通过晶片承载器温度偏置来改变晶片表面温度的系统和方法
【专利说明】通过晶片承载器温度偏置来改变晶片表面温度的系统和方 法
[0001] 本申请是申请人为维高仪器股份有限公司、申请日为2007年2月9日、题为"通过 晶片承载器温度偏置来改变晶片表面温度的系统和方法"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及通过晶片承载器温度偏置来改变晶片表面温度的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 均匀的加热对于包括应用到诸如基于Si或GaN的晶片之类的薄衬底的化学汽相 沉积工艺的很多工业应用是重要的。在一些化学汽相沉积系统中，通常将一个或多个晶片 衬底放置在包含具有一个或多个晶片间隔室或晶片凹室的晶片承载器的反应器中。然后将 晶片承载器和晶片衬底在反应器中加热，并经受在衬底表面附近反应的诸气体。这种反应 导致薄的外延材料层在晶片衬底的表面上生长，在其上形成理想的晶体结构。所得的经加 工处理的晶片可用于诸如集成电路和发光二级管之类的成品的生产。
[0004] 在所处理的晶片上生长的各层中成分均匀性对有效的晶片生长是重要的。例如， 一些现有的衬底加工处理系统在晶片衬底和晶片承载器之间的边缘接触面处具有边缘效 应。通常可在晶片承载器中晶片衬底的边缘相对于晶片衬底的其余部分的不均匀加热后观 察到边缘效应。不利的是，边缘效应不仅导致晶片上的外延生长层的不均匀的沉积，还导致 进入部分晶片的杂质的迀移，甚至，在某些情况下，晶片弯曲成"炸土豆片"的形状。这可导 致降低的晶片成品率、降低的晶片质量以及所处理的晶片中缺陷和裂纹的增加。
[0005] 这对于采用诸如In、As、P、Mg、Te、Se、S和Zn等更易挥发的成分的沉积工艺尤其 真确。这些更易挥发成分在用于在衬底晶片上生长外延层的温度下具有相当大的蒸气压， 并且在晶片衬底的区域上稍微不同的温度处具有稍微不同的气相平衡。因此，由于晶片衬 底的不均匀的加热，可发生从晶片的一个区域到另一个区域的质量的转移。具体地，当气 流从晶片上较热的区域移动到稍微较凉的区域时，较热的区域中的气相，与平衡相比，会变 浓，并导致质量从晶片的一个区域转移到另一个区域，从而导致某些区域中（但不是在其 它的区域中）布置于晶片表面上的固相中的易挥发种类的成分不对称的增加。这种质量从 较热区域向较凉区域转移可导致成分的不均匀性，尤其是对于含有In的衬底材料。
【发明内容】
[0006] 所需要的是一种用于均匀地加热晶片衬底的系统和方法，它允许热均匀地传导到 晶片承载器上晶片的所有的部分而减小质量转移边缘效应。
[0007] 在一方面，提供了一种晶片承载器，包括：晶片承载器结构；由晶片承载器结构的 第一材料形成的第一表面，第一表面包括多个嵌入的晶片间隔室；与晶片承载器结构上的 第一表面相对设置的第二表面，第二表面包括与第一材料接合的第二材料，第二材料不同 于第一材料；以及，第二材料基本覆盖除与第一表面上的多个嵌入晶片间隔室基本相对的 第二表面的区域外的全部的第二表面。
[0008] 在一方面，提供了一种晶片承载器，包括：晶片承载器结构，在其中具有晶片间隔 室的第一图案的第一表面，第一表面由晶片承载器结构的第一材料形成；以及，与晶片承载 器结构上的第一表面相对设置的第二表面，第二表面具有设置于其中的第二材料的第二图 案，其中，第二材料的第二图案基本是晶片间隔室的第一图案的凹凸反相。
[0009] 在另一方面，公开了一种化学汽相沉积反应器，包括：反应器室，反应器室包括一 组限定室的内部和外部的室壁、顶部和底部；设置在反应器室内用于从至少一个外部气体 源向反应器室提供气体的气体盖；设置在反应器室内的加热元件；设置在基座上的晶片承 载器，包括具有其中晶片间隔室的第一图案的第一表面，第一表面由第一材料形成，第二表 面与第一表面相对设置，第二表面具有设置于其中的嵌入的第二材料的第二图案，其中嵌 入的第二材料的第二图案基本是晶片间隔室的第一图案的凹凸反相；以及，支座，其上加热 元件、基座和晶片承载器设置在室的内部。
[0010] 在另一方面，提供了一种加热晶片以在其上沉积外延层的的方法，包括一种在整 个晶片承载器上均匀地分配热的方法，该方法包括：将多个晶片放置在设置在晶片承载器 顶部的晶片间隔室的第一图案中；将晶片承载器设置在基座上以向晶片承载器辐射热，使 得晶片承载器的底面与基座相通，其中，基座的底部包括在基本与第一图案相反的第二图 案中嵌入的辐射材料；以及，经由加热元件加热基座，使得基座将热传送到晶片承载器的底 面上。
[0011] 在一方面，公开了一种晶片承载器，包括一种限定相对方向的第一和第二表面的 结构，该结构包括晶片接收区和中间区，该结构适于在晶片接收区的第一表面上接收晶片， 中间区在第一和第二表面之间的热导率比晶片接收区的第一和第二表面之间的热导率低， 其中，该结构在中间区中至少包括两个单元，在它们之间限定了一个热界面。
【附图说明】
[0012] 图1示出现有技术的化学汽相沉积反应器的横截面示意图。
[0013] 图2示出现有技术的多衬底晶片承载器的示意性横截面图。
[0014] 图3A示出本发明的多晶片承载器的一个实施例的示意性横截面图。
[0015] 图3B示出被分为没有晶片间隔室的区域和具有晶片间隔室的区域的、图3A的多 晶片承载器的单一主体的一个实施例。
[0016] 图4示出包括双层嵌入界面材料的本发明多晶片承载器的一个实施例的一幅示 意性横截面图。
[0017] 图5示出包括三层嵌入界面材料的本发明多晶片承载器的一个实施例的一幅示 意性横截面图。
[0018] 图6示出包括单层嵌入界面材料的本发明单晶片承载器的一个实施例的一幅示 意性横截面图。
[0019] 图7示出包括单层中间的嵌入界面材料和修改的晶片间隔室的本发明单晶片承 载器的一个实施例的一幅示意性横截面图。
[0020] 图8A示出包括单层嵌入的界面材料、经修改的晶片间隔室以及用于将晶片保持 在适当位置的径向台阶的本发明单晶片承载器的一个实施例的一幅示意性横截面图。
[0021] 图8B示出图8A所示的本发明单晶片承载器的一个实施例的俯视图。
[0022] 图9A示出包括单层嵌入界面材料、经修改的晶片间隔室以及用于将晶片保持在 适当位置的支柱的本发明单晶片承载器的一个实施例的一幅示意性横截面图。
[0023] 图9B示出图9A所示的本发明单个承载器的一个实施例的俯视图。
[0024] 图10A示出如图3所示的本发明多晶片承载器一个实施例的俯视立体图。
[0025] 图10B示出如图3所示的本发明多晶片承载器的一个实施例的仰视立体图。
[0026] 图11A示出包括两圈晶片间隔室的本发明多晶片承载器的一个实施例的俯视立 体图。
[0027] 图11B示出包括两圈晶片间隔室的本发明多晶片承载器的一个实施例的仰视立 体图。
【具体实施方式】
[0028] 已经发现可通过调节形成晶片承载器结构的材料之间的界面的数量来明显的改 善晶片加热均匀性，从而使晶片承载器和晶片之间的界面（边缘效应经常发生的地方）被 晶片承载器自身内无晶片间隔室的晶片承载器区域中、第一晶片承载器材料和第二晶片承 载器材料之间的附加的界面被抵销。
[0029] 图1示出现有技术的化学汽相沉积反应器的简化的横截面示意图。反应器室100 由室顶105、室壁110、室底115以及室盖或凸缘120限定。将盖或凸缘120耦合到一种或 多种气体125源，气体125经由盖或凸缘120进入室100、以参与或帮助在置于晶片承载器 130中一个或多个晶片间隔室135内的一个或多个晶片衬底140上或附近的反应，其中，晶 片衬底140沿晶片间隔室135的表面形成晶片-承载器界面145。晶片承载器130 -般直 接地位于基座150的顶部，或者经由一个或多个晶片承载器调整片155固定在基座上。基 座150通过一个或多个加热元件160来加热，加热元件160由本领域的技术人员所熟知类 型的加热元件控制电路165来控制和/或监视。临近加热元件且通常在加热元件之下的是 热屏蔽170。
[0030] 将晶片衬底140、晶片承载器130和基座150保持在主轴180上。在旋转盘反应器 中，主轴180通过发动机系统185以相对于反应室100的中心轴（a)的旋转速度)旋 转。气体经由排气通道190排离反应器。
[0031] 图2示出用于图1类型的反应器的的现有技术的多晶片承载器的简化示意性横截 面图。晶片承载器的尺寸并不按比例的，但使承载器的各个单元清楚示出。因此，晶片承载 器130包括顶面200和底面210。在晶片承载器的顶面200上，设置了一个或多个晶片间隔 室135,其中放置了一个或多个晶片140从而使晶片-承载器界面145形成于晶片间隔室 135中晶片140和晶片承载器130的材料之间的边界上。
[0