[发明专利]带温度分布控制的加工方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求以申请日为2010年2月24日、申请号为61/307,497的美国临时专利申请为优先权，在此以引用的方式并入该申请的公开内容。

技术领域

本发明涉及晶片加工装置、用在这类加工装置中的晶片载体，以及晶片加工的方法。

背景技术

许多半导体设备都通过对衬底进行加工而制得。衬底一般为晶体材料平片，通常称作“晶片”。一般地，晶片由晶体材料制成，且为圆盘状。一种常见的加工是外延生长。例如，由复合半导体例如III-V族半导体制成的设备通常是通过利用金属有机化学气相沉积（缩写为“MOCVD”）以使复合半导体生长连续层制得的。在这一加工过程中，晶片暴露于组合气体中，所述组合气体通常包括作为III族金属源的金属有机化合物，还包括V族元素源，当晶片保持在高温中时，该V族元素源流经晶片表面的上方。通常，金属有机化合物和V族源与不明显参与反应的载体气体、例如氮气相组合。III-V族半导体的一个例子是氮化镓，其可通过使有机镓化合物与氨在具有适当晶层间距的衬底上发生反应来形成，所述衬底例如为蓝宝石晶片。通常，在氮化镓及相关化合物的沉积过程中，晶片保持在1000-1100° C级的温度中。

可在稍有差异的反应条件下、例如增加其它III族或V族元素以改变晶体结构和半导体带隙，通过在晶片表面连续沉积多层来制成复合装置。例如，在基于氮化镓的半导体中，可以按不同比例使用铟或铝，或同时使用二者来改变半导体的带隙。另外，可增加p类或n类掺杂物以控制每一层的导电率。在半导体的全部层都形成之后、通常在进行了适当的电接触后，晶片被切割成单个装置。如光发射二极管（LED）、激光和光学电子装置的设备都可使用这种方式制成。

在典型的化学气相沉积加工中，将多个晶片固定在通常称作晶片载体的装置上，以使每个晶片的顶部表面在晶片载体的顶部表面暴露开来。接着，将晶片载体置入反应室中，并保持在理想温度，同时气体混合物流经晶片载体的上方。在加工时，重要的是使载体上各晶片的顶部表面的所有点都保持均一的反应条件。反应气体的成分或晶片表面温度的微小改变都会导致所制得半导体设备的特性产生不想要的变化。例如，如果是氮化铟镓层沉积，则晶片表面温度的改变将导致沉积层的成分与带隙产生变化。由于铟具有相对高的蒸气压，因此，沉积层将具有较低比例的铟，且晶片上表面温度较高的区域将具有更大的带隙。如果沉积层为具有LED结构的活性发光层，则来自晶片的LED发射波长也将有所改变。因此，在保持均一条件的问题上，现有技术中已作出了相当的努力。

行业中已广泛使用的一种类型的CVD装置使用带有多个晶片固定区域的大圆盘形式的晶片载体，每个区域适于固定一个晶片。该晶片载体固定在反应室内的主轴上，以使得其上载有晶片暴露面的晶片载体的顶部表面朝上，面对气体分配元件。当所述主轴旋转时，气体直接向下到达晶片载体的上表面，并经该上表面流向晶片载体的边缘。所用气体通过设置在晶片载体下方的端口从反应室中排出。晶片载体通过加热元件保持在理想高温，所述加热元件通常为设置在晶片载体底部表面下方的电阻加热元件。这些加热元件保持在高于晶片表面理想温度的温度，其中气体分配元件通常保持在远低于理想反应温度的温度，以防止气体过早发生反应。因此，热量从加热元件传递至晶片载体的底部表面，并通过晶片载体向上流至单个晶片。

尽管现有技术中已作出相当的努力来设计这类系统的优化形式，然而仍需求进一步的改进。具体地，需要提供沿每个晶片表面更均匀的温度。

发明内容

本发明的一个方面是，提供加工晶片的方法。理想的方法包括将一个或多个晶片固定在载体上的步骤，以使得每个晶片的底部表面直接面对载体的一个表面，同时相互面对的表面之间形成有间隔，从而每个晶片的顶部表面是暴露的。所述方法优选地进一步包括通过从载体穿过间隔的热传递至少部分地加热晶片的步骤，在该加热步骤中，对晶片的暴露的上表面施以加工气体。最优选地，所述方法进一步包括在所述施加气体步骤时改变分布于间隔中的填充气体的导热率。例如，可在所述施加气体步骤向间隔内输入填充气体，且可在施以加工气体步骤时改变所供给的填充气体的流速、填充气体的成分或同时改变二者。如以下详细描述的，填充气体导热率的改变可使晶片表面温度的变化最小化。可响应对晶片温度分布的监测而进行改变填充气体导热率的步骤。