[发明专利]优化配置的多腔室MOCVD反应系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，是指为了高效率、高稳定地生长复杂的半导体外延材料而设计制造的一种化学气相沉积装置，通过将复杂的结构分解生长，实现单项工艺的最大优化和高度重复，特别是适用于生长LED结构、LD结构、PD结构等包含n型层、有源层、p型层等可能互相影响的半导体复杂外延结构。

背景技术

半导体材料是生产半导体器件必需的材料，是半导体器件应用中的基础，它决定和支撑着整个半导体电子产品的水平和发展。目前半导体材料中最重要的一种就是半导体外延材料，它通常包括很多层有衬底材料、缓冲层(n型、p型或者本征半导体材料)、有源区、接触层(p型或者n型)，其应用范围包括微电子、光电子器件电路，如LED、LD、PD、IC等等。制备半导体外延材料的方法种类很多，其中MOCVD方法是目前产业界制备化合物外延材料尤其是光电子材料的主要手段。

MOCVD方法相对于其他方法如MBE、LPE、PLD等具有生长效率较高、控制精度更好、成本相对较低的优势，是当前产业上普遍采用的方法。但是当前MOCVD设备仍然存在一些的弱点，例如当前的MOCVD都是单室生长复杂结构，生长周期较长，不利于进一步提高生产效率；n、p同室生长，背景掺杂可能互相影响，不利于生产的稳定重复性。N型材料、多量子阱、p型材料生长所要求的条件及精度要求具有很大的差异，如果简单的把外延结构放在一个反应室中生长，在成本与性能直接会有很大的影响。N型材料可以快速生长，其对均匀性及温度的要求没有多量子阱的生长要求高。多量子阱的生长需要比较好的材料晶体质量及均匀性、一致性，需要慢速生长，需要的时间比较长。P型材料的要求介于上述的n型材料和多量子阱之间。这些弱点的存在使得MOCVD技术难度较大，工艺可重复性差，生产效率难以进一步提高。

虽然现在已经有每炉一次生长数十片到近百片的外延片，实际的生产能力依然受到很大限制，单炉生长的时间使得实际生产效率不高，例如氮化物LED外延生长一般在6小时以上，每天生产的量不可能很多；同时单纯扩大每炉生长片数使得设备制造、使用和维护变得越来越困难。例如曾经报道的95片2”的GaAs MOCVD外延炉使用量并不高，而当前广泛被业界认可的氮化物MOCVD外延炉最大的也就Veeco的54片2英寸机和Aixtron的56片2英寸机。

随着对半导体外延材料需求的增加，尤其是对于量大面广的LD、LED等光电子外延材料的需求增加，采用新的设备设计以进一步增加产能、降低成本显得非常重要，本发明正式针对此提出一种新型的化学气相沉积装置设计方案，尤其适用于MOCVD扩大产能和增强工艺的重复稳定性，降低工艺门槛。

本发明以前的化学气相沉积装置尤其是MOCVD装置存在：都是使用单室生长复杂结构，包括缓冲层、n型接触层、有源层、p型接触层等，生长周期较长，往往需要数小时以上生长1炉，而各个厂家也主要是通过多片系统的逐步扩大来实现产能提高和成本降低，该方向已经遇到明显的瓶颈，进一步扩大产能难度逐渐增大，难于进一步提高生产效率和降低生长成本；n型材料和p型材料同室生长，由于半导体材料对于掺杂的敏感性，在生长完某种类型的材料后背景浓度的变化将直接影响下一种类型材料的生长，而且此过程与特定

的生长历史相关，可控性将很差，严重影响设备的重复可靠性，使得人为因素在材料生长中的作用凸显，导致材料生长的因人而异、因时而异，不利于工艺的推广因而不利于生产的稳定重复实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种化学气相沉积装置，通过在一种装置内搭建多个反应室，不同反应室生长不同的材料结构，以实现越来越复杂的半导体外延材料的高可靠性、低成本、高效率生长。

本发明提供一种化学气相沉积装置，包括：

一独立与外界通过手套箱等隔离的箱体；

多个独立的生长室，该多个独立的生长室位于该箱体之内，分别用于n型层外延材料、多量子阱有源层、和p型层外延材料的不同生长工艺的材料生长，该多个独立的生长室中的每个生长室都设有独立的加热源、独立的气体原材料管路、独立的监控系统；该多个独立的生长室分别采用独特的反应室设计，使之适用于n型层外延材料、多量子阱有源层、和p型层外延材料的不同生长工艺的材料生长；并且用于n型层外延材料、多量子阱有源层、和p型层外延材料的反应室的装机容量和数量是不同的；

一机械臂，该机械臂位于该箱体底面的中部，该多个独立的生长室环绕于该机械臂的周围，使用该机械臂进行样品的传递。