用于支撑晶片的梯形舟以及处理半导体晶片的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于在热处理过程中支撑半导体晶片的改进的梯形舟，包括彼此垂直相对的顶和底板，以及固定在所述板上的支撑棒。所述支撑棒配置有按平行排布一个在另一个之上地支撑多个晶片的分隔器。分隔器具有特殊的形状以包括一个斜坡部分，使得晶片位于其上的一个锐角上。因此，晶片周边的背面与两角规之间的接触面是弓形的或点状的。此接触优选地处于在晶片背面和以后将在晶片制造过程中使用的光刻工具的静电夹头的晶片支撑区之间的接触区之外。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路(IC)的制造，尤其涉及一种改进的支撑待加工半导体晶片的梯形舟(ladder boat)。
技术介绍
半导体晶片(以下称作“晶片”)的加工包括高温下的数次热处理，以扩散掺杂剂、沉积氧化层等。立式炉被广泛地用于在所谓的“热”加工过程中进行热处理，包括低压化学气相沉积(LPCVD)、气氛氧化(ATM)和退火处理步骤。一个立式热处理炉包括一个固定水平放置并且在垂直方向上彼此隔开的晶片的梯形舟。晶片可以通过自动机械的移动叉自动地装入热处理炉或从其中取出。图1包括图1A和1B，分别示意性显示了目前用在标准LPCVD炉中的被标记为10的常规梯形舟的俯视图和截面图(沿图1A的AA线截取)。重要的是，插图无需按比例绘制。来看图1，正如本领域技术人员所知的那样，梯形舟10包括彼此垂直相对的一个顶板11和一个底板11B(未示出)，在顶板和底板之间设置的六个矩形支撑棒12(数量可以在4和6之间变化)。通过研磨机在支撑棒中等间距地形成凹槽或狭槽，作为限定安放硅晶片14的处所的支架。结果，形成通常被称作分隔器(divider)的被标记为13的凸伸，并且它们将在其周围表面上支撑硅晶片14。从图1中明确看出，分隔器13具有通常的方形齿的形状(虽然圆形齿也通常用在半导体产业中)。板11和支撑棒12一般分别由太阳能玻璃和石英制成。晶片14在垂直方向被隔开一距离(图1中标为P)，该距离在技术术语中称作“节距”。一般地，对于VTR7000+反应器(美国加利福尼亚州圣何塞市的SVG-THERMCO公司)，这种常规梯形舟的容量是具有约0.14英寸节距P的160个晶片，或对于TEL ALPHA8反应器(日本东京的Tokyo Electron Limited公司)是具有约0.2英寸间距的170个晶片。需要注意的是，利用这种类型的梯形舟10，晶片14和支撑它的每个分隔器13之间的接触区在图1中是被标记为S的表面，在目前的情况下基本上是正方形。一般地，接触表面S的值约为6mm2。另外，因为梯形舟10设置有六个支撑棒12，所以等于6×S(即36mm2)的总接触表面较大。因为单晶硅(半导体晶片的基材)具有1410℃的熔点，所以晶体的缺陷倾向于在1000℃及以上进行的标准热处理过程中在硅晶片14的由支撑棒12支撑的部位附近在接触面S位置处发生。这些缺陷形成众所周知的可以由目测或利用放大透镜看出的“滑移线”或“微划痕”。在半导体产业中广泛地承认这些微划痕的起因在于这样的事实，即晶片被支撑在其周边的有限位置处(本例中为6个)，以致于在晶片中产生很大的内应力，该内应力通过滑移线的形成而被消除。另一方面，做为机械摩擦的结果，可以在这些接触面S的位置附近发现统称为碎屑颗粒(chipping particle)的硅和石英颗粒。另外，每个接触面S在晶片活性表面上产生一个冷区，该区造成沉积层厚度均匀性的大大降低，并造成沉积层的污染。最后，因为LPCVD反应器包括一个真空系统，所以由真空泵导致的振动增加了微划痕和碎屑颗粒产生的现象。为了解决这种特定的振动问题，到目前为止已经提出了不同的梯形舟设计。例如，所谓的“环形皿”，其中晶片不由支撑棒凹槽中的分隔器支撑，取而代之地环被支撑在凹槽中，而晶片被直接固定在环上。晶片的周围边缘与环接触，并且内应力得以缓解，由此减少了微划痕的发生。但是，环形皿难以制造并且较贵。而且，因为接触面等于整个环形表面，所以接触面过大。所有的这些缺陷对于在大气压下进行的热氧化以及退火步骤也是存在的，除振动以外，因为在此情况下不用真空系统。在晶片背面存在的微划痕和碎屑颗粒在后面的晶片制造过程中也是非常关键的，因为它在依次进行的不同的光刻步骤(主要在深槽和栅极导体的形成中)中产生散焦的芯片图像。晶片背面的粗糙度被局部地修改，使得它在晶片曝光于UV光过程中不可能将所有晶片保持在光刻工具的焦平面上，由此产生需要再加工步骤的光刻缺陷，这在后面将有详细讨论。这种再加工操作大大增加了晶片加工的成本。另外，大部分光刻工具配置有一个真空操作夹头，用于在曝光过程中支撑并牢固地夹持晶片。而且，晶片受真空系统严重地扭曲，以尽可能精确地把整个晶片放在焦平面中。扭曲力大到足以粉碎有时仍保留在夹头上的晶片背面的颗粒。在这种情况下，即使我们现在已加工了一个具有清洁背面的晶片，也会在曝光清洁晶片的过程中由于背面的交叉污染现象而产生一些光刻缺陷。对于300mm的晶片加工，施加到晶片上的扭曲力变得更强，并且使粉碎的颗粒留在夹头上的可能性显著增大。做为这种污染的结果，光刻工具必须停下来，并且在工具再次在生产线上操作之前采取由工具制造商推荐的特定清洁程序。面对这种微划痕和碎屑颗粒的尖锐问题，半导体制造商开发了多种晶片清洁程序，它在每个LPCVD/ATM过程之后执行从而获得清洁的晶片背面，以防止光刻工具夹头的污染。在使用者的方便性方面，发现最好的晶片背面清洁过程是使用AS2000清洁工具(Dai Nippon Screen，Kyoto，Japan)，此工具利用DI水进行晶片活性表面和背面(包括边缘)的有效清洁。晶片背面的这些微划痕和碎屑颗粒缺陷会导致高达每块曝光晶片5％的生产产量损耗，这是不容忽视的。现在，它们通过再加工晶片步骤除去，以沉积光致抗蚀剂层。这种影响生产线生产量和光刻工具可用时间的附加再加工操作被IC制造商当作一个主要问题。事实上，光刻被认为是迄今为止IC制造中最重要的步骤之一。毫无疑问，本领域最近十年的不断进步已通过减小在半导体晶片上集成的器件的尺寸而导致了更好的电路性能。以下的表I指出了作为没有或具有上述晶片清洁过程的不同类型产品的函数的再加工晶片的百分率。表I 从表I明确看出，集成密度增加越多(0.25μm至0.175μm)，再加工晶片数量增加越多。另一方面，晶片清洁过程只轻微地减少再加工晶片的数量。利用图1的常规梯形舟设计，一方面，做为硅晶片和分隔器之间的大接触面的结果，另一方面做为使用LPCVD炉时振动的结果，不可能避免微划痕及碎屑颗粒的形成。因此，在后续光刻步骤中将有很多问题。总之，微划痕和碎屑颗粒是生产率的严重的减损因素，是产生被废弃的次品芯片的直接原因。因此，考虑到上述原因，背面晶片质量变为硅晶片制造的关键参数。迄今可商业获得的梯形舟以及晶片清洁程序已经显现出了它们的局限性。明显地，在晶片的装入和取下过程中，由于把晶片装入到窄槽(标准晶片节距0.14英寸)内的较差的操控系统精度，晶片和梯形舟的分隔器之间的机械接触在晶片背面产生所述的微划痕和碎屑颗粒。因此，如果有的话，则由微划痕和碎屑颗粒引起的问题的解决办法只能来自于梯形舟的创新设计。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的是提供一种改进的梯形舟，此梯形舟显著地减少硅晶片和分隔器之间的接触面。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的梯形舟，此梯形舟显著地减少在晶片背面的微划痕和碎屑颗粒的数量以提高生产产量。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的梯形舟，此梯形舟减少晶片活性表面上的冷区，由此提高沉积层厚度的均匀性。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的梯形舟，此梯形舟减少了当硅晶片在LPCVD炉中处理时施加到其上的振动的影响。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的梯形舟，此梯形舟通过消除每个热处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于支撑多个半导体晶片以进行热处理的改进的梯形舟，包括： ａ．彼此垂直相对并且在水平方向上平行的顶和底板；以及 ｂ．多个支撑棒，固定在所述的顶和底板上以在其间限定一个内部空间，并且该支撑棒配置有支撑所述晶片的分隔器， 其特征在于，所述晶片的分隔器被构形为具有一个斜坡部分，使得晶片位于其上的一个锐角上。

【技术特征摘要】
EP 1999-7-29 99480068.81.一种用于支撑多个半导体晶片以进行热处理的改进的梯形舟，包括a.彼此垂直相对并且在水平方向上平行的顶和底板；以及b.多个支撑棒，固定在所述的顶和底板上以在其间限定一个内部空间，并且该支撑棒配置有支撑所述晶片的分隔器，其特征在于，所述晶片的分隔器被构形为具有一个斜坡部分，使得晶片位于其上的一个锐角上。2.如权利要求1所述的改进的梯形舟，其特征在于，在晶片周边的其背面与分隔器之间的接触面为弓形的或点状的。3.如权利要求1所述的梯形舟，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利弗贝耶特，让皮埃尔梅热，帕特里克拉芬，弗朗西斯罗迪尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]