CN203607375U - 制造功率器件的多反应腔系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种制造功率器件的多反应腔系统，包含：第一反应腔，通过外延反应在衬底基板上形成缓冲层，衬底基板放置于托盘上；第二反应腔，通过外延反应在已形成有缓冲层的衬底基板上形成完整的氮化镓功率器件结构；装卸腔，放置已形成完整的氮化镓功率器件结构的衬底基板，或用于放置待进行外延反应的衬底基板；传输腔，分别连接第一反应腔、第二反应腔与装卸腔，传输腔中设有机械手，该机械手使衬底基板或衬底基板所在托盘在第一反应腔、第二反应腔与装卸腔之间转移。本实用新型设置多个反应腔分别进行不同工艺分步生产功率器件，有效节省了不同工艺之间切换的时间，并减少了前一工艺对后续工艺的影响，提高了生产效率和功率器件的质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体制造设备，具体涉及一种用于制造功率器件的多反应腔系统。
背景技术
由于能提供高效（高击穿电压和高导电性能）、低能耗、和快速转换等优点，氮化镓（GaN）功率器件是移动通信、雷达等微波系统所需的高频、高效率、高功率微波功率器件的优秀候选者。目前，生产GaN功率器件主要通过MOCVD（金属有机化学气相沉积）系统来实现，在外延基片例如碳化硅（SiC）基片或者硅（Si）基片上进行一系列的外延反应生长出完整的GaN功率器件结构。
MOCVD反应腔可以支持不同的工艺，在外延基片上生长不同的层。在实际应用中，一个MOCVD反应腔往往用来生长完整的器件结构，例如LED器件或功率器件，整个外延过程结束后就能得到相应的器件结构。因为器件结构比较复杂，包括多个不同材料或掺杂的外延层，因此生长过程涉及多种工艺。在每种工艺条件下，反应气体的成分组成和流量，以及发生反应时的温度和生长压力会不一样，有时甚至会存在较大差异。在一种工艺完成后进行另一种后续工艺时，一方面，反应腔工艺条件的切换会占用大量的时间，即不同工艺之间等待时间较长，从而大幅延长整个外延生长的时间，降低了外延的生产效率；另一方面，前一工艺的残余反应气体或反应物还会影响到后续工艺，降低外延生长质量，从而降低器件的品质。
实用新型内容
本实用新型提供一种制造功率器件的多反应腔系统。
为实现上述目的，本实用新型提供一种制造功率器件的多反应腔系统，用于制造氮化镓功率器件，其特点是，该多反应腔系统包含：
第一反应腔，其用于通过外延反应在衬底基板上形成缓冲层，其中衬底基板放置于托盘上；
第二反应腔，其用于通过外延反应在已形成有缓冲层的衬底基板上形成完整的氮化镓功率器件结构；
装卸腔，其用于放置已形成完整的氮化镓功率器件结构的衬底基板，或用于放置待进行外延反应的衬底基板；
传输腔，其分别连接第一反应腔、第二反应腔与装卸腔，该传输腔中设有机械手，该机械手用于实现衬底基板或衬底基板所在托盘在第一反应腔、第二反应腔与装卸腔之间转移。
上述的第一反应腔为物理气相沉积反应腔、激光脉冲沉积反应腔或金属有机化学气相沉积反应腔。
上述的第二反应腔为金属有机化学气相沉积反应腔。
上述多反应腔系统包含多个第二反应腔；多个第二反应腔组合完成完整的氮化镓功率器件结构的生长，其中每个第二反应腔完成一部分氮化镓功率器件结构的生长。
上述多反应腔系统包含一个或多个第二反应腔；每个第二反应腔独立完成完整的氮化镓功率器件结构的生长。
上述多反应腔系统还包含连接所述传输腔的缓冲腔，该缓冲腔用于存放从第一反应腔中取出的已形成缓冲层的衬底基板；或者缓冲腔用于存放从第二反应腔中取出的形成完整或部分氮化镓功率器件结构的衬底基板。
上述缓冲腔中设有包含多层搁板的支架，搁板用于放置衬底基板或衬底基板所在托盘。
上述第一反应腔、第二反应腔和装卸腔分别与传输腔之间设有真空隔离阀；装卸腔与外界设有真空隔离阀。
上述多反应腔系统还包含连接装卸腔的装卸台；装卸腔与装卸台之间设有真空隔离阀。
上述衬底基板为硅基板，上述缓冲层为氮化铝层或氮化铝镓层或含铁的氮化镓层。
上述完整的氮化镓功率器件结构由衬底基板起依次包含：缓冲层、第一氮化铝镓层、第二氮化铝镓层、氮化镓层、氮化铝层以及第三氮化铝镓层；所述第一氮化铝镓层、第二氮化铝镓层和第三氮化铝镓层中铝含量不同。
本实用新型制造功率器件的多反应腔系统和现有技术相比，其优点在于，本实用新型设置多个反应腔来生产功率器件，第一反应腔用于在衬底基板上外延出缓冲层，第二反应腔用于外延出完整的氮化镓功率器件，第一反应腔和第二反应腔分步进行不同的工艺，和将现有技术中单个MOCVD反应腔以单反应腔系统完成全部工艺相比，有效节省了不同工艺之间切换的时间，并减少了前一工艺对后续工艺的影响，且不同反应腔可以长时间保持真空环境，提高了生产效率和功率器件的质量。
附图说明
图1为本实用新型制造功率器件的多反应腔系统实施例一的结构示意图；
图2为本实用新型制造功率器件的多反应腔系统实施例二的结构示意图；
图3为本实用新型制造功率器件的多反应腔系统实施例三的结构示意图；
图4为本实用新型制造功率器件的多反应腔系统实施例四的结构示意图；
图5为本实用新型制造功率器件的多反应腔系统实施例五的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，进一步说明本实用新型的具体实施例。
本实用新型公开一种用于制造功率器件的多反应腔系统。
如图1所示，公开了本实用新型制造功率器件的多反应腔系统的实施例一，该多反应腔系统用于制造氮化镓（GaN）功率器件，包括：一个第一反应腔104、一个第二反应腔106、一个装卸腔108和一个传输腔102。
第一反应腔104用于通过外延反应在衬底基板31上形成缓冲层。
第二反应腔106用于通过外延反应在第一反应腔输出的已形成有缓冲层的衬底基板31上形成完整的氮化镓（GaN）功率器件结构。
装卸腔108用于放置第二反应腔106输出的已形成完整的氮化镓功率器件结构的衬底基板31，或用于放置等待送入第一反应腔104的待进行外延反应的衬底基板31。也就是说作为衬底基板31的输入输出接口，装卸腔108中放置已经形成完整GaN功率器件结构的衬底基板31，或者放置等待进行外延反应的衬底基板31；通常在进行功率器件制备的过程中衬底基板31会放置在托盘30上。
传输腔102分别连接第一反应腔104、第二反应腔106与装卸腔108。该传输腔102中设有机械手2，该机械手2用于实现衬底基板31在第一反应腔104、第二反应腔106与装卸腔108之间转移，实现将衬底基板31从一个腔体转移到另一个腔体。在进行外延反应时，为一次实现多个衬底基板31的转移，在一种可选的方案中，机械手2可以将衬底基板31所在托盘30从一个腔体转移到另一个腔体，从而实现衬底基板31在不同腔体之间的转移。例如机械手从第二反应腔106中取出已形成完整的氮化镓功率器件结构的衬底基板，并放入装卸腔108中。
为表达方便，下面以托盘30（衬底基板31置于该托盘30上）为例进行说明，托盘30放入装卸腔108后，机械手2将托盘30从装卸腔108中取出，送入第一反应腔104；在第一反应腔104完成外延反应在衬底基板31上形成缓冲层后，机械手2将托盘30从第一反应腔104中取出，送入第二反应腔106；在第二反应腔106完成外延反应得到完整GaN功率器件结构后，机械手2将托盘30从第二反应腔106中取出，放入装卸腔108后以便取出。
不难明白，具体实现时，第一反应腔104、第二反应腔106和装卸腔108与传输腔102之间分别设有可打开的密封隔离装置126，例如真空隔离阀。装卸腔108与外界之间设有类似的可打开的密封隔离装置126，该可打开的密封隔离装置用于装卸腔108隔离或连通大气，该可打开的密封隔离装置126可以采用真空隔离阀。真空隔离阀在满足一定条件例如在真空环境下打开后，机械手2实现托盘30在不同腔体之间的转移，一般而言机械手2具有转动、径向平移、上下移动3个运动功能。
进一步地，本实施例中，第一反应腔可以是PVD（物理气相沉积）反应腔，PLD（激光脉冲沉积）或者是MOCVD反应腔。第二反应腔为金属有机化学气相沉积（MOCVD）反应腔。
本实施例中衬底基板31可以是碳化硅（SiC）基板、蓝宝石基板或者硅基板。以在硅基板上生长氮化镓（GaN）功率器件为例，完整氮化镓（GaN） 功率器件结构包括：缓冲层、第一氮化铝镓（AlGaN）层、第二氮化铝镓（AlGaN）层、氮化镓（GaN）层、氮化铝（AlN）层以及第三氮化铝镓（AlGaN）层。其中第一AlGaN层、第二AlGaN层和第三AlGaN层中铝（Al）含量不同，缓冲层可以为AlN层或AlGaN层或含铁（Fe）的GaN层。由于衬底基板31上完整GaN 功率器件结构已被现有技术所揭示，此处不再详细叙述。此外本发明实施例对衬底基板31的尺寸大小也不做限制，以硅基板为例，其大小可以是2英寸、4英寸、6英寸或8英寸等。
如图2所示，为本实用新型制造功率器件的多反应腔系统的实施例二，该多反应腔系统包含传输腔102，以及和传输腔102分别相连接的第一反应腔104、第二反应腔106和装卸腔108。传输腔102和第一反应腔104之间设有真空隔离阀126，传输腔102和第二反应腔106之间设有真空隔离阀126，传输腔102和装卸腔108之间设有真空隔离阀126。传输腔102中设有机械手2。
本实施例中，多反应腔系统还包含有装卸台110，该装卸台110和装卸腔108相连接。装卸台110和传输腔108之间设有可打开的密封隔离装置126，以实现和大气的隔离或连通，例如该密封隔离装置可以是真空隔离阀。操作人员可以在装卸台110进行换托盘30或者换托盘30上衬底基板31的操作，该装卸台110可以放在一个充满氮气的手套箱里面，保持干净的作业环境。或者装卸台110也可以放在一个装有高效空气过滤器的无尘层流罩内，以使作业环境满足粉尘控制的要求。
如图3所示，多反应腔系统中包含有传输腔102，以及连接该传输腔102的第一反应腔104、第二反应腔106和装卸腔108，以及连接装卸腔108的装卸台110。装卸台110和传输腔108之间设有可打开的密封隔离装置126；第一反应腔104、第二反应腔106和装卸腔108分别与传输腔102之间设有可打开的密封隔离装置126。
多反应腔系统可以包含有多个第二反应腔106。第二反应腔106可以都采用MOCVD反应腔。
由于第一反应腔104和第二反应腔106均和传输腔102相连接，因此第二反应腔106的个数取决于传输腔102的设计，传输腔102可设置多个用于与第二反应腔连接的端口，根据具体需要设置传输腔102上端口的数量，传输腔102即可连接相应数量的第二反应腔106。如图3所示，本实施例中，多反应腔系统包含两个与传输腔102连通的第二反应腔106。
在一个可选方案中，两个第二反应腔106中的每一个都可在已形成有缓冲层的衬底基板31上独立形成完整的GaN 功率器件结构。
在另一个可选方案中，两个第二反应腔106可以组合完成GaN功率器件结构的生长，其中每个反应腔只生长GaN功率器件的部分结构，例如前一个第二反应腔106在第一反应腔104输出的衬底基板31上形成部分GaN 功率器件结构，后一个第二反应腔106在前一个第二反应腔106输出的形成有部分GaN 功率器件结构的衬底基板31上进行后续外延，得到完整的GaN 功率器件结构。因而在该实施例中，可能会出现如下情形；机械手2从第一反应腔104中取出托盘30后，送入一个第二反应腔106，在该第二反应腔106中完成外延反应后，机械手2将托盘30送入另一个第二反应腔106接着进行外延反应以获得完整的GaN 功率器件结构。
如图4所示，多反应腔系统中包含有传输腔102，以及连接该传输腔102的第一反应腔104、第二反应腔106和装卸腔108，以及连接装卸腔108的装卸台110。装卸台110和装卸腔108之间设有可打开的密封隔离装置126；第一反应腔104、第二反应腔106和装卸腔108分别与传输腔102之间设有可打开的密封隔离装置126。
多反应腔系统可以包含有多个第二反应腔106。第二反应腔106可以都采用MOCVD反应腔。
由于第一反应腔104和第二反应腔106均和传输腔102相连接，因此第二反应腔106的个数取决于传输腔102的设计，传输腔102可设置多个用于与第二反应腔连接的端口，根据具体需要设置传输腔102上端口的数量，传输腔102即可连接相应数量的第二反应腔106。如图4所示，本实施例中，多反应腔系统包含三个与传输腔102连通的第二反应腔106。
在一个可选方案中，三个第二反应腔106中的每一个都可在已形成有缓冲层的衬底基板31上独立形成完整的GaN 功率器件结构。
在另一个可选方案中，三个第二反应腔106可以组合完成GaN功率器件结构的生长，其中每个反应腔只生长GaN功率器件的部分结构，例如前一个第二反应腔106在第一反应腔104输出的衬底基板31上形成部分GaN 功率器件结构，后一个第二反应腔106在前一个第二反应腔106输出的形成有部分GaN 功率器件结构的衬底基板31上进行后续外延，以此类推，直至得到完整的GaN 功率器件结构。因而在该实施例中，可能会出现如下情形；机械手2从第一反应腔104中取出托盘30后，送入一个第二反应腔106，在该第二反应腔106中完成外延反应后，机械手2将托盘30送入另一个第二反应腔106接着进行外延反应，之后再送入又一个第二反应腔106以获得完整的GaN 功率器件结构。
如图3并结合图4所示，可以根据需要调整连接传输腔102的第二反应腔106数量，传输腔102的形状结构也可以做相应改变。
如图5所示，在另一个实施例中，多反应腔系统包含有传输腔102，连接该传输腔102的第一反应腔104、三个第二反应腔106和装卸腔108，以及连接装卸腔108的装卸台110。装卸台110和装卸腔108之间设有可打开的密封隔离装置126；第一反应腔104、三个第二反应腔106和装卸腔108分别与传输腔102之间设有可打开的密封隔离装置126。
多反应腔系统还包含有缓冲腔112，该缓冲腔112和传输腔102相连，用于存放机械手2从第一反应腔104取出的已形成缓冲层的衬底基板31或该衬底基板31所在托盘30。进一步地，缓冲腔112和传输腔102之间设有真空隔离阀126。以下仍以托盘30为例进行说明，相应地，机械手2可以从缓冲腔112中取出托盘30后送入第二反应腔106。或者缓冲腔112用于存放从机械手2从第二反应腔106中取出的衬底基板31或衬底基板31所在托盘30.这里可能存在两种情况，第一种情况，外延反应已经全部完成，得到了完整的GaN 功率器件结构；第二种情况，外延反应仅完成部分，GaN 功率器件结构没有全部长好；仍以托盘30为例进行说明，相应地，机械手2从缓冲腔112中取出托盘30后送入装卸腔108，或者机械手2从缓冲腔112中取出托盘30后送入进行下一步外延反应的第二反应腔106。
由此可见，本实施方案中，机械手可以实现托盘（或衬底基板）在第一反应腔104、第二反应腔106、装卸腔108和缓冲腔112之间转移。
需要指出的是，正常生产过程中对装卸腔108来说，无论是从某个第二反应腔106接收托盘30，还是从缓冲腔112接收托盘30，优选地，该托盘30中的衬底基板31上已具有完整的GaN 功率器件结构。
进一步地，缓冲腔112中设有包含多层搁板的支架，其中搁板用于放置衬底基板31或衬底基板31所在托盘30。
缓冲腔112中放置的衬底基板31可以是具有完整GaN 功率器件结构或部分GaN功率器件结构的衬底基板31。
本实用新型采用多个反应腔来生产功率器件，第一反应腔用于在衬底基板31上外延出缓冲层，第二反应腔用于接着外延出完整的GaN功率器件，第一反应腔和第二反应腔分步进行不同的工艺，和现有技术中单个MOCVD反应腔完成全部工艺相比，有效节省了不同工艺之间切换的时间，并减少了前一工艺对后续工艺的影响，提高了生产效率和功率器件的质量。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (12)
1.一种制造功率器件的多反应腔系统，用于制造氮化镓功率器件，其特征在于，该多反应腔系统包含：
第一反应腔（104），其用于通过外延反应在衬底基板上形成缓冲层，所述衬底基板放置于托盘上；
第二反应腔（106），其用于通过外延反应在已形成有缓冲层的衬底基板上形成完整的氮化镓功率器件结构；
装卸腔（108），其用于放置已形成完整的氮化镓功率器件结构的衬底基板，或用于放置待进行外延反应的衬底基板；
传输腔（102），其分别连接所述的第一反应腔（104）、第二反应腔（106）与装卸腔（108），该传输腔（102）中设有机械手，该机械手用于实现衬底基板或衬底基板所在托盘在所述第一反应腔（104）、第二反应腔（106）与装卸腔（108）之间转移。
2.如权利要求1所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述的第一反应腔（104）为物理气相沉积反应腔、激光脉冲沉积反应腔或金属有机化学气相沉积反应腔。
3.如权利要求1或2所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述的第二反应腔（106）为金属有机化学气相沉积反应腔。
4.如权利要求3所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述多反应腔系统包含多个第二反应腔（106）；多个所述第二反应腔（106）组合完成完整的氮化镓功率器件结构的生长，其中每个第二反应腔（106）完成一部分氮化镓功率器件结构的生长。
5.如权利要求3所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述多反应腔系统包含一个或多个第二反应腔（106）；每个第二反应腔（106）独立完成完整的氮化镓功率器件结构的生长。
6.如权利要求1所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述多反应腔系统还包含连接所述传输腔（102）的缓冲腔（112），该缓冲腔（112）用于存放从第一反应腔（104）中取出的已形成缓冲层的衬底基板；或者缓冲腔（112）用于存放从第二反应腔（106）中取出的形成完整或部分氮化镓功率器件结构的衬底基板。
7.如权利要求6所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述缓冲腔（112）中设有包含多层搁板的支架，所述搁板用于放置衬底基板或衬底基板所在托盘。
8.如权利要求6或7所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述第一反应腔（104）、第二反应腔（106）和装卸腔（108）分别与传输腔（102）之间设有真空隔离阀，所述传输腔（102）和缓冲腔（112）之间设有真空隔离阀，所述装卸腔（108）与外界设有真空隔离阀。
9.如权利要求1所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述第一反应腔（104）、第二反应腔（106）和装卸腔（108）分别与传输腔（102）之间设有真空隔离阀；所述装卸腔（108）与外界设有真空隔离阀。
10.如权利要求1所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述多反应腔系统还包含连接所述装卸腔（108）的装卸台（110）；所述装卸腔（108）与装卸台（110）之间设有真空隔离阀；所述第一反应腔（104）、第二反应腔（106）和装卸腔（108）分别与传输腔（102）之间设有真空隔离阀。
11.如权利要求1所述的制造功率器件的多反应腔系统，其特征在于，所述衬底基板为硅基板，所述缓冲层为氮化铝层或氮化铝镓层或含铁的氮化镓层。
12.如权利要求11所述的多反应腔系统，其特征在于，所述完整的氮化镓功率器件结构由衬底基板起依次包含：缓冲层、第一氮化铝镓层、第二氮化铝镓层、氮化镓层、氮化铝层以及第三氮化铝镓层；所述第一氮化铝镓层、第二氮化铝镓层和第三氮化铝镓层中铝含量不同。
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- 2013-11-04 CN CN201320688090.9U patent/CN203607375U/zh not_active Expired - Lifetime
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