CN115699289A - 用于在炉内支撑半导体晶片的晶片舟 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于在炉内支撑多个半导体晶片的晶片舟。所述晶片舟包含一组指状物，每一指状物具有接触突起，其接触且支撑半导电晶片。所述接触突起可经布置成绕所述晶片舟旋转对称的图案。

Description

用于在炉内支撑半导体晶片的晶片舟

相关申请案的交叉引用

本申请案主张2020年6月26日申请的第63/044,700号美国临时专利申请案的权利，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于支撑半导体晶片的半导体晶片舟，且更特定来说，涉及用于在炉内对半导体晶片进行热处理的半导体晶片舟。

背景技术

半导体晶片在高温下通常经热处理(即，退火)以实现某些所要特性。例如，退火可用于在晶片上产生无缺陷硅层。所述高温退火工艺通常在垂直炉内实行，垂直炉使晶片遭受高于1100℃(例如，在约1200℃到约1300℃之间)的温度。

多个半导体晶片可通过晶片舟或“机架”支撑在所述垂直炉内。所述晶片舟包含半导体晶片搁置于其上的一或多个支撑件。在暴露于高温(尤其高于1100℃的温度)期间，所述晶片暂时地变得更具可塑性，即，所述晶片的屈服强度降低。晶片上支撑所述晶片的接触区域可归因于局部重力及热应力而经历滑动。滑动可将污染物引入到所述晶片中。此外，过度滑动可导致晶片的塑性变形，从而导致生产问题，例如光刻覆盖故障引起装置制造中的良率损失。

支撑件旨在固持半导体晶片，同时最小化局部重力及热应力以防止在所述晶片经热处理时滑动及塑性变形。常规上，用于垂直炉中的晶片舟包含三或更多个杆。所述杆具有通常位于共同水平面上的横向延伸指状物。此配置是常规的且通常适用于加热具有例如200mm或更小的较小直径的晶片。与较小直径的晶片相比，较大直径的晶片(例如，大于200mm)遭受较大局部重量及热应力。此类较大直径的晶片常规上装载到提供用于支撑所述晶片的较大表面积的支撑环上。所述支撑环增加将半导体晶片装载及卸除到所述晶片舟上的时间。

需要包含支撑结构(其减少局部重力及热应力以便限制在支撑半导体晶片时因其在退火工艺期间遭受高温而发生滑动)的晶片舟及具有用于装载及卸除晶片的相对高吞吐量的晶片舟。

此章节旨在向读者介绍此项技术的各种方面，其可与下文所描述及/或主张的本公开的各种方面有关。此论述被认为有助于向读者提供背景信息以促进对本公开的各种方面的更好理解。因此，应了解，这些陈述应从此角度来阅读，而不被承认为现有技术。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种用于在炉内支撑多个半导体晶片的晶片舟。所述晶片舟包含垂直杆及沿着指状物轴从所述垂直杆径向向内延伸的指状物集合。所述集合的每一指状物包含从所述垂直杆延伸的细长区段。接触突起朝向所述指状物的远端安置于所述细长区段上以接触且支撑半导体晶片。所述接触突起的至少一部分相对于所述细长区段凸起。所述接触突起具有纵向接触突起轴。所述纵向接触突起轴与所述指状物轴相对于彼此成角度。

存在相对于本公开的上述方面提及的特征的各种改进。进一步特征也可并入本公开的上述方面中。这些改进及额外特征可个别地存在或以任何组合存在。例如，下文相对于本公开的任何所说明实施例论述的各种特征可单独或以任何组合并入本公开的上述任何方面中。

附图说明

图1是晶片舟的透视图；

图2是展示接触突起的晶片舟的俯视图；

图3是晶片舟的接触突起的详细视图；

图4是接触突起的另一实施例的详细视图；

图5是具有接触突起的另一实施例的晶片舟的俯视图；

图6是图5中展示的接触突起的详细视图；以及

图7是通过销及万向接头支撑的接触突起的详细视图。

贯穿附图，对应元件符号指示对应部分。

具体实施方式

用于在垂直炉内支撑多个半导体晶片的实例性晶片舟在图1中通常表示为“10”。晶片舟10在高温热处理工艺(本文中也称为“退火”)期间支撑多个半导体晶片。晶片舟10包含至少一个垂直杆12(且通常包含三个或更多个杆)，其耦合到晶片舟10的顶部14及基座16。晶片舟10包含从顶部14延伸到基座16的纵向中心轴Y₁₀。垂直杆12被布置成与纵向中心轴Y₁₀相距距离D₁(图1)。

参考图1到3，所说明晶片舟10包含三个垂直杆12，且特定来说，包含中心杆18及两个前杆20。垂直杆12中的每一者经布置于以纵向中心轴Y₁₀为中心且具有半径R₁的第一圆C₁上(图2)。所述两个前杆20围绕纵向中心轴Y₁₀以第一角度α₁隔开。中心杆18在两个前杆20之间间隔相等圆周距离，使得中心杆18围绕纵向中心轴Y₁₀以相对于两个前杆20中的每一者的第二角度α₂间隔。所述两个前杆20以第一角度α₁隔开，使得入口24(图1)被界定于所述两个前杆20之间。第一角度α₁可为任何适合角度，使得入口24经设定尺寸以允许半导体晶片穿过入口24且被布置于晶片舟10的内部空间26内。例如，第一角度α₁可为180°或更大，且第二角度α₂可为90°或更小。

晶片舟10包含从垂直杆12径向向内延伸的指状物30以支撑半导体晶片(即，舟不包含用于支撑晶片的支撑环)。所述两个前垂直杆20分别包含指状物30的第一集合36及第二集合38。所述中心垂直杆18包含指状物30的第三集合40。指状物30的第一集合36沿着第一指状物轴A₃₆延伸，指状物30的第二集合38沿着第二指状物轴A₃₈延伸，且指状物的第三集合40沿着第三指状物轴A₄₀延伸。每一指状物轴A₃₆、A₃₈、A₄₀从指状物30的近端32延伸到指状物30的远端34。指状物30的近端32靠近垂直杆12，且指状物30的远端34安置于晶片舟10的内部空间26内。指状物30可与垂直杆12一体地形成，例如可在细长单件式结构中进行切割以形成指状物30。替代地，指状物30可单独地形成，且经耦合到所述垂直杆12。

指状物30的第一集合36及第二集合38的指状物轴A₃₆、A₃₈中的每一者延伸于所述第一圆C₁的弦X₃₆、X₃₈上方。弦X₃₆、X₃₈未与晶片舟10的纵向中心轴Y₁₀相交(即，指状物的第一集合36及第二集合38不居中，使得其指向纵向中心轴Y₁₀)。指状物30的第三集合40的指状物轴A₄₀延伸于第一圆C₁的与纵向中心轴Y₁₀相交的弦X₄₀上方。

从所述垂直杆12中的每一者延伸的指状物30的群组42位于相同大致水平面中以使指状物30的群组42能够支撑半导体晶片。在群组42中的指状物30的远端34位于第二圆C₂上。第二圆C₂具有半径R₂且以纵向中心轴Y₁₀为中心。半径R₂从指状物30的远端34延伸到晶片舟10的纵向中心轴Y₁₀。在所说明实施例中，群组42中的指状物30的远端34中的每一者经布置在与所述群组42中的其它指状物30的其它远端34中的每一者相距的相等圆周距离处。例如，在包含指状物30的第一、第二及第三集合36、38、40的所说明实施例中，指状物30的第一、第二及第三集合36、38、40中的每一者的远端34每一者以角度β₁隔开，β₁界定于以纵向中心轴Y₁₀为中心的第二圆C₂上。在所说明实施例中，角度β₁为120°。

参考图2及3，指状物30中的每一者包含垂直杆12延伸的细长区段50及朝向指状物30的远端34安置在细长区段50上的接触突起52。接触突起52接触且支撑半导体晶片。接触突起52相对于细长区段50凸起。接触突起52具有第一端54、第二端56及延伸穿过接触突起52的第一端54及第二端56的纵向接触突起轴A₅₂。接触突起52可用于支撑任何直径的晶片，包含200mm直径晶片、300mm直径晶片及/或直径大于300mm的晶片。

对于指状物30的第一集合36及第二集合38，当从上方观看(图2)，纵向接触突起轴A₅₂及相应指状物轴A₃₆、A₃₈以角度λ₁相对于彼此成角度。所述纵向接触突起轴A₅₂与相应指状物轴A₃₆、A₃₈之间的角度λ₁为至少5°或在其它实施例中为至少10°、至少15°、至少为20°、从5°到约90°，或从5°到约75°。当从上方观看时(图2)，对于指状物30的第三集合，纵向接触突起轴A₅₂及指状物轴A₄₀以角度λ₂相对于彼此成角度。角度λ₂为90°使得纵向接触突起轴A₅₂与指状物轴A₃₀彼此垂直。每一纵向接触突起轴A₅₂在接触突起52与所述第三圆C₃相交的位置处与以晶片舟10的纵向中心轴Y₁₀为中心的第三圆C₃相切。在此布置中，接触突起52经布置成围绕纵向中心轴Y₁₀的旋转对称图案(即，接触突起围绕中心轴Y₁₀类似地间隔及成角度)。

所说明接触突起52是圆形的(例如，每一接触突起的高度从其侧到所述侧中间的顶点增大)。圆形接触突起52包含形状为大致圆柱形的表面。每一接触突起52包含沿着纵向接触突起轴A₅₂延伸的长度L₁(图3)及垂直于长度L₁的宽度W₁。晶片通常沿着纵向接触突起轴A₅₂搁置在圆形接触突起52上。

在一些实施例中，接触突起52具有10mm到25mm的宽度W₁及从20mm到40mm的长度L₁。替代地或此外，从接触突起52到纵向中心轴Y₁₀的距离可为75mm到125mm。在一些实施例中，接触突起52具有8mm的宽度W₁，30mm的长度L₁且从接触突起52到纵向中心轴Y₁₀的距离为100mm。

在一些实施例(例如图4中展示的实施例)中，接触突起52是平坦的。类似于图1到3的组件的图4中展示的组件通过图1到3的对应元件符号加上“100”而指定(例如，零件52变为152)。平坦接触突起152包含通过纵向接触突起轴A₁₅₂界定的接触表面153且包含通过沿着纵向接触突起轴A₁₅₂延伸的长度L₁及垂直于长度L₁的宽度W₁界定的表面积。表面153整体上通常与搁置于平坦接触突起152上的半导体晶片接触。

替代地，突起52通常可为圆顶状，其中半导体晶片搁置于相对较小的点状区域上。

在图5及6中展示接触突起52的另一实施例。类似于图1到3的组件的图5到6中展示的组件通过图1到3的对应元件符号加上“200”而指定(例如，零件52变为252)。指状物230包含第一接触突起252a，其相对于细长区段250凸起。第一接触突起252a具有第一纵向接触突起轴A_252a。指状物230还包含朝向指状物230的远端234安置的第二接触突起252b。所述第二接触突起252b的至少一部分相对于细长区段250凸起。所述第一接触突起252a及第二接触突起252b中的每一者接触且支撑半导体晶片。第二接触突起252b包含第一端254、第二端256及在第一端254与第二端256之间延伸的第二纵向接触突起轴A_252b。在所述所说明实施例中，第一纵向接触突起轴A_252a与所述第二纵向接触突起轴A_252b大体上彼此平行。

对于指状物230的第一集合236及第二集合238，第一突起轴A_252a及第二突起轴A_252b相对于指状物轴A₂₃₀以角度λ₂₀₁成角度。对于指状物230的第三集合240，第一突起轴A_252a及第二突起轴A_252b大体上平行于第一轴A₂₃₀。第一接触突起252a及第二接触突起252b可相对于指状物轴A₂₃₀以任何角度λ₂₀₁布置，使得所述接触突起252a、252b布置成围绕所述纵向中心轴Y₂₁₀旋转对称的图案。

第一接触突起252a及第二接触突起252b具有细长形状，其具有沿着第一突起轴A_252a及第二突起轴A_252b延伸的长度L₂。所述第一接触突起252a及第二接触突起252b可分离达距离W₂。在一些实施例中，W₂是从10mm到40mm、15mm到30mm或如其它实施例中是24mm。第一接触突起252a及第二接触突起252b可具有多种形状，例如圆柱形横截面、矩形横截面(即，平坦接触)或梯形横截面(即，平坦化顶部区段)。

位于共同水平面中的接触突起252a、252b的每一群组242与晶片接触并支撑所述晶片。所述晶片搁置于接触突起252a、252b中的每一者的顶部上，使得晶片的重量大体上均匀地分布到每一接触突起252上。在所述所说明实施例中，在所述群组242中的六个接触突起252a、252b中的每一者支撑所述晶片的重量的1/6。

图7中展示接触突起352的另一实施例。图7中展示的类似于图1到3的组件的组件指定为图1到3的对应元件符号加上“300”(例如，零件10变为310)。参考图7，所述指状物330中的每一者包含从垂直杆312延伸的细长区段350。指状物330包含支撑第一接触突起352a及第二接触突起352b的平台360。平台360通过销362耦合到所述细长区段350，销362通过圆柱形接头或万向接头364枢转连接到细长区段350。相应地，销362及万向接头364允许平台360相对于细长区段350枢转。平台360支撑第一接触突起352a及第二接触突起352b，其中每一者接触且支撑半导体晶片。

通过销362及万向接头364实现的平台360的枢转抵消由加工不准确度引起的不均匀负载分布，且允许平台360响应于接触突起352a、352b上的不均匀负载而枢转。平台360可枢转以将晶片重量更均匀地分布在接触突起352a、352b中的每一者上。在将晶片舟310放置在所述垂直炉中且暴露于氧化之后，销362及万向接头364将变得固定，从而在退火工艺期间防止平台360的进一步枢转。

与常规晶片舟相比，本公开的晶片舟具有若干优点。在其中晶片舟包含以旋转对称图案布置的一或多个接触突起的实施例中，经装载到晶片舟上的半导体晶片中的局部重力及热应力在退火期间被减小，这减小了滑动。在其中晶片舟包含支撑具有两个或更多个接触突起的平台的销及万向接头的实施例中，平台可枢转以调整由加工不准确度引起的接触突起的不均匀负载。

实例

通过以下实例进一步说明本公开的过程。这些实例不应被视为限制性。

实例1：不同舟设计的晶片中的峰值应力

使用有限元素模型针对具有不同指状物布置的不同舟设计量测晶片中的峰值应力。一种晶片舟包含具有平坦接触突起的指状物，其中从前杆延伸的指状物的接触突起不相对于指状物轴成角度(即，接触突起轴及指状物轴平行，从而引起接触突起不旋转对称)。第二晶片舟与第一晶片舟类似，但所述接触突起是圆柱形。第三晶片舟包含如图2中展示般布置的圆柱形接触件(即，所述指状物从具有接触突起相对于所述指状物轴成角度的两个前杆延伸且所述指状物从垂直于所述中心轴的中心杆延伸使得所述接触突起旋转对称)。第四舟包含每一指状物上的如图5到6中展示的旋转对称的两个接触突起。在下表1中展示用于每一舟的峰值应力：

表1：针对具有接触突起的不同布置的不同舟设计的晶片中的峰值应力

如表1中所示，其中接触突起旋转对称(舟3及4)的晶片舟已降低峰值应力，这减少了在所述晶片舟中退火的半导体晶片中的滑动。

如本文中所使用，术语“约”、“大体上”、“基本上”及“大约”当与尺寸、浓度、温度或其它物理或化学性质或特性的范围一起使用时意味着涵盖可能存在于性质或特性范围的上限及/或下限中的变动，包含例如起因于舍入、量测计量或其它统计变动的变动。

在介绍本公开或本公开的实施例的元件时，冠词“一”、“一个”及“所述”旨在意味着存在一或多个元件。术语“包括”、“包含”、“含有”及“具有”旨在为包含性且意味着可存在除所列元件之外的额外元件。使用指示特定定向的术语(例如，“顶部”、“底部”、“侧”等)是为了便于描述，且不需要所描述项目的任何特定定向。

由于可在不脱离本公开的范围的情况下对上述构造及方法进行各种改变，上文描述中含有及附图中所示的所有内容旨在应解释为阐释性而非限制性。

Claims (16)

1.一种用于在炉内支撑多个半导体晶片的晶片舟，其包括：

垂直杆；

指状物集合，其沿着指状物轴从所述垂直杆径向向内延伸，所述集合的每一指状物包括：

细长区段，其从所述垂直杆延伸；及

接触突起，其朝向所述指状物的远端安置于所述细长区段上以接触且支撑半导体晶片，所述接触突起的至少一部分相对于所述细长区段凸起，所述接触突起具有纵向接触突起轴，所述纵向接触突起轴与所述指状物轴相对于彼此成角度。

2.根据权利要求1所述的晶片舟，其中所述接触突起是圆形的。

3.根据权利要求2所述的晶片舟，其中所述接触突起具有10mm到25mm的宽度、20mm到40mm的长度，且从所述接触突起到所述晶片舟的纵向中心轴的距离为从75mm到125mm。

4.根据权利要求2所述的晶片舟，其中所述接触突起具有16mm的宽度、30mm的长度，且从所述接触突起到所述晶片舟的纵向中心轴的所述距离为100mm。

5.根据权利要求1所述的晶片舟，其中所述接触突起是平坦的。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的晶片舟，其中所述纵向接触突起轴与所述指状物轴之间的角度是至少5°、至少10°、至少15°、至少20°或从5°到约90°或从10°到约75°。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的晶片舟，其中所述纵向接触突起轴在其中所述接触突起与所述圆相交的位置处与以所述晶片舟的纵向中心轴为中心的圆相切。

8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的晶片舟，其中所述接触突起是第一接触突起，且所述纵向接触突起轴是纵向第一接触突起轴，所述指状物包括朝向所述指状物的远端以接触且支撑所述半导体晶片的第二接触突起，所述第二接触突起的至少一部分相对于所述细长区段凸起，所述第二接触突起具有纵向第二接触突起轴，所述纵向第二接触突起轴与所述指状物轴相对于彼此成角度。

9.根据权利要求8所述的晶片舟，其中所述纵向第二接触突起轴平行于所述纵向第一接触突起轴。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的晶片舟，其中所述第一及第二接触突起由平台支撑，所述平台经安装到能够绕经安装到所述细长区段的所述远端的万向接头枢转的销。

11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的晶片舟，其中所述指状物轴延伸于以所述晶片舟的纵向中心轴为中心的圆的弦上方，所述弦不与所述晶片舟的所述纵向中心轴相交。

12.根据权利要求11所述的晶片舟，其中所述垂直杆是第一杆，所述指状物集合是第一指状物集合，且所述弦是第一弦，所述晶片舟包括：

第二垂直杆；

第二指状物集合，其沿着第二指状物轴从所述第二垂直杆径向向内延伸，所述第二指状物轴延伸于所述圆的第二弦上方，所述第二弦不与所述晶片舟的所述纵向中心轴相交，所述第二集合的每一指状物包括：

细长区段，其从所述第二垂直杆延伸；及

接触突起，其朝向所述指状物的远端安置于所述细长区段上以接触且支撑半导体晶片，所述接触突起的至少一部分相对于所述细长区段凸起，所述接触突起具有纵向接触突起轴，所述纵向突起轴与所述第二指状物轴相对于彼此成角度。

13.根据权利要求12所述的晶片舟，进一步包括：

第三垂直杆；

第三指状物集合，其沿着第三指状物轴从所述第三垂直杆径向向内延伸，所述第三指状物轴延伸于所述圆的第三弦上方，所述第三弦与所述晶片舟的所述纵向中心轴相交，所述第三集合的每一指状物包括：

细长区段，其从所述第三垂直杆延伸；及

接触突起，其朝向所述指状物的远端安置于所述细长区段上以接触且支撑半导体晶片，所述接触突起的至少一部分相对于所述细长区段凸起，所述接触突起具有纵向接触突起轴，所述突起轴与所述第三指状物轴垂直。

14.根据权利要求13所述的晶片舟，其中每一指状物的所述远端围绕所述晶片舟间隔约120°。

15.根据权利要求13所述的晶片舟，其中所述第一集合、所述第二集合及所述第三集合的所述接触突起围绕所述晶片舟间隔120°。

16.根据权利要求13至15中任一权利要求所述的晶片舟，其中所述第一集合、所述第二集合及所述第三集合的所述接触突起经布置使得所述第一集合、所述第二集合及所述第三集合的接触突起呈旋转对称图案。

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