专利名称：具有改良加工特性的晶片支撑物的制作方法
背景发明领域本发明一般涉及窑炉用具，更具体地说，涉及用于支撑晶片进行加工的晶片支撑物，这种加工比如是暴露于高温的加工工序。另外，本发明一般涉及使用这种晶片支撑物加工晶片。
相关技术说明在本领域中已知，半导体加工通常要在各个加工步骤中使用工件来支撑和/或传送半导体晶片，包括退火、化学气相沉积、氧化及其他的高温处理工序。因此，使用在本领域中也被称为晶舟的水平和垂直晶片支撑物来支撑许多(aplurality of)晶片，这些晶片彼此之间通常等距间隔，形成晶片阵列。所以，对晶片进行加工处理通常被称为“批处理”，在该处理过程中许多晶片被同时加工。
随着晶体管临界尺寸、管芯尺寸和集成电路尺寸的缩小，加工晶片的实际尺寸持续增大。比如，工业上已经从4英寸晶片发展到6英寸晶片，目前普遍使用8英寸晶片。而且，12英寸(300毫米)半导体制造厂即将建成生产线。随着晶片尺寸的增加，制造过程的许多阶段中出现了新的工程问题。
此外，主要由硅组成的半导体晶片不仅被用来制造包括逻辑和存储器件的传统集成电路结构，还被用来制造光电子器件，比如波导倍增器和微电机系统(MEMS)。因此，器件制造过程有时候利用长时间氧化步骤，在该步骤中对半导体晶片进行氧化，有时候这个氧化步骤所用的时间超过传统半导体加工中通常应用的时间。比如，对晶片进行几天时间的加工并非罕见，比如五到十天左右。
如上所述，这种加工工序通常包括晶片的氧化。
考虑到加工时间延长，以及晶片尺寸增大，出现了影响器件强度和品质的技术问题。因此，发明人发现，晶片在经过这些加工工序之后出现了一些缺陷，比如晶片出现局部甚至灾难性的断裂。其他缺陷包括晶片外围变形和出现缺口，特别是在接触晶片支撑物的那些位点上，比如在水平晶舟情况下是晶片支撑物的底部支撑部分。
因此，本领域中存在改进晶片支撑物或晶舟，特别是水平晶片支撑物的需求，以及改进加工工序，增加器件产量和降低缺陷率的需求。
发明概述本发明一方面提供了用于支撑许多晶片的晶片支撑物，该支撑物包括位于托盘中的许多插槽，托盘包括碳化硅并且具有覆盖碳化硅的氧化物层。本发明一方面提供了用于支撑许多晶片的晶片支撑物，该支撑物包括位于托盘中的许多插槽，托盘包括碳化硅并且具有覆盖碳化硅的氧化物层。
本发明另一方面提供了一种晶片支撑物，该支撑物含有许多具有特定宽度的插槽。具体地说，每个插槽的一部分具有宽度ws，其中ws不小于1.30tw，tw是晶片厚度。
根据本发明的另一个特征，提供了用于支撑许多晶片的晶片支撑物，这些晶片具有半径rw，而且该晶片支撑物包括用于支撑晶片的许多插槽，其中每个插槽的至少一部分具有曲率半径rs，rs不小于约1.15rw。根据本发明这方面的一个变形，rs可以具有负值，而rw具有正值。
本发明另一方面提供了加工许多晶片的方法，其中许多晶片被承载在晶片支撑物上，该支撑物具有上述任何一个或全部特征，并对晶片支撑物承载的晶片进行加工。该加工工序可以是使这些晶片暴露于氧化环境中以氧化晶片。
附图简要说明参考附图能更好地理解本发明，本发明的各个目的，特征和优点对本领域技术人员而言也将变得显而易见。
图1是本发明一种实施方式中水平晶片支撑物的透视图。
图2是本发明一种实施方式中水平晶片支撑物的截面图，承载有硅晶片。
图3所示为碳化硅晶片支撑物上氧化物的生长曲线。
图4表示本发明一种实施方式中，承载有半导体晶片的插槽曲率半径。
图5表示本发明另一种实施方式中，承载有半导体晶片的插槽曲率半径。
图6表示本发明另一种实施方式中，承载有半导体晶片的插槽曲率半径。
图7表示本发明一种实施方式中，晶片被承载于插槽中时，在截面方向上相对于插槽宽度的晶片厚度。
不同附图中使用相同附图标记表示类似或相同项目。
优选实施方式说明根据本发明的实施方式，提供了用于支撑许多晶片的特定晶片支撑物。因此，参见附图1所示本发明实施方式中的晶片支撑物。如图所示，晶片支撑物1包括托架2，该托架具有基本敞开结构并且包括许多托臂3，这些托臂基本呈弓形，与许多支撑构件结合在一起用于支撑这些晶片。具体地说，具有第一、第二和第三支撑构件10、12和14，它们都以径向朝内侧突出，沿着这些构件具有许多插槽16。每个插槽16的位置和取向都使其沿着确定半径的相同弧度分布，用于支撑单个特定晶片。每个插槽都分别由第一、第二和第三插槽片段18，20和22组成，每个片段都分别沿着第一、第二和第三支撑构件10，12和14分布。
如附图2中所示，用截面图说明晶片30被啮合和承载在晶片支撑物1上时的取向。附图1和2中所示晶片支撑物的一般取向是水平的，是使用中的晶片支撑物取向，具体地说，是在半导体制造环境中的取向。如图所示，支撑物一般以向上垂直位置支撑晶片。
附图1中更清楚地显示出，插槽16以线性阵列排列，并且彼此等距间隔。比如，所示第二插槽片段20彼此等距间隔，并以阵列形式排列。同样，支撑物以线性方式固定晶片，形成水平的晶片层叠。槽距，以及与之相关的晶片间距根据特定应用而各不相同，但是通常在大约2到4毫米的范围内，一般约为2.38毫米。
如附图2中所示，第一、第二和第三支撑构件10、12和14沿着弧度32分布，该弧度的半径等于晶片半径rw，因此第一、第二和第三支撑构件沿着弧度32顺序分布，第二支撑构件位于圆周上第一和第三支撑构件10、14之间。由于第二支撑构件位于最底部，即六点钟位置处，所以第二支撑构件通常支撑较多部分的晶片重量。弧度32扫过的角度不超过180度，从而便于晶片的承载。通常，支撑部分的位置所确定的弧度32不超过约150度，或者通常不超过约130度。
虽然附图1和2中表示出了三个支撑构件，但是晶片支撑物可以具有不同数量的支撑构件。比如，第二支撑构件可以是分叉的，形成两个具有独立插槽片段的独立支撑构件。这时，这些支撑构件可以与最底部的六点钟位置等距。
如上所述，晶片支撑物具有基本敞开的设计，这种设计提供了若干优点，具体如下文所述。通常，托臂3和支撑构件之间所形成的窗口提供了沿着托架部分圆柱形表面外侧至少40％的敞开区域。该敞开区域通常不小于约50％。晶片支撑物这种敞开设计的优点是，改善预氧化步骤中晶片支撑物周围的气流，形成一致的、比较均匀的氧化物层。
关于晶片支撑物的材料，如上所述，托架由碳化硅组成。根据一种实施方式，碳化硅包括重结晶碳化硅，这是本领域已知的材料。通常，将含有半导体级碳化硅粉末的生坯与烧结助剂和粘结剂混合，浇铸成要求的形状，干燥，加热直到燃烧掉有机粘结剂，并进行热处理，使生坯致密化并使生坯重结晶。致密化之后，可以利用加工步骤使晶片支撑物达到最终尺寸。
可以用其他形式的碳化硅代替或与重结晶碳化硅组合使用。比如，可以通过转化过程形成碳化硅基片，该过程中通过气相或液相技术将碳预制体转化成碳化硅。这时，预制体通常由含碳材料形成，比如半导体级石墨。而且，在使用多孔碳化硅作为晶片支撑物基础材料的情况下，支撑物中可以嵌有硅。这种组成特征被称为Si-SiC或硅化碳化硅。因此，形成比较多孔的碳化硅基片之后，在基片中嵌入熔融硅，从而使该结构致密化到适合耐火应用的程度，比如用于半导体加工环境中。硅化碳化硅上可以涂布另一层碳化硅，比如化学蒸汽沉积(CVD)的碳化硅。
另外，晶片支撑物可以由通过CVD形成的独立SiC形成。这时，通过延长的CVD过程形成晶片支撑物本身。
用氧化物层覆盖晶片支撑物的碳化硅。该氧化物层可以通过在氧化环境中氧化支撑物而形成，比如在含氧环境中在升高温度下氧化支撑物，该温度比如在950到大约1300摄氏度范围内，更常见是在大约1000到1250摄氏度范围内。氧化可以在干燥或潮湿气氛中进行，通常是在大气压下进行的。通过引入蒸汽能产生潮湿环境，起到增大氧化速率和提高氧化物层密度的作用。因此，在1150℃进行湿法氧化可以在大约12到48小时内形成坚固的厚(比如约2-3微米)氧化物层。另一方面，通过干法氧化处理形成这种层可能需要5天左右，比如10-20天。虽然该氧化层通常是由氧化形成的，但是也可以是沉积形成的，比如通过使TEOS气源反应形成。但是，考虑到耐用性和坚固性，热生长层可能是优选的。
氧化物层通常是氧化硅，一般是SiO2。氧化硅层可以与晶片支撑物的碳化硅直接接触。或者，碳化硅和覆盖的氧化物层之间可以存在中间层，比如硅，就像嵌硅碳化硅的情况那样。
附图3表示碳化硅晶片支撑物上作为时间函数的氧化物层生长曲线。如图所示，氧化物层遵循总体呈抛物线的生长曲线。由于以下讨论的原因，根据本发明的一种实施方式，氧化物层的厚度超过该曲线比较快的生长部分。比如，氧化物层的厚度可以大于约0.5微米，或者特别是大于约0.75微米，比如大于约1.0微米，甚至1.5微米。根据本发明的一些特定实施方式，氧化物的厚度至少是2微米，比如大约2到3微米左右。注意到本发明实施方式的氧化物层是位于晶片支撑物上的层，而不是晶片支撑物上厚度较小的任何原生氧化物。而且，虽然上述氧化物层通常是由热氧化技术形成的，还可以使用其他技术，比如氧化物层的直接沉积。
已经发现形成氧化物层，比如通过热预氧化步骤，能在半导体制造环境中改善过程控制。具体地说，发明人认识到，在晶片上形成比较厚的氧化物层的传统氧化处理中，晶片倾向于通过晶片上氧化物层的生长和/或晶片支撑物上氧化物层的生长而与晶片支撑物粘合。据信，在随后晶片/晶片支撑物组件的冷却中，由晶片和支撑物热膨胀系数的不同而引起的收缩差别导致晶片中出现热诱发应力。这些热膨胀/收缩性质的差别可以归因于组成和结构的差别，最终会导致晶片损坏。在极端情况下，晶片可能因为破裂机制而发生灾难性故障。通过引入预氧化步骤，在支撑物上形成氧化物层，可抑制晶片热加工中支撑物上氧化物层的生长，减轻晶片和支撑物之间发生粘合的倾向，从而加强过程控制和提高晶片产率。
根据本发明另一个特征，晶片支撑物中的插槽具有特定的曲率半径rs，能进一步加强过程控制和提高晶片产率，特别是在上述高温加工中。
如附图2所示，晶片具有标称半径rw。现有技术的晶片制造厂使用8英寸，越来越多地使用12英寸(300毫米直径)晶片。因此，较新的制造厂可能使用半径rw约为150毫米左右的晶片，但是较老的制造厂可能使用较小的晶片，较新一代的制造厂使用较大的晶片。根据一种实施方式的特征，插槽的曲率半径rs不小于约1.15rw。或者说，用于支撑晶片的插槽的曲率半径比晶片半径大至少15％。通常，rs不小于约1.25rw，比如1.35rw和1.50rw。参见附图4，所示rs大约为rw的两倍。另外，插槽的曲率半径可以接近于直线(rs＝无穷大)。这种特定实施方式如附图5所示。这时，接触晶片的部分插槽沿着直线延伸。
另外，插槽的曲率半径可以具有相反的取向，即，具有与晶片半径rw相比为负的曲率半径。如附图6所示，图中插槽具有基本凸出的形状，该插槽的半径从晶片和插槽之间的接触点开始，以与晶片半径相反的方向延伸。
在上述实施方式中，不要求每个插槽片段具有相同的曲率半径。但是，通常至少沿着第二支撑构件的部分第二插槽片段具有上述半径特征。
通过提供具有上述曲率半径rs的插槽部分，能使晶片和支撑物之间可能出现的氧化粘合区域最小。同样，对于晶片和支撑物之间所形成氧化物粘合的程度，最小化的粘合界面较弱，在加工(比如冷却)时更容易断裂，从而抑制晶片中的热应力，这种热应力会导致出现上述破裂现象。
根据本发明的另一种实施方式，至少部分晶片支撑物插槽的宽度ws大于晶片厚度tw。具体地说，宽度ws通常不小于约1.30tw。根据另一种实施方式，ws不小于约1.35tw，可以在大约1.35tw到1.50tw的范围内。因此，附图7表示了相对于晶片厚度tw的插槽宽度ws(并非按比例表示)。注意到晶片的实际厚度tw可以根据晶片品牌、预期用途、晶片直径组成(比如绝缘体上外延硅(SOI))等因素而变化。但是，晶片厚度通常在大约0.45到0.80毫米范围内，更常见是在大约0.50到0.765毫米范围内。通过使插槽具有以上相对宽度，相比于较窄的宽度比如是1.10tw到1.25tw左右，使插槽中具有额外空间有利于形成较厚的氧化物层。另外，通过减轻氧化物生长时插槽内所插晶片受约束的程度，可减少晶片蠕变的问题。因此，使用传统技术，插槽中的晶片所受约束力倾向于导致晶片在高温下发生蠕变，从而导致出现缺口。晶片外围中形成缺口倾向于形成机械联锁结构，这是不利的。具体地说，冷却时，缺口倾向于啮合插槽，造成因为晶片和晶片支撑物的不同热收缩特征而在冷却时使晶片中产生机械应力的情况。
除了上述晶片支撑物实施方式的特征之外，本发明还提供了加工许多晶片的方法，被称为批处理。因此，晶片支撑物承载有许多晶片，这些晶片通常以等距排列成线性阵列。随后，晶片/晶片支撑物组件被置于熔炉中，比如加工管，进行高温加工。如上所述，一种理想的加工工序是在晶片上形成较厚的氧化物层，特别适合于MEMS和光电子应用。
虽然已经在上文对本发明的实施方式进行了具体说明，但是应当理解，可以进行各种改进而不超出本权利要求的范围。
权利要求
1.用于支撑许多晶片的晶片支撑物，包括位于托架中的许多插槽，该托架包括碳化硅并且具有覆盖碳化硅的氧化物层。
2.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于托架包括重结晶碳化硅。
3.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于托架包括嵌硅的碳化硅。
4.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于托架包括转化的碳化硅。
5.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于托架包括独立的CVD SiC。
6.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于氧化物层包括氧化硅。
7.如权利要求6所述的晶片支撑物，其特征在于氧化硅具有大于约0.5微米的厚度。
8.如权利要求6所述的晶片支撑物，其特征在于氧化硅具有大于约0.75微米的厚度。
9.如权利要求6所述的晶片支撑物，其特征在于氧化硅具有大于约1.0微米的厚度。
10.如权利要求6所述的晶片支撑物，其特征在于氧化硅具有大于约1.5微米的厚度。
11.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于氧化物层是热生长的。
12.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于氧化物层是沉积的。
13.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于晶片支撑物是水平晶片支撑物，用于以基本向上垂直的位置支撑晶片。
14.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于插槽以线性阵列排列，并且彼此等距间隔。
15.用于支撑许多晶片的晶片支撑物，这些晶片具有厚度tw，晶片支撑物包括用于支撑晶片阵列的许多插槽，至少部分单个插槽具有插槽宽度ws，其中，ws不小于约1.30tw。
16.如权利要求15所述的晶片支撑物，其特征在于ws不小于约1.35tw。
17.如权利要求15所述的晶片支撑物，其特征在于ws在大约1.35tw到1.50tw的范围内。
18.如权利要求1所述的晶片支撑物，其特征在于托架包括至少第一、第二和第三支撑构件，每个构件支撑和接触晶片，每个插槽具有分别沿着第一、第二和第三支撑构件延伸的第一、第二和第三插槽片段。
19.如权利要求18所述的晶片支撑物，其特征在于第一、第二和第三插槽片段沿着半径等于晶片半径的弧度分布，而且第一、第二和第三支撑构件沿着该弧度顺序分布，使第二支撑构件在圆周上位于第一和第三支撑构件之间。
20.如权利要求19所述的晶片支撑物，其特征在于所述具有插槽宽度ws的部分单个插槽包括至少部分第二插槽片段。
21.如权利要求19所述的晶片支撑物，其特征在于第一、第二和第三插槽片段沿着所述弧度间隔，该弧度不超过180度。
22.如权利要求19所述的晶片支撑物，其特征在于第一、第二和第三插槽片段沿着所述弧度间隔，该弧度不超过150度。
23.用于支撑许多晶片的晶片支撑物，这些晶片具有半径rw，晶片支撑物包括用于支撑许多晶片的许多插槽，至少部分单个插槽具有曲率半径rs，其中，rs不小于约1.15rw。
24.如权利要求23所述的晶片支撑物，其特征在于rs不小于约1.25rw。
25.如权利要求23所述的晶片支撑物，其特征在于rs不小于约1.35rw。
26.如权利要求23所述的晶片支撑物，其特征在于rs不小于约1.50rw。
27.如权利要求23所述的晶片支撑物，其特征在于rs是无穷大，所述至少部分单个插槽沿着直线延伸。
28.用于支撑许多晶片的晶片支撑物，这些晶片具有半径rw，晶片支撑物包括用于支撑晶片阵列的许多插槽，至少部分单个插槽具有曲率半径rs，其中，rs具有负值而rw具有正值。
29.加工许多晶片的方法，包括将许多晶片承载于晶片支撑物中，晶片支撑物包括位于托架中的许多插槽，托架包括碳化硅并且具有覆盖碳化硅的氧化物层；和对这些晶片进行加工。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于加工工序包括使这些晶片暴露于氧化环境中以氧化这些晶片。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于氧化物层是通过在高于加工工序的温度下进行氧化而形成的。
32.加工许多晶片的方法，包括将许多晶片承载于晶片支撑物中，这些晶片具有半径rw，晶片支撑物包括用于支撑许多晶片的许多插槽，至少部分单个插槽具有曲率半径rs，其中，rs不小于约1.15rw；和对这些晶片进行加工。
33.加工许多晶片的方法，包括将许多晶片承载于晶片支撑物中，这些晶片具有厚度tw，晶片支撑物包括用于支撑晶片阵列的许多插槽，至少部分单个插槽具有插槽宽度ws，其中，ws不小于约1.30tw；和对这些晶片进行加工。
34.用于支撑许多晶片的晶片支撑物，这些晶片具有厚度tw和半径rw，晶片支撑物包括用于支撑许多晶片的许多插槽，至少部分单个插槽具有插槽宽度ws和曲率半径rs，其特征在于ws不小于约1.30tw而且rs不小于1.15rw，晶片支撑物进一步包括碳化硅和覆盖碳化硅的氧化物层。
全文摘要
用于支撑许多晶片的晶片支撑物，包括位于托架中的许多插槽，托架由碳化硅形成，并且具有覆盖碳化硅的氧化物层。
文档编号H01L21/00GK1765005SQ200480008162
公开日2006年4月26日 申请日期2004年3月5日 优先权日2003年3月28日
发明者R·F·巴克利, A·G·赫尔勒, H·C·常 申请人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司