[发明专利]具有毂的晶片载具

说明书

技术领域

本申请是2007年12月12日提交的名称为“具有毂的晶片载具”的美国申请No.12/001,761的部分继续申请，该申请的公开内容以引用方式并入本申请。

背景技术

本发明涉及化学气相沉积设备。

某些材料例如化合物半导体是这样形成的，即通常为盘状晶片的工件的表面在升高的温度下被暴露于气体，以使得气体发生反应并且在工件的表面上沉积期望的材料。例如，多层III-V族半导体例如氮化镓、氮化铟、砷化镓、磷化铟和锑化镓和类似物可被沉积在基底上以形成电子器件例如二极管和晶体管和光电子器件例如发光二极管和半导体激光器。II-VI族半导体可以通过类似的过程沉积。加工过程中沉积的各层的性能微小变化也会显著影响成品器件的性能。因此，在现有技术中，很大的努力集中于反应器和加工方法的研制，以图在反应器中保持的大型晶片表面上或在多个较小晶片的表面上实现均匀的沉积。

本行业中广泛采用的一种形式的反应器是转盘反应器。这样的反应器典型包括盘状晶片载具(wafer carrier)。晶片载具具有被布置成用于保持一或多个待处理晶片的容槽或其它特征。载具，带着其上的晶片，被置入反应室，并被保持，以使得载具的晶片承载表面面向上游方向。载具被绕沿上游至下游的方向延伸的轴线旋转，典型地其旋转速度为几百转每分钟。反应气体被从定位在反应器上游端的喷射头向下游方向朝向载具上的晶片引导。在这一过程中晶片载具被维持在期望的高温，最普通为大约350℃至大约1600℃。晶片载具的旋转有助于确保暴露晶片的全部区域暴露于大致均匀的条件，并且有助于确保均匀沉积期望的半导体材料。在某个晶片载具上的晶片已被处理后，晶片载具从反应室移出并被更换为新的晶片载具，其承载着新的晶片，并且利用新的晶片载具重复上述过程。

许多转盘反应器设计采用了芯轴，其带有盘状金属元件，称作″承载盘(susceptor)″，其永久性安装在芯轴上。待处理晶片载具安置在承载盘上，并且在处理过程中由承载盘保持。布置在承载盘下游的加热元件例如电阻元件在上述过程中加热承载盘和晶片载具。最近，如公开于美国专利No.6,685,774，该专利的公开内容以引用方式并入本申请，″无承载盘″反应器被研制出来。在无承载盘反应器中，当晶片载具被置入反应室中以便处理时，晶片载具直接安装在反应器芯轴上。晶片载具的面向下游的表面直接暴露给加热元件。无承载盘反应器设计提供了从反应器的加热元件至晶片载具的显著改进的热传递性能和向晶片载具所有区域传热时的显著改进的均匀度。

用于无承载盘反应器的晶片载具必须采用这样的特征，当晶片载具被置入反应室时，其允许晶片载具与芯轴机械接合。这种接合必须以不损伤芯轴或晶片载具的方式提供。另外，晶片载具必须由这样的材料形成，该材料在所采用的升高的温度下保持其强度和硬度，并且不与加工过程所用气体起反应。尽管可由例如碳化硅涂覆的陶瓷材料等材料形成令人满意的用于无承载盘反应器的晶片载具，但仍期望作出进一步的改进。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于CVD反应器的晶片载具。晶片载具理想地包括非金属耐火材料形成的托板，优选采用陶瓷材料例如碳化硅。托板具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，且具有中央区和外围区。托板在外围区中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多个晶片，以使得所述晶片暴露在托板的上游表面。根据本发明这一方面的晶片载具理想地还包括在中央区附连于托板的毂，毂具有芯轴连接部，所述芯轴连接部被配置成接合CVD反应器的芯轴，以便将托板与芯轴机械连接。毂的芯轴连接部优选地被配置成以可拆下的方式接合芯轴。毂可以至少部分地由不同于托板材料的一或多种材料形成。例如，毂可以包括金属元件。毂可以还包括嵌件，其由相对软质材料例如石墨形成，限定了芯轴连接部。在另一例子中，托板可以在中央区包括开口，并且嵌件可以容置于开口中。在一个例子中，嵌件可以压配到开口中。盖，优选地由碳化硅形成，也可以设置成在中央区部分地重叠于托板的上游表面的一部分上。在另一例子中，盖可以紧固至嵌件。例如，盖和嵌件可以分别包括螺纹，所述螺纹被构造成彼此螺合。在操作中，毂将托板机械连接至芯轴，而不会在托板上施加潜在破坏性集中负载。理想地，毂以可拆下的方式附连于托板。