優(yōu)化配置的多腔室mocvd反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種優(yōu)化配置的多腔室MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)，包括：一獨(dú)立與外界通過手套箱等隔離的箱體；多個獨(dú)立的生長室，該多個獨(dú)立的生長室位于該箱體之內(nèi)，分別用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和p型層外延材料的不同生長工藝的材料生長，該多個獨(dú)立的生長室中的每個生長室都設(shè)有獨(dú)立的加熱源、獨(dú)立的氣體原材料管路、獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)；該多個獨(dú)立的生長室分別采用獨(dú)特的反應(yīng)室設(shè)計，使之適用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和p型層外延材料的不同生長工藝的材料生長；并且用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和p型層外延材料的反應(yīng)室的裝機(jī)容量和數(shù)量是不同的；一機(jī)械臂，該機(jī)械臂位于該箱體底面的中部，該多個獨(dú)立的生長室環(huán)繞于該機(jī)械臂的周圍，使用該機(jī)械臂進(jìn)行樣品的傳遞。
【專利說明】優(yōu)化配置的多腔室MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，是指為了高效率、高穩(wěn)定地生長復(fù)雜的半導(dǎo)體外延材料而設(shè)計制造的ー種化學(xué)氣相沉積裝置，通過將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分解生長，實(shí)現(xiàn)單項エ藝的最大優(yōu)化和高度重復(fù)，特別是適用于生長LED結(jié)構(gòu)、LD結(jié)構(gòu)、ro結(jié)構(gòu)等包含n型層、有源層、P型層等可能互相影響的半導(dǎo)體復(fù)雜外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體材料是生產(chǎn)半導(dǎo)體器件必需的材料，是半導(dǎo)體器件應(yīng)用中的基礎(chǔ)，它決定和支撐著整個半導(dǎo)體電子產(chǎn)品的水平和發(fā)展。目前半導(dǎo)體材料中最重要的一種就是半導(dǎo)體外延材料，它通常包括很多層有襯底材料、緩沖層(n型、p型或者本征半導(dǎo)體材料)、有源區(qū)、接觸層(P型或者n型)，其應(yīng)用范圍包括微電子、光電子器件電路，如LED、LD、PD、IC等等。制備半導(dǎo)體外延材料的方法種類很多，其中MOCVD方法是目前產(chǎn)業(yè)界制備化合物外延材料尤其是光電子材料的主要手段。
[0003]MOCVD方法相對于其他方法如MBE、LPE、PLD等具有生長效率較高、控制精度更好、成本相對較低的優(yōu)勢，是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)上普遍采用的方法。但是當(dāng)前MOCVD設(shè)備仍然存在ー些的弱點(diǎn)，例如當(dāng)前的MOCVD都是單室生長復(fù)雜結(jié)構(gòu)，生長周期較長，不利于進(jìn)ー步提高生產(chǎn)效率；n、p同室生長，背景摻雜可能互相影響，不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定重復(fù)性。N型材料、多量子阱、P型材料生長所要求的條件及精度要求具有很大的差異，如果簡單的把外延結(jié)構(gòu)放在一個反應(yīng)室中生長，在成本與性能直接會有很大的影響。N型材料可以快速生長，其對均勻性及溫度的要求沒有多量子阱的生長要求高。多量子阱的生長需要比較好的材料晶體質(zhì)量及均勻性、一致性，需要慢速 生長，需要的時間比較長。P型材料的要求介于上述的n型材料和多量子阱之間。這些弱點(diǎn)的存在使得MOCVD技術(shù)難度較大，エ藝可重復(fù)性差，生產(chǎn)效率難以進(jìn)一步提尚。
[0004]雖然現(xiàn)在已經(jīng)有每爐一次生長數(shù)十片到近百片的外延片，實(shí)際的生產(chǎn)能力依然受到很大限制，單爐生長的時間使得實(shí)際生產(chǎn)效率不高，例如氮化物L(fēng)ED外延生長一般在6小時以上，每天生產(chǎn)的量不可能很多；同時單純擴(kuò)大每爐生長片數(shù)使得設(shè)備制造、使用和維護(hù)變得越來越困難。例如曾經(jīng)報道的95片2”的GaAs MOCVD外延爐使用量并不高，而當(dāng)前廣泛被業(yè)界認(rèn)可的氮化物MOCVD外延爐最大的也就Veeco的54片2英寸機(jī)和Aixtron的56片2英寸機(jī)。
[0005]隨著對半導(dǎo)體外延材料需求的増加，尤其是對于量大面廣的LD、LED等光電子外延材料的需求增加，采用新的設(shè)備設(shè)計以進(jìn)一歩增加產(chǎn)能、降低成本顯得非常重要，本發(fā)明正式針對此提出ー種新型的化學(xué)氣相沉積裝置設(shè)計方案，尤其適用于MOCVD擴(kuò)大產(chǎn)能和增強(qiáng)エ藝的重復(fù)穩(wěn)定性，降低エ藝門檻。
[0006]本發(fā)明以前的化學(xué)氣相沉積裝置尤其是MOCVD裝置存在:都是使用單室生長復(fù)雜結(jié)構(gòu)，包括緩沖層、n型接觸層、有源層、p型接觸層等，生長周期較長，往往需要數(shù)小時以上生長I爐，而各個廠家也主要是通過多片系統(tǒng)的逐步擴(kuò)大來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能提高和成本降低，該方向已經(jīng)遇到明顯的瓶頸，進(jìn)ー步擴(kuò)大產(chǎn)能難度逐漸増大，難于進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和降低生長成本；n型材料和p型材料同室生長，由于半導(dǎo)體材料對于摻雜的敏感性,在生長完某種類型的材料后背景濃度的變化將直接影響下ー種類型材料的生長，而且此過程與特定
[0007]的生長歷史相關(guān)，可控性將很差，嚴(yán)重影響設(shè)備的重復(fù)可靠性，使得人為因素在材料生長中的作用凸顯，導(dǎo)致材料生長的因人而異、因時而異，不利于エ藝的推廣因而不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定重復(fù)實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供ー種化學(xué)氣相沉積裝置，通過在ー種裝置內(nèi)搭建多個反應(yīng)室，不同反應(yīng)室生長不同的材料結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)越來越復(fù)雜的半導(dǎo)體外延材料的高可靠性、低成本、高效率生長。
[0009]本發(fā)明提供ー種化學(xué)氣相沉積裝置，包括:
[0010]一獨(dú)立與外界通過手套箱等隔離的箱體；
[0011]多個獨(dú)立的生長室，該多個獨(dú)立的生長室位于該箱體之內(nèi)，分別用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和P型層外延材料的不同生長エ藝的材料生長，該多個獨(dú)立的生長室中的每個生長室都設(shè)有獨(dú)立的加熱源、獨(dú)立的氣體原材料管路、獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)；該多個獨(dú)立的生長室分別采用獨(dú)特的反應(yīng)室設(shè)計，使之適用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和P型層外延材料的不同生長エ藝的材料生長；并且用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和P型層外延材料的反應(yīng)室的裝機(jī)容量和數(shù)量是不同的；
[0012]一機(jī)械臂，該機(jī)械臂位于該箱體底面的中部，該多個獨(dú)立的生長室環(huán)繞于該機(jī)械臂的周圍，使用該機(jī)械臂進(jìn)行 樣品的傳遞。
[0013]本發(fā)明提供的有益效果是，化學(xué)氣相沉積裝置，解決了現(xiàn)有化學(xué)氣相沉積尤其是MOCVD裝置單反應(yīng)室一次生長結(jié)構(gòu)材料導(dǎo)致的エ藝復(fù)雜、エ藝設(shè)備負(fù)責(zé)，受到影響因素較多，エ藝可重復(fù)性差，可推廣性差，同時エ藝周期長，生產(chǎn)效率低下等問題。使用獨(dú)立的反應(yīng)室生長相對獨(dú)立的材料，可以更好的保證材料的穩(wěn)定性、生長的重復(fù)性，并可以更好的優(yōu)化單項エ藝使得各種的材料性能最優(yōu)、生長效率最高、成本最低；各個反應(yīng)室相互獨(dú)立可以避免單一反應(yīng)室材料性能相互影響，避免生長エ藝受エ藝設(shè)備、エ藝人員和エ藝歷史影響等不利因素。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為進(jìn)ー步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中:
[0015]圖1是n型材料外延片在托盤上沿徑向排列的示意圖；
[0016]圖2是多量子阱外延片在托盤上沿徑向排列的示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中多反應(yīng)室系統(tǒng)的分布圖；
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中多反應(yīng)室系統(tǒng)的分布圖；
[0019]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3中多反應(yīng)室系統(tǒng)的分布圖；
【具體實(shí)施方式】[0020]請參閱圖1和圖2，圖1為n型層外延材料生長室對應(yīng)的托盤及其上面的外延片，圖2為多量子阱外延材料生長室對應(yīng)的托盤及其上面的外延片。其中n型層外延材料的生長室的裝機(jī)容量為最大，其次為P型層材料的生長室的裝機(jī)容量，多量子阱層外延材料的生長室的裝機(jī)容量最小。101為n型層外延材料的生長室中的n型外延片，102為n型層外延材料的生長室中的托盤。201為p型層材料的生長室中的p型外延片，202為p型層材料的生長室中的托盤。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖3所示,本實(shí)施例中n型層外延材料的裝機(jī)容量為單run60片，多量子講外延材料的裝機(jī)容量為單run50片，p型層材料的裝機(jī)容量為單run60片。其中n型層外延材料的單run時間為3個小時左右，多量子阱外延材料的單run時間為4個小時左右，p型層材料的單run時間為20分鐘左右。為了能夠?qū)崿F(xiàn)裝機(jī)容量、エ藝質(zhì)量及時間的最優(yōu)化組合，采用兩個反應(yīng)室的ngan，三個反應(yīng)室的多量子阱及ー個反應(yīng)室的pgan。301為n型層外延材料的生長室，數(shù)量為兩個，單run能裝載60片外延片。302為多量子阱層材料的生長室，數(shù)量為三個，單run能裝載50片外延片。303為p型層材料的生長室，數(shù)量為I個，單run能裝載60片外延片。304為進(jìn)出轉(zhuǎn)換的空間。
[0023]實(shí)施例2
[0024]如圖4所示,本實(shí)施例中n型層外延材料的裝機(jī)容量為單run80片，多量子講外延材料的裝機(jī)容量為單run50片，p型層材料的裝機(jī)容量為單run60片。其中n型層外延材料的單run時間為3個小時左右，多量子阱外延材料的單run時間為4個小時左右，p型層材料的單run時間為20分鐘左右`。為了能夠?qū)崿F(xiàn)裝機(jī)容量、エ藝質(zhì)量及時間的最優(yōu)化組合，采用兩個反應(yīng)室的ngan，四個反應(yīng)室的多量子阱及ー個反應(yīng)室的pgan。401為n型層外延材料的生長室，數(shù)量為ー個，單run能裝載80片外延片。402為多量子阱層材料的生長室，數(shù)量為四個，單run能裝載50片外延片。403為p型層材料的生長室，數(shù)量為I個，單run能裝載60片外延片。404為進(jìn)出轉(zhuǎn)換的空間。
[0025]實(shí)施例3
[0026]如圖5所示，本實(shí)施例中n型層外延材料的裝機(jī)容量為單runlOO片，多量子阱外延材料的裝機(jī)容量為單run50片，p型層材料的裝機(jī)容量為單run60片。其中n型層外延材料的單run時間為3個小時左右，多量子阱外延材料的單run時間為4個小時左右，p型層材料的單run時間為20分鐘左右。為了能夠?qū)崿F(xiàn)裝機(jī)容量、エ藝質(zhì)量及時間的最優(yōu)化組合，采用ー個反應(yīng)室的ngan，四個反應(yīng)室的多量子阱及ー個反應(yīng)室的pgan。501為n型層外延材料的生長室，數(shù)量為兩個，單run能裝載100片外延片。502為多量子阱層材料的生長室，數(shù)量為三個，單run能裝載50片外延片。503為p型層材料的生長室，數(shù)量為I個，單run能裝載60片外延片。504為進(jìn)出轉(zhuǎn)換的空間。
[0027]以上所述的系統(tǒng)框圖和實(shí)施電路圖，對本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)ー步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.ー種化學(xué)氣相沉積裝置，包括: 一獨(dú)立與外界通過手套箱等隔離的箱體； 多個獨(dú)立的生長室，該多個獨(dú)立的生長室位于該箱體之內(nèi)，分別用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和P型層外延材料的不同生長エ藝的材料生長，該多個獨(dú)立的生長室中的每個生長室都設(shè)有獨(dú)立的加熱源、獨(dú)立的氣體原材料管路、獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)；該多個獨(dú)立的生長室分別采用獨(dú)特的反應(yīng)室設(shè)計，使之適用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和p型層外延材料的不同生長エ藝的材料生長；并且用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和P型層外延材料的反應(yīng)室的裝機(jī)容量和數(shù)量是不同的； 一機(jī)械臂，該機(jī)械臂位于該箱體底面的中部，該多個獨(dú)立的生長室環(huán)繞于該機(jī)械臂的周圍，使用該機(jī)械臂 進(jìn)行樣品的傳遞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積裝置，其中該多個獨(dú)立的生長室的數(shù)量為多于3個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積裝置，其中所述用于n型層外延材料生長的生長室，配備有生長n型材料所需的源材料、加熱源以及監(jiān)控系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)氣相沉積裝置，其中所述用于n型層外延材料生長的生長室配備的源材料為有機(jī)源或者鹵化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)氣相沉積裝置，其中所述用于n型層外延材料生長的生長室配備的有機(jī)源為固態(tài)、氣態(tài)或者液態(tài)源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積裝置，其中所述用于多量子阱有源層生長的生長室，配備有生長有源層所需的源材料、加熱源以及監(jiān)控系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的化學(xué)氣相沉積裝置，其中配備的源材料滿足有源層的擴(kuò)展需求，加熱源保證有源層的均勻性和一致性，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置為滿足材料性能最大化和最好的均勻性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積裝置，其中所述用于P型層外延材料生長的生長室，配備有生長高質(zhì)量P型材料所需的源材料、加熱源以及監(jiān)控系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3、權(quán)利7、權(quán)利10所述的化學(xué)氣相沉積裝置，其中用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和P型層外延材料的不同生長エ藝的材料生長室，其裝載外延片的能力不同，其裝載外延片的能力由高到低依次為用于n型層外延材料的反應(yīng)室、p型層外延材料的反應(yīng)室和多量子阱有源層的反應(yīng)室。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、權(quán)利7、權(quán)利10所述的化學(xué)氣相沉積裝置，其中用于n型層外延材料、多量子阱有源層、和P型層外延材料的不同生長エ藝的材料生長的生長室的數(shù)量不同。
【文檔編號】H01L21/205GK103556126SQ201310477594
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】紀(jì)攀峰, 馬平, 王軍喜, 胡強(qiáng), 冉軍學(xué), 曾一平, 李晉閩 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所