根据本专利技术制造的支撑结构的不同实施例的侧视图；图5是根据本专利技术制造的环形支撑结构的一个实施例的透视图；图6是根据本专利技术制造的基座的另一实施例的俯视图；以及图7是根据本专利技术制造的基座的又一实施例的俯视图；本说明书和附图中参考标记的重复使用是表示本专利技术的相同或类似特征或元件。具体实施例方式本领域的普通技术人员会理解，本讨论仅仅是示范性实施例的描述，不是用来限制本专利技术的更宽方案，更宽方案在示范性结构中被实施。总之，本专利技术提供一种在热处理室中用于均匀加热基座上半导体晶片的系统和工艺。根据本专利技术，半导体晶片可以在基座上被加热，同时减少或清除可能造成滑移或其它晶片缺陷的径向温度梯度。根据本专利技术，利用由较低导热材料例如石英制成的支撑结构，半导体晶片悬浮在被加热基座上方。支撑结构可以具有任何期望形状，例如针、环、弧形断面等的形式。支撑结构可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理半导体基板的系统，包括：适应于包含一半导体晶片的处理室；定位在所述处理室内的基座，该基座包括用于接受一半导体晶片的晶片支撑面，该晶片支撑面包括至少一个凹处和定位在该凹处内的相应支撑结构，该支撑结构被构造成在晶片热 处理期间将半导体晶片抬高在基座上方，在１１００℃的温度下该支撑结构具有不超过大约０．０６Ｃａｌ／ｃｍ－ｓ－℃的热导率；和设置为与用于加热被支撑在所述基座上的半导体晶片的所述基座在工作上相关联的加热装置。

【技术特征摘要】
US 2002-5-7 10/141,5151.一种用于处理半导体基板的系统，包括适应于包含一半导体晶片的处理室；定位在所述处理室内的基座，该基座包括用于接受一半导体晶片的晶片支撑面，该晶片支撑面包括至少一个凹处和定位在该凹处内的相应支撑结构，该支撑结构被构造成在晶片热处理期间将半导体晶片抬高在基座上方，在1100℃的温度下该支撑结构具有不超过大约0.06Cal/cm-s-℃的热导率；和设置为与用于加热被支撑在所述基座上的半导体晶片的所述基座在工作上相关联的加热装置。2.如权利要求1所述的系统，其中所述加热装置包括一电阻加热器或一电感加热器。3.如权利要求2所述的系统，其中所述加热装置包括被碳化硅包围的石墨元件。4.如权利要求1所述的系统，其中所述处理室包括冷壁室。5.如权利要求1所述的系统，其中所述支撑结构由包括石英的材料制成。6.如权利要求1所述的系统，其中所述晶片支撑面包括一槽，该槽具有被构造成允许半导体晶片在加热期间弯曲而该晶片不会触及该槽的顶面的形状。7.如权利要求6所述的系统，其中该槽被成形为使得在最高处理温度下该槽的顶面与半导体晶片间隔从约1密耳至约20密耳。8.如权利要求7所述的系统，其中该槽进一步被成形为使得在最高处理温度下所述晶片与所述槽的顶面之间的空间基本一致并且变化不超过约2密耳。9.如权利要求1所述的系统，其中所述支撑结构具有由下式计算出的距离的5％以内的高度(dg)(ks)(kg)]]>其中dg＝所述基座和半导体晶片之间的距离ks＝所述支撑结构的导热率kg＝存在于所述处理室中的气体的导热率。10.如权利要求1所述的系统，其中所述基座包括沿着同一半径设置的至少三个凹处，并且其中所述支撑结构包括对应的多个针。11.如权利要求1所述的系统，其中所述基座包括圆形凹处，和其中所述支撑结构包括一环。12.如权利要求1所述的系统，其中所述支撑结构具有从约0.02英寸至约0.1英寸的高度。13.如权利要求1所述的系统，其中所述支撑结构被构造成支持直径为6英寸以上的晶片。14.如权利要求1所述的系统，其中所述凹处包括内壁，以及所述支撑结构与所述内壁间隔预定距离。15.如权利要求1所述的系统，其中所述凹处具有从约0.01英寸至约0.08英寸的深度。16.如权利要求1所述的系统，其中所述支撑结构被构造成在晶片的边缘附近支撑半导体晶片。17.如权利要求1所述的系统，其中所述支撑结构被定位在所述晶片支撑面上以在晶片质量中心的附近支撑半导体晶片。18.一种用于在处理室中支持和加热半导体晶片的基座，包括一加热装置；一用于接受一半导体晶片的晶片支撑面，该晶片支撑面限定了一槽，该槽具有构造成允许半导体晶片在加热期间弯曲而该晶片不会接触该槽的顶面的形状；和从所述晶片支撑面延伸的支撑结构，用于将半导体晶片悬在该槽的顶面上方，所述支撑结构由在1100℃的温度下具有不超过约0.06Cal/cm-s-℃的导热率的材料制成。19.如权利要求18所述的基座，其中所述加热装置包括一电阻加热器或者一电感加热器。20.如权利要求18所述的基座，其中所述槽的顶面包括碳化硅。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣载，唐纳德L王，史蒂文莱，丹尼尔J迪瓦恩，
申请(专利权)人：马特森技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]