專利名稱：通過晶片承載器溫度偏置來改變晶片表面溫度的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
均勻的加熱對于包括應(yīng)用到諸如基于Si或GaN的晶片之類的薄襯底的化學汽相沉積工藝的很多工業(yè)應(yīng)用是重要的。在一些化學汽相沉積系統(tǒng)中，通常將一個或多個晶片襯底放置在包含具有一個或多個晶片間隔室或晶片凹室的晶片承載器的反應(yīng)器中。然后將晶片承載器和晶片襯底在反應(yīng)器中加熱，并經(jīng)受在襯底表面附近反應(yīng)的諸氣體。這種反應(yīng)導(dǎo)致薄的外延材料層在晶片襯底的表面上生長，在其上形成理想的晶體結(jié)構(gòu)。所得的經(jīng)加工處理的晶片可用于諸如集成電路和發(fā)光二級管之類的成品的生產(chǎn)。
在所處理的晶片上生長的各層中成分均勻性對有效的晶片生長是重要的。例如，一些現(xiàn)有的襯底加工處理系統(tǒng)在晶片襯底和晶片承載器之間的邊緣接觸面處具有邊緣效應(yīng)。通?？稍诰休d器中晶片襯底的邊緣相對于晶片襯底的其余部分的不均勻加熱后觀察到邊緣效應(yīng)。不利的是，邊緣效應(yīng)不僅導(dǎo)致晶片上的外延生長層的不均勻的沉積，還導(dǎo)致進入部分晶片的雜質(zhì)的遷移，甚至，在某些情況下，晶片彎曲成“炸土豆片”的形狀。這可導(dǎo)致降低的晶片成品率、降低的晶片質(zhì)量以及所處理的晶片中缺陷和裂紋的增加。
這對于采用諸如In、As、P、Mg、Te、Se、S和Zn等更易揮發(fā)的成分的沉積工藝尤其真確。這些更易揮發(fā)成分在用于在襯底晶片上生長外延層的溫度下具有相當大的蒸氣壓，并且在晶片襯底的區(qū)域上稍微不同的溫度處具有稍微不同的氣相平衡。因此，由于晶片襯底的不均勻的加熱，可發(fā)生從晶片的一個區(qū)域到另一個區(qū)域的質(zhì)量的轉(zhuǎn)移。具體地，當氣流從晶片上較熱的區(qū)域移動到稍微較涼的區(qū)域時，較熱的區(qū)域中的氣相，與平衡相比，會變濃，并導(dǎo)致質(zhì)量從晶片的一個區(qū)域轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)域，從而導(dǎo)致某些區(qū)域中(但不是在其它的區(qū)域中)布置于晶片表面上的固相中的易揮發(fā)種類的成分不對稱的增加。這種質(zhì)量從較熱區(qū)域向較涼區(qū)域轉(zhuǎn)移可導(dǎo)致成分的不均勻性，尤其是對于含有In的襯底材料。

發(fā)明內(nèi)容
所需要的是一種用于均勻地加熱晶片襯底的系統(tǒng)和方法，它允許熱均勻地傳導(dǎo)到晶片承載器上晶片的所有的部分而減小質(zhì)量轉(zhuǎn)移邊緣效應(yīng)。
在一方面，提供了一種晶片承載器，包括晶片承載器結(jié)構(gòu)；由晶片承載器結(jié)構(gòu)的第一材料形成的第一表面，第一表面包括多個嵌入的晶片間隔室；與晶片承載器結(jié)構(gòu)上的第一表面相對設(shè)置的第二表面，第二表面包括與第一材料接合的第二材料，第二材料不同于第一材料；以及，第二材料基本覆蓋除與第一表面上的多個嵌入晶片間隔室基本相對的第二表面的區(qū)域外的全部的第二表面。
在一方面，提供了一種晶片承載器，包括晶片承載器結(jié)構(gòu)，在其中具有晶片間隔室的第一圖案的第一表面，第一表面由晶片承載器結(jié)構(gòu)的第一材料形成；以及，與晶片承載器結(jié)構(gòu)上的第一表面相對設(shè)置的第二表面，第二表面具有設(shè)置于其中的第二材料的第二圖案，其中，第二材料的第二圖案基本是晶片間隔室的第一圖案的凹凸反相。
在另一方面，公開了一種化學汽相沉積反應(yīng)器，包括反應(yīng)器室，反應(yīng)器室包括一組限定室的內(nèi)部和外部的室壁、頂部和底部；設(shè)置在反應(yīng)器室內(nèi)用于從至少一個外部氣體源向反應(yīng)器室提供氣體的氣體蓋；設(shè)置在反應(yīng)器室內(nèi)的加熱元件；設(shè)置在基座上的晶片承載器，包括具有其中晶片間隔室的第一圖案的第一表面，第一表面由第一材料形成，第二表面與第一表面相對設(shè)置，第二表面具有設(shè)置于其中的嵌入的第二材料的第二圖案，其中嵌入的第二材料的第二圖案基本是晶片間隔室的第一圖案的凹凸反相；以及，支座，其上加熱元件、基座和晶片承載器設(shè)置在室的內(nèi)部。
在另一方面，提供了一種加熱晶片以在其上沉積外延層的的方法，包括一種在整個晶片承載器上均勻地分配熱的方法，該方法包括將多個晶片放置在設(shè)置在晶片承載器頂部的晶片間隔室的第一圖案中；將晶片承載器設(shè)置在基座上以向晶片承載器輻射熱，使得晶片承載器的底面與基座相通，其中，基座的底部包括在基本與第一圖案相反的第二圖案中嵌入的輻射材料；以及，經(jīng)由加熱元件加熱基座，使得基座將熱傳送到晶片承載器的底面上。
在一方面，公開了一種晶片承載器，包括一種限定相對方向的第一和第二表面的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括晶片接收區(qū)和中間區(qū)，該結(jié)構(gòu)適于在晶片接收區(qū)的第一表面上接收晶片，中間區(qū)在第一和第二表面之間的熱導(dǎo)率比晶片接收區(qū)的第一和第二表面之間的熱導(dǎo)率低，其中，該結(jié)構(gòu)在中間區(qū)中至少包括兩個單元，在它們之間限定了一個熱界面。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的化學汽相沉積反應(yīng)器的橫截面示意圖。
圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的多襯底晶片承載器的示意性橫截面圖。
圖3A示出本發(fā)明的多晶片承載器的一個實施例的示意性橫截面圖。
圖3B示出被分為沒有晶片間隔室的區(qū)域和具有晶片間隔室的區(qū)域的、圖3A的多晶片承載器的單一主體的一個實施例。
圖4示出包括雙層嵌入界面材料的本發(fā)明多晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖。
圖5示出包括三層嵌入界面材料的本發(fā)明多晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖。
圖6示出包括單層嵌入界面材料的本發(fā)明單晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖。
圖7示出包括單層中間的嵌入界面材料和修改的晶片間隔室的本發(fā)明單晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖。
圖8A示出包括單層嵌入的界面材料、經(jīng)修改的晶片間隔室以及用于將晶片保持在適當位置的徑向臺階的本發(fā)明單晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖。
圖8B示出圖8A所示的本發(fā)明單晶片承載器的一個實施例的俯視圖。
圖9A示出包括單層嵌入界面材料、經(jīng)修改的晶片間隔室以及用于將晶片保持在適當位置的支柱的本發(fā)明單晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖。
圖9B示出圖9A所示的本發(fā)明單個承載器的一個實施例的俯視圖。
圖10A示出如圖3所示的本發(fā)明多晶片承載器一個實施例的俯視立體圖。
圖10B示出如圖3所示的本發(fā)明多晶片承載器的一個實施例的仰視立體圖。
圖11A示出包括兩圈晶片間隔室的本發(fā)明多晶片承載器的一個實施例的俯視立體圖。
圖11B示出包括兩圈晶片間隔室的本發(fā)明多晶片承載器的一個實施例的仰視立體圖。
具體實施例方式
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可通過調(diào)節(jié)形成晶片承載器結(jié)構(gòu)的材料之間的界面的數(shù)量來明顯的改善晶片加熱均勻性，從而使晶片承載器和晶片之間的界面(邊緣效應(yīng)經(jīng)常發(fā)生的地方)被晶片承載器自身內(nèi)無晶片間隔室的晶片承載器區(qū)域中、第一晶片承載器材料和第二晶片承載器材料之間的附加的界面被抵銷。
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的化學汽相沉積反應(yīng)器的簡化的橫截面示意圖。反應(yīng)器室100由室頂105、室壁110、室底115以及室蓋或凸緣120限定。將蓋或凸緣120耦合到一種或多種氣體125源，氣體125經(jīng)由蓋或凸緣120進入室100、以參與或幫助在置于晶片承載器130中一個或多個晶片間隔室135內(nèi)的一個或多個晶片襯底140上或附近的反應(yīng)，其中，晶片襯底140沿晶片間隔室135的表面形成晶片-承載器界面145。晶片承載器130一般直接地位于基座150的頂部，或者經(jīng)由一個或多個晶片承載器調(diào)整片155固定在基座上?；?50通過一個或多個加熱元件160來加熱，加熱元件160由本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知類型的加熱元件控制電路165來控制和/或監(jiān)視。臨近加熱元件且通常在加熱元件之下的是熱屏蔽170。
將晶片襯底140、晶片承載器130和基座150保持在主軸180上。在旋轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器中，主軸180通過發(fā)動機系統(tǒng)185以相對于反應(yīng)室100的中心軸(α)的旋轉(zhuǎn)速度(β)旋轉(zhuǎn)。氣體經(jīng)由排氣通道190排離反應(yīng)器。
圖2示出用于圖1類型的反應(yīng)器的的現(xiàn)有技術(shù)的多晶片承載器的簡化示意性橫截面圖。晶片承載器的尺寸并不按比例的，但使承載器的各個單元清楚示出。因此，晶片承載器130包括頂面200和底面210。在晶片承載器的頂面200上，設(shè)置了一個或多個晶片間隔室135，其中放置了一個或多個晶片140從而使晶片-承載器界面145形成于晶片間隔室135中晶片140和晶片承載器130的材料之間的邊界上。
晶片承載器包括(1)有晶片間隔室的那些區(qū)域，以及(2)無晶片間隔室的那些區(qū)域。在無晶片承載器的區(qū)域，被繪制成垂直于晶片承載器130的第一表面200和第二表面210而與晶片承載器交叉的第一垂直線222沒有與任何其它材料的界面。然而，在晶片承載器中有晶片的諸區(qū)域中，第二垂直交叉線225顯示出在晶片間隔室135中晶片140自身和晶片承載器130之間的界面145。因此，在有晶片間隔室的區(qū)域中要比無這種晶片間隔室的區(qū)域中有更多的界面，結(jié)果，認為熱量的熱導(dǎo)率在每一個所形成的區(qū)域中是不同的。
圖3A示出本發(fā)明的多個晶片承載器的一個實施例的示意性橫截面圖。經(jīng)修改的晶片承載器300在一個或多個晶片間隔室335中固定一個或多個晶片340。在晶片間隔室335中晶片340和晶片承載器300之間形成界面345。經(jīng)修改的晶片承載器300可直接放置或經(jīng)過承載器調(diào)整片310放置在諸如但不限于圖1的反應(yīng)室之類的化學氣象反應(yīng)室中的基座上或中。
經(jīng)修改的晶片承載器300包括頂面360和底面365，而使晶片間隔室335和晶片340處在頂面360中。
然而，將晶片承載器300的底面修改成包括與晶片承載器材料不同材料的嵌入的區(qū)域350(盡管也可采用相同晶片承載器材料的兩個單元之間的界面，但與晶片承載器材料不同的材料是較佳的)。嵌入?yún)^(qū)350嵌入于晶片承載器300的底面365中以使它們形成嵌入圖案(第二圖案)，該圖案基本是形成于晶片承載器300的頂面360上的晶片間隔室335的圖案(第一圖案)的凹凸反相。第一圖案和第二圖案詳細地示于以下的圖9A和圖9B中。作為與圖9A和9B的關(guān)系，圖3所示的橫截面是如由圖9A和9B所示的交叉線(Y)所示的晶片承載器的橫截面。
嵌入?yún)^(qū)350較佳地經(jīng)由螺旋擰緊、焊接或其它工藝永久地固定到晶片承載器300以在嵌入的區(qū)域350和晶片承載器300之間、尤其是在無晶片間隔室的晶片承載器的區(qū)域中形成永久界面355。在一個實施例中，將嵌入?yún)^(qū)域350經(jīng)由通過晶片承載器中穿過嵌入?yún)^(qū)中的螺紋孔的埋頭螺釘擰緊到晶片承載器300上。該界面355有利地在嵌入?yún)^(qū)350和晶片承載器300之間無晶片間隔室335的晶片承載器300的某些區(qū)域中形成傳導(dǎo)障礙。
在一個實施例中，晶片承載器300較佳地由包括具有玻璃態(tài)表面涂層的石墨(包括，例如，薄的非多孔表面涂層以密封約12％的石墨多孔性)的第一材料形成。用作晶片承載器中的嵌入材料350的第二材料較佳地是鉬或其合金。一般而言，晶片承載器300的所有的組分和第二材料350可以是任何數(shù)量的材料，包括但不限于沒有涂層或具有諸如SiC、熱解石墨、FABMATE(POCO GRAPHITE的商標)之類的不同的表面涂層的石墨；諸如SiC、AlN、Al2O3(較佳地如通過熱壓或CVD工藝獲得的)之類的體陶瓷；或者諸如鉬、鎢TZM(ADVANCEDMATERIALS AND DESIGN公司的商標)之類的高熔點材料；或者有或沒有表面涂層的任何它們的合金或復(fù)合材料。
可將晶片承載器300看作相對方向的第一表面360和第二表面365。此外，可將晶片承載器看成分為晶片接收區(qū)330和中間區(qū)320。晶片接收區(qū)330包括晶片承載器中包括第一表面360上的晶片間隔室335的那些部分，從而使晶片承載器的結(jié)構(gòu)可適合于在晶片接收區(qū)330中的第一表面360上接收晶片340。
中間區(qū)320包括無晶片間隔室335的晶片承載器的諸部分。中間區(qū)320有利地在第一表面360和第二表面365之間的區(qū)域中具有比晶片接收區(qū)330的第一和第二表面之間的熱導(dǎo)率低的熱導(dǎo)率。可將導(dǎo)率定義為阻率的倒數(shù)，例如可測量為電流和電壓的比(I/E)。
中間區(qū)320可包括由不同材料形成的嵌入?yún)^(qū)350，以在中間區(qū)中形成與形成晶片承載器的材料的界面，而使至少兩個單元(嵌入?yún)^(qū)和晶片承載器自身)在中間區(qū)中限定至少一個熱界面?；蛘撸虚g區(qū)320可由夾層區(qū)(例如，見圖4和5)形成，它在中間區(qū)中形成在上面和下面都與形成晶片承載器的材料的界面。結(jié)果，晶片承載器的熱導(dǎo)率在兩個不同的區(qū)域之間基本相等。因此，在無晶片承載器的區(qū)域(中間區(qū)320)，穿過晶片承載器繪制的垂直于晶片承載器300的第一表面360和第二表面365的第一垂直線322具有與嵌入材料350的至少一個界面。在晶片承載器中無晶片的區(qū)域(晶片承載區(qū)330)，第二垂直線325顯示出在晶片間隔室335中晶片340自身和晶片承載器300之間的晶片-晶片承載器界面345。
圖3B示出分為無晶片間隔室的區(qū)域和有晶片間隔室的區(qū)域的、圖3A的多晶片承載器300的單一主體305的一個實施例。較佳地，晶片承載器300的主體由限定了晶片承載器的第一表面360和第二表面365的單一主體305形成。主體305較佳地延伸進入中間(非晶片-承載器)區(qū)320，從而使在中間區(qū)320中所形成的熱界面的兩個單元中的一個是單一主體，而另一個單元是嵌入或中間材料350。類似地，單一主體較佳地在中間區(qū)320中限定第一表面360、以及在晶片承載區(qū)330中的第二表面365。
圖4示出包括界面材料的中間層的本發(fā)明多晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖。在該實施例中，晶片承載器400包括晶片承載器調(diào)整片410、無晶片間隔室435的一組第一區(qū)(中間區(qū))420以及有晶片間隔室435的一組第二區(qū)(晶片接收區(qū))430。如以上，晶片襯底440放置在晶片承載器400中的晶片間隔室435中，形成晶片-晶片承載器界面445。晶片承載器包括頂面460和底面465。在底面上，如同前面的實施例一樣，提供有嵌入材料450并且嵌入材料450形成與晶片承載器400的界面455，同時在晶片承載器400的中間區(qū)420中形成與底面465的平坦表面。
在該實施例中，不含有晶片間隔室的晶片承載器的區(qū)域中的嵌入物由多層材料組成。第一嵌入材料450和第二嵌入材料470都嵌入在晶片承載器400的底面465的區(qū)域中。結(jié)果，第一界面455形成于第一嵌入材料450和晶片承載器400之間，而第二界面475形成于第一嵌入材料450和第二嵌入材料470之間。
將第一嵌入材料450和第二嵌入材料470再次主要地放置在不含有晶片間隔室420的晶片承載器的區(qū)域?；蛘?，第一嵌入材料450和第二嵌入材料470嵌入地放置在晶片承載器的、呈基本是晶片承載器400的頂面460上的晶片間隔室435的圖案的凹凸反相的圖案的底面465上，例如，如圖9A和9B的凹凸反相圖案所示。在晶片承載區(qū)430，主晶片承載器材料490至少形成部分晶片承載器的底面。
此外，第一嵌入材料450和第二嵌入材料470較佳的是不同的材料，或者在化學成分、合金百分比方面不同或者它們是類似的成分但具有不同的濃度、相對金屬百分比或重量?；蛘?，它們可以是相同的材料但在兩個單元之間具有材料界面。不同的材料和多界面455和475導(dǎo)致在無晶片間隔室的晶片承載器的的區(qū)域中熱導(dǎo)率的相對減小，這可減少放置在晶片承載器中的晶片的特定區(qū)域的邊緣效應(yīng)、過熱或加熱不足。
圖5示出包括三層嵌入界面材料的本發(fā)明多晶片承載器的一幅簡化示意性橫截面圖。在該示例中，第三層嵌入材料放置在晶片承載器的底面的區(qū)域中，形成基本是晶片承載器的頂面上的晶片間隔室的圖案的凹凸反相的圖案。
第三材料580形成第三材料界面585。第三材料580可不同于晶片承載器500的材料、第一嵌入材料550和第二嵌入材料570，或者第三材料580可與其它材料中的一種相同，只要所得界面555、575和585在每一個材料界面處的材料之間各自形成不連續(xù)(無論界面在不同的材料之間還是在相同的材料之間)。此外，材料層中的每一層可以是不同的圖案，使得未必要所有的嵌入材料層都必須是晶片承載器的頂面上的晶片間隔室的圖案的精確的凹凸反相的圖案。
此外，盡管晶片承載器500的底面565上的嵌入材料550、570和/或580一般在無晶片間隔室的第一區(qū)520中，但它們未必精確地位于第一區(qū)520內(nèi)。例如，第一嵌入材料550具有與晶片承載器第一區(qū)520但不是第二區(qū)530的界面。第二嵌入材料570具有與晶片承載器的小于第一區(qū)520的全部且沒有第二區(qū)530的界面，而第三嵌入材料580具有與晶片承載器全部的第一區(qū)520和一小部分第二區(qū)530的界面。如此，嵌入材料基本位于第一區(qū)內(nèi)以及第二區(qū)外，但各自的邊界可以變化同時保持有利的均勻的加熱特性。因此，例如，嵌入材料可基本覆蓋第一區(qū)，即使它一般不覆蓋第一區(qū)的邊緣約2-4mm，在這里熱梯度和主體材料性質(zhì)會形成干擾因此，對于2至6英寸(50.8mm至152.4mm)晶片，嵌入材料在第一區(qū)上的重疊較佳地是約2-4mm范圍(對于2英寸(50.8mm)晶片約2mm，而對于6英寸(152.4mm)晶片約4mm)。
或者，正如底面565上的嵌入圖案采取晶片承載器的頂面560的上的晶片間隔室534的圖案的凹凸反相，這些圖案未必是互為精確的凹凸反相，但可相對于彼此改變約例如在一個實施例中5％-10％或更多，或者，例如在另一個實施例中多至10％-25％。在晶片承載區(qū)530，主晶片承載器材料590至少形成部分晶片承載器的底面565。
圖6示出包括單層嵌入材料的本發(fā)明的單晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖。經(jīng)修改的單晶片承載器600包括晶片承載器調(diào)整片610、頂面620和底面630。頂面620包括嵌入于其中的晶片間隔室635，而嵌入材料650在底面630中。嵌入材料650形成嵌入材料-晶片承載器界面655。因此，晶片640在放置到晶片間隔室635中時在晶片材料和晶片承載器材料之間形成晶片-晶片承載器界面645。
圖7示出包括單層中間嵌入材料還包括經(jīng)修改的晶片間隔室的本發(fā)明單晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖。經(jīng)修改的單晶片承載器700包括頂面720、底面730以及嵌入于頂面720而鄰近晶片承載器700的頂面的外邊緣上的任選的晶片承載器調(diào)整片710的晶片間隔室。晶片間隔室735形成修改的凹形底部間隙745以代替材料-材料界面進一步調(diào)節(jié)從晶片承載器到放置于其中的晶片740的熱傳遞。在底面730處，中間嵌入材料嵌入于其中。在該實施例中，中間嵌入材料嵌入于晶片承載器700中且不與晶片承載器700的底面730接觸。此外，中間嵌入材料750形成兩個嵌入材料-晶片承載器界面755和760。
因此，晶片740在放置在晶片間隔室735中時不再在晶片材料和晶片承載器材料之間形成晶片-晶片承載器界面，而是僅在晶片740和晶片間隔室735的凹形表面之間形成間隙745。
圖8A示出本發(fā)明的單晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖，包括單層嵌入的界面材料、經(jīng)修改的晶片間隔室以及用于將晶片保持在適當位置并用于將置于其中的晶片保持成形成晶片間隔室835的外緣的“桌子”構(gòu)型的徑向臺階。經(jīng)修改的單晶片承載器800包括晶片調(diào)整片810頂面820和底面830。晶片間隔室835嵌入于頂面820中。晶片間隔室835具有修改的直線縱深底部間隙845以進一步調(diào)節(jié)從晶片承載器到置于其中的晶片840的熱傳遞，并包括從晶片間隔室835的邊緣延伸的臺階870以保持置于其中的晶片840。嵌入材料850如上所述地以頂面上的晶片間隔室835的圖案的凹凸反相圖案嵌入于底面830中。嵌入材料850形成嵌入材料-晶片承載器界面855。因此，晶片840在置于晶片間隔室中時位于臺階870上、并不再在晶片材料和晶片承載器材料之間形成晶片-晶片承載器界面，因為底部間隙845在其中形成空氣間隔。臺階870較佳地在晶片間隔室835的內(nèi)徑周圍形成外緣，即，在一個實施例中，相對于間隔室835寬度約是1-2mm深度約是10-200μm。
圖8B示出圖8A所示的本發(fā)明的單晶片承載器的一個實施例的俯視圖，且臺階870沿經(jīng)修改的晶片承載器的內(nèi)徑形成外緣。晶片承載器800包括晶片承載器800的底面820(見圖8A)上的材料的嵌入?yún)^(qū)850。晶片840放置在晶片間隔室835中，在其中它位于臺階870上。雖然在圖8A和8B中臺階870示為連續(xù)的，但它可以不連續(xù)且還可在沿晶片間隔室835的內(nèi)徑的某些位置處呈現(xiàn)為調(diào)整片。
圖9A示出本發(fā)明單晶片承載器的一個實施例的一幅示意性橫截面圖，包括單層嵌入的界面材料、經(jīng)修改的晶片間隔室以及用于將晶片保持在適當位置并用于將置于其中的晶片保持成“桌子”構(gòu)型的多個支柱。經(jīng)修改的單晶片承載器900包括晶片調(diào)整器910、頂面920和底面930。晶片間隔室935嵌入于頂面920中。晶片間隔室935具有修改的直線縱深底部間隙945以進一步調(diào)節(jié)從晶片承載器到置于其中的晶片940的熱傳遞，并包括從底部間隙945延伸的多個支柱970、以保持置于其中的晶片940。嵌入材料950，如上所述，以頂面上的晶片間隔室935的圖案的凹凸反相圖案嵌入于底面930中。嵌入材料950形成嵌入材料-晶片承載器界面955。因此，晶片940在放置于晶片間隔室935中時位于支柱970上并不再在晶片材料和晶片承載器材料之間形成晶片-晶片承載器界面，因為底部間隙945在其中形成空氣間隔。
圖9B示出圖9A所示的本發(fā)明單晶片承載器的一個實施例的俯視圖，且三角形圖案的三個支柱在經(jīng)修改的晶片承載器中保持晶片。晶片承載器900包括晶片承載器900的底面920(見圖9A)上的材料的嵌入?yún)^(qū)950。將晶片940放置在晶片間隔室935中，在其中它位于一組支柱970上。
圖10A示出如圖3所示的本發(fā)明多晶片承載器300的一個實施例的俯視立體圖。圖3A的晶片承載器230包括晶片承載器300的頂面360上的晶片間隔室335的第一圖案330，它由中間區(qū)320的第二圖案圍繞。底面示于圖10B中。雖然每一個晶片間隔室將保持一個晶片340，但將一些間隔室335示為空的以便示出在晶片不存在時晶片承載器主體305的結(jié)構(gòu)(參見圖3B)。每一個晶片340位于各自的晶片間隔室335中使得晶片340較佳地基本嵌入晶片承載器的頂面360并與晶片承載器的頂面360齊平，盡管它們不必如此。在圖3中可看到由諸如圖10A中所示的晶片承載器的交叉線(γ)所示的橫截面。
圖10B示出如圖3和10A所示的本發(fā)明多晶片承載器的一個實施例的仰視立體圖，其中中間區(qū)320的第二圖案在底面365上，它基本是晶片承載器330的頂面360上的晶片間隔室區(qū)330的第一圖案的凹凸反相。第二圖案320以嵌入材料350來填充，其中嵌入材料350較佳地不同于形成晶片承載器300的單一主體的材料。非第二圖案320部分的那些區(qū)域穿過嵌入材料以形成由與晶片承載器300其余的單一主體相同的材料所形成的、與第一晶片承載區(qū)圖案320的圖案基本類似的圖案(盡管它不必等同)的齊平表面。第三圖案的邊緣和邊界可不同于第一圖案約10％-25％。在圖3中可看到由諸如圖10B中所示的晶片承載器的交叉線(γ)所示的橫截面?？深A(yù)知其它圖案，諸如晶片間隔室、單晶片間隔室的對稱或不對稱的組合，且還可預(yù)期有晶片間隔室區(qū)與合并有多個其中圓形或非圓形晶片間隔室區(qū)的非晶片間隔室區(qū)的嵌花形式，以及其它設(shè)計。
例如，圖11A示出包括用于較大的化學汽相沉積系統(tǒng)的、兩圈晶片間隔室的本發(fā)明多晶片承載器的一個實施例的俯視立體圖。晶片承載器1100包括頂面1160和底面1165，其中頂面1160包括多個晶片間隔室1130以及包括在晶片間隔室1130之間和周圍的頂面1160的部分的中間區(qū)1120。晶片間隔室1130有利地用晶片1140填充。此外，多個晶片間隔室1130在晶片承載器的頂面1160上形成第一圈1142和第二圈1144。在該實施例中，第一圈是包括14個晶片間隔室的外圈，而第二圈是包括7個晶片間隔室的內(nèi)圈，其中每一個晶片間隔室約是2英寸(50.8mm)較佳。然而，晶片間隔室的圖案是靈活的包括三個圈-例如分別是21、14和7個晶片間隔室的外圈、中圈和內(nèi)圈-的較大的晶片承載器同樣適用于較大的化學汽相沉積系統(tǒng)，而其它的圖形取決于實現(xiàn)晶片承載器的系統(tǒng)。
圖11B示出如圖11A所示的包括兩圈晶片間隔室的本發(fā)明多晶片承載器的一個實施例的仰視立體圖。它從圖11A的相反的角度來示出晶片承載器1100，以使底面1165是可見的而頂面1160(參見圖11A)是不可見的。底面1165上的中間區(qū)1120的圖案基本是晶片承載器1130的頂面1160上的晶片間隔室區(qū)1130的第一圖案的凹凸反相。第二圖案1120用嵌入材料填充，其中嵌入材料較佳地(盡管一般并不要求)不同于形成晶片承載器的主體的材料。非第二圖案1120的部分的那些區(qū)域穿過嵌入材料以形成較佳地由與晶片承載器1100其余的主體相同的材料所形成的與晶片承載器1100的頂面1160上的晶片間隔室1130的圖案基本類似的圖案的齊平表面1150。具體地，齊平表面1150形成包括晶片承載器的底面1165上的第一圈1152和第二圈1154的圖案，該圖案幾近是晶片承載器的頂面1160上的晶片間隔室的第一圈1142和第二圈1144的圖案的鏡像。
正如由此處所示的各種設(shè)計可看到的那樣，晶片承載器和晶片間隔室的幾何圖形可在不背離所描述的發(fā)明概念的情況下對尺寸、形狀和材料作改變，而多種晶片間隔室圖形可用于同一晶片承載器上。
雖然這里參照特定的實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解這些實施例僅僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的說明。因此，應(yīng)該理解可對說明性的實施例進行眾多的修改，且還可在不背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下設(shè)想其它的配置方案。
權(quán)利要求
1.一種晶片承載器，包括晶片承載器結(jié)構(gòu)；由所述晶片承載器結(jié)構(gòu)的第一材料形成的第一表面，所述第一表面包括多個嵌入的晶片間隔室；與所述晶片承載器結(jié)構(gòu)上的所述第一表面相對設(shè)置的第二表面，所述第二表面包括與所述第一材料接合的第二材料層；以及，所述第二材料基本覆蓋除所述第二表面中基本與所述第一表面上的所述多個嵌入的晶片間隔室相對的區(qū)域外的全部的所述第二表面。
2.如權(quán)利要求1所述的晶片承載器，其特征在于，所述第一材料基本覆蓋所述第二表面中基本與所述第一表面上的所述多個嵌入的晶片間隔室相對的全部所述區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的晶片承載器，其特征在于，所述第一材料選自具有或不具有表面涂層的石墨、SiC、AlN、Al2O3、鉬、鎢以及它們的混合物或合金中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求3所述的晶片承載器，其特征在于，所述第二材料選自具有或不具有表面涂層的石墨、SiC、AlN、Al2O3、鉬、鎢以及它們的混合物或合金中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求1所述的晶片承載器，其特征在于，所述第二表面是平坦的，所述第一表面除所述嵌入晶片間隔室外是平坦的，而所述嵌入晶片間隔室包括用于將晶片安置于其上的臺階式外緣。
6.如權(quán)利要求1所述的晶片承載器，其特征在于，所述第二材料由多層材料形成，它們中的至少一層不同于所述第一材料。
7.一種晶片承載器，包括晶片承載器結(jié)構(gòu)；其中具有晶片間隔室的第一圖案的第一表面，所述第一表面由所述晶片承載器結(jié)構(gòu)的第一材料形成；以及，與所述晶片承載器結(jié)構(gòu)上的所述第一表面相對設(shè)置的第二表面，所述第二表面中設(shè)置有第二材料的第二圖案，其中所述第二材料的第二圖案基本是所述晶片間隔室的第一圖案的凹凸反相。
8.如權(quán)利要求7所述的晶片承載器，其特征在于，所述第一材料基本以所述第一圖案延伸到所述第二表面，而所述第二材料基本以所述第二圖案嵌入于所述第二表面中。
9.如權(quán)利要求8所述的晶片承載器，其特征在于，所述第一表面除所述晶片間隔室外是平坦的。
10.如權(quán)利要求9所述的晶片承載器，其特征在于，所述晶片間隔室包括用于將晶片安置于其上的臺階式外緣。
11.如權(quán)利要求8所述的晶片承載器，其特征在于，所述晶片間隔室中具有用于將晶片安置于其中的形狀，所述形狀選自凹形、鋸齒、臺階以及多個支柱的形狀。
12.如權(quán)利要求7所述的晶片承載器，其特征在于，所述第二材料由多層材料形成，它們中的至少一層不同于所述第一材料。
13.如權(quán)利要求7所述的晶片承載器，其特征在于，所述第一材料選自具有或不具有表面涂層的石墨、SiC、AlN、Al2O3、鉬、鎢以及它們的混合物或合金中的一種或多種。
14.如權(quán)利要求13所述的晶片承載器，其特征在于，所述第二材料選自具有或不具有表面涂層的石墨、SiC、AlN、Al2O3、鉬、鎢以及它們的混合物或合金中的一種或多種。
15.如權(quán)利要求7所述的晶片承載器，其特征在于，所述晶片間隔室在所述晶片承載器的頂面上形成一個環(huán)形圖案。
16.如權(quán)利要求15所述的晶片承載器，其特征在于，所述晶片間隔室在所述晶片承載器的頂面上形成多個環(huán)形圖案。
17.一種化學汽相沉積反應(yīng)器，包括反應(yīng)器室，所述反應(yīng)器室包括限定所述室的內(nèi)部和外部的一組室壁、頂部和底部；設(shè)置到所述反應(yīng)室內(nèi)用于從至少一個外部氣體源向所述室提供氣體的氣體蓋；設(shè)置在所述室內(nèi)的加熱元件；設(shè)置在基座上的晶片承載器，包括其中具有晶片間隔室的第一圖案的第一表面，所述第一表面由第一材料形成；與所述第一表面相對設(shè)置的第二表面，所述第二表面具有設(shè)置于其中的嵌入的第二材料的第二圖案，其中，所述嵌入的第二材料的第二圖案基本是晶片間隔室的所述第一圖案的凹凸反相；以及，支架，其上所述加熱元件和所述晶片承載器設(shè)置在所述室內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述第二表面中非所述第二圖案的部分的所述區(qū)域基本用所述第一材料來覆蓋。
19.如權(quán)利要求17所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述晶片承載器第一表面除所述晶片間隔室外是平坦的。
20.如權(quán)利要求17所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述晶片承載器的所述嵌入第二材料由多層材料形成，它們中的至少一層不同于所述晶片承載器的所述第一材料。
21.如權(quán)利要求17所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述晶片承載器的第一材料選自具有或不具有表面涂層的石墨、SiC、AlN、Al2O3、鉬、鎢以及它們的混合物或合金中的一種或多種。
22.如權(quán)利要求17所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述晶片承載器的第二材料選自具有或不具有表面涂層的石墨、SiC、AlN、Al2O3、鉬、鎢以及它們的混合物或合金中的一種或多種。
23.如權(quán)利要求17所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述晶片間隔室包括用于將晶片安置于其上的臺階式外緣。
24.如權(quán)利要求23所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述晶片間隔室的臺階式外緣的寬度在1-2毫米之間、且深度在10到100微米之間。
25.如權(quán)利要求17所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述晶片間隔室的第一圖案是晶片間隔室的一組同心環(huán)。
26.一種在晶片上沉積外延層的方法，包括將多個晶片放置在晶片承載器中，所述晶片承載器具有在所述晶片承載器的頂部上的晶片間隔室的第一圖案和在所述晶片承載器的底部上的嵌入的輻射材料的第二圖案；以及，通過提供相對方向的第一和第二表面加熱所述晶片承載器以便在其上均勻地分配熱，所述結(jié)構(gòu)包括晶片接收區(qū)和中間區(qū)，所述結(jié)構(gòu)適用于在所述晶片接收區(qū)中的所述第一表面上接收晶片，所述中間區(qū)在所述第一和第二表面之間的熱導(dǎo)率低于所述晶片接收區(qū)的所述第一和第二表面之間的熱導(dǎo)率，其中，所述結(jié)構(gòu)在所述中間區(qū)中包括在其間限定至少一個熱界面的至少兩個單元。
27.一種通過權(quán)利要求26的過程制造的晶片。
28.一種晶片承載器，包括限定相對方向的第一和第二表面的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括晶片接收區(qū)和中間區(qū)，所述結(jié)構(gòu)適用于在所述晶片接收區(qū)中的所述第一表面上接收晶片，所述中間區(qū)在所述第一和第二表面之間的熱導(dǎo)率低于所述晶片接收區(qū)的所述第一和第二表面之間的熱導(dǎo)率，其中，所述結(jié)構(gòu)包括在所述中間區(qū)中其間限定至少一個熱界面的至少兩個單元。
29.如權(quán)利要求28所述的晶片承載器，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括在所述晶片接收區(qū)中同時限定所述第一和第二表面兩者的單一主單元。
30.如權(quán)利要求29所述的晶片承載器，其特征在于，所述單一主單元延伸到所述中間區(qū)且所述至少兩個單元包括所述單一主單元。
31.如權(quán)利要求30所述的晶片承載器，其特征在于，所述單一主單元限定所述中間區(qū)的所述第一表面。
32.如權(quán)利要求30所述的晶片承載器，其特征在于，所述至少兩個單元包括具有與所述單一主單元不同的成分的第二單元，所述第二單元在所述中間區(qū)中限定所述第二表面的至少一部分。
33.如權(quán)利要求32所述的晶片承載器，其特征在于，所述單一主單元由具有或不具有表面涂層的石墨、SiC、AlN、Al2O3、鉬、鎢以及它們的混合物或合金中的一種或多種形成，而所述第二單元由具有或不具有表面涂層的石墨、SiC、AlN、Al2O3、鉬、鎢以及它們的混合物或合金中的一種或多種形成。
34.如權(quán)利要求29所述的晶片承載器，其特征在于，所述晶片接收區(qū)形成所述單一主單元上的一個同心環(huán)圖案。
全文摘要
一種用于均勻地加熱放置在用于諸如化學汽相沉積反應(yīng)器之類的晶片處理系統(tǒng)的晶片承載器中的襯底的方法，其中，晶片間隔室的第一圖案設(shè)置在晶片承載器的頂部，如晶片承載器的一個或多個環(huán)，而不同于晶片承載器材料的嵌入材料的第二圖案嵌入在晶片承載器的底部，嵌入材料的第二圖案基本是晶片間隔室的第一圖案的凹凸反相，使得在無晶片間隔室的中間區(qū)中至少有與有晶片和晶片間隔室的晶片承載區(qū)中一樣多的材料界面。
文檔編號C30B25/10GK101054718SQ20071008401
公開日2007年10月17日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者A·谷拉瑞, E·A·阿穆爾, R·霍夫曼, J·克魯爾 申請人:維高儀器股份有限公司