[發(fā)明專利]具有用于在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中改善加熱均勻性的器件的晶片承載器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480015658.8
• 申請(qǐng)日: 2014-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN105051865B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桑迪普·克里希南;威廉·E·奎恩;杰弗里·S·蒙哥馬利;約書亞·曼格姆;盧卡斯·厄本
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 威科儀器有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/205
• 分類號(hào): H01L21/205;H01L21/324
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 王龍

一種應(yīng)用于通過化學(xué)氣相沉積在一個(gè)或多個(gè)晶片上生長(zhǎng)外延層的系統(tǒng)中的晶片承載器。所述晶片承載器包括凹入其本體的晶片保持凹穴。熱絕緣間隔裝置至少部分地位于至少一個(gè)晶片保持凹穴中，并且設(shè)置為保持周壁表面和晶片之間的間隔。間隔裝置由具有比晶片承載器的熱傳導(dǎo)率低的材料制成，使得間隔裝置限制熱從晶片承載器本體的部分傳遞到晶片。晶片承載器進(jìn)一步包括間隔保持結(jié)構(gòu)，其與間隔裝置對(duì)應(yīng)并且包括用于防止在繞中心軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)間隔裝置的離心運(yùn)動(dòng)的表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，更具體地涉及化學(xué)氣相沉積 (CVD)工藝以及相關(guān)的用于在半導(dǎo)體晶片表面降低溫度非均勻性的裝置。

背景技術(shù)

制造發(fā)光二極管(LED)和其它高性能器件，如激光二極管、光探測(cè)器和場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，常常采用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝將如氮化鎵的材料應(yīng)用到藍(lán)寶石或硅基板上生成薄的膜堆結(jié)構(gòu)。CVD工具包括處理腔室，其是一種允許注入的氣體沉積在基板上(尤其以晶片的形式)生成薄的膜層的密封環(huán)境。這樣的制造設(shè)備的當(dāng)前產(chǎn)品的示例是紐約普蘭維尤的 Veeco Instruments Inc公司制造的MOCVD系統(tǒng)的系列。

控制多個(gè)工藝參數(shù)，如溫度、壓力和氣流速度，以實(shí)現(xiàn)希望的晶體生長(zhǎng)。采用多樣化的材料和工藝參數(shù)會(huì)生成不同的層。例如，由混合半導(dǎo)體制備的器件，如III-V半導(dǎo)體，典型地應(yīng)用金屬有機(jī)氣相沉積(MOCVD) 通過生成混合半導(dǎo)體的連續(xù)層形成。在該工藝中，晶片暴露于混合氣體中，具體地包括作為III族金屬源的金屬有機(jī)化合物，還包括在晶片保持在高溫時(shí)流過晶片的表面的V族元素源。具體地，金屬有機(jī)化合物和V族源與明顯不會(huì)參與反應(yīng)的例如氮?dú)獾某休d器氣體結(jié)合。III-V半導(dǎo)體的一個(gè)示例是氮化鎵，其能夠由有機(jī)鎵化合物和氨在具有合適的晶體點(diǎn)陣間隔的基板上反應(yīng)形成，作為示例如藍(lán)寶石晶片。具體地，晶片在氮化鎵和相關(guān)的化合物沉積時(shí)保持在大約1000-1100℃的溫度。

在MOCVD工藝中，晶體的生長(zhǎng)通過基板的表面上的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，工藝參數(shù)必須特別謹(jǐn)慎地控制以保證化學(xué)反應(yīng)在需要的條件下進(jìn)行。即使工藝條件中微小的變化都可能不利地影響器件質(zhì)量和產(chǎn)品產(chǎn)量。例如，如果沉積鎵和氮化銦層，晶片表面溫度的變化將引起合成物和沉積層的帶隙的變化。因?yàn)殂熅哂邢鄬?duì)高的蒸汽壓，在晶片的表面溫度較高的那些區(qū)域中，沉積層將具有較低比例的銦和較大的帶隙。如果沉積層是活性的LED 結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管層，由晶片形成的LED的波長(zhǎng)發(fā)射還將會(huì)變化到無法接受的程度。

在MOCVD處理腔室中，在其上生長(zhǎng)薄膜層的半導(dǎo)體晶片設(shè)置在快速旋轉(zhuǎn)的稱為晶片承載器的傳送器上，在用于半導(dǎo)體材料沉積的反應(yīng)腔室內(nèi)將其表面均勻地暴露于大氣中。旋轉(zhuǎn)速度大約1000RPM。晶片承載器典型地由高溫導(dǎo)體材料加工而成，例如石墨，并且常常涂有如金剛砂的材料的保護(hù)層。每個(gè)晶片承載器在放置單個(gè)晶片的上表面具有一組圓形凹進(jìn)或凹穴。具體地，晶片間隔支承在每個(gè)凹穴的下表面，以允許氣流環(huán)繞晶片的邊緣。相關(guān)技術(shù)的一些示例公開于美國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào)2012/0040097、美國(guó)專利第8,092,599號(hào)、美國(guó)專利第8,021,487號(hào)、美國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào) 2007/0186853、美國(guó)專利第6,902,623號(hào)、美國(guó)專利第6,506,252號(hào)和美國(guó)專利第6,492,625號(hào)，其公開內(nèi)容通過引用合并于此。

晶片承載器支承在反應(yīng)腔室內(nèi)的主軸上，使得晶片承載器的上表面具有晶片面向向上朝向氣體分配裝置的暴露的表面。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體向下導(dǎo)向在晶片承載器的上表面上且繞上表面朝向晶片承載器的外周流動(dòng)。反應(yīng)過的氣體從反應(yīng)腔室穿過設(shè)置在晶片承載器下部的端口排出。晶片承載器通過加熱元件，具體地設(shè)置在晶片承載器的下表面下方的電阻加熱元件，保持在需要的高溫。這些加熱元件保持在晶片表面需要的溫度之上的溫度，而氣體分配裝置典型地保持在遠(yuǎn)低于需要的反應(yīng)溫度之下的溫度，從而預(yù)防氣體的過早反應(yīng)。因此，熱從加熱元件傳遞到晶片承載器的下表面，并且向上流動(dòng)過晶片承載器至單個(gè)晶片。向上傳遞穿過承載器材料的熱還從晶片承載器的上表面輻射。從晶片承載器輻射散出的程度由承載器和周圍的元件的發(fā)射率決定。