CN101933131A - 用以制造复合氮化物半导体元件的处理系统 - Google Patents

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Abstract

用来制造复合氮化物半导体元件的处理系统的一实施方式包含：一或多个处理腔室，可操作这些处理腔室以在一基板上形成一复合氮化物半导体层；一传送腔室，与该处理腔室耦接；一加载锁定腔室，与该传送腔室耦接；和一加载站，与该加载锁定腔室耦接；其中该加载站包含一输送盘，可移动该输送盘以传送加载有一或多个基板的一承载板进入该加载锁定腔室内。相较于单一腔室反应器来说，此多腔室处理系统可扩展复合结构的潜在复杂性与多样性。此外，此系统可通过使单独的腔室只执行特定外延生长工艺而达成较高的品质与产率。通过在多个腔室内同时进行处理而能提高产出率。

Description

用以制造复合氮化物半导体元件的处理系统
发明背景
技术领域
本发明实施方式一般地涉及复合氮化物半导体元件(如，发光二极管(LED))的制造过程，具体地说，涉及一种整合了一或多个用来执行氢化物气相外延(hydride vapor phase epitaxial，HVPE)沉积和/或金属-有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)技术来制造上述复合氮化物半导体元件的处理腔室的处理系统。
现有技术描述
发光二极管(light-emitting diode，LED)的发展史特点在于“顺着光谱往上发展(crawl up the spectrum)”。这是因为第一代商用LED所产生的光是在红外光谱线范围，接着发展出于GaAs基板上覆GaAsP的红光LED。接着，又发展出发光效率更佳的GaP LED，其允许产生更亮的红光LED与橘光LED。对GaP用途的改良又创造出绿光LED，而使用双GaP芯片(一为红光，另一为绿光)又发展出黄光LED。在此段光谱发光效率上的进一步提高，则是后来通过使用GaAlAsP与InGaAlP材料而达成的。
这种朝向提供短波长光线LED方向演进的趋势已为广泛的期望，除了能提供足以涵盖大范围光谱之产品外，也因为制造短波长二极管可改善光学元件如，CD-ROM之类储存信息的能力。随着氮化物基LED的发展，特别是GaN的使用，使得LED可朝向蓝光、紫光及UV光范围发展。虽然过去已有使用SiC材料来制造蓝光LED的成果发表，其成效也不错，但是这类元件却有归因于电子结构内含有间接能带隙所致的发光率不佳的问题。
虽然使用GaN以在蓝光范围内光致发光这件事已发表几十年，但仍有无数的障碍使其至今无法被实际地制造。这些障碍包括缺乏适当的基板材料，以供GaN结构于其上生长，一般来说GaN生长需要高热，因此导致多种热对流问题以及难以有效地p型掺杂这类材料的问题。使用蓝宝石作为基板并不能完全解决问题，因其与GaN之间会出现约15％的晶格错位(lattice mismatch)。为了突破上述这些障碍，也出现了不少进展。举例来说，已知使用金属-有机蒸汽来形成AlN或GaN缓冲层可有效地改善晶格错位问题。对Ga-N基结构的进一步改良还包括使用AlGaN材料来与GaN形成异质结，特别是使用InGaN，其创造出能作为量子阱的缺陷使得可更有效地发出短波长光。富含铟的区域比围绕其的材料，具有更小的能带隙(bandgap)，并可均匀地分布在材料中以提供有效的发光中心。
虽然在这类复合氮化物半导体元件的制造上已有某些进步，但目前的制造方法仍存在有许多缺点。此外，在这类波长范围发光的元件使用率高，也使得这类元件的制造、生产变得刻不容缓。基于上述，亟需一种用以制造复合氮化物半导体元件的改良的方法与系统。
发明内容
本发明大致有关一种用以制造复合氮化物半导体元件的集成的处理系统。此处理系统包括一或多个壁，用以形成传送区，该传送区中设有一机械手；一或多个处理腔室，可操作该一或多个处理腔室以在一基板上形成一或多个复合氮化物半导体层，该一或多个处理腔室可传送式地联通该传送区；一加载锁定腔室，该加载锁定腔室可传送式地联通该传送区，此加载锁定腔室具有一进气阀与一排气阀用以接收至少一个基板到一真空环境；和一加载站，该加载站与该加载锁定腔室联通，其中该加载站包含一输送盘(conveyor tray)，该输送盘可移动以输送加载有一个或多个基板的承载板进入该加载锁定腔室内。
本发明实施方式更包含提供一种用以制造复合氮化物半导体元件的集成的处理系统。此处理系统包括一或多个壁，该一或多个壁用以形成一传送区，在该传送区中设有一机械手；和一第一处理腔室该第一处理腔室与该传送区联通。此第一处理腔室包括：一基板支撑件，位于该第一处理腔室的一处理容积内；一喷头，界定出该处理区的一上部分；和多个灯，在该处理区下方形成一或多个区域并适以引导辐射热朝向该基板支撑件以创建出一或多个辐射热区域。此集成的处理系统更包含：一加载锁定腔室，该加载锁定腔室可传送式地联通该传送区；和一加载站，该加载站与该加载锁定腔室联通，其中该加载站包含输送盘，其可移动以输送加载有一或多个基板的承载板进入该加载锁定腔室内。
本发明实施方式更包含提供一种用以制造复合氮化物半导体元件的集成的处理系统。此集成的处理系统包括一或多个壁，该一或多个壁用以形成一传送区，在该传送区中设有一机械手；一或多个金属-有机气相沉积(MOCVD)腔室，该一或多个金属-有机气相沉积(MOCVD)腔室可传送式地联通该传送区且可操作此MOCVD腔室以在一基板上形成一复合氮化物半导体层；和一或多个氢化物气相外延(HVPE)腔室，该一或多个氢化物气相外延(HVPE)腔室可传送式地联通该传送区且可操作此HVPE腔室以在一基板上形成一复合氮化物半导体层。
附图简要说明
为了能够具体地理解本发明的上述特征的方式，可通过参考实施方式对上文所简要概括的本发明进行更具体的描述，这些实施方式中的一些实施方式于附图中示出。但是，应当注意到，附图仅示出了本发明的典型实施方式，由于本发明还可允许其他等效实施方式，因此附图并不被认为限制了本发明的范围。
图1为依据本发明一实施方式的处理系统的等角示意图；
图2是图1的处理系统的平面图；
图3是依据本发明一实施方式的加载站与加载锁定腔室的等角示意图；
图4为依据本发明一实施方式的加载锁定腔室的等角示意图；
图5是依据本发明一实施方式的承载板的等角示意图；
图6是依据本发明一实施方式的批次式加载锁定腔室的示意图；
图7是依据本发明一实施方式的工作平台的等角示意图；
图8是依据本发明一实施方式的传送腔室的平面示意图；
图9是依据本发明一实施方式的HVPE腔室的横截面示意图；
图10为依据本发明一实施方式的MOCVD腔室的横截面示意图；
图11为用来制造复合氮化物半导体元件的处理系统的另一实施方式的示意图；
图12为用来制造复合氮化物半导体元件的处理系统的再一实施方式的示意图。
为了利于理解，尽可能地，使用相同参考数字来指示附图中共有的相同元件。可预期，一个实施方式的元件和特征可有利地结合到其他实施方式中而不需列举。
详细描述
本发明大致提供一种设备与方法，其能以具有较高的系统产出率、系统可靠性及一基板到另一基板均匀性的多腔室处理系统(即，组合工具(cluster tool))来同时处理多个基板。在一种实施方式中，此处理系统适以制造复合氮化物半导体元件，其中一基板设置于一HVPE腔室内，这里先在该基板上沉积一第一层，接着将该基板传送至一MOCVD腔室内，并于该第一层之上沉积一第二层。在一种实施方式中，此第一层是利用使用一第一III族元素与一氮前驱物的热化学气相沉积处理而沉积在该基板之上，且该第二层是利用使用一第二III族前驱物与一第二氮前驱物的热化学气相沉积处理而沉积在该第一层之上。虽然所述处理系统包含一个MOCVD腔室与一个HVPE腔室，但其它实施方式包括整合有一或多个MOCVD腔室与HVPE腔室的处理系统。适于用来实施本发明的示例性系统与腔室揭示在2006年4月14日递交的美国专利申请序列号为第11/404,516号中，标题为“EPITAXIAL GROWTH OF COMPOUND NITRIDE SEMICONDUCTOOR STRUCTURE”；以及2006年5月5日递交的美国专利申请序列号为第11/429,022号中，标题为“PARASITIC PARTICLE SUPPRESSION IN GROWTH OF III-V NITRIDE FILMS USING MOCVD AND HVPE”；在此并入两个专利申请的全部内容作为参考。
图1是处理系统100的一实施方式的等角示意图，其示出数个本发明可资运用的优点。图2为图1的处理系统100的一个实施方式的平面图。参照图1及图2，此处理系统100包括：一传送腔室106，其容纳有一基板处理器(substrate handler)；多个与该传送腔室耦接的处理腔室，如MOCVD腔室102与HVPE腔室104；一与该传送腔室106耦接的加载锁定腔室108；一与该传送腔室106耦接的批量加载锁定腔室(batch loadlock chamber)109，用以储存多个基板；和一与该加载锁定腔室108耦接的加载站110，用以加载这些基板。此传送腔室106包含一机械手组件130，可操作该机械手组件130以在该加载锁定腔室108、批量加载锁定腔室109、该MOCVD腔室102与该HVPE腔室104之间拾起并传送这些基板。可利用一马达驱动系统(未示出)来控制此机械手组件130的移动，此马达驱动系统可包括有伺服马达或步进式马达。
每一处理腔室包括一腔室主体(例如，MOCVD腔室102中的元件112或是HVPE腔室104中的元件114)，其形成处理区且该处理区中放置有一准备进行处理的基板；一化学制品输送模块(例如，MOCVD腔室102中的元件116或是HVPE腔室104中的元件118)，前驱物气体即经由此输送至该腔室主体；和一电子模块(例如，MOCVD腔室102中的元件120或是HVPE腔室104中的元件122)，该电子模块包括可用于该处理系统100的每一处理腔室的电子系统。此MOCVD腔室102适以执行CVD工艺，其中金属-有机元素与金属氢化物元素反应以形成薄层的复合氮化物半导体材料。此HVPE腔室104适以执行HVPE工艺，其中使用气态金属卤化物来在加热基板上外延式生长厚层的复合氮化物半导体材料。在其它实施方式中，一或多个额外的腔室170可与该传送腔室106耦接。这些额外的腔室包括，但不限于，退火腔室、用来清洁承载板(carrier plate)的清洁腔室或是基板移除腔室。此处理系统的结构使得基板传送可在包括在真空下、在选定气体下、在经过界定的温度条件下和类似这样的经过界定的周围环境下进行。
图3是依据本发明一实施方式的加载站110与加载锁定腔室108的等角示意图。此加载站110被设置成为一大气界面，以容许使用者可将多个欲处理的基板加载至该加载锁定腔室108的已限定的环境中并从该加载锁定腔室108中卸载下多个已处理好的基板。此加载站110包括一框架(frame)202、一轨道204、一输送盘206及一外盖211，该输送盘206适以沿着该轨道204滑动以经由一狭缝阀(slit valve)210将多个基板输送进入或离开该加载锁定腔室108)。在一个实施例中，使用者可沿着轨道204手动式移动输送盘206。在另一实施例中，可由一马达机械式驱动输送盘206。在又另一实施例中，可由一气动致动器沿着轨道204来移动输送盘206。
可将这些欲处理的基板分成数批并在输送盘206上进行输送。举例来说，每一批基板214可在一承载板212上进行传送，此承载板212可被放置于该输送盘206上。为安全起见，当输送盘206被驱动时可选择性地打开或关上输送盘206上方的外盖211。操作时，使用者打开外盖211，以便加载内含一批量基板的承载板212到该输送盘206上。可提供储存架216来储存含有将要被加载的多个基板的承载板。关上外盖211，并移动该输送盘206使其通过狭缝阀210而进入该加载锁定腔室108中。此外盖211可包括诸如Plexiglas之类的一玻璃材料或一塑料材料，有助于监控该输送盘206的操作情形。
图4为依据本发明一实施方式的加载锁定腔室108的示意图。此加载锁定腔室108是加载站110的大气环境与传送腔室106的可控制环境之间的接口。基板是经由狭缝阀210而在加载锁定腔室108与加载站110之间传送，以及经由狭缝阀242而在加载锁定腔室108与传送腔室106之间传送。加载锁定腔室108包含一承载器支撑件(carrier support)244适合用来支撑该承载器支撑件244上的进入或离开的承载板。在一实施方式中，此加载锁定腔室108可包含多个彼此垂直堆栈的承载器支撑件。为了帮助加载或卸载承载板，可将该承载器支撑件244耦接到可垂直移动的支撑件(stem)246上，以调整该承载器支撑件244的高度。此加载锁定腔室108耦接至压力控制系统(未示出)，该压力控制系统可抽空及排空加载锁定腔室108以帮助基板通过传送腔室106的真空环境与加载站110的周围(例如，大气)环境之间。此外，此加载锁定腔室108也可以包含用来控制温度的构件，例如在传送期间用来加热基板并去除水气(moisture)的除气模块248，或是用来冷却基板的冷却站(未示出)。一旦载有基板的承载板在加载锁定腔室108中经过调整后，即可将此承载板传送到MOCVD腔室102或HVPE腔室104中进行处理或是传送到批量加载锁定腔室109中，这里存放了多个静待处理的承载板。
操作期间，将内含一批量基板的承载板212加载至加载站110的输送盘206上。接着，移动此输送盘206通过狭缝阀210进入加载锁定腔室108，将承载板212放在此加载锁定腔室108中的承载器支撑件244上，然后此输送盘206即会回到加载站110中。当承载板212仍位于此加载锁定腔室108中时，对该加载锁定腔室抽真空并以诸如氮气之类的惰性气体来净化，以移除其中残余的氧气、水蒸气和其它类型的污染物。在该批量基板已在加载锁定腔室108中经过调整之后，机械手组件130可以将此承载板212传送到MOCVD腔室102或HVPE腔室104中去进行沉积处理。在另一实施方式中，则可将此承载板212传送并存放在批量加载锁定腔室109中，以静待于MOCVD腔室102或HVPE腔室104中进行处理。在完成该批量基板的处理之后，可再将此承载板212传送到加载锁定腔室108中，接着由输送盘206取回而回到加载站110中。
图5是依据本发明一实施方式的承载板的等角示意图。在一实施方式中，此承载板212可包括一或多个环形凹陷区510，处理期间可将单独基板放在此凹陷区中。每一个凹陷区510的大小可依据其将容纳的基板大小来变化。在一实施方式中，此承载板212可承载6个或更多个基板。在另一实施方式中，此承载板212可承载8个基板。在其它实施方式中，此承载板212可承载18个基板。应了解此承载板212上也可承载更多或更少数量的基板。常见的基板包括蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅或氮化镓(GaN)。需知也可处理诸如玻璃基板之类的其它类型的基板。基板的尺寸可从直径50mm至200mm之间范围变化或更大。在一个实施方式中，每一个凹陷区510的大小适以接收直径约在2英寸至约6英寸之间的基板。此承载板212的直径可在约200mm至约750mm之间的范围变化，例如约300mm。该承载板212可由多种材料制成，这些材料包括SiC、覆有SiC的石墨或其它可耐处理环境的其他材料。也可依据本文所述处理在处理系统100中处理其它尺寸的基板。
图6是依据本发明一实施方式的批量加载锁定腔室109的示意图。此批量加载锁定腔室109包含主体605和外盖634以及位于该主体605上的底部616，并界定出一可用来存放放在承载板212上的多个基板的空腔(cavity)607。在一实施方式中，此主体605是由可耐处理环境的材料制成，例如铝、钢、镍等类似物，其可承受处理温度且一般不含诸如铜这样的污染物。主体605可包含气体入口660，该入口660延伸进入空腔607中以将此批量加载锁定腔室109连接至工艺气体供给源(未绘出)，以于其中传送工艺气体。在另一方面，可经由真空端口(vacuum port)692将真空泵690连接到空腔607中，以维持该空腔607中的真空程度。
储存盒(storage cassette)610是可移动地设置在空腔607中并与一可移动件630的上端连接。此可移动件630是由可耐处理环境的材料制成，例如铝、钢、镍等类似物，其可承受处理温度且一般不含诸如铜这样的污染物。此可移动件630可通过底部616而进入空腔607中，且此可移动件630是可滑动地且可密封式地穿过底部616设置并由平台687而被升高或降低。此平台687支撑着该可移动件630的下端，使得可移动件630可随着平台687的升高或下降而被垂直地升高或下降。此可移动件630可垂直地升高或降低空腔607中的储存盒610，以移动基板承载板212横越过延伸通过一窗口635的基板传送平面632。基板传送平面632是由机械手组件130移动基板进入及离开储存盒610的路径所界定出来的一个平面。
储存盒610包含由一框架625所支撑的多个存放搁板636。虽然在一实施方式中，图6示出在储存盒610中含有12片存放搁板636，但需知其可使用任何数目的搁板。每一存放搁板636包含经由托座(bracket)617而与框架625连接的基板支撑件640。托座617将基板支撑件640的边缘连接到框架625上，此外还可利用粘合剂(如，压敏粘合剂、陶瓷连接、胶水等类似物)或是固定件(如，螺丝、螺栓、夹子等可耐处理环境且不含污染物(如，铜)的类似物)，将托座617附接至框架625及基板支撑件640上。框架625与托座617都是由可耐处理环境的材料制成，例如陶瓷、铝、钢、镍等可耐处理环境且不含诸如铜这样的污染物的类似物。虽然框架625与托座617可以是单独的构件，但也可将托座617整合至框架625上以形成基板支撑件640的支撑构件。
每一存放搁板636可在垂直方向上彼此相隔一段距离并平行放置在储存盒610中以界定出多个存放空间622。每一基板存放空间622适以于其中存放至少一承载板212，并且该承载板被支撑在多个支撑销642上。位于每一承载板212上方及下方的存放搁板636分别界定出每一基板存放空间622的上方及下方边界。
在另一实施方式中，则没有基板支撑件640且承载板212是停放在托座617上。
图7是依据本发明一实施方式的工作平台700的等角示意图。在一实施方式中，此处理系统100更包含一可包围住加载站110的工作平台700。此工作平台700可于基板被加载与卸载至加载站110的期间提供一个没有颗粒物的工作环境。此工作平台700包含由4根柱子704所支撑的一顶部702。通过帘幕(curtain)710将工作平台700内的环境与周围环境区隔开来。在一实施方式中，此帘幕710包含乙烯基材料。在一实施方式中，此工作平台包含一空气过滤器，例如高效颗粒物空气过滤器(High Efficiency Particulate Air Filter，HEPA)，用以将工作平台内空气中的颗粒物质过滤出来。在一实施方式中，将此密封的工作平台700中的气压维持在比工作平台700外环境压力稍高的范围下，因而使得空气是由工作平台700中往外流出，而不是流进工作平台700中。
图8是在叙述传送腔室106时文字中提及的机械手组件130的平面示意图。传送腔室106的内部区域(即，传送区域840)一般维持在真空状态且提供一可供基板从一腔室往返至另一腔室和/或至加载锁定腔室108及与组合工具(cluster tool)联通的其它腔室时可用的过渡区域(intermediate region)。一般利用一或多个真空泵(未示出)，例如，传统的粗真空泵、鲁氏鼓风机(Roots Blower)、传统的涡轮泵、传统的低温泵(cryo-pump)或其组合，来达到真空状态。或者，可将传送腔室106的内部区域维持在一惰性环境，其通过连续输送惰性气体到此内部区域而使其保持在大气压或接近大气压下。有三种这类型的平台可供选择，包括Centura、Endura和Producer System，均可购自加州圣塔克拉拉的应用材料公司。在1993年2月16日授权的Tepman等人的美国专利第5186718号中，标题为“Staged-Vacuum Substrate Process ing System and Method”揭示了上述这类型真空处理系统，在此并入该专利的全文作为参考。腔室的实际配置和组合可依制造工艺所欲执行的特定步骤来变化。
机械手组件130位于传送腔室106的中央，使得基板可分别经由狭缝阀242、812、814、816、818和820被传送进入或离开相邻的处理腔室、加载锁定腔室108和批量加载锁定腔室109。这些狭缝阀使得加载锁定腔室108和批量加载锁定腔室109可与传送腔室106联通，同时使每一腔室仍可保持真空隔离状态，以使系统可达成阶段式真空(staged vacuum)状态。机械手组件130可包括一种蛙脚式机构(a frog-leg mechanism)。在特定实施方式中，机械手组件130可包括任意各种已知的机械式机构，以使其能有效地延伸进入或离开各处理腔室。叶片810与机械手组件130耦接。此叶片810被配置成可传送承载板212通过处理系统。在一实施方式中，处理系统100包括自动化中心定位器(automatic center finder)(未绘出)。通过此自动化中心定位器可精确地确定出机械手组件130上的承载板212的位置并将其提供给一个控制器。知道承载板212的精确中心位置后，计算机即可针对叶片上每一承载板212的变化位置来调整并将每一承载板212精确地放置到处理腔室内。
图9是依据本发明一实施方式的HVPE腔室104的横截面示意图。此HVPE腔室104包括一可包围住处理容积(processing volume)908的腔室主体114。在此处理容积908的一端设有一喷头组件904，承载板212则设置在处理容积908的另一端上。相较于公知的HVPE腔室来说，如上所述的此喷头组件可使更均匀的沉积能发生在更多数目的基板上或是面积更大的基板上，因此可降低成本。此喷头也可与一化学制品输送模块(chemical delivery module)118耦接。在处理期间，承载板212可围绕其中央轴旋转。在一实施方式中，可以约2RPM至约100RPM的速度旋转此承载板212。在另一实施方式中，则可以约30RPM的速度旋转此承载板212。旋转此承载板212有助于每一基板都均匀地暴露在工艺气体下。
可在此承载板212下方设置多个灯930a、930b。对许多应用来说，灯的典型布置可包括将多个灯一起设在基板上方(未示出)或下方(如所示)。在一实施方式中，则包括安置多个灯在侧面。在特定实施方式中，可将这些灯以同心圆方式布置。举例来说，这些灯930b的内部阵列包含8个灯，且这些灯930a的外部阵列包含12个灯。在本发明一实施方式中，分别对这些灯930a、930b供电。在另一实施方式中，可将这些灯930a、930b的阵列放置在喷头组件904的上方或其中。但此并不排除其它数目的灯及其它布置方式。可选择性地启动这些灯930a、930b的阵列，以加热承载板212的内部及外部区域。在一实施方式中，以内部阵列或外部阵列方式整体一起启动这些灯930a、930b，使得顶部阵列或底部阵列是一起被启动或分别被启动。在另一实施方式中，可在源舟(source boat)980上方和/或下方设置单独的灯或加热元件。需知本发明并不限于使用阵列式的灯。可使用任何适当的加热源来确保适当温度被足够地施加到处理腔室、其中的基板和金属源上。举例来说，可使用2006年1月26日公开的美国专利公开号No.2006/0018639，标题为“PROCESSING MULTILAYER SEMICONDUCTORS WITH MULTIPLE HEAT SOURCES”中所揭示的快速热处理灯系统，在此并入该专利全文作为参考。
在另一实施方式中，此源舟980位于距腔室主体114远距离的地方，如2007年10月5日递交的美国临时专利申请序列号No.60/978,040，标题为“METHOD FOR DEPOSITING GROUP III/V COMPOUNDS”中所描述的那样，此专利申请的全部内容在此并入作为参考。
可启动一或多个灯930a、930b来加热基板和源舟980。这些灯可将基板加热到约900℃至约1200℃的温度。在另一实施方式中，这些灯930a、930b可维持源舟980中的金属源在约350℃至约900℃的温度。可以使用热偶(thermocouple)来测量处理期间金属源的温度。将热偶所测得的温度回馈至一控制器，该控制器调整由这些加热灯930a、930b所提供的热，以便控制金属源的温度或视需求进行调整。
依据本发明一实施方式，在处理期间，前驱物气体906是从喷头组件904流出并朝基板表面流动。在基板表面上或靠近基板表面处的前驱物气体906反应后可在基板上沉积出各种金属氮化层，它们包括GaN、AlN和InN。也可使用多种金属来沉积诸如AlGaN和InGaN之类的“组合膜层”。可将处理容积908的压力维持在约760托至约100托之间。在一实施方式中，将处理容积908的压力维持在约450托至约760托之间。喷头组件904的示例性实施方式与HVPE腔室的其它方面揭示在2007年6月24日递交的美国专利申请案序列号No.11/767,520，标题为“HVPE TUBE SHOWERHEAD DESIGN”，在此并入此专利申请的全部内容作为参考。
图10为依据本发明一实施方式的MOCVD腔室的横截面示意图。此MOCVD腔室102包括一腔室主体112、化学制品输送模块116和远程等离子体源1026、基板支撑件1014、和真空系统1012。腔室102包括包围住一处理容积1008的腔室主体112。在此处理容积1008的一端设有一喷头组件1004，承载板212则位于此处理容积1008的另一端上。承载板212也可位于基板支撑件1014上在2007年10月16日递交的美国专利申请序列号No.11/873,132，标题为“MULTI-GAS STRAIGHT CHANNEL SHOWERHEAD”、2007年10月16日递交的美国专利申请序列号NO.11/873,141，标题为“MULTI-GAS SPIRAL CHANNEL SHOWERHEAD”以及2007年10月16日递交的美国专利申请序列号No.11/873,170，标题为“MULTI-GAS CONCENTRIC INJECTION SHOWERHEAD”中揭示了可适合用来实施本发明的示例性喷头，以上每个专利申请的全部内容都在此并入作为参考。
在一下方空间(lower volume)1010的一端上设有一下方圆顶1019，且承载板212位于此下方空间1010的另一端上。所示的承载板212是处于处理位置，但可将其移动到一下方位置，例如，可加载或卸载基板1040的位置。环绕着承载板212周围设有一排气环(exhaust ring)1020，用以防止下方空间1010上出现沉积并可引导来自腔室102的废气往排气口(exhaust port)1009流动。下方圆顶1019可由诸如高纯度石英之类的透明材料制成，使光线可通过以便辐射加热基板140。可由多个设置在下方圆顶1019的下方的内部灯1021A及外部灯1021B来提供辐射加热，且可使用反射器1066来帮助控制腔室102暴露在由内部灯1021A及外部灯1021B所提供的辐射能量下。也可使用额外的灯环来微调基板1040的温度控制。
可从喷头组件1004和/或设置在承载板212下方及靠近腔室主体112底部的入口或管(未示出)，来输送一净化气体(purge gas)(如，氮气)到腔室102内。净化气体进入腔室102的下方空间1010并往上流动通过承载板212与排气环1020并进入环绕着环形排气通道1005而设置的多个排气口1009。利用排气管道(exhaust conduit)1006将环形排气通道(annular exhaust channel)1005连接到真空系统1012，该真空系统1012包括一真空泵(未示出))。可使用一阀系统1007来控制腔室102中的压力，该阀系统1007可控制从环形排气通道1005抽出的废气的流速。MOCVD腔室的其它方面揭示在2008年1月31日提交的美国专利申请序列号No.12/023,520(代理人案号no.011977)，标题为CVD APPARATUS”中，此专利申请的全部内容在此并入作为参考。
可将诸如例如反射度监控器、热偶或其它温度装置之类的各种计量装置(metrology device)连接到腔室102中。可使用计量装置来测量各种膜层性质，诸如厚度、粗糙度、组成、温度或其它性质。可将这些测量值用在自动化实时反馈控制回路中来控制诸如沉积速率和对应厚度之类的处理条件。在2008年1月31日递交的美国专利申请案____，标题为“CLOSED LOOP MOCVD DEPOSITION CONTROL”中揭示了腔室测量方面的其它方面，此专利申请的全部内容在此并入作为参考。
化学制品输送模块116、118可分别供应化学制品至MOCVD腔室102与HVPE腔室104中。从化学制品输送系统经由供应管线将反应性气体和载气供应到气体混合箱中，在此这些气体均匀混合，并被输送到各个喷头1004与904中。一般来说，每一种气体的供应管线包括能够用来自动或手动关闭气体流入相应供应管线的关闭阀，及可测量通过供应管线的气体或液体的质量流量控制器或是其它类型的控制器。每一种气体的供应管线还可包括用来监控前驱物浓度并可提供实时反馈的浓度监控器，及用来控制前驱物气体浓度的背压调节器，并可利用阀切换控制来迅速并正确地切换阀，并在气体管线中设置湿度感应器以测量含水量并能提供反馈信号给系统软件，该系统软件又能提供警告或警示给使用者。还可将气体管线加热以防止前驱物和蚀刻气体在气体管线中冷凝。某些来源可以是液态而非气态，视所欲进行的处理而定。当使用液态来源时，化学制品输送模块包括液体注入系统或其它适当可将液体蒸发的机构(例如，鼓泡器(bubbler)。通常，来自液体的蒸汽接着可与载气混合，如本领域的普通技术人员所能了解的那样。
虽然上述的实施方式已参照包含一个MOCVD腔室与一个HVPE腔室的处理系统进行说明，但是其它实施方式可能在处理系统中集成了一或多个MOCVD及HVPE腔室，如图11及图12所示。图11示出包含有两个MOCVD腔室102与一个HVPE腔室104(均耦接到传送腔室106)的处理系统1100的实施方式。在处理系统1100中，可操作机械手叶片(robot blade)以将承载板分别送入每一个MOCVD腔室102与HVPE腔室104中。加载于单独承载板上的多批基板因此能够在每一个MOCVD腔室102与HVPE腔室104中被同时处理。
图12示出仅包含单一个MOCVD腔室102的处理系统1200的较简单的实施方式。在处理系统1200中，机械手叶片可将载有多片基板的承载板送入该单一个MOCVD腔室102中以进行沉积。待全部沉积步骤完成后，再从该MOCVD腔室102中将承载板送回到加载锁定腔室108，然后再朝向加载站110释出。
系统控制器160可控制处理系统100中的各种活动与操作条件。此系统控制器160包括计算机处理器和与该处理器耦接的计算机可读式内存。此处理器可执行诸如存储在内存上的计算机程序之类的系统控制软件。有关此处理系统及其使用方法揭示在2006年4月14日递交的美国专利申请序列号No.11/404,516，标题为“EPITAXIAL GROWTH OF COMPOUND NITRIDE STRUCTURES”，在此并入此专利申请的全部内容作为参考。
系统控制器160及其相关的软件可依据使用者输入的条件以及遍布整个处理系统100内的各式感应器来划分工作与基板移动的优先级。此系统控制器160及其相关的软件使得处理系统100的调度(scheduling)/处理(handling)功能可自动化进行，使得可在不需人力介入下将资源可做最有效的运用。一方面，系统控制器160及其相关的控制软件可依据所计算的最佳产出率或是围绕处理腔室所进行的无效工作来调整通过处理系统100的基板传送顺序。另一方面，调度/处理功能是与在基板上制造复合氮化物结构的处理顺序有关，特别是与发生在一或多个腔室内的处理有关。在另一方面，调度/处理功能是与有效且自动化地处理多批基板有关，由此一承载器上载有一批基板。在另一方面，调度/处理功能是与定期原位清洁处理腔室有关或是与其它维修相关的处理有关。在另一方面，调度/处理功能是与暂时在该批量加载锁定腔室中存放基板有关。在另一方面，调度/处理功能是与依据使用者输入而传送基板到加载站或从加载站中送出基板有关。
以下实施例是为了阐述与处理系统100有关的一般处理方法如何被用来制造复合氮化物结构。本实例中所指为LED结构，使用具有诸如MOCVD腔室102与HVPE腔室104这样的至少两个处理腔室的处理系统100来执行此LED的制造。一开始的GaN层的清洁与沉积是在HVPE腔室104中进行，剩下的InGaN、AlGaN和GaN接触层的生长则是在MOCVD腔室102中进行。
工艺一开始是将内含多个基板的承载板送入HVPE腔室104。将HVPE腔室104设置成可快速地沉积GaN层。在HVPE腔室104中使用HVPE前驱物气体在基板之上生长缓冲层及/或进行预处理。接着生长较厚的n-GaN层，在此实施例中是使用HVPE前驱物气体来进行。在另一实施方式中，此预处理及/或缓冲层的生长是在MOCVD腔室中进行，至于较厚的n-GaN层则是在HVPE腔室中生长而成。
待沉积完n-GaN层后，将基板移出HVPE腔室104并送入MOCVD腔室102中，且传送是在具有高纯度氮气气氛的传送腔室106中进行。此MOCVD腔室102适以提供高度均匀性沉积，可能牺牲整体沉积速率。在MOCVD腔室102中，在沉积完过渡GaN层后，再生长InGaN多量子-阱有源层(active layer)。接着，沉积p-AlGaN层和p-GaN层。在另一实施方式中，p-GaN层是在HVPE腔室104中生长。
接着将完成的结构移出MOCVD腔室102，使得MOCVD腔室102可以接收其它来自HVPE腔室104或来自不同处理腔室的载有已部分处理过的基板的承载板。可将完成的结构传送到批量加载锁定腔室109中储存或是经由加载锁定腔室108及加载站110而离开处理系统100。
在接收额外基板之前，可利用原位清洁工艺来清洁HVPE腔室和/或MOCVD腔室。此清洁工艺可包含蚀刻剂气体，这些蚀刻剂气体可将沉积在腔室壁与表面上的沉积物经由热蚀刻而移除。在另一实施方式中，此清洁工艺包含由一远程等离子体产生器所产生的等离子体。示例性清洁工艺揭示在2006年4月14日递交的美国专利申请序列号No.11/404,516，以及2007年6月24日递交的美国专利申请序列号NO.11/767,520，标题为“HVPE SHOWERHEAD DESIGN”，在此并入此两专利申请的全部内容作为参考。
在此提出了用来制造复合氮化物半导体元件的改进系统与方法。公知的制造复合氮化物半导体元件时，必须在单一工艺反应器中进行多个外延沉积步骤，基板不会离开工艺反应器直到所有步骤都完成为止，这造成处理时间变长，一般约需花上4-6个小时。公知的系统也需要手动式地打开反应器才能移出或插入额外的基板。在许多情况下，待打开反应器之后，还必须进行4个小时的抽气、净化、清洁、打开及加载，因此每一基板的总工作时数将高达约8-10个小时。此外，公知的单一反应器方式也使得反应室无法为单独工艺步骤进行最佳化调整。
本发明的改进系统通过使用多-腔室处理系统来同时处理多个基板，因此可提高系统产出率、系统可靠性以及基板-对-基板的均匀性。多腔室处理系统通过在具有可强化特定程序的结构的不同处理中执行不同化合物的外延生长，而扩展了不同复合结构可用的工艺可调整范围(process window)。由于可自动化转移基板且是在受控环境下执行，因此排除了需打开反应器的步骤以及需长时间抽气、净化、清洁、打开及加载的步骤。
虽然前述内容涉及到本发明的各实施方式，但在不悖离本发明基本范围的情况下，仍可设计出本发明的其它或进一步的实施方式，且本发明的范围由以下的权利要求来确定。

Claims (15)

1.(原始)一种用以制造复合氮化物半导体元件的集成的处理系统，包含：
一或多个壁，该一或多个壁形成一传送区；
一机械手，该机械手经设置于该传送区中；
一或多个处理腔室，可操作该一或多个处理腔室以在一基板上形成一或多个复合氮化物半导体层，该一或多个处理腔室可传送式地联通该传送区；
一加载锁定腔室，该加载锁定腔室可传送式地联通该传送区，该加载锁定腔室具有一进气阀与一排气阀用以接收至少一个基板到一真空环境中；和
一加载站，与该加载锁定腔室联通，其中该加载站包含一输送盘，可移动该输送盘以输送加载有一或多个基板的一承载板进入该加载锁定腔室内。
2.(原始)如权利要求1所述的系统，其中该一或多个处理腔室包含一金属-有机化学气相沉积(MOCVD)腔室。
3.(原始)如权利要求2所述的系统，其中该一或多个处理腔室包含一氢化物气相外延沉积(HVPE)腔室。
4.(原始)如权利要求1所述的系统，其中该加载站包含一轨道，可供该输送盘沿着该轨道移动。
5.(原始)如权利要求1所述的系统，其中该输送盘是在一使用者所施加的一手动力下移动。
6.(原始)如权利要求1所述的系统，其中该输送盘是由一气动式致动器所驱动。
7.(原始)如权利要求1所述的系统，更包含一批量加载锁定腔室，该批量加载锁定腔室可传送式地联通该传送腔室，该批量加载锁定腔室是经配置以储存多个承载板。
8.(原始)一种用以制造复合氮化物半导体元件的处理系统，包含：
一或多个壁，该一或多个壁形成一传送区；
一机械手，该机械手经设置于该传送区中；
一第一处理腔室，该第一处理腔室与该传送区联通，其中该第一处理腔室包含：
一基板支撑件，该基板支撑件位于该处理腔室的一处理容积内；
一喷头，界定出该处理区的一顶部分；
多个灯，形成一或多个位于该处理区下方的区域且适于引导辐射热朝向该基板支撑件以创建出一或多个辐射热区；
一加载锁定腔室，该加载锁定腔室可传送式地与该传送区联通；及
一加载站，与该加载锁定腔室联通，其中该加载站包含一输送盘，可移动该输送盘以输送加载有一或多个基板的一承载板进入该加载锁定腔室内。
9.(原始)如权利要求8所述的系统，更包含一与该传送腔室耦接的氢化物气相外延(HVPE)腔室。
10.(原始)如权利要求8所述的系统，更包含一承载板，其位于该基板支撑件上，该承载板具有多个用以接收多个基板的凹陷区。
11.(原始)如权利要求8所述的系统，其中该加载站包含一轨道，可供该输送盘沿着该轨道而移动。
12.(原始)如权利要求8所述的系统，其中该输送盘是在一使用者所施加的一手动力下移动。
13.(原始)如权利要求8所述的系统，其中该输送盘是由一气动式致动器所驱动。
14.(原始)如权利要求8所述的系统，其中该加载站包含一盖，可操作该盖以于该输送盘上方关闭。
15.(原始)如权利要求8所述的系统，更包含一批量加载锁定腔室，该批量加载锁定腔室与该传送腔室耦接。
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