專利名稱：用于生長(zhǎng)GaN晶片的晶片承載器的制作方法
用于生長(zhǎng)GaN晶片的晶片承載器
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體材料和器件，更具體地說(shuō)是涉及用于生長(zhǎng)諸如GaN之 類的材料的外延層的裝置。
半導(dǎo)體晶片通常通過(guò)將晶片(也稱為襯底)放置在化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)器 的反應(yīng)室中然后在該晶片上生長(zhǎng)一層或多層外延層來(lái)制造。在該過(guò)程中，將晶片放 置在CVD反應(yīng)器的內(nèi)部，并將氣體形式的反應(yīng)化學(xué)制品以控制的量和控制的速率 引入晶片上，用以在晶片上生長(zhǎng)外延層。
CVD反應(yīng)器具有各種設(shè)計(jì)，包括其中與流入的反應(yīng)氣體成一角度地安裝晶片的水平反應(yīng)器；其中反應(yīng)氣體橫穿晶片的行星旋轉(zhuǎn)式水平反應(yīng)器；桶狀反應(yīng)器；以 及其中在反應(yīng)氣體向下注射到晶片上時(shí)晶片在反應(yīng)室內(nèi)以相對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的垂直反應(yīng)器。
通常稱為前體的反應(yīng)化學(xué)制品一般通過(guò)將反應(yīng)化學(xué)制品放置在稱為起泡器的 裝置中然后使載運(yùn)氣體通過(guò)起泡器來(lái)引入到反應(yīng)室中。載運(yùn)氣體拾取反應(yīng)化學(xué)制品 的分子以提供反應(yīng)氣體，然后利用質(zhì)量流控制器將其輸入到CVD反應(yīng)器的反應(yīng)室 中。
將反應(yīng)氣體引入到反應(yīng)室中的條件對(duì)晶片上生長(zhǎng)的外延層的特性具有很大的 影響。這些條件一般包括密度、蒸氣壓、反應(yīng)氣體的流程、化學(xué)制品的活度和溫度， 可修改這些條件以優(yōu)化晶片上生長(zhǎng)的外延層的性質(zhì)。例如，改變用于將反應(yīng)氣體引 入反應(yīng)室的流動(dòng)凸緣的設(shè)計(jì)可改變反應(yīng)氣體的流程。在很多情況下，研究了襯底上 生長(zhǎng)的外延層的性質(zhì)以確定用于生長(zhǎng)特定類型的層的優(yōu)化流程。
當(dāng)在晶片上沉積外延層時(shí)， 一般將晶片放置在反應(yīng)室內(nèi)的晶片承載器上，進(jìn) 而將晶片承載器放置在可轉(zhuǎn)動(dòng)的基座上。在新澤西州Somerset的Emcore公司開(kāi)發(fā) 的某些設(shè)計(jì)中，基座進(jìn)而晶片承載器由諸如電阻燈絲或燈之類的位于基座下的熱源 加熱。在這些反應(yīng)器中，均勻的外延層的生長(zhǎng)通過(guò)快速旋轉(zhuǎn)其上安裝晶片的晶片承 載器和基座來(lái)獲得。所沉積的層的厚度、成分和質(zhì)量決定所得的半導(dǎo)體器件的特性。 因此，沉積工藝必須能夠在每一個(gè)晶片的正面上沉積成分和厚度均勻的膜。隨著較
大晶片的使用以及同時(shí)在幾個(gè)晶片上沉積覆層的裝置的使用，對(duì)于均勻性的要求變 得日益嚴(yán)格。
在利用常規(guī)的晶片承載器的沉積過(guò)程中，由于由基座、晶片和晶片承載器之 間的界面以及制作基座、晶片承載器和晶片的材料的不同輻射系數(shù)引起的熱阻，晶 片的表面溫度通常低于晶片承載器的表面溫度。不幸地，該溫度差降低了所得半導(dǎo) 體晶片的質(zhì)量。例如，晶片承載器表面的較高的溫度導(dǎo)致晶片的表面上尤其是沿其 外圍的不均勻的溫度，使得沿晶片的外圍部分沉積的層通常質(zhì)量差且價(jià)值有限。此 外，利用基座的配置需要太多的燈絲功率以加熱基座，然后基座再加熱晶片承載器。
在

圖1A所示的典型的現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，晶片IO安裝在晶片承載器12的頂
上。進(jìn)而，晶片承載器12安裝在附連在可轉(zhuǎn)動(dòng)的支承心軸16頂上的基座14上。 晶片10、晶片承載器12和基座14的上端一般位于封閉的反應(yīng)室內(nèi)?？蓪⒓訜峤M 件18布置在基座14之下用于加熱基座，晶片承載器12和晶片10安裝在基座上。 心軸16較佳地轉(zhuǎn)動(dòng)以便增加晶片IO上流動(dòng)的反應(yīng)氣體的均勻性。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸16— 般增加晶片IO上流動(dòng)的反應(yīng)氣體的均勻性以及晶片IO上的溫度均勻性。
晶片承載器12在其上表面22上包括用于在沉積過(guò)程中晶片承載器12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 將晶片10保持在適當(dāng)位置的圓形容器20。 一般來(lái)說(shuō)，圓形容器20的直徑比晶片 10的直徑大出約0.020"，而其深度比晶片的厚度大出約0.002"。這些晶片承載器 12 —般還包括環(huán)形凸緣24，它用于將晶片承載器12提起并傳送至反應(yīng)室內(nèi)或傳送 出反應(yīng)室。晶片承載器12在其底表面上可包括用于在沉積過(guò)程中晶片承載器旋轉(zhuǎn) 時(shí)定位和保持基座14上的晶片承載器12的環(huán)形壁26。
參考圖1B，在沉積過(guò)程中，晶片10由加熱組件18加熱。結(jié)果，較早沉積的 外延層一般具有比較晚沉積的外延層的溫度高的溫度。這通常導(dǎo)致每一個(gè)晶片10 的外圍邊緣28從晶片承載器12翹曲(即，巻起)，如圖1B所示。結(jié)果，晶片10的 外圍邊緣28不再與晶片承載器12接觸且不再被加熱至與晶片的內(nèi)部相同的水平。 盡管本發(fā)明不受任何特定的工作理論限制，但人們認(rèn)為，翹曲是由于晶片的底部的 溫度高于晶片的頂部的溫度引起的或者是在生長(zhǎng)期間施加在晶片上的其它應(yīng)力的 結(jié)果。此外，因?yàn)橛捎谶@種晶片翹曲而在晶片巻曲的外部更加遠(yuǎn)離加熱組件的情況 下對(duì)晶片的內(nèi)部進(jìn)行加熱，所以晶片的加熱不均勻。結(jié)果，晶片上的外延層是不均 勻的，必須丟棄翹曲晶片IO的外側(cè)部分。這是因?yàn)槿∽月N曲的晶片的外側(cè)部分的 半導(dǎo)體器件會(huì)具有與取自晶片內(nèi)部區(qū)域的半導(dǎo)體器件不同的工作特性。
關(guān)于圖1A和1B所示的配置的另一個(gè)問(wèn)題是基座14阻止晶片承載器12的有
效的加熱。當(dāng)必須獲得相對(duì)高的溫度時(shí)，如生長(zhǎng)GaN晶片時(shí)，這種情況是有問(wèn)題
的。在高溫下，加熱燈絲可能熔融或變形。
因此，需要一種可用于在每一個(gè)晶片的整個(gè)表面上沉積更均勻的外延層的裝 置。更具體地，需要一種在外延層形成過(guò)程中保持晶片基本平直的晶片承載器，從 而防止晶片的邊緣巻曲。
還需要一種加熱元件直接加熱晶片承載器而不是基座或位于加熱元件和晶片 承載器之間的其它物體的配置。這一配置使加熱燈絲的溫度能夠保持在較低的水 平，同時(shí)仍將晶片承載器加熱到足夠的水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于在晶片上生長(zhǎng)外延層的裝置，更佳地涉及用于生長(zhǎng)
GaN晶片的裝置。本申請(qǐng)結(jié)合了2000年7月19日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第09/619，254 號(hào)中公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)概念，其內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
本發(fā)明試圖克服某些現(xiàn)有技術(shù)裝置中發(fā)生的問(wèn)題。具體地，在現(xiàn)有技術(shù)裝置 中，基座用于支承晶片承載器。基座一般位于晶片承載器和用于加熱晶片承載器的 加熱燈絲之間。根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員，基座從加熱燈絲獲取熱量，這要求將加熱 燈絲加熱到較高的溫度以產(chǎn)生相同的晶片溫度。這是由于基座消耗一些熱量并阻止 從加熱燈絲至晶片承載器的直接熱傳遞。本發(fā)明通過(guò)使用特別設(shè)計(jì)的直接與心軸的 上端聯(lián)接的晶片承載器來(lái)取消基座，從而克服該問(wèn)題。
該晶片承載器包括具有頂面和底面的板和中心孔，中心孔具有從中心孔延伸 到板的外部周邊的徑向延伸的空心通道(shaft)。在某些較佳的實(shí)施例中，中心孔 利用銑床來(lái)形成。徑向延伸的空心通道可利用鉆孔機(jī)來(lái)形成，由此每一個(gè)通道從板 的外部周邊鉆孔至中心孔。
晶片承載器還包括銑削成完全穿透板的一系列開(kāi)口，用于接納承載晶片的圓 盤(pán)。特別地設(shè)計(jì)每一個(gè)這種開(kāi)口以支承基本上多孔的圓盤(pán)。多孔圓盤(pán)通過(guò)定位環(huán)保 持在晶片承載器開(kāi)口中，定位環(huán)利用諸如螺釘之類的固定元件來(lái)固定到板以將定位 環(huán)保持到板上。
中心孔較佳地具有插入于其中的分離件。分離件包括由不會(huì)擴(kuò)散到心軸材料 并由此不粘合到心軸上的材料制成的中心轂。例如，中心轂可由不擴(kuò)散到由鉬制成 的心軸的石墨或其它陶瓷材料制成。
在工作中，通過(guò)將中心孔與心軸的頂部對(duì)準(zhǔn)來(lái)將晶片承載器固定到心軸的上端。在將晶片承載器放置在反應(yīng)室的內(nèi)部之前或之后，將晶片放置在晶片承載器的 多孔圓盤(pán)上。然后可通過(guò)心軸進(jìn)而通過(guò)晶片承載器的中心孔以及與中心孔連通的徑 向延伸的通道來(lái)抽真空。然后通過(guò)多孔圓盤(pán)抽真空，用于防止在外延層生長(zhǎng)過(guò)程中 晶片襯底的邊緣翹曲。如上所述，該裝置不具有在晶片承載器和加熱燈絲之間的諸 如基座之類的物體。結(jié)果，晶片承載器由加熱燈絲直接加熱，且不會(huì)浪費(fèi)額外的熱
量來(lái)加熱諸如基座之類的額外的物體。因此，當(dāng)生長(zhǎng)GaN晶片時(shí)，僅需將加熱燈 絲加熱到約1900-200(TC，就可獲得在晶片承載器的頂面處115(TC的較佳溫度。相 反，如果諸如基座之類的物體存在于晶片承載器和加熱燈絲之間，則研究顯示必須 將加熱燈絲加熱到約2500-2600'C以獲得在晶片承載器表面處所需的1150°C。在這 些相對(duì)高的溫度下(即，2500-260(TC)，加熱燈絲一般會(huì)熔化和/或變形。
因此，本申請(qǐng)解決在生長(zhǎng)外延層時(shí)的至少兩個(gè)問(wèn)題。所解決的一個(gè)問(wèn)題是通 過(guò)多孔圓盤(pán)真空抽吸來(lái)防止晶片的邊緣翹曲，這在上述的2000年7月19日提交的 美國(guó)專利申請(qǐng)第09/619,254號(hào)中得到了解決，其內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。所解決的 另一個(gè)問(wèn)題是特別設(shè)計(jì)的晶片承載器可用于在晶片承載器和加熱燈絲之間沒(méi)有物 體的裝置中，用于加熱燈絲和晶片承載器之間更好的熱傳遞。結(jié)果，不需要將加熱 燈絲加熱到極高的溫度(例如，2500-260(TC)。這尤其有利于必須在特別高的溫度下 生長(zhǎng)的GaN晶片。
每一個(gè)基本上多孔的圓盤(pán)較佳地由選自下組的材料制成石墨、SiC和鉬，并 且較佳地具有約7-14%的孔隙率。
沉積室也可包括與心軸孔連通的泵，它在穿過(guò)心軸延伸的細(xì)長(zhǎng)孔內(nèi)形成真空 或吸力。在心軸孔內(nèi)形成低壓區(qū)后，相等力的真空或低壓區(qū)在晶片承載器的中心孔 和空心通道內(nèi)形成。當(dāng)晶片位于晶片承載器的多孔圓盤(pán)的頂部，且一種或多種反應(yīng) 氣體引入到反應(yīng)室中時(shí)，晶片承載器的中心孔內(nèi)的真空或吸力小于反應(yīng)室內(nèi)的壓力 級(jí)。結(jié)果，在晶片和多孔圓盤(pán)之間的界面處產(chǎn)生吸力。這種吸力防止在沉積外延層 時(shí)如現(xiàn)有技術(shù)的沉積室(例如，圖1A所示的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例)內(nèi)那樣晶片的外圍邊 緣翹曲或從晶片承載器拉開(kāi)。結(jié)果，在晶片的整個(gè)表面上形成了均勻的外延層，由 此提供可從晶片的外圍區(qū)域獲得的可靠的半導(dǎo)體器件。
以下將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它較佳的實(shí)施例。
在某些較佳的實(shí)施例中，多孔元件的孔隙率是約7-14%。晶片承載器可由諸 如鉬、鎢、鉭和錸之類的能夠承受反應(yīng)室內(nèi)的熱的材料制成。板可由鉬、鎢、鉭和 錸制成。多孔元件可由諸如氮化硅和石墨之類的能夠承受反應(yīng)室內(nèi)的熱的材料制 成。
板中的盲孔期望的是位于板中心，至少一個(gè)通道從盲孔向外延伸。在某些較 佳的實(shí)施例中，所述至少一個(gè)通道是氣密的。通道較佳地從盲孔向外徑向延伸。所 述至少一個(gè)通道較佳地適于通過(guò)其抽真空以在多孔元件的表面處形成吸力。
在某些較佳的實(shí)施例中，板的盲孔具有設(shè)置在其中的轂。轂較佳地與心軸的 上端聯(lián)接。轂較佳地由諸如石墨之類的非擴(kuò)散性材料形成。
在本發(fā)明的其它較佳的實(shí)施例中，用于生長(zhǎng)晶片的晶片承載器包括具有第一 表面和第二表面的板、從板的第一表面延伸到第二表面的多個(gè)開(kāi)口以及設(shè)置在多個(gè) 開(kāi)口的每一個(gè)中的多孔元件，其中每一個(gè)多孔元件適于支承一個(gè)或多個(gè)晶片。晶片 承載器還期望地包括從板的第二表面向第一表面延伸的中心盲孔以及從中心盲孔 向外延伸的多個(gè)通道，每一個(gè)通道具有與中心盲孔連通的第一端和與多孔元件中的 一個(gè)連通的第二端，用于提供中心盲孔和多孔元件中的一個(gè)之間的流體連通。通道 中的一個(gè)或多個(gè)可在多孔元件中的一個(gè)或多個(gè)的周邊的周?chē)由?。在工作中，較佳 地通過(guò)穿過(guò)中心盲孔和通道抽真空來(lái)在每一個(gè)多孔元件的表面處形成吸力。
在某些較佳的實(shí)施例中，開(kāi)口具有在板的第一表面處的第一直徑和在板的第 二表面處的第二直徑，由此第一直徑大于第二直徑。晶片承載器還較佳地包括可插 入到板中的第一直徑開(kāi)口中的定位環(huán)，用于將多孔元件固定在適當(dāng)位置。定位環(huán)期 望的是由諸如鉬和鎢之類的能夠承受反應(yīng)室內(nèi)存在的熱的材料制成。
在本發(fā)明的另一個(gè)較佳的實(shí)施例中，用于在晶片上生長(zhǎng)外延層的裝置包括可 轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸，該心軸具有設(shè)置在反應(yīng)室內(nèi)部的上端和在所述心軸的上端和下端 之間延伸的孔。該裝置較佳地包括固定到心軸的上端的可轉(zhuǎn)動(dòng)的晶片承載器。 可轉(zhuǎn)動(dòng)晶片承載器較佳地包括具有第一表面和第二表面的板；從板的第一表面 延伸到第二表面的至少一個(gè)開(kāi)口；設(shè)置在板中的至少一個(gè)開(kāi)口中的多孔元件，其中 多孔元件適于支承一個(gè)或多個(gè)晶片；以及從板的第二表面向第一表面延伸的盲孔， 該盲孔與在心軸的上端和下端之間延伸的孔連通。該裝置還較佳地包括在盲孔和多 孔元件之間延伸的至少一個(gè)通道，用于提供盲孔和多孔元件之間的流體連通。在工 作中，穿過(guò)心軸的孔抽真空、盲孔和至少一個(gè)通道抽真空，以形成在每一個(gè)多孔元 件的表面處的吸力。
該裝置還較佳地包括與板的第二表面相對(duì)的加熱元件，使得多孔元件直接暴 露于加熱元件，用于通過(guò)加熱元件無(wú)阻礙地、直接加熱多孔元件。心軸的下端期望 的是直接連接到真空泵，使得多孔元件的表面處的壓力級(jí)低于反應(yīng)室內(nèi)的壓力級(jí)。
圖1A是現(xiàn)有技術(shù)的包括安裝在其上的晶片的晶片承載器、基座、用于支承基 座的可轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸以及用于加熱所述基座的加熱裝置的剖視圖。
圖IB示出具有在晶片上生長(zhǎng)的外延層的圖1A的現(xiàn)有技術(shù)的晶片承載器。 圖2示出包括晶片承載器、可轉(zhuǎn)動(dòng)基座和可轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸的沉積室的剖視圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的某些較佳實(shí)施例的晶片承載器的剖視圖。 圖4示出圖3的晶片承載器的俯視立體圖。 圖5示出圖3的晶片承載器的仰視立體圖。
詳細(xì)描述
圖2示出用于在晶片上生長(zhǎng)外延層的裝置。該裝置包括沉積室100，沉積室 100包括側(cè)壁102及包括用于將諸如反應(yīng)氣體之類的反應(yīng)化學(xué)制品引入到沉積室 100的內(nèi)部區(qū)域108的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口 106的頂部凸緣104。沉積室100還包括底 部密封凸緣110。沉積室100由不銹鋼制成，且頂部和底部凸緣104和110與側(cè)壁 102密封地配合。通過(guò)頂部凸緣104中的開(kāi)口 106引入的反應(yīng)氣體一般由一個(gè)或多 個(gè)蓮蓬頭114均勻地分布。反應(yīng)氣體在沉積室100內(nèi)相互作用以在晶片上形成外延 層。在反應(yīng)氣體相互作用并沉積在晶片上后，廢料通過(guò)延伸過(guò)底部密封凸緣110 的排氣口 116排出。在某些實(shí)施例中，廢棄的反應(yīng)氣體利用泵118通過(guò)排氣口 116 排出。沉積室100的內(nèi)部區(qū)域108內(nèi)的壓力級(jí)通過(guò)節(jié)流閥120來(lái)調(diào)節(jié)。
當(dāng)在晶片上生長(zhǎng)外延層時(shí)，將晶片122放置在沉積室100內(nèi)及晶片承載器124 的頂上。每一個(gè)晶片承載器124都具有頂面126、底面129以及適用于在其中接納 一個(gè)或多個(gè)晶片122的一個(gè)或多個(gè)晶片接納腔128。每一個(gè)晶片接納腔128的直徑 大于或等于存放于其中的晶片122的外徑。晶片承載器124還包括形成于晶片承載 器124的底面129中的空腔130?？涨?30可位于晶片承載器124的中心。晶片承 載器124由基本上多孔的材料形成，如石墨、SiC、鉬或通常用于晶片承載器的其 它公知的材料。晶片承載器124的孔隙率較佳地介于約7-14%。
晶片承載器124包括限定晶片承載器124的外部周界的外凸緣132。晶片承載 器124適于放置在具有頂面136和與其遠(yuǎn)離的底面138的可轉(zhuǎn)動(dòng)基座134的頂部。 基座134還包括在頂面136和底面138之間延伸的中心孔140。
基座134可連接到具有位于沉積室100內(nèi)部的上端144和位于沉積室外部的
下端146的可轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸142。心軸142的最上端期望地包括安裝到基座134的底 面138的凸緣部分148。心軸142可由電動(dòng)機(jī)150通過(guò)滑輪152、 154和皮帶156 來(lái)旋轉(zhuǎn)。心軸142具有穿過(guò)其延伸并與穿過(guò)基座134延伸的中心孔140對(duì)準(zhǔn)的細(xì)長(zhǎng) 孔158。當(dāng)晶片承載器124被設(shè)置在基座134的頂部時(shí)，在其底面129上的空腔130 較佳地與心軸孔158和基座孔140基本對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)晶片承載器124和基座134轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 外凸緣132將晶片承載器124保持在基座134頂部。
心軸142的最下端較佳地連接到用于通過(guò)心軸孔158抽真空的泵118。壓差控 制器162調(diào)節(jié)沉積室100的內(nèi)部區(qū)域108內(nèi)的壓力以及心軸孔158、基座孔140和 空腔130內(nèi)的壓力級(jí)，使得空腔130內(nèi)的壓力級(jí)總是低于沉積室100的內(nèi)部區(qū)域 108內(nèi)的壓力級(jí)。諸如通過(guò)利用一個(gè)或多個(gè)真空旋轉(zhuǎn)饋通裝置160和164在沉積室 100和心軸142之間或心軸142周?chē)鷮?shí)現(xiàn)真空密封。公知的真空旋轉(zhuǎn)饋通裝置由 Ferrofluidic公司，Advanced Fluid Systems and Rigaku制造。
如上所述，晶片承載器124包括在晶片承載器124的底面129上形成的空腔 130。當(dāng)激活泵118時(shí)，在心軸孔158、基座孔140和空腔130內(nèi)形成真空。晶片 承載器包括與空腔130連通的一個(gè)或多個(gè)通道135，使得空腔130內(nèi)的低壓或真空 可穿過(guò)基本上多孔的晶片承載器的整個(gè)區(qū)域。結(jié)果，晶片122和晶片承載器之間的 界面處(即，腔128內(nèi))的壓力級(jí)低于反應(yīng)室IOO的內(nèi)部區(qū)域108內(nèi)的壓力級(jí)。正如 本文所使用的，術(shù)語(yǔ)"晶片122和晶片承載器之間的界面"意思是晶片承載器與放 置在承載器上的晶片直接接觸的區(qū)域。界面處的低壓將晶片122吸入腔128，從而 防止如圖1B所示的現(xiàn)有技術(shù)裝置那樣發(fā)生晶片122的外圍邊緣翹曲。可以相信， 在反應(yīng)氣體在其上的沉積期間保持晶片122基本平直(即，防止邊緣的翹曲)將可形 成在晶片的整個(gè)面積上具有均勻的外延層的半導(dǎo)體晶片。結(jié)果，可使用在晶片的邊 緣處形成的半導(dǎo)體器件，而不是如現(xiàn)有技術(shù)工藝那樣丟棄。
圖3-5示出根據(jù)本發(fā)明的某些較佳實(shí)施例的晶片承載器224。晶片承載器224 較佳地由可承受沉積室內(nèi)存在的溫度和化學(xué)環(huán)境的任何材料形成。在較佳的實(shí)施例 中，晶片承載器224由諸如鉬、鎢、鉭和錸之類的材料形成。晶片承載器包括具有 頂面226和與其遠(yuǎn)離的底面228的板225。對(duì)板225進(jìn)行銑削以形成完全穿過(guò)該板 延伸的一系列的開(kāi)口 230。在圖3-5所示的特定的較佳實(shí)施例中，板225具有四個(gè) 穿過(guò)其延伸的等間隔開(kāi)口 230。每一個(gè)開(kāi)口包括與板225的底面228相鄰的底部環(huán) 形凸緣232和與該板的頂面226相鄰的頂部環(huán)形凸緣234。頂部環(huán)形凸緣234的半 徑大于底部環(huán)形凸緣232的半徑?；旧隙嗫椎牟牧系膱A盤(pán)位于通開(kāi)口 230的每一
個(gè)中?；旧隙嗫椎牟牧系膱A盤(pán)236可由諸如碳化硅和石墨之類的材料來(lái)制成。底
部環(huán)形凸緣232限定用于安置多孔圓盤(pán)236的第一井區(qū)。頂部環(huán)形凸緣234限定用 于接納插入到第二井區(qū)以將多孔圓盤(pán)236保持在適當(dāng)?shù)奈恢玫亩ㄎ画h(huán)238的第二井 區(qū)。定位環(huán)238可由諸如鉬或鴇之類的能承受沉積室內(nèi)的溫度和化學(xué)環(huán)境的任何材 料形成。定位環(huán)238通過(guò)諸如螺釘240之類的固定元件保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 板225還具有從板224的外周邊向其中心孔244延伸的徑向延伸的空心通道 242。正如以下詳細(xì)描述的，徑向延伸的空心通道242允許通過(guò)其抽真空?？招耐?道242可利用鉆孔機(jī)來(lái)形成。
如上所述，板225包括形成于其底面228中的中心盲孔244。中心盲孔包括限 定適于接納分離的加工件250的底井248的環(huán)形凸緣246。加工件250利用諸如螺 釘之類的固定元件252固定在中心孔244中。加工件250包括由諸如陶瓷材料之類 的非擴(kuò)散性材料制成的中轂252。在較佳的實(shí)施例中，中轂252由石墨制成。在其 它較佳的實(shí)施例中，中轂252由不擴(kuò)散到心軸材料的任何材料形成，以防止晶片承 載器224粘附于心軸。
空心通道242在板225的外部周邊形成開(kāi)口。開(kāi)口 254可由密封元件256封 閉。密封元件256可包括在空心通道242的開(kāi)口端254形成氣密密封的任何材料。 在某些較佳的實(shí)施例中，密封元件256可以是諸如擰入開(kāi)口 254的螺釘之類的固定 元件。
在工作中，與心軸的上端對(duì)準(zhǔn)放置晶片承載器224的中心孔244，使得中心孔 與心軸的上端處的開(kāi)口流體連通。晶片襯底位于晶片承載器224的多孔圓盤(pán)236 上。通過(guò)心軸(未示出)抽真空，進(jìn)而通過(guò)中心孔244、空心通道242和插入到晶片 承載器的多孔圓盤(pán)236抽真空。結(jié)果，當(dāng)外延層在晶片襯底上生長(zhǎng)時(shí)，晶片襯底的 外部周邊將通過(guò)真空被吸在多孔圓盤(pán)236的頂面上。如上所述，穿過(guò)多孔圓盤(pán)236 的真空防止晶片襯底的外部邊緣以及其上生長(zhǎng)的所得的晶片翹曲，這種晶片翹曲將 改變晶片的巻曲部分的工作性質(zhì)。
提供一種不在晶片承載器和加熱燈絲之間插入諸如基座之類的物體的裝置還 可提高加熱效率。盡管本發(fā)明不受特定的工作理論限制，但相信提供一種在晶片承 載器和加熱燈絲之間沒(méi)有諸如基座之類的物體的配置將使晶片生長(zhǎng)過(guò)程在加熱燈 絲溫度低得多的情況下發(fā)生。在現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例中，其中諸如基座之類的物體位 于晶片承載器和加熱燈絲之間，為了在晶片承載器的頂面處獲得115(TC的溫度， 必須將加熱燈絲加熱到約2500-26(XTC。這種高溫一般超過(guò)了加熱燈絲的最高推薦
溫度，通常會(huì)導(dǎo)致加熱燈絲的熔化和變形。在本發(fā)明中，不使用諸如基座之類的物
體，晶片承載器必須的溫度1150。C可通過(guò)將加熱燈絲加熱到僅1900-2000。C來(lái)達(dá)
到。這是因?yàn)楸旧暾?qǐng)的較佳實(shí)施例提供了加熱燈絲和晶片承載器之間的直接熱傳
遞。因此，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置在反應(yīng)室內(nèi)的加熱燈絲對(duì)晶片承載器224的直接加熱。 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"直接加熱"意思是沒(méi)有諸如基座之類的物體位于晶片承 載器和加熱燈絲之間。通過(guò)使燈絲直接加熱晶片承載器，晶片承載器可被更有效率 地加熱并達(dá)到用于生長(zhǎng)某些晶片所需的相對(duì)高的溫度，而不會(huì)如現(xiàn)有技術(shù)裝置中那 樣使燈絲熔化和/或變形。
盡管在本文中參考特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解這些實(shí)施例僅僅 是對(duì)本發(fā)明的原理和應(yīng)用的說(shuō)明。因此，應(yīng)該理解可對(duì)說(shuō)明性的實(shí)施例進(jìn)行眾多的 修改，并可在不背離如所附權(quán)利要求書(shū)定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下設(shè)計(jì)其 它配置。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明適于生長(zhǎng)外延層以及制造半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種用于生長(zhǎng)晶片的晶片承載器，包括具有第一表面和第二表面的板；至少一個(gè)從所述板的第一表面延伸到第二表面的開(kāi)口；設(shè)置在所述板中的所述至少一個(gè)開(kāi)口中的多孔元件，所述多孔元件適于支承一個(gè)或多個(gè)晶片；從所述板的第二表面向第一表面延伸的盲孔；在所述盲孔和所述多孔元件之間延伸的至少一個(gè)通道，用于在所述盲孔和所述多孔元件之間形成流體連通，通過(guò)穿過(guò)所述盲孔和所述至少一個(gè)通道抽真空來(lái)在所述多孔元件的表面處形成吸力。
2. 如權(quán)利要求1所述的晶片承載器， 板具有更多孔。
3. 如權(quán)利要求1所述的晶片承載器， 率約是7-14%。
4. 如權(quán)利要求1所述的晶片承載器， 選自下組的材料鉬、鎢、鉭和錸。
5. 如權(quán)利要求1所述的晶片承載器， 的材料鉬、鎢、鉭和錸。
6. 如權(quán)利要求1所述的晶片承載器， 自下組的材料碳化硅和石墨。
7. 如權(quán)利要求1所述的晶片承載器，其特征在于，所述多孔元件比所述其特征在于，所述多孔元件的孔隙其特征在于，所述晶片承載器包括其特征在于，所述板包括選自下組其特征在于，所述多孔元件包括選其特征在于，所述盲孔基本位于所述板的中心，且所述至少.水通道從所述盲孔向外延伸
8. 如權(quán)利要求7所述的晶片承載器，其特征在于，所述至少一個(gè)通道從 所述盲孔徑向向外延伸。
9. 如權(quán)利要求1所述的晶片承載器，其特征在于，所述至少一個(gè)通道適 于通過(guò)其抽真空，用于在所述多孔元件的表面形成吸力。
10. 如權(quán)利要求l所述的晶片承載器，其特征在于， 括多個(gè)開(kāi)口，每一個(gè)所述開(kāi)口中設(shè)置有所述多孔元件中的
11. 如權(quán)利要求l所述的晶片承載器，其特征在于，還包括設(shè)置在所述板所述至少一個(gè)開(kāi)口包 的所述盲孔中的轂。
12. 如權(quán)利要求11所述的晶片承載器，其特征在于，所述轂由非擴(kuò)散性 材料制成。
13. 如權(quán)利要求11所述的晶片承載器，其特征在于，所述轂由石墨或陶 瓷制成。
14. 一種用于生長(zhǎng)晶片的晶片承載器，包括 具有第一表面和第二表面的板；從所述板的第一表面延伸到第二表面的多個(gè)開(kāi)口；設(shè)置在所述板每一個(gè)開(kāi)口中的多孔元件，每一個(gè)所述多孔元件適于支承一個(gè) 或多個(gè)晶片；從所述板的第二表面向第一表面延伸的中心盲孔；從所述中心盲孔向外延伸的多個(gè)通道，每一個(gè)所述通道具有與所述中心盲孔 連通的第一端和與所述多孔元件中的一個(gè)連通的第二端，用于在所述中心盲孔和所 述多孔元件中的一個(gè)之間形成流體連通，通過(guò)穿過(guò)所述中心盲孔和所述通道抽真空 來(lái)在每一個(gè)所述多孔元件的表面處形成吸力。
15. 如權(quán)利要求14所述的晶片承載器，其特征在于，所述板開(kāi)口具有在 所述板的第一表面處的第一直徑和在所述板的第二表面處的第二直徑，其中所 述第一直徑大于所述第二直徑。
16. 如權(quán)利要求15所述的晶片承載器，其特征在于，還包括可插入到所 述板中的第一直徑開(kāi)口中的定位環(huán)，用于將所述多孔元件固定就位。
17. 如權(quán)利要求16所述的晶片承載器，其特征在于，所述定位環(huán)包括選 自下組的材料鉬和鎢。
18. 如權(quán)利要求14所述的晶片承載器，其特征在于，每一個(gè)所述通道沿 所述多孔元件中的一個(gè)的外周延伸。
19. 一種用于在晶片上生長(zhǎng)外延層的裝置，包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸，它具有設(shè)置在反應(yīng)室的內(nèi)部的上端和在所述心軸的上端和 下端之間延伸的孔；固定在所述心軸上端的可轉(zhuǎn)動(dòng)的晶片承載器，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的晶片承載器包括具有第一表面和第二表面的板， 從所述板的第一表面延伸到第二表面的至少一個(gè)開(kāi)口， 設(shè)置在所述板中的所述至少一個(gè)開(kāi)口中的多孔元件，其中所述多孔元件 適于支承一個(gè)或多個(gè)晶片，從所述板的第二表面向第一表面延伸的盲孔；所述盲孔與在所述心軸的 上端和下端之間延伸的所述開(kāi)口連通，在所述盲孔和所述多孔元件之間延伸的至少一個(gè)通道，用于在所述盲孔 和所述多孔元件之間形成流體連通，穿過(guò)所述心軸的？L、所述盲孔和所述至少一個(gè) 通道抽真空來(lái)在所述多孔元件的表面處形成吸力。
20. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，還包括與所述板的第二表 面相對(duì)的加熱元件，使得所述多孔元件直接暴露于所述加熱元件，用于無(wú)阻礙 地直接加熱所述多孔元件。
21. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述多孔元件比所述板具 有更多孔。
22. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)通道沿所述 多孔元件的外周延伸。
23. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述多孔元件的孔隙率約 是7-14%。
24. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述心軸的下端連接到真 空泵，使得所述多孔元件的表面處的壓力低于所述反應(yīng)室內(nèi)的壓力。
全文摘要
一種用于生長(zhǎng)晶片的晶片承載器(224)，包括具有第一表面(226)和第二表面(228)的板(225)、從板(225)的第一表面(26)延伸到第二表面(228)的多個(gè)開(kāi)口(230)以及設(shè)置在多個(gè)開(kāi)口(230)的每一個(gè)中的多孔元件(236)，每一個(gè)多孔元件(236)適于支承一個(gè)或多個(gè)晶片。晶片承載器(224)還具有從板(225)的第二表面(228)向第一表面(226)延伸的中心盲孔(244)以及從中心盲孔(244)向外延伸的多個(gè)通道(242)。每一個(gè)通道(242)具有與中心盲孔(244)連通的第一端和與多孔元件(236)中的一個(gè)連通的第二端，用于提供中心盲孔(244)和多孔元件中的一個(gè)之間的流體連通。通過(guò)穿過(guò)中心盲孔(244)和通道(242)抽真空來(lái)在每一個(gè)多孔元件(236)的表面處形成吸力。
文檔編號(hào)B65G65/00GK101115862SQ200580048064
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月16日
發(fā)明者A·古拉里, R·A·斯托爾, V·博古斯拉夫斯基 申請(qǐng)人:維高儀器股份有限公司