CN102142387B - 用于半导体热处理设备的立式晶舟 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体生产装置领域。本发明的一种用于半导体热处理设备的立式晶舟，包括上下圆盘以及圆盘之间的连接立柱，其中，所述连接立柱为3根或3根以上，所述连接支柱之间固定有多层条状凸台，所述凸台相互平行，且上表面处于同一水平面上，所述每层凸台之间有开口，所述开口宽度的大小大于传片机械手载片装置的宽度。本发明能够对晶片有较好的支撑，可以有效的防止高温热处理工艺中的晶片滑移和变形，从而提高生产效率和良品率。

Description

用于半导体热处理设备的立式晶舟
技术领域
本发明属于半导体生产装置领域，具体涉及一种用于半导体热处理设备的立式晶舟。
背景技术
半导体热处理设备的立式晶舟，是一种晶片的承载装置，即将晶片水平、平稳的放置到晶舟的凹槽或凸台上。为了实现高纯度高质量的工艺，晶舟应该选用无污染、高温下性能稳定、抗侵蚀和抗氧化的材质。现有半导体热处理装置中，晶舟大多使用石英材质，而石英材质的晶舟存在缺陷，例如，在高温环境中容易变形和产生脆裂导致硅片产生滑移，易被酸性气体侵蚀，并与放置其上的硅片的热膨胀系数相差较大等。而且，如图1所示，为现有技术中的晶舟结构示意图，传统晶舟的结构一般包括上下两个圆盘1和2，和用于连接两个圆盘的3个或更多的立柱3，每个立柱3上面都有相互平行且同水平面的凹槽或凸台4用来放置晶片。
随着半导体行业的发展，晶片的直径尺寸也随之增大到300mm或更大，这样晶片的自重也随之增大。传统晶舟的结构只是适合直径200mm或更小的晶片。而且，现在晶片的高温热处理工艺的温度可能会超过1200℃，传统晶舟和其上面的晶片更易发生变形。又因立柱上面的凹槽或凸台和晶片接触的面积较小，将晶片放置其上后，使晶片的受力不均，容易产生局部集中应力，因此晶片抵抗屈服应力和热应力变形的能力小，容易导致高温时晶片变形较大和内部晶格滑移。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种新型晶舟，能够对晶片有较好的支撑，可以有效的防止高温热处理工艺中的晶片滑移和变形，从而提高生产效率和良品率。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明的技术方案提供一种用于半导体热处理设备的立式晶舟，包括上圆盘、下圆盘以及圆盘之间的连接立柱，其中，所述连接立柱为3根或3根以上，每根所述连接支柱上固定有多层条状凸台，所述凸台相互平行，每层所述凸台之间有开口，所述开口的宽度大小大于传片机械手载片装置的宽度；所述晶舟整体呈左右对称结构设置。
其中，每层所述凸台的开口为一个或一个以上。
其中，所述连接立柱和凸台之间的连接处为圆弧状棱边。
其中，所述凸台的表面边缘处为圆弧状棱边。
其中，所述凸台为条状直线型、或条状弧形、或直线与曲线组合的不规则形状。
其中，所述凸台大于25层。
其中，所述晶舟及凸台由硅或硅的化合物制成。
其中，所述晶舟及凸台的材质为碳化硅或氮化硅。
(三)有益效果
本发明提供了一种新型晶舟，能够对晶片有较好的支撑，可以有效的防止高温热处理工艺中的晶片滑移和变形，从而提高生产效率和良品率。
附图说明
图1是现有技术中的晶舟结构示意图；
图2是本发明实施例一的用于半导体热处理设备的立式晶舟结构示意图；
图3是本发明用于半导体热处理设备的立式晶舟凸台结构示意图；
图4是本发明实施例二的用于半导体热处理设备的立式晶舟剖面图；
图5是本发明实施例三的用于半导体热处理设备的立式晶舟剖面图；
图6是现有技术晶舟应力分布图；
图7是本发明用于半导体热处理设备的立式晶舟应力分布图；
图8是现有技术晶舟晶片位移分布图；
图9是本发明用于半导体热处理设备的立式晶舟晶片位移分布图。
图中：1：上圆盘，2：下圆盘，3：连接立柱，4：凸台；5：棱边。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如附图2所示，依照本发明一种实施方式的用于半导体热处理设备的立式晶舟结构示意图，包括上圆盘1、下圆盘2以及上下圆盘之间的连接立柱3，连接立柱3为三根或三根以上，每根连接支柱3上固定有多层条状凸台4，各层凸台4相互平行，且各连接立柱3上的各层凸台4的上表面处于同一水平面上，每层凸台4之间有开口，开口的大小大于传片机械手载片装置的宽度，以便于机械手运送晶片到凸台4上，便于进行热处理工序，晶舟上的晶片至少为25片，相应的，凸台4大于25层。每层凸台4的开口至少为一个，也可以为一个或一个以上，如图3所示，为了避免晶舟棱边处的局部集中应力，并减少晶片与凸台4之间的硬性接触而对晶片表面产生伤痕，连接立柱3和凸台4之间的连接处为圆弧状棱边5，同时凸台4的表面边缘处也设置为圆弧状。由于热处理工序中的温度较高，整个晶舟及凸台5由高纯度难熔材质制成，特别是由硅或其化合物材质制成。在此实施例中，晶舟整体是左右对称结构，通过条状凸台4可以使晶片获得较大较均匀的接触面积，让晶片平稳的放置在其上面，避免晶片产生过大的应力和位移，降低晶片内部的滑移和过大的热应力，同时也能将大直径晶片的自身重量合理分担。
凸台4的具体形状可以是直线型、曲线型或混合型，图4是本发明实施例二的用于半导体热处理设备的立式晶舟剖面图，在此实施例中，凸台4的形状为直线型条状凸台，相应的，连接立柱3为4根，开口为4个。
图5是本发明实施例三的用于半导体热处理设备的立式晶舟剖面图，在此实施例中，凸台4的形状为曲线和直线型条状的混合型，相应的连接立柱3为4根，开口为2个。
本发明经过了有限元仿真分析，并与传统晶舟支撑晶片的情况进行了对比。对于有限元仿真分析，即设定支撑件的材质为碳化硅，并将晶片和晶舟的材料属性和热学属性进行设定。然后设定两者之间的接触关系，进行网格划分，设定载荷和约束条件，最后进行有限元求解。设定其主要载荷是晶片的重力和环境温度，求解结果为晶片的等效平均位移、等效平均应力和热应力。在相同工况下，通过对比分析仿真结果，以图6-图9表示。在图中，将各应力值或位移值用线条表示，图中的线条与线条之间的同一区域表现为相同的应力值或位移值。如图6所示的传统晶舟晶片应力分布图，中间区域应力较小，越靠近连接立柱3位置越容易产生局部应力，即其局部应力也就越大，最大约为7.5e6MPa，图6显示出，传统晶舟的局部应力太过集中，因此应力分布不是很好；图7为新晶舟晶片应力分布图，图示中与图6相同的是，中间区域应力较小，越靠近立柱位置越容易产生局部应力，应力也就越大，最大约为2.5e6MPa，但相比于图6，应力变化比较均匀，局部应力也较小，最大应力值也变小三倍左右，因此整体应力分布情况较好。
图8为传统晶舟晶片位移分布图，图8中，靠近立柱位置的位移较小，越远离立柱位置位移也就越大，因此图8中最下部的区域位移最大，约为0.25mm；图9为新晶舟晶片位移分布图，图中，靠近立柱位置的位移较小，越远离立柱位置位移也就越大，因此图9中最下部的区域位移最大，约为0.05mm，但相比于图8，图9中的位移的变化趋势比较均匀，且最大值比前者好了五倍左右。
本实施例的优点在于，通过新晶舟结构中的条状凸台支撑晶片，能使晶片的接触面积变得合理、均匀。因此，后者能够减少高温工艺下晶片的局部集中应力，能有效的防止了晶片的变形、过大位移和内部晶格滑移，同时也能降低晶片内部的热应力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于半导体热处理设备的立式晶舟，包括上圆盘、下圆盘以及圆盘之间的连接立柱，其特征在于，所述连接立柱为3根或3根以上，每根所述连接支柱上固定有多层条状凸台，所述凸台相互平行，每层所述凸台之间有开口，所述开口的宽度大小大于传片机械手载片装置的宽度；所述晶舟整体呈左右对称结构设置。
2.如权利要求1所述的用于半导体热处理设备的立式晶舟，其特征在于，每层所述凸台的开口为一个或一个以上。
3.如权利要求2所述的用于半导体热处理设备的立式晶舟，其特征在于，所述连接立柱和凸台之间的连接处为圆弧状棱边。
4.如权利要求3所述的用于半导体热处理设备的立式晶舟，其特征在于，所述凸台的表面边缘处为圆弧状棱边。
5.如权利要求4所述的用于半导体热处理设备的立式晶舟，其特征在于，所述凸台为条状直线型、或条状弧形、或直线与曲线组合的不规则形状。
6.如权利要求5所述的用于半导体热处理设备的立式晶舟，其特征在于，所述凸台大于25层。
7.如权利要求6所述的用于半导体热处理设备的立式晶舟，其特征在于，所述晶舟及凸台由硅或硅的化合物制成。
8.如权利要求7所述的用于半导体热处理设备的立式晶舟，其特征在于，所述晶舟及凸台的材质为碳化硅或氮化硅。
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