CN107407004B - 升降销及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种升降销，其在对晶片进行外延工艺的工艺室内部贯穿放置有所述晶片的衬托器的孔以支撑所述晶片并且具有由玻璃碳材料形成的表面。

Description

升降销及其制造方法
技术领域
本发明涉及升降销及其制造方法，更具体地，涉及这样的升降销及其制造方法：在对晶片进行外延的工艺中升降销贯穿其上放置有晶片的衬托器的孔以支撑所述晶片。
背景技术
通常，可以基于由有机硅材料的薄单晶衬底制成的晶片，通过FAB工艺、粘合工艺(bonding process)和模制工艺等来制造半导体器件，其中FAB工艺用于在所述晶片上形成图案化有电路图案的多个芯片，粘合工艺用于将在FAB工艺中形成的各个芯片电连接到衬底上，模制工艺用于保护连接到衬底的芯片免受外部影响。这里，通过薄片切割圆筒状锭子然后进行用于平滑晶片表面的抛光工艺而制造晶片。
因此，近来，由于半导体器件高度集成，所以仅通过对晶片表面进行抛光工艺难以降低晶片的表面粗糙度。因此，难以在晶片上实现具有微细线宽，特别是约12nm至约16nm的线宽的电路图案。因此，对进行了抛光工艺的晶片进一步进行外延工艺，使得晶片的表面粗糙度降低到约30％至最多50％的水平。
这里，通过使用外延装置进行外延工艺，所述外延装置包括：工艺室，在该工艺室的内部注入有硅烷气体；衬托器，用于放置已经在工艺室内完成了抛光工艺的晶片；升降销，其被驱动为在贯穿衬托器的孔的同时上下移动，以将晶片放置在衬托器上或使晶片与衬托器隔开；以及加热器，其为工艺室的内部提供热量，以将晶片加热到约1000℃至1400℃的工艺温度。
具体地，外延工艺以这样的方式进行：供给到工艺室内部的硅烷气体通过来自加热器的热量与晶片表面反应以生长晶体，然后生长的晶体填充晶片表面上的间隙。因此，在晶片表面上形成几微米水平的薄膜，从而降低晶片的表面粗糙度或去除晶片的表面上存在的缺陷，从而获得高质量的晶片。这里，在进行外延工艺时，通过加热器将晶片加热到约1000℃至1400℃的高温，因此在晶片中不可避免地发生小的弯曲现象。
由于在升降销直接接触和支撑晶片时发生弯曲现象，因此升降销也可能在发生弯曲现象的晶片上产生划痕。此外，由于升降销被驱动为沿着衬托器的孔上下移动，通过升降销和衬托器之间的摩擦产生振动，所以可能在晶片上产生划痕、凹痕和磨损等。由于晶片由划痕、凹痕和磨损而损坏，由于对晶片的损坏而产生颗粒，所以晶片的表面质量可能会劣化。此外，通过外延工艺在晶片表面上形成的薄膜的质量也可能劣化。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供了一种升降销，其稳定地支撑发生弯曲现象的晶片，从而能够照原样保持晶片质量。
本发明的另一目的是提供了一种制造升降销的方法。
技术方案
为了实现上述本发明的目的，提供一种升降销，所述升降销在对晶片进行外延工艺的工艺室内部贯穿放置有所述晶片的衬托器的孔以支撑所述晶片并且具有由玻璃碳材料形成的表面，所述升降销包括：销头部，其形成在所述升降销的与所述晶片接触的上部；轴，其贯通所述衬托器的孔；以及销颈部，其位于所述销头部和所述轴之间且具有以从所述销头部朝向所述轴逐渐变窄的方式倾斜地形成的外周面。
所述升降销可以具有用玻璃碳涂覆由陶瓷材料形成的基本构件而形成的结构。
所述销头部的与所述晶片接触的部位可以具有圆形形状。
所述销头部的与所述晶片接触的部位可以具有11mm至17mm的曲率半径R。
相对于形成在所述孔的上端部的倾斜角度，所述销颈部可以具有±5°的倾斜角度。
所述轴可以具有比所述孔的直径小2％至10％的外径。
所述销头部、所述轴和所述销颈部可以具有粗糙度为0.1μm至0.5μm的表面。
为了实现本发明的另一目的，提供一种制造升降销的方法，所述升降销在对晶片进行外延工艺的工艺室内部贯穿放置有所述晶片的衬托器的孔以支撑所述晶片，所述方法包括如下步骤：制造基底，所述基底包括：销头部，其具有由玻璃碳材料形成的表面并且接触所述晶片以支撑所述晶片；轴，其贯穿所述衬托器的所述孔；以及销颈部，其形成在所述销头部和所述轴之间；以及对所述基底的表面进行镜面处理。
在进行所述镜面处理时，所述基底的表面可以被镜面处理成具有0.1μm至0.5μm的粗糙度。
可以通过用玻璃碳涂覆由陶瓷材料形成的基本构件来制造所述基底。
有益效果
根据上述本发明的实施方式，在进行外延工艺的工艺室内部在贯通其上放置有晶片的衬托器的孔的同时被驱动为上下移动以实质上支撑晶片的升降销由具有优异硬度且使得升降销中与晶片接触的部分可以加工成圆形的玻璃碳材料制成，使得在外延工艺期间发生弯曲现象的晶片可以被稳定支撑，而不产生由划痕、凹痕、磨损等而产生的颗粒。
因此，当通过使用升降销进行外延工艺时，可以在晶片的表面稳定地形成用于降低表面粗糙度的薄膜。因此，可以提高由晶片制造的高度集成的半导体器件的质量，并且可以同时预期高产率的半导体器件。
附图说明
图1是示出安装有根据示例性实施方式的升降销的外延装置的示意性结构图。
图2是具体示出在图1所示的外延装置中在外延工艺之前升降销支撑晶片的状态的图。
图3是具体示出图2中的升降销与晶片接触的部分的图。
图4是具体示出在图1所示的外延装置中将晶片放置在衬托器上以用于外延工艺的状态的图。
图5是具体示出在图4中晶片放置在衬托器上的部分的图。
图6是示出图5的A部分的放大图。
图7是具体示出在图1所示的外延装置中进行外延工艺时在晶片中发生弯曲现象的状态的图。
图8是具体示出在图1所示的外延装置中进行外延工艺之后，升降销支撑发生弯曲现象的晶片的状态的图。
图9是具体示出图8中的升降销与晶片接触的部分的图。
图10是示出图9的B部分的放大图。
图11是用于描述根据图10中的升降销中接触晶片的销头部的曲率半径是否产生划痕和颗粒的图。
具体实施方式
根据示例性实施方式，升降销在对晶片进行外延工艺的工艺室内部贯穿其上放置有晶片的衬托器的孔以支撑晶片，并且具有由玻璃碳材料形成的表面，所述升降销包括：销头部，其形成在升降销的与晶片接触的上部；轴，其贯通衬托器的孔；以及销颈部，其位于销头部和轴之间且具有以从销头部朝向轴逐渐变窄的方式倾斜地形成的外周面。
在下文中，将参照附图详细描述示例性实施方式。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式。提供以下实施方式以向本领域技术人员充分传达本发明的范围，而不是使本发明能够完全完成。
还将理解，当一个元件被描述为布置在或连接至另一元件或层上时，该一个元件可以直接布置在或连接至另一元件上，也可以在其之间插入其他元件或层。与此不同，当一个元件被描述为直接布置在或连接至另一元件上时，在其之间不能存在其他元件。应当理解，尽管这里使用术语第一、第二、第三等来描述诸如各种元件、组成、区域、层和/或部分的各种项目，但这些项目不应受这些术语的限制。
在下面的描述中，技术术语仅用于解释特定示例性实施方式而不限制本发明。此外，除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将进一步理解，诸如常用词典中定义的术语应被解释为具有与相关领域背景下的含义一致的含义，并且不会以理想化或过度形式意义解释，除非明确如此定义。
参考优选实施方式的示意图描述本发明的实施方式。因此，可以预期作为例如制造技术和/或公差的结果的图示的形状变化。因此，本发明的示例性实施方式不应被解释为限于本文所示的区域的特定形状，而是可以包括例如由制造导致的形状偏差。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不一定说明装置的区域的实际形状，并不限制本发明的范围。
图1是示出安装有根据示例性实施方式的升降销的外延装置的示意性结构图。
参考图1，外延装置100包括工艺室200、加热器300、上圆顶400、下圆顶500、衬托器600、升降销700和销驱动部800。
工艺室200为已进行抛光工艺的晶片10提供了用于进行外延工艺的空间。工艺室200的侧部可以包括：气体供应部210，其用于注入用于外延工艺中的反应的硅烷气体；以及气体排出部220。
加热器300设置在工艺室200内。加热器300为晶片10提供用于外延工艺中的反应的热量。具体地，加热器300可以提供热量，使得晶片10可以加热到用于外延工艺的约1000℃至1400℃的的工艺温度。加热器300设置在工艺室200内，因此基本上难以更换。因此，加热器300可以是具有较长寿命并且可以通过光提供均匀热量的卤素灯。此外，加热器300可以在工艺室200内的上部和下部中设置成多个，以基本上向晶片10的上部和下部供应均匀热量。
在工艺室200内，上圆顶400和下圆顶500分别设置在设置于工艺室200上部的加热器300的下方以及设置于工艺室200下部的加热器300的上方，以将晶片10与多个加热器300隔离。因此，上圆顶400和下圆顶500由透明材料制成，使得由加热器300产生的光可以透射。具体地，上圆顶400和下圆顶500可以由石英材料制成。这里，上圆顶400和下圆顶500的两侧部气密地接合至气体供应部210和气体排出部220。因此，防止除了硅烷气体以外的气体被引入到用于对晶片10进行外延工艺的空间。
衬托器600设置在工艺室200内，具体地，在上圆顶400和下圆顶500之间，以在进行外延工艺时支撑晶片10。因此，衬托器600可以由具有优异的硬度和优异的导热性的碳化硅(SiC)材料形成，使得来自加热器300的热可以稳定地传递到晶片10。具体地，衬托器600可以由用碳化硅(SiC)涂覆由石墨材料形成的基本构件而形成的结构形成，以提高制造效率。衬托器600通过支撑机构610支撑和固定在预定的高度。
升降销700在贯通沿上下方向形成在衬托器600中的孔620的同时将晶片10放置在衬托器600上或者以与衬托器600间隔开的方式支撑晶片10。这里，为了稳定地支撑晶片10，升降销700可以在三个以上的位置处贯穿衬托器600的孔620而设置。
销驱动部800连接到升降销700的下部以提供线性驱动力，使得升降销700可以被驱动为沿上下方向移动。因此，销驱动部800也可以包括直接提供线性驱动力的筒体结构，在要求精密控制的情况下，销驱动部800还可以包括伺服电机和动力转换机构的接合结构，所述动力转换机构将伺服电机的旋转力沿线性方向转换。
在下文中，将参考图2至图11详细描述以上简单描述的升降销700的特征以及外延工艺的核心步骤。
图2是具体示出在图1所示的外延装置中在外延工艺之前升降销支撑晶片的状态的图。图3是具体示出图2中的升降销与晶片接触的部分的图。
进一步参考图2和图3，为了进行外延工艺，首先在使升降销700从所述衬托器600升起的状态下从外部装载已完成抛光工艺的晶片10并由升降销700支撑。
这里，升降销700包括：设置在其上部并直接接触晶片10的销头部710；贯通衬托器600的孔620的轴720；以及设置在销头部710和轴720之间以连接销头部710和轴720的销颈部730。这里，由于销头部710的外径形成为大于轴720的外径，所以销颈部730的外周表面可以以从销头部710朝向轴720逐渐变窄的方式倾斜地形成。
在进行外延工艺的约1000℃至1400℃的工艺温度下，当升降销700在支撑晶片10的同时被驱动为沿着衬托器600的孔620沿上下方向移动时，升降销700需要具有足够的硬度，使得基本上不会由于晶片10和衬托器600之间的摩擦而产生颗粒。此外，当升降销700支撑晶片10时，为了使由于升降销700和晶片10之间的接触而可能产生的划痕或颗粒产生基本上最小化，升降销700需要加工成圆形，使得销头部710与晶片10点接触。
因此，升降销700可以由玻璃碳制成，使得上述硬度和成圆的加工都得到满足。具体地，玻璃碳是陶瓷材料，其以具有约147MPa的弯曲强度的程度具有充分的强度和对应于强度的硬度，并且是稳定材料，具有甚至在约2000℃的温度下也不变化的特性。此外，由于与具有结晶相的碳化硅(SiC)相比，玻璃液晶态的玻璃碳没有结晶相，所以玻璃碳的特征在于具有相对优异的加工性，使得可以进行成圆的加工。
此外，与其它陶瓷材料相比，玻璃碳的特征在于，由于其玻璃液晶态，形成为约2μm至3μm的非常低水平的表面粗糙度。因此，在制造升降销700时，通过使用玻璃碳将销头部710、轴720和销颈部730加工成基底的形式，然后进行用于抛光基底表面的镜面处理工艺，以容易地获得具有非常光滑表面的升降销700，其表面粗糙度为约0.1μm至0.5μm。通过这样，在进行外延工艺的过程中，当升降销700在支撑晶片10的同时被驱动为沿着衬托器600的孔620沿上下方向时，可以进一步降低升降销700和晶片10、衬托器600之间的摩擦以更稳定地防止由摩擦引起的颗粒。
根据上述实施方式，尽管可以理解的是升降销700自身由玻璃碳制成，但是也可以理解的是，可以通过用玻璃碳完全涂覆由陶瓷材料形成的基本构件来获得相同结果。在这种情况下，由陶瓷材料形成的基本构件可以包括氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)和石墨(C)中的任一者。
图4是具体示出在图1所示的外延装置中将晶片放置在衬托器上以用于外延工艺的状态的图，图5是具体示出在图4中晶片放置在衬托器上的部分的图，图6是示出图5的A部分的放大图。
进一步参考图4至图6，通过使用销驱动部800将升降销700向下移动，使得晶片10放置在衬托器600上。
这里，升降销700的销颈部730需要防止在进行外延工艺时从气体供应部210提供给晶片10的硅烷气体通过衬托器600的孔620泄漏。在外延工艺中，加热器300产生的热量被均匀地传递到放置在衬托器600上的晶片10。然而，当热流通过孔620丢失或泄漏到下部结构等时，热量可能不能均匀地传递到晶片10。因此，孔620需要保持足够的气密性，使得在根据外延工艺在晶片10上形成的膜上不会产生缺陷。为此，相对于在与销颈部730接合的孔620的上端部上形成的倾斜角度a2，销颈部730的倾斜角度a1可以优选地大约为±5°。
此外，当升降销700的轴720的外径d2小于衬托器600的孔620的内径d1的值少于内径d1的约2％时，衬托器600与轴720之间的距离太小。因此，衬托器600和轴720之间的摩擦力增加，并且产生颗粒的可能性增加。当升降销700的轴720的外径d2小于衬托器600的孔620的内径d1的值超过内径d1的约10％时，轴720在被驱动为沿着孔620沿上下方向移动时可能水平晃动。因此，升降销700可能不能稳定地支撑晶片10。因此，升降销700的轴720的外径小于衬托器600的孔620的内径d1的值优选为相对于衬托器600的孔620的内径d1的约2％至10％。
此外，由于升降销700由表面粗糙度为约0.1μm至约0.5μm的玻璃碳形成，因此也可以精确地保持升降销700的接触销驱动部800的下端面的水平度。因此，升降销700通过销驱动部800的上下行程运动也可以始终在预定位置进行。
图7是具体示出在图1所示的外延装置中进行外延工艺时在晶片中发生弯曲现象的状态的图。进一步参考图7，然后将来自加热器300的热量和来自气体供应部210的硅烷气体供给至放置在衬托器600上的晶片10，以充分进行外延工艺。这里，通过加热器300的热量使晶片10弯曲的弯曲现象自然地发生。
构成升降销700的玻璃碳具有约3W/m·K至6W/m·K的热导率，比其它陶瓷材料的热导率低。因此，当进行外延工艺时，升降销700仅将从加热器300传递的热量的一部分传递到晶片10。因此，可以防止晶片10中与升降销700接触的部位劣化。具体地，当升降销700由热导率非常高的陶瓷材料(例如氧化铝(Al2O3)或碳化硅(SiC)，其分别具有约25W/m·K至50W/m·K、110W/m·K至130W/m·K的热导率)形成时，通过升降销700可能发生大的热损失。而且，由于升降销700的高导热性，直接从加热器300传递的热量通过升降销700以原样传递到晶片10。因此，由于晶片10中与升降销700接触的部位的温度高于其它部位的温度，所以在晶片10中与升降销700接触的部位上可能产生劣化标记。然而，当如本发明所述，升降销700由玻璃碳形成，由于玻璃碳的热导率极低，所以通过升降销700的热损失被抑制。因此，防止在晶片10上产生劣化标记。
图8是具体示出在图1所示的外延装置中进行外延工艺之后，升降销支撑发生弯曲现象的晶片的状态的图。图9是具体示出图8中的升降销与晶片接触的部分的图。图10是示出图9的B部分的放大图。图11是用于描述根据图9中的升降销中接触晶片的销头部的曲率半径是否产生划痕和颗粒的图。
进一步参考图8至图11，升降销700随后通过销驱动部800向上移动，使得发生弯曲现象的晶片10与衬托器600间隔开。
由此，根据晶片10的弯曲程度，将升降销700的销头部710与发生弯曲现象的晶片10相接触的位置限定为相对于图3所示的接触点间隔预定的距离g。这里，为了稳定地支撑发生弯曲现象的晶片10，需要使销头部710具有预定范围的曲率半径R。在下文中，将更详细地描述销头部710的曲率半径R。
在下表1中，当根据销头部710的曲率半径R的变化对尺寸为300mm的晶片10进行外延工艺时，确认是否在晶片10上产生划痕并且从晶片10产生颗粒，并且示出了其结果。这里，当没有从晶片10产生划痕HE颗粒时，表示为“好”，否则表示为“差”。
[表1]
曲率半径(mm) 划痕 颗粒
R5 差 差
R8 差 差
R11 好 好
R14 好 好
R17 好 好
R20 差 好
R23 差 好
R26 差 差
参考表1，当销头部710的曲率半径R小于11mm时，确认了在所有情况下均产生划痕和颗粒，并且当销头部710的曲率半径R大于17mm时，确认了在所有情况下均产生划痕。特别地，当销头部710的曲率半径R大于约23mm时，确认了还产生颗粒。
参考上述结果，当销头部710的曲率半径R小于约11mm时，在应力集中到销头部710与晶片10接触的接触点的状态下，当接触点通过晶片10的弯曲现象移动时产生划痕和颗粒，因此是不优选的。此外，当销头部710的曲率半径R大于约17mm时，由于销头部710与晶片10接触的局部接触面积太大，接触应力集中到销头部710的边缘部位而产生划痕，因此是不优选的。特别地，当销头部710的曲率半径R大于约23mm时，由于具有接近平坦形状的销头部710与晶片10接触而产生颗粒，因此是更不优选的。因此，销头部710中与晶片10接触的部分理想地具有约11mm至17mm的曲率半径R。
在当前的实施方式中，可以理解，尽管针对尺寸为300mm的晶片10进行了实验，以确定销头部710的曲率半径R的范围，由于针对尺寸为200mm或400mm的其它晶片，与尺寸为300mm的晶片10相比，取决于弯曲现象的曲率半径的差异小于约1mm，因此上述销头部710的曲率半径R的范围也可以以原样应用于尺寸为200mm或400mm的晶片19。
接下来，进行外延工艺，将由升降销700稳定支撑的晶片10载送到外部，然后进行工艺，以制造线宽为约12nm至16nm的高度集成的半导体器件。
因此，在进行外延工艺的工艺室200内部在贯通其上放置有晶片10的衬托器600的孔620的同时被驱动为上下移动以实质上支撑晶片10的升降销700由具有优异硬度且使得升降销700中与晶片10接触的部分可以加工成圆形的玻璃碳材料制成，使得在外延工艺期间发生弯曲现象的晶片10可以被稳定支撑，而不产生划痕和颗粒。
因此，当通过使用升降销700进行外延工艺时，可以在晶片20的表面稳定地形成用于降低表面粗糙度的薄膜。因此，可以提高由晶片10制造的高度集成的半导体器件的质量，并且可以同时预期高产率的半导体器件。
虽然上面描述了示例性实施方式，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。
工业适用性
如上所述，本发明通过使用玻璃碳材料制造用于外延工艺的升降销，使升降销中与晶片接触的一部分被加工成圆形，从而防止在进行外延工艺的过程中由升降销引起的划痕和颗粒，从而可以用于提高晶片的质量。

Claims (8)

1.一种升降销，所述升降销在对晶片进行外延工艺的工艺室内部贯穿放置有所述晶片的衬托器的孔以支撑所述晶片，并且具有由玻璃碳材料形成的表面，所述升降销包括：
销头部，其形成在所述升降销的与所述晶片接触的上部；
轴，其贯通所述衬托器的孔；以及
销颈部，其位于所述销头部和所述轴之间且具有以从所述销头部朝向所述轴逐渐变窄的方式倾斜地形成的外周面，
其中，所述升降销包括由陶瓷材料形成的基本构件，在所述基本构件的整个表面上涂覆玻璃碳材料，
其中，玻璃碳的热导率相对低于由陶瓷材料制成的所述基本构件的热导率以防止所述晶片中与所述升降销接触的部位劣化。
2.根据权利要求1所述的升降销，其中，所述销头部的与所述晶片接触的部位具有圆形形状。
3.根据权利要求2所述的升降销，其中，所述销头部的与所述晶片接触的部位具有11mm至17mm的曲率半径R。
4.根据权利要求1所述的升降销，其中，相对于形成在所述孔的上端部的倾斜角度，所述销颈部具有±5°的倾斜角度。
5.根据权利要求1所述的升降销，其中，所述轴具有比所述孔的直径小2％至10％的外径。
6.根据权利要求1所述的升降销，其中，所述销头部、所述轴和所述销颈部具有粗糙度为0.1μm至0.5μm的表面。
7.一种制造升降销的方法，所述升降销在对晶片进行外延工艺的工艺室内部贯穿放置有所述晶片的衬托器的孔以支撑所述晶片，所述方法包括如下步骤：
制造具有由玻璃碳材料形成的表面的基底，所述基底包括：销头部，其接触所述晶片以支撑所述晶片；轴，其贯穿所述衬托器的所述孔；以及销颈部，其形成在所述销头部和所述轴之间；以及
对所述基底的表面进行镜面处理，
其中，通过利用玻璃碳材料对由陶瓷材料形成的基本构件的整个表面进行涂覆而制造所述基底，
其中，玻璃碳的热导率相对低于由陶瓷材料制成的所述基本构件的热导率以防止所述晶片中与所述升降销接触的部位劣化。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在进行所述镜面处理时，所述基底的表面被镜面处理成具有0.1μm至0.5μm的粗糙度。
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