用于芯片退火的退火装置的制作方法

1.本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种用于芯片退火的退火装置。


背景技术：

2.砷化镓(gaas)化合物半导体芯片在进行完外延与薄膜工艺后须进行高温退火工艺，以去除热应力残留，让薄膜与薄膜层间紧密融合以避免薄膜层剥离。砷化镓芯片的退火工艺目前多采用快速退火炉加热方式，进行砷化镓芯片的热退火与薄膜层合晶。快速退火炉加热方式是以一个高导热材质的精密陶瓷材质制作成承载盘，上面放置砷化镓芯片，再放置于加热腔室内，抽真空后进行加温。此方式可以达成快速且无氧气的环境下对砷化镓芯片进行加热退火去除热应力，生产出的砷化镓芯片的质量高，并让砷化镓芯片上的薄膜层受到氧化损伤的比例降到最低。
3.在对外延层与薄膜层进行加热或冷却的过程中，由于受到热涨冷缩产生的拉力影响，会使得砷化镓芯片的整体发生不规则的翘曲。因此，在退火工艺的升温加热过程中，由于砷化镓芯片的翘曲特性，要直到加热腔达到均温时，砷化镓芯片才会缓缓软化变平整。在砷化镓芯片由翘曲到变平整的这段时间中，砷化镓芯片由于受热时间与受热速度不均匀，会产生退火后电性异常的形况，影响生产良率。
4.由上述背景可知，对于本领域技术人员而言，开发出一种能改善砷化镓化合物半导体芯片翘曲的治具，来改善与提高砷化镓化合物半导体芯片的良率，已然成为当务之急。
5.因此，本发明的主要目的在于提供一种用于芯片退火的退火装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明提供的一种用于芯片退火的退火装置，包括承载盘、压平环和多个凸体结构。
7.承载盘包括芯片放置槽，芯片放置槽用于容纳芯片。压平环具有通气孔、相对的第一表面和第二表面，通气孔贯穿第一表面和第二表面，压平环设置于芯片放置槽内。多个凸体结构设置于压平环的第一表面上，用于接触芯片。其中，压平环是通过多个凸体结构向芯片施加压力，以压平芯片；并且，当压平环通过多个凸体结构对芯片施加压力时，压平环与芯片之间的空气可以自通气孔排出。
8.在一实施例中，所述压平环包括外环壁与内环壁，所述第一表面的两侧分别连接所述外环壁和所述内环壁，所述多个凸体结构紧邻所述外环壁。
9.在一实施例中，所述多个凸体结构是沿着所述压平环的圆周方向均匀分布。
10.在一实施例中，各所述凸体结构具有第一宽度，所述芯片放置槽具有第二宽度，所述第一宽度与所述第二宽度的比值范围为1:50～3:50。
11.在一实施例中，所述压平环凸出于所述承载盘。
12.在一实施例中，各所述凸体结构的厚度与所述压平环的厚度的比值范围为0.5:1
～2:1。
13.在一实施例中，所述压平环的尺寸与所述承载盘的尺寸相匹配。
14.在一实施例中，所述压平环包括横向部与纵向部，所述横向部连接所述纵向部，所述横向部接触所述承载盘的上表面，所述纵向部接触所述芯片放置槽的侧壁。
15.在一实施例中，所述压平环是由碳化硅或氮化铝材料制成。
16.在一实施例中，所述退火装置还包括第一加热灯和第二加热灯，所述第一加热灯和所述第二加热灯分别位于所述承载盘的相对两侧。
17.基于上述，本发明一实施例提供的一种用于芯片退火的退火装置，压平环通过多个凸体结构向芯片施加压力，以使得芯片在被加热前就因受到压平环施加的压力而被压平，改善因为芯片翘曲与变形造成的加热不均；并且，当压平环通过多个凸体结构对芯片施加压力时，压平环与芯片之间的空气可以自通气孔排出；并且，多个凸体结构仅接触芯片的周围无效区，可以避免损伤芯片的薄膜层，保证芯片性能。
18.本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书等内容中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
20.图1是本发明一实施例的退火装置的结构示意图；
21.图2是本发明一实施例的压平环及凸体结构的结构示意图；
22.图3是本发明另一实施例的退火装置的结构示意图；
23.图4是芯片放置槽上的凸起物与压平环上的凸体结构的相对位置关系示意图。
24.附图标记：
25.10、30-退火装置；12-承载盘；122-芯片放置槽；14、16-压平环；141、161-第一表面；142、162-第二表面；143、163-通气孔；144、164-外环壁；145、165-内环壁；166-横向部；167-纵向部；18-凸体结构；20-凸起物；21-第一加热灯；22-第二加热灯；50-芯片；w1-第一宽度；w2-第二宽度；h1-凸体结构的厚度；h2-压平环的厚度。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，皆为“至少包含”的意思。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体成型的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
30.请参阅图1和图2，图1是本发明一实施例的退火装置10的结构示意图，图2是本发明一实施例的压平环14及凸体结构18的结构示意图。为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明的一实施例提供一种用于芯片50退火的退火装置10。如图中所示，退火装置10包括承载盘12、压平环14和多个凸体结构18。
31.承载盘12包括芯片放置槽122，芯片放置槽122用于容纳芯片50。承载盘12可以是由耐高温导热材料制成。可选地，耐高温导热材料为硬质材料，例如碳化硅或是氮化铝烧结材料等。可选地，芯片放置槽122的尺寸与直径为4寸或6寸的芯片50相匹配。
32.压平环14具有通气孔143、相对的第一表面141和第二表面142。通气孔143贯穿第一表面141和第二表面142。也就是说，压平环14是呈环状结构，中间是完全镂空的，中间完全镂空的部分为通气孔143。压平环14设置于芯片放置槽122内，用于对芯片50施加压力，以压平芯片50。在本实施例中，第一表面141为压平环14的下表面，第二表面142为压平环14的上表面。在本实施例中，压平环14的尺寸与芯片放置槽122的尺寸相匹配。较佳的，压平环14是呈圆环状结构，通气孔143是呈圆型孔，俯视来看，通气孔143的面积占压平环14的面积的80％及以上。不过本案不限于此，压平环14亦可为其它形状，只需保证其连接凸体结构18的地方可以伸入至芯片放置槽122内即可；通气孔143亦可为其它形状，只需保证其面积至少占压平环14面积的50％以上即可。
33.多个凸体结构18设置于压平环14的第一表面141上，用于接触芯片50。其中，压平环14是通过多个凸体结构18向芯片50施加压力，以压平芯片50；并且，当压平环14通过多个凸体结构18对芯片50施加压力时，压平环14与芯片50之间的空气可以自通气孔143排出。如此一来，既可以使得芯片50在被加热前就因受到压平环14施加的压力而被压平，改善因为芯片50翘曲与变形造成的加热不均，还可保证加热过程中的热气可以通过通气孔143排出，
避免空气因热胀冷缩而对芯片50产生损伤，破坏芯片50的形貌；此外，多个凸体结构18仅接触芯片50的周围无效区，可以避免损伤芯片50的薄膜层，保证芯片50性能。
34.进一步说明的是，芯片50的四周边缘通常为无效区，例如说：芯片50是由晶圆沿着切割道切割得到的单颗芯粒，因此芯片50的边缘处为切割道，切割道处通常是仅包括衬底的，其余部分(有效区)则会包括外延层、金属层、绝缘层等薄膜层结构。因此，将凸体结构18设置于压平环14上，由于压平环14呈环状结构，所以凸体结构18可以避免接触到芯片50的有效区域，避免压平环14对芯片50造成损伤，例如对芯片50的薄膜层(绝缘层、焊盘、电极等)造成损伤。
35.在一实施例中，如图1和图2所示，压平环14包括外环壁144与内环壁145。第一表面141的两侧分别连接外环壁144和内环壁145，即外环壁144和内环壁145分别为压平环14环状部分的外壁和内壁。多个凸体结构18紧邻外环壁144，以使得凸体结构18仅与芯片50周围无效区接触，可以避免损伤芯片50的薄膜层，保证芯片50性能。
36.在一实施例中，如图1和图2所示，多个凸体结构18是沿着压平环14的圆周方向均匀分布，以使得芯片50受力更为均匀，被压得更为扁平。较佳地，凸体结构18的数量至少为3个，且是沿着圆周方向均匀分布在压平环14的边缘处，以使得芯片50受力更为均匀，被压得更为扁平，且避免接触到芯片50的有效区域，保护芯片50。
37.在一实施例中，各凸体结构18具有第一宽度w1，芯片放置槽122具有第二宽度w2。第一宽度w1与第二宽度w2的比值范围为1:50～3:50，以使得压平环14与芯片50周围无效区接触，可以避免损伤芯片50的薄膜层，保证芯片50性能。
38.在一实施例中，压平环14凸出于承载盘12，以便于取用压平环14。
39.在一实施例中，各凸体结构18的厚度h1与压平环14的厚度h2的比值范围为0.5:1～2:1，以保证凸体结构18具有足够的结构强度，可以支撑住上方的压平环14。
40.在一实施例中，退火装置10还包括第一加热灯21和第二加热灯22，第一加热灯21和第二加热灯22分别位于承载盘12的相对两侧，意即第一加热灯21位于压平环14的第二表面142一侧，第二加热灯22位于承载盘12的远离第一表面141的一侧。也就是说，自第一加热灯21到第二加热灯22的方向起(自上到下的方向)，依序为第一加热灯21、压平环14、凸体结构18、芯片50、承载盘12以及第二加热灯22。第一加热灯21和第二加热灯22用于对芯片50进行加热。芯片50可以为砷化镓芯片50，第一加热灯21和第二加热灯22可以是石英加热灯，压平环14可以是由碳化硅或氮化铝材料制成，以使得压平环14可以做为吸热体，对芯片50上方进行加热。
41.请参阅图3，图3是本发明另一实施例的退火装置30的结构示意图。为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明的另一实施例进一步提供一种用于芯片50退火的退火装置30。相较于图1所示的退火装置10而言，在本实施例的退火装置30中，不同之处主要在于：压平环16的尺寸与承载盘12的尺寸相匹配，也就是压平环16的尺寸会更大些，提升压平环16对芯片50的压平效果。压平环16包括横向部166与纵向部167，横向部166连接纵向部167，横向部166接触承载盘12的上表面，纵向部167接触芯片放置槽122的侧壁。多个凸体结构18是连接于纵向部167。通过横向部166与纵向部167的设置，使得压平环16紧密接触承载盘12，特别是纵向部167可以伸入至芯片放置槽122内，以保证连接于纵向部167的凸体结构18可以接触至芯片50，保证压平环16对芯片50的压平效果。进一步说明的是，本实施例的压平
环16的第一表面161、第二表面162以及通气孔163的技术方案是相同于图1、图2所示的压平环14。
42.请参阅图4，图4是芯片放置槽122上的凸起物20与压平环14上的凸体结构18的相对位置关系示意图。在一实施例中，承载盘12的芯片放置槽122上也可设置类似凸体结构18的凸起物20，借由凸起物20以支撑芯片50的下表面，搭配凸体结构18施压于芯片50的上表面，有助于压平芯片50，改善因为芯片50翘曲与变形造成的加热不均。进一步说明，凸体结构18与凸起物20是错开设置的。
43.综上所述，本发明一实施例提供的一种用于芯片50退火的退火装置10，压平环14通过多个凸体结构18向芯片50施加压力，以使得芯片50在被加热前就因受到压平环14施加的压力而被压平，改善因为芯片50翘曲与变形造成的加热不均；并且，当压平环14通过多个凸体结构18对芯片50施加压力时，压平环14与芯片50之间的空气可以自通气孔143排出；并且，多个凸体结构18仅接触芯片50的周围无效区，可以避免损伤芯片50的薄膜层，保证芯片50性能。
44.本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
45.另外，上述中“～”的取值范围包括两个端点值的本身，都属于本发明的保护范围内。尽管本文中较多的使用了诸如承载盘12、芯片放置槽122、芯片50、压平环14、16、凸体结构18、凸起物20等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
46.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种用于芯片退火的退火装置，其特征在于：所述退火装置包括：承载盘，包括芯片放置槽，所述芯片放置槽用于容纳芯片；压平环，具有通气孔、相对的第一表面和第二表面，所述通气孔贯穿所述第一表面和所述第二表面，所述压平环设置于所述芯片放置槽内；多个凸体结构，设置于所述压平环的第一表面上，用于接触所述芯片。2.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：所述压平环包括外环壁与内环壁，所述第一表面的两侧分别连接所述外环壁和所述内环壁，所述多个凸体结构紧邻所述外环壁。3.根据权利要求1或2所述的退火装置，其特征在于：所述多个凸体结构是沿着所述压平环的圆周方向均匀分布。4.根据权利要求1或2所述的退火装置，其特征在于：各所述凸体结构具有第一宽度，所述芯片放置槽具有第二宽度，所述第一宽度与所述第二宽度的比值范围为1:50～3:50。5.根据权利要求1或2所述的退火装置，其特征在于：所述压平环凸出于所述承载盘。6.根据权利要求1或2所述的退火装置，其特征在于：各所述凸体结构的厚度与所述压平环的厚度的比值范围为0.5:1～2:1。7.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：所述压平环的尺寸与所述承载盘的尺寸相匹配。8.根据权利要求7所述的退火装置，其特征在于：所述压平环包括横向部与纵向部，所述横向部连接所述纵向部，所述横向部接触所述承载盘的上表面，所述纵向部接触所述芯片放置槽的侧壁。9.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：所述压平环是由碳化硅或氮化铝材料制成。10.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：所述退火装置还包括第一加热灯和第二加热灯，所述第一加热灯和所述第二加热灯分别位于所述承载盘的相对两侧。

技术总结
本发明提供一种用于芯片退火的退火装置，其包括承载盘、压平环和多个凸体结构，承载盘包括芯片放置槽，芯片放置槽用于容纳芯片，压平环具有通气孔、相对的第一表面和第二表面，通气孔贯穿第一表面和第二表面，压平环设置于芯片放置槽内，多个凸体结构设置于压平环的第一表面上，用于接触芯片。借此设置，压平环通过多个凸体结构向芯片施加压力，以使得芯片在被加热前就因受到压平环施加的压力而被压平，改善因为芯片翘曲与变形造成的加热不均，并且，多个凸体结构仅接触芯片的周围无效区，可以避免损伤芯片的薄膜层，保证芯片性能。保证芯片性能。保证芯片性能。


技术研发人员：贺照纲
受保护的技术使用者：鋐源光电科技（厦门）有限公司
技术研发日：2022.03.24
技术公布日：2022/5/25