CN112071780A - 一种用于高温氧化工艺的应力施加装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于高温氧化工艺的应力施加装置,该装置包括基座、楔块以及单轴宽间距直筋压板、单轴窄间距直筋压板、双轴大直径圆筋压板、双轴小直径圆筋压板六个部分，基座内叠加单轴宽间距直筋压板、半导体基片、单轴窄间距直筋压板、楔块，构成单轴张/压应力施加装置；基座内叠加双轴大直径圆筋压板、半导体基片、双轴小直径圆筋压板、楔块，构成双轴张/压应力施加装置。本发明的装置既可以用于高温氧化环境，又可避免金属对器件的污染。

Description

一种用于高温氧化工艺的应力施加装置

技术领域

本发明属于半导体集成电路及其制造技术领域，具体涉及一种用于高温氧化工艺的应力施加装置。

背景技术

晶体管特征尺寸的不断缩小一直是集成电路集成度增加、性能提高的主要方法，而应变硅、锗沟道技术由于能显著提高载流子迁移率和器件驱动电流，并与当前微电子的主流CMOS工艺兼容，近年来获得了世界范围内的广泛研究。应变技术通过在器件中引入应力，利用应力改变器件材料的能带结构，从能带的角度去影响材料的载流子迁移率。最开始的应变硅技术使用SiGe外延材料制作SiGe虚拟衬底，通过晶格常数失配获得整个衬底表面的张应变来提高沟道载流子的迁移率，但是这种方法与传统CMOS兼容性不够好而且成本高，并且由于引入新的Ge元素，是否对器件有其他影响还不得而知。此外，该方法只能获得单一的张应变，使得研究手段大受限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种用于高温氧化工艺的应力施加装置，通过对沟道材料(半导体基片)人为施加全部四种机械应力(包括单轴张应力、单轴压应力、双轴张应力、双轴压应力)的方法来研究应变对沟道材料载流子迁移率特性的影响，获得器件性能的提升。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种用于高温氧化工艺的应力施加装置,该装置包括基座、楔块以及单轴宽间距直筋压板、单轴窄间距直筋压板、双轴大直径圆筋压板、双轴小直径圆筋压板六个部分；

所述的基座为U型，基座内部底面为斜坡面，两个基座内部侧面的一端均设有水平限位边条和竖直限位边条；

所述的楔块的楔块上表面为水平面，楔块下表面为和所述的基座内部底面倾斜度一致的斜坡面，所述的楔块厚度从一端向另一端逐渐变薄；

所述的单轴宽间距直筋压板为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为水平面，且下表面上一体化设置有与板边缘平行的两条第一直筋，且方形板的中部开设有第一氧气进气孔；

所述的单轴窄间距直筋压板为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为水平面，且上表面上一体化设置有与板边缘平行的两条第二直筋，且方形板的中部开设有第二氧气进气孔；所述的两条第一直筋之间的间距大于两条第二直筋之间的间距；

所述的双轴大直径圆筋压板为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为水平面，且下表面中心位置处一体化设置有第一圆筋，所述的第一圆筋的内部设置同心的第三氧气进气孔；

所述的双轴小直径圆筋压板为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为水平面，且下表面中心位置处一体化设置有第二圆筋，所述的第二圆筋的内部设置第四氧气进气孔；所述的第一圆筋的直径大于第二圆筋的直径；

在所述的基座内，从上到下依次叠放所述的单轴宽间距直筋压板、半导体基片、单轴窄间距直筋压板、楔块，且所述的第一直筋和第二直筋分别与所述的半导体基片的上下表面接触，所述的楔块斜坡面与所述的基座的斜坡面贴合，组成单轴张应力施加装置；将所述的单轴张应力施加装置的单轴宽间距直筋压板和单轴窄间距直筋压板调换位置，组成单轴压应力施加装置；

在所述的基座内，从上到下依次叠放所述的双轴大直径圆筋压板、半导体基片、双轴小直径圆筋压板、楔块，且所述的第一圆筋和第二圆筋分别与所述的半导体基片的上下表面接触，所述的楔块斜坡面与所述的基座的斜坡面贴合，组成双轴张应力施加装置；将所述的双轴张应力施加装置的双轴大直径圆筋压板、双轴小直径圆筋压板调换位置，组成双轴压应力施加装置。

进一步地，所述的第一直筋、第二直筋、第一圆筋、第二圆筋与所述的半导体基片接触的一面均作倒角和光滑处理。

进一步地，所述的楔块的与所述的基座接触的两个楔块侧面上设置有刻度。

进一步地，所有部件的接触面均进行光滑处理。

进一步地，所有部件的材质均需采用耐高温、物理化学性质稳定、高温环境下对器件污染小的材质制作而成。

进一步地，所述的基座、单轴宽间距直筋压板、单轴窄间距直筋压板、双轴大直径圆筋压板、双轴小直径圆筋压板均一体成型。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的装置在一套基座内通过四块不同规格压板的巧妙组合，可完全实现应变技术研究中所需的单轴张应力、单轴压应力、双轴张应力、双轴压应力等所有的应力模式。且施加应力大小连续可调；

(2)本发明的装置将压板上与易碎硅/锗半导体基片直接接触的所有直/圆筋的棱角全部做倒圆角平滑处理，变尖锐锋利的棱角为平滑的倒圆角面，可以显著减小与半导体基片接触处的压强，增大应力施加范围，提升器件的性能优化空间。

(3)本发明的装置结构简单、体积小巧、功能丰富、结实耐用、操作方便、成本低廉；

(4)本发明的用于高温氧化工艺的应力施加装置，全部采用物理化学性质稳定的耐高温、高硬度非金属材质制成，既可用于高温氧化环境，又避免了金属对器件的污染，与半导体集成电路芯片制作工艺完全兼容，填补了该领域此类设备的空白，极大地推动应变技术在高校、科研院所及产业界集成电路芯片研制及制造工艺中的推广应用，加速集成电路芯片的研发进展。

附图说明

图1为本发明单轴张/压应力施加装置整体外观图；

图2为本发明双轴张/压应力施加装置整体外观图；

图3为本发明装置的基座结构图；

图4为本发明装置单轴宽间距直筋压板结构图；

图5为本发明装置单轴窄间距直筋压板结构图；

图6为本发明装置楔块结构图；

图7为本发明装置双轴大直径圆筋压板结构图；

图8为本发明装置双轴小直径圆筋压板结构图；

图9为本发明装置基片表面单轴张应力施加效果示意图；

图10为本发明装置基片表面单轴压应力施加效果示意图；

图11为本发明装置基片上表面双轴张应力施加效果示意图；

图12为本发明装置基片上表面双轴压应力施加效果示意图。

图中，基座1、单轴宽间距直筋压板2、单轴窄间距直筋压板3、楔块4、双轴大直径圆筋压板5、双轴小直径圆筋压板6、半导体基片7、基座内部侧面101、基座内部底面102、水平限位边条1011、竖直限位边条1012、第一直筋201、第一氧气进气孔202、第二直筋301、第二氧气进气孔302、楔块上表面401、楔块下表面402、楔块侧面403、第一圆筋501、第三氧气进气孔502、第二圆筋601、第四氧气进气孔602。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和2所示，本发明的用于高温氧化工艺的应力施加装置包括基座1、楔块4以及单轴宽间距直筋压板2、单轴窄间距直筋压板3、双轴大直径圆筋压板5、双轴小直径圆筋压板6六个部分。装置所有部分均采用氧化铝材质制成，氧化铝材质的耐高温以及在氧气氛围中稳定的物理化学特性可保证在进行高温氧化工艺时，装置不会受热变形或熔化。整个装置除氧化铝材质外，未采用任何金属或其他材质部件，氧化铝材质在氧气氛围中稳定的物理化学特性可有效避免器件制造过程中受到任何可能的污染。

如图3所示，基座1为U型，基座内部底面102为斜坡面，两个基座内部侧面101陡直且内壁光滑，可防止在推动楔块4给半导体基片7施加应力过程中内部部件上下移动顺畅且不会左右滑动。两个基座内部侧面101的顶端和前端分别设有水平限位边条1011和竖直限位边条1012，防止在推动楔块4给半导体基片7施加应力过程中顶部压板向上移动以及除楔块外其他内部部件向前滑动。基座1一体化成型。

如图6所示，所述的楔块4的楔块上表面401为水平面，楔块下表面402为和所述的基座内部底面102倾斜度一致的斜坡面，以保证在对半导体基片7施加应力过程中，楔块4可被向前顺畅推动，并在向前推动楔块4的过程中，楔块上表面401可缓慢均匀连续水平上升。

如图4所示，单轴宽间距直筋压板2为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为光滑平整的水平面，且下表面上一体化成型有与板边缘平行的两条第一直筋201，且方形板的中部开设有第一氧气进气孔202。

如图5所示，所述的单轴窄间距直筋压板3为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为光滑平整的水平面，且上表面上一体化成型有与板边缘平行的两条第二直筋301，且方形板的中部开设有第二氧气进气孔302；所述的两条第一直筋201间的间距大于两条第二直筋301之间的间距。

如图7所示，双轴大直径圆筋压板5为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为光滑平整的水平面，且下表面中心位置处一体化成型有第一圆筋501，所述的第一圆筋501的内部设置同心的第三氧气进气孔502。

如图8所示，所述的双轴小直径圆筋压板6为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为光滑平整的水平面，且下表面中心位置处一体化成型有第二圆筋601，所述的第二圆筋601的内部设置第四氧气进气孔602；所述的第一圆筋501的直径大于第二圆筋601的直径。

如图9所示，在所述的基座1内，从上到下依次叠放所述的单轴宽间距直筋压板2、半导体基片7、单轴窄间距直筋压板3、楔块4，且所述的第一直筋201和第二直筋301分别与所述的半导体基片的上下表面接触，所述的楔块4斜坡面与所述的基座1的斜坡面贴合，组成单轴张应力施加装置。当向前推动楔块4时，半导体基片7的中间部分向上拱起，两侧向下弯曲，此时半导体基片7上表面沿左右轴向呈拉伸状态，在上表面内部产生单轴张应力。

如图10所示，将所述的单轴张应力施加装置的单轴宽间距直筋压板2和单轴窄间距直筋压板3调换位置，其他部件保持原位不便，即可变换成单轴压应力施加装置。当向前推动楔块4时，半导体基片7的中间部分向下弯曲，两侧向上拱起，此时半导体基片7上表面沿左右轴向呈压缩状态，在上表面内部产生单轴压应力。

如图11所示，在所述的基座1内，从上到下依次叠放所述的双轴大直径圆筋压板5、半导体基片7、双轴小直径圆筋压板6、楔块4，且所述的第一圆筋501和第二圆筋601分别与所述的半导体基片7的上下表面接触，所述的楔块4斜坡面与所述的基座1的斜坡面贴合，组成双轴张应力施加装置。当向前推动楔块4时，半导体基片7的中间部分向上隆起，四周向下弯曲，此时半导体基片7上表面从中心向四周呈拉伸状态，在上表面内部产生双轴张应力。

如图12所示，将所述的双轴张应力施加装置的双轴大直径圆筋压板5、双轴小直径圆筋压板6调换位置，其他部件保持原位不便，组成双轴压应力施加装置。当向前推动楔块4时，半导体基片7的中间部分向下弯曲，四周向上翘起，此时半导体基片7上表面从中心向四周呈压缩状态，在上表面内部产生双轴压应力。

为了防止对半导体基片7施加应力过程中，半导体基片7产生应力集中，因此，将第一直筋201、第二直筋301、第一圆筋501、第二圆筋601与所述的半导体基片7接触的一面均作倒角和光滑处理。且所有部件的接触面也均做光滑处理，保证楔块运行顺畅。

为了便于观察楔块4的行进距离，在楔块4的与所述的基座1接触的两个楔块侧面403上设置有刻度。

所有部件的材质均需采用耐高温、物理化学性质稳定、对器件污染小的材质制作而成。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于高温氧化工艺的应力施加装置,其特征在于，该装置包括基座(1)、楔块(4)以及单轴宽间距直筋压板(2)、单轴窄间距直筋压板(3)、双轴大直径圆筋压板(5)、双轴小直径圆筋压板(6)六个部分；

所述的基座(1)为U型，基座内部底面(102)为斜坡面，两个基座内部侧面(101)的一端均设有水平限位边条(1011)和竖直限位边条(1012)；

所述的楔块(4)的楔块上表面(401)为水平面，楔块下表面(402)为和所述的基座内部底面(102)倾斜度一致的斜坡面，所述的楔块厚度从一端向另一端逐渐变薄；

所述的单轴宽间距直筋压板(2)为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为水平面，且下表面上一体化设置有与板边缘平行的两条第一直筋(201)，且方形板的中部开设有第一氧气进气孔(202)。

所述的单轴窄间距直筋压板(3)为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为水平面，且上表面上一体化设置有与板边缘平行的两条第二直筋(301)，且方形板的中部开设有第二氧气进气孔(302)；所述的两条第一直筋(201)之间的间距大于两条第二直筋(301)之间的间距；

所述的双轴大直径圆筋压板(5)为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为水平面，且下表面中心位置处一体化设置有第一圆筋(501)，所述的第一圆筋(501)的内部设置同心的第三氧气进气孔(502)；

所述的双轴小直径圆筋压板(6)为具有一定厚度的方形板，其上下表面均为水平面，且下表面中心位置处一体化设置有第二圆筋(601)，所述的第二圆筋(601)的内部设置第四氧气进气孔(602)；所述的第一圆筋(501)的直径大于第二圆筋(601)的直径；

在所述的基座(1)内，从上到下依次叠放所述的单轴宽间距直筋压板(2)、半导体基片(7)、单轴窄间距直筋压板(3)、楔块(4)，且所述的第一直筋(201)和第二直筋(301)分别与所述的半导体基片的上下表面接触，所述的楔块(4)斜坡面与所述的基座(1)的斜坡面贴合，组成单轴张应力施加装置；将所述的单轴张应力施加装置的单轴宽间距直筋压板(2)和单轴窄间距直筋压板(3)调换位置，组成单轴压应力施加装置；

在所述的基座(1)内，从上到下依次叠放所述的双轴大直径圆筋压板(5)、半导体基片(7)、双轴小直径圆筋压板(6)、楔块(4)，且所述的第一圆筋(501)和第二圆筋(601)分别与所述的半导体基片(7)的上下表面接触，所述的楔块(4)斜坡面与所述的基座(1)的斜坡面贴合，组成双轴张应力施加装置；将所述的双轴张应力施加装置的双轴大直径圆筋压板(5)、双轴小直径圆筋压板(6)调换位置，组成双轴压应力施加装置。

2.根据权利要求1所述的用于高温氧化工艺的应力施加装置，其特征在于，所述的第一直筋(201)、第二直筋(301)、第一圆筋(501)、第二圆筋(601)与所述的半导体基片(7)接触的一面均作倒角和光滑处理。

3.根据权利要求1所述的用于高温氧化工艺的应力施加装置，其特征在于，所述的楔块(4)的与所述的基座(1)接触的两个楔块侧面(403)上设置有刻度。

4.根据权利要求1所述的用于高温氧化工艺的应力施加装置，其特征在于，所有部件的接触面均进行光滑处理。

5.根据权利要求1所述的高温氧化应力施加装置，其特征在于，所有部件的材质均需采用耐高温、物理化学性质稳定、高温环境下对器件污染小的材质制作而成。

6.根据权利要求1所述的高温氧化应力施加装置，其特征在于，所述的基座(1)、单轴宽间距直筋压板(2)、单轴窄间距直筋压板(3)、双轴大直径圆筋压板(5)、双轴小直径圆筋压板(6)均一体成型。

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