CN103594551A - 硅基砷化镓外延材料及器件制造设备和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅基砷化镓外延材料及器件制造设备，它包括UHVCVD反应腔室；所述UHVCVD反应腔室与真空过渡腔室连通，真空过渡腔室与晶片缓存腔室连通，晶片缓存腔室与中央传送腔室连通；所述中央传送腔室还与热处理腔室、MOCVD反应腔腔室及层流罩连通；彼此连通的腔室之间设有闸阀，层流罩与中央传送腔室之间也设有闸阀；所述中央传送腔室和真空过渡腔室中设有真空机械手。本发明有效的解决了硅基砷化镓外延材料及器件制造中工艺设备生产效率低、占地面积大、衬底转移存在过程污染、洁净厂房净化等级要求高的缺点。
Description
技术领域
本发明属于微电子和光电子技术领域，具体涉及一种硅基砷化镓外延材料及器件制造设备和制造方法，特别是涉及硅基砷化镓太阳能电池的制造设备和制造方法。
背景技术
硅和砷化镓是现代半导体产业的两大主流材料。硅材料具有导热性好、机械强度高、缺陷少、衬底尺寸大、价格低廉的优势，砷化镓材料具有高电子迁移率、禁带宽和微波性能良好的优势。在硅上外延砷化镓基材料，提供了将元素半导体材料硅和化合物半导体材料砷化镓两者的优点结合起来的诱人前景。硅基砷化镓材料和器件，在微电子领域和光电子领域具有十分广泛的应用前景。而且使硅电子器件与高速低功耗的砷化镓光电器件的集成变成可能，这将为制备光电集成电路提供一种极有前途的方法。
由于硅和砷化镓之间的晶格失配为4.1%，导致砷化镓外延层中高达107cm-2的位错密度。由于两种材料热膨胀系数的差异（硅的热膨胀系数为2.59×10-6K-1，砷化镓的热膨胀系数为5.75×10-6K-1），导致砷化镓层中的张应力达2×104N/cm2，如此大的张应力可造成外延片的“弓形”形变，甚至使较厚（2～3μm）的外延层发生龟裂。由于硅为非极性的金刚石晶体结构，砷化镓为极性的闪锌矿晶体结构，导致砷化镓外延层产生大量的反向畴。由于受到上述三个方面因素的制约，使得制备高质量的器件级的砷化镓外延材料异常困难。
为了解决这些困难，过去几十年来科研和生产人员进行了很多非常有益的尝试。例如采用偏向（011）2°～4°的（100）硅衬底及生长前的高温预处理工艺，再结合先低温（400℃）再高温生长（700℃）的二步生长工艺可以有效的抑制反向畴的形成。采用GeSi缓冲层技术、插入应变层技术（GaAs/GaAsP超晶格）、高低温循环热退火技术、选择外延技术等，可以有效的降低砷化镓外延层中的位错密度。在上述的解决措施中，GeSi缓冲层技术是一种非常有效且易于实现的高质量硅基砷化镓外延材料制备技术。Fizgerald.E.A于1991年首先报道了GeSi作为缓冲层用于硅基砷化镓的外延生长，其GaAs外延层缺陷密度达到了2×106cm-2以下（Fitzgerald E A et al.Appl.Phys.Lett.59811(1991)）。S.A..Ringel报道了采用梯度变化SiGe缓冲层（10%Ge/μm）的硅基砷化镓单结太阳能电池，其转换效率可达19～20%（AM0）（S.A..Ringel et al.Prog.Photovolt:Res.Appl.10417-1426(2002)）。Lee.M.L发布了采用应变硅层和GeSi缓冲层技术的硅基砷化镓外延层在FETs（场效应晶体管）中的应用情况（Lee M L et al.J.Appl.Phys.97011101(2005)）。此外，美国专利US6291321、US6107653，中国专利200910009001、201010189112、TW1221001B等均公布了用于硅基砷化镓外延生长的多种GeSi缓冲层技术。在上述公布的各种GeSi缓冲层技术中，GeSi缓冲层由超高真空化学气相沉积（UHVCVD）设备制备，其上的砷化镓外延层由金属有机物化学气相沉积（MOCVD）设备制备。
在硅基砷化镓技术路线中，最典型和最有发展前景的应用是硅基砷化镓太阳能电池。硅基砷化镓太阳能电池技术具有高转换效率、耐辐射、耐高温、寿命长以及衬底材料来源丰富，成本低，尺寸大等优点，是未来高效低成本光伏技术发展的主要方向之一。在硅基砷化镓太阳能电池的工艺流程中，需要用到如下几种工艺设备：（1）UHVCVD设备：用于GeSi缓冲层的外延生长；（2）MOCVD设备：用于磷砷化合物材料的外延生长；（3）退火炉：用于外延层的退火处理。外延层的退火处理也可在外延设备中进行，但是退火处理占用了外延设备的工艺时间，降低了加热器的使用寿命。（4）真空烤盘炉：用于外延后石墨托盘或石英件的烘烤洁净处理。烤盘处理也可在外延设备中进行，但烤盘处理同样占用了外延设备的工艺时间，降低了加热器的使用寿命。在硅基砷化镓外延材料和器件制备中（特别是硅基砷化镓太阳能电池器件），承载硅片的石墨托盘需要不停在上述几个工艺腔室里进出，这带来了两个方面的影响。一方面是在衬底转移过程中，暴露于大气环境中的衬底表面极易受到污染，从而导致材料性能下降或者器件失效。另外一方面是当衬底从一个工艺腔室转移至另一个工艺腔室时，需要等待工艺腔室冷却至60℃以下才能完成衬底的转移动作，因此，设备长时间的降温过程极大的影响了设备的产能。
随着微电子和光电子技术的发展，越来越需要把不同体系的材料结合在一起，以增加芯片的功能。硅基砷化镓材料及器件作为未来光电集成电路的重要发展方向，其材料和器件技术的发展，亟待一种新的硅基砷化镓外延设备来克服传统设备的不足。因此，研发新的硅基砷化镓外延材料及器件制造设备是非常有必要的。
发明内容
本发明旨在提供一种硅基砷化镓外延材料及器件的制造设备和制造方法，有效的解决硅基砷化镓外延材料及器件制造中工艺设备生产效率低、占地面积大、衬底转移存在过程污染、洁净厂房净化等级要求高的缺点。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述硅基砷化镓外延材料及器件制造设备包括UHVCVD反应腔室；所述UHVCVD反应腔室与真空过渡腔室连通，真空过渡腔室与晶片缓存腔室连通，晶片缓存腔室与中央传送腔室连通；所述中央传送腔室还与热处理腔室、MOCVD反应腔腔室及层流罩连通；彼此连通的腔室之间设有闸阀（闸阀又叫闸板阀，或者门阀，是一个自控控制的可以开启或者关闭的真空隔离结构），层流罩与中央传送腔室之间也设有闸阀；所述中央传送腔室和真空过渡腔室中设有真空机械手；所述UHVCVD反应腔室设有机械泵、分子泵和离子泵，UHVCVD反应腔室本底真空度优于5×10-9Torr（即，指本底真空度不大于5×10-9Torr），最高加热温度为800～1000℃；所述真空过渡腔室设有机械泵和分子泵，真空过渡腔室最高真空度为10-7Torr～10-8Torr；所述晶片缓存腔室、中央传送腔室、热处理腔室和MOCVD反应腔室设有机械泵；所述热处理腔室最高烘烤温度为1400℃；所述MOCVD反应腔室最高加热温度为800～900℃。
作为另一种方案，所述硅基砷化镓外延材料及器件制造设备包括UHVCVD反应腔室；所述UHVCVD反应腔室与真空过渡腔室连通，真空过渡腔室与中央传送腔室连通；所述中央传送腔室还与晶片缓存腔室、热处理腔室、MOCVD反应腔室及层流罩连通。彼此连通的腔室之间设有闸阀，层流罩与中央传送腔室之间也设有闸阀。所述中央传送腔室中设有真空机械手；所述真空过渡腔室中设有承载基座和推杆；所述UHVCVD反应腔室设有机械泵、分子泵和离子泵，UHVCVD反应腔室本底真空度优于5×10-9Torr，最高加热温度为800～1000℃；所述真空过渡腔室设有机械泵和分子泵，真空过渡腔室最高真空度为10-7Torr～10-8Torr；所述晶片缓存腔室、中央传送腔室、热处理腔室和MOCVD反应腔室设有机械泵；所述热处理腔室最高烘烤温度为1400℃；所述MOCVD反应腔室最高加热温度为800～900℃。
上述两种方式的设备中，所述MOCVD反应腔室上设有原位监测系统；所述UHVCVD反应腔室、真空过渡腔室、晶片缓存腔室、中央传送腔室、热处理腔室和MOCVD反应腔室上设有集成的气体输运系统、真空系统、尾气处理系统、电气系统和生长控制系统；所述晶片缓存腔室分为1～4层。所述的气体输运系统、真空系统、尾气处理系统、电气系统和生长控制系统是现有技术手段的一种集成，各个分系统均为现有市售的或本领域技术人员公知的。
本发明还提供了一种基于上述设备的硅基砷化镓外延材料及器件制造方法，该方法包括如下步骤：
（1）用中央传送腔室的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘由层流罩传输至晶片缓存腔室；
（2）将缓存腔室中的承载硅衬底的石墨托盘传输至真空过渡腔室内，进行硅衬底的真空过渡，去除硅衬底和石墨托盘上的吸附气体；
（3）将承载硅衬底的石墨托盘传输至UHVCVD反应腔室，进行硅衬底GeSi缓冲层的外延生长；
（4）将承载硅衬底的石墨托盘传输至MOCVD反应腔室，进行硅衬底GaAs结构功能层的外延生长；
（5）将承载硅衬底的石墨托盘传输至层流罩中，将完成外延生长的硅衬底取出；然后将表面沉积有锗硅合金和磷砷化合物的石墨托盘送至热处理腔室进行烘烤洁净处理。
优选地，在上述制造方法中，硅衬底在UHVCVD反应腔室或者MOCVD反应腔室外延生长后，可传输至热处理腔室内进行高温退火处理，提高外延层的晶体质量。
在上述制造方法中，GeSi缓冲层包括底部Si缓冲层、中部GeXSi1-X缓冲层和顶部Ge单晶层。其中中部GeXSi1-X（X取值范围为0～1）缓冲层可以为固定组分缓冲层、梯度渐变缓冲层、连续渐变缓冲层中间的一种，顶部Ge单晶层厚度要求不低于1μm。GeSi缓冲层总厚度控制在3μm以下，缺陷密度控制在105/cm3以下，表面要求光滑。
在上述制造方法中，GaAs结构功能层依据器件应用的不同确定外延生长的材料体系。
在上述制造方法中，烘烤洁净处理的频率为每进行1～20次外延生长后进行烘烤洁净处理一次，烘烤洁净处理的时间依据烤盘频率确定。
具体来说，基于第一种方案的设备的方法的步骤如下：
所述步骤（1）的具体实施过程为：
①流罩装片：在层流罩中将经过清洗后的硅衬底装载于石墨托盘上；
②中央传送腔室传片：中央传送腔室中的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘从层流罩传送至晶片缓冲腔室，进行暂存并保持真空度在25mtorr之内；
所述步骤（2）的具体实施过程为：
真空过渡腔室进行高低真空过渡：真空过渡腔室中的真空机械手将晶片缓存腔室内的承载硅衬底的石墨托盘转移至真空过渡腔室，抽真空至真空度为10-7Torr～10-8Torr；
所述步骤（3）的具体过程为：
UHVCVD反应腔室进行GeSi缓冲层外延：真空过渡腔室中的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘传输至UHVCVD反应腔室，对硅衬底先进行800℃、8～12min的表面高温处理，去除硅衬底表面氧化层；然后进行GeSi缓冲层的外延生长，GeSi缓冲层外延的工艺参数为：生长温度：550～750℃，反应室真空度：100～200Torr，GeSi缓冲层总厚度控制在3μm以下，缺陷密度控制在105/cm3以下；所述GeSi缓冲层包括底部Si缓冲层、中部GeXSi1-X缓冲层和顶部Ge单晶层，所述中部GeXSi1-X缓冲层为固定组分缓冲层、梯度渐变缓冲层或连续渐变缓冲层中的一种，其中X取值范围为0～1，顶部Ge单晶层厚度不低于1μm；
所述步骤（4）的具体过程为：
MOCVD反应腔室进行GaAs电池材料外延：将从UHVCVD反应腔室出来的承载硅衬底的石墨托盘经真空过渡腔室、晶片缓存腔室和中央传送腔室传送至MOCVD反应腔室，使硅衬底在MOCVD反应腔室内依次进行下列外延层的生长：（a）InGaP第一异质层；（b）n-InGaAs缓冲层；（c）n-GaAs/n-GaAs隧道结；（d）p-InGaP BSF；（e）p-InGaAs基极；（f）n-InGaAs发射极；（g）n-InGaP窗口层；（h）p-AlGaAs/n-InGaP隧道结；（i）p-AlInPBSF；（j）p-InGaP基极；（k）n-InGaP发射极；（l）n-AlInP窗口层；GaAs电池材料外延工艺参数为：生长温度：350～750℃，反应室真空度：10～200mtorr，外延层（a）至（l）的总体厚度为4.5～5μm，生长速率为3～5μm/h，采用TMGa、TMIn、TMAl、AsH3为Ⅲ族源，采用PH3为Ⅴ族源，采用DMZn为p型掺杂源，采用SiH4为n型掺杂源；
所述步骤（5）的具体过程为：
①层流罩卸片：将完成GaAs电池材料外延生长的硅衬底经中央传送腔室传送至层流罩，从石墨托盘上取出完成外延生长的硅衬底，密封保存后送入芯片制程；
②热处理腔室中进行石墨托盘的烘烤洁净处理：被取走硅衬底的石墨托盘经中央传送腔室传送至热处理腔室，在1100～1350℃条件下烘烤2～8h，去除石墨托盘表面沉积的锗硅合金和磷砷化合物；经烘烤洁净处理的石墨托盘经中央传送腔室传输至层流罩，在层流罩中装载硅衬底进入下一个外延循环。
基于第二种方案的设备的方法的步骤如下：
所述步骤（1）的具体实施过程为：
①流罩装片：在层流罩中将经过清洗后的硅衬底装载于石墨托盘上；
②中央传送腔室传片：中央传送腔室中的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘从层流罩传送至晶片缓冲腔室，进行暂存并保持真空度在25mtorr之内；
所述步骤（2）的具体实施过程为：
真空过渡腔室进行高低真空过渡：中央传送腔室中的真空机械手将晶片缓存腔室内的承载硅衬底的石墨托盘转移至真空过渡腔室的承载基座上，抽真空至真空度为10-7Torr～10-8Torr；
所述步骤（3）的具体实施过程为：
UHVCVD反应腔室进行GeSi缓冲层外延：推杆叉起承载基座上的承载硅衬底的石墨托盘，将其推送至UHVCVD反应腔室，对硅衬底先进行800℃、8～12min的表面高温处理，去除硅衬底表面氧化层；然后进行GeSi缓冲层的外延生长，GeSi缓冲层外延的工艺参数为：生长温度：550～750℃，反应室真空度：100～200Torr，GeSi缓冲层总厚度控制在3μm以下，缺陷密度控制在105/cm3以下；所述GeSi缓冲层包括底部Si缓冲层、中部GeXSi1-X缓冲层和顶部Ge单晶层，所述中部GeXSi1-X缓冲层为固定组分缓冲层、梯度渐变缓冲层或连续渐变缓冲层中的一种，其中X取值范围为0～1，顶部Ge单晶层厚度不低于1μm；
所述步骤（4）的具体实施过程为：
MOCVD反应腔室进行GaAs电池材料外延：将从UHVCVD反应腔室出来的承载硅衬底的石墨托盘经真空过渡腔室和中央传送腔室传送至MOCVD反应腔室，使硅衬底在MOCVD反应腔室内依次进行下列外延层的生长：（a）InGaP第一异质层；（b）n-InGaAs缓冲层；（c）n-GaAs/n-GaAs隧道结；（d）p-InGaP BSF；（e）p-InGaAs基极；（f）n-InGaAs发射极；（g）n-InGaP窗口层；（h）p-AlGaAs/n-InGaP隧道结；（i）p-AlInP BSF；（j）p-InGaP基极；（k）n-InGaP发射极；（l）n-AlInP窗口层；GaAs电池材料外延工艺参数为：生长温度：350～750℃，反应室真空度：10～200mtorr，外延层（a）至（l）的总体厚度为4.5～5μm，生长速率为3～5μm/h，采用TMGa、TMIn、TMAl、AsH3为Ⅲ族源，采用PH3为Ⅴ族源，采用DMZn为p型掺杂源，采用SiH4为n型掺杂源；
所述步骤（5）的具体实施过程为：
①层流罩卸片：将完成GaAs电池材料外延生长的硅衬底经中央传送腔室传送至层流罩，从石墨托盘上取出完成外延生长的硅衬底，密封保存后送入芯片制程；
②热处理腔室中进行石墨托盘的烘烤洁净处理：被取走硅衬底的石墨托盘经中央传送腔室传送至热处理腔室，在1100～1350℃条件下烘烤2～8h，去除石墨托盘表面沉积的锗硅合金和磷砷化合物；经烘烤洁净处理的石墨托盘经中央传送腔室传输至层流罩，在层流罩中装载硅衬底进入下一个外延循环。
下面结合设计原理及效果对本发明作进一步说明：
本发明的设备属于集束式大型半导体工艺设备，主要由超高真空化学气相沉积反应腔室（UHVCVD Process Chamber）、金属有机物化学气相沉积反应腔室（MOCVD ProcessChamber）、真空过渡腔室（Vacuum Transition Chamber）、中央传送腔室（Center TransferChamber）、晶片缓存腔室（Wafer Carrier Chamber）、热处理腔室（Bake Chamber）、层流罩（Laminar Flow Unit）等构成，上述腔室均有对应的现有技术，腔室与腔室之间用闸阀连接。除上述功能腔室之外，本发明的集束式大型半导体工艺设备还包括气体输运系统、真空系统、尾气处理系统、电气系统、生长控制系统、原位监测系统等。
本发明中，MOCVD反应室主要用于磷砷化合物材料的外延生长，其最高加热温度为800～900℃。UHVCVD反应室主要用于GeSi缓冲层的外延生长，其配备机械泵、分子泵以及离子泵，本底真空优于5×10-9Torr，最高加热温度为800～1000℃。UHVCVD反应室的设计需要考虑与MOCVD反应室的匹配（主要涉及到石墨托盘的规格与尺寸），同时由于GeSi外延过程的时间要长于磷砷化合物材料外延过程的时间，考虑到产能的匹配，可以一个MOCVD反应室搭配多个UHVCVD反应室。真空过渡室主要用于UHVCVD反应室的超高真空环境和本集束式系统其它功能腔室的低真空环境之间的真空过渡，可置于UHVCVD反应室和晶片缓冲室之间，也可置于UHVCVD反应室和中央传送室之间。真空过渡室需设置传片机构，传片的方式既可为真空机械手传送，也可为人工推杆传送。真空过渡室配备了机械泵和分子泵，真空度可达10-7Torr～10-8Torr。中央传送室主要用于各个功能腔室中石墨托盘的取放操作。中央传送室的核心部件是真空机械手，它具备T轴（中心轴旋转）、R轴（末端机械爪的伸缩运动）、Z轴（上下垂直运动）三轴单独运动的能力。根据本集束式系统的腔室数量和布局，中央传送室可设计为四边形、六边形或者其它的形状。晶片缓存室有1～4层，主要用于石墨托盘的存放，根据其设置位置的不同需要进行不同的结构设计。烤盘室主要用于用于石墨托盘的烘烤洁净处理，兼有外延材料退火处理的功能，最高烘烤温度为1300～1400℃，一次烘烤石墨托盘的数量为1～4个；层流罩是石墨托盘进出本集束式系统与大气环境的唯一端口，主要用于石墨托盘的装卸。
本发明上述腔室与腔室的连接采用闸阀连接，闸阀开启时石墨托盘可在不同腔室之间传送，闸阀关闭时可进行腔室间的真空隔离。
本发明的真空系统可分腔室独立配备，除UHVCVD和真空过渡室的真空要求较高之外，其它各腔室配备机械泵即可满足要求。磷砷化合物材料外延过程是一个非常复杂的过程，为了提高磷砷化合物材料的质量和成品率，一般在MOCVD反应室上的光学窗口安装一套原位监测系统，用来实时监控材料的生长温度、翘曲度、生长速率以及表面状况。本发明各个功能腔室的气体输运系统、尾气处理系统、电气系统和生长控制系统可采用集成化设计，这样不仅可以节约成本，优化布局，节省空间，还可以提高自动化控制水平。
结合附图来说，针对第一种技术方案（图1）：
中央传送腔室4主要用于各个功能腔室中石墨托盘12的取放操作，是本设备的主要传输机构。由于中央传送腔室4中的真空机械手9能在高达300度的环境下完成取放片操作，因此大大缩短了硅基砷化镓外延材料及器件制造过程中的升降温时间。中央传送腔室4有4个端口，这4个端口分别与晶片缓冲腔室3、MOCVD反应腔室6、热处理腔室5和层流罩7相连。
UHVCVD反应腔室1主要用于GeSi缓冲层的外延生长，GeSi外延制程对碳、氧污染特别敏感，故UHVCVD反应腔室1要求高真空，其配备机械泵、分子泵以及离子泵，本底真空度优于5×10-9Torr。此外，其最高加热温度为800～1000℃，控温精度±0.5℃，一次可以处理12片4英寸的衬底，包含SiH4、GeH4、掺杂气体、N2共4路气路。
为了避免UHVCVD反应腔室1在装片和取片时暴露于低真空环境，减少受低真空环境污染的机会，同时减少外延生长前获得超高真空的时间，在UHVCVD反应腔室1的前级设置了真空过渡腔室2。真空过渡腔室2主要用于UHVCVD反应腔室1的超高真空环境和晶片缓存腔室3的低真空环境之间的真空过渡，同时自带真空机械手9，兼有传片的功能。真空过渡室配备机械泵、分子泵，本底真空度可达10-7Torr～10-8Torr。
晶片缓存腔室3是本设备石墨托盘的中转站。其一端与中央传送腔室4相连，另一端与真空过渡腔室2相连。晶片缓存腔室3有1～4层，可同时储存1～4个石墨托盘12。
MOCVD反应腔室6与中央传送腔室4相连，主要用于砷化镓基材料的外延生长。可采用行星式水平气垫旋转水平层流式反应室结构、紧密耦合垂直喷淋反应室结构或者立式高速旋转盘式反应室结构的一种。衬底加热方式即可采用电阻加热也可采用射频感应加热，最高加热温度为800～900℃，温度场均匀性±1℃。配备两台机械泵，本底真空度20mtorr。一次可以处理12片4英寸的衬底。
热处理腔室5与中央传送腔室4相连，主要用于用于石墨托盘12的烘烤洁净处理，兼有外延材料退火处理的功能，最高烘烤温度为1400℃，一次烘烤石墨托盘12的数量为1～4个。本系统烤盘室的设置可以有效减少外延腔室（UHVCVD反应腔室1和MOCVD反应腔室6）的非工艺时间（主要指退火处理时间和原位烤盘时间），延长了外延腔室加热器的使用寿命，减少了外延腔室的维护频率，提高了外延腔室的生产效率。
层流罩7与中央传送腔室4相连，是本设备中石墨托盘12进出大气环境的唯一端口。在层流罩7中，可以对石墨托盘12之上的衬底进行取放片操作，同时也可进行石墨托盘12的更换操作。
针对第二种技术方案（图3）：
中央传送腔室4配备有真空机械手9，主要用于各个功能腔室中石墨托盘的取放操作，是本系统的主要传输机构。中央传送腔室4有6个端口，这6个端口中的五个分别与层流罩7、真空过渡腔室2、MOCVD反应腔室6、热处理腔室5和晶片缓存腔室3相连，剩下一个端口为扩展端口，一般密封不用。
UHVCVD反应腔室1主要用于GeSi缓冲层的外延生长，GeSi外延制程对碳、氧污染特别敏感，故UHVCVD反应腔室1要求高真空，其配备机械泵、分子泵以及离子泵，本底真空度优于5×10-9Torr。此外，其最高加热温度为800～1000℃，控温精度±0.5℃，一次可以处理12片4英寸的衬底，包含SiH4、GeH4、掺杂气体、N2共4路气路。
为了避免UHVCVD反应腔室1在装片和取片时暴露于低真空环境，减少受低真空环境污染的机会，同时减少外延生长前获得超高真空的时间，在UHVCVD反应腔室1的前级设置了真空过渡腔室2。真空过渡腔室2主要用于UHVCVD反应腔室1的超高真空环境和中央传送腔室4的低真空环境之间的真空过渡。真空过渡腔室2包含承载基座10和具有垂直升降功能的推杆11，推杆11的主要用于将承载基座10上的石墨托盘12传输至UHVCVD反应腔室1中。真空过渡腔室2配备机械泵、分子泵，本底真空度可达10-7Torr～10-8Torr。
晶片缓存腔室3与中央传送腔室4相连，是本设备石墨托盘12的中转站。晶片缓存腔室3有1～4层，可同时储存1～4个石墨托盘12。
MOCVD反应腔室6与中央传送腔室4相连，主要用于砷化镓基材料的外延生长。可采用行星式水平气垫旋转水平层流式反应室结构、紧密耦合垂直喷淋反应室结构或者立式高速旋转盘式反应室结构的一种。衬底加热方式即可采用电阻加热也可采用射频感应加热，最高加热温度为800～900℃，温度场均匀性±1℃。配备两台机械泵，本底真空度20mtorr。一次可以处理12片4英寸的衬底。
热处理腔室5与中央传送腔室4相连，主要用于用于石墨托盘12的烘烤洁净处理，兼有外延材料退火处理的功能，最高烘烤温度为1400℃，一次烘烤石墨托盘的数量为1～4个。本系统烤盘室的设置可以有效减少外延腔室（UHVCVD反应腔室1和MOCVD反应腔室6）的非工艺时间（主要指退火处理时间和原位烤盘时间），延长了外延腔室加热器的使用寿命，减少了外延腔室的维护频率，提高了外延腔室的生产效率。
层流罩7与中央传送腔室4相连，是本设备中石墨托盘12进出大气环境的唯一端口。在层流罩7中，可以对石墨托盘12之上的衬底进行取放片操作，同时也可进行石墨托盘12的更换操作。
第二种技术方案与第一种技术方案最大的不同在于改变了真空过渡腔室2的传片方式，相对于第一种技术方案中的机械手自动传片，第二种技术方案的手动传片具有成本低的优势。
本发明制备的硅基砷化镓太阳能电池的器件结构如图5所示。
图5中，衬底材料为半导体级偏向（011）4°～6°的（100）单晶硅13，GeSi缓冲层包括Si缓冲层14、GeSi缓冲层15和Ge单晶层16，GaAs电池结构为目前商用三结叠层砷化镓电池最常采用的结构体系。GaAs电池电池的三结分别为：（1）Ge底电池（亦为上述所说的Ge单晶层16，从图5中来看，16为Ge单晶层，但从硅基砷化镓太阳能电池的结构功能层来说，Ge单晶层16即为Ge底电池，因为Ge底电池是由Ge单晶层通过扩散掺杂制备的），Ge底电池的pn结无须特意制作，该pn结在p型Ge单晶层上生长第一异质外延层时，V族原子扩散到Ge单晶层中自动形成的。（2）InGaAs中电池19：InGaAs中电池19和Ge底电池之间有InGaP/n-InGaAs缓冲层17和p-GaAs/n-GaAs隧道结18。（3）InGaP顶电池21：InGaP顶电池21和InGaAs中电池19之间有p-AlGaAs/n-InGaP隧道结20，InGaP顶电池21之上还有减反射膜22和n-GaAs接触层23。
与现有的硅基砷化镓外延材料及器件制造设备相比，本发明的有益效果为：
1、缩短了硅基砷化镓技术路线上各功能腔室的非工艺时间（主要指装卸片时间和冷却时间），有效的提升了设备的生产效率和产能。
2、减少了衬底转移过程中受到大气环境中微尘及化学试剂污染的风险，大大提升了外延材料的质量，从而有效的提升了器件的性能和良品率。
3、该集束式设备结构紧凑，占地面积小，对净化环境的要求低，因此可以减少了洁净厂房的建设成本和运营成本，从而减少了硅基砷化镓外延材料及器件的生产成本。
4、热处理腔室的设置有效的释放了外延腔室的产能，延长了外延腔室加热器的使用寿命和外延腔室的维护时间。
总之，本发明通过将硅基砷化镓外延制程所涉及的工艺设备进行集成化设计，克服了硅基砷化镓技术路线中设备生产效率低、占地面积大、衬底转移存在过程污染的缺点。通过不同功能腔室的集成，本发明的硅基砷化镓外延设备不仅具有自动化程度高、生产效率高、占地面积小、生产过程全真空环境无污染的优点，还可以减少对净化环境的依赖，节约厂务和生产成本，非常适合于硅基砷化镓外延材料及器件的研发和生产。
附图说明
图1为本发明实施例1中硅基砷化镓外延材料及器件制造设备结构示意图；
图2为本发明实施例1中硅基砷化镓太阳能电池制造方法流程图；
图3为本发明实施例2中硅基砷化镓外延材料及器件制造设备结构示意图；
图4为本发明实施例2中硅基砷化镓太阳能电池制造方法流程图；
图5为本发明实施例1和实施例2中所述硅基砷化镓太阳能电池结构示意图；
图中：1、UHVCVD反应腔室；2、真空过渡腔室；3、晶片缓存腔室；4、中央传送腔室；5、热处理腔室；6、MOCVD反应腔室；7、层流罩；8、闸阀；9、真空机械手；10、承载基座；11、推杆；12、石墨托盘；13、半导体级偏向（011）4°～6°的（100）单晶硅；14、Si缓冲层；15、GeSi缓冲层；16、Ge单晶层；17、InGaP/n-InGaAs缓冲层；18、p-GaAs/n-GaAs隧道结；19、InGaAs中电池；20、p-AlGaAs/n-InGaP隧道结；21、InGaP顶电池；22、减反射膜；23、n-GaAs接触层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
参见图1，所述硅基砷化镓外延材料及器件制造设备设备包括UHVCVD反应腔室1；所述UHVCVD反应腔室1与真空过渡腔室2连通，真空过渡腔室2与晶片缓存腔室3连通，晶片缓存腔室3与中央传送腔室4连通；所述中央传送腔室4还与热处理腔室5、MOCVD反应腔腔室6及层流罩7连通；彼此连通的腔室之间设有闸阀8，层流罩7与中央传送腔室4之间也设有闸阀8；所述中央传送腔室4和真空过渡腔室2中设有真空机械手9。
其中，所述UHVCVD反应腔室1设有机械泵、分子泵和离子泵，UHVCVD反应腔室1本底真空度优于5×10-9Torr，最高加热温度为800～1000℃；所述真空过渡腔室2设有机械泵和分子泵，真空过渡腔室2最高真空度为10-7Torr～10-8Torr；所述晶片缓存腔室3、中央传送腔室4、热处理腔室5和MOCVD反应腔室6设有机械泵；所述热处理腔室5最高烘烤温度为1400℃；所述MOCVD反应腔室6最高加热温度为800～900℃。
所述MOCVD反应腔室6上设有原位监测系统；所述UHVCVD反应腔室1、真空过渡腔室2、晶片缓存腔室3、中央传送腔室4、热处理腔室5和MOCVD反应腔室6上设有集成的气体输运系统、真空系统、尾气处理系统、电气系统和生长控制系统；所述晶片缓存腔室3分为1～4层。
实施例2
参见图2，基于实施例1所述设备的硅基砷化镓外延材料及器件制造方法，包括如下步骤：
（1）用中央传送腔室的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘由层流罩传输至晶片缓存腔室：
①层流罩装片：在层流罩中将经过清洗后的硅衬底装载于石墨托盘上；
②中央传送腔室传片：中央传送腔室中的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘从层流罩传送至晶片缓冲腔室，进行暂存并保持真空度在25mtorr之内；
（2）将缓存腔室中的承载硅衬底的石墨托盘传输至真空过渡腔室内，进行硅衬底的真空过渡，去除硅衬底和石墨托盘上的吸附气体：
真空过渡腔室进行高低真空过渡：真空过渡腔室中的真空机械手将晶片缓存腔室内的承载硅衬底的石墨托盘转移至真空过渡腔室，抽真空至真空度为10-7Torr～10-8Torr；
（3）将承载硅衬底的石墨托盘传输至UHVCVD反应腔室，进行硅衬底GeSi缓冲层的外延生长：
UHVCVD反应腔室进行GeSi缓冲层外延：真空过渡腔室中的真空机械手再将承载硅衬底的石墨托盘传输至UHVCVD反应腔室，对硅衬底先进行800℃、8～12min的表面高温处理，去除硅衬底表面氧化层；然后进行GeSi缓冲层的外延生长，GeSi缓冲层外延的工艺参数为：生长温度：550～750℃，反应室真空度：100～200Torr，GeSi缓冲层总厚度控制在3μm以下，缺陷密度控制在105/cm3以下；所述GeSi缓冲层包括底部Si缓冲层、中部GeXSi1-X缓冲层和顶部Ge单晶层，所述中部GeXSi1-X缓冲层为固定组分缓冲层、梯度渐变缓冲层或连续渐变缓冲层中的一种，其中X取值范围为0～1，顶部Ge单晶层厚度不低于1μm；
（4）将承载硅衬底的石墨托盘传输至MOCVD反应腔室，进行硅衬底GaAs结构功能层的外延生长：
MOCVD反应腔室进行GaAs电池材料外延：将从UHVCVD反应腔室出来的承载硅衬底的石墨托盘经真空过渡腔室、晶片缓存腔室和中央传送腔室传送至MOCVD反应腔室，使硅衬底在MOCVD反应腔室内依次进行下列外延层的生长：（a）InGaP第一异质层；（b）n-InGaAs缓冲层；（c）n-GaAs/n-GaAs隧道结；（d）p-InGaP BSF；（e）p-InGaAs基极；（f）n-InGaAs发射极；（g）n-InGaP窗口层；（h）p-AlGaAs/n-InGaP隧道结；（i）p-AlInPBSF；（j）p-InGaP基极；（k）n-InGaP发射极；（l）n-AlInP窗口层；GaAs电池材料外延工艺参数为：生长温度：350～750℃，反应室真空度：10～200mtorr，外延层（a）至（l）的总体厚度为4.5～5μm，生长速率为3～5μm/h，采用TMGa、TMIn、TMAl、AsH3为Ⅲ族源，采用PH3为Ⅴ族源，采用DMZn为p型掺杂源，采用SiH4为n型掺杂源；
（5）将承载硅衬底的石墨托盘传输至层流罩中，将完成外延生长的硅衬底取出；然后将表面沉积有锗硅合金和磷砷化合物的石墨托盘送至热处理腔室进行烘烤洁净处理：
①层流罩卸片：将完成GaAs电池材料外延生长的硅衬底经中央传送腔室传送至层流罩，从石墨托盘上取出完成外延生长的硅衬底，密封保存后送入芯片制程：
②热处理腔室中进行石墨托盘的烘烤洁净处理：被取走硅衬底的石墨托盘经中央传送腔室传送至热处理腔室，在1100～1350℃条件下烘烤2～8h，去除石墨托盘表面沉积的锗硅合金和磷砷化合物；经烘烤洁净处理的石墨托盘经中央传送腔室传输至层流罩，在层流罩中装载硅衬底进入下一个外延循环。
众所周知，外延材料对杂质是非常敏感的，本实施例中硅基砷化镓太阳能电池外延所有过程均在真空环境下进行，避免了外延过程中受到大气环境中微尘及化学试剂污染的风险，大大提升了外延材料的质量，从而有效的提升了器件的性能和良品率。
实施例3
参见图3，所述硅基砷化镓外延材料及器件制造设备包括UHVCVD反应腔室1；所述UHVCVD反应腔室1与真空过渡腔室2连通，真空过渡腔室2与中央传送腔室4连通；所述中央传送腔室4还与晶片缓存腔室3、热处理腔室5、MOCVD反应腔室6及层流罩7连通；彼此连通的腔室之间设有闸阀8，层流罩7与中央传送腔室4之间也设有闸阀8；所述中央传送腔室4中设有真空机械手9；所述真空过渡腔室2中设有承载基座10和推杆11。
其中，所述UHVCVD反应腔室1设有机械泵、分子泵和离子泵，UHVCVD反应腔室1本底真空度优于5×10-9Torr，最高加热温度为800～1000℃；所述真空过渡腔室2设有机械泵和分子泵，真空过渡腔室2最高真空度为10-7Torr～10-8Torr；所述晶片缓存腔室3、中央传送腔室4、热处理腔室5和MOCVD反应腔室6设有机械泵；所述热处理腔室5最高烘烤温度为1400℃；所述MOCVD反应腔室6最高加热温度为800～900℃。
所述MOCVD反应腔室6上设有原位监测系统；所述UHVCVD反应腔室1、真空过渡腔室2、晶片缓存腔室3、中央传送腔室4、热处理腔室5和MOCVD反应腔室6上设有集成的气体输运系统、真空系统、尾气处理系统、电气系统和生长控制系统；所述晶片缓存腔室3分为1～4层。
实施例4
参见图4，基于实施例3所述设备的硅基砷化镓外延材料及器件制造方法，包括如下步骤：
（1）用中央传送腔室的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘由层流罩传输至晶片缓存腔室：
①层流罩装片：在层流罩中将经过清洗后的硅衬底装载于石墨托盘上；
②中央传送腔室传片：中央传送腔室中的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘从层流罩传送至晶片缓冲腔室，进行暂存并保持真空度在25mtorr之内；
（2）将缓存腔室中的承载硅衬底的石墨托盘传输至真空过渡腔室内，进行硅衬底的真空过渡，去除硅衬底和石墨托盘上的吸附气体：
真空过渡腔室进行高低真空过渡：中央传送腔室中的真空机械手将晶片缓存腔室内的承载硅衬底的石墨托盘转移至真空过渡腔室的承载基座上，抽真空至真空度为10-7Torr～10-8Torr；
（3）将承载硅衬底的石墨托盘传输至UHVCVD反应腔室，进行硅衬底GeSi缓冲层的外延生长：
UHVCVD反应腔室进行GeSi缓冲层外延：推杆叉起承载基座上的承载硅衬底的石墨托盘，将其推送至UHVCVD反应腔室，对硅衬底先进行800℃、8～12min的表面高温处理，去除硅衬底表面氧化层；然后进行GeSi缓冲层的外延生长，GeSi缓冲层外延的工艺参数为：生长温度：550～750℃，反应室真空度：100～200Torr，GeSi缓冲层总厚度控制在3μm以下，缺陷密度控制在105/cm3以下；所述GeSi缓冲层包括底部Si缓冲层、中部GeXSi1-X缓冲层和顶部Ge单晶层，所述中部GeXSi1-X缓冲层为固定组分缓冲层、梯度渐变缓冲层或连续渐变缓冲层中的一种，其中X取值范围为0～1，顶部Ge单晶层厚度不低于1μm；
（4）将承载硅衬底的石墨托盘传输至MOCVD反应腔室，进行硅衬底GaAs结构功能层的外延生长：
MOCVD反应腔室进行GaAs电池材料外延：将从UHVCVD反应腔室出来的承载硅衬底的石墨托盘经真空过渡腔室和中央传送腔室传送至MOCVD反应腔室，使硅衬底在MOCVD反应腔室内依次进行下列外延层的生长：（a）InGaP第一异质层；（b）n-InGaAs缓冲层；（c）n-GaAs/n-GaAs隧道结；（d）p-InGaP BSF；（e）p-InGaAs基极；（f）n-InGaAs发射极；（g）n-InGaP窗口层；（h）p-AlGaAs/n-InGaP隧道结；（i）p-AlInP BSF；（j）p-InGaP基极；（k）n-InGaP发射极；（l）n-AlInP窗口层；GaAs电池材料外延工艺参数为：生长温度：350～750℃，反应室真空度：10～200mtorr，外延层（a）至（l）的总体厚度为4.5～5μm，生长速率为3～5μm/h，采用TMGa、TMIn、TMAl、AsH3为Ⅲ族源，采用PH3为Ⅴ族源，采用DMZn为p型掺杂源，采用SiH4为n型掺杂源；
（5）将承载硅衬底的石墨托盘传输至层流罩中，将完成外延生长的硅衬底取出；然后将表面沉积有锗硅合金和磷砷化合物的石墨托盘送至热处理腔室进行烘烤洁净处理：
①层流罩卸片：将完成GaAs电池材料外延生长的硅衬底经中央传送腔室传送至层流罩，从石墨托盘上取出完成外延生长的硅衬底，密封保存后送入芯片制程；
②热处理腔室中进行石墨托盘的烘烤洁净处理：被取走硅衬底的石墨托盘经中央传送腔室传送至热处理腔室，在1100～1350℃条件下烘烤2～8h，去除石墨托盘表面沉积的锗硅合金和磷砷化合物；经烘烤洁净处理的石墨托盘经中央传送腔室传输至层流罩，在层流罩10中装载硅衬底进入下一个外延循环。
众所周知，外延材料对杂质是非常敏感的，本实施例中硅基砷化镓太阳能电池外延所有过程均在真空环境下进行，避免了外延过程中受到大气环境中微尘及化学试剂污染的风险，大大提升了外延材料的质量，从而有效的提升了器件的性能和良品率。
本发明例举了上述优选的实施方式，但是应该说明，本领域的技术人员可以进行各种变化和改型。因此，除非这样的变化和改型偏离了本发明的思想范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种硅基砷化镓外延材料及器件制造设备，其特征在于，它包括UHVCVD反应腔室（1）；所述UHVCVD反应腔室（1）与真空过渡腔室（2）连通，真空过渡腔室（2）与晶片缓存腔室（3）连通，晶片缓存腔室（3）与中央传送腔室（4）连通；所述中央传送腔室（4）还与热处理腔室（5）、MOCVD反应腔室（6）及层流罩（7）连通；彼此连通的腔室之间设有闸阀（8），层流罩（7）与中央传送腔室（4）之间也设有闸阀（8）；所述中央传送腔室（4）和真空过渡腔室（2）中设有真空机械手（9）；所述UHVCVD反应腔室（1）设有机械泵、分子泵和离子泵，UHVCVD反应腔室（1）本底真空度优于5×10-9Torr，最高加热温度为800～1000℃；所述真空过渡腔室（2）设有机械泵和分子泵，真空过渡腔室（2）最高真空度为10-7Torr～10-8Torr；所述晶片缓存腔室（3）、中央传送腔室（4）、热处理腔室（5）和MOCVD反应腔室（6）设有机械泵；所述热处理腔室（5）最高烘烤温度为1400℃；所述MOCVD反应腔室（6）最高加热温度为800～900℃。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述MOCVD反应腔室（6）上设有原位监测系统；所述UHVCVD反应腔室（1）、真空过渡腔室（2）、晶片缓存腔室（3）、中央传送腔室（4）、热处理腔室（5）和MOCVD反应腔室（6）上设有集成的气体输运系统、真空系统、尾气处理系统、电气系统和生长控制系统；所述晶片缓存腔室（3）分为1～4层。
3.一种硅基砷化镓外延材料及器件制造设备，其特征在于，它包括UHVCVD反应腔室（1）；所述UHVCVD反应腔室（1）与真空过渡腔室（2）连通，真空过渡腔室（2）与中央传送腔室（4）连通；所述中央传送腔室（4）还与晶片缓存腔室（3）、热处理腔室（5）、MOCVD反应腔室（6）及层流罩（7）连通；彼此连通的腔室之间设有闸阀（8），层流罩（7）与中央传送腔室（4）之间也设有闸阀（8）；所述中央传送腔室（4）中设有真空机械手（9）；所述真空过渡腔室（2）中设有承载基座（10）和推杆（11）；所述UHVCVD反应腔室（1）设有机械泵、分子泵和离子泵，UHVCVD反应腔室（1）本底真空度优于5×10-9Torr，最高加热温度为800～1000℃；所述真空过渡腔室（2）设有机械泵和分子泵，真空过渡腔室（2）最高真空度为10-7Torr～10-8Torr；所述晶片缓存腔室（3）、中央传送腔室（4）、热处理腔室（5）和MOCVD反应腔室（6）设有机械泵；所述热处理腔室（5）最高烘烤温度为1400℃；所述MOCVD反应腔室（6）最高加热温度为800～900℃。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述MOCVD反应腔室（6）上设有原位监测系统；所述UHVCVD反应腔室（1）、真空过渡腔室（2）、晶片缓存腔室（3）、中央传送腔室（4）、热处理腔室（5）和MOCVD反应腔室（6）上设有集成的气体输运系统、真空系统、尾气处理系统、电气系统和生长控制系统；所述晶片缓存腔室（3）分为1～4层。
5.一种基于权利要求1至4任一项所述设备的硅基砷化镓外延材料及器件制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）用中央传送腔室的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘由层流罩传输至晶片缓存腔室；
（2）将缓存腔室中的承载硅衬底的石墨托盘传输至真空过渡腔室内，进行硅衬底的真空过渡，去除硅衬底和石墨托盘上的吸附气体；
（3）将承载硅衬底的石墨托盘传输至UHVCVD反应腔室，进行硅衬底GeSi缓冲层的外延生长；
（4）将承载硅衬底的石墨托盘传输至MOCVD反应腔室，进行硅衬底GaAs结构功能层的外延生长；
（5）将承载硅衬底的石墨托盘传输至层流罩中，将完成外延生长的硅衬底取出；然后将表面沉积有锗硅合金和磷砷化合物的石墨托盘送至热处理腔室进行烘烤洁净处理。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法中，当硅衬底在UHVCVD反应腔室或者MOCVD反应腔室外延生长后，将承载硅衬底的石墨托盘传输至热处理腔室内进行高温退火处理，然后再进行后续步骤。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述步骤（1）的具体实施过程为：
①层流罩装片：在层流罩中将经过清洗后的硅衬底装载于石墨托盘上；
②中央传送腔室传片：中央传送腔室中的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘从层流罩传送至晶片缓存腔室，进行暂存并保持真空度在25mtorr之内；
所述步骤（2）的具体实施过程为：
真空过渡腔室进行高低真空过渡：真空过渡腔室中的真空机械手将晶片缓存腔室内的承载硅衬底的石墨托盘转移至真空过渡腔室，抽真空至真空度为10-7Torr～10-8Torr；
所述步骤（3）的具体过程为：
UHVCVD反应腔室进行GeSi缓冲层外延：真空过渡腔室中的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘传输至UHVCVD反应腔室，对硅衬底先进行800℃、8～12min的表面高温处理，去除硅衬底表面氧化层；然后进行GeSi缓冲层的外延生长，GeSi缓冲层外延的工艺参数为：生长温度：550～750℃，反应室真空度：100～200Torr，GeSi缓冲层总厚度控制在3μm以下，缺陷密度控制在105/cm3以下；所述GeSi缓冲层包括底部Si缓冲层、中部GeXSi1-X缓冲层和顶部Ge单晶层，所述中部GeXSi1-X缓冲层为固定组分缓冲层、梯度渐变缓冲层或连续渐变缓冲层中的一种，其中X取值范围为0～1，顶部Ge单晶层厚度不低于1μm；
所述步骤（4）的具体过程为：
MOCVD反应腔室进行GaAs电池材料外延：将从UHVCVD反应腔室出来的承载硅衬底的石墨托盘经真空过渡腔室、晶片缓存腔室和中央传送腔室传送至MOCVD反应腔室，使硅衬底在MOCVD反应腔室内依次进行下列外延层的生长：（a）InGaP第一异质层；（b）n-InGaAs缓冲层；（c）n-GaAs/n-GaAs隧道结；（d）p-InGaP BSF；（e）p-InGaAs基极；（f）n-InGaAs发射极；（g）n-InGaP窗口层；（h）p-AlGaAs/n-InGaP隧道结；（i）p-AlInPBSF；（j）p-InGaP基极；（k）n-InGaP发射极；（l）n-AlInP窗口层；GaAs电池材料外延工艺参数为：生长温度：350～750℃，反应室真空度：10～200mtorr，外延层（a）至（l）的总体厚度为4.5～5μm，生长速率为3～5μm/h，采用TMGa、TMIn、TMAl、AsH3为Ⅲ族源，采用PH3为Ⅴ族源，采用DMZn为p型掺杂源，采用SiH4为n型掺杂源；
所述步骤（5）的具体过程为：
①层流罩卸片：将完成GaAs电池材料外延生长的硅衬底经中央传送腔室传送至层流罩，从石墨托盘上取出完成外延生长的硅衬底，密封保存后送入芯片制程；
②热处理腔室中进行石墨托盘的烘烤洁净处理：被取走硅衬底的石墨托盘经中央传送腔室传送至热处理腔室，在1100～1350℃条件下烘烤2～8h，去除石墨托盘表面沉积的锗硅合金和磷砷化合物；经烘烤洁净处理的石墨托盘经中央传送腔室传输至层流罩，在层流罩中装载硅衬底进入下一个外延循环。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述步骤（1）的具体实施过程为：
①层流罩装片：在层流罩中将经过清洗后的硅衬底装载于石墨托盘上；
②中央传送腔室传片：中央传送腔室中的真空机械手将承载硅衬底的石墨托盘从层流罩传送至晶片缓冲腔室，进行暂存并保持真空度在25mtorr之内；
所述步骤（2）的具体实施过程为：
真空过渡腔室进行高低真空过渡：中央传送腔室中的真空机械手将晶片缓存腔室内的承载硅衬底的石墨托盘转移至真空过渡腔室的承载基座上，抽真空至真空度为10-7Torr～10-8Torr；
所述步骤（3）的具体实施过程为：
UHVCVD反应腔室进行GeSi缓冲层外延：推杆叉起承载基座上的承载硅衬底的石墨托盘，将其推送至UHVCVD反应腔室，对硅衬底先进行800℃、8～12min的表面高温处理，去除硅衬底表面氧化层；然后进行GeSi缓冲层的外延生长，GeSi缓冲层外延的工艺参数为：生长温度：550～750℃，反应室真空度：100～200Torr，GeSi缓冲层总厚度控制在3μm以下，缺陷密度控制在105/cm3以下；所述GeSi缓冲层包括底部Si缓冲层、中部GeXSi1-X缓冲层和顶部Ge单晶层，所述中部GeXSi1-X缓冲层为固定组分缓冲层、梯度渐变缓冲层或连续渐变缓冲层中的一种，其中X取值范围为0～1，顶部Ge单晶层厚度不低于1μm；
所述步骤（4）的具体实施过程为：
MOCVD反应腔室进行GaAs电池材料外延：将从UHVCVD反应腔室出来的承载硅衬底的石墨托盘经真空过渡腔室和中央传送腔室传送至MOCVD反应腔室，使硅衬底在MOCVD反应腔室内依次进行下列外延层的生长：（a）InGaP第一异质层；（b）n-InGaAs缓冲层；（c）n-GaAs/n-GaAs隧道结；（d）p-InGaP BSF；（e）p-InGaAs基极；（f）n-InGaAs发射极；（g）n-InGaP窗口层；（h）p-AlGaAs/n-InGaP隧道结；（i）p-AlInP BSF；（j）p-InGaP基极；（k）n-InGaP发射极；（l）n-AlInP窗口层；GaAs电池材料外延工艺参数为：生长温度：350～750℃，反应室真空度：10～200mtorr，外延层（a）至（l）的总体厚度为4.5～5μm，生长速率为3～5μm/h，采用TMGa、TMIn、TMAl、AsH3为Ⅲ族源，采用PH3为Ⅴ族源，采用DMZn为p型掺杂源，采用SiH4为n型掺杂源；
所述步骤（5）的具体实施过程为：
⑤层流罩卸片：将完成GaAs电池材料外延生长的硅衬底经中央传送腔室传送至层流罩，从石墨托盘上取出完成外延生长的硅衬底，密封保存后送入芯片制程；
⑥热处理腔室中进行石墨托盘的烘烤洁净处理：被取走硅衬底的石墨托盘经中央传送腔室传送至热处理腔室，在1100～1350℃条件下烘烤2～8h，去除石墨托盘表面沉积的锗硅合金和磷砷化合物；经烘烤洁净处理的石墨托盘经中央传送腔室传输至层流罩，在层流罩中装载硅衬底进入下一个外延循环。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |