一种应用于通过化学气相沉积在一个或多个晶片上生长外延层的系统中的晶片承载器。所述晶片承载器包括凹入其本体的晶片保持凹穴。热绝缘间隔装置至少部分地位于至少一个晶片保持凹穴中，并且设置为保持周壁表面和晶片之间的间隔。间隔装置由具有比晶片承载器的热传导率低的材料制成，使得间隔装置限制热从晶片承载器本体的部分传递到晶片。晶片承载器进一步包括间隔保持结构，其与间隔装置对应并且包括用于防止在绕中心轴线旋转时间隔装置的离心运动的表面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术总体上涉及半导体制造技术，更具体地涉及化学气相沉积（CVD)工艺 以及相关的用于在半导体晶片表面降低温度非均匀性的装置。
技术介绍
制造发光二极管（LED)和其它高性能器件，如激光二极管、光探测器和场效应晶 体管时，常常采用化学气相沉积（CVD)工艺将如氮化镓的材料应用到蓝宝石或硅基板上生 成薄的膜堆结构。CVD工具包括处理腔室，其是一种允许注入的气体沉积在基板上（尤其以 晶片的形式）生成薄的膜层的密封环境。这样的制造设备的当前产品的示例是纽约普兰维 尤的VeecoInstrumentsInc公司制造的M0CVD系统的TurboDisc?:系列。 控制多个工艺参数，如温度、压力和气流速度，以实现希望的晶体生长。采用多样 化的材料和工艺参数会生成不同的层。例如，由混合半导体制备的器件，如III-V半导体， 典型地应用金属有机气相沉积（M0CVD)通过生成混合半导体的连续层形成。在该工艺中， 晶片暴露于混合气体中，具体地包括作为III族金属源的金属有机化合物，还包括在晶片 保持在高温时流过晶片的表面的V族元素源。具体地，金属有机化合物和V族源与明显不会 参与反应的例如氮气的承载器气体结合。III-V半导体的一个示例是氮化镓，其能够由有机 镓化合物和氨在具有合适的晶体点阵间隔的基板上反应形成，作为示例如蓝宝石晶片。具 体地，晶片在氮化镓和相关的化合物沉积时保持在大约l〇〇〇_ll〇〇°C的温度。 在M0CVD工艺中，晶体的生长通过基板的表面上的化学反应发生，工艺参数必须 特别谨慎地控制以保证化学反应在需要的条件下进行。即使工艺条件中微小的变化都可能 不利地影响器件质量和产品产量。例如，如果沉积镓和氮化铟层，晶片表面温度的变化将引 起合成物和沉积层的带隙的变化。因为铟具有相对高的蒸汽压，在晶片的表面温度较高的 那些区域中，沉积层将具有较低比例的铟和较大的带隙。如果沉积层是活性的LED结构的 发光二极管层，由晶片形成的LED的波长发射还将会变化到无法接受的程度。 在M0CVD处理腔室中，在其上生长薄膜层的半导体晶片设置在快速旋转的称为晶 片承载器的传送器上，在用于半导体材料沉积的反应腔室内将其表面均匀地暴露于大气 中。旋转速度大约1000RPM。晶片承载器典型地由高温导体材料加工而成，例如石墨，并且常 常涂有如金刚砂的材料的保护层。每个晶片承载器在放置单个晶片的上表面具有一组圆形 凹进或凹穴。具体地，晶片间隔支承在每个凹穴的下表面，以允许气流环绕晶片的边缘。相 关技术的一些示例公开于美国专利申请公开号2012/0040097、美国专利第8, 092, 599号、 美国专利第8, 021，487号、美国专利申请公开号2007/0186853、美国专利第6, 902, 623号、 美国专利第6, 506, 252号和美国专利第6, 492, 625号，其公开内容通过引用合并于此。 晶片承载器支承在反应腔室内的主轴上，使得晶片承载器的上表面具有晶片面向 向上朝向气体分配装置的暴露的表面。当主轴旋转时，气体向下导向在晶片承载器的上表 面上且绕上表面朝向晶片承载器的外周流动。反应过的气体从反应腔室穿过设置在晶片承 载器下部的端口排出。晶片承载器通过加热元件，具体地设置在晶片承载器的下表面下方 的电阻加热元件，保持在需要的高温。这些加热元件保持在晶片表面需要的温度之上的温 度，而气体分配装置典型地保持在远低于需要的反应温度之下的温度，从而预防气体的过 早反应。因此，热从加热元件传递到晶片承载器的下表面，并且向上流动过晶片承载器至单 个晶片。向上传递穿过承载器材料的热还从晶片承载器的上表面辐射。从晶片承载器辐射 散出的程度由承载器和周围的元件的发射率决定。 已对系统设计结构做出了大量的努力，以使得在处理过程中温度变化最小，但是， 问题持续面临许多挑战。例如，晶片的热传导显著地不及晶片承载器。在晶片承载器的凹 穴中引入蓝宝石形成热陷获或"覆盖（blanketing)"效应。这一现象导致在凹陷的底面形 成总体上的径向温度分布，其中心的温度较高且朝向凹陷的外圆周的温度较低，其中热能 够通过辐射散出并且对流到环境中。 加工过程中影响晶片的热均匀性的另一效果是穿过晶片的厚度的热梯度，其引起 凹进翘曲，导致在晶片底部和凹穴底面之间形成非均匀间隙距离。这是因为晶片的较热的 下部相对于较冷的上表面倾向于更快扩散，从而呈现经典的凹进形状。凹进将总体上增加 由于热覆盖效应已经存在于晶片上的热非均匀性。由于气体间隙相对于承载器材料具有非 常小的热传导，晶片表面温度对间隙量级的变化非常敏感。在具有凹进的情况下，晶片的中 心更加靠近凹穴底面，因此比外边缘热。这一效果在更大直径的典型地由硅制成的晶片中 更加突出。尤其是在硅晶片的情况下，翘曲进一步由来自硅基板和用于制造基板上的器件 的沉积层之间的晶格失配加剧。 相关的热传导传递过程还发生在从晶片承载器凹穴边缘到晶片边缘的横向方向 上。在应用高速旋转晶片承载器的CVD工具中，晶片由于高离心力典型地被驱向凹穴的 外边缘。这些晶片典型地接触外侧凹穴边缘。凹穴中的晶片的偏心位置从在接触点为零 的凹穴边缘形成非均匀间隙，并且圆周式地从接触点偏离增加。晶片和承载器之间的靠 近接触点的区域的较小的间隙增加了从承载器传递到晶片的传导热。这一"邻近（close proximity) "效应在接触区域形成高得多的边缘温度。共同审理中的美国第13/450, 062号 申请，其公开的内容通过引用合并于此，其公开了使用"减震器"在距离凹穴边缘的指定距 离将晶片置于中心来降低邻近效应的方法。已经显示这些减震器实质上成功地降低了邻近 效应生成的渐强的高温。但是，仍然存在许多实际的挑战，尤其是由于增加的压力点的集中 导致的晶片的损坏缘于处理过程中减震器-晶片边缘界面上的向心力。 在晶片上保持温度均匀性的另一挑战涉及晶片，其具体地是圆形的、扁平的盘、具 有一个或多个通常称为"切面（flats)"的它们的边缘的直线部分的晶片。切面总体上用 于指示晶片的掺杂类型，以及晶片的晶体取向，并且典型地建立在小于200mm的晶片上。在 CVD工艺中，无论如何，对于传递到晶片的热，切面呈现非均匀性。具体地，由于晶片切面的 边缘和晶片承载器之间的分离，靠近切面的传递到晶片的部分的热倾向于降低。切面带来 气流的变化，其同样影响切面的附近的温度。 进一步的关注涉及具有偏心凹穴位置的多晶片凹穴几何构型。此时，由于对流冷 却取决于穿过晶片承载器和晶片区域的历史气体流线路径，热分布变得更加复杂。对于高 速旋转盘反应器，气体流线通常沿切线方向从内半径向外半径旋出。在这种情况下，当气体 流线穿过晶片承载器的暴露的区域（例如晶片之间的"网格（webs)"区域）时，相对于穿过 晶片的区域加热。总体上，这些网格相对于放置晶片的承载器的其它区域是非常热的，这是 因为覆盖效应形成的热流量流线将流线引导到该区域。因而，穿过网格的气体路径由于对 流冷却形成温度切向梯度，前端边缘（晶片的液体流线进入）相对于后端边缘（液体流线 穿过晶片的出口）较热。 因为靠近切面的部分制造的器件相对于晶片的其它部分的目标值倾向于呈现增 加的光致发光，这些效果导本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用于通过化学气相沉积(CVD)在一个或多个晶片上生长外延层的系统中的晶片承载器总成，其特征在于，晶片承载器总成包含：绕中心轴线对称设置的晶片承载器本体，包括垂直于中心轴线设置的总体上平坦的上表面；至少一个从上表面凹入晶片承载器本体的晶片保持凹穴，至少一个晶片保持凹穴的每一个包括底面和围绕底面并且形成晶片保持凹穴的周壁的周壁表面，晶片保持凹穴用于在绕中心轴线旋转时将晶片保持在周壁内；以及晶片保持凹穴进一步设置为容纳具有至少一个平直边缘的晶片，其中在其上保持晶片的至少一个平直边缘的底面的一部分具有升高的部分，其比位于晶片的圆形边缘部分之下的底面的部分凹进少。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：桑迪普·克里希南，威廉·E·奎恩，杰弗里·S·蒙哥马利，约书亚·曼格姆，卢卡斯·厄本，
申请(专利权)人：美国维易科精密仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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