CN220651977U - 一种晶舟及半导体设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种晶舟及半导体设备，该晶舟包括基座及多个位于基座上并垂向延伸支撑部，支撑部上设有多个间隔排列且水平延伸的支撑架，支撑架背离基座的一面具有一支撑平台及一支撑槽，支撑平台连接于支撑部与支撑槽之间，支撑槽朝向支撑平台的一端高于支撑槽远离支撑平台的一端。该晶舟通过在支撑架上设置支撑槽增大高温工艺过程中晶圆与支撑架的接触面积，降低接触点的单位面积压力，降低滑移线产生风险，不降低工艺温度即可减少滑移线的产生，保证产品工作性能的同时提高良率。该半导体设备具有上述的晶舟，降低了晶圆在该半导体设备中进行高温工艺后的滑移线产生的概率，有效地改善了晶圆在该半导体设备中经过高温工艺后良率降低的问题。

Description

一种晶舟及半导体设备

技术领域

本实用新型属于半导体制造设备技术领域，涉及一种晶舟及半导体设备。

背景技术

半导体集成电路芯片制作通常在一个晶圆上制作多个各种类型的器件结构，并将多个器件电连接以得到具有完整功能的芯片产品。在芯片产品制作过程中，晶圆是否产生缺陷以及缺陷的尺寸大小是评估产品良率的重要指标，晶圆存在缺陷会严重影响芯片的电学性能及机械性能，其中在芯片产品的制作过程中，任意一步工艺中产生的缺陷均有可能导致芯片产品的制作失败，并且随着芯片集成度越来越高，在工艺制作过程中对产生缺陷的影响越来越大，给半导体器件的制作过程提出了更高的工艺要求。

在晶圆的各种缺陷种类中，晶圆表面冗余物、晶体缺陷及机械损伤是较为常见的晶圆表面缺陷，其中，晶体缺陷中的滑移线缺陷产生往往是由于晶体生长时加热不均所导致的，通常位于晶圆的外围边缘处，形成水平的细小直线，目前，通过改善热场分布及控制温度曲线等方式能够减少晶圆中滑移线的产生。但是，在部分高温工艺(如热氧化和高温扩散)中，放置于晶舟中的晶圆表面产生滑移线的现象却时有发生，滑移线的产生引起器件性能失效，对产品良率造成严重影响。

因此，如何提供一种晶舟及半导体设备，以实现高温工艺过程中减少晶圆中滑移线的产生以提高产品良率，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种晶舟及半导体设备，用于解决现有技术中晶圆在高温工艺中产生滑移线影响器件性能及产品良率的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种晶舟，包括基座及多个支撑部，多个所述支撑部位于所述基座上并沿垂向延伸，所述支撑部上设有多个间隔排列且水平延伸的支撑架，所述支撑架背离所述基座的一面上具有一支撑平台及一支撑槽，所述支撑平台连接于所述支撑部与所述支撑槽之间，所述支撑槽邻近所述支撑平台的一端高于所述支撑槽远离所述支撑平台的一端。

可选地，所述支撑槽具有第一弧面且所述第一弧面呈下凹型，所述第一弧面包括相对设置的第一边及第二边，所述第一边位于所述支撑架远离所述支撑部的一面上。

可选地，所述第一弧面相对于所述基座所在平面的倾斜角度范围是2°～10°。

可选地，所述支撑槽还包括一斜面，所述第二边位于所述斜面上，所述斜面与所述第一弧面通过所述第二边连接。

可选地，所述支撑槽还包括第二弧面且所述第二弧面呈下凹型，所述第二边位于所述第二弧面上，所述第二弧面与所述第一弧面通过所述第二边连接，且所述第一弧面相对于所述基座所在平面的倾斜角度与所述第二弧面相对于所述基座所在平面的倾斜角度不同。

可选地，所述支撑槽在水平方向上的投影面积小于所述支撑平台在水平方向上的投影面积。

可选地，所述支撑槽与所有相邻的面之间均光滑连接。

本实用新型还提供一种半导体设备，所述半导体设备具有如上所述的晶舟。

可选地，所述半导体设备包括退火炉、氧化炉及扩散炉中的至少一种。

可选地，所述半导体设备的工作温度范围包括大于或等于1100℃。

如上所述，本实用新型的晶舟通过在支撑架上设置支撑槽以支撑晶圆，增大高温工艺过程中晶圆与支撑架的接触面积，降低接触点处的单位面积压力，降低滑移线产生的风险，能够在不降低工艺温度的情况下减少滑移线的产生，保证产品工作性能的同时提高产品良率。本实用新型的半导体设备，具有如上所述的晶舟，降低了晶圆在该半导体设备中进行高温工艺后的滑移线产生的概率，有效地改善了晶圆在该半导体设备中经过高温工艺后良率降低的问题。

附图说明

图1显示为晶圆置于一般的支撑架上时的剖面结构示意图。

图2显示为在高温工艺中晶圆置于一般的支撑架上发生轻微形变时的剖面结构示意图。

图3显示为在高温工艺中晶圆置于一般的支撑架上产生滑移线的俯视结构示意图。

图4显示为本实用新型的晶舟的整体结构示意图。

图5显示为本实用新型的晶舟的剖面结构示意图。

图6显示为图5中局部区域Ⅰ的放大结构示意图。

图7显示为图6中局部区域Ⅱ的放大结构示意图。

图8显示为本实用新型的晶舟中支撑槽具有第一弧面及斜面时的剖面结构示意图。

图9显示为本实用新型的晶舟中支撑槽具有第一弧面及第二弧面时的剖面结构示意图。

图10显示为本实用新型的晶舟中支撑架支撑晶圆时的俯视结构示意图。

图11显示为本实用新型的晶舟中又一种支撑架支撑晶圆时的俯视结构示意图。

元件标号说明

101 晶圆

102 支撑架

10 晶舟

11 基座

12 支撑部

13 支撑架

131 支撑平台

132 支撑槽

1321 第一弧面

1322 斜面

1323 第二弧面

Ⅰ、Ⅱ 局部区域

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

发明人在对晶圆在高温工艺时产生滑移线的问题进行分析的过程中发现，在进行高温工艺时，晶圆通常放置于晶舟中并通过晶舟内部设置的支撑架支撑并分隔，请参阅图1，显示为晶圆置于一般的支撑架上时的剖面结构示意图，支撑架的表面通常为平面从而为晶圆提供良好的支撑效果，但在高温工艺中，晶圆在自身重力的影响下容易发生轻微形变(类似于晶圆翘曲现象)，请参阅图2，显示为晶圆在高温工艺中发生轻微形变时的结构示意图，晶圆由于发生变形导致其与支撑架的接触面积减小(由面接触变为线接触甚至点接触)，单位面积受力增大导致接触点处存在切应力，当工艺温度达到一定值(如1100℃)时，接触点(图2中A点与B点所示)容易发生晶格位错从而产生滑移线，请参阅图3，显示为晶圆表面产生滑移线的结构示意图。发明人针对上述技术问题产生的原因进行多次实验后得出可以通过增大高温工艺过程中晶圆与晶舟内支撑架接触面积的方法降低位错滑移等缺陷的产生概率，具体技术方案如下所述。

实施例一

本实施例提供一种晶舟，请参阅图4，显示为所述晶舟的整体结构示意图，该晶舟10包括基座11及多个支撑部12。

具体的，多个所述支撑部12位于所述基座11上并沿垂向延伸，请参阅图5，显示为所述晶舟的剖面结构示意图，所述支撑部12上设有多个间隔排列且水平延伸的支撑架13，请参阅图6，显示为图5中局部区域Ⅰ的放大结构示意图，所述支撑架13背离所述基座11的一面上具有一支撑平台131及一支撑槽132，所述支撑平台131连接于所述支撑部12与所述支撑槽132之间，所述支撑槽132邻近所述支撑平台131的一端高于所述支撑槽132远离所述支撑平台131的一端。也就是，在常规的支撑架结构基础上，对支撑架13远离所述支撑部12的一端进行圆弧斜面处理以形成所述支撑槽132，所述支撑平台131的设置用于工艺开始前装载晶圆，避免晶圆置于晶舟10后运动过程中发生位移，所述支撑槽132的设置保证晶圆在高温工艺下发生轻微变形后仍与所述支撑架13之间具有足够的接触面积，进而减少晶圆101与支撑架13接触点处滑移线的产生。

作为示例，请参阅图7，显示为图6中Ⅱ部分的放大结构示意图，所述支撑槽132(图7中未标识)具有第一弧面1321且所述第一弧面1321呈下凹型，所述第一弧面1321包括相对设置的第一边及第二边，所述第一边位于所述支撑架13远离所述支撑部12的一面上。当然，所述第一弧面1321还可以为能够保证轻微变形后晶圆与支撑架13具有一定接触面积的其他合适的形状，本实施例中所述第一弧面1321呈下凹弧型，且所述第一弧面1321的轮廓优选为与变形后的晶圆101的轮廓相一致以使晶圆101更好地贴合于所述支撑架13上，最大程度降低滑移线产生的可能性的同时提高所述支撑架13对晶圆101的支撑稳定性，具体的上述支撑槽132结构可以看作是对所述支撑架13的远离所述支撑部12的一面及所述支撑架13的远离所述基座11的一面构成的夹角进行圆弧倒角处理，制作方法简单易实现。需要说明的是，图7中显示为所述支撑槽仅具有所述第一弧面时的结构示意图，此时，所述第二边位于所述支撑平台上，而在其他实施例中，所述支撑槽132可能还包括位于所述支撑平台131与所述第一弧面1321之间的斜面或弧面，在这种情况下，所述第二边不再位于所述支撑平台131上，而是位于斜面或弧面上。

作为示例，所述第一弧面1321相对于所述基座11所在平面的倾斜角度基于所述晶舟10应用时所处工艺温度进行调整，更为具体地，其倾斜角度(即所述第一弧面1321的倾斜程度)与所述晶舟10应用时所处的工艺温度呈正相关，即所述晶舟10应用时所处工艺温度越高，相对应的所述晶舟10中支撑槽132的第一弧面1321的倾斜角度越大。由于所述晶舟10承载的晶圆在不同的温度条件下发生形变的程度并不相同，为了保证与晶圆具有足够的接触面积，所述第一弧面1321倾斜程度随晶圆的形变程度而变化，因此，所述第一弧面1321的倾斜角度随着晶舟10应用时所处的工艺温度而进行适当调整，并且，所述晶舟10使用时所处的工艺温度越高，所述第一弧面1321的倾斜角度越大。需要说明的是，由于所述第一弧面1321的轮廓为下凹弧型，上述的倾斜角度即为所述第一弧面1321远离所述支撑部12的一边所在的切平面(图7中τ所示)与所述基座11所在平面之间的夹角(图7中θ所示)数值。需要说明的是，图7仅作为示例说明第一弧面的大致形状及连接关系，实际上第一弧面的倾斜角度及尺寸并不一定完全如图7中所示。

进一步地，所述第一弧面1321相对于所述基座11所在平面的倾斜角度(图7中θ所示)范围是2°～10°，包括但不限于3°、5°、8°，例如，在1150℃条件时，所述第一弧面1321的倾斜角度为3°，而在1175℃条件时，所述第一弧面1321的倾斜角度为5°，需要说明的是，上述温度对应的角度数值仅作为示例进行说明，在相同的温度条件下由于所述晶圆的材质及内部结构等参数存在差异，所述第一弧面1321的倾斜角度相应地也会存在差别，因此，在相同温度时所述第一弧面1321的倾斜角度并不强制限定为上述数值。

在一实施例中，请参阅图8，显示为支撑架具有第一弧面及斜面时的剖面结构示意图，所述支撑槽132还包括一斜面1322，第一弧面1321的所述第二边位于所述斜面1322上，所述斜面1322与所述第一弧面1321通过所述第二边连接。即所述支撑槽132同时包括所述第一弧面1321及所述斜面1322，并且所述斜面1322位于所述支撑平台131与所述第一弧面1321之间，所述斜面1322自所述支撑平台131上向下倾斜延伸至与所述第一弧面1321连接处，所述斜面1322的倾斜角度可基于实际需要进行合理设置，在所述第一弧面1321与所述晶圆101具有足够的接触面积的前提下，所述斜面1322的设置便于晶圆101在不同变形情况下实现与支撑架13的良好接触。

在又一实例中，请参阅图9，显示为支撑架具有第一弧面及第二弧面时的剖面结构示意图，所述支撑槽132不包括斜面但包括第二弧面1323，并且所述第二弧面1323也呈下凹型，此时，第一弧面1321的所述第二边位于所述第二弧面1323上，所述第二弧面1323与所述第一弧面1321通过所述第二边连接，且所述第一弧面1321相对于所述基座11所在平面的倾斜角度与所述第二弧面1323相对于所述基座11所在平面的倾斜角度不同(如图9中θ1与θ2所示)。即所述支撑架13同时包括第一弧面1321及第二弧面1323且第二弧面1323位于所述支撑平台131与所述第一弧面1321之间，所述第二弧面1323自所述支撑平台131向下延伸中与所述第一弧面1321连接处。在具有两个倾斜角度不同的弧面的情况下，可以使得所述晶舟10能够应用于不同的高温条件下，提高所述晶舟10的利用率。

作为示例，请参阅图10，显示为所述支撑架支撑晶圆时的俯视结构示意图，所述支撑槽132在水平方向上的投影面积小于所述支撑平台131在水平方向上的投影面积。即所述晶圆在高温环境下发生的变形程度较小，所述支撑槽132的空间设置能够满足轻微变形后的晶圆支撑即可，并不需要占用太多的所述支撑架13的面积，因此，所述支撑槽132占用所述支撑架13的面积远远小于所述支撑平台131占用所述支撑架13的面积，一方面能够节省所述支撑槽132的加工时间，另一方面，所述支撑平台131面积过小对晶圆的常规支撑可能会产生不利影响，即所述支撑槽132的空间合理设置有利于所述晶圆未发生变形时在所述支撑平台上的稳定支撑。

作为示例，所述支撑槽132与所有相邻的面之间均光滑连接。避免在将晶圆放置于晶舟10或自晶舟10中取出的过程中，晶圆表面与其发生摩擦或碰撞，导致晶圆表面产生划痕或破损；同时也降低晶圆从支撑平台131过渡到支撑槽132过程中的摩擦产生划痕或破损状况的发生，保证产品良率。

作为示例，再请参阅图4，多个所述支撑部12分立设置，即所述晶舟10中沿垂向延伸用于固定支撑架13的部分类似为杆型，且至少一相邻两支撑部12之间的距离大于待承载晶圆的直径以便晶圆能够放置于支撑架13上。需要说明的是图4中显示的支撑部的数量为4个，在实际应用时，所述支撑部12的数量可以为少于4个以及多于4个，所述支撑架13的也不限定于图4中所示，例如，请参阅图11，显示为又一种支撑架支撑晶圆时的俯视示意图，即所述支撑架13的数量及形状在满足对晶圆进行稳定承载的前提下合理设置。此外，各个所述支撑部12上的支撑架13在垂向上相互对齐，同一水平面上同时具有至少三个支撑架，以便于实现对晶圆的支撑。此外，所述支撑部12的分立设置还能降低所述晶舟10的整体重量，实现应用时的便捷性。

作为示例，所述晶舟10呈圆柱型及多棱柱型中的至少一种。需要说明的是，此处所述的晶舟10的整体形状呈圆柱型或多棱柱型指的是宏观结构，所述晶舟10的结构与标准圆柱型或多棱柱型存在细微的差别仍可以看作所述晶舟10呈圆柱型或多棱柱型，当然，所述晶舟10还可为其他合适的形状。

作为示例，所述晶舟10的应用工艺温度大于或等于1100℃，由于晶圆在1100℃以上的高温条件下发生变形的概率较大，且变形程度随工艺温度增大而增大，在高温条件下采用一般的晶舟承载晶圆无法避免因晶圆变形导致的滑移线产生，因此，在高温条件下使用的晶舟10需要根据晶圆变形程度不同而加工不同形状的支撑槽132。当然，在特殊情况下(例如，常规晶舟周转不及时)所述晶舟10也可应用于常规工艺温度。进一步地，所述晶舟10的材质包括碳化硅，能够满足所述晶舟10在高温工艺条件下的应用。

具体的，本实施例的晶舟，通过在晶舟内部设置的支撑架上设置支撑槽用于支撑晶圆，在不降低工艺温度的情况下能够减少晶圆表面产生的滑移线等缺陷，扩大了晶圆在高温工艺中工艺温度的选择范围，有效减少因滑移线产生导致的器件失效及产品良率偏低问题，还可以增加工艺过程陪片的使用次数，降低生产成本。此外，根据不同的工艺温度对支撑架加工不同倾斜角度的支撑槽，能够保证晶圆在高温工艺过程中发生变形后仍与支撑架之间具有足够的接触面积，缓解单位面积下的切应力增大的趋势，从而降低滑移线等缺陷的产生。

本实施例还提供一种确定所述晶舟上支撑架的支撑槽倾斜角度(即所述第一弧面的倾斜角度)的实施方法，首先，将相同的晶圆(材质、尺寸等保持一致)在1100℃及以上多个温度区间进行加工以获得晶圆在不同温度区间形变程度以及产生滑移线的数据，再根据上述数据对晶舟的支撑架进行不同倾斜角度第一弧面的加工(对一般的支撑架进行不同程度的倒角处理)，再将相同的晶圆置于改善后的晶舟内部并进行相同工艺的加工，并对支撑架与变形后的晶圆的接触面积以及滑移线进行测量以进一步优化支撑架上第一弧面的轮廓和倾斜程度，直至获得与变形后晶圆良好贴合且制作难度相对较小的支撑架。

本实施例的晶舟通过在支撑架上设置支撑槽以支撑晶圆，增大高温工艺过程中晶圆与支撑架的接触面积，降低接触点处的单位面积压力，降低滑移线产生的风险，能够在不降低工艺温度的情况下减少滑移线的产生，保证产品工作性能的同时提高产品良率。

实施例二

本实施例提供一种半导体设备，所述半导体设备具有如实施例一所述的晶舟。

作为示例，所述半导体设备包括退火炉、氧化炉及扩散炉中的至少一种，本实施例中包括上述三种设备的原因在于，上述设备均能实现高温工艺过程，如高温退火、热氧化及高温扩散等，在高温工艺过程中易发生晶圆发生轻微变形的现象，从而需要特定的能应对晶圆高温变形的晶舟来减少晶圆发生缺陷问题。当然，所述半导体设备还可以为其他能够实现批量化晶圆加工的设备，如化学气相沉积设备。

作为示例，所述半导体设备的工作温度范围包括大于或等于1100℃。同理，由于晶圆在1100℃以上的高温条件下发生变形的概率较大，且变形程度随工艺温度增大而增大，在高温条件下使用的晶舟需要根据晶圆变形程度不同而加工不同倾斜角度的第一弧面，相对于常规晶舟而言制作成本有所提升，因此，应用上述晶舟的半导体设备需要能够进行上述温度及以上的工艺，否则会在一定程度上造成晶舟的资源浪费。

本实施例的半导体设备，具有如上所述的晶舟，降低了晶圆在该半导体设备中进行高温工艺后的滑移线产生的概率，有效地改善了晶圆在该半导体设备中经过高温工艺后良率降低的问题。

综上所述，本实用新型的晶舟通过在支撑架上设置支撑槽以支撑晶圆，增大高温工艺过程中晶圆与支撑架的接触面积，降低接触点处的单位面积压力，降低滑移线产生的风险，能够在不降低工艺温度的情况下减少滑移线的产生，保证产品工作性能的同时提高产品良率。本实用新型的半导体设备，具有如上所述的晶舟，降低了晶圆在该半导体设备中进行高温工艺后的滑移线产生的概率，有效地改善了晶圆在该半导体设备中经过高温工艺后良率降低的问题。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶舟，其特征在于：包括基座及多个支撑部，多个所述支撑部位于所述基座上并沿垂向延伸，所述支撑部上设有多个间隔排列且水平延伸的支撑架，所述支撑架背离所述基座的一面上具有一支撑平台及一支撑槽，所述支撑平台连接于所述支撑部与所述支撑槽之间，所述支撑槽邻近所述支撑平台的一端高于所述支撑槽远离所述支撑平台的一端。

2.根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于：所述支撑槽具有第一弧面且所述第一弧面呈下凹型，所述第一弧面包括相对设置的第一边及第二边，所述第一边位于所述支撑架远离所述支撑部的一面上。

3.根据权利要求2所述的晶舟，其特征在于：所述第一弧面相对于所述基座所在平面的倾斜角度范围是2°～10°。

4.根据权利要求2所述的晶舟，其特征在于：所述支撑槽还包括一斜面，所述第二边位于所述斜面上，所述斜面与所述第一弧面通过所述第二边连接。

5.根据权利要求2所述的晶舟，其特征在于：所述支撑槽还包括第二弧面且所述第二弧面呈下凹型，所述第二边位于所述第二弧面上，所述第二弧面与所述第一弧面通过所述第二边连接，且所述第一弧面相对于所述基座所在平面的倾斜角度与所述第二弧面相对于所述基座所在平面的倾斜角度不同。

6.根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于：所述支撑槽在水平方向上的投影面积小于所述支撑平台在水平方向上的投影面积。

7.根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于：所述支撑槽与所有相邻的面之间均光滑连接。

8.一种半导体设备，其特征在于：所述半导体设备具有如权利要求1～7任一项所述的晶舟。

9.根据权利要求8所述的半导体设备，其特征在于：所述半导体设备包括退火炉、氧化炉及扩散炉中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的半导体设备，其特征在于：所述半导体设备的工作温度范围包括大于或等于1100℃。