DE102020120449A1 - Wafer-carrier und system für eine epitaxievorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein Wafer-Carrier (100) umfasst eine erste Hauptoberfläche (101), die zur Aufnahme von Wafern (105) geeignet ist, und eine zweite Hauptoberfläche (102), die auf einer der ersten Hauptoberfläche (101) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, sowie eine zum Wafer-Carrier (100) konzentrische ringförmige Vertiefung (131, 132, 133) oder Wafer-Carriermaterial enthaltende Erhebung (136, 137) im Bereich der zweiten Hauptoberfläche.

Description

  • Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden üblicherweise Epitaxieverfahren zur Abscheidung dünner epitaktischer Halbleiterschichten eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass das epitaktische Wachstum sehr temperatursensitiv ist. Beispielsweise hängen das Zusammensetzungsverhältnis eines Verbindungshalbleitermaterials und damit die Bandlücke des Verbindungshalbleitermaterials in starkem Maße von der Substrattemperatur ab. Bei lokal variierenden Temperaturen können somit innerhalb eines einzelnen Wafers Bereiche unterschiedlichen Zusammensetzungsverhältnisses auftreten. Weiterhin können auch verschiedene Wafer, die unter gleichartigen Prozessparametern bearbeitet werden, jeweils unterschiedliche Zusammensetzungsverhältnisse aufweisen.
  • Aus diesem Grund werden Anstrengungen unternommen, bei epitaktischen Wachstumsverfahren möglichst gleichförmige Temperatureintragungen in den Wafer sicherzustellen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wafer-Carrier sowie ein verbessertes System für eine Epitaxievorrichtung bereitzustellen.
  • Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Ein Wafer-Carrier umfasst eine erste Hauptoberfläche, die zur Aufnahme von Wafern geeignet ist, und eine zweite Hauptoberfläche, die auf einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, sowie eine zum Wafer-Carrier konzentrische ringförmige Vertiefung oder Wafer-Carriermaterial enthaltende Erhebung im Bereich der zweiten Hauptoberfläche.
  • Gemäß Ausführungsformen beträgt eine Tiefe der konzentrischen ringförmigen Vertiefung oder Höhe der Erhebung weniger als 10 mm.
  • Beispielsweise kann der Wafer-Carrier zwei Vertiefungen oder Erhebungen aufweisen. Dabei kann eine Tiefe der konzentrischen ringförmigen Vertiefung oder eine Höhe der Erhebung in einem Randbereich des Wafer-Carriers größer als in einem zentralen Bereich des Wafer-Carriers sein. Je nach Konfiguration der Heizung kann dies aber auch anders sein. Beispielsweise kann die Tiefe der konzentrischen ringförmigen Vertiefung oder die Höhe der Erhebung in einem Randbereich des Wafer-Carriers kleiner als oder genauso groß wie in einem zentralen Bereich des Wafer-Carriers sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein Wafer-Carrier eine erste Hauptoberfläche, die zur Aufnahme von Wafern geeignet ist, und eine zweite Hauptoberfläche, die auf einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, sowie einen zum Wafer-Carrier konzentrischen ringförmigen Bereich, in dem Material des Wafer-Carriers durch vom Wafer-Carriermaterial verschiedenes Fremdmaterial ersetzt ist, im Bereich der zweiten Hauptoberfläche. Gemäß Ausführungsformen kann der Wafer-Carrier mehrere ringförmige Bereiche aufweisen, in denen das Material des Wafer-Carriers durch vom Wafer-Carriermaterial verschiedenes Fremdmaterial ersetzt ist. Beispielsweise kann in den unterschiedlichen ringförmigen Bereichen jeweils ein unterschiedliches Fremdmaterial vorgesehen sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein Wafer-Carrier eine erste Hauptoberfläche, die zur Aufnahme von Wafern geeignet ist, und eine zweite Hauptoberfläche, die auf einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, sowie einen zum Wafer-Carrier konzentrische ringförmige Bereich, der mit Beschichtungsmaterial mit einem gegenüber dem Wafer-Carriermaterial erhöhten Absorptionskoeffizienten beschichtet ist, im Bereich der zweiten Hauptoberfläche. Gemäß Ausführungsformen kann der Wafer-Carrier mehrere konzentrische ringförmige Bereiche aufweisen, die mit Beschichtungsmaterial mit einem von dem Wafer-Carriermaterial verschiedenem Absorptionskoeffizienten beschichtet ist. Beispielsweise kann in den unterschiedlichen ringförmigen Bereichen jeweils ein unterschiedliches Beschichtungsmaterial vorgesehen sein.
  • Beispielsweise ist eine radial gemessene Breite der Vertiefung oder Erhebung größer als 0,5 cm.
  • Gemäß Ausführungsformen können die oder einige der unterschiedlichen Strukturelemente im Bereich der zweiten Hauptoberfläche des Wafer-Carriers miteinander kombiniert werden.
  • Ein System für eine Epitaxievorrichtung umfasst den Wafer-Carrier wie vorstehend beschrieben und eine resistive Heizung, die auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche angeordnet ist.
  • Beispielsweise kann die Heizung zwei horizontale Heizspulen mit jeweils konzentrischen Windungen aufweisen, so dass die von der Heizung erzeugte Wärme in radialer Richtung variiert.
  • Gemäß Ausführungsformen liegen Erhebungen auf der zweiten Hauptoberfläche des Wafer-Carriers Positionen der Heizung mit verringerter Wärme-Erzeugung gegenüber. Beispielsweise ist eine radial gemessene Breite von Erhebungen auf der zweiten Hauptoberfläche des Wafer-Carriers kleiner als der radiale Abstand zwischen benachbarten Heizspulen.
  • Gemäß Ausführungsformen liegen die Vertiefungen auf der zweiten Hauptoberfläche des Wafer-Carriers Positionen der Heizung mit erhöhter Wärme-Erzeugung gegenüber.
  • Weiterhin können Bereiche mit verringerter Wärmeleitfähigkeit auf der zweiten Hauptoberfläche des Wafer-Carriers Positionen der Heizung mit erhöhter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen.
  • Beispielsweise sind die Bereiche mit Fremdmaterial derart positioniert, dass Bereiche mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit auf der zweiten Hauptoberfläche des Wafer-Carriers Positionen der Heizung mit verringerter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen.
  • Gemäß Ausführungsformen ist eine radial gemessene Breite von Bereichen mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit auf der zweiten Hauptoberfläche des Wafer-Carriers kleiner als der radiale Abstand zwischen benachbarten Heizspulen.
  • Beispielsweise liegen die mit Beschichtungsmaterial beschichteten Bereiche Positionen der Heizung mit verringerter Wärme-Erzeugung gegenüber.
  • Gemäß Ausführungsformen ist eine radial gemessene Breite der mit Beschichtungsmaterial beschichteten Bereiche auf der zweiten Hauptoberfläche des Wafer-Carriers kleiner als der radiale Abstand zwischen benachbarten Heizspulen.
  • Beispielsweise weist eine der Heizspulen einen Bereich auf, in dem ein Abstand zwischen benachbarten Windungen größer als ein durchschnittlicher Abstand zwischen benachbarten Windungen ist. In diesem Fall kann der mit Beschichtungsmaterial beschichtete Bereich dem Bereich mit größerem Abstand zwischen benachbarten Windungen gegenüberliegen.
  • Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.
    • 1A zeigt schematisch den Aufbau einer Epitaxievorrichtung, die einen Wafer-Carrier gemäß Ausführungsformen enthalten kann.
    • 1B zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Wafer-Carrier.
    • 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Heizung.
    • 3A zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Hauptoberfläche eines Wafer-Carriers gemäß Ausführungsformen.
    • 3B zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Hauptoberfläche eines Wafer-Carriers gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 3C zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Hauptoberfläche eines Wafer-Carriers gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 4 veranschaulicht die Temperaturverteilung eines Wafer-Carriers in Abhängigkeit des Abstands von einem Mittelpunkt des Wafer-Carriers.
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
  • Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
  • Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.
  • Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
  • Die im Rahmen der vorliegenden Anmeldung erwähnten Wafer können Wafer sein, auf denen Halbleitermaterial epitaktisch aufgewachsen werden kann. Beispielsweise können die Wafer isolierende Wafer oder Halbleiterwafer sein.
  • 1A zeigt eine Ansicht einer Epitaxievorrichtung. Eine Vielzahl von Wafern 105 ist auf einer ersten Hauptoberfläche 101 des Wafer-Carriers 100 angeordnet. Die genaue Art der Anordnung der Wafer 105 auf dem Wafer-Carrier 100 wird unter Bezugnahme auf 1B noch genauer erläutert werden. Der Wafer-Carrier 100 ist drehbar über einer Drehachse 110 gelagert. Unter Verwendung eines zugehörigen Motors kann der Wafer-Carrier 100 kontinuierlich um die Drehachse 110 gedreht werden. Auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche 102 des Wafer-Carriers 100 ist eine Heizung 115 angeordnet. Der genauere Aufbau eines Beispiels einer Heizung 115 wird unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert werden. Durch Einprägen eines Stroms wird durch den ohmschen Widerstand innerhalb der Heizung 115 eine Heizleistung erzeugt. Üblicherweise ist die Position der Heizung 115 stationär. Die Heizung 115 ist von dem sich um die Drehachse 110 drehenden Wafer-Carrier durch einen mit Spülgas gefüllten vertikalen Spalt getrennt.
  • Der Wafer-Carrier enthält beispielsweise Graphit. Der Wafer-Carrier 100 kann mit einem weiteren Material, beispielsweise einem inerten Material, wie SiC oder anderem beschichtet sein. Der Wafer-Carrier 100 wird durch die Heizung 115 über die zweite Hauptoberfläche 102 geheizt. Der Wafer-Carrier 100 wird über Wärmestrahlung und zusätzlich über Wärmeleitung/- konvektion über das Spülgas aufgeheizt. Die Drehachse 110 wird beispielsweise aktiv gekühlt. Zusätzlich kann jedoch noch eine vertikale Heizspule in der Drehachse 110 vorgesehen sein, durch die der Wafer-Carrier 100 weiter geheizt werden kann. Der Abstand zwischen Heizung 115 und Wafer-Carrier 100 kann beispielsweise im cm-Bereich liegen. Beispielsweise kann der Abstand kleiner als etwa 5 cm oder 2 cm sein. Beispielsweise kann zusätzlich eine nach unten abschließende Struktur 120 vorgesehen sein, durch die der Bereich der Vorrichtung, die mit dem Spülgas befüllt ist, nach unten hin abgegrenzt wird.
  • Die Epitaxievorrichtung 10 umfasst weiterhin ein Gehäuse 20, das den Wafer-Carrier und die Drehachse 110 umschließt. Eine Gaszufuhreinrichtung 15 kann vorgesehen sein, um der Vorrichtung 10 die für das epitaktische Wachstum notwendigen Gase zuzuleiten.
  • 1B zeigt eine Draufsicht auf die erste Hauptoberfläche 101 des Wafer-Carriers 100. Eine Vielzahl von Pockets 103 oder Taschen ist in der ersten Hauptoberfläche 101 des Wafer-Carriers 100 ausgebildet. Die Pockets 103 haben eine entsprechende Größe, um die einzelnen Wafer 105 aufzunehmen. Die Pockets 103 entsprechen Ausnehmungen in der ersten Hauptoberfläche 101, die zum Lagern oder Halten der Wafer 105 geeignet sind. Horizontale Abmessung und vertikale Tiefe sind entsprechend ausgewählt, um die Wafer 105 während des Epitaxieverfahrens aufzunehmen. Die Drehachse 110 ist derart mit dem Wafer-Carrier 100 verbunden, dass dieser sich um den Mittelpunkt 104 dreht. Die Radialrichtung 107 erstreckt sich vom Mittelpunkt 104 nach außen.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Heizung 115, die mit Wafer-Carriern 100 gemäß Ausführungsformen verwendbar ist. Die Heizung 115 ist als resistive oder Widerstandsheizung ausgeführt. Wie zu sehen ist, weist die Heizung 115 eine Vielzahl von Heizspulen 116, 117, 118 auf. Jede der Heizspulen weist eine oder mehrere konzentrische Windungen auf. Im Betrieb kann der Wafer-Carrier 100 so angeordnet werden, dass sein Mittelpunkt 104 über dem gemeinsamen Zentrum sämtlicher Windungen liegt.
  • Aufgrund der Geometrie der Spulenwindungen ist die flächenspezifische Heizleistung der Heizung 115 nicht konstant. Man hat festgestellt, dass die Heizung Bereiche mit deutlich geringerer Leistung aufweist. Beispielsweise können in Bereichen zwischen den Spulenwindungen einer Heizspule Bereiche geringerer Heizleistung auftreten. Weiterhin kann, wie in 2 veranschaulicht ist, die Heizung mehrere separat ansteuerbare Heizspulen aufweisen. Durch eine gezielte Ansteuerung der unterschiedlichen Heizspulen können bestimmte Bereiche des Wafer-Carriers 100 stärker als andere geheizt werden. Allerdings kann zwischen den separaten Heizspulen ein Bereich verringerter Heizleistung auftreten. Darüber hinaus kann im Bereich 119 der mittleren Heizspule 117 ein Bereich verringerter Heizleistung auftreten. Der Bereich 119 entspricht der Position der Windungsumkehr der mittleren Heizspule 117. Wie in 2 veranschaulicht ist, dreht an dieser Position 119 die mittlere Heizspule 117 ihre Richtung. Beispielsweise kann an der Position 119 der Abstand zwischen benachbarten Windungen größer als an anderen Stellen oder als ein gemittelter Abstand innerhalb der Heizspule 117 sein. Darüber hinaus können auch Anschlüsse 112 zum Einprägen eines Stroms in die Heizspulen vorgesehen sein. Auch an diesen Stellen kann die auftretende Heizleistung anders als an anderen Stellen sein. Weiterhin können Befestigungselemente (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um die Heizspulen zu befestigen. Auch an diesen Stellen kann die auftretende Heizleistung anders als an anderen Stellen sein.
  • Entsprechend kann die Temperatur der zweiten Hauptoberfläche 102 des Wafer-Carriers 100, in die die Wärme der Heizung 115 eingekoppelt wird, ungleichförmig sein. Vielmehr zeigt sie Einbrüche von mehreren Kelvin oder Positionen lokal verminderter Temperaturen in den Lückenbereichen der Heizung 115, insbesondere zwischen den einzelnen Heizspulen oder auch im Bereich der Position 119 der Windungsumkehr der mittleren Heizspule 117. Weiterhin können Positionen lokal verminderter Temperaturen im Bereich der Anschlüsse 112 auftreten.
  • Diese Ungleichförmigkeit der Temperatur propagiert vertikal durch den Wafer-Carrier 100 bis zu seiner ersten Hauptoberfläche 101. Aufgrund von radialer Wärmediffusion wird der maximale Temperatur-Unterschied etwas verringert. Beispielsweise können die Temperatur-Unterschiede, die sich durch den Abstand der einzelnen Windungen voneinander ergeben, über radiale Wärmediffusion kompensiert werden.
  • Aufgrund der verbleibenden Temperaturunterschiede wird erwartet, dass bei epitaktischem Wachstum der aktiven Schicht zum Beispiel einer blauen LED dies zu einer Verschiebung der Emissionswellenlänge um ca. 5 nm führt.
  • Zur Kompensation von auftretenden Temperaturunterschieden wird nun vorgeschlagen, an der zweiten Hauptoberfläche 102 des Wafer-Carriers ein Strukturelement 125, 130 vorzusehen, die die Unterschiede der Oberflächentemperatur auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche 102 kompensieren. Das oder die Strukturelemente 125, 130 sind konzentrisch zu einem Mittelpunkt des Wafer-Carriers und sind ringförmig ausgebildet. Das heißt, das oder die Strukturelemente 125, 130 erstrecken sich kontinuierlich entlang des Umfangs des Wafer-Carriers 100.
  • 3A zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Hauptoberfläche 102 eines Wafer-Carriers 100. Wie in 3A veranschaulicht ist, kann ein Strukturelement 125, 130 durch eine ringförmige Oberflächenbeschichtung realisiert sein. Genauer gesagt, kann das Strukturelement durch einen zum Wafer-Carrier 100 konzentrischen ringförmigen Bereich, der mit einem Beschichtungsmaterial 129 mit einem gegenüber dem Wafer-Carriermaterial erhöhten Absorptionskoeffizienten beschichtet ist, im Bereich der zweiten Hauptoberfläche 102 realisiert sein.
  • Für das Beschichtungsmaterial 129 kann jedes beliebige Material mit einem höheren Absorptionskoeffizienten für Wärmestrahlung als das Grundmaterial des Wafer-Carriers 100 verwendet werden. Der Begriff „Grundmaterial des Wafer-Carriers“ bezeichnet dabei das Material des Wafer-Carriers in einem Bereich außerhalb der Oberflächenbeschichtung. Das Grundmaterial des Wafer-Carriers kann also beispielsweise ein Basismaterial, aus dem der Wafer-Carrier aufgebaut ist, mit einer zugehörigen Beschichtung sein.
  • Beispielsweise kann der Wafer-Carrier ein Graphitcarrier sein, der mit einem Carbid, beispielsweise Siliziumcarbid, beschichtet ist. In diesem Fall können die Strukturelemente TaC (Tantalcarbid) enthalten oder aus TaC bestehen. Aufgrund des erhöhten Absorptionskoeffizienten für Wärmestrahlung kann an diesen Stellen lokal mehr Wärmestrahlung absorbiert werden.
  • Beispielsweise können die Strukturelemente jeweils an Positionen innerhalb der zweiten Hauptoberfläche 102 vorgesehen sein, die Positionen der Heizung 115 mit verringerter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen. Beispielsweise können die Strukturelemente jeweils an Positionen angeordnet sein, die einer Position zwischen benachbarten Heizspulen der Heizung 115 entsprechen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine der Heizspulen auch einen Bereich aufweisen, in dem ein Abstand zwischen benachbarten Windungen größer als ein durchschnittlicher Abstand zwischen benachbarten Windungen ist. In diesem Fall kann das Strukturelement dem Bereich mit größerem Abstand gegenüberliegen.
  • Dies ist beispielsweise in Fällen günstig, in denen das Beschichtungsmaterial einen höheren Absorptionskoeffizient als das Grundmaterial des Wafer-Carriers hat.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Material des Strukturelements, also das Beschichtungsmaterial, einen niedrigeren Absorptionskoeffizienten als das Grundmaterial des Wafer-Carriers 100 haben. Beispielsweise kann in diesem Fall das Strukturelement 125, 130 in einem Bereich vorgesehen sein, in dem die Temperatur an der zweiten Hauptoberfläche 102 des Wafer-Carriers ein lokales Maximum hat. Diese Position kann einer Position entsprechen, an der die Windungen der Heizspulen besonders gleichmäßig sind.
  • Wie in 3A weiterhin veranschaulicht ist, kann eine in radialer Richtung gemessene Breite der Strukturelemente 125, 130 variieren. Beispielsweise kann in einem äußeren Bereich des Wafer-Carriers 100 die Breite des zweiten Strukturelements 130 größer als die in radialer Richtung gemessene Breite des ersten Strukturelements 125 sein. Beispielsweise kann die in radialer Richtung gemessene Breite der Strukturelemente 125, 130 von dem Abstand zwischen benachbarten Heizspulen oder der Geometrie einer speziellen Heizspule abhängen. Gemäß den in 3A dargestellten Ausführungsformen wird ein veränderter Wärmeeintrag durch eine lokal erhöhte Absorptionsfähigkeit bewirkt.
  • Gemäß Ausführungsformen kann das Beschichtungsmaterial der einzelnen Strukturelemente 125, 130 unterschiedlich sein. Insbesondere kann ein Absorptionskoeffizient des Beschichtungsmaterials jeweils unterschiedlich sein. Gemäß Ausführungsformen kann der Absorptionskoeffizient des Beschichtungsmaterials des ersten Strukturelements 125 größer als der des Grundmaterials des Wafer-Carriers 100 sein. Weiterhin kann der Absorptionskoeffizient des Beschichtungsmaterials des zweiten Strukturelements 130 kleiner als der des Grundmaterials des Wafer-Carriers 100 sein.
  • 3B zeigt eine Ansicht einer zweiten Hauptoberfläche 102 eines Wafer-Carriers 100, bei dem Strukturelemente 125, 130, 135 dadurch verwirklicht sind, dass ein Teil der Oberflächenbeschichtung durch eine Beschichtung mit einem anderen Material, einem Fremdmaterial 128a, 128b, 128c ersetzt ist. Beispielsweise umfasst der Wafer-Carrier einen zum Wafer-Carrier konzentrischen ringförmigen Bereich, in dem Material des Wafer-Carriers durch ein Fremdmaterial 128a, 128b, 128c ersetzt ist, im Bereich der zweiten Hauptoberfläche 102. Anders als bei Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf 3A erläutert worden sind, kann bei Wafer-Carriern 100 gemäß den in 3B dargestellten Ausführungsformen die vertikale Wärmeleitung durch Änderung des Wärmeleitungskoeffizienten verändert werden. Beispielsweise kann sich das Fremdmaterial 128 bis zu einer Tiefe von 1 mm erstrecken. Ein Material dieses Strukturelements sollte in dem Wafer-Carrier 100 befestigbar sein. Das Material sollte einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das übliche Beschichtungsmaterial des Wafer-Carriers 100 haben, um ein Ablösen zu vermeiden. Beispielsweise kann das Fremdmaterial 128 einen größeren oder einen kleineren Wärmeleitungskoeffizienten haben.
  • Beispielsweise können gemäß Ausführungsformen die Bereiche mit größerem Wärmeleitungskoeffizient jeweils an Positionen innerhalb der zweiten Hauptoberfläche 102 vorgesehen sein, die Positionen der Heizung 115 mit verringerter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen. Beispielsweise können die Bereiche mit größerem Wärmeleitungskoeffizient jeweils an Positionen angeordnet sein, die einer Position zwischen benachbarten Heizspulen der Heizung 115 entsprechen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine der Heizspulen auch einen Bereich aufweisen, in dem ein Abstand zwischen benachbarten Windungen größer als ein durchschnittlicher Abstand zwischen benachbarten Windungen ist. In diesem Fall können die Bereiche mit größerem Wärmeleitungskoeffizient dem Bereich mit größerem Abstand gegenüberliegen. Umgekehrt können Bereiche mit niedrigerem Wärmeleitungskoeffizient jeweils einem Bereich gegenüberliegen, an dem die Temperatur an der zweiten Hauptoberfläche 102 ein lokales Maximum hat. Diese Position kann beispielsweise einer Position entsprechen, an der die Windungen der Heizspulen besonders gleichmäßig sind.
  • Gemäß Ausführungsformen kann ein erstes Fremdmaterial 128a eines ersten Strukturelements 125 von einem zweiten Fremdmaterial 128b eines zweiten Strukturelements 130 verschieden sein und jeweils einen unterschiedlichen Wärmeleitungskoeffizienten haben. Weiterhin kann ein drittes Fremdmaterial 128c eines dritten Strukturelements 135 von einem ersten und oder zweiten Fremdmaterial verschieden sein und einen unterschiedlichen Wärmeleitungskoeffizienten haben. Beispielsweise kann ein erstes Fremdmaterial 128a einen größeren Wärmeleitungskoeffizienten als das Wafer-Carriermaterial haben und ein zweites Fremdmaterial 128b hat einen kleineren Wärmeleitungskoeffizienten als das Wafer-Carriermaterial oder umgekehrt.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die zweite Hauptoberfläche 102 durch Fräsen oder Erhöhen des Materials strukturiert werden. 3C zeigt ein Beispiel einer perspektivischen Ansicht der zweiten Hauptoberfläche 102 des Wafer-Carriers. Wie zu sehen ist, sind mehrere Strukturelemente 125, 130 jeweils durch Stege oder Erhebungen 136, 137 des Carrier-Materials realisiert. Entsprechend ergeben sich Bereiche mit unterschiedlicher vertikaler Ausdehnung innerhalb des Wafer-Carriers 100. Entsprechend wird die vertikale Distanz zwischen der Heizung 115 und der zweiten Hauptoberfläche 102 des Wafer-Carriers lokal verändert. Alternativ können die Strukturelemente auch als Vertiefungen 131, 132, 133 realisiert sein. Aufgrund der unterschiedlichen vertikalen Distanz zwischen Wafer-Carrier 100 und Heizung 115 wird jeweils die Absorption von Wärmestrahlung modifiziert.
  • Auch hier können gemäß Ausführungsformen die Erhebungen 136, 137 oder Bereiche mit verringerter vertikaler Distanz jeweils an Positionen innerhalb der zweiten Hauptoberfläche 102 vorgesehen sein, die Positionen der Heizung 115 mit verringerter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen. Beispielsweise können die Erhebungen 136, 137 oder Bereiche mit verringerter vertikaler Distanz jeweils an Positionen angeordnet sein, die einer Position zwischen benachbarten Heizspulen der Heizung 115 entsprechen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine der Heizspulen auch einen Bereich aufweisen, in dem ein Abstand zwischen benachbarten Windungen größer als ein durchschnittlicher Abstand zwischen benachbarten Windungen ist. In diesem Fall können die Erhebungen 136, 137 oder Bereiche mit verringerter vertikaler Distanz dem Bereich mit größerem Abstand gegenüberliegen.
  • Beispielsweise kann hier die Breite eines Strukturelements 125, 130 jeweils kleiner als die Breite eines Bereichs mit niedrigerer Temperatur sein, der durch die spezielle Anordnung der Heizspulen 116, 117, 118 hervorgerufen wird. Die Breite des Strukturelements 125, 130 kann ungefähr der Hälfte der Breite der Bereiche mit niedriger Temperatur entsprechen. Beispielsweise können zwei bis fünf Strukturelemente verwendet werden. Die Tiefe oder Höhe der Strukturelemente kann weniger als etwa 10 mm, beispielsweise weniger als 7 mm betragen. Die Tiefe der Vertiefungen 131, 132, 133 oder Höhe der Erhebungen 136, 137 kann mehr als etwa 1 mm betragen. Beispielsweise kann dies gelten, wenn der Abstand zwischen Heizung 115 und zweiter Hauptoberfläche 102 des Wafer-Carriers 100 weniger als etwa 20 mm beträgt. Die Tiefe der Vertiefungen 131, 132, 133 oder Höhe der Erhebungen 136, 137 kann unter einander variieren. Beispielsweise kann eine ausgefräste Tiefe der Vertiefung 131 in der Nähe des Zentrums des Wafer-Carriers 100 kleiner als die ausgefräste Tiefe der Vertiefung 133 mit größerem Abstand vom Zentrum des Wafer-Carriers 100 sein. Auf diese Weise lässt sich eine noch gleichförmigere Absorption von Wärmestrahlung bewirken. Gemäß einer Interpretation kann der hier auftretende Effekt vorwiegend auf die gleichförmigere Absorption der Wärmestrahlung zurückzuführen sein. Demgegenüber tritt eine möglicherweise veränderte Wärmeleitfähigkeit aufgrund des veränderten Abstands zur ersten Hauptoberfläche in den Hintergrund.
  • Eine Breite der Strukturelemente 125, 130 gemäß sämtlichen Ausführungsformen kann beispielsweise mehr als 0,5 cm, beispielsweise 1 bis 6 cm sein. Auf diese Weise kann die zweite Hauptoberfläche 102 des Wafer-Carriers 100 in einfacher Weise strukturiert werden. Die Strukturelemente 125, 130 sind jeweils ringförmig ausgebildet.
  • Die Strukturelemente 125, 130, 135 sämtlicher Ausführungsformen können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Wie beschrieben worden ist, werden Position und Ausprägung der Strukturelemente 125, 130 jeweils in Kombination mit der speziellen Ausbildung der Heizung 115 gewählt, um eine möglichst gleichförmige Temperaturverteilung innerhalb des Wafer-Carriers 100 zu erzielen. Ausführungsformen betreffen auch ein System mit einem Wafer-Carrier 100 wie vorstehend beschrieben und einer Heizung 115.
  • 4 zeigt eine Simulation der Temperatur des Wafer-Carriers 100 an der ersten Hauptoberfläche 101 in Abhängigkeit vom Abstand zum Mittelpunkt des Wafer-Carriers 100 für unterschiedlich strukturierte zweite Hauptoberflächen 102. Dabei zeigt Kurve (1) die Temperatur für einen Wafer-Carrier 100 (ohne Pockets 103 und in diesen angeordneten Wafern 105) mit nicht strukturierter zweiter Hauptoberfläche 102.
  • Wie zu sehen ist, treten bei einem Wafer-Carrier 100 ohne strukturierte zweite Hauptoberfläche 102 starke Schwankungen innerhalb der Temperatur auf. Wird die zweite Oberfläche 102 wie in 3A veranschaulicht modifiziert, so tritt das mit (2) bezeichnete Temperaturprofil auf. Wie zu sehen ist, ist die Schwankung zwischen minimaler und maximaler Temperatur wesentlich kleiner als bei Kurve (1). Kurve (3) zeigt ein Temperaturprofil der ersten Hauptoberfläche 101, wenn die zweite Hauptoberfläche 102 wie in 3B veranschaulicht, modifiziert ist. Wie zu sehen ist, ist hier die Schwankung zwischen niedrigster und höchster Temperatur deutlich geringer als bei den Kurven (1) und (2). Kurve (4) zeigt das Temperaturprofil an der ersten Hauptoberfläche 102 eines Wafer-Carriers 100, der gemäß 3C strukturiert ist. Auch hier ist die Variation zwischen größter und kleinster Temperatur ähnlich gering wie bei Kurve (3). Insbesondere ist die Variation deutlich kleiner als bei einer unstrukturierten zweiten Hauptoberfläche 102. Weiterhin ist die Variation geringer als bei einer zweiten Hauptoberfläche, die mit einem Material mit einem gegenüber dem Wafer-Carriermaterial erhöhten Absorptionskoeffizienten beschichtet ist.
  • Wie zu sehen ist, ist es mit den beschriebenen Maßnahmen möglich, die Variation der Temperatur der ersten Hauptoberfläche 101 des Wafer-Carriers 100 und damit des Halbleiter-Wafers bei Durchführung eines Epitaxieverfahrens deutlich zu verringern. Entsprechend kann eine Variation des Zusammensetzungsverhältnisses und somit eine Schwankung der Emissionswellenlänge der LEDs deutlich verringert werden.
  • Beispielsweise kann gemäß Kurve (4) bei Vorsehen der unter Bezugnahme auf 3C beschriebenen Strukturelemente eine Variation der Emissionswellenlänge einer blauen LED von ca. 5 nm auf ca. 1,3 nm verringert werden. Die Schwankung der Emissionswellenlänge ist somit wesentlich geringer als diejenige, die sich ergibt, wenn ein Wafer-Carrier mit nicht strukturierter zweiter Hauptoberfläche 102 verwendet wird.
  • Dadurch, dass die hier beschriebenen Strukturelemente ringförmig, also konzentrisch rotationssymmetrisch, ausgebildet sind, können negative Auswirkungen aufgrund einer Unwucht vermieden werden. Unter Umständen können sich Trägheitsmoment und damit Beschleunigungsverhalten der Rotation geringfügig ändern.
  • Obwohl in den vorstehenden Figuren eine spezielle Epitaxievorrichtung in Kombination mit einer speziellen Heizung beschrieben worden ist, ist selbstverständlich, dass der im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschriebene Wafer-Carrier mit der speziellen Ausgestaltung der zweiten Hauptoberfläche in beliebigen Epitaxievorrichtungen und mit beliebigen Heizungen kombiniert werden kann. Zum Beispiel können der Aufbau und die Anordnung der Elemente in der Epitaxievorrichtung anders als in 1A dargestellt sein. Weiterhin kann der Wafer-Carrier auch in Fällen eingesetzt werden, in denen die Wärmeübertragung zwischen Heizung nicht oder nicht primär über Wärmestrahlung erfolgt. Beispielsweise kann die Wärmeübertragung auch primär über Wärmeleitung/-konvektion erfolgen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Wärmeübertragung auch, beispielsweise bei einer induktiven Heizung, über elektromagnetische Strahlung erfolgen.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Epitaxievorrichtung
    15
    Gaszufuhreinrichtung
    20
    Gehäuse
    100
    Wafer-Carrier
    101
    erste Hauptoberfläche
    102
    zweite Hauptoberfläche
    103
    Pocket
    104
    Mittelpunkt
    105
    Wafer
    107
    radiale Richtung
    110
    Drehachse
    112
    Anschluss
    115
    Heizung
    116
    innere Heizspule
    117
    mittlere Heizspule
    118
    äußere Heizspule
    119
    Position der Windungsumkehr der mittleren Heizspule
    120
    nach unten abschließende Struktur
    125
    erstes Strukturelement
    128
    Fremdmaterial
    128a
    erstes Fremdmaterial
    128b
    zweites Fremdmaterial
    128c
    drittes Fremdmaterial
    129
    Beschichtungsmaterial
    130
    zweites Strukturelement
    131
    erste Vertiefung
    132
    zweite Vertiefung
    133
    dritte Vertiefung
    135
    drittes Strukturelement
    136
    erste Erhebung
    137
    zweite Erhebung

Claims (20)

  1. Wafer-Carrier (100) mit: einer ersten Hauptoberfläche (101), die zur Aufnahme von Wafern (105) geeignet ist, und einer zweiten Hauptoberfläche (102), die auf einer der ersten Hauptoberfläche (101) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, sowie einer zum Wafer-Carrier (100) konzentrischen ringförmigen Vertiefung (131, 132, 133) oder Wafer-Carriermaterial enthaltenden Erhebung (136, 137) im Bereich der zweiten Hauptoberfläche.
  2. Wafer-Carrier (100) nach Anspruch 1, bei dem eine Tiefe der konzentrischen ringförmigen Vertiefung (131, 132, 133) oder Höhe der Erhebung (136, 137) weniger als 10 mm beträgt.
  3. Wafer-Carrier (100) mit: einer ersten Hauptoberfläche (101), die zur Aufnahme von Wafern (105) geeignet ist, und einer zweiten Hauptoberfläche (102), die auf einer der ersten Hauptoberfläche (101) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, sowie einem zum Wafer-Carrier (100) konzentrischen ringförmigen Bereich, in dem Material des Wafer-Carriers (100) durch ein vom Wafer-Carriermaterial verschiedenes Fremdmaterial (128) ersetzt ist, im Bereich der zweiten Hauptoberfläche (102) .
  4. Wafer-Carrier (100) nach Anspruch 3, ferner mit einer zum Wafer-Carrier (100) konzentrischen ringförmigen Vertiefung (131, 132, 133) oder Wafer-Carriermaterial enthaltenden Erhebung (136, 137) im Bereich der zweiten Hauptoberfläche.
  5. Wafer-Carrier (100) mit: einer ersten Hauptoberfläche (101), die zur Aufnahme von Wafern (105) geeignet ist, und einer zweiten Hauptoberfläche (102), die auf einer der ersten Hauptoberfläche (101) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, sowie einem zum Wafer-Carrier (100) konzentrischen ringförmigen Bereich, der mit Beschichtungsmaterial (129) mit einem gegenüber dem Wafer-Carriermaterial erhöhten Absorptionskoeffizienten beschichtet ist, im Bereich der zweiten Hauptoberfläche (102) .
  6. Wafer-Carrier (100) nach Anspruch 5, ferner mit einer zum Wafer-Carrier (100) konzentrischen ringförmigen Vertiefung (131, 132, 133) oder Wafer-Carriermaterial enthaltenden Erhebung (136, 137) im Bereich der zweiten Hauptoberfläche.
  7. Wafer-Carrier (100) nach Anspruch 5 oder 6, ferner mit einem zum Wafer-Carrier (100) konzentrischen ringförmigen Bereich, in dem Material des Wafer-Carriers (100) durch ein vom Wafer-Carriermaterial verschiedenes Fremdmaterial (128) ersetzt ist, im Bereich der zweiten Hauptoberfläche (102) .
  8. Wafer-Carrier (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine radial gemessene Breite der Vertiefung oder Erhebung oder des ringförmigen konzentrischen Bereichs (125, 130, 135)größer als 0,5 cm ist.
  9. System für eine Epitaxievorrichtung (10), umfassend den Wafer-Carrier (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und eine resistive Heizung (115), die auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche (102) angeordnet ist.
  10. System nach Anspruch 9, bei dem die Heizung (115) zwei horizontale Heizspulen (116, 117, 118) mit jeweils konzentrischen Windungen aufweist, so dass die von der Heizung erzeugte Wärme in radialer Richtung variiert.
  11. System nach Anspruch 10, bei dem die Erhebungen (136, 137) auf der zweiten Hauptoberfläche (102) des Wafer-Carriers (100) Positionen der Heizung (115) mit verringerter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen.
  12. System nach Anspruch 8 oder 9, bei dem eine radial gemessene Breite der Erhebungen (136, 137) auf der zweiten Hauptoberfläche (102) des Wafer-Carriers (100) kleiner als der radiale Abstand zwischen benachbarten Heizspulen (116, 117, 118) ist.
  13. System nach Anspruch 10, bei dem die Vertiefungen (131, 132, 133) auf der zweiten Hauptoberfläche (102) des Wafer-Carriers (100) Positionen der Heizung (115) mit erhöhter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen.
  14. System für eine Epitaxievorrichtung (10), umfassend den Wafer-Carrier (100) nach Anspruch 3 und eine resistive Heizung (115), die auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche (102) angeordnet ist.
  15. System nach Anspruch 14, bei dem die Heizung (115) zwei horizontale Heizspulen (116, 117, 118) mit jeweils konzentrischen Windungen aufweist, so dass die von der Heizung (115) erzeugte Wärme in radialer Richtung variiert.
  16. System nach Anspruch 15, bei dem die Bereiche mit Fremdmaterial (128) derart positioniert sind, dass Bereiche mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit auf der zweiten Hauptoberfläche (102) des Wafer-Carriers Positionen der Heizung (115) mit verringerter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen oder Bereiche mit verringerter Wärmeleitfähigkeit auf der zweiten Hauptoberfläche (102) des Wafer-Carriers Positionen der Heizung (115) mit erhöhter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen.
  17. System nach Anspruch 15 oder 16, bei dem eine radial gemessene Breite von Bereichen mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit auf der zweiten Hauptoberfläche (102) des Wafer-Carriers (100) kleiner als der radiale Abstand zwischen benachbarten Heizspulen (116, 117, 118) ist.
  18. System für eine Epitaxievorrichtung (10), umfassend den Wafer-Carrier (100) nach Anspruch 4 und eine resistive Heizung (115), die auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche (102) angeordnet ist.
  19. System nach Anspruch 18, bei dem die Heizung (115) zwei horizontale Heizspulen (116, 117, 118) mit jeweils konzentrischen Windungen aufweist, so dass die von der Heizung (115) erzeugte Wärme in radialer Richtung variiert.
  20. System nach Anspruch 19, bei dem die mit Beschichtungsmaterial (129) beschichteten Bereiche Positionen der Heizung (115) mit verringerter Wärme-Erzeugung gegenüberliegen.
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