晶片載體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型總體涉及半導體制造技術，并且尤其涉及化學氣相沉積(CVD)工藝及 相關設備，用于在工藝期間保持半導體晶片。
【背景技術】
[0002] 在發光二極管(LED)和諸如激光二極管、光探測器和場效應晶體管的其它高性能 器件的制造中，典型地使用化學氣相沉積(CVD)工藝在藍寶石或硅襯底之上使用諸如氮化 鎵的材料生長薄膜堆疊結構。CVD工具包括一處理腔，該處理腔是密封環境以允許注入的氣 體在襯底(通常為晶片的形式)上反應以生長薄膜層。這種制造設備的現行生產線的實例是 由Plainview，New York的Veeco Instruments Inc?制造的 TurboDisc'^PIMOCVD系統的 EPIK系列。
[0003] 控制諸如溫度、壓強和氣體流速的一些工藝參數以獲得所希望的晶體生長。使用 不同的材料和工藝參數來生長不同層。例如，典型地，由諸如III-V族半導體的化合物半導 體形成的器件是通過使用金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)生長連續的該化合物半導體層而 形成的。在本工藝中，晶片被暴露于氣體的組合中，典型地，該氣體包括作為III族金屬的源 的金屬有機化合物，并且還包括當晶片保持在升高的溫度下時在晶片表面上流動的V族元 素的源。通常，金屬有機化合物和V族源與明顯不參與反應的載氣組合，該載氣例如是氮氣。 III-V族半導體的一個實例是氮化鎵，可以在例如藍寶石晶片的具有合適的晶格間隙的襯 底上通過有機鎵化合物和氨氣的反應來形成氮化鎵。在沉積氮化鎵和相關化合物期間一般 將該晶片保持在大約l〇〇〇-ll〇〇°C的溫度下。
[0004] 在通過襯底表面上的化學反應而發生晶體生長的M0CVD工藝中，必須特別小心地 控制工藝參數以確保在所要求的條件下進行該化學反應。在工藝條件中即使小的變化也可 能不利地影響器件質量和生產良率。例如，如果沉積氮化鎵銦層（ga 11 ium and indium layer)，晶片表面溫度的變化將會引起所沉積的層的成分和帶隙的變化。因為銦具有相對 高的蒸氣壓，在表面溫度較高的晶片區域中所沉積的層將會具有較低的銦比例和較大的帶 隙。如果所沉積的層是有源層，LED結構的發光層，那么由該晶片形成的LED的輻射波長也將 會變至不可接受的程度。
[0005] 在M0CVD處理腔中，在其上生長薄膜層的半導體晶片設置于被稱作晶片載體的快 速旋轉的圓盤傳送帶(carousel)上，以在反應腔之內使它們的表面均勻暴露于氣氛中用以 沉積半導體材料。轉速是大約1000RPM。該晶片載體典型地是由諸如石墨的高導熱材料機械 加工出來的，并且經常涂覆有諸如碳化硅材料的保護層。每個晶片載體具有一組圓形凹部 (indentation)，或凹穴(pocket)，在其頂表面中放置有單個的晶片。典型地，晶片被支撐為 與每個凹穴的底部表面成間隔關系以允許在該晶片的邊緣周圍流動氣體。在U.S.專利申請 公開N〇.2012/0040097、U.S?專利N〇.8092599、U.S?專利N〇.8021487、U.S.專利申請公開 No ? 2007/0186853、U ? S ?專利No ? 6902623、U ? S ?專利No ? 6506252和U ? S ?專利No ? 6492625 中描 述了有關技術的一些實例，通過引用將其公開內容合并于此。
[0006] 在反應腔之內在軸(spindle)上支撐該晶片載體使得具有晶片的暴露表面的晶片 載體的頂表面向上朝向氣體分配裝置。當該軸旋轉時，該氣體被向下引導到該晶片載體的 頂表面上并且經過該頂表面流向該晶片載體的外周。通過設置在該晶片載體下方的端口從 反應腔中排出所使用的氣體。通過加熱元件將該晶片載體保持在所希望的升高的溫度下， 該加熱元件典型地是設置在該晶片載體的底表面之下的電阻加熱元件。將這些加熱元件保 持在該晶片表面的所希望的溫度之上的溫度下，然而典型地將該氣體分配裝置保持在剛好 在所希望的反應溫度之下的溫度下以防止氣體過早反應。因而，熱量從該加熱元件向該晶 片載體的底表面傳輸并向上通過晶片載體流向單個晶片。
[0007] 在晶片之上的氣流依賴于每個晶片的徑向位置而變化，由于在旋轉期間其較快的 速度，最外面位置的晶片經受較高流速。甚至在每個單個晶片上都可能存在溫度非均勻性， 即冷點和熱點。影響溫度非均勻性的形成的一個可變因素是晶片載體內的凹穴的形狀。通 常，凹穴形狀在該晶片載體的表面中形成圓形。由于晶片載體旋轉，因而該晶片在其最外面 的邊緣（即離旋轉軸最遠的邊緣)處受到實質性的向心力，導致晶片擠靠該晶片載體中各個 凹穴的內壁。在這種情況下，在晶片的這些外部邊緣和凹穴的邊緣之間存在緊密接觸。向晶 片的這些最外面部分的增加的熱傳導導致更大的溫度非均勻性，進一步使上述的問題惡 化。已作出努力以通過增加晶片的邊緣和凹穴的內壁之間的間隙來最小化溫度非均勻性， 包括將晶片設計為邊緣的一部分上是平的（即"平的"晶片）。晶片的該平的部分產生間隙并 減小與該凹穴的內壁的接觸點，由此緩和溫度非均勻性。影響貫穿由該晶片載體保持的該 晶片的熱均勻性的其他因素包括晶片載體的熱傳輸和發射特性，并結合晶片凹穴的布局。
[0008] 為了實現溫度均勻性，對于晶片載體的另一個所希望的特性是增加 CVD工藝的生 產量。在增加工藝生產量中該晶片載體的角色是保持大量的單個晶片。提供具有更多晶片 的晶片載體布局影響熱模型。例如，由于來自晶片載體邊緣的輻射熱損耗，靠近邊緣的晶片 載體的部分趨于處在比其他部分更低的溫度下。
[0009] 因此，需要在其中解決高密度布局中的溫度均勻性和機械應力的用于晶片載體的 實用解決方案。 【實用新型內容】
[0010] 晶片載體包括新的凹穴布置。此處所描述的該布置便于熱傳輸還有用于圓晶片生 長的凹穴的高填充密度(high packing density)。
[0011] -種晶片載體，該晶片載體包括:本體，該本體具有彼此相對布置的頂表面和底表 面;多個凹穴，所述多個凹穴被限定在所述晶片載體的所述頂表面中；所述晶片載體包括包 含31個凹穴的多個凹穴，每個凹穴沿著三個圓中的一個圓布置，其中所述圓中的每個圓彼 此同心并且與由所述頂表面形成的圓形輪廓同心。
[0012] 所述多個凹穴中的四個凹穴繞所述三個圓中的第一個圓布置;所述多個凹穴中的 十個凹穴繞所述三個圓中的第二個圓布置;并且所述多個凹穴中的十七個凹穴繞所述三個 圓中的第三個圓布置。
[0013]所述第一個圓被所述第二個圓圍繞，并且所述第二個圓被所述第三個圓圍繞。 [0014] 所述頂表面包括675mm的直徑。
[0015]所述多個凹穴中的每個凹穴均包括50mm的凹穴直徑。
[0016] 所述多個凹穴中的每個凹穴均包括具有430WI1深度的徑向壁。
[0017] 所述晶片載體包括布置在所述底表面上的鎖定特征部。
[0018] 所述鎖定特征部布置在所述底表面的幾何中心處。
[0019] 所述鎖定特征部選自由花鍵(spline)、卡盤或鎖控配件(keyed fitting)組成的 組中。
[0020] 所述頂表面和所述底表面均包括一直徑，并且所述頂表面的直徑大于所述底表面 的直徑。
【附圖說明】
[0021] 在連同附圖考慮下列本實用新型各種實施例的詳細描述后，可以更完整地理解本 實用新型，其中：
[0022]圖1是根據一實施例的M0CVD處理腔的示意圖。
[0023]圖2是根據一實施例的具有31個凹穴配置的晶片載體的立體圖。
[0024]圖3是根據一實施例的具有31個凹穴配置的晶片載體的俯視圖。
[0025] 圖4是根據一實施例的具有31個凹穴配置的晶片載體的側視圖。
[0026] 圖5是根據一實施例的具有31個凹穴配置的晶片載體的仰視圖。
[0027] 圖6是根據一實施例的具有31個凹穴配置的晶片載體的部分細節圖，示出了來自 立體圖的單個凹穴。
[0028] 雖然本實用新型能夠修改為各種修改例和替代形式，但是通過附圖中的實例的方 式已示出了其具體細節并且將會詳細地描述。然而，應當理解，其目的不是將本實用新型限 制于所描述的具體實施例。相反，目的是涵蓋所有的修改例、等價物和替代品，它們均落入 由權利要求所限定的本實用新型的精神和范圍中。
【具體實施方式】
[0029] 圖1示出了根據本實用新型的一個實施例的化學氣相沉積設備。反應腔10限定了 工藝環境空間。氣體分配裝置12布置在該腔體的一端處。具有氣體分配裝置12的所述端在 此處被稱為反應腔10的"頂"端。該腔的這一端典型地但不是必須地設置在正常重力參照系 下的該腔的頂部處。因而，此處使用的向下方向指代從氣體分配裝置12離開的方向；而向上 的方向指代腔內朝向氣體分配裝置12的方向，而不管這些方向是否與重力向上和向下的方 向對齊。類似地，此處參考反應腔10和氣體分配裝置12的參照系來描述元件的"頂"和"底" 表面。
[0030] 氣體分配裝置12連接至用于供應在晶片處理工藝中所使用的諸如載氣和反應氣 體的處理氣體的源14、16和18,該反應氣體例如為金屬有機化合物和V族金屬的源。氣體分 配裝置12被布置為接收各種氣體并且通常在向下方向上引導處理氣體的流動。理想地，氣 體分配裝置12還連接至冷卻系統20,該冷卻裝置被布置為使液體循環穿過氣體分配裝置12 以在操作期間使氣體分配裝置的溫度保持在所希望的溫度下。可以提供類似的冷卻布置 (未示出）以冷卻反應腔10的壁。反應腔10還配備有排氣系統22,該排氣系統被布置為通過 位于或靠近腔底部的端口（未示出）從腔10的內部移除廢氣，使得允許從氣體分配裝置12沿 向下方向上存在連續的氣流。
[0031]軸24布置在腔內以使軸24的中心軸線26在向上和向下方向中延伸。通過包括軸承 和密封件(未示出）的傳統旋轉通過裝置(rotary pass-through device)28將軸24安裝至 腔，使得軸24可以關于中心軸線26旋轉，而保持軸24和反應腔10的壁之間的密封。該軸具有 位于其頂端處、即位于該軸的最接近氣體分配裝置12的端處的配件30。正如下面進一步所 討論的，配件30是適應于可釋放地接合晶片載體的晶片載體保持機構的一個實例。在所描 述的具體實施例中，配件30通常是朝向軸的頂端漸縮且終止于平的頂表面的截頭圓錐形的 元件。截頭圓錐形的元件是具有圓錐的平截頭形狀的元件。軸24連接至例如電馬達驅動的 旋轉驅動機構32，其布置為使軸24關于中心軸線26旋轉。
[0032]加熱元件34安裝在腔內并在配件30下面圍繞軸24。反應腔10還設有通向前室38的