[发明专利]键控晶片载体

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是于2012年3月20日提交的美国专利申请NO.13/424,821的在后申请，其全部内容通过引用在此并入本文。

技术领域

本发明涉及晶片处理装置，用于这种处理装置的晶片载体，以及处理晶片的方法。

背景技术

许多半导体器件通过在基板上所执行的工艺而形成。该基板典型地为晶体材料的板，通常称为“晶片”。典型地，晶片是通过生长成大晶体并且将该晶体切成盘状而形成。一种在这样的晶片上所执行的常见处理就是磊晶成长。

例如，由复合半导体，例如III-V半导体所形成的装置典型地通过使用金属有机化学气相沉积法或者说“MOCVD”来生长复合半导体的连续层而形成。在这种处理中，晶片暴露在组合的气体中，其典型地包括作为第III主族金属的源的金属有机化合物，并且还包括第V主族元素的源，它们在晶片维持在高温时流过晶片的表面。典型地，金属有机化合物和第V主族的源与不明显参加反应的载气(例如氮)相结合。III-V半导体的一个例子是氮化镓，其可以由有机镓化合物和氨在具有合适的晶格间距的基材(例如蓝宝石晶片)上反应而形成。典型地，在氮化镓和相关化合物的沉积过程中，晶片维持在500至1100℃数量级的温度。

可以通过在稍微不同的反应条件下在晶片的表面上连续沉积许多层从而制造复合器件，例如，加入其他第III主族或第V主族元素以改变半导体的晶体结构和能带隙。例如，在基于氮化镓的半导体上，可使用不同比例的铟、铝或者两者以改变半导体的能带隙。而且，可添加p-型和n-型掺杂剂以控制每一层的电导率。在形成了所有的半导体层之后，以及典型地，在进行了合适的电接触之后，将晶片切割成单独的器件。可以这种方式来制造例如发光二极管(LED)、激光这样的器件以及其他电子器件和光电器件。

在典型的化学气相沉积处理中，多个晶片保持在通常被称为晶片载体的部件上，使得每个晶片的顶表面暴露在晶片载体的顶表面上。随后将晶片载体放入反应室，并且在气体混合物流过晶片载体的表面时晶片载体保持在所需的温度。在处理期间，在载体上的不同晶片的顶表面上的所有点处维持均匀条件非常重要。反应气体的组成和晶片表面的温度的微小变化会导致不需要的所得到半导体器件的性能变化。

例如，如果沉积了氮化镓铟层，晶片表面温度的变化或者反应气体浓度的变化会导致沉积层的成分和能带隙的变化。因为铟具有相对高的蒸汽压，所以在晶片的表面温度较高的区域中，沉积层中的铟的比例较低并且能带隙较大。如果沉积层是LED结构的活性发光层，则该晶片所形成的LED的发光波长也会变化。因此，迄今为止在现有技术中，为了维持均匀的条件已经付出了相当大的努力。

在工业中被广泛接受的一种类型的CVD装置使用的大盘状形式的具有多个晶片保持区域的晶片载体，每个晶片保持区域适于保持一个晶片。晶片载体可释放地支撑在反应室内的主轴上，使得具有晶片的暴露表面的晶片载体的顶表面向上面向气体分布元件。当主轴旋转时，气体被向下引导到晶片载体的顶表面，并且流经顶表面，流向晶片载体的外围。使用后的气体通过排气口而排出反应室，排出口设置在晶片载体下方并且围绕着主轴的轴线分布，例如靠近反应室的外围。

使用加热元件来将晶片载体保持在所需的高温，所述加热元件典型地为设置在晶片载体的底表面之下的电阻加热元件。将这些加热元件的温度保持在高于所需的晶片表面的温度，然而气体分布元件的温度典型地维持在远低于所需的反应温度，从而防止气体过早反应。因此，热量从加热元件传递到晶片载体的底表面，并且向上流动经过晶片载体而到单个的晶片。

如美国专利6,506,252的某些实施例所述，主轴在其顶端可具有锥形的接触表面，并且晶片载体可具有锥形的接触面，该接触面位于从晶片载体的底表面延伸进入晶片载体的凹部内。主轴和晶片载体的锥形接触面构造成当把晶片载体装配在主轴上时这两者之间具有面接触。主轴的锥形接触面和晶片载体的锥形接触面之间的面接触的几何中心典型地设置在晶片载体的重心之上，使得当主轴旋转时晶片载体倾向于保持为位于主轴上。可容易地从主轴上移走晶片载体，并且替换成携带有待处理的新晶片的新的晶片载体。

CVD反应器的部件的设计很难。这样的部件必须忍受极端的温度变化(例如在室温和1000℃之间)，其必须是可替换的，能够以合理的成本生产，并且不会污染晶片。而且，机器人设备必须能够相对容易地将晶片载体放置在主轴上。虽然至今为止已经在本领域付出了相当大的努力以最优化这种系统，但是仍然期待进一步的改进。

发明内容