使用承载器扩展的晶圆加工制造技术

采用绕轴旋转的晶圆承载器来加工晶圆的装置设置有环，环在操作过程中包围晶圆承载器。引导至承载器的上表面的加工气体背离轴向外流过承载器和环，并且向下游流至环的外侧。向外流动的气体形成了承载器和环上的边界层。环有助于在承载器上保持边界层的厚度大体上一致，这能够促进一致地加工晶圆。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2010年12月30日提交的申请号为61/428,250的美国临时专利申请的申请日的利益，上述申请的内容通过引用被加入本文中。
技术介绍
本专利技术涉及晶圆加工装置、用在这种加工装置中的晶圆承载器以及晶圆加工方法。通过在衬底上实施的加工工序形成多个半导体装置。衬底典型地是结晶材料板，通常被称为“晶圆”。典型地，晶圆是由结晶材料形成的并且是圆盘形式的。一种普通的加工工序是外延生长。例如，由化合物半导体(例如III-V族半导体)形成的装置典型地通过使用金属有机化学气相沉积或“MOCVD”生长化合物半导体连续层来形成。在该过程中，晶圆被暴露至气体混合物，气体混合物典型地包括金属有机化合物(例如III族金属源)并且也包括V族金属源，气体混合物流经晶圆的表面，同时晶圆被保持在高温下。典型地，金属有机化合物和V族源与基本不参与反应的载气(例如氮气)混合。III-V族半导体的一个例子是氮化镓，通过有机金属镓化合物和氨在具有合适的晶格间距的衬底(例如蓝宝石晶圆)上的反应，能够形成氮化镓。典型地，在氮化镓和相关的化合物的沉积过程中，将晶圆保持在约500-1100°C的温度下。在稍微不同的反应条件下，例如加入能够改变半导体的晶格结构和带隙的其他III族或V族元件，通过在晶圆的表面上连续地沉积多个层来制成合成装置。例如，在基于氮化镓的半导体中，铟、铝或者两者能够以不同的比例用于改变半导体的带隙。同样，P型或N型掺杂物能够被添加从而控制每个层的传导率。在所有的半导体层已被形成之后，并且典型地，在已经施加了合适的电接触之后，晶圆被切成单独的装置。以这种方式能够制造例如发光二极管(“LED”)、激光器以及其他的电子和光电装置。在典型的化学气相沉积过程中，多个晶圆被保持在通常称为晶圆承载器的部件上从而每个晶圆的上表面暴露在晶圆承载器的上表面上。晶圆承载器然后被放置在反应腔体内并且被保持在期望的温度下，同时，气体混合物流经晶圆承载器的表面。在加工过程中在承载器上各种晶圆的上表面上的所有位置处，保持一致的状况是重要的。加工状况的变化会导致最终的半导体装置特性的不期望的变化。例如，沉积速度的变化能够导致沉积层的厚度的变化，这进而能够最终装置的不一致的特性。因此，迄今为止，在本领域内相当大的努力都致力于保持状况一致。在工业中广泛采用的一种CVD装置使用大圆盘形式的晶圆承载器，这种盘体上具有多个晶圆把持区域，每个晶圆把持区域用于把持一个晶圆。晶圆承载器被支撑在反应腔体内的心轴上从而使得具有晶圆的被暴露表面的晶圆承载器的上表面向上地朝向气体分配元件。当心轴被旋转时，气体被向下地引导到晶圆承载器的上表面上并且朝晶圆承载器的边缘流经上表面。向外流动的气体形成了覆盖晶圆承载器的上表面的边界层。所使用的气体向下地绕晶圆的边缘流动并且从反应腔体经设置在晶圆承载器下方的出口被排出。晶圆承载器通过加热元件被保持在期望的高温下，加热元件典型地是设置在晶圆承载器的下表面下方的电阻加热元件。特定的处理工序的速率（例如传质控制生长状况下MOCVD工序中生长速率）与边界层厚度负相关。对于无限大的承载器，理论上预测速率与边界层厚度成反比。这意味着，边界层越薄，生长速率越大。这反映出这样一个事实，即，当边界层更薄时，活性基团会花费更少的时间经边界层扩展到晶圆承载器的表面和晶圆的表面。因此，薄的和一致的扩散边界层是期望的以在MOCVD的外延生长过程中获得一致和快速的沉积速率。边界层厚度能够通过改变旋转速率和反应器内的压力而被控制，并且与这两个参数的平方根成反比。其也能够通过改变气体混合物的动态粘滞度而被控制。动态粘滞度是混合物中不同气体部分的函数以及承载器和进入温度的函数。典型地，在反应器内流动状况稳定和基本上均匀地加热晶圆承载器的情况下，在大多数晶圆承载器表面上能够获得均匀的边界层厚度。然而，靠近晶圆承载器的边缘处，气体流的方向开始在晶圆承载器上从径向改变成向下流动，向下的气体流将腔体从晶圆承载器携带至排气口。在晶圆承载器的靠近边缘的边缘区域，边界层变得更薄并且因此加工速率明显增加。例如，如果晶圆被设置在承载器上，并且晶圆的一部分被设置在边缘区域，化学气相沉积工序会形成厚度不一的层。较厚部分会形成在晶圆的设置在边缘区域的部分上。为了避免该问题，晶圆不会被设置在边缘区域。因此，晶圆承载器的包或其他晶圆把持特征典型地仅被设置在晶圆承载器的远离边缘的区域内。这就限制了给定大小的承载器上所能够容纳的晶圆的数量和大小，并且因此限制了装置和方法的生产力。瑞然较大的晶圆承载器可以容纳更多的晶圆，但是较大的承载器具有非常大的缺陷。较大的承载器更贵、更重并且因此特别是在将承载器移动到反应腔体内或反应腔体外时更加难以操控。另外，在现有的加工装置中增加晶圆承载器的大小通常是不实际的。虽然在本领域中相当多的努力都致力于设计一种最优化的系统，但是仍然值得进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种反应器。根据本专利技术的该方面的反应器期望地包括腔体，腔体具有壁结构，壁结构界定出内表面。反应器优选地具有设置在腔体内并且能够绕上游-下游轴旋转的心轴，心轴用于支撑晶圆承载器以绕轴旋转，从而使得所述承载器的上表面在承载器位置面向上游方向。根据本专利技术的该方面的反应器优选地还包括安装在腔体内的环，环具有面向上游方向的上表面，环被构造和设置成，当反应器处于操作状态时，环紧密地包围被支撑在心轴上的晶圆承载器，并且环的上表面大体上与承载器的上表面连续。环典型地被可移动地安装在腔体内，从而使得它不会妨碍承载器的加载或卸载。典型地，反应器也包括在承载器的上游与腔体连通的进气元件和在承载器的下游与腔体连通的排气装置。环典型地具有背离轴朝外的周边表面，环被设置成，当反应器处于操作状态时，在环的周边表面和腔体的内表面之间存在间隙。正如下文中进一步论述的，在反应器的操作过程中，从进气元件排出的气体在下游向晶圆承载器流动并且流过承载器的上表面和保持在承载器上的晶圆的上表面，并且向外地流过环。实际上，环构成了承载器的扩展部分（extension），从而气流类似于采用较大直径的承载器所获得的气流。边界层在整个承载器上具有大体上一致的厚度，或者几乎在整个承载器上具有大体上一致的厚度，从而使得晶圆部分或晶圆能够被放置在承载器的边缘区域。本专利技术的另一方面提供了一种用于加工晶圆的方法。根据本专利技术的该方面的方法期望地包括步骤：将晶圆承载器设置在反应腔内从而使得反应腔内的环包围承载器，从而使得承载器和环的面向上游方向的上表面大体上相互连续，并且使得设置在承载器上的晶圆的表面面向上游方向。本专利技术优选地还包括步骤：沿与上游方向相反的下游方向，将一种或多种加工气体导至晶圆承载器和晶圆的上表面，同时绕上游-下游轴旋转晶圆承载器和晶圆，从而使得加工气体向外地流过承载器的上表面和晶圆的表面，并且向外地从承载器的上表面流过环的上表面。本方法典型地进一步包括：在环的下游从腔体中排出气体，从而使得向外地流过环的上表面的气体向下游进入环和所述腔体的壁之间的间隙。本专利技术的另一方面提供了一种晶圆承载器。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆承载器，包括：具有圆形上表面的本体、构成所述上表面边界的周边表面以及配件，所述配件用于接合晶圆加工反应器的心轴从而使得所述上表面和周边表面与所述心轴同心，所述本体进一步界定出多个凹部，每个凹部用于保持晶圆，所述凹部包括外凹部，所述外凹部用于保持晶圆从而使得部分的晶圆位于所述周边表面约5 mm内。

【技术特征摘要】
2010.12.30 US 61/428,2501.一种晶圆承载器，包括：具有圆形上表面的本体、构成所述上表面边界的周边表面以及配件，所述配件用于接合晶圆加工反应器的心轴从而使得所述上表面和周边表面与所述心轴同心，所述本体进一步界定出多个凹部，每个凹部用于保持晶圆，所述凹部包括外凹部，所述外凹部用于保持晶圆从而使得部分的晶圆位于所述周边表面约5mm内。
2.根据权利要求1所述的晶圆承载器，其中，每个凹部的最靠外部分和晶圆承载器的本体的周边表面之间的距离小于约5mm。
3.根据权利要求1所述的晶圆承载器，其中，所述晶圆承载器的本体包括在所述周边表面周围的向上倾斜的唇缘。
4.根据权利要求1所述的晶圆承载器，其中，所述心轴用于可释放地接合所述晶圆承载器。
5.一种包括权利要求1所述的晶圆承载器及围绕晶圆承载器的本体的环的系统，所述环具有面向上游方向的上表面，所述环被设置在所述晶圆承载器的本体的周围，使得所述环紧密地围绕所述本体，并且所述环的上表面大体上与所述晶圆承载器的本体的上表面连续。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述环被固定，防止绕上游-下游轴旋转。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述环能够绕上游-下游轴旋转。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述环由多个同心环形成。
9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述环的上表面向上倾斜。
10.根据权利要求1所述的晶圆承载器，其中，每个所述凹部相对于所述晶圆承载器的本体的上表面凹陷，并且包括面向上的表面，所述面向上的表面用于将晶圆保持在所述凹部中，使得所述晶圆与所述上表面共面。
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【专利技术属性】
技术研发人员：博扬·米特洛维奇，魏光华，埃里克·A·阿莫，阿吉特·帕兰杰佩，
申请(专利权)人：维易科仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US