[发明专利]具有流扩展器的晶片处理系统

说明书

晶片处理系统和在这些系统中使用的环流扩展器，该流扩展器靠近并围绕晶片承载器的周边边缘。环流扩展器具有面向上游方向的顶表面，环被构造和布置成使得当反应器处于操作状态时，环紧密地围绕晶片承载器并且环的顶表面与承载器的顶表面基本上是位于同一平面的和/或连续的。环流扩展器具有外周面，外周面包括在环的顶表面处或附近的倒圆部分。

交叉引用

本申请要求2018年4月2日提交的美国临时申请62/651,492的优先权，其全部公开内容出于所有目的通过引用并入本文。

发明背景

许多半导体器件通过在通常被称为“晶片”的衬底上执行的工艺而形成。通常，晶片由结晶材料形成并且呈盘(disc)的形式。由化合物半导体(例如III-V半导体)形成的器件通常通过使用金属有机化学气相沉积或“MOCVD”在晶片上生长化合物半导体的连续层而形成。在这种工艺中，晶片暴露于流过晶片表面的气体组合，同时晶片保持在高温下。III-V半导体的一个示例是氮化镓，其可以通过有机镓化合物和氨在具有适当晶格间距的衬底(例如蓝宝石晶片)上反应而形成。

可以通过在略微不同的反应条件下在晶片表面上连续沉积多层来制造复合器件。例如，对于氮化镓基半导体，可以以不同比例使用铟、铝或两者以改变半导体的带隙。另外，可以添加p型或n型掺杂剂以控制每层的导电性。在形成所有半导体层之后，通常在施加适当的电接触之后，将晶片切割成单独的器件。可以以这种方式制造诸如发光二极管(“LED”)、激光器和其它光电器件的器件。

在典型的化学气相沉积(CVD)工艺中，许多晶片被保持在通常被称为晶片承载器的器件上，使得每个晶片的顶表面暴露在晶片承载器的顶表面处。然后将晶片承载器放入反应腔室中并保持在所需温度，同时气体(例如气体混合物)流过晶片承载器的表面。在工艺期间在承载器上的各个晶片的顶表面上的所有点处保持均匀的条件(温度和气体浓度)很重要。工艺条件的变化会导致生成的半导体器件性能的不希望的变化。例如，沉积速率的变化会引起沉积层厚度的变化，这又会导致生成的器件的不均匀特性。因此，迄今为止在本领域中已经投入了相当大的努力来保持均匀的条件。

工业上普遍认可的一种CVD装置使用具有多个晶片保持区域的大盘形式的晶片承载器，每个区域适于保持一个晶片。当承载器旋转时，反应气体被向下引导到晶片承载器的顶表面上；气体流过顶表面朝向晶片承载器的周边。向外流动的气体形成覆盖晶片承载器顶表面的边界层。使用过的气体围绕晶片承载器的周边向下流动，并通过晶片承载器下方的端口从反应腔室中排出。

某些处理工艺的速率，例如在质量输运限制生长条件下MOCVD工艺中的生长速率，与边界层厚度成反比。需要薄且均匀的扩散边界层，以在MOCVD外延生长期间实现均匀且快速的沉积速率。通常，在反应器中稳定的流动条件和晶片承载器的基本均匀加热的情况下，对于大部分晶片承载器表面可以实现均匀的边界层厚度。然而，在晶片承载器的周边附近，气流的方向开始从晶片承载器上方的径向改变成向下的流，该向下的流将气体从晶片承载器传送到排气口。在晶片承载器的靠近周边的边缘区域中，边界层变得更薄，因此处理速率明显增加。例如，如果晶片位于承载器上，并且晶片的一部分接近边界层较薄的边缘区域，则CVD工艺将在该晶片上形成厚度不均匀的层；较厚的部分将形成在晶片的设置在边缘区域中的那些部分上。

为了避免这个问题，晶片通常不位于边缘区域中。因此，晶片承载器的口袋(pocket)、区域或其它晶片保持特征通常仅设置在晶片承载器的远离周边的区域中。这限制了可以容纳在给定尺寸的承载器上的晶片的数量和尺寸，因此限制了设备和工艺的生产率。

因此，尽管迄今为止在本领域中已经投入了相当大的努力来设计和优化这种系统，但仍需要进一步改进。

发明内容