專利名稱：在包含基座的處理室中加熱半導(dǎo)體基板的工藝和系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
在制造集成電路和其它電子器件的過程中，半導(dǎo)體晶片典型地放置在熱處理室中并被加熱。加熱期間，可能發(fā)生各種化學(xué)和物理過程。例如，在加熱周期中，半導(dǎo)體晶片可以退火，或者各種涂層和薄膜可以沉積在晶片上。
在處理室中加熱晶片的一種方式，尤其是在外延工藝期間，是將晶片放置在被加熱的基座上?；墒褂美珉姼屑訜嵫b置或電阻加熱器被加熱。在包含基座的許多系統(tǒng)中，處理室壁保持在低于基座的溫度，從而避免在壁上的任何沉積因而在加熱工藝中產(chǎn)生任何不期望的微?；蛭廴尽＿@些類型的處理室被稱作“冷壁室”，工作在熱非平衡狀態(tài)下。
參考圖1，示出了通常的冷壁處理室10的示意圖。處理室10包括壁12，它可由熱絕緣體制成并且也可以被主動(dòng)冷卻。在室10內(nèi)部，是由例如碳化硅制成的基座14。在本實(shí)施例中，通過線圈16來加熱基座14。
在圖1所示的實(shí)施例中，處理室10構(gòu)造成同時(shí)操縱多個(gè)半導(dǎo)體晶片。如圖所示，多個(gè)晶片18設(shè)置在位于基座14頂部的槽20內(nèi)。工藝氣體22在室內(nèi)循環(huán)。
在處理中，半導(dǎo)體晶片18可通過基座從約1000℃加熱至約1200℃的溫度。工藝氣體例如惰性氣體或者構(gòu)造為與半導(dǎo)體晶片反應(yīng)的氣體在晶片加熱期間或加熱后被引入反應(yīng)室中。
在圖1所示的系統(tǒng)中，晶片18主要通過傳導(dǎo)從基座被加熱。然而，在加熱中，晶片通過輻射損失熱量給周圍室壁12，因?yàn)榫凸に嚉怏w之間的溫度差異。而且，少量熱也從晶片傳遞至工藝氣體。由于熱量經(jīng)過晶片，經(jīng)由晶片厚度產(chǎn)生溫度梯度。溫度梯度可引起晶片彎曲和變形。
在這些工藝中，將晶片放置在平坦表面上通常是不利的。具體地說，在彎曲過程中，晶片將僅僅在中心處接觸基座，造成晶片中心處溫度升高，并產(chǎn)生晶片中的徑向溫度梯度。晶片中的徑向溫度梯度可以引發(fā)晶片中的熱應(yīng)力，這可能造成位錯(cuò)在缺陷中心處成核。位錯(cuò)產(chǎn)生的應(yīng)力大量地沿著理想結(jié)晶面和方向移動(dòng)，在后面留下可看見的滑移線，在滑移線處，晶面的一部分從另一部分位移了垂直臺(tái)階。這種現(xiàn)象通常稱為“滑移”。
過去已經(jīng)提出了多種方法來減少處理過程中晶片上的滑移。例如，過去，基座的表面設(shè)置有淺的凸處以在晶片下方形成槽，以匹配加熱期間晶片的可能彎曲曲率。然而，設(shè)計(jì)和制造使晶片與基座一致地接觸的槽是很困難的。任何未對(duì)準(zhǔn)可能造成徑向溫度梯度和滑移。
在另一實(shí)施例中，基座設(shè)計(jì)成具有被設(shè)計(jì)為深度大于晶片的任何可能彎曲的槽。在本實(shí)施例中，當(dāng)加熱晶片時(shí)，晶片僅在其邊緣處被基座槽的邊緣支撐，在任何其它位置均不會(huì)接觸槽。由于晶片在邊緣處觸及基座，相對(duì)于晶片中心，晶片邊緣的溫度可能上升并形成徑向溫度梯度。然而，該技術(shù)已被成功地用于直徑小于8英寸的晶片。但是，具有更大直徑的晶片趨向于形成更大徑向溫度梯度，于是形成更多滑移。
考慮上述情況，目前需要一種在熱處理室中加熱基座上半導(dǎo)體晶片的系統(tǒng)和方法。更具體地，目前需要一種基座設(shè)計(jì)，可以在熱處理室中支撐和加熱晶片并且可以容許晶片彎曲，同時(shí)可以均勻地加熱晶片。這種系統(tǒng)將尤其適用于直徑為6英寸以上的較大晶片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明認(rèn)識(shí)和解決了前述現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)和方法中的不足和其它方面。
總之，本發(fā)明提供了一種在熱處理室中利用基座加熱半導(dǎo)體晶片的工藝和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，基座包括用于支撐基座上晶片的支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)降低了加熱和處理期間在晶片中可能形成的徑向溫度梯度，例如退火期間、沉積期間或外延工藝期間。通過降低晶片中的徑向溫度梯度，可以消除或最小化晶片中產(chǎn)生的滑移。而且，由于更均勻地加熱晶片，本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝還將改善被覆工藝期間晶片上的沉積均勻度。
例如，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于處理半導(dǎo)體基板的系統(tǒng)，其包括一處理室?；O(shè)置在處理室內(nèi)部?；O(shè)置為在工作中與一加熱裝置相關(guān)聯(lián)，例如電感加熱裝置或電阻加熱器，用于加熱包含在室中的半導(dǎo)體晶片?；€包括用于接受半導(dǎo)體晶片的晶片支撐面。晶片支撐面包括至少一個(gè)凹處和位于凸處內(nèi)的相應(yīng)支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成在晶片的熱處理期間將半導(dǎo)體晶片抬起至基座上方。
根據(jù)本發(fā)明，支撐結(jié)構(gòu)具有在1100℃溫度下不大于約0.06Cal/cm-s-℃的熱導(dǎo)率。例如，支撐結(jié)構(gòu)可以由石英、藍(lán)寶石或金剛石制成。
在許多應(yīng)用中，處理室可以是冷壁室。用于加熱基座的電感加熱器可以是例如被碳化硅包圍的石墨元件。
為了適應(yīng)熱處理期間的晶片彎曲，基座的晶片支撐面可以包括一槽，其具有構(gòu)造成允許加熱期間半導(dǎo)體晶片彎曲而不會(huì)使晶片接觸槽頂面的形狀。例如，槽的形狀可以是使得在最高處理溫度下槽頂面與半導(dǎo)體晶片間隔開大約1密耳至大約20密耳。而且，槽的形狀可以是，在最高處理溫度下，使得晶片與槽頂面之間的間距基本一致，并且變化不超過約2密耳。
如上所述，支撐結(jié)構(gòu)抬高半導(dǎo)體晶片在基座表面上方。支撐結(jié)構(gòu)的高度可以計(jì)算，使得在最高處理溫度下流過半導(dǎo)體晶片的熱量均勻。通常，支撐高度可以是由下式計(jì)算出距離的約5％內(nèi)(dg)(ks)(kg)]]>其中dg是基座與半導(dǎo)體晶片間的距離，Ks是支撐結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)率，Kg等于處理室中存在的氣體的熱導(dǎo)率。
本發(fā)明所采用的支撐結(jié)構(gòu)可具有不同的類型和形狀。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)可包括多個(gè)針，位于對(duì)應(yīng)的多個(gè)凹處中。針可以沿同一半徑間隔開，用于支撐半導(dǎo)體晶片。替代地，支撐結(jié)構(gòu)可包括位于溝狀凹處中的環(huán)。許多應(yīng)用中，支撐結(jié)構(gòu)可具有從約0.02英寸至約0.1英寸的高度。另一方面，凹處的深度可以從約0.01英寸至約0.08英寸。
支撐結(jié)構(gòu)可以接近晶片邊緣處支撐半導(dǎo)體晶片。替代地，支撐結(jié)構(gòu)可以在接近晶片質(zhì)量中心處支撐晶片。本發(fā)明的系統(tǒng)可處理任何尺寸和形狀的半導(dǎo)體晶片。然而，本系統(tǒng)尤其更適合于均勻加熱直徑為6英寸以上的半導(dǎo)體晶片。這種晶片可被加熱，而不會(huì)形成顯著的滑移量。
在本發(fā)明的處理期間，半導(dǎo)體晶片可加熱至至少800℃的溫度，尤其至少為1000℃，更加尤其至少為1100℃。根據(jù)本發(fā)明，晶片可加熱到最高處理溫度，使得晶片的徑向距離上的溫度差異不會(huì)超過約5℃。通過均勻地加熱晶片，可以在晶片上均勻地沉積薄膜和覆層。下面更加詳細(xì)地討論本發(fā)明的方案和優(yōu)點(diǎn)。


對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明的全面和實(shí)施公開，包括其最佳優(yōu)選方式，在說明書的剩余部分包括參考附圖中更加具體地闡明，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)熱處理室的側(cè)視圖；圖2是用于例如圖1所示熱處理室中的、根據(jù)本發(fā)明制作的基座的一個(gè)實(shí)施例的切開部分的側(cè)視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明制造的支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；圖4A～4C是根據(jù)本發(fā)明制造的支撐結(jié)構(gòu)的不同實(shí)施例的側(cè)視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明制造的環(huán)形支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明制造的基座的另一實(shí)施例的俯視圖；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明制造的基座的又一實(shí)施例的俯視圖；本說明書和附圖中參考標(biāo)記的重復(fù)使用是表示本發(fā)明的相同或類似特征或元件。
具體實(shí)施例方式
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)理解，本討論僅僅是示范性實(shí)施例的描述，不是用來限制本發(fā)明的更寬方案，更寬方案在示范性結(jié)構(gòu)中被實(shí)施。
總之，本發(fā)明提供一種在熱處理室中用于均勻加熱基座上半導(dǎo)體晶片的系統(tǒng)和工藝。根據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體晶片可以在基座上被加熱，同時(shí)減少或清除可能造成滑移或其它晶片缺陷的徑向溫度梯度。根據(jù)本發(fā)明，利用由較低導(dǎo)熱材料例如石英制成的支撐結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體晶片懸浮在被加熱基座上方。支撐結(jié)構(gòu)可以具有任何期望形狀，例如針、環(huán)、弧形斷面等的形式。支撐結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在形成于基座表面的匹配凹處中。凹處可以任何可能組合方式位于晶片下方的選擇位置處。
根據(jù)本發(fā)明，支撐結(jié)構(gòu)的凹處深度和高度被構(gòu)造成使得穿過支撐結(jié)構(gòu)的傳熱阻抗接近或基本上等于穿過晶片和基座表面之間的空間或間隙的傳熱阻抗。在這種方式下，加熱期間，正好在支撐結(jié)構(gòu)上方的晶片溫度與晶片底面的剩余部分保持基本上相同，于是消除了徑向溫度梯度。
本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)，例如基座凹處的深度或支撐結(jié)構(gòu)的高度，將取決于工作條件，例如工作溫度范圍、室內(nèi)氣體類型和用于形成支撐結(jié)構(gòu)的材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)將半導(dǎo)體晶片懸浮在形成于晶片表面中的槽的上方。槽可以具有與加熱期間半導(dǎo)體晶片的形狀基本上匹配的形狀，如果晶片被加熱到足以使得晶片彎曲的溫度?；鄣男甭逝c晶片的彎曲斜率匹配可能進(jìn)一步有助于加熱工藝期間保持徑向溫度一致性。保持徑向溫度一致性降低或消除了晶片中的滑移，并且改善了在晶片上形成覆層期間的沉積均勻度。
本發(fā)明的工藝和系統(tǒng)尤其更適合用于冷壁處理室。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝也可用于其它各種類型室。而且，本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝可用于任何晶片處理工藝類型中，如退火期間或外延工藝期間。
參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明制造的通用基座114的一個(gè)實(shí)施例?；?14設(shè)計(jì)成放置在處理室中，例如圖1所示的處理室。
如圖2所示，基座114設(shè)置成與用于加熱半導(dǎo)體晶片的加熱裝置116工作上相關(guān)聯(lián)。加熱裝置可以是任何適當(dāng)?shù)募訜崞?，例如射頻電感線圈。替代地，基座可以通過電阻加熱器被加熱。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，加熱裝置是包括被碳化硅包圍的石墨元件的電感加熱器。加熱裝置116可集成到設(shè)計(jì)成握持半導(dǎo)體晶片的基座的一部分中，或者可以在間隔開的關(guān)系下加熱基座表面。
如圖2所示，基座114包括用于接受半導(dǎo)體晶片118的槽120。根據(jù)本發(fā)明，晶片118定位于支撐結(jié)構(gòu)124上。支撐結(jié)構(gòu)124定位于至少一個(gè)凹處126內(nèi)。如圖所示，支撐結(jié)構(gòu)124錨定在凹處126的底部。然而，通常地，凹處126的內(nèi)壁與支撐結(jié)構(gòu)124處于非接觸關(guān)系，以防止基座114與支撐結(jié)構(gòu)之間的直接熱傳遞。
支撐結(jié)構(gòu)124的目的是將晶片118懸浮在槽120的頂面上方，并且有助于更加均勻地加熱晶片，使得不存在顯著的徑向溫度梯度。如上所述，尤其在冷壁處理室中，半導(dǎo)體晶片118可通過輻射而損失熱量至周圍室壁。由于經(jīng)由晶片的熱傳遞，穿過晶片厚度產(chǎn)生溫度梯度。本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝的目的是允許穿過晶片厚度的熱傳遞，而不會(huì)發(fā)展或產(chǎn)生徑向溫度梯度。由于使用了支撐結(jié)構(gòu)124，在根據(jù)本發(fā)明加熱的晶片中發(fā)展徑向溫度梯度的趨勢(shì)被降低了?？傊?，支撐結(jié)構(gòu)124保持了在加熱周期中晶片的底面處于基本上相同的溫度下，這就防止了形成徑向溫度梯度。
為了促進(jìn)基座上晶片溫度的均勻性，理想地，支撐結(jié)構(gòu)與存在于基座表面和晶片底面之間的任何氣體具有基本上相同的導(dǎo)熱性。然而，不幸地是，不存在熱導(dǎo)率等于氣體熱導(dǎo)率的固體材料。固體材料的熱導(dǎo)率總是較高。然而，根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了通過使用熱導(dǎo)率大大低于用于形成基座的材料的熱導(dǎo)率的材料來用于支撐結(jié)構(gòu)，以及將支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置為在形成于基座中的凹處中具有一定的高度，可以保持晶片中的溫度均勻性。
例如，通過設(shè)定穿過支撐結(jié)構(gòu)的熱阻等于穿過基座和工藝氣體的熱阻，得到下式(Tg1-Tw)Ks/ds＝(1/(dr/Ksu+dg/kg))(Tg1-Tw)+σ*(1/(1/εs+1/εw-1))(Tg24-Tw4)其中Ks--支撐結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)率ds--支撐結(jié)構(gòu)的高度Ksu--基座的熱導(dǎo)率dr--凹處的高度kg--工藝氣體的熱導(dǎo)率dg--晶片和基座間的距離Tg1--凹處底部處的基座溫度Tg2--基座頂面溫度Tw--晶片底面溫度σ--史蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)εs--基座的發(fā)射率εw--晶片的發(fā)射率參考圖3，示出支撐基座114上方晶片118的支撐結(jié)構(gòu)124的放大圖。如圖所示，支撐結(jié)構(gòu)124定位于凹處126內(nèi)。支撐結(jié)構(gòu)124座落在凹處126內(nèi)而沒有接觸凹處的內(nèi)壁。
圖3示出了上述等式中所用的各種距離和參數(shù)。如上所述，上述等式用來表示穿過支撐結(jié)構(gòu)130的熱通量等于穿過基座和穿過基座與晶片132之間間隙的熱通量的位置。在圖3中，工藝氣體128存在于晶片和基座之間的空間中。
根據(jù)本發(fā)明，如果支撐結(jié)構(gòu)124的熱導(dǎo)率大大低于基座114的熱導(dǎo)率(Ks＜＜Ksu)，且晶片和基座之間的輻射能可被忽略，則上式可簡(jiǎn)化為dsks=dgkg;]]>或ds=(dg)(ks)kg]]>當(dāng)基座由具有高熱導(dǎo)率的材料(例如石墨或碳化硅)制成時(shí)，上述簡(jiǎn)化尤其有用。如上所述，在這種情況下，支撐結(jié)構(gòu)的高度等于晶片和基座間的距離乘以支撐結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)率與工藝氣體的熱導(dǎo)率的比率。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造基座時(shí)，通常希望支撐結(jié)構(gòu)的高度盡可能接近上述計(jì)算出的距離。然而，如果支撐結(jié)構(gòu)的高度在上述計(jì)算出距離的約25％內(nèi)，尤其在上述計(jì)算出距離的約10％內(nèi)，更尤其地在上述計(jì)算出距離的約5％內(nèi)，得到可接受的結(jié)果。
本發(fā)明所用支撐結(jié)構(gòu)124的實(shí)際高度將依賴于許多因素而變化。這些因素包括用于構(gòu)造支撐結(jié)構(gòu)的材料，工藝氣體的熱導(dǎo)率，晶片和基座間的距離，工藝溫度，等等。總之，在一個(gè)實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)124的高度從約0.02英寸至約0.1英寸，尤其從約0.03英寸至約0.08英寸。在這些高度下，凹處126的深度可以從約0.01英寸至約0.08英寸，尤其從約0.02英寸至約0.05英寸?；鶅?nèi)凹處的存在允許具體的支撐結(jié)構(gòu)高度，同時(shí)仍然保持晶片如期望般地靠近基座的頂面。
例如，在加熱周期中，晶片118應(yīng)當(dāng)離開基座的頂面從約1密耳至約20密耳的距離，尤其從約5密耳至約11密耳。在一個(gè)實(shí)施例中，基座的表面形成用于接受晶片的槽120。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，槽的頂面具有與最高處理溫度下的晶片形狀大體符合的形狀。例如，如果在最高處理溫度下晶片趨于彎曲，則槽120的頂面將適合晶片的彎曲。通過保持基座和晶片間的一致距離而不使晶片接觸基座，維持了整個(gè)晶片中的良好溫度均勻性。理想地，在最高處理溫度下，槽120的頂面與晶片118的底面之間的距離應(yīng)當(dāng)變化不超過約2密耳，尤其不超過約1密耳。
據(jù)認(rèn)為，根據(jù)本發(fā)明各種材料可用于形成支撐結(jié)構(gòu)124?？傊?，選取用于形成支撐結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)當(dāng)在較高溫度下具有較低熱導(dǎo)率，并且當(dāng)被加熱時(shí)不應(yīng)當(dāng)污染處理室。例如，用于形成支撐結(jié)構(gòu)的材料在加熱晶片的溫度下不應(yīng)當(dāng)形成金屬氣體。
總之，支撐結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)率在約11100℃以上的溫度下可以低于約0.06cal/cm-s-℃，可尤其從約0.0037cal/cm-s-℃至約0.06cal/cm-s-℃。非常適合于本發(fā)明的特定材料包括石英、藍(lán)寶石或金剛石。
通過本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝，熱處理室中在被加熱的基座上可以非常有效地加熱晶片，不會(huì)出現(xiàn)顯著的徑向溫度梯度。例如，認(rèn)為根據(jù)本發(fā)明晶片可被處理以便在徑向方向上具有不超過10℃的溫度差異，尤其不超過約5℃的溫度差，在一個(gè)實(shí)施例中，在徑向方向上不超過約3℃的溫度差。
如上所述，支撐結(jié)構(gòu)124通常位于形成在基座114中的凸處中。支撐結(jié)構(gòu)124當(dāng)定位于凹處內(nèi)時(shí)應(yīng)當(dāng)與凹處的內(nèi)壁間隔一定距離。然而，支撐結(jié)構(gòu)一旦設(shè)置于凹處中也應(yīng)當(dāng)保持在位置上。
參考圖4A～4C，各種實(shí)施例示出了支撐結(jié)構(gòu)和凹處構(gòu)造。
例如，如圖4A所示，支撐結(jié)構(gòu)124總體上具體一致寬度或直徑。然而，凹處126包括設(shè)計(jì)成保持支撐結(jié)構(gòu)在特定位置上的凹部134。
在圖4B所示的實(shí)施例中，另一方面，支撐結(jié)構(gòu)124包括用于保持支撐結(jié)構(gòu)124在凹處內(nèi)對(duì)齊的足或臺(tái)部136。
參考圖4C，示出了支撐結(jié)構(gòu)和凹處構(gòu)造的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，凹處126包括一凹部134，同時(shí)支撐結(jié)構(gòu)124包括一對(duì)應(yīng)窄部138。窄部138緊密配合在凹部134內(nèi)。
除了其高度之外，支撐結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀通常與上述數(shù)學(xué)等式無關(guān)。結(jié)果，支撐結(jié)構(gòu)可設(shè)置成能夠支撐半導(dǎo)體晶片的任何合適形狀。例如，參考圖5，在一個(gè)實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)124可以是環(huán)形。環(huán)124可以適配在形成于基座114中的凹處126內(nèi)。本實(shí)施例中，凹處126可具有類溝的形狀。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)具有圖5所示環(huán)的形狀時(shí)，環(huán)可具有約0.25英寸的寬度，凹處可以呈現(xiàn)出寬度約為0.3英寸的溝的形狀。
除了具有圖5所示的環(huán)形，支撐結(jié)構(gòu)也可具有圖6和7所示的針140的形狀。如圖所示，針可以沿著同一半徑間隔開，用于均勻地支撐半導(dǎo)體晶片。通常，需要3個(gè)以上針來支撐晶片。
在圖6所示的實(shí)施例中，針140定位成在其邊緣或接近邊緣處支撐半導(dǎo)體晶片。然而，在圖7中，針定位成在靠近其質(zhì)量中心處支撐晶片。然而，應(yīng)當(dāng)理解，支撐結(jié)構(gòu)可設(shè)置于任何合適的晶片半徑處。
針的斷面形狀通常不是關(guān)鍵的。例如，圖6中，針顯示為具有圓柱形，而在圖7中，針具有正方形或矩形的形狀。僅僅為了示例的目的，當(dāng)具有圓柱形狀時(shí)，針可以具有約0.25英寸的直徑，并可設(shè)置于具有約0.3英寸直徑的凹處中。
針140的頂面可以是用于支撐晶片的任何合適形狀。例如，許多應(yīng)用場(chǎng)合下，針的頂面應(yīng)當(dāng)是平的。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以實(shí)踐本發(fā)明的這些和其它修改和變化，而不脫離更具體地列舉在所附權(quán)利要求中的本發(fā)明精神和范圍。此外，應(yīng)當(dāng)理解，各種實(shí)施例的方案可以整體或部分互換。而且，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解前面的描述僅通過舉例的方式，不是用來限制進(jìn)一步闡明于所附權(quán)利要求中的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于處理半導(dǎo)體基板的系統(tǒng)，包括適應(yīng)于包含一半導(dǎo)體晶片的處理室；定位在所述處理室內(nèi)的基座，該基座包括用于接受一半導(dǎo)體晶片的晶片支撐面，該晶片支撐面包括至少一個(gè)凹處和定位在該凹處內(nèi)的相應(yīng)支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成在晶片熱處理期間將半導(dǎo)體晶片抬高在基座上方，在1100℃的溫度下該支撐結(jié)構(gòu)具有不超過大約0.06Cal/cm-s-℃的熱導(dǎo)率；和設(shè)置為與用于加熱被支撐在所述基座上的半導(dǎo)體晶片的所述基座在工作上相關(guān)聯(lián)的加熱裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述加熱裝置包括一電阻加熱器或一電感加熱器。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述加熱裝置包括被碳化硅包圍的石墨元件。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理室包括冷壁室。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)由包括石英的材料制成。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述晶片支撐面包括一槽，該槽具有被構(gòu)造成允許半導(dǎo)體晶片在加熱期間彎曲而該晶片不會(huì)觸及該槽的頂面的形狀。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中該槽被成形為使得在最高處理溫度下該槽的頂面與半導(dǎo)體晶片間隔從約1密耳至約20密耳。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中該槽進(jìn)一步被成形為使得在最高處理溫度下所述晶片與所述槽的頂面之間的空間基本一致并且變化不超過約2密耳。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)具有由下式計(jì)算出的距離的5％以內(nèi)的高度(dg)(ks)(kg)]]>其中dg＝所述基座和半導(dǎo)體晶片之間的距離ks＝所述支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱率kg＝存在于所述處理室中的氣體的導(dǎo)熱率。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述基座包括沿著同一半徑設(shè)置的至少三個(gè)凹處，并且其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括對(duì)應(yīng)的多個(gè)針。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述基座包括圓形凹處，和其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括一環(huán)。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)具有從約0.02英寸至約0.1英寸的高度。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成支持直徑為6英寸以上的晶片。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述凹處包括內(nèi)壁，以及所述支撐結(jié)構(gòu)與所述內(nèi)壁間隔預(yù)定距離。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述凹處具有從約0.01英寸至約0.08英寸的深度。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成在晶片的邊緣附近支撐半導(dǎo)體晶片。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)被定位在所述晶片支撐面上以在晶片質(zhì)量中心的附近支撐半導(dǎo)體晶片。
18.一種用于在處理室中支持和加熱半導(dǎo)體晶片的基座，包括一加熱裝置；一用于接受一半導(dǎo)體晶片的晶片支撐面，該晶片支撐面限定了一槽，該槽具有構(gòu)造成允許半導(dǎo)體晶片在加熱期間彎曲而該晶片不會(huì)接觸該槽的頂面的形狀；和從所述晶片支撐面延伸的支撐結(jié)構(gòu)，用于將半導(dǎo)體晶片懸在該槽的頂面上方，所述支撐結(jié)構(gòu)由在1100℃的溫度下具有不超過約0.06Cal/cm-s-℃的導(dǎo)熱率的材料制成。
19.如權(quán)利要求18所述的基座，其中所述加熱裝置包括一電阻加熱器或者一電感加熱器。
20.如權(quán)利要求18所述的基座，其中所述槽的頂面包括碳化硅。
21.如權(quán)利要求19所述的基座，其中所述支撐結(jié)構(gòu)由包括石英的材料制成。
22.如權(quán)利要求19所述的基座，其中所述槽被成形為使得在最高處理溫度下該槽的頂面與半導(dǎo)體晶片間隔從約1密耳至約20密耳。
23.如權(quán)利要求22所述的基座，其中所述槽進(jìn)一步被成形為使得在最高處理溫度下在該晶片與該槽的頂面之間的空間基本上一致并且變化不超過約2密耳。
24.如權(quán)利要求23所述的基座，其中所述支撐結(jié)構(gòu)具有由下式計(jì)算出的距離的25％以內(nèi)的高度(dg)(ks)(kg)]]>其中dg＝所述基座和半導(dǎo)體晶片之間的距離ks＝所述支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱率kg＝存在于所述處理室中的氣體的導(dǎo)熱率。
25.如權(quán)利要求19所述的基座，其中所述晶片支撐面限定了一槽，所述支撐結(jié)構(gòu)定位在該槽內(nèi)。
26.如權(quán)利要求25所述的基座，其中所述基座包括沿著同一半徑設(shè)置的至少三個(gè)凹處，并且其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括對(duì)應(yīng)的多個(gè)針。
27.如權(quán)利要求25所述的基座，其中所述基座包括圓形凹處，和其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括一環(huán)。
28.如權(quán)利要求19所述的基座，其中所述支撐結(jié)構(gòu)具有從約0.02英寸至約0.1英寸的高度。
29.一種用于均勻加熱位于被加熱基座上的半導(dǎo)體晶片的工藝，包括提供一包含基座的處理室，該基座被加熱并限定一晶片支撐面，該基座還包括從該晶片支撐面延伸的支撐結(jié)構(gòu)，該晶片支撐面具有被構(gòu)造成允許半導(dǎo)體晶片在加熱期間彎曲而不會(huì)接觸該面的形狀，所述支撐結(jié)構(gòu)由在1100℃下具有不超過約0.06Cal/cm-s-℃的導(dǎo)熱率的材料制成；設(shè)置一半導(dǎo)體晶片在所述支撐結(jié)構(gòu)上；以及加熱所述半導(dǎo)體晶片至引起該晶片彎曲而不會(huì)接觸所述晶片支撐面的最高處理溫度。
30.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述最高處理溫度是至少1000℃。
31.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述基座和所述晶片通過一電阻加熱器或一電感加熱器被加熱。
32.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述支撐結(jié)構(gòu)由包括石英、藍(lán)寶石或金剛石的材料制成。
33.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述晶片支撐面被成形為使得在最高處理溫度下該面與半導(dǎo)體晶片間隔從約1密耳至約20密耳，并且使得在最高處理溫度下所述晶片和所述支撐面之間的空間基本一致并且變化不超過2密耳。
34.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中在最高處理溫度下所述支撐結(jié)構(gòu)具有由下式計(jì)算出的距離的5％以內(nèi)的高度(dg)(ks)(kg)]]>其中dg＝所述基座和半導(dǎo)體晶片之間的距離ks＝所述支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱率kg＝存在于所述處理室中的氣體的導(dǎo)熱率。
35.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括沿著同一半徑設(shè)置的至少三個(gè)支撐針。
36.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述支撐結(jié)構(gòu)呈環(huán)形。
37.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述支撐結(jié)構(gòu)具有從約0.02英寸至約0.1英寸的高度。
38.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述晶片支撐面還限定了一凹處，所述支撐結(jié)構(gòu)位于該凹處內(nèi)。
39.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述晶片在冷壁處理室中被加熱。
40.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述半導(dǎo)體晶片具有至少10英寸的直徑。
41.如權(quán)利要求29所述的工藝，其中所述晶片被加熱使得在最高處理溫度下整個(gè)半導(dǎo)體晶片的溫度差異不超過約5℃。
全文摘要
公開了一種在基座上用于加熱處理室中半導(dǎo)體基板的工藝和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，公開了基座。根據(jù)本發(fā)明，基座包括一將晶片懸在基座上方的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)由具有較低導(dǎo)熱率的材料制成。該支撐結(jié)構(gòu)具有特定高度，禁止或者防止高溫處理期間在晶片中形成徑向溫度梯度。必要時(shí)，可以在基座中形成用于設(shè)置和定位支撐結(jié)構(gòu)的凹處?；梢园ㄏ薅ㄒ徊鄣木蚊?，該槽具有被構(gòu)造成與加熱周期中晶片形狀相符合的形狀。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1653591SQ03810217
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2003年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月7日
發(fā)明者李榮載, 唐納德·L·王, 史蒂文·萊, 丹尼爾·J·迪瓦恩 申請(qǐng)人:馬特森技術(shù)公司