CN117096074A - 载片舟、扩散设备以及扩散工艺方法 - Google Patents

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CN117096074A CN202311339024.5A CN202311339024A CN117096074A CN 117096074 A CN117096074 A CN 117096074A CN 202311339024 A CN202311339024 A CN 202311339024A CN 117096074 A CN117096074 A CN 117096074A
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Abstract

本申请公开了载片舟、扩散设备以及扩散工艺方法。载片舟包括底柱。底柱的两端设置有侧板，侧板之间通过侧板两侧的连接柱连接。底柱、侧板和连接柱围设出用于承载晶片的容置空间。其中，载片舟还包括加强板，加强板与侧板间隔设置，连接柱穿设加强板，并将容置空间间隔形成多个容置区域；载片舟在重力方向上朝下设有凸出于底柱的定位部，定位部用于与桨杆配合实现载片舟的转移。通过上述方式，本申请提高了载片舟的载片量。

Description

载片舟、扩散设备以及扩散工艺方法
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及载片舟、扩散设备以及扩散工艺方法。
背景技术
在半导体领域中，晶片是重要的材料之一。晶片中能够通过扩散工艺向其中注入不同的元素，从而使其具有不同的功能划分。在扩散工艺中，通常需要使用到扩散设备。相关技术中，扩散设备中通过舟托和载片舟配合来承载和转移晶片，舟托占用了扩散设备较多的空间，载片舟的载片量不足。
发明内容
本申请的实施例提供载片舟、扩散设备以及扩散工艺方法，能够提高载片舟的载片量。
第一方面，本申请实施例提供一种载片舟。载片舟包括底柱。底柱的两端设置有侧板，侧板之间通过侧板两侧的连接柱连接。底柱、侧板和连接柱围设出用于承载晶片的容置空间。其中，载片舟还包括加强板，加强板与侧板间隔设置，连接柱穿设加强板，并将容置空间间隔形成多个容置区域；载片舟在重力方向上朝下设有凸出于底柱的定位部，定位部用于与桨杆配合实现载片舟的转移。
可选地，加强板自底柱向下凸出形成定位部。
可选地，载片舟至少包括两个加强板，两个加强板彼此间隔设置。
可选地，侧板在重力方向上朝下凸出于底柱形成舟脚。
第二方面，本申请实施例提供一种扩散设备。扩散设备包括工艺管和上述的载片舟。工艺管内设置有载台，载台在工艺管的轴线方向上延伸设置。多个载片舟沿着工艺管轴线方向排列设置于载台。
可选地，扩散设备还包括桨杆，桨杆上开设有插槽，所述载片舟的所述定位部沿着所述桨杆的长度方向插设于所述插槽。
可选地，桨杆包括提握段、连接段和支撑段；连接段将支撑段和提握段连接；支撑段设置有插槽，插槽沿支撑段延伸的方向设置。
可选地，底柱和连接柱的延伸方向与工艺管的轴线方向垂直，加强板和侧板彼此平行设置，加强板和侧板与工艺管的轴线方向平行设置。
第三方面，本申请实施例提供一种扩散工艺方法。扩散工艺方法包括：沿着桨杆的长度方向将多个上述的载片舟的定位部插入桨杆。通过桨杆将多个载片舟转移至工艺管内。通过操作桨杆下降将载片舟软着陆于载台。继续操作桨杆下降将以与定位部脱离。将桨杆退出工艺管。进行扩散工艺。
可选地，在进行扩散工艺之后，方法还包括；操作桨杆伸入工艺管；通过操作桨杆将定位部插入桨杆；通过操作桨杆将多个载片舟转移出工艺管；将载片舟从桨杆取下。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请区别与相关技术中的载片舟，本申请载片舟不包括舟托结构，从而避免了舟托在高温下变形的技术问题。本申请由于不包括舟托结构，相较于相关技术中同体积的载片舟，本申请载片舟具有更大的空间用于承载晶片，提高了载片舟的承载量。
附图说明
图1是本申请扩散设备一实施例的结构示意图；
图2是图1所示扩散设备截面的部分结构示意图；
图3是图1所示扩散设备截面的另一部分结构示意图；
图4是图1所示扩散设备的俯视结构示意图；
图5是本申请扩散工艺方法一实施例的流程示意图；
图6是本申请扩散工艺方法另一实施例的流程示意图。
图中标号：
扩散设备1；
载片舟10、底柱11、连接柱12、侧板13、加强板14、舟脚111、定位部141、抓取部142；
工艺管20、载台21；
桨杆30。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在半导体领域中，晶片是重要的材料之一。晶片中能够通过扩散工艺向其中注入不同的元素，从而使其具有不同的功能划分。在扩散工艺中，通常需要使用到扩散设备。扩散设备中的载片舟（例如石英舟）能够用于承载晶片。相关技术中，载片舟通常和舟托配合来承载和转移晶片。然而，舟托的设置一方面占用了较多的空间，载片舟的载片量不足；另一方面，在进行加热时，舟托容易产生变形，导致损坏。为了改善上述技术问题，本申请可以提供以下实施例。
结合图1至图4，本申请实施例提供一种扩散设备1。扩散设备1包括工艺管20和载片舟10。工艺管20是管式扩散设备1中的元件，能够承载载片舟10，且能够在进行扩散工艺时被加热，并将热量传导至载片舟10以及晶片上。
结合图1，工艺管20内设置有载台21，载台21在工艺管20的轴线方向上延伸设置。多个载片舟10沿着工艺管20轴线方向排列设置于载台21。从而使多个载片舟10均能够置于工艺管20中进行加热。在一些实施例中，载台21的上表面为水平面。载片舟10能够稳定地放置在载台21之上。例如载台21的横截面可以呈L型设置，或者载台21的上表面可以与载片舟10的下表面（或者舟脚111）仿形设置，不做具体限定。载台21的设置能够使载片舟10平稳地放置，也能够减少载片舟10与工艺管20管壁的接触，减少因载片舟10的转移对工艺管20造成的损伤。
本申请提供一种载片舟10，载片舟10包括底柱11，底柱11的两端设置有侧板13，侧板13之间通过连接柱12连接，连接柱12的数量可以是一个也可以是两个及以上，不做具体限定。底柱11、侧板13和连接柱12围设出用于承载晶片的容置空间。晶片能够间隔设置在容置空间中，气流能够在晶片之间的间隔流动，充分地与晶片进行接触，以使晶片能够充分地被扩散设备1加热。通过设置底柱11和连接柱12的形式，能够减少载片舟10对热量传输路径的阻碍，从而便于扩散设备1对晶片进行充分加热。底柱11能够为其中的晶片提供向上的支撑，侧板13能够为晶片提供侧向的支撑，防止晶片倒伏。在一些实施方式中，容置空间中还可以设置用于放置晶片的卡槽，从而增加晶片放置的稳定性。
其中，结合图1至图4，载片舟10还包括加强板14，加强板14与侧板13间隔设置，连接柱12穿设加强板14，并将容置空间间隔形成多个容置区域。加强板14的设置能够提高载片舟10的结构强度，从而减少载片舟10在转移过程以及加热过程中的形变。加强板14间隔出的多个容置区域均能够用于承载晶片。
在一些实施例中，侧板13在重力方向上朝下凸出于底柱11形成舟脚111。舟脚111能够用于与载台21接触，从而支撑载片舟10。
在一些实施例中，底柱11和连接柱12的延伸方向与工艺管20的轴线方向垂直，加强板和侧板13彼此平行设置，加强板和侧板13与工艺管20的轴线方向平行设置。其中，晶片的长度和宽度方向也与工艺管20的轴线方向平行，从而使热流能够在沿着工艺管20的长度方向流动时，能够顺利地经过晶片的表面，以充分地对每个载片舟10上的晶片进行加热。
在一些实施例中，结合图1，载片舟10在重力方向上朝下设有凸出于底柱11的定位部141，定位部141用于与桨杆30配合实现载片舟10的转移。在一些实施例中，扩散设备1包括桨杆30，桨杆30上开设有插槽，插槽能够与多个载片舟10上的多个定位部141配合，从而使载片舟10能够在桨杆30上排列，并能够对载片舟10起到定位作用。在一些实施方式中，桨杆30沿着工艺管20的长度方向插设于定位部141。由于工艺管20具有相当的长度，想要将多个载片舟10平稳地转移至工艺管20中，需要例如桨杆30等工艺装备进行。定位部141能够插设于桨杆30，从而使得能够通过操纵桨杆30从而将载片舟10转移至工艺管20，以及将载片舟10从工艺管20转移出。其中，定位部141的延伸方向与工艺管20的轴线方向平行，多个载片舟10的上彼此对应的定位部141能够处在同一直线上。桨杆30在与定位部141进行配合之后，桨杆30的方向也能够与工艺管20的轴线方向平行。如此，桨杆30能够承载多个载片舟10，并能够以较少的干涉伸入到工艺管20中。
在一些实施例中，桨杆30包括提握段、连接段和支撑段。连接段将支撑段和提握段连接。支撑段设置有插槽，插槽沿支撑段延伸的方向设置。提握段能够供机械装置持握或抓取，从而能够将桨杆30提起、放下或者固定不动。连接端呈弧形过渡，连接段作为支撑段和提握段的过渡，能够减少桨杆30的应力集中现象，增加桨杆30的强度。支撑段能够用于定位和承载载片舟10，载片舟10能够沿着插槽在桨杆30上排列设置。插槽一方面能够使载片舟10沿着长度方向排列，另一方面能够对载片舟10在垂直于插槽延伸方向上的移动起到限位作用。如此，载片舟10能够稳定地在桨杆30上排列，从而在通过桨杆30转移载片舟10的过程中，载片舟10所产生的位移变得更加可控。
在一些实施例中，加强板14自底柱11向下凸出形成定位部141。也就是说，加强板14具有前述的定位部141，加强板14和定位部141一体设置。换言之，底柱11穿设于加强板14。桨杆30能够插设在通过加强板14所形成的定位部141来转移载片舟10，底柱11和连接柱12均穿设加强板14，如此设置的定位部141在结构上具有更好的整体性，加强板14所设置的位置能够作为载片舟10的有效支撑部位，使得桨杆30在对载片舟10进行转移的过程中，载片舟10发生的形变较小。
在一些实施例中，载片舟10至少包括两个加强板14，两个加强板14彼此间隔设置。加强板14的数量可以设置两个及以上，并且将容置空间分隔为多个容置区域。加强板14数量的增加能够进一步增加载片舟10的结构强度，从而减少载片舟10产生的形变。其中，至少两个加强板14具有前述的定位部141。至少两个桨杆30与定位部141配合从而实现载片舟10的转移。具体地，载片舟10可以沿着工艺管20的轴线方向排列，而多个载片舟10位置对应的加强板14也在轴线方向上排列，不同的载片舟10位置定位部141能够处在同一条直线上。桨杆30能够同时与多个载片舟10配合，多个载片舟10处于同一直线上的定位部141能够与同一桨杆30配合。通过在载片舟10上设置至少两个加强板14，载片舟10的定位部141能够在两条平行线上排列，通过两个桨杆30的配合能够使得桨杆30对每个载片舟10具有至少两处不同的支撑点，从而使得在转移载片舟10的过程中，载片舟10能够更加稳定地安置在桨杆30上。
在一些实施例中，结合图1，侧板13还设置有供机械抓取的抓取部142，在将载片舟10转移至桨杆30上或者将载片舟10从桨杆30上转移下的情况下，可以通过机械手抓取抓取部142，从而将载片舟10提起。设置抓取部142能够方便对载片舟10的转移，减少因转移引起的对载片舟10其他部分的损伤。
综上所述，区别于相关技术，本申请载片舟10不设置舟托，而是通过定位部141和舟脚111实现舟托的功能。在同体积的载片舟10中，本申请载片舟10由于不包括舟托，则其内部可以有更大的用于容置晶片的容置空间，载片量得到提升。本申请不设置舟托结构，则不存在相关技术中舟托容易变形的技术问题，本申请载片舟10还通过加强板14的设置增加了载片舟10的结构强度，从而减少了载片舟10在进行扩散工艺时的变形。
结合图1至图5，本申请实施例还提供一种扩散工艺方法。在一实施例中，扩散工艺方法包括如下步骤：
S10：沿着桨杆30的长度方向将多个载片舟10的定位部141插入桨杆30。
由于工艺管20具有相当的长度，想要将多个载片舟10平稳地转移至工艺管20中，需要例如桨杆30等工艺装备进行。在本步骤中，需要通过机械手将载片舟10进行转移。一个工艺管20中可以容纳多个载片舟10，桨杆30能够同时承载多个载片舟10。将载片舟10抓取后，可以将载片舟10的定位部141插入桨杆30的插槽中，从而将载片舟10进行定位。将多个载片舟10转移后，载片舟10能够沿着桨杆30的长度方向排列。在此基础上，通过操作移动桨杆30，能够带动载片舟10进行移动。
S20：通过桨杆30将多个载片舟10转移至工艺管20内。
多个载片舟10在桨杆30上依次排列，通过机械装置操作桨杆30能够带动载片舟10进行移动。其中，机械装置可以提握桨杆30的其中一端，然后控制桨杆30的另一端与工艺管20的一端对齐。进一步通过移动桨杆30，可以控制将桨杆30的长度方向、载片舟10的排列方向以及工艺管20的轴线方向保持一致。然后可以移动桨杆30沿着工艺管20的轴线方向向工艺管20的内部移动，从而将载片舟10转移到工艺管20内。
S30：通过操作桨杆30下降将载片舟10软着陆于载台21。
将载片舟10转移至工艺管20内后，需要将载片舟10放置在工艺管20道内。通过操作桨杆30下降，能够使载片舟10与载台21接触。载片舟10与载台21接触之后，载台21能够为载片舟10提供向上的支撑。需要指出的是，为了防止载片舟10与载台21碰撞导致粉尘的产生以及对载片舟10和工艺管20造成损坏，载片舟10以软着陆的方式放置于载台21。具体地，在操作桨杆30带动载片舟10下降的过程中，逐渐减低下降速度，使得载片舟10在接触载台21表面瞬时的垂直速度降低到很小，最后不受损坏地下降到载台21表面上。
S40：继续操作桨杆30下降将以与定位部141脱离。
桨杆30在继续下降的过程中，载片舟10由于载台21的支撑作用不再跟随桨杆30下降，使得载片舟10能够自动脱离桨杆30。随着桨杆30的下降，载片舟10脱离桨杆30后，能够稳定地至放置在载台21上，而桨杆30不再与载片舟10之间存在连接关系。
S50：将桨杆30退出工艺管20。
桨杆30与载片舟10脱离后，需要退出工艺管20，从而便于进行后续的扩散工艺。桨杆30可以沿着工艺管20的轴线方向退出工艺管20，从而避免与工艺管20和已经放置在载台21上的载片舟10产生干涉。工艺管20内没有桨杆30的存在，能够使得在加热时工艺管20内温度均匀性更好，减少了工艺气体在桨杆30上的沉积，从而颗粒更少。
S60：进行扩散工艺。
所谓扩散工艺是向晶片注入特定杂质，为形成半导体元件创建特定区域；在经过蚀刻过程的电路图案的特定部分注入离子形态的杂质，形成电子元件的区域，通过气态间的化学反应形成的物质沉积在晶片表面，形成各种膜的过程。扩散工艺可以通过快速热退火的方式进行，本申请扩散设备1能够对晶片进行加热，实现对晶片的快速热退火。
结合图6，在一实施例中，扩散工艺方法包括如下步骤：
S10：沿着桨杆30的长度方向将多个载片舟10的定位部141插入桨杆30。
由于工艺管20具有相当的长度，想要将多个载片舟10平稳地转移至工艺管20中，需要例如桨杆30等工艺装备进行。在本步骤中，需要通过机械手将载片舟10进行转移。一个工艺管20中可以容纳多个载片舟10，桨杆30能够同时承载多个载片舟10。将载片舟10抓取后，可以将载片舟10的定位部141插入桨杆30的插槽中，从而将载片舟10进行定位。将多个载片舟10转移后，载片舟10能够沿着桨杆30的长度方向排列。在此基础上，通过操作移动桨杆30，能够带动载片舟10进行移动。
S20：通过桨杆30将多个载片舟10转移至工艺管20内。
多个载片舟10在桨杆30上依次排列，通过机械装置操作桨杆30能够带动载片舟10进行移动。其中，机械装置可以提握桨杆30的其中一端，然后控制桨杆30的另一端与工艺管20的一端对齐。进一步通过移动桨杆30，可以控制将桨杆30的长度方向、载片舟10的排列方向以及工艺管20的轴线方向保持一致。然后可以移动桨杆30沿着工艺管20的轴线方向向工艺管20的内部移动，从而将载片舟10转移到工艺管20内。
S30：通过操作桨杆30下降将载片舟10软着陆于载台21。
将载片舟10转移至工艺管20内后，需要将载片舟10放置在工艺管20道内。通过操作桨杆30下降，能够使载片舟10与载台21接触。载片舟10与载台21接触之后，载台21能够为载片舟10提供向上的支撑。需要指出的是，为了防止载片舟10与载台21碰撞导致粉尘的产生以及对载片舟10和工艺管20造成损坏，载片舟10以软着陆的方式放置于载台21。具体地，在操作桨杆30带动载片舟10下降的过程中，逐渐减低下降速度，使得载片舟10在接触载台21表面瞬时的垂直速度降低到很小，最后不受损坏地下降到载台21表面上。
S40：继续操作桨杆30下降将以与定位部141脱离。
桨杆30在继续下降的过程中，载片舟10由于载台21的支撑作用不再跟随桨杆30下降，使得载片舟10能够自动脱离桨杆30。随着桨杆30的下降，载片舟10脱离桨杆30后，能够稳定地至放置在载台21上，而桨杆30不再与载片舟10之间存在连接关系。
S50：将桨杆30退出工艺管20。
桨杆30与载片舟10脱离后，需要退出工艺管20，从而便于进行后续的扩散工艺。桨杆30可以沿着工艺管20的轴线方向退出工艺管20，从而避免与工艺管20和已经放置在载台21上的载片舟10产生干涉。工艺管20内没有桨杆30的存在，能够使得在加热时工艺管20内温度均匀性更好，减少了工艺气体在桨杆30上的沉积，从而颗粒更少。
S60：进行扩散工艺。
所谓扩散工艺是向晶片注入特定杂质，为形成半导体元件创建特定区域；在经过蚀刻过程的电路图案的特定部分注入离子形态的杂质，形成电子元件的区域，通过气态间的化学反应形成的物质沉积在晶片表面，形成各种膜的过程。扩散工艺可以通过快速热退火的方式进行，本申请扩散设备1能够对晶片进行加热，实现对晶片的快速热退火。
S70：操作桨杆30伸入工艺管20。
在扩散工艺之后，需要将工艺管20中的载片舟10取出。具体地是将桨杆30沿着工艺管20的轴线方向伸入工艺管20。
S80：通过操作桨杆30将定位部141插入桨杆30。
桨杆30伸入工艺管20后，操作桨杆30逐渐上升使定位部141与桨杆30的插槽配合，从而使桨杆30能够将载片舟10定位，并且能够对载片舟10起到支撑作用。随着桨杆30的继续上升，能够带动载片舟10上升并脱离载台21表面。
S90：通过操作桨杆30将多个载片舟10转移出工艺管20。
载片舟10脱离载台21表面后可以同操作桨杆30将载片舟10转移出工艺管20。具体可以操作载片舟10沿着工艺管20的轴线方向移动，从而避免载片舟10和桨杆30对工艺管20的碰撞。
S100：将载片舟10从桨杆30取下。
载片舟10从工艺管20取出后，可以通过机械手操作将桨杆30上的多个载片舟10一一取下，扩散工艺方法完成，也即对晶片的加热完成，可以进行到下一步工序。
以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种载片舟，其特征在于，包括：
底柱；所述底柱的两端设置有侧板，所述侧板之间通过所述侧板两侧的连接柱连接；所述底柱、所述侧板和所述连接柱围设出用于承载晶片的容置空间；
其中，所述载片舟还包括加强板，所述加强板与所述侧板间隔设置，所述连接柱穿设所述加强板，并将所述容置空间间隔形成多个容置区域；所述载片舟在重力方向上朝下设有凸出于所述底柱的定位部，所述定位部用于与桨杆配合实现所述载片舟的转移。
2.根据权利要求1所述的载片舟，其特征在于：
所述加强板自所述底柱向下凸出形成所述定位部。
3.根据权利要求1所述的载片舟，其特征在于：
所述载片舟至少包括两个所述加强板，两个所述加强板彼此间隔设置。
4.根据权利要求1所述的载片舟，其特征在于：
所述侧板在重力方向上朝下凸出于所述底柱形成舟脚。
5.一种扩散设备，其特征在于，包括：
工艺管，所述工艺管内设置有载台，所述载台在所述工艺管的轴线方向上延伸设置；
如权利要求1-4任一项所述的载片舟，多个所述载片舟沿着所述工艺管轴线方向排列设置于所述载台。
6.根据权利要求5所述的扩散设备，其特征在于：
所述扩散设备还包括桨杆，所述桨杆上开设有插槽，所述载片舟的定位部沿着所述桨杆的长度方向插设于所述插槽。
7.根据权利要求6所述的扩散设备，其特征在于：
所述桨杆包括提握段、连接段和支撑段；所述连接段将所述支撑段和所述提握段连接；所述支撑段设置有所述插槽，所述插槽沿所述支撑段延伸的方向设置。
8.根据权利要求5所述的扩散设备，其特征在于：
所述载片舟的底柱和连接柱的延伸方向与所述工艺管的轴线方向垂直，所述载片舟加强板和侧板彼此平行设置，所述加强板和所述侧板与所述工艺管的轴线方向平行设置。
9.一种扩散工艺方法，其特征在于，包括：
沿着桨杆的长度方向将多个如权利要求1-4任一项所述的载片舟的定位部插入桨杆；
通过操作所述桨杆将多个所述载片舟转移至工艺管内；
通过操作所述桨杆下降将所述载片舟软着陆于载台；
继续操作所述桨杆下降以与所述定位部脱离；
将所述桨杆退出所述工艺管；
进行扩散工艺。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
在进行扩散工艺之后，所述方法还包括；
操作所述桨杆伸入所述工艺管；
通过操作所述桨杆将所述定位部插入所述桨杆；
通过操作所述桨杆将所述多个载片舟转移出所述工艺管；
将所述载片舟从所述桨杆取下。
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