[发明专利]硅搁架塔

说明书

本申请要求享有2005年5月3日提交的临时申请案60/677,391的权益。

技术领域

本发明涉及诸如硅晶圆的衬底热处理。更具体地，本发明涉及在垂直炉中， 支撑多个衬底的塔，以及其中所用的辅助支撑结构。

背景技术

硅晶圆的整批处理一直为重要的商业工艺。典型地，将通常称为晶舟的晶 圆塔放置在垂直炉中并在各个晶圆的主表面的水平方向的垂直堆栈中保持大 量的硅晶圆，以用于炉内晶圆的热处理。热处理可以包含将诸如前驱气体的工 艺气体流入炉内，以由诸如硅烷的化学气相沉积(CVD)在晶圆上沉积层，以形 成一层多晶硅或另外沉积氮以形成一层氮化硅。可以流入氧或氮以热氧化或氮 化晶圆。在高温退火中，也可以使用氢作为还原剂。在其他涉及晶圆的非反应 退火(non-reactive anneal)的应用中，可以将惰性气体填入炉中。在非反应环 境中的高温退火可以作为注入退火以活化注入的离子或退火该硅晶圆。另一方 面，通常在低温下执行CVD。

石英塔用于这样的炉中已经很长时间。然而，随着工艺温度的持续上升， 通常超过1000℃甚至1250℃，石英在高温下会呈现有害的下垂，并且考虑到 在先进的集成电路对高纯度的要求，认为石英为微污染材料。碳化硅塔已逐渐 用于高温工艺中。然而，烧结碳化硅也是污染材料，同时，CVD碳化硅作为 粉体材料很昂贵，并且在作为烧结碳化硅上方表面涂层并不完全有效。

近年来，引入硅梯式塔以支撑硅晶圆，正如Boyle等人所公开的在美国专 利号6,450,346，在此引入其全部内容作为参考。梯式塔表示每一晶圆直接支 撑在一体地形成于固定在(held)两塔基部之间的塔的三个或四个脚上的各个 齿上。至少这些塔的脚包含由元素硅构成的结构组件，即在此结构组件中元素 硅的所有硅原子超过50％或甚至超过90％结合到其它硅原子，而不是其它元 素。高硅含量使得含硅材料具有金属或半导体属性。可以立即购得纯度超过 99原子百分比(at％)形式的元素硅。可以购得纯度远超过99.99at％的用于半导 体工业的硅。可选地，可以定义硅组件由硅组成并且其他元素少于10at％。因 此，在支撑设备中用于结构组件的硅在高纯度及相对于所支撑的硅晶圆没有不 同的热膨胀方面，超出石英及碳化硅。

对于先进的集成电路而言，硅晶圆的高温工艺所面临的主要问题在于会产 生诸如滑动缺陷的错位。已证实硅塔只有少数或没有此类缺陷。然而，使用更 传统石英或碳化硅塔的另一方式为使用由支撑在塔脚的石英或碳化硅形成的 晶圆环，随后该环基本沿着晶圆的圆周支撑晶圆。其中有多种结构，通常称为 环舟、舟环或具有晶圆支撑环的塔。通常，将环焊接到或以其它方式固定到塔 上。然而，闭环结构存在难以将晶圆从环上装卸的问题。此外，当石英及碳化 硅用于环放大时，连续出现与不同热膨胀以及杂质相关的问题。硅的热膨胀系 数为石英及碳化硅膨胀系数的100倍，呈现较佳的热导率。大多数现有技术中 的环具有复杂的剖面，显著地增加了制造成本。

发明内容

在本发明的一个实施例中，搁架，优选为硅，可拆卸地装载到塔的多个层 上的支撑齿上。优选地，塔及搁架由硅形成，但也可以由碳化硅、石英或其它 材料形成。搁架通常具有平坦的上表面以支撑晶圆，并可以包含用以在晶圆传 递时插入晶圆叶片的插件。搁架可任选地包含大量弯曲且优选为圆形的孔洞以 释放应力，并且叶片插件具有弯角。一个或多个圆形的孔洞可以用于与一个或 更多的凹槽联锁在塔脚中。

优选地，搁架由多晶硅形成。虽然也可以使用铸硅，但优选的硅为切克劳 斯基法生长多晶硅(Czochralski grown polysilicon)，更佳地使用一种为随机 取向的多晶硅的晶种。该晶种可以直接或间接由CVD生成的高纯度多晶硅 (virgin polysilicon)衍生。产生的切克劳斯基法生长硅为随机取向的多晶硅 (ROPSi)。

然而，本发明的很多方面可以由诸如石英、碳化硅或浸硅的碳化硅的其它 材料形成的搁架或脚加以实施。