[發明專利]使用承載器擴展的晶圓加工

有效

• 申請號: 201610175525.8
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN105755450B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 博揚·米特洛維奇;魏光華;埃里克·A·阿莫;阿吉特·帕蘭杰佩
• 申請（專利權）人: 維易科儀器公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/458;H01L21/687
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

采用繞軸旋轉的晶圓承載器來加工晶圓的裝置設置有環，環在操作過程中包圍晶圓承載器。引導至承載器的上表面的加工氣體背離軸向外流過承載器和環，并且向下游流至環的外側。向外流動的氣體形成了承載器和環上的邊界層。環有助于在承載器上保持邊界層的厚度大體上一致，這能夠促進一致地加工晶圓。

相關申請的交叉引用

本申請要求2010年12月30日提交的申請號為61/428,250的美國臨時專利申請的申請日的利益，上述申請的內容通過引用被加入本文中。

背景技術

本發明涉及晶圓加工裝置、用在這種加工裝置中的晶圓承載器以及晶圓加工方法。

通過在襯底上實施的加工工序形成多個半導體裝置。襯底典型地是結晶材料板，通常被稱為“晶圓”。典型地，晶圓是由結晶材料形成的并且是圓盤形式的。一種普通的加工工序是外延生長。例如，由化合物半導體(例如III-V族半導體)形成的裝置典型地通過使用金屬有機化學氣相沉積或“MOCVD”生長化合物半導體連續層來形成。在該過程中，晶圓被暴露至氣體混合物，氣體混合物典型地包括金屬有機化合物(例如III族金屬源)并且也包括V族金屬源，氣體混合物流經晶圓的表面，同時晶圓被保持在高溫下。典型地，金屬有機化合物和V族源與基本不參與反應的載氣(例如氮氣)混合。III-V族半導體的一個例子是氮化鎵，通過有機金屬鎵化合物和氨在具有合適的晶格間距的襯底(例如藍寶石晶圓)上的反應，能夠形成氮化鎵。典型地，在氮化鎵和相關的化合物的沉積過程中，將晶圓保持在約500-1100°C的溫度下。

在稍微不同的反應條件下，例如加入能夠改變半導體的晶格結構和帶隙的其他III族或V族元件，通過在晶圓的表面上連續地沉積多個層來制成合成裝置。例如，在基于氮化鎵的半導體中，銦、鋁或者兩者能夠以不同的比例用于改變半導體的帶隙。同樣，P型或N型摻雜物能夠被添加從而控制每個層的傳導率。在所有的半導體層已被形成之后，并且典型地，在已經施加了合適的電接觸之后，晶圓被切成單獨的裝置。以這種方式能夠制造例如發光二極管(“LED”)、激光器以及其他的電子和光電裝置。

在典型的化學氣相沉積過程中，多個晶圓被保持在通常稱為晶圓承載器的部件上從而每個晶圓的上表面暴露在晶圓承載器的上表面上。晶圓承載器然后被放置在反應腔體內并且被保持在期望的溫度下，同時，氣體混合物流經晶圓承載器的表面。在加工過程中在承載器上各種晶圓的上表面上的所有位置處，保持一致的狀況是重要的。加工狀況的變化會導致最終的半導體裝置特性的不期望的變化。例如，沉積速度的變化能夠導致沉積層的厚度的變化，這進而能夠最終裝置的不一致的特性。因此，迄今為止，在本領域內相當大的努力都致力于保持狀況一致。

在工業中廣泛采用的一種CVD裝置使用大圓盤形式的晶圓承載器，這種盤體上具有多個晶圓把持區域，每個晶圓把持區域用于把持一個晶圓。晶圓承載器被支撐在反應腔體內的心軸上從而使得具有晶圓的被暴露表面的晶圓承載器的上表面向上地朝向氣體分配元件。當心軸被旋轉時，氣體被向下地引導到晶圓承載器的上表面上并且朝晶圓承載器的邊緣流經上表面。向外流動的氣體形成了覆蓋晶圓承載器的上表面的邊界層。所使用的氣體向下地繞晶圓的邊緣流動并且從反應腔體經設置在晶圓承載器下方的出口被排出 。晶圓承載器通過加熱元件被保持在期望的高溫下，加熱元件典型地是設置在晶圓承載器的下表面下方的電阻加熱元件。

特定的處理工序的速率（例如傳質控制生長狀況下MOCVD工序中生長速率）與邊界層厚度負相關。對于無限大的承載器，理論上預測速率與邊界層厚度成反比。這意味著，邊界層越薄，生長速率越大。這反映出這樣一個事實，即，當邊界層更薄時，活性基團會花費更少的時間經邊界層擴展到晶圓承載器的表面和晶圓的表面。因此，薄的和一致的擴散邊界層是期望的以在MOCVD的外延生長過程中獲得一致和快速的沉積速率。邊界層厚度能夠通過改變旋轉速率和反應器內的壓力而被控制，并且與這兩個參數的平方根成反比。其也能夠通過改變氣體混合物的動態粘滯度而被控制。動態粘滯度是混合物中不同氣體部分的函數以及承載器和進入溫度的函數。