CN101868853A - 高温晶片的传送 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了允许在高温下在气相外延生长室中加载和卸载晶片的设备、协议和方法。具体而言，本发明提供了一种用于移动晶片或者衬底的装置，该装置能够将正被移动的衬底浸浴在活性气体中，任选地对该活性气体的温度进行控制。活性气体可用于限制或者防止晶片表面发生升华或分解，并且可对活性气体进行温度控制，以限制或者防止热损坏。因此，可以减小或者消除生长室之前必要的温度升降，从而提高晶片生产量和系统效率。

Description

高温晶片的传送
技术领域
本发明涉及半导体处理设备领域，具体而言，本发明提供迄今为止不可实现的允许高温加载和卸载气相外延生长室的设备和方法。具体而言，本发明提供用于移动晶片或衬底的装置，该装置可以将移动的衬底浸浴在任选地温度受控的活性气体中。
背景技术
在已知的临界温度以上时，化合物半导体的表面可能会由于例如一种或者更多种更易挥发的物质从该表面蒸发而被损坏或者破坏。该蒸发点的一种形式被称为“升华”，特别是“相容升华”。例如，在氮化镓的情况下，在高于大约800℃的温度时开始发生表面分解，主要是损失氮，参见Mastro etal.，J.of Crystal Growth 274：38。保护表面和防止分解的一种方法包括在包含更易于从化合物材料表面蒸发的组成物质的足够供应的环境中加热这种衬底。因此，在大约800℃或者更高的温度时，GaN表面应该保持在具有活性氮物质(例如NH3)的环境中。此外，在砷化镓的情况下，表面分解在大约640℃以上时开始(参见美国专利US5,659,188)，因此，在达到该分解温度之前(通常高于400℃～450℃)，GaAs应该保持在包含胂的环境中。
高产量反应器，例如ASM Epsilon
Figure GPA00001139226600011
利用伯努利棒将晶片从传送室加载和卸载到高温反应器中。专利US5,080,549公开了伯努利棒，该伯努利棒适于传送高温材料，因为这种棒的使用使该棒自身和晶片之间的物理接触最小。伯努利棒(伯努利原理之后的称谓)利用多个定位在晶片上方的气体喷嘴来在晶片的表面和下侧之间产生压力差。与下侧相比，减小了晶片正上方的压力，并且随后的压力差在晶片上产生向上的力。有利的是，由于晶片被抬高，晶片也从棒的气体出口经受向下的力。因此，获得了平衡位置，其中晶片“漂浮”，既不与地面接触，也不与伯努利棒的表面接触。(总之，这些相关的力在这里称为“气动力”)。
将伯努利棒用于晶片传送是已知的。但是，迄今为止，这种棒最先用于硅片的传送，硅晶片不能经受相容升华型分解，因此遵从更不严格的反应器传送协议。相反，受到这种损坏的化合物半导体晶片通常需要高度受控的加热和冷却过程，以确保在将晶片加载到过程反应器/从过程反应器卸载之前晶片温度低于相容升华温度。尽管冷却过程对于保护化合物半导体的高质量表面是很有意义的，但所花的时间表明产量损失严重，并导致随之而来的财务后果。
发明内容
本发明包括用于限制或防止在处理温度(该处理温度可以高达1000℃以上)从处理反应器(例如生长室)加载和卸载平面型化合物半导体材料(这里也称为“晶片”)期间该平面型化合物半导体材料的表面分解或升华(相容升华或其他升华)(这里统称为“表面变化”或“表面损坏”)。晶片表面的分解或升华会导致晶片质量降低或损坏，因而显然需要限制或防止这种变化。期望以处理温度进行加载和卸载，以使半导体处理期间温度升高和降低所用的时间最少。这些处理由此可具有提高的产量，并且处理设备系统可具有更高的利用效率。
具体而言，本发明包括用于在半导体处理设备的不同环境之间传送晶片(特别是包括化合物半导体材料的晶片)的方法和装置，这些环境特别是处于不同温度并具有不同环境条件的环境。本发明的方法和装置因此提供活性气体(或者活性/非活性气体的组合)流，用于限制或防止在这些传送期间或者在低温滞留期间或者在温度升高所需的时间段内晶片表面分解或者晶片表面的升华。例如，已知当化合物半导体材料从高温、促进生长的环境(例如存在前体气体)传送到低温中性环境(例如没有前驱气体)时，这些材料的表面会分解(变成其前体或者其他)或者升华(相容或者非相容)。还已知可以通过将表面浸浴在有利地改变该表面的相关热动力或者动力学条件以利于材料形成且不利于材料分解的气体中，来限制或者防止材料表面的这种分解或者升华。这些气体，这里公知为“活性气体”，根据具体的化合物材料和期望的温度范围来选择，并且可包括例如自身用作前体的气体，或者在相关温度范围分解成用作前体的材料的气体。通常，活性气体能够与化合物半导体相互作用，以基本上限制或者防止高温传送/滞留期间的表面变化。另一方面，“非活性气体”是不会改变表面的相关热动力学或动力学条件的气体，并且可包括诸如N2、Ar等“传统的”惰性气体。包括这些活性气体和这些非活性气体的混合物在这里也可以被看作是“活性气体”。还应当注意，术语“晶片”在一些实施方式中不仅可以包括平面型化合物半导体材料，而且还可以包括用于支撑多个这种化合物半导体晶片的载体晶片，例如氮化镓通常在具有2至3英寸直径的蓝宝石衬底上生长，在一些实施方式中，多个这种晶片可以同时通过将这种晶片放置在具有足够直径尺寸(例如12英寸直径)的石英晶片的载体晶片上而加载到沉积反应器。因此，术语“晶片”不限于单个化合物半导体，而是还可以包括在合适载体上的多个化合物半导体晶片。
简而言之，本发明的设备包括可控制晶片的装置，例如，这些装置可以可控制地从表面拾起晶片，可以可控制地悬浮晶片，可以可控制地移动悬浮的晶片，并且可以可控制地将悬浮的晶片放置在表面上。这种设备可采用已知的力例如机械力、气动力、电磁力等来悬浮晶片，并且该设备可以通过已知的手动或者自动装置来移动。用于这种晶片控制和移动的部件在本领域是已知的，这里仅作简要描述。
但是，本发明的设备还可包括用活性气体浸浴晶片表面的部件。例如与活性气体源(也可以是任选的非活性气体源)连接的连接件，用于引导活性气体到悬浮的晶片附近的管道以及用于排放活性气体而使得被排放的气体浸浴晶片表面的端口或者其他机构。本发明还提供在高温晶片传送期间限制表面变化的方法。这些方法包括选择在特定温度范围适合于特定半导体材料(特别是化合物半导体材料)的活性气体(或者活性和非活性气体的组合)，在高温传送期间以一定压力和流速提供选择的活性气体，从而限制或者防止表面变化。任选地，这些方法和设备可包括加热所选择的气体的元件。
在优选实施方式中，该设备能够控制晶片，而不需要物理接触受控的晶片。在更优选的实施方式中，该设备包括伯努利棒。这种棒利用气动力控制晶片，并且因此已经包括至少一个用于传导气体的管道和多个用于向受控晶片的整个表面上排放气体的端口。例如参见美国专利US5,659,188。用来产生所需气动力的气体在之前已经是惰性或者非活性的，例如N2或H2。
然而，为了限制或者防止高温传送期间表面变化，本发明采用包括活性气体组分的气体流来产生控制晶片的气动力。活性气体组分的浓度根据晶片表面的成分和期望的传送温度来选择。气体流也可以根据反应器中指定的生长而包括选择的惰性或非活性组分，并且可以包括增加的载体物质，以改进处理的灵活性。因此，从本发明的伯努利棒装置发射的活性气体使得晶片能够在特定化合物半导体可能发生表面劣化的温度(分解温度或者相容或非相容升华温度)以上进行加载和卸载，而不会发生表面劣化。
此外，本发明提供半导体晶片传送装置的各种实施方式，这些实施方式能够有利地与具有气相外延生长的生长室的半导体处理设备结合使用。本发明的晶片传送装置包括：支撑构件，其具有至少一个气体入口，用于从一个或者更多个外部气体源接收一种或者更多种气体；多个气体出口，用于排出气体；以及从所述入口到所述出口的、用于传导气体的至少一个通道。本发明的一个关键特征在于，特别是在高温时，从传送装置排出的气体针对一种或者更多种半导体材料具有化学反应性，从而使得包括这种半导体材料的晶片表面的分解或升华(包括相容升华)受到限制。任选地，该传送装置可包括一个或者更多个加热元件，其尺寸和布置适于加热流过传送装置的气体，并且所述支撑构件可被构造成具有窄的颈部，用于支撑并且终止于具有多个出口的扩大的平面型头部。
因此，当这种半导体晶片通过本发明的排放这种活性气体的传送装置传送时，晶片表面被保护而不会劣化，即使在高温下也是如此。此外，由排放的气体产生的气动力可用于将晶片悬浮在传送装置下方(特别在传送装置的头部下方)。因此，在各个实施方式中，本发明还可包括晶片传送装置，其中，半导体晶片悬浮在该装置下方并且被用于保护晶片即使在高温下也不会劣化的活性气体浸浴。
从晶片排放的气体可包括化学活性部分和任选的化学非活性部分。气体的活性部分可以在其环境温度或者在仅阈值温度以上或者在存在等离子体源的情况下与悬浮的晶片的表面材料发生化学反应。如果晶片表面包括III族氮化物半导体材料，则活性气体可包括活性氮物质或者可在存在等离子体源的情况下或者阈值温度以上的情况下热解成包括活性氮物质，该阈值温度低于大约1000℃。特别是，活性部分可包括氨、肼、二甲基肼、包含肼半族的化合物、磷化氢或砷化三氢。
本发明的构件可用伯努利棒实施。在这些实施方式中，本发明包括伯努利棒，气体通过伯努利棒流动，至少一部分气体针对一种或者更多种半导体材料具有化学反应性，以便限制晶片表面的分解或升华。优选地，这些实施方式还包括排放活性气体和悬浮半导体晶片的传送装置，这些半导体晶片的表面通过活性气体而得到保护。
本发明还提供半导体晶片传送方法的各种实施方式，这些实施方式可以有利地应用于在生长环境和传送环境之间传送半导体晶片，该生长环境例如是CVD反应器室，所述晶片在外延生长期间处于所述生长环境中，所述晶片在外延生长之前、之间或者之后的时间段处于所述传送环境中。根据所提供的方法，在晶片在这两种环境之间传送期间，用气体对晶片的至少一个表面浸浴，所述气体包括活性部分，所述活性部分针对晶片表面具有化学反应性，以便限制所述表面的分解或升华。任选地，所述晶片继续浸浴在传送后的环境中一定的时间段，直到在新的环境中几乎没有表面分解或者升华的危险，或者晶片可以浸浴在传送前的环境中一定时间，以便准备传送。优选地，通过由浸浴所述晶片表面的气体产生的气动力悬浮所述晶片。
该方法优选包括加热传送装置，因此加热流过该装置并浸浴晶片的气体，以便至少在一定程度上控制晶片温度。由于传送环境通常比生长环境温度低，优选地，在从生长环境传送到传送环境之后，用活性气体浸浴晶片，直到晶片温度低于在不存在活性气体的情况下所述晶片表面明显分解或者升华的温度。此外，优选地，浸浴气体的温度可以通过加热而得到控制，使得晶片温度下降率足够低而使晶片不可能发生明显的热损坏。
此外，如果晶片要回传到更热的生长环境，优选地，通过加热浸浴气体来准备这种随后的回传，使得晶片温度保持传送环境温度以上，但不会发生表面分解或者升华。优选地，回传时的晶片表面温度足够高，使得不可能对晶片发生明显热损坏。这些方法可以重复，以便反复在两个环境之间传送晶片。
由于生长环境通常比传送环境热，优选地，在从传送环境传送到生长环境之后，晶片可以通过活性气体浸浴，直到晶片温度高于在不存在所述气体的情况下所述晶片表面在生长环境中会明显分解或者升华的温度。此外，优选地，在传送室中并且在传送到生长环境之前，晶片可以通过被加热的活性气体浸浴，使得其温度朝向所述生长环境的温度增加。
浸浴气体优选被加热成使得晶片温度的增加率不可能使晶片发生明显热损坏，并且优选继续进一步在生长环境中通过加热气体浸浴，直到晶片温度足够高，使得不可能由于暴露于生长环境温度而使晶片发生明显热损坏。
从下面的详细描述，本发明的其他方面和细节以及元件的替代组合将变得明显，并且它们都落入本发明的范围。
附图说明
通过参照下述本发明的优选实施方式、本发明的具体实施方式的示例实施例的详细描述和附图，可以更全面地理解本发明，其中：
图1A-B示出了本发明的优选实施方式；
图2A-B示出了本发明的方法的优选实施方式；以及
图3是示出了本发明的方法的另一优选实施方式。
具体实施方式
下面描述本发明的优选实施方式。应当理解，采用伯努利棒的优选实施方式不是限制性的，本发明的其他实施方式可以不采用伯努利棒。这里采用的标题仅仅是用于清楚的目的，不希望进行限制。
术语“明显”和“可能”(和类似的程度用词)这里用来指处于可接受的且期望的限度，通常是商业上可接受的限度内。例如，在短语“在该过程中是不太可能发生明显的晶片损坏”中，短语“明显的晶片损坏”是指限制或者阻止晶片的预期(通常在商业上)应用的损坏。短语“在该过程中是不太可能的”是指尽管可能发生明显损坏，但这种情况极少发生，从而不会阻止或者防止该过程的商业用途。这些术语所表示的范围取决于商业需求(或者研究需求等)，并且可以改变，但是绝不应解释为强加超过现有技术水平当前可实现的需求。应当理解，本发明不限于商业应用，预期的应用包括研究应用、特殊目的的应用等。
本发明的设备的优选实施方式采用伯努利棒来根据将要描述的传送协议来传送晶片。已知的传送协议通常仅考虑由于热应力带来的机械损坏的可能性，而不考虑由于分解和升华导致的表面损坏的可能性。这种限制起因于伯努利棒主要用于传送基础半导体晶片，例如硅(Si)晶片。这种材料当然不会分解，并且也已知在相关的处理温度下不会经受明显的升华。
但是，用于化合物半导体材料的传送协议优选不仅考虑机械损坏的可能性，还考虑化学表面损坏的可能性。在更高的温度下，许多化合物半导体会通过分解或者通过相容升华或非相容升华来从其表面释放挥发性物质(“表面变化”)。保护半导体表面质量是最重要的，因此限制或者防止这种破坏性表面变化是最重要的。在本发明中，这点通过如下方式实现：提供包含限制、防止或者逆转导致表面变化的反应的一种或者更多种化学物质(“活性气体”)的足够供应的周围环境。
砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN)是已知经受这种表面变化的两种商业上重要的化合物半导体。GaAs在大致640℃开始分解/升华，因此在高于该温度范围时，GaAs应当处于包含活性气体的环境中，该活性气体例如是包括活性As化合物(例如砷化三氢，AsH3)的气体。例如参见US5659188。对于GaN，在大致800℃开始分解/升华，因此GaN也应当处于包含活性气体的环境中，该活性气体例如是包括活性N化合物(例如氨，AsH3)的气体。例如参见Mastro etal.，Journal of Crystal Growth 274，38。
活性化合物可以在室温下是活性的或者在室温是非活性的，但是非活性化合物可以在相关的分解/升华温度下转化成活性物质。换句话说，活性物质仅仅在一定的温度范围或者仅仅在高于一定的温度范围等情况下存在于非活性气体中。因此，活性气体优选不仅根据待传送的晶片的具体类型来选择，还根据晶片传送/滞留期间采用的预期温度范围来选择。在GaN的情况下，在N源生长期间通常采用氨(NH3)，因为GaN生长通常在高于1000℃的温度下进行，并且NH3在大致950℃已经分解了15％。但是，低于大致900-950℃时，NH3可能没有被足够分解成活性N物质的足够的源，在更低的温度分解成活性N物质的另选活性气体对于这种更低的温度范围是优选的。例如，二甲基肼(DMHy)在大致320℃时开始热分解，并且在800℃完全分解，因此二甲基肼可以作为低于大约800-900℃的温度范围的合适的活性气体。参见Takizawa etal.，2007，Journal of Electronic Materials 36 403。此外，肼自身或者包含可热分解的肼半族的化合物也可以作为低温范围的合适活性气体。
在其他实施方式中，可以通过加热之外的方式，例如通过产生等离子体来使得气体具有活性，该等离子体可以在进入传送装置之前，或者在传送装置自身中，或者在衬底附近在流动的气体中形成。等离子体可以如传统上那样通过由线圈等产生的RF电磁场形成。
在GaN的情况下，还应当注意，尽管通常以异质外延方式在GaN生长温度下稳定的蓝宝石衬底(熔点大于2000℃)上生长，其也通常以同质外延方式在具有GaN表面的衬底上(GaN自支撑或者“伪衬底”)生长。在自支撑衬底或者伪衬底上同质外延生长已知产生高质量的材料，但是GaN衬底表面会在高温传送期间受损。因此，这种化合物衬底优选通过本发明的活性气体伯努利棒(或其他实施方式)来保护，以在传送期间保护衬底表面质量。保护表面质量是重要的，因为在加载期间形成在衬底上的表面缺陷会导致在其上生长的外延层中出现缺陷。本发明的优选的活性气体伯努利棒的实施方式可以根据不同衬底所需的或者容许的要求来适应低的或者高的移除/更换的传送温度，从低至250℃直到高达900℃。
现在转到本发明的设备，图1A和1B分别示意性示出了本发明的设备的优选伯努利棒的实施方式的平面图和正视图。由于本发明的设备通常用作被设计用于化学气相沉积(“CVD”)处理，特别是CVD处理的商业或者高容量设备应用的设备的一部分，这些附图示出了这种环境中的本发明的装置。
首先考虑本发明的所示的传送装置的环境，示例性CVD设备的一般特征包括传送室(或加载室)5，其通过隔离阀(或加载锁)7与生长室17连通。隔离阀7例如在CVD处理进行时密封生长室17，并且能够打开以允许传送装置1自由运动到生长室中并且从生长室中移出。隔离阀可以自动或者手动操作。传送室可以包括衬底支撑件33，衬底支撑件33在衬底位于传送室中时支撑衬底，传送室还包括机械手31，用于使衬底传送装置1在加载室和生长室之间运动。在其他实施方式中，传送装置1可以手动操纵。随后将描述传送室中的具体与本发明的传送装置有关的其他部件。
活性气体可以是反应性的并且危险的。因此设备的会与活性气体接触的部分优选是耐久材料，并且活性气体会释放的位置优选配备有缓和系统。在本发明的大多数实施方式中，传送装置会释放活性气体到生长室中。大多数已知的生长室由足够耐久的材料形成，并且连接有适当的缓和系统。在本发明的许多实施方式中，传送装置也会释放至少一些活性气体到传送室中。如果传送室没有由耐久材料形成，不具有缓和系统，则优选对这种传送室进行升级或者重新设计而使其具有这些特征，以能够安全地处理计划的活性气体。
生长室17通常包括用于新鲜处理气体的有阀入口37和用于用过的处理气体的排气口39。在CVD处理过程中，衬底通过任选的基座9支撑，该基座9紧密地配合在支架11的开口中。该平面布置用于促进期望的处理气体流过基座，并限制不期望的气体在基座下方流动。生长室内的部件以及生长室自身可以通过各种加热元件41(基座上方)和41′(基座下方)加热。这些元件可以包括阻抗元件、辐射IR的灯、可见光、UV光、RF线圈等。例如，在加热元件包括灯的情况下，生长室优选包括可至少部分透过由灯发射的辐射的材料，例如石英，并且内部部件优选包括至少部分吸收辐射的材料，例如SiC。
所示的实施方式基于伯努利效应，并且可能(但是不一定)包括已知的伯努利棒装置或者其改进装置。传送装置1包括：细长支撑件，用于支撑该装置；一个或者更多个管道，用于引导一种或者更多种气体；以及多个端口2，用于释放衬底3附近的气体。图1A中没有示出所述管道，但是图1B示出了位于支撑件内的单个管道，其通向端口2。图1B也示出了衬底3支撑在传送装置下方，位于衬底支撑件33上方，并且准备好进行传送。衬底通过从端口2流动的气体产生的气动力而被悬浮。支撑件连接到用于使传送装置1在加载室5和生长室17之间移动的手动或者自动装置上。图1B示出了该移动装置为机械手31。图1A中用实轮廓线示出了处于传送腔室5中合适位置的传送装置和衬底为装置1和晶片3，并且还用虚轮廓线示出了处于生长室中的适当位置的传送装置和衬底为传送装置13和晶片15。
传送装置可从一外部气体源接收单种气体，例如AsH3或DMHy之类的活性气体；或者可以从两个外部气体源接收两种气体，例如AsH3或者DMHy之类的活性气体和例如Ar、N2之类的非活性气体；或者可以从三个或者更多个外部气体源接收三种或者更多种气体，例如一种活性气体和两种非活性气体等。因此，具有本发明的传送装置的系统可以包括用于一种或更多种活性气体的供应源以及用于多种非活性气体的供应源或者不包括非活性气体的供应源。示例性实施方式示出为接收两种气体：第一气体通过有阀的连接件23供应，第二气体通过有阀的连接件25供应。如果传送装置包括两个或者更多个管道，则不同的气体可以连通到不同的管道，并且运送到多个不同的端口2。在传送装置包括仅一个管道时，多种气体在进入该装置之前或者在该装置中混合。这里，不同的气体通过部件21耦合，该部件21执行类似压力通风系统的功能，不同的气体在其中混合(使得类似组分的气体从不同的输出端口流出)。图1A和1B示出了不同的耦合部件，这些耦合部件可具有各种长度和形状。
优选但任选地，流过传送装置的气体的温度可以独立于环境温度例如传送室或者生长室的温度而被控制。这种温度控制为确保晶片完整性提供了额外的灵活性。例如，在传送装置中可以到达足够高的温度，使得气体可能变成活性，例如NH3可分解成活性氮物质。此外，这种温度控制可允许至少部分控制悬浮的晶片的温度。因此，晶片可以在接近于处理温度时被移除，并且在传送室中可以以选择成避免物理损坏的速度冷却，同时浸浴在活性气体中，以限制或者防止表面变化(例如分解或者升华)。
流过传送装置的气体可以采用与该传送装置关联的加热元件加热，所述加热元件包括(但不限于)加热灯(其中通过灯丝或者固态部件发出辐射)、由例如电感产生的RF场、阻抗加热元件等。图1A和1B示意性和总体上示出了与传送装置1关联的加热元件35。该加热元件35示出为位于传送装置1的外部且位于该传送装置的平面上方。例如，加热元件35可以是直接加热在传送装置中流动的气体的灯或者是通过产生等离子体间接加热流动的气体的电感。在灯的情况下，传送装置的一部分或者全部可以包括辐射吸收材料，例如SiC。加热元件示出为位于传送室5中，因为在大多数情况下当传送装置位于生长室17中时在传送装置中流动的气体通过生长室的环境温度而被充分加热。
在其他实施方式中，与传送装置关联的加热元件可以物理地连接到该装置，例如位于传送装置的外部但是附连到该传送装置，或者部分或全部的包封在传送装置中等。例如，加热灯丝可以位于传送装置内或者附连到传送装置上。加热灯丝的电流可以通过外部连接件供应，或者通过磁场变化而感应出(即，灯丝用作变压次级件)。这种元件优选被构造成将大多数热量传送到传送装置，而避免加热其环境。
传送装置可以根据用于机加工、蚀刻、结合等已知方法由足够耐久的材料制成，例如石英、SiN、BN等。
本发明还提供采用本发明的传送装置在更高温度下将晶片传送到生长室和从生长室传送出来的方法和协议，所述更高温度在某些实施方式中甚至高达生长温度。通常，衬底可以在不同温度的环境之间传送，从更高的温度环境传送到更低的温度环境，或者从更低的温度环境传送到更高的温度环境。例如，衬底和晶片可以以高于大约600℃或者高于大约700℃或者高于大约850℃或者更高的温度(但是低于生长温度)在生长室(反应器室)中被移除或者替换。通过被加热的传送装置，衬底和晶片温度可以在传送室中(通常为低温环境)而不是在生长室中(通常为高温环境)上升和下降。因此，更高热质量的生长室的温度升降所消耗的更长时间可以由用于更低热质量的传送装置的更短时间替代。更优选地，生长室中的温度升降可以完全避免。由此，生长室和整个处理设备可以实现更高的晶片产出和更高的系统效率。
图2A和2B分别示出了用于将晶片(或者衬底)放置到更高温度的生长室或者用于从更高温度的生长室移除晶片(或衬底)的示例性基本方法和协议。为了清楚但不限制，这些图(和图3)示出了使用优选传送装置在生长室和传送室之间进行的传送，该优选传送装置利用气流来产生使晶片悬浮的气动力。应当理解，可以采用类似的方法利用本发明的传送装置的其他实施方式在生长室于其他传送室之间进行传送，所述其他实施方式可以采用其他力来控制衬底。
参照图2A，为了传送当前位于(通常是低温的)传送室内的晶片(或者衬底)(101)，首先，将传送装置的出口定位在晶片上方，在传送装置中启动气流(103)，以便在传送装置的出口下方拾起并悬浮晶片。任选但优选的是，将晶片的温度控制成(通常是增加)到足以接近生长室温度(通常是高温)的温度范围，使得晶片可以被安全地移动到生长室中，而不会由于热应力而受到损坏。采用与传送装置关联的加热元件控制晶片温度，所述加热元件加热传送装置，并由此加热在该装置中流动的气体(105)。当晶片温度达到表面开始发生变化的温度附近时，活性气体流可以在步骤103期间启动，或者在步骤105期间启动。在任何情况下，在传送装置移动到(通常是高温的)生长室中之前，活性气体流启动。
接着，悬浮有晶片的传送装置移入生长室(在打开隔离阀子后)(107)，并且定位成使得晶片位于基座上方。然后停止气流(109)，使得晶片在该室中释放到基座上。在停止气流(包括活性气体流)之前，平衡时间可以任选地优选成使得晶片达到接近基座温度的温度(并且使得生长室的化学环境达到不会对高温衬底或晶片导致表面变化的生长条件)。
最后，传送装置从生长室111移回到传送室中(并且关闭隔离阀)。晶片或者衬底现在处于生长室113中，准备用于处理。
参照图2B，将当前位于生长室131中的晶片或者衬底移到传送室中(即从通常的高温环境移到通常的低温环境)的方法至少在初始步骤中基本上与之前的方法和协议相反。传送装置从传送室移动(133)至生长室(在打开隔离阀之后)，并且其出口定位在晶片上方，接着，启动气体流(包括活性气体)(135)以拾取并悬浮晶片；接着，从生长室移除(137)具有悬浮晶片的传送装置(并且隔离阀关闭)。继续供给气流(139)，使得高温晶片保持悬浮成不与低温传送室部件接触，并且还继续供给活性气体(任选与惰性气体混合)流，从而限制或者防止由于高温晶片引起的表面变化。如果传送装置具有关联的加热元件，则这些加热元件加热传送装置和在该装置内流动的气体，使得晶片的温度保持接近生长室温度，以防止热冲击和损坏。
进一步的协议步骤取决于是否将晶片即刻放回到生长室中用于进一步处理，或者是否将晶片保持在传送室中(例如处理完成，要将晶片从设备移除)。在第一种情况下，传送装置和气流保持不变(153)，并且继续被加热，使得晶片保持接近生长室温度。晶片可以另选地被加热到这样的低温，即：使得在传送回到高温生长室时，不可能发生明显的热损坏。然后可以例如根据图2A的处理将晶片移回到生长室中。
在第二种情况下，降低气流温度和晶片温度。一旦晶片温度低于任何升华(相容和不相容)温度(145)和任何分解温度，活性气体可以任选地被停止。温度降低率也被控制(147)，使得不会热冲击晶片，因为这会导致晶片破裂或者甚至粉碎，特别是如果衬底和生长材料具有明显不同的热膨胀系数。当晶片温度足够低时，可以停止所有气体流(149)，并且将晶片释放到传送室中的支撑件上。晶片现在处于通常为低传送室温度的传送室151中。
应当理解，本发明允许晶片和衬底移入高温环境的生长室中合从该生长室中移出(到低温环境)，同时保持表面质量并避免热损坏。因此本发明在晶片多次移出和放回到生长室的过程中特别有利。例如，在长外延生长过程中，晶片可能需要从生长室移出，使得生长室可以进行维护(例如清洁)，补给前体源等。图3更详细地示出了这种有利应用。
参照图3，所示的多传送协议和方法开始于半导体处理设备的传送室中的晶片或衬底(171)，该晶片或衬底也许刚刚放入该处理设备中。接着，优选使用本发明的传送装置并且优选根据图2的协议和方法或者类似的协议和方法将晶片传送到生长室中(173)。如上所述，本发明允许晶片在生长室接近或者处于处理温度(高达大约850-1100℃的最大温度)时从低温传送室移动到该生长室中，而不会发生表面变化或者热损坏。
接着，在生长室中进行对晶片的预定处理(175)。这通常是利用半导体制造中使用的材料的气相前体进行的外延生长。本发明应用的领域中已知几种这样的处理过程。在处理期间，从生长室移除晶片可能是有用或者必要的。这种移除可能是由于：处理的需求，例如为了准备下一处理步骤；晶片的状态，例如为了允许在低温下稳定；生长室和处理设备总体上的状态，例如为了允许清洁或者其他维护。因此，可以进行是否移除晶片的决定(177)。如果不需要或者不优选移除，则可以继续进行处理(175)。
如果移除是必要的或者是优选的，则可以优选使用本发明的传送装置并且优选根据图2B的协议和方法或者类似的协议和方法从生长室将晶片移除到传送室(179)。本发明允许当生长室和晶片或衬底保持接近或者处于处理温度(高达大约850-1100℃的最大温度)时将晶片移动到低温传送室中，而且不会发生表面变化或者热损坏。可以限制或者避免生长室的温度下降。
如参照图2B所述，移除协议的随后步骤取决于是否将晶片立刻放回到生长室中。因此，核实晶片和处理的状态，并确定该晶片的处理是否完成(183)。
如果处理完成，则传送装置通过可控地降低传送装置内的气流的温度并且因此可控地降低晶片的温度，并保持活性气体直到晶片温度相对于传送室中的环境温度足够低，而使晶片与传送室中的状态相称(185)。如果处理没有完成，则传送室可控地控制气流温度，使得晶片优选保持接近或者处于处理温度，并且继续活性气体流，以便保护处于这些高温的晶片的表面(181)。(另选的使，晶片可以被加热到这样的低温，即：在传送回到高温生长室时，不可能发生明显的热损坏)。当处理重新开始时，优选使用本发明的传送装置并且优选根据图2A的方法和协议或者类似的方法和协议将晶片传送到生长室中(173)。例如当设备维护或者清洁完成时，处理再次开始(175)。
上面描述的本发明的优选实施方式不限制本发明的范围，因为这些实施方式是本发明的多个优选方面的示例。任何等同实施方式也意图落入本发明的范围内。实际上，本领域技术人员根据说明书，将清楚地了解除了这里示出和描述的本发明的各种变型，例如所描述的元件的替代性的有用组合。这些变型也旨在落入所附权利要求书的范围。下面(在整个申请中)，标题和图例仅用于清楚和方便的目的。
这里引用了多个对比文献，这些文献的全部内容为了各种目的而通过引用并入本说明书。此外，所引用的对比文献不管以上如何用特征定义，都不是承认是在这里要求保护的本发明之前做出的。

Claims (14)

1.一种在半导体处理设备中使用的半导体晶片传送装置，所述半导体处理设备具有用于气相外延淀积的生长室，所述半导体晶片传送装置包括：
支撑构件；
位于所述支撑构件中的多个气体出口，所述多个气体出口用于排出气体；
位于所述支撑构件中的至少一个气体入口，所述至少一个气体入口用于从一个或更多个外部气体源接收一种或更多种气体；以及
从所述入口到所述出口的至少一个通道，气体在所述至少一个通道中流动，所述气体包括针对一种或更多种半导体材料具有化学反应性的活性气体，以便限制包含这种材料的晶片表面分解或升华。
2.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括半导体晶片，该半导体晶片通过由从所述出口排出到所述晶片上的气体产生的气动力而悬浮在所述传送装置的下方，并且被定位成使得从所述出口排出的气体浸浴所述晶片的至少一个表面，其中，所述活性气体在阈值温度以上时或者在存在等离子体源的情况下具有化学反应性。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述气体的活性部分针对被浸浴的所述晶片的表面材料具有化学反应性。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，流动的所述气体包括氨、肼、二甲基肼、包含肼半族的化合物、磷化氢、砷化三氢中的一种或更多种。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述晶片表面包括III族氮化合物，其中，所述气体包括活性部分，所述活性部分在阈值温度以上时或者在存在等离子体源的情况下热解成活性氮物质，该阈值温度小于大约1000℃。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，流动的所述气体还包括在化学上非活性的承载气体，并且所述装置还包括一个或更多个加热元件，所述一个或更多个加热元件的尺寸和布置被设置成适于加热流动的所述气体。
7.一种伯努利棒，其改进之处包括：
在所述棒中形成流动气体，所述流动气体包括活性气体，所述活性气体针对一种或者更多种半导体材料具有化学反应性，以便限制包含这种材料的晶片表面的分解或升华。
8.一种用于在第一外延生长环境和第二传送环境之间传送半导体晶片的方法，所述晶片在外延生长期间处于所述第一外延生长环境中，所述晶片在其他阶段处于所述第二传送环境中，所述方法包括：
用一种或更多种气体对晶片的表面浸浴选定的时间段，然后将晶片从所述第一环境和第二环境中的一个传送到另一个，其中所述气体包括针对晶片表面具有化学反应性的活性气体，以便限制所述表面的分解或升华；
其中，所述晶片初始处于所述第一环境中，然后被从所述第一环境传送到所述第二环境；或者
所述晶片初始被从所述第一环境传送到所述第二环境中，然后被所述一种或者更多种气体浸浴。
9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括通过由浸浴所述晶片表面的气体产生的气动力使所述晶片悬浮，并且其中所述浸浴和传送步骤重复一次或者更多次。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述晶片在所述第二环境中被浸浴，所述第二环境的温度低于所述第一环境的温度，所述方法还包括继续用所述气体浸浴所述晶片表面，直到所述晶片表面的温度低于在不存在所述气体的情况下所述晶片表面明显分解或者升华的温度。
11.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括在所述浸浴之后，将所述晶片从所述第二环境传送回所述第一环境，其中，所述气体被加热而使所述晶片表面的温度为这样，即：在所述晶片传送回所述第一环境中时所述晶片不可能发生明显的热损坏。
12.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括对浸浴所述晶片表面的气体进行加热而使得晶片表面的温度下降率为这样，即：所述晶片不可能发生明显的热损坏。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述晶片在所述第一环境中被侵浴，所述第一环境的温度低于所述第二环境的温度，所述方法还包括对浸浴所述晶片表面的气体进行加热，使得所述表面温度向所述第二环境的温度降低，同时防止所述晶片表面明显分解或者升华。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括继续用所述气体浸浴所述晶片表面，直到所述晶片表面的温度使得在所述第二环境中所述晶片不可能发生明显的热损坏。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102903653A (zh) * 2012-08-31 2013-01-30 东莞市中镓半导体科技有限公司 一种高温生长晶片的卸载装置及其卸载方式
CN104051316A (zh) * 2014-06-23 2014-09-17 厦门市三安光电科技有限公司 可调控局域温场的石墨承载盘

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120225203A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-06 Applied Materials, Inc. Apparatus and Process for Atomic Layer Deposition
US9916980B1 (en) 2016-12-15 2018-03-13 Asm Ip Holding B.V. Method of forming a structure on a substrate

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5080549A (en) 1987-05-11 1992-01-14 Epsilon Technology, Inc. Wafer handling system with Bernoulli pick-up
DE68923756T2 (de) 1988-10-28 1996-03-07 Texas Instruments Inc Abgedeckte Wärmebehandlung.
JP3824675B2 (ja) * 1995-03-03 2006-09-20 有限会社デジタル・ウェーブ 結晶製造装置
US5569188A (en) * 1995-04-11 1996-10-29 Mackool; Richard J. Apparatus for controlling fluid flow through a surgical instrument and the temperature of an ultrasonic instrument
US6183565B1 (en) * 1997-07-08 2001-02-06 Asm International N.V Method and apparatus for supporting a semiconductor wafer during processing
US6398975B1 (en) * 1997-09-24 2002-06-04 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Method and apparatus for localized liquid treatment of the surface of a substrate
JP3068075B2 (ja) * 1998-01-17 2000-07-24 ハンベック コーポレイション 化合物半導体製造用水平反応炉
US6242718B1 (en) * 1999-11-04 2001-06-05 Asm America, Inc. Wafer holder
DE10038887B4 (de) 2000-08-09 2006-01-26 Promos Technologies, Inc. Verfahren zum Verhindern des Wachstums natürlichen Oxids während der Nitrierung
AU2001283944A1 (en) * 2000-09-22 2002-04-02 Aixtron Ag Gas inlet mechanism for cvd-method and device
GB2392169A (en) * 2002-08-23 2004-02-25 Sharp Kk MBE growth of an AlgaN layer or AlGaN multilayer structure
WO2005049287A1 (ja) * 2003-11-21 2005-06-02 Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. 真空吸着ヘッド、その真空吸着ヘッドを用いた真空吸着装置及びテーブル
JP4359885B2 (ja) 2004-05-27 2009-11-11 信越半導体株式会社 ベルヌーイチャック
JP4447377B2 (ja) 2004-05-28 2010-04-07 トヨタ自動車株式会社 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
US9659188B2 (en) 2008-08-14 2017-05-23 Invention Science Fund I, Llc Obfuscating identity of a source entity affiliated with a communiqué directed to a receiving user and in accordance with conditional directive provided by the receiving use

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102903653A (zh) * 2012-08-31 2013-01-30 东莞市中镓半导体科技有限公司 一种高温生长晶片的卸载装置及其卸载方式
CN102903653B (zh) * 2012-08-31 2015-04-22 东莞市中镓半导体科技有限公司 一种高温生长晶片的卸载装置及其卸载方式
CN104051316A (zh) * 2014-06-23 2014-09-17 厦门市三安光电科技有限公司 可调控局域温场的石墨承载盘

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