TW201941273A - 用於化學氣相沉積的具有熱蓋的晶圓載體 - Google Patents

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由里 瑞史克夫斯基
亞歷山大 谷拉瑞
利奧 陳
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Abstract

本發明提供一種晶圓載體，所述晶圓載體包含熱蓋以及多個平臺，各平臺具有相對應的徑向內基座與徑向外基座。

Description

用於化學氣相沉積的具有熱蓋的晶圓載體
本發明一般地涉及半導體製造技術，並且更具體地，涉及化學氣相沉積（CVD）製程和相關聯的設備，用以在製程期間保持半導體晶圓。
在發光二極體（LED）和其他高性能器件（例如鐳射二極體、光學檢測器和場效應電晶體）的製造中，化學氣相沉積（CVD）製程通常用於在藍寶石或矽基材上利用材料（例如氮化鎵）生長薄膜堆疊結構。CVD工具包括處理室，該處理室為密封的環境，其允許注入的氣體在基材（通常以晶圓的形式）上反應以生長薄膜層。這種製造設備的當前的生產線的示例是TurboDisc® 和EPIK® 系列金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）系統，由美商維高儀器股份有限公司（Veeco Instruments Inc. of Plainview（New York））製造。
為實現期望的晶體生長，要控制許多製程參數(process parameters)（例如溫度、壓力和氣體流速）。不同的層採用不同的材料和製程參數生長。例如，由化合物半導體（例如III-V半導體）形成的器件通常是使用MOCVD通過生長連續的化合物半導體層來形成的。在該製程中，晶圓暴露於氣體的組合，所述氣體的組合通常包括作為III族金屬源的金屬有機化合物，並且還包括當晶圓保持在高溫下時在晶圓表面上流動的V族元素源。通常，金屬有機化合物和V族源與載氣組合，該載氣明顯不參與反應，例如氮氣。III-V族半導體的一個示例是氮化鎵，其可以通過有機鎵化合物和氨在具有合適晶格間距的基材（例如藍寶石晶圓）上反應形成。在沉積氮化鎵和相關化合物期間，晶圓通常保持在大約1000-1100℃的溫度。
在MOCVD製程中，在晶體生長通過在基材表面上的化學反應發生時，必須特別小心地控制製程參數以確保化學反應在所需條件下進行。即使製程條件的微小變化也會對器件品質和產量產生不利影響。例如，如果沉積氮化鎵和氮化銦層，則晶圓表面溫度的變化將引起沉積的層的成分和能帶隙的變化。因為銦具有相對高的蒸氣壓，所以沉積的層在表面溫度較高的晶圓區域中具有較低比例的銦和較大的能帶隙。如果沉積的層是LED結構的有源發光層，則由晶圓形成的LED的發射波長也將變化到不可接受的程度。
在MOCVD處理室中，將要在其上生長薄膜層的半導體晶圓放置在快速轉動的轉盤（稱為晶圓載體）上，以使半導體晶圓表面均勻暴露於反應室內的大氣中以沉積半導體材料。轉速大約為1,000 RPM。晶圓載體通常由高導熱材料（例如石墨）加工而成，並且通常塗覆有材料（例如碳化矽）保護層。每個晶圓載體在其放置有單獨晶圓的頂表面中具有一組圓形缺口或凹槽。通常，晶圓以間隔開的關係支撐到凹槽的每一個的底表面，以允許氣體圍繞晶圓邊緣流動。在美國專利公開號2012/0040097、美國專利號8,092,599、美國專利號8,021,487、美國專利公開號2007/0186853、美國專利號6,902,623、美國專利號6,506,252以及美國專利號6,492,625中，描述了相關技術的一些示例，其公開內容通過引用併入到本文中。
晶圓載體支撐在反應室內的主軸上，使得具有晶圓的暴露表面的、晶圓載體的頂表面向上面朝向氣體分配裝置。當主軸轉動時，氣體被向下引導到晶圓載體的頂表面上，並且朝向晶圓載體的周邊流過頂表面。用過的氣體通過設置在晶圓載體下方的埠從反應室中排出。通過加熱元件（通常為設置在晶圓載體的底表面下方的電阻式電加熱元件）將晶圓載體保持在期望的高溫下。這些加熱元件保持在高於晶圓表面期望的溫度，而氣體分配裝置通常保持在遠低於期望的反應溫度的溫度，以防止氣體過早反應。因此，熱量從加熱元件傳遞到晶圓載體的底表面，並向上流過晶圓載體到單獨晶圓。
晶圓上的氣流根據每個晶圓的徑向位置而變化，定位在最外面的晶圓由於它們在轉動期間的更快的速度而經受更高的流速。即使在每個單獨的晶圓上，也可能存在溫度不均勻性，即冷點和熱點。影響溫度不均勻性形成的一個變數是晶圓載體內的凹槽的形狀。通常，凹槽的形狀在晶圓載體的表面中形成圓形形狀。當晶圓載體轉動時，晶圓在其最外邊緣（即，離轉動軸最遠的邊緣）受到相當大的向心力，使晶圓壓靠在晶圓載體中相應凹槽的內壁上。在這種情況下，在晶圓的這些外邊緣和凹槽邊緣之間存在緊密接觸。增加到晶圓的這些最外部分的熱傳導導致更多的溫度不均勻性，進一步加劇了上述問題。
已經做出努力通過增加晶圓邊緣和凹槽的內壁之間的間隙來使溫度不均勻性最小化，包括設計在邊緣的一部分上是平坦的晶圓。晶圓的該平坦部分產生間隙並且減少與凹槽的內壁的接觸點，從而減輕溫度不均勻性。對由晶圓載體保持的整個晶圓的加熱均勻性產生影響的其他因素包括晶圓載體的熱傳遞和發射率特性，以及晶圓凹槽的佈局。
考慮到溫度均勻性的需要，晶圓載體的另一期望的特性是增加CVD製程的產量。晶圓載體在整個增加過程中的作用是保持更大量的單獨晶圓。提供具有更多晶圓的晶圓載體佈局會影響熱模型。例如，由於來自晶圓載體邊緣的輻射熱損失，靠近邊緣的晶圓載體部分傾向於處於較其它部分處於較低的溫度下。
因此，晶圓載體需要實用的解決方案，其中解決了高密度佈局中的機械應力和溫度均勻性。
晶圓載體包括凹槽的佈置和由多個蓋區段製成的熱蓋。本文描述的佈置有利於晶圓載體上的熱均勻性和/或提高CVD製程的產量。
圖1示出了根據本發明一個實施例的化學氣相沉積設備。圖1所示的實施例僅是化學氣相沉積系統的一種型式，其它的系統（例如由VEECO® 出售的PROPELTM 系統）詳細地描述在美國專利公開第2015/0075431號中，其全部內容通過引用併入本文。
如圖1所示，反應室10限定了製程環境空間。氣體分配裝置12佈置在反應室的一端處。具有氣體分配裝置12的一端在本文中稱為反應室10的“頂部”端。反應室的這一端通常但不是必須在標準重力參考系中設置於反應室的頂部處。因此，本文使用的向下方向指的是遠離氣體分配裝置12的方向；而向上方向指的是反應室內朝向氣體分配裝置12的方向，不管這些方向是否與重力向上和向下方向對齊都是如此。類似地，本文參考反應室10和氣體分配裝置12的參照系描述了元件的“頂”表面和“底”表面。
氣體分配裝置12連接到反應氣體源14、載氣源16和反應氣體源18，用於供應在晶圓處理過程中使用的製程氣體（process gas），例如載氣和反應氣體（例如金屬有機化合物和V族金屬源）。氣體分配裝置12佈置成接收各種氣體並且通常沿向下方向引導製程氣體流。氣體分配裝置12還期望地連接到冷卻劑系統20，冷卻劑系統20佈置成使液體循環通過氣體分配裝置12，以便在操作期間將氣體分配裝置的溫度保持在期望的溫度下。可以提供類似的冷卻裝置（未示出）以冷卻反應室10的壁。反應室10還配備有排氣系統22，排氣系統22佈置成通過位於或靠近反應室底部的埠（未示出）從反應室10的內部移除廢氣，以允許氣體從氣體分配裝置12沿向下方向連續流動。
主軸24佈置在反應室內，使得主軸24的中心軸線26沿向上和向下方向延伸。通過包括軸承和密封件（未示出）的傳統的轉動穿通裝置28，將主軸24安裝到反應室，使得主軸24可繞中心軸線26轉動，同時保持主軸24與反應室10的壁之間的密封。主軸在其頂端處（即在主軸最靠近氣體分配裝置12的端部處）具有配件30。如下面進一步討論的，配件30是適於可釋放地接合晶圓載體的晶圓載體保持機構的示例。在所描繪的特定實施例中，配件30為大致截頭圓錐形的元件，其朝向主軸的頂端逐漸變細並終止於平坦的頂表面。截頭圓錐形元件是具有圓錐台形狀的元件。主軸24連接到轉動驅動機構32（例如電動機驅動器），該轉動驅動機構32佈置成使主軸24繞中心軸線26轉動。
配件30也可以是任何數量的其他配置。例如，可將主軸24插入與之相匹配的配件30中，所述主軸具有形狀為正方形或圓角正方形、一系列柱、橢圓形或縱橫比不為1：1的其他圓形形狀、三角形的端部。可以使用位於主軸24和配件30之間的各種其他鍵合裝置、花鍵裝置或互鎖裝置，用以保持這些部件之間的轉動接合並防止不期望的滑動。在實施例中，儘管對任何一個部件有預期的熱膨脹量或收縮量，還是可以使用鍵合裝置、花鍵裝置或互鎖裝置，以保持配件30和主軸24之間期望的轉動接合水準。
加熱元件34安裝在反應室內並且在配件30下方圍繞主軸24。反應室10還設有通向前室38的入口36，以及用於關閉和打開入口的門40。僅在圖1中示意性地描繪了門40，並且示出為可在以實線表示的關閉位置和位於40'處的以虛線表示的打開位置之間移動，其中在所述關閉位置處，門將反應室10的內部與前室38隔離。門40配備有適當的控制及致動機構，用於使其在打開位置和關閉位置之間移動。在一個實施例中，例如在美國專利第7,276,124號中所公開的，門可以包括可在向上方向和向下方向上移動的擋板，其公開內容在此作為引用併入本文。圖1中所描繪的設備還可以包括：裝載機構（未示出），其能夠將晶圓載體從前室38移動到反應室中並在操作條件下使晶圓載體與主軸24接合，並且還能夠將晶圓載體從主軸24上移開並移入前室38中。
該設備還包括多個晶圓載體。在圖1所示的操作條件下，第一晶圓載體42在操作位置下設置於反應室10內，而第二晶圓載體44設置在前室38內。每個晶圓載體包括主體46，主體46大致為具有中心軸線的圓盤的形式（參見圖2）。主體46繞軸線對稱地形成。在操作位置，晶圓載體主體的軸線與主軸24的中心軸線26重合。主體46可以形成為單件或多件的複合件。例如，如美國專利申請公開第20090155028號所公開的（其公開的內容在此作為引用併入本文），晶圓載體主體可以包括限定主體圍繞中心軸線的小區域的轂和限定盤狀主體的其餘部分的較大部分。主體46期望由不污染所述過程並且能夠承受所述過程中遇到的溫度的材料形成。例如，所述圓盤的較大部分可以主要或完全由例如石墨、碳化矽或其他耐火材料的材料形成。主體46通常具有平坦的頂表面48和底表面52，兩者大致彼此平行地並且大致垂直於圓盤的中心軸線地延伸。主體46還具有一個或多個適於保持多個晶圓的晶圓保持特徵件。
在操作中，晶圓54（例如由藍寶石、碳化矽或其他晶體基材形成的盤狀晶圓）設置在每個晶圓載體的每個凹槽56內。通常，晶圓54的厚度與其主表面的尺寸相比較小。例如，在厚度約為770μm或更小的情況下，可以使用直徑約2英寸（50mm）的圓形晶圓或者直徑約4英寸（100mm）的圓形晶圓或者約150mm（6英寸）的圓形晶圓。如圖1中所示，晶圓54設置為頂表面朝上，使得頂表面暴露在晶圓載體的頂部。另外，還可以考慮其他尺寸的晶圓，例如正方形、六邊形等。
在典型的MOCVD製程中，將其上裝載有晶圓的晶圓載體42從前室38裝載到反應室10中並放置在圖1所示的操作位置處。在這種情況下，晶圓的頂表面面向上，朝向氣體分配裝置12。加熱元件34被致動，並且轉動驅動機構32運行以使主軸24和晶圓載體42繞軸26旋轉。通常，主軸24以約50-1500轉/分鐘的轉速轉動。反應氣體源14、載氣源16和反應氣體源18被致動以通過氣體分配裝置12供應氣體。氣體向下流向晶圓載體42，通過晶圓載體42的頂表面48和晶圓54上方，並且向下圍繞晶圓的周邊到出口以及到排氣系統22。因此，晶圓載體的頂表面和晶圓54的頂表面暴露於包括由各種製程氣體供應單元供應的各種氣體的混合物的製程氣體。最典型地，頂表面處的製程氣體主要由載氣供應單元16供應的載氣組成。在典型的化學氣相沉積製程中，載氣可以是氮氣，並且因此晶圓載體的頂表面處的製程氣體主要由氮氣和一定量的反應性氣體組分所組成。
加熱元件34主要通過輻射熱傳遞將熱量傳遞到晶圓載體42的底表面52。施加到晶圓載體42的底表面52的熱量向上流過晶圓載體的主體46到達晶圓載體的頂表面48。向上穿過主體的熱量還向上穿過間隙到達每個晶圓的底表面，並且向上穿過晶圓到達晶圓54的頂表面。熱量從晶圓載體42的頂表面48和從晶圓的頂表面輻射到處理室的較冷的元件（例如到處理室的壁和到氣體分配裝置12）。熱量也從晶圓載體42的頂表面48和晶圓的頂表面傳遞到通過這些表面的製程氣體。
在所示的實施例中，系統包括多個特徵件，這些特徵件設計為評估每個晶圓54的表面的加熱均勻性。在該實施例中，溫度剖析系統58接收溫度資訊，該溫度資訊可包括來自溫度監測器60的溫度和溫度監測位置資訊。此外，溫度剖析系統58接收晶圓載體位置資訊，在一個實施例中，晶圓載體位置資訊可以來自轉動驅動機構32。利用該資訊，溫度剖析系統58構建晶圓載體42上的凹槽56的溫度曲線。該溫度曲線表示包含在凹槽中晶圓54或凹槽56的每一個的表面上的熱分佈。
圖2是根據一個實施例的晶圓載體200的透視圖。圖2所示的實施例包括：內部部分202，其配置為容納主軸（例如，如圖1所示的主軸24）。在圖2的透視圖中，配件（例如，圖1的配件30）是不可見的。而在圖8中示出了示例的配件。
從內部部分202徑向向外的是圓盤204，圓盤204具有繞內部部分202延伸的內圓周。從圓盤204徑向向外的是多個蓋區段206。多個蓋區段206組合起來，限定了繞圓盤204延伸的內圓周。唇部208從多個蓋區段206徑向向外佈置，並且限定繞多個蓋區段206延伸的內圓周。這些交界處中的每一個可包括“刀緣”、外伸部或斜削部，使得唇部208防止蓋區段206徑向向外或向上移動，並且圓盤204防止區段206在其徑向內邊緣處向上移動。
多個蓋區段206中的每一個限定了使板210的一部分暴露的大致圓形的孔。在圖2所示的實施例中，板210的暴露的部分是圓形的，並且對應於凹槽以用於晶圓外延生長。
U形釘212佈置成將多個蓋區段206中的每一個保持到板210。U形釘212還將圓盤204保持到板210。U形釘212與多個蓋區段206中的一個和圓盤204一起在分解圖中示出，以描繪配置為容納U形釘212的孔214。每個U形釘212包括後跨和配置為延伸穿過板210的一個或多個突出部。在替代實施例中，U形釘212可具有兩個突出部（如圖中所示），或者具有兩個以上的突出部（例如，耦接三個蓋區段的三個突出部）。附接到U形釘212的後跨的突出部的數量和佈置可以基於蓋區段206的特定取向和在MOCVD製程期間其上的預期應力來確定。在實施例中，U形釘212也可以是離心平衡的，使得在以每分鐘幾千轉的預期速度下的轉動期間，板210的轉動不會因U形釘212的品質而發生明顯的不平衡。
在替代實施例中，可以使用除U形釘之外的緊固件。例如，在一個實施例中，中心螺釘和螺母可以用於將蓋區段206固定到板210，夾子或任何其他緊固件也可以。這種緊固件可以由熱膨脹係數與晶圓載體200的其餘部分相對應但具有足夠的機械強度以防止轉動期間的移動的材料（例如碳化矽、鎢或鉬）製成。
圖3是晶圓載體200的局部分解圖。在圖3所示的分解圖中，示出了在圖2的視圖中佈置於圓盤204下方的板210的一部分。基座215在板210上以圓形模式佈置以支撐圓盤204的徑向外部部分，並且基座215成對地分組成對應的晶圓基座（其相對於每個凹槽徑向向內）和蓋基座（其相對於每個凹槽徑向向外），參見以下關於圖5至圖7的更為詳細的描述。圖3還描繪了墊片216，其配置為保持U形釘212。
同樣，在晶圓載體200的部分分解圖中，示出了板210的佈置在區段206中的一個下面的一部分。基座215也沿著由區段206形成的孔的圓形邊界佈置。如圖5至圖7所示，圍繞區段206的孔的基座可以以徑向內部和外部的配對進行佈置，所述徑向內部和外部的配對具有彼此不同的高度。
圖4A是晶圓載體200的俯視圖。圖4B是板210的俯視圖。圖4B描繪了部分5，其在圖5中更為詳細地示出。圖4C是替代實施例的俯視透視圖，其中僅使用徑向內部U形釘212。徑向內U形釘212將圓盤204保持到板210，並且圓盤204包括外伸部或類似的緊固機構以保持蓋區段206的徑向內部部分。唇部208同樣包含外伸部或其他緊固機構以保持蓋區段206的徑向外邊緣。這樣，可以將蓋區段206保持到板210而不需要額外的U形釘212。外伸部保持多個蓋區段206的徑向外邊緣，以限制它們在向外方向和向上方向上的移動，同時允許徑向移動和橫向移動以考慮差分熱膨脹。在替代實施例中，基於設計中提供的緊固機構的組合，可以使用相對更多或更少的U形釘212，以防止多個蓋區段206相對於板210徑向向外或縱向向上的移動。
圖5是圖4B中所描繪的部分5的放大圖。部分5是單個凹槽的放大圖（即上述板210的與部分206中的一個的孔相鄰佈置的一部分）。在圖5中，更詳細地示出了基座215，特別是示出了內基座部分215A和外基座部分215B。圖5還定義了橫截面7-7（更詳細地示於圖7）。
圖6是基座215的細節圖，包括內基座部分215A和外基座部分215B。在實施例中，內基座部分215A配置為保持晶圓或基材以用於外延生長。內基座部分215A防止板210與該基材之間的直接熱接觸（除了內基座部分215A的相對小的上表面處）。
相比之下，外基座部分215B配置為保持區段206，使得區段206不與板210直接熱接觸（除了在外基座部分215B的相對小的上表面之外）。
在實施例中，晶圓載體200配置為使得板210在每個基座處的一部分內的晶圓具有與位於徑向外基座部分215B上的蓋區段206大致相同的高度。通過改變基座部分214A和214B的高度以及構成蓋區段206的材料，可以實現在約700℃和約900℃之間的操作條件下的淨垂直熱導率，與在晶圓載體200的正在經歷外延生長的部分和不經歷外延生長的部分之間的淨垂直熱導率是一致的。在替代實施例中，可以使用不同高度的基座214A和214B，這將在這些和其他操作條件和溫度下實現有益的導熱模式。例如，這種期望的淨導熱效應可以是晶圓和熱蓋之間的一致的熱導率，或者整個板210上的一致的熱導率。
如圖6所示，內基座部分215A佈置在平臺218上。平臺218從板210的頂表面延伸。
圖7是圖5中所指示的、板210的一部分由截線7-7指示的截面圖。圖7中描繪的橫截面示出了凹形平臺218，其中較少凹陷的部分220佈置為與徑向內基座部分215A相鄰，並且更多凹陷的部分222設置在較少凹陷的部分220與徑向內基座部分215A之間。寬度206'對應於區段206中的孔的寬度，所述區段206可以佈置為與圖7中所描繪的部分相鄰。
在替代實施例中，平臺輪廓可具有各種輪廓中的任何輪廓，例如平的、凸面的、波狀的或有紋理的。凹槽的凸起和彎入可以類似於傳統的凹槽，不過是從板表面升起而不是基於蓋區段206的厚度凹入板表面。
圖8A是根據一個實施例的晶圓載體200的仰視圖。如上所述，墊片216沿著板210的底表面佈置以容納U形釘212。板210的底表面還包括接合機構230，用於耦接到主軸或類似結構以驅動轉動。接合機構230類似於圖1中的配件30，並且可以是各種花鍵、緊固件、鍵合接合或其他配件中的任何一種。例如，花鍵、鍵合結構、柱的集合、或其他轉動不對稱耦接件可用於將板210附接到相應的驅動器。
圖8B是替代實施例的仰視圖，其中僅使用中心U形釘212（即，將圓盤204保持到板210的U形釘212）而不是徑向外部U形釘（即，替代實施例中將蓋區段206保持到板210的U形釘212）。
圖9A和9B分別是多個蓋區段206中的一個的俯視透視圖和仰視透視圖。圖9B描繪了邊緣224，在實施例中邊緣224配置為與基材接合以生長晶圓。
在實施例中，可以設置多個蓋區段206中的每一個的厚度226，使得徑向外基座215B的厚度加上平臺226的厚度大約等於平臺218的外邊緣的厚度加上徑向內基座215A的厚度加上期望的基材和晶圓（未示出）的厚度。因此，所使用的基座218越厚，多個蓋區段206將越厚。在實施例中，區段206可以由石英或具有與要生長的基材或晶圓相類似的熱傳遞特性的另一種材料製成。在實施例中，具有不同材料組分的區段206可在使用之間互換，以與在平臺218上外延生長的晶圓或佈置在其上的基材的熱特性相匹配。
圖10描繪了具有凹槽和鎖定特徵件的獨特佈置的替代實施例。特別地，圖10描繪了具有四個互鎖蓋區段306的晶圓載體300。蓋區段306中的每一個限定三個孔，可通過這三個孔接近板310。蓋區段306中的每一個機械地和熱地覆蓋板310的一部分，該部分對應於板的整個圓形頂部橫截面的π/2弧度，在板310的中心和徑向外唇緣308之間延伸。
與圖2所示的實施例相比，圖10所示的實施例提供了一些優點。例如，晶圓凹槽的數量從9個增加到12個，並且更有效地使用襯托器中心的空間。在替代實施例中，來自這些實施例的特徵件可以彼此混合（例如通過在具有以象限佈置的蓋區段（例如圖10中的306）的設計中添加中心特徵件（例如圖2中的202）。
圖10還示出了鎖定凸片312和鎖定桿313。這些特徵件可以在轉動期間（例如在MOCVD處理迴圈期間）保持蓋區段306。在實施例中，使用鎖定凸片312消除了在唇部308處對刀緣或其他保持特徵件的需要。在圖13中更詳細地示出了鎖定桿313。
圖11是先前針對圖10描述的實施例的分解圖。除了上述的蓋區段306、唇部308、板310、鎖定凸片312和鎖定桿313之外，圖11中還示出了基座315。基座315類似於先前針對圖4B和圖5至圖7描述的基座215。
圖12是上面參照圖10和圖11所述的蓋區段306的透視圖。蓋區段306類似於上面參照圖9A和圖9B的所述的蓋區段206。與蓋區段206不同，蓋區段306包括溝槽307和切口309。溝槽307配置為與鎖定桿313機械接合（如上面關於圖10所示以及下面參照圖13更詳細的描述）。切口309配置為與鎖定凸片312接合（如上面參照圖10所述）。相結合地，與鎖定凸片312接合的切口309和與鎖定桿313接合的溝槽307防止蓋區段306相對於下面的板310徑向和周向移動。
圖13描繪了鎖定桿313。在圖13所示的實施例中，鎖定桿313包括表面部分313A、徑向內腳313B和徑向外腳313C。在替代實施例中，可以使用不同數量的腳，或者可以採用與板310接合的其他耦接或緊固機構。在操作中，腳313B和313C被閂鎖到板310內的相應的容納構件中，使得表面部分313A延伸橫跨蓋區段（306）的一部分，以保持該蓋區段並且防止沿圓周方向的移動。
在替代實施例中，可以將其他特徵件添加到鎖定桿313，以防止在其他方向上的移動。例如，表面部分313A可以具有毛刺或其他鎖定特徵件，以防止相鄰蓋區段306相對於板310的徑向移動以及周向移動。
圖14是晶圓載體400的另一實施例，其中鎖定機構與上述實施例不同。特別地，晶圓載體400包括佈置在板410上的四個蓋區段406，以提供與晶圓的熱絕緣（在熱傳遞係數、厚度或兩者上）相類似的熱絕緣，並促進均勻加熱。與晶圓載體300不同，晶圓載體400不包括鎖定桿。作為鎖定桿的替代，晶圓載體400包括多個鎖定螺釘413。鎖定螺釘413可以與相鄰的蓋區段406的表面接合，或者在實施例中，可以在鎖定螺釘413和蓋區段406的表面之間佈置墊片、螺母或其他連接構件，以防止對蓋區段406的損壞。鎖定凸片412佈置在板410的徑向外邊緣處，以在晶圓載體400的轉動期間提供對蓋區段406的進一步支撐。
儘管在圖14所示的實施例中使用了鎖定螺釘413，但是應該理解的是，可以使用各種替代方案，例如夾子、鉚釘、螺栓（例如托架螺栓）、繫緊裝置、U形釘或其他緊固件。鎖定螺釘413受益於相對高的強度，易於耦接和解開，以及對從晶圓載體400的一側到另一側的整體熱傳遞的低影響。
圖15是上面參照圖14所述的晶圓載體400的分解圖。圖15更詳細地示出了鎖定螺釘413以及螺母413'，螺母413'配置為與螺釘413接合以將蓋區段406保持到板410。另外，圖15的分解圖使基座415更加明顯，這類似於上面參照圖4B和圖5至圖7所述的基座215。
圖16是蓋區段406的透視圖。蓋區段406類似於上面參照圖12所述的蓋區段306。作為溝槽307和切口309的替代，蓋區段406限定了四個部分膛孔407，每個部分膛孔407配置為與螺釘（413）接合，以在轉動期間（例如在MOCVD處理期間）將蓋區段406保持就位。
圖17是晶圓載體500的另一實施例，具有覆蓋平臺510的四個熱蓋區段50。熱蓋區段506通過四個鎖定凸片512在晶圓載體500的徑向外邊緣處保持就位。中心緊固件513在徑向最內側區域處保持熱蓋區段506中的每一個。
圖17中所示的設計的有益之處在於，通過單個中央緊固件513防止蓋區段506在徑向最內側區域中升起。中央緊固件513可以是螺釘（耦接到位於晶圓載體500的相反側（圖17的透視圖中不可見）上的螺母）、夾子、鉚釘或在蓋區段506的一部分上延伸的任何其他類型的緊固件（如下面參考圖19更詳細示出的）。
在使用中，蓋區段506可以通過將蓋區段506佈置為使得限定在其中的孔各自定位在平臺上（如上所更詳細描述的）而耦接到晶圓載體500的其餘部分。在圖17所示的實施例中，這種佈置還導致蓋區段506與鎖定凸片512配合。接下來，中央緊固件513與晶圓載體500接合以保持蓋區段506。替代地，中央緊固件513可以是固定的，並且鎖定凸片512可以是可移動的或可移除的。在這樣的實施例中，蓋區段506可以與中央緊固件513接合並且與佈置在平臺510上的孔接合，並且隨後鎖定特徵件512可以被接合以保持蓋區段506。
圖18是晶圓載體500的分解圖，描繪了先前參照圖17描述的特徵件。在圖18的分解圖中，平臺510的側部更清晰可見。圖19然後又示出了肩部507，肩部507可以與相鄰的部件（例如中央緊固件513或相鄰的蓋區段506）接合。
圖20是晶圓載體600的另一實施例，其中每個蓋區段606之間的壁包括在每個蓋區段606之間的移動限制結構。晶圓載體600類似於晶圓載體200，但具體包括佈置在每個蓋區段606之間的陽鋸齒結構620和陰鋸齒結構622。具體地，陽鋸齒結構620與位於相鄰蓋區段606上的相應的陰鋸齒結構622互鎖。陽鋸齒結構620和陰鋸齒結構622之間的接合用於限制載體區段606的徑向向外移動以及載體區段606之間的移動。
鋸齒結構（620、622）相對容易緊固以抵抗試圖抬起和推出蓋的向心力（因為它幾乎居中並且非常重）。類似地，鋸齒佈局（例如圖20中所示的結構）橫向連接蓋區段606，並且相關聯的零件與零件的摩擦和互連的品質相對穩定。在實施例中，使用鋸齒結構消除或減少了對緊固件（對於清潔和拆卸來說可能是不實用的）的需求。
圖21是晶圓載體700的另一實施例，其中蓋區段的數量與先前所述的實施例不同。特別地，晶圓載體700包括佈置在板710上的單片式蓋區段706，以提供與晶圓的熱絕緣（在熱傳遞係數、厚度或兩者上）相類似的熱絕緣並促進均勻加熱。與先前所述的實施例不同，單片式蓋區段706不需要蓋區段間的鎖定裝置，這是因為單片式蓋區段706是一體式部件。鎖定凸片712徑向地佈置在板710的外邊緣處，以在晶圓載體700的轉動期間支撐單片式蓋區段706。
圖22是晶圓載體800的另一實施例，其中蓋區段的數量不同於晶圓載體200。晶圓載體800與晶圓載體700的類似之處在於它包括內部部分802和圓盤804，但它包括單片式蓋區段806而不是多個蓋區段206。晶圓載體800還包括唇部808、板810和U形釘812。與晶圓載體200不同，晶圓載體800包括單片式蓋區段806，單片式蓋區段806因其一體式結構需要較少的U形釘812和其他支撐部件。
在替代實施例中，除了鎖定桿、螺母或U形釘之外，還可以使用各種其他緊固件。此外，可以使用晶圓凹槽的各種替代設置，例如包括一個環、兩個環、或者甚至多個凹槽的環的晶圓凹槽佈置。如上所述，基座可以結合到這些設計中，這導致晶圓高度與蓋區段的高度成預定的關係。同樣可以選擇蓋區段材料和厚度，使得在MOCVD之前、期間或結束時穿過晶圓的熱傳遞與穿過蓋區段的熱傳遞相類似。
如本文所述，配置為與化學氣相沉積裝置一起使用的晶圓載體包括：一個或多個板，所述板具有被佈置為彼此相對的頂表面和底表面；多個平臺，限定在板的頂表面上；多個蓋區段，配置為與板的頂表面接合，多個蓋區段中的每一個限定至少一個孔，所述孔對應於多個平臺中的一個。這些晶圓載體對於傳統系統的改進之處至少在於，對於每個平臺和相應的蓋區段來說，多個徑向內基座僅佈置在平臺上以支撐相應的基材，並且多個徑向外基座僅設置在頂表面上並配置為支撐相應的蓋區段。
在實施例中，螺釘、夾子、系帶、U形釘、鉚釘或其他緊固件可用於將板保持到蓋區段。在替代實施例中，每個蓋區段可以限定一個或多於一個的孔，或者兩個蓋區段可以組合以限定孔。在一些實施例中，可以僅存在限定所有孔的一個蓋區段。在實施例中，徑向內基座和徑向外基座可以不同地佈置或者具有與多個期望的垂直熱分佈中的任一個相對應的不同高度，所述垂直熱分佈包括晶圓比周圍的熱蓋區段更熱、更冷或相同溫度的熱分佈。
相關領域的普通技術人員將認識到，本文的主題可包括比上述任何個別實施例中所示的更少的特徵。本文描述的實施例並不意味著可以組合本主題的各種特徵的方式的詳盡說明。因此，實施例不是相互排斥的特徵組合；相反，如本領域普通技術人員所理解的，各種實施例可包括選自不同的個別實施例的不同的個別特徵的組合。此外，除非另有說明，否則即使在這些實施例中沒有描述，也可以在其他實施例中實現參照一個實施例所描述的元件。
雖然請求項的附屬項可以在請求項中引用一個或多個其他請求項的特定組合，但是其他實施例還可以包括請求項的附屬項與每個其他附屬項的主題的組合或者一個或多個特徵與其他附屬項或獨立項的組合。除非聲明不想要特定組合，否則本文提出了這樣的組合。
通過引用上述文獻的任何併入是受限的，使得不包含與本文的明確公開相反的主題。通過引用上述文獻的任何併入進一步受到限制，使得文獻中包括的任何請求項均不通過引用併入本文。通過引用上述文獻的任何併入進一步受到限制，使得除非明確包括在本文中，否則文獻中提供的任何定義不通過引用併入本文。
實施例旨在說明而非限制。另外的實施例包括請求項的範圍內。另外，儘管已經參照特定實施例描述了本發明的各方面，但是本領域技術人員將認識到，在不脫離由請求項限定的本發明的範圍的情況下，可以在形式和細節上進行改變。
10‧‧‧反應室
12‧‧‧氣體分配裝置
14‧‧‧反應氣體源
16‧‧‧載氣源
18‧‧‧反應氣體源
20‧‧‧冷卻劑系統
22‧‧‧排氣系統
24‧‧‧主軸
26‧‧‧中心軸線
28‧‧‧轉動穿通裝置
30‧‧‧配件
32‧‧‧轉動驅動機構
34‧‧‧加熱元件
36‧‧‧入口
38‧‧‧前室
40‧‧‧門
42‧‧‧第一晶圓載體
44‧‧‧第二晶圓載體
46‧‧‧主體
48‧‧‧頂表面
52‧‧‧底表面
54‧‧‧晶圓
56‧‧‧凹槽
58‧‧‧溫度剖析系統
60‧‧‧溫度監測器
200‧‧‧晶圓載體
202‧‧‧內部部分
204‧‧‧圓盤
206‧‧‧蓋區段
206'‧‧‧寬度
208‧‧‧唇部
210‧‧‧板
212‧‧‧U形釘
214‧‧‧孔
215‧‧‧基座
215A‧‧‧內基座部分
215B‧‧‧外基座部分
216‧‧‧墊片
218‧‧‧平臺
220‧‧‧部分
222‧‧‧部分
224‧‧‧邊緣
226‧‧‧厚度
230‧‧‧接合機構
300‧‧‧晶圓載體
306‧‧‧蓋區段
307‧‧‧溝槽
308‧‧‧唇部
309‧‧‧切口
310‧‧‧板
312‧‧‧鎖定凸片
313‧‧‧鎖定桿
313A‧‧‧表面部分
313B‧‧‧徑向內腳
313C‧‧‧徑向外腳
315‧‧‧基座
400‧‧‧晶圓載體
406‧‧‧蓋區段
407‧‧‧部分膛孔
410‧‧‧板
412‧‧‧鎖定凸片
413‧‧‧鎖定螺釘
413'‧‧‧螺母
415‧‧‧基座
500‧‧‧晶圓載體
506‧‧‧蓋區段
507‧‧‧肩部
508‧‧‧唇部
510‧‧‧平臺
512‧‧‧鎖定凸片
513‧‧‧中央緊固件
600‧‧‧晶圓載體
606‧‧‧蓋區段
620‧‧‧陽鋸齒結構
622‧‧‧陰鋸齒結構
700‧‧‧晶圓載體
706‧‧‧蓋區段
710‧‧‧板
712‧‧‧鎖定凸片
800‧‧‧晶圓載體
802‧‧‧內部部分
804‧‧‧圓盤
806‧‧‧蓋區段
808‧‧‧唇部
810‧‧‧板
812‧‧‧U形釘
結合附圖考慮下列對本發明的各實施例的詳細描述，可以更全面地理解本發明，其中：
圖1是根據一個實施例的MOCVD處理室的示意圖。
圖2是根據一個實施例的具有熱蓋的晶圓載體的透視圖。
圖3是具有熱蓋的晶圓載體的透視圖。
圖4A是晶圓載體的俯視圖。
圖4B是晶圓載體的部件板的俯視圖。
圖4C是僅具有徑向內U形釘的晶圓載體實施例的俯視透視圖。
圖5是與圖4B的部分5相對應的平臺的細節圖。
圖6是包括徑向內基座和外基座的平臺的邊緣的細節透視圖。
圖7是平臺和一對徑向內基座和外基座的截面圖。
圖8A和8B分別是具有熱蓋的晶圓載體的仰視圖和仰視透視圖。
圖9A和9B分別是構成熱蓋的多個蓋區段之一的俯視和仰視透視圖。
圖10是具有熱蓋的晶圓載體的一個替代實施例的透視圖。
圖11是圖10的具有熱蓋的晶圓載體的分解圖。
圖12是與圖10的具有熱蓋的晶圓載體相對應的熱蓋區段的透視圖。
圖13是與圖10的具有熱蓋的晶圓載體相對應的鎖定桿的透視圖。
圖14是具有熱蓋的晶圓載體的一個替代實施例的透視圖。
圖15是圖14的具有熱蓋的晶圓載體的分解圖。
圖16是與圖14的具有熱蓋的晶圓載體相對應的熱蓋區段的透視圖。
圖17是具有熱蓋的晶圓載體的一個替代實施例的透視圖。
圖18是圖17的具有熱蓋的晶圓載體的分解圖。
圖19是與圖17的具有熱蓋的晶圓載體相對應的熱蓋區段的透視圖。
圖20是具有熱蓋的晶圓載體的一個替代實施例的透視圖的切面圖。
圖21是具有熱蓋的晶圓載體的一個替代實施例的透視圖。
圖22是具有熱蓋的晶圓載體的一個替代實施例的透視圖。

Claims (15)

  1. 一種晶圓載體，其中該晶圓載體被配置為與化學氣相沉積裝置一起使用，該晶圓載體包括： 板，其具有佈置為彼此相對的頂表面和底表面； 多個平臺，其限定在該板的該頂表面上； 一個或多個蓋區段，其配置為與該板的該頂表面接合，該一個或多個蓋區段中的每一個限定至少一個孔，該孔對應於該多個平臺中的一個； 其中，對於每一該平臺和相應的蓋區段而言： 多個徑向內基座，其僅設置在該平臺上以支撐相應的基材；以及 多個徑向外基座，其僅設置在該頂表面上並且配置為支撐相應的蓋區段。
  2. 如請求項1所述的晶圓載體，其中該多個平臺的輪廓選自平的、凹形的、弓形的、波狀的或有紋理的輪廓。
  3. 如請求項1所述的晶圓載體，其中該平臺的厚度與該徑向外基座的厚度相加大致等於該平臺的外邊緣的厚度加上該徑向內基座的厚度加上期望的基材的厚度加上期望的外延生長晶圓的厚度。
  4. 如請求項1所述的晶圓載體，其中還包括佈置在該底表面上的鎖定特徵件。
  5. 如請求項4所述的晶圓載體，其中該鎖定特徵件佈置在該底表面的幾何中心處。
  6. 如請求項1所述的晶圓載體，其中該頂表面和該底表面均包括直徑，並且其中該頂表面的直徑大於該底表面的直徑。
  7. 如請求項1所述的晶圓載體，其中在該頂表面的該直徑處佈置有唇部，並且其中該唇部配置為與該一個或多個蓋區段互鎖。
  8. 如請求項7所述的晶圓載體，其中還包括圓盤，該圓盤離開該唇部與該一個或多個蓋區段中的每一個相對佈置，並且其中該圓盤配置為與該一個或多個蓋區段互鎖。
  9. 如請求項8所述的晶圓載體，其中該圓盤利用U形釘耦接到該板。
  10. 如請求項9所述的晶圓載體，其中該一個或多個蓋區段通過緊固件耦接到該板。
  11. 如請求項10所述的晶圓載體，其中該緊固件中的每一個包括U形釘和墊片。
  12. 如請求項1所述的晶圓載體，其中該晶圓載體配置為用於金屬氧化物化學氣相沉積系統。
  13. 如請求項1所述的晶圓載體，其中該徑向外基座和該徑向內基座配置為實現期望的淨垂直導熱效應。
  14. 如請求項1所述的晶圓載體，其中該一個或多個蓋區段是單片式蓋區段。
  15. 如請求項1所述的晶圓載體，其中該多個蓋區段中的每一個包括一個或多個陽鋸齒結構和陰鋸齒結構，其中一個蓋區段的陽鋸齒結構或陰鋸齒結構配置為與相鄰的蓋區段的陽鋸齒結構或陰鋸齒結構接合。
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