晶片载体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型总体涉及半导体制造技术，并且尤其涉及化学气相沉积(CVD)工艺及 相关设备，用于在工艺期间保持半导体晶片。
【背景技术】
[0002] 在发光二极管(LED)和诸如激光二极管、光探测器和场效应晶体管的其它高性能 器件的制造中，典型地使用化学气相沉积(CVD)工艺在蓝宝石或硅衬底之上使用诸如氮化 镓的材料生长薄膜堆叠结构。CVD工具包括一处理腔，该处理腔是密封环境以允许注入的气 体在衬底(通常为晶片的形式)上反应以生长薄膜层。这种制造设备的现行生产线的实例是 由Plainview，New York的Veeco Instruments Inc?制造的 TurboDisc'^PIMOCVD系统的 EPIK系列。
[0003] 控制诸如温度、压强和气体流速的一些工艺参数以获得所希望的晶体生长。使用 不同的材料和工艺参数来生长不同层。例如，典型地，由诸如III-V族半导体的化合物半导 体形成的器件是通过使用金属有机化学气相沉积(M0CVD)生长连续的该化合物半导体层而 形成的。在本工艺中，晶片被暴露于气体的组合中，典型地，该气体包括作为III族金属的源 的金属有机化合物，并且还包括当晶片保持在升高的温度下时在晶片表面上流动的V族元 素的源。通常，金属有机化合物和V族源与明显不参与反应的载气组合，该载气例如是氮气。 III-V族半导体的一个实例是氮化镓，可以在例如蓝宝石晶片的具有合适的晶格间隙的衬 底上通过有机镓化合物和氨气的反应来形成氮化镓。在沉积氮化镓和相关化合物期间一般 将该晶片保持在大约l〇〇〇-ll〇〇°C的温度下。
[0004] 在通过衬底表面上的化学反应而发生晶体生长的M0CVD工艺中，必须特别小心地 控制工艺参数以确保在所要求的条件下进行该化学反应。在工艺条件中即使小的变化也可 能不利地影响器件质量和生产良率。例如，如果沉积氮化镓铟层（ga 11 ium and indium layer)，晶片表面温度的变化将会引起所沉积的层的成分和带隙的变化。因为铟具有相对 高的蒸气压，在表面温度较高的晶片区域中所沉积的层将会具有较低的铟比例和较大的带 隙。如果所沉积的层是有源层，LED结构的发光层，那么由该晶片形成的LED的辐射波长也将 会变至不可接受的程度。
[0005] 在M0CVD处理腔中，在其上生长薄膜层的半导体晶片设置于被称作晶片载体的快 速旋转的圆盘传送带(carousel)上，以在反应腔之内使它们的表面均匀暴露于气氛中用以 沉积半导体材料。转速是大约1000RPM。该晶片载体典型地是由诸如石墨的高导热材料机械 加工出来的，并且经常涂覆有诸如碳化硅材料的保护层。每个晶片载体具有一组圆形凹部 (indentation)，或凹穴(pocket)，在其顶表面中放置有单个的晶片。典型地，晶片被支撑为 与每个凹穴的底部表面成间隔关系以允许在该晶片的边缘周围流动气体。在U.S.专利申请 公开N〇.2012/0040097、U.S?专利N〇.8092599、U.S?专利N〇.8021487、U.S.专利申请公开 No ? 2007/0186853、U ? S ?专利No ? 6902623、U ? S ?专利No ? 6506252和U ? S ?专利No ? 6492625 中描 述了有关技术的一些实例，通过引用将其公开内容合并于此。
[0006] 在反应腔之内在轴(spindle)上支撑该晶片载体使得具有晶片的暴露表面的晶片 载体的顶表面向上朝向气体分配装置。当该轴旋转时，该气体被向下引导到该晶片载体的 顶表面上并且经过该顶表面流向该晶片载体的外周。通过设置在该晶片载体下方的端口从 反应腔中排出所使用的气体。通过加热元件将该晶片载体保持在所希望的升高的温度下， 该加热元件典型地是设置在该晶片载体的底表面之下的电阻加热元件。将这些加热元件保 持在该晶片表面的所希望的温度之上的温度下，然而典型地将该气体分配装置保持在刚好 在所希望的反应温度之下的温度下以防止气体过早反应。因而，热量从该加热元件向该晶 片载体的底表面传输并向上通过晶片载体流向单个晶片。
[0007] 在晶片之上的气流依赖于每个晶片的径向位置而变化，由于在旋转期间其较快的 速度，最外面位置的晶片经受较高流速。甚至在每个单个晶片上都可能存在温度非均匀性， 即冷点和热点。影响温度非均匀性的形成的一个可变因素是晶片载体内的凹穴的形状。通 常，凹穴形状在该晶片载体的表面中形成圆形。由于晶片载体旋转，因而该晶片在其最外面 的边缘（即离旋转轴最远的边缘)处受到实质性的向心力，导致晶片挤靠该晶片载体中各个 凹穴的内壁。在这种情况下，在晶片的这些外部边缘和凹穴的边缘之间存在紧密接触。向晶 片的这些最外面部分的增加的热传导导致更大的温度非均匀性，进一步使上述的问题恶 化。已作出努力以通过增加晶片的边缘和凹穴的内壁之间的间隙来最小化温度非均匀性， 包括将晶片设计为边缘的一部分上是平的（即"平的"晶片）。晶片的该平的部分产生间隙并 减小与该凹穴的内壁的接触点，由此缓和温度非均匀性。影响贯穿由该晶片载体保持的该 晶片的热均匀性的其他因素包括晶片载体的热传输和发射特性，并结合晶片凹穴的布局。
[0008] 为了实现温度均匀性，对于晶片载体的另一个所希望的特性是增加 CVD工艺的生 产量。在增加工艺生产量中该晶片载体的角色是保持大量的单个晶片。提供具有更多晶片 的晶片载体布局影响热模型。例如，由于来自晶片载体边缘的辐射热损耗，靠近边缘的晶片 载体的部分趋于处在比其他部分更低的温度下。
[0009] 因此，需要在其中解决高密度布局中的温度均匀性和机械应力的用于晶片载体的 实用解决方案。 【实用新型内容】
[0010] 晶片载体包括新的凹穴布置。此处所描述的该布置便于热传输还有用于圆晶片生 长的凹穴的高填充密度(high packing density)。
[0011] -种晶片载体，该晶片载体包括:本体，该本体具有彼此相对布置的顶表面和底表 面;多个凹穴，所述多个凹穴被限定在所述晶片载体的所述顶表面中；所述晶片载体包括包 含31个凹穴的多个凹穴，每个凹穴沿着三个圆中的一个圆布置，其中所述圆中的每个圆彼 此同心并且与由所述顶表面形成的圆形轮廓同心。
[0012] 所述多个凹穴中的四个凹穴绕所述三个圆中的第一个圆布置;所述多个凹穴中的 十个凹穴绕所述三个圆中的第二个圆布置;并且所述多个凹穴中的十七个凹穴绕所述三个 圆中的第三个圆布置。
[0013]所述第一个圆被所述第二个圆围绕，并且所述第二个圆被所述第三个圆围绕。 [0014] 所述顶表面包括675mm的直径。
[0015]所述多个凹穴中的每个凹穴均包括50mm的凹穴直径。
[0016] 所述多个凹穴中的每个凹穴均包括具有430WI1深度的径向壁。
[0017] 所述晶片载体包括布置在所述底表面上的锁定特征部。
[0018] 所述锁定特征部布置在所述底表面的几何中心处。
[0019] 所述锁定特征部选自由花键(spline)、卡盘或锁控配件(keyed fitting)组成的 组中。
[0020] 所述顶表面和所述底表面均包括一直径，并且所述顶表面的直径大于所述底表面 的直径。
【附图说明】
[0021] 在连同附图考虑下列本实用新型各种实施例的详细描述后，可以更完整地理解本 实用新型，其中：
[0022]图1是根据一实施例的M0CVD处理腔的示意图。
[0023]图2是根据一实施例的具有31个凹穴配置的晶片载体的立体图。
[0024]图3是根据一实施例的具有31个凹穴配置的晶片载体的俯视图。
[0025] 图4是根据一实施例的具有31个凹穴配置的晶片载体的侧视图。
[0026] 图5是根据一实施例的具有31个凹穴配置的晶片载体的仰视图。
[0027] 图6是根据一实施例的具有31个凹穴配置的晶片载体的部分细节图，示出了来自 立体图的单个凹穴。
[0028] 虽然本实用新型能够修改为各种修改例和替代形式，但是通过附图中的实例的方 式已示出了其具体细节并且将会详细地描述。然而，应当理解，其目的不是将本实用新型限 制于所描述的具体实施例。相反，目的是涵盖所有的修改例、等价物和替代品，它们均落入 由权利要求所限定的本实用新型的精神和范围中。
【具体实施方式】
[0029] 图1示出了根据本实用新型的一个实施例的化学气相沉积设备。反应腔10限定了 工艺环境空间。气体分配装置12布置在该腔体的一端处。具有气体分配装置12的所述端在 此处被称为反应腔10的"顶"端。该腔的这一端典型地但不是必须地设置在正常重力参照系 下的该腔的顶部处。因而，此处使用的向下方向指代从气体分配装置12离开的方向；而向上 的方向指代腔内朝向气体分配装置12的方向，而不管这些方向是否与重力向上和向下的方 向对齐。类似地，此处参考反应腔10和气体分配装置12的参照系来描述元件的"顶"和"底" 表面。
[0030] 气体分配装置12连接至用于供应在晶片处理工艺中所使用的诸如载气和反应气 体的处理气体的源14、16和18,该反应气体例如为金属有机化合物和V族金属的源。气体分 配装置12被布置为接收各种气体并且通常在向下方向上引导处理气体的流动。理想地，气 体分配装置12还连接至冷却系统20,该冷却装置被布置为使液体循环穿过气体分配装置12 以在操作期间使气体分配装置的温度保持在所希望的温度下。可以提供类似的冷却布置 (未示出）以冷却反应腔10的壁。反应腔10还配备有排气系统22,该排气系统被布置为通过 位于或靠近腔底部的端口（未示出）从腔10的内部移除废气，使得允许从气体分配装置12沿 向下方向上存在连续的气流。
[0031]轴24布置在腔内以使轴24的中心轴线26在向上和向下方向中延伸。通过包括轴承 和密封件(未示出）的传统旋转通过装置(rotary pass-through device)28将轴24安装至 腔，使得轴24可以关于中心轴线26旋转，而保持轴24和反应腔10的壁之间的密封。该轴具有 位于其顶端处、即位于该轴的最接近气体分配装置12的端处的配件30。正如下面进一步所 讨论的，配件30是适应于可释放地接合晶片载体的晶片载体保持机构的一个实例。在所描 述的具体实施例中，配件30通常是朝向轴的顶端渐缩且终止于平的顶表面的截头圆锥形的 元件。截头圆锥形的元件是具有圆锥的平截头形状的元件。轴24连接至例如电马达驱动的 旋转驱动机构32，其布置为使轴24关于中心轴线26旋转。
[0032]加热元件34安装在腔内并在配件30下面围绕轴24。反应腔10还设有通向前室38的