晶片载体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型总体设及半导体制造技术，并且尤其设及化学气相沉积(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] 在发光二极管化ED)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)工艺在蓝宝石或娃衬底之上使用诸如氮化 嫁的材料来生长薄膜堆叠结构。CVD工具包括处理腔，该处理腔是密封环境W允许注入的气 体在衬底(通常为晶片的形式)上反应W生长薄膜层。运种制造设备的现行生产线的实例是 由化rk的Veeco Instruments Inc.制造的TurboDisc'i-t.和金属有机化学气 相沉积(M0CVD)系统的EPIK系列。
[0003] 控制诸如溫度、压强和气体流速的一些工艺参数W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溫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 例是氮化嫁，可W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嫁化合物和 氨气的反应形成氮化嫁。在沉积氮化嫁和相关化合物期间一般将该晶片保持在大约1000- 1100°C的溫度下。
[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，必须特别小屯、地 控制工艺参数W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，如果沉积氮化嫁铜层（ga 11 ium and indium layer),晶片表面溫度的变化将会引起所沉积的层的成分和带隙的变化。因为铜具有相对 高的蒸气压，在表面溫度较高的晶片区域中所沉积的层将会具有较低的铜比例和较大的 带隙。如果所沉积的层是有源层，Lm)结构的发光层，那么由该晶片形成的L邸的福射波长也 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，W在反应腔之内使它们的表面均匀暴露于气氛中用W 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娃材料的保护层。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W允许在该晶片的边缘周围流动气体。在U.S.专利申请 公开 No. 2012/0040097、U.S.专利No. 8092599、U. S.专利No. 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溫度下， 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。将运些加热元件保 持在该晶片表面的所希望的溫度之上的溫度下，然而典型地将该气体分配装置保持在刚好 在所希望的反应溫度之下的溫度下W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溫度非均匀性， 即冷点和热点。影响溫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)处受到实质性的向屯、力，导致晶片挤靠该晶片载体中各个 凹穴的内壁。在运种情况下，在晶片的运些外部边缘和凹穴的边缘之间存在紧密接触。向晶 片的运些最外面部分的增加的热传导导致更大的溫度非均匀性，进一步使上述的问题恶 化。已作出努力W通过增加晶片的边缘和凹穴的内壁之间的间隙来最小化溫度非均匀性， 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，由此缓和溫度非均匀性。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。 [000引为了实现溫度均匀性，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福射热损耗，靠近边缘的晶片 载体的部分趋于处在比其他部分更低的溫度下。
[0009] 因此，需要在其中解决高密度布局中的溫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。本文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化igh packing density)。
[0011] -种晶片载体，该晶片载体构造为与化学气相沉积装置一起使用，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；该晶片载体包括由总共14个凹穴组成的多个凹穴，每个凹 穴沿着两个圆中的一个圆布置，其中运两个圆彼此同屯、并且与由该顶表面的周缘所形成的 圆形轮廓同屯、。
[0012] 多个凹穴中的四个凹穴绕两个圆中的第一个圆布置，并且多个凹穴中的十个凹穴 绕两个圆中的第二个圆布置。
[0013] 第一个圆被第二个圆所围绕。
[0014] 该顶表面包括300mm的直径。
[0015] 多个凹穴中的每个均包括50mm的凹穴直径。
[0016] 多个凹穴中的每个均包括具有430WI1深度的径向壁。
[0017] 该晶片载体包括布置在该底表面上的锁定特征部。
[0018] 该锁定特征部布置在该底表面的几何中屯、处。
[0019]该锁定特征部选自由花键、卡盘或锁控配件化eyed fitting)组成的组中。
[0020] 该顶表面和该底表面均包括一直径，并且其中该顶表面的直径大于该底表面的直 径。
[0021] 该晶片载体构造为与金属氧化物化学气相沉积装置一起使用。
【附图说明】
[0022] 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W更完整地理解本 实用新型，其中：
[00剖图1是根据一实施例的M0CVD处理腔的示意图。
[0024] 图2是根据一实施例的具有14个凹穴配置的晶片载体的立体图。
[0025] 图3是根据一实施例的具有14个凹穴配置的晶片载体的俯视图。
[0026] 图4是根据一实施例的具有14个凹穴配置的晶片载体的侧视图。
[0027] 图5是根据一实施例的具有14个凹穴配置的晶片载体的仰视图。
[0028] 图6是根据一实施例的具有14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。
【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。该腔的运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，而不管运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,该冷却系统被布置为使液体循环穿过气体分配装置12 W在操作期间使气体分配装置的溫度保持在所希望的溫度下。可W提供类似的冷却布置 (未示出）W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 沿向下方向存在连续的气流。
[0031] 轴24布置在腔内W使轴24的中屯、轴线26在向上和向下方向上延伸。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W关于中屯、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关于中屯、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 入口 36, W及用于关闭和开启该入口的口40。在图1中仅示例性地描绘了口40,并且示为在 关闭位置