晶片载体及化学气相沉积装置的制作方法

本实用新型总体涉及半导体制造技术，尤其涉及化学气相沉积或外延生长工艺及相关设备，用于在工艺期间保持半导体晶片和进行晶片工艺生长。更具体地，本申请涉及用于在高温处理期间在真空系统内支撑晶片的晶片载体，所公开的晶片载体尤其有利于高温真空处理，例如金属气相沉积(MOCVD)工艺处理。

背景技术：

在MOCVD处理反应腔中，在其上生长薄膜层的半导体晶片被放置于快速旋转的晶片载体上，以使它们的表面均匀暴露于反应气体气氛中，用以沉积半导体材料。晶片载体典型地是由诸如石墨等高导热材料机械加工出来的，并且通常涂覆有诸如碳化硅材料的保护层。每个晶片载体具有多外圆形凹部或凹穴，每一个凹部或凹穴中放置有单片的晶片。

在反应腔内，晶片载体被放置在可旋转轴上，受其支撑并共同快速旋转。当旋转轴旋转时，反应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排气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高的温度下。

在MOCVD工艺处理中，为了获得所期望的晶体生长，必须控制诸如温度、压强和气体流速等工艺参数。尤其，晶片温度均匀性是重要考量因素。导致温度非均匀性形成的一个可变因素是晶片载体顶表面上的凹穴的形状和分布，在晶片载体高速旋转时，凹穴的形状和分布也会影响反应气体的流动，并最终对晶体生长的质量造成影响。

此外，为了增加MOCVD工艺的生产量，需要在晶片载体上尽可能地放置更多的晶片，但这需要在晶片凹穴的数量、布局、形状、热传递、温度均匀控制、对气体流动的影响等多方面作出优化和平衡。

现有技术已有人作出一定的努力，比如CN205335232公开了一种晶片载体，但其设计在实际使用时并不理想，如图1所示，在其晶片载体142的顶表面148 上，晶片凹穴排布的布局并不紧凑，顶表面148上留有大量的间隙(指没有排布晶片凹穴)，不仅使得晶片载体的晶片工艺生产量低，而且，会导致晶片载体的顶表面148的温度不均匀，且晶片与晶片之间的空隙较大，在晶片载体高速旋转时，会使得气体流动不均匀，结果会产生晶片前缘(leading edge)晶体生长不均匀问题而导致低良率，即，在每个晶片的旋转前缘处的晶体生长与在晶片其余部分上的生长不同，此外，晶片与晶片之间的空隙较大也会导致反应气体的浪费，从而增加生产成本。

因此，业界需要提供一种更加实用的晶片载体方案，其不仅能实现高密度晶片布局，从而提高晶片的生产量和减少反应气体浪费，而且其可以具有较佳的温度均匀性和反应气体均匀性。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于提供一种新型的晶片载体，其不仅能实现高密度的晶片布局，从而提高晶片的生产量，而且可以具有较佳的温度均匀性和反应气体均匀性，从而提高工艺生长的良率。

为了实现上述实用新型目的，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种晶片载体，该晶片载体适用于化学气相沉积装置或外延生长装置，所述晶片载体包括：

本体，该本体具有彼此相对布置的顶表面和底表面，所述顶表面包括具有圆形轮廓的周缘；

多个呈圆形的具有第一直径的凹穴，其设置在所述晶片载体的顶表面的周缘内且以所述圆形轮廓的圆心为圆心呈两个同心圆分布，所述多个具有第一直径的凹穴中的第一部分凹穴均匀且相互外切地布置在所述两个同心圆的第一同心圆中，所述多个具有第一直径的凹穴中的第二部分凹穴均匀且相互外切地布置在所述两个同心圆的第二同心圆中，所述第一同心圆位于所述第二同心圆内部；并且

所述第二部分凹穴中的任意相邻的两个凹穴与位于其内侧的相邻的第一部分凹穴中的一个凹穴的排布方式为：该三个凹穴所确定的三个圆外切，且三个圆的圆心连线构成正三角形。

优选地，所述顶表面的周缘内的中心区域还包括一个呈圆形的中心凹穴，其直径与所述第一直径相同，所述中心凹穴位于所述第一同心圆所包围的区域内且与所述第一同心圆中的每一个凹穴相互外切。

优选地，在所述顶表面的周缘内还包括多个具有第二直径的呈圆形的第三部分凹穴，每一个所述第三部分凹穴位于由所述第二部分凹穴中的相切的两个凹穴和相邻的第一部分凹穴中的两个凹穴之间的空间内，所述第二直径小于所述第一直径。

优选地，所述顶表面的周缘内的中心区域还包括一个呈圆形的以所述圆形轮廓的圆心为圆心的具有第三直径的中心凹穴，所述第三直径小于所述第一直径，在所述第三直径的中心凹穴与所述第一部分的凹穴之间还设置有多个呈圆形的第四部分凹穴，每一个第四部分凹穴与相邻的所述具有第三直径的中心凹穴和所述第一部分的凹穴中的两个凹穴相互外切。

优选地，所述顶表面的周缘内的中心区域还包括一个呈圆形的以所述圆形轮廓的圆心为圆心的具有第三直径的中央区，所述第三直径小于所述第一直径，在所述第三直径的中央区与所述第一部分的凹穴之间还设置有多个呈圆形的第四部分凹穴，每一个第四部分凹穴与相邻的所述具有第三直径的中央区和所述第一部分的凹穴中的两个凹穴相互外切，所述中央区不设置凹穴。

优选地，所述第四部分凹穴的直径与所述第二直径相等或不相等。

优选地，所述第一部分凹穴的数量为6，所述第二部分凹穴的数量为12。

优选地，所述第一部分凹穴和第二部分凹穴的每一个凹穴的直径大小范围为150-152毫米之间。

优选地，所述顶表面的具有圆形轮廓的周缘的直径为770毫米-800毫米。

优选地，所述第二直径大小范围为50-60毫米。

优选地，所述多个具有第一直径的凹穴用于放置待处理的晶片，所述第三部分凹穴内用于放置待处理的晶片或与待处理的晶片尺寸和形状相同的晶片类似物(dummy)。

优选地，所述晶片载体还包括布置在所述底表面中心区域的凹槽。

优选地，所述晶片载体还包括布置在所述底表面的锁定特征部。

优选地，所述锁定特征部布置在所述底表面的几何中心处。

优选地，所述锁定特征部选自由花键、卡盘或锁控配件组成的组中。

为了实现本实用新型目的，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种化学气相沉积装置或外延生长装置，包括如上文所述的晶片载体。

优选地，所述装置还包括可旋转旋转轴，所述晶片载体可拆卸地定位在所述可旋转旋转轴上。

为了实现本实用新型目的，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种晶片载体，该晶片载体适用于化学气相沉积装置或外延生长装置，所述晶片载体包括：

本体，该本体具有彼此相对布置的顶表面和底表面，所述顶表面包括具有圆形轮廓的周缘；

多个呈圆形的具有第一直径的凹穴，其设置在所述晶片载体的顶表面的周缘内且以所述圆形轮廓的圆心为圆心呈两个同心圆分布，所述多个具有第一直径的凹穴中的第一部分凹穴均匀且相互外切地布置在所述两个同心圆的第一同心圆中，所述多个具有第一直径的凹穴中的第二部分凹穴均匀且相互外切地布置在所述两个同心圆的第二同心圆中，所述第一同心圆位于所述第二同心圆内部；并且

在所述顶表面的周缘内还包括多个具有第二直径的呈圆形的第三部分凹穴，每一个所述第三部分凹穴位于由所述第二部分凹穴中的相切的两个凹穴和相邻的第一部分凹穴中的两个凹穴之间的空间内，所述第二直径小于所述第一直径。

优选地，所述顶表面的周缘内的中心区域还包括一个呈圆形的中心凹穴，其直径与所述第一直径相同，所述中心凹穴位于所述第一同心圆所包围的区域内且与所述第一同心圆中的每一个凹穴相互外切。

优选地，所述顶表面的周缘内的中心区域还包括一个呈圆形的以所述圆形轮廓的圆心为圆心的具有第三直径的中央区，所述第三直径小于所述第一直径，在所述第三直径的中央区与所述第一部分的凹穴之间还设置有多个呈圆形的第四部分凹穴，每一个第四部分凹穴与相邻的所述具有第三直径的中央区和所述第一部分的凹穴中的两个凹穴相互外切，所述中央区不设置凹穴。

优选地，所述第四部分凹穴的直径与所述第二直径相等或不相等。

优选地，所述第一部分凹穴的数量为6，所述第二部分凹穴的数量为12。

优选地，所述第一部分凹穴和第二部分凹穴的每一个凹穴的直径大小范围为150-152毫米之间。

优选地，所述第二直径大小范围为50-60毫米，优选地为51.28毫米。

为了实现本实用新型目的，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种化学气相沉积装置或外延生长装置，包括如上文所述的晶片载体。

本实用新型所提供的晶片载体具有诸多优点：本实用新型提供一种晶片载体新型的凹穴布置，该布置便于热传输，实现温度均匀和气体反应均匀，减少反应气体浪费，还能实现用于晶片生长的凹穴的高填充密度。

附图说明

本说明书中包含的附图，作为本说明书的一部分，示出了本实用新型的实施方式，并与说明书一起用于解释和描述本实用新型的原理和实施。附图旨在以一种概略的方式描绘所述实施例的主要特征。附图的目的并不在于描述实际实施方式的每一详细特征，也不在于描绘所述元件的真正尺寸，并且元件不是按比例绘制。

图1示出现有技术中的晶片载体的示意图。

图2示出了运用本实用新型所提供的各实施例的晶片载体的反应器或反应装置的示意图。

图3示出了图2所示晶片载体的底表面示意图。

图4为本实用新型所提供的晶片载体的一种实施例的俯视示意图。

图5为本实用新型所提供的晶片载体的另一种实施例的俯视示意图。

图6为本实用新型所提供的晶片载体的另一种实施例的俯视示意图。

图7为本实用新型所提供的晶片载体的另一种实施例的俯视示意图。

具体实施方式

图2示出了运用本实用新型所提供的各实施例的晶片载体的反应器或反应装置。该反应器可以用于化学气相沉积或外延层生长，然而，应当理解，不限于此。如图2所示，反应器或反应装置包括反应腔室1，其中设置有至少一个晶片载体3和用于支撑所述晶片载体3的旋转轴2。在反应腔室1的侧壁中设置有传送口P，晶片载体3通过该传送口P传送到反应腔室1中和从反应腔室1中传送出来。晶片载体3包括用于将数个待处理晶片放置在其上的顶表面3a和底表面3b。顶表面3a设置有数个用于放置待处理晶片(未示出)的凹穴(未示出)。晶片载体3的底表面3b设置有部分朝顶表面3a延伸的中央凹部5(如图3所示)，其用于插入旋转轴的顶部24。

通常，在反应腔室1中进行晶片处理之前，晶片载体3位于反应腔室1的外部，并且将数个待处理的晶片(未示出)预先放置在晶片载体3上。然后，通过机器人或其它手段将晶片载体3经传送口P传送到反应腔室1中，然后将晶片载体3可拆卸地放置在旋转轴2上并由其支撑，从而准备好进行晶片处理。在整个后续晶片处理期间，晶片载体3由旋转轴2支撑。旋转轴2还连接至包括电机的旋转机构M。在处理过程中，旋转机构M驱动旋转轴2旋转，其进而强制或驱动晶片载体3旋转。使用一个或更多个加热器6a、6b将晶片加热至高温。例如，在550-1200℃下进行III-V层的生长。在完成晶片处理之后，停止旋转机构M的旋转，使得旋转轴2和晶片载体3不再旋转。通过机器人或其它手段将晶片载体3与旋转轴2分开，然后通过传送口P将晶片载体3送出反应腔室1。

前述晶片载体3与旋转轴2还可以选择性地包括同步运动配合结构(未图示)。所述同步运动配合结构可以包括一个突出部(未图示)和一个与之对应的凹槽(未图示)，所述突出部和所述凹陷部分别设置在所述旋转轴2的顶部 24和所述晶片载体3的底表面3b上或相反设置。该设计可以参考本申请人此前申请的第CN201220056049.5号中国专利，该专利中的各实施例均可以运用至本申请中的各实施例中。

优选地，所述晶片载体3包括布置在底表面3b上的锁定特征部(未图示)。所述锁定特征部布置在所述底表面的几何中心处。所述锁定特征部可以为花键、卡盘或锁控配件(未图示)。

图4为本实用新型所提供的晶片载体的一种实施例，该晶片载体适用于前述的化学气相沉积装置或外延生长装置。如图4所示，晶片载体100包括：本体101，该本体101具有彼此相对布置的顶表面103和底表面(未图示)，所述顶表面103包括具有圆形轮廓的周缘107，多个呈圆形的具有第一直径的凹穴 110，其设置在所述晶片载体的顶表面103的周缘107内且以所述圆形轮廓的圆心O为圆心呈两个同心圆C1、C2分布，所述多个具有第一直径的凹穴110中的第一部分凹穴110a均匀且相互外切地布置在所述两个同心圆的第一同心圆C1 中，所述多个具有第一直径的凹穴110中的第二部分凹穴110b均匀且相互外切地布置在所述两个同心圆的第二同心圆C2中，所述第一同心圆C1位于所述第二同心圆C2内部；并且所述第二部分凹穴110b中的任意相邻的两个凹穴110b 与位于其内侧的相邻的第一部分凹穴110a中的一个凹穴110a的排布方式为：该三个凹穴所确定的三个圆外切，且三个圆的圆心连线构成正三角形(如图标号22所示)。

优选地，图4中前述第一部分凹穴110a的数量为6，所述第二部分凹穴110b 的数量为12。所述第一部分凹穴110a和第二部分凹穴110b的每一个凹穴的直径大小范围为150-152毫米之间，优选地为150.8毫米。所述顶表面103的具有圆形轮廓的周缘107的直径为770至800毫米之间。

通过前述晶片载体上的凹穴布局，可以在同样尺寸大小和面积的晶片载体的圆形区域内尽可能多地、紧凑地排布多个晶片，一方面可以提高每一个晶片载体的晶片的产量和生产率，另外一方面，由于晶片在晶片载体上排布均匀、紧凑，晶片载体的顶表面103上没有放置晶片的区域被大大地减少，且顶表面 103上的晶片以同心圆方式均匀分布并尽可能地相切，从而有利于晶片上方的反应气流密度在晶片载体高速旋转时更加均匀，也会显著改善整个晶片载体上的温度传导和分布的均匀性，二者共同作用，会大大地改善晶片工艺处理时的良率。当整个晶片载体的顶表面上尽可能更多、且有规则地、紧凑地设置可放置晶片的凹穴时，这些有益效果将会更加明显，可以通过下述各实施描述可知。

图5为本实用新型所提供的晶片载体的另一种实施例。图5所示实施例与图4所示实施例大体相同，为了说明方便，二者相同的部件用相同的附图标记表示。在图4所示的实施例中，晶片载体的顶表面103的周缘107内的中心区域109上没有设置用于放置晶片的凹穴。在图5所示的晶片载体102中，在其顶表面的周缘107内的中心区域109还包括一个呈圆形的中心凹穴112，其直径与前述第一直径相同，所述中心凹穴112位于所述第一同心圆C1所包围的区域内且与前述第一同心圆C1中的每一个凹穴110a相互外切。可以选择地，所述中心凹穴112内可以放置与前述多个呈圆形的具有第一直径的凹穴110(110a、110b) 内一样的待处理晶片，也可以放置与待处理晶片的尺寸和形状相同的晶片类似物(dummy wafer)。若在该中心区域放置待处理晶片，可以增加生产量，并改善气流在此处的均匀性和在此处的温度均匀性；若在此处放置与待处理晶片的尺寸和形状相同的晶片类似物(dummy wafer)，也可以改善气流在此处的均匀性和此处的温度均匀性。

优选地，图5中前述第一部分凹穴110a的数量为6，所述第二部分凹穴110b 的数量为12。所述第一部分凹穴110a、第二部分凹穴110b、中心凹穴112中的每一个凹穴的直径大小范围为150-152毫米之间，优选地为150.8毫米。所述顶表面103的具有圆形轮廓的周缘107的直径为770毫米-800毫米。

为了进一步提高生产量、改善气流在晶片上方的均匀性和晶片被加热的温度均匀性，本实用新型还可以作如图6、图7所示的变形。同样地，图6所示实施例与图4或图5所示实施例大体相同，为了说明方便，二者相同的部件用相同的附图标记表示。

如图6所示，在晶片载体104的顶表面的周缘107内还包括多个具有第二直径的呈圆形的第三部分凹穴114，每一个所述第三部分凹穴114位于由所述第二部分凹穴110b中的相切的两个凹穴110b和相邻的第一部分凹穴110a中的两个凹穴110a之间的空间24内，所述第三部分凹穴114均匀且相互外切地布置在以前述圆形轮廓的圆心O为圆心的第三同心圆C3中，所述第二直径小于所述第一直径。优选地，所述第二直径大小范围为50-60毫米，优选地为51.28毫米。可选择地，该第三部分凹穴114内可以放置具有第二直径尺寸的待处理晶片，也可以放置或与待处理晶片的尺寸和形状相同的晶片类似物(dummy wafer)。在第三部分凹穴114内放置待处理晶片，可以增加生产量，并改善气流在此处的均匀性和在此处的温度均匀性；若在此处放置待处理晶片的尺寸和形状相同的晶片类似物(dummy wafer)，也可以改善气流在此处的均匀性和此处的温度均匀性。

应当理解，图6所示的实施例中，所述中心凹穴112也可以变形为像图4 所示的实施例，即，在晶片载体的顶表面的周缘107内的中心区域109上不设置用于放置晶片的凹穴。

优选地，图6及其变形实施例中，第一部分凹穴110a的数量为6，所述第二部分凹穴110b的数量为12，第三部分凹穴114的数量为6。所述第一部分凹穴110a、第二部分凹穴110b、中心凹穴112中的每一个凹穴的直径大小范围为 150-152毫米，优选地为150.8毫米；所述第三部分凹穴114的直径大小范围为 50-60毫米，优选地为51.28毫米。所述顶表面103的具有圆形轮廓的周缘107 的直径为770毫米-800毫米。

图7示出了晶片载体的另外一种实施例变形。在晶片载体106的顶表面的周缘107内的中心区域109上还可以设置多个具有较小直径尺寸的凹穴。作为一种实施方式，顶表面的周缘107内的中心区域109还包括一个呈圆形的以圆形轮廓的圆心O为圆心的具有第三直径的中心凹穴118，所述第三直径小于所述第一直径，在所述第三直径的中心凹穴118与所述第一部分的凹穴110a之间还设置有多个呈圆形的第四部分凹穴116。第四部分凹穴116的直径可以与第二直径相等，也可以与第二直径不相等。优选地，每一个第四部分凹穴116与相邻的前述具有第三直径的中心凹穴118和所述第一部分的凹穴110a中的两个凹穴 110a相互外切。

应当理解，作为对图7所述实施例的变形，也可以在图7所示的中心凹穴 118处所在的中央区109不设置凹穴，而其它设置与图7实施例相同。

优选地，图7及其变形实施例中，第一部分凹穴110a的数量为6，所述第二部分凹穴110b的数量为12，第三部分凹穴114的数量为6,第四部分凹穴116 的数量为6。所述第一部分凹穴110a、第二部分凹穴110b中的每一个凹穴的直径大小范围为150-152毫米之间；所述第三部分凹穴114的直径大小范围为 50-60毫米，优选地为51.28毫米；第四部分凹穴116的直径大小范围为50-60 毫米，优选地为51.28毫米；中心凹穴118的直径大小范围为70-76毫米，优选地为73.6毫米。所述顶表面103的具有圆形轮廓的周缘107的直径为770毫米-800毫米。

前述详述了本实用新型中的晶片载体的顶表面上的凹穴设计，其底表面可以有各种设计。比如，如图3所示，底表面包括中央凹部5。该设计及与之配合连接的旋转轴的设计可以参考本申请人此前申请的第201110375777.2号中国专利所记载的各种实施方式，该专利中的各实施例均可以运用至本申请中的各实施例中。

应当理解，前述各实施例中所述的两个凹穴的外圆周“相切”是沿用数学和几何用语，此处的“相切”是指两个凹穴的外圆周在距离上尽可能地靠近且不重叠。在实际制造晶片载体时，两个凹穴不可能百分百地“相切”，二者允许有一些微小距离，比如存在1.5毫米至30毫米的间隙，这些具有一定间隙的变形实施例也涵盖于本专利申请的保护范围内。

相较于现有技术，本实用新型所提供的晶片载体具有诸多优点和有益技术效果。首先，本实用新型晶片载体具有新的凹穴布置，所布置的凹穴在晶片载体的顶表面具有高填充和布局密度，晶片排布布局紧凑，提高了晶片处理的面积，可以显著提高生产量和生产率，减少反应气体浪费，并且，在晶片载体的顶表面按一定的几何规则有序地排布足够多的凹穴，用于放置晶片或晶片类似物，避免中间存在较大间隙，保证了晶片载体高速旋转过程时气体流动的均匀性，从而一方面尽可能地减少晶片载体的顶表面上的“空白区域”(指不放置晶片的区域)和放置晶片所造成的差异，进而减少温度不均匀和反应气体不均匀对整个晶片载体上的晶片的生长的影响，另一方面，该布局可以同时和产品良率。

本实用新型是参照具体实施方式描述的，但其所有方面都应为示意性而非限定性的。此外，通过研究本专利所揭露的实用新型特征和实施，熟悉本实用新型领域的技术人员也可以较为容易地想出其他实施方式。本专利所述实施方式的各种方面和/或元件可以在等离子体腔室技术中单独或以任意组合使用。说明书和附图中的说明的特征和实施方式应仅理解为示例性质，而本实用新型的真正范围和精神则是由下列权利要求书中所定义的。