CVD处理系统的制作方法

cvd处理系统
技术领域
1.本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种cvd处理系统。


背景技术：

2.cvd(化学气相沉积)是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术，随着半导体和集成电路技术发展和生产的需要，cvd技术得到了更迅速和广泛的发展。cvd技术不仅成为半导体级超纯硅原料
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超纯多晶硅生产的唯一方法，而且也是硅单晶外延、砷化镓等 iii
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v族半导体和ii
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vi族半导体单金外延的基本生产方法。
3.对于射频、电力电子及发光二极管领域，在蓝宝石、碳化硅、硅衬底上沉积gan薄膜，或在碳化硅衬底上沉积碳化硅薄膜等，均对晶圆表面的外延材料的微颗粒物有明确要求；一般为了提高良品率，期望表面的微颗粒物越少越好，最好是零。例如，根据iso 9241 标准，显示材料中的像素坏点率要低于2ppm，相应的cvd外延晶圆表面10x10mm范围内的表面缺陷(直径大于1微米的颗粒)要小于0.01/cm2。而目前最先进的有机物化学气相沉积(mocvd)设备其制备材料表面缺陷的密度也仅为0.1/cm2，比行业标准大10倍，不能满足大规模生产要求。
4.根据研究发现，化学气相沉积设备中的微粒污染主要来源为：化学反应生成的微粒、腔体内部微粒物沉积层、托盘表面的涂层以及传输组件表面的微粒。其中，对于化学反应生成的微粒以及腔体内部微粒物沉积层对衬底造成的微粒污染虽然可通过一些常用方法有效避免；而当使用后的托盘从反应腔通过机械手传送回取片腔时，其表面的松散的涂层以及机械手表面的微粒也会对腔室产生微粒污染，从而会导致后续衬底在接触或者进入这些腔室后，衬底表面会被动沉积一些微粒，从而影响后续材料的生长，降低产品的良品率。因此，如何防止托盘表面松散的涂层以及机械手表面的微粒对衬底造成微粒污染是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种cvd处理系统，以解决现有技术中存在的一个或多个问题。
6.根据本实用新型的一个方面，本实用新型公开了一种cvd处理系统，所述系统包括传送腔、放片腔、取片腔以及多个反应腔，所述放片腔、取片腔以及多个反应腔周向布置在所述传送腔的外侧，
7.所述传送腔内具有托盘传输组件，所述托盘传输组件用于将所述放片腔内的托盘及衬底输送至反应腔，及用于将所述反应腔内的衬底及外延片输送至取片腔；
8.所述放片腔与所述传送腔之间具有第一闸板阀，所述放片腔的位于所述第一闸板阀顶部的腔壁上具有用于清理所述托盘传输组件表面微粒的吹扫进气口；
9.各所述反应腔与所述传送腔之间均具有第二闸板阀，各所述反应腔内具有托盘支撑组件，所述托盘支撑组件包括支撑轴及旋转驱动部件，所述旋转驱动部件用于驱动所述
支撑轴做旋转运动；
10.所述取片腔与所述传送腔之间具有第三闸板阀，所述取片腔的位于所述第三闸板阀顶部的腔壁上具有用于清理所述托盘传输组件表面微粒的吹扫进气口。
11.在本实用新型一些实施例中，所述放片腔的远离所述第一闸板阀的一侧具有第四闸板阀，所述取片腔的远离所述第三闸板阀的一侧具有第五闸板阀。
12.在本实用新型一些实施例中，所述反应腔内还具有加热组件，所述加热组件用于对所述托盘加热。
13.在本实用新型一些实施例中，所述托盘传输组件包括用于抓取所述托盘的机械手以及用于驱动所述机械手的机械臂。
14.在本实用新型一些实施例中，所述放片腔的腔壁上具有真空抽口。
15.在本实用新型一些实施例中，所述反应腔的腔壁上具有反应气体输入口。
16.在本实用新型一些实施例中，所述放片腔以及取片腔的吹扫进气口的数量均为多个，多个所述吹扫进气口在所述放片腔或取片腔的宽度方向均匀排布。
17.在本实用新型一些实施例中，所述cvd系统还包括吹扫气体发生装置，所述吹扫气体发生装置的气体输出口与所述吹扫进气口连通。
18.在本实用新型一些实施例中，所述反应腔的数量为两个，所述传送腔为方形腔体，所述传送腔的四个侧壁分别作为所述放片腔、取片腔以及两个反应腔的侧壁。
19.在本实用新型一些实施例中，所述反应腔的数量为四个，所述传送腔为正六边形腔体，所述传送腔的六个侧壁分别作为所述放片腔、取片腔以及四个反应腔的侧壁。
20.通过利用本公开内容的cvd处理系统，可以获得的有益效果至少在与：
21.该cvd处理系统的放片腔以及取片腔的位于闸板阀顶部的腔壁上均设有吹扫进气口，因而当放片腔或取片腔的闸板阀打开后，进一步的可通过气体对托盘传输组件的表面进行吹扫，从而减少了托盘传输组件表面的微粒数量；另，该cvd处理系统所处理的衬底在外延生长前后分别位于不同的腔体内；通过上述结构设置避免了托盘表面松散的涂层以及托盘传输组件表面的微粒对衬底造成微粒污染的情况的发生，从而提高了产品的良品率。除此之外，cvd处理系统可根据需求设有多个反应腔，可提高cvd处理效率，降低了外延成本。
22.本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
23.本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，
即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
25.图1为本实用新型第一实施例的cvd处理系统的结构示意图。
26.图2为本实用新型第二实施例的cvd处理系统的结构示意图。
27.图3为本实用新型第三实施例的cvd处理系统的结构示意图。
28.图4为本实用新型一实施例的放片腔的结构示意图。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
30.在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
31.应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
32.在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的方位名词是相对于附图所示的位置方向；如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。直接连接为两个零部件之间不借助中间部件进行连接，间接连接为两个零部件之间借助其他零部件进行连接。
33.在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。
34.图1为本实用新型第一实施例的cvd处理系统的结构示意图，如图1所示，该cvd 处理系统包括传送腔102、放片腔101、取片腔104以及多个反应腔103，其中，放片腔 101、取片腔104以及多个反应腔103周向布置在传送腔102的外侧。该传送腔102具体的可呈多边形结构，而反应腔103的具体数量可为两个，放片腔101以及取片腔104的数量均为一个，此时两个反应腔103以及一个放片腔101和一个取片腔104均位于多边形传送腔102的外侧。
35.传送腔102内具有托盘传输组件，托盘传输组件用于将放片腔101内的托盘302及衬底303输送至反应腔103，及用于将反应腔103内的衬底303及外延片输送至取片腔104。其中，传送腔102与放片腔101、取片腔104、反应腔103均通过闸板阀连接，具体的，传送腔102与放片腔101之间具有第一闸板阀202，传送腔102与取片腔104之间具有第三闸板阀204，传送腔102与反应腔103之间具有第二闸板阀203。当托盘传输组件进行放片操作时，先将放片腔101的第一闸板阀202打开，托盘传输组件将位于放片腔101 内的托盘302以及衬底303输送至传送腔102，进而关闭第一闸板阀202，并打开反应腔 103的第二闸板阀203，托盘传输组件进一步的将托盘302及衬底303输送至反应腔103；类似的，当托盘传输组件进行取片操作时，先将反应腔103的第二闸板阀203打开，托盘传输组件将位于反应腔103内的托盘302以及外延片输送至传送腔102，进而关闭第二闸板阀203，并打开放片腔101的第三闸板阀204，托盘传输组件则进一步的将反应腔103 内的托盘302及外延片输送至取片腔104。
36.放片腔101的位于所述第一闸板阀202顶部的腔壁上具有用于清理所述托盘传输组件表面微粒的吹扫进气口；取片腔104的位于所述第三闸板阀204顶部的腔壁上具有用于
清理所述托盘传输组件表面微粒的吹扫进气口。在取片或放片过程中，当放片腔101的第一闸板阀202或取片腔104的第三闸板阀204被打开后，外部洁净气体被进一步的通过吹扫进气口输送至托盘传输组件，从而对托盘传输组件的表面进行吹扫。示例性的，流入吹扫进气口所输送的气体可为氮气。
37.进一步的，各反应腔103内具有托盘支撑组件，托盘支撑组件包括支撑轴及旋转驱动部件，旋转驱动部件用于驱动所述支撑轴做旋转运动。其中，当托盘302及衬底303被输送至反应腔103之后，托盘302进一步的被放置在托盘支撑组件的顶部，在外延生长过程中，位于托盘支撑组件顶部的托盘302及衬底303在旋转驱动部件的驱动下与支撑轴同步旋转。示例性的，旋转驱动部件可为电机，而支撑轴进一步的与电机的输出轴固定连接，从而使支撑轴与电机的输出轴同步旋转。
38.进一步的，放片腔101的远离第一闸板阀202的一侧具有第四闸板阀201，取片腔104 的远离所述第三闸板阀204的一侧具有第五闸板阀205。从图1中可以看出，放片腔101 位于传送腔102的右侧，第一闸板阀202位于放片腔101以及传送腔102之间的腔壁上，而第四闸板阀201则位于放片腔101的右侧腔壁上；取片腔104位于传送腔102的左侧，第三闸板阀位于取片腔104与传送腔102之间的腔壁上，而第五闸板阀205位于取片腔 104的左侧腔壁上。当托盘传输组件将位于放片腔101内的托盘302及衬底303输送至反应腔103之前，可预先打开第四闸板阀201，将位于放片腔101外部的托盘302及衬底303 放入放片腔101；类似的，当托盘传输组件将位于反应腔103内的托盘302及外延片输送至取片腔104之后，可进一步的打开第五闸板阀205，进而将位于取片腔104内的托盘302 及外延片从取片腔104取出。应当理解的是，该实施例列举的将第四闸板阀201设置在放片腔101的远离第一闸板阀202的一侧以及将第五闸板阀205设置在取片腔104的远离所述第三闸板阀204的一侧，仅是一种优选示例，如在图1中，当放片腔101以及取片腔 104的前侧(在附图中指下侧)具有足够空间的情况下，也可将第四闸板阀201设置在放片腔101前侧的腔壁上，而第五闸板阀205设置在取片腔104前侧的腔壁上。
39.另外，对于上述的第一闸板阀202、第二闸板阀203、第三闸板阀204、第四闸板阀 201以及第五闸板阀205具体的均可为真空闸板阀；可选的，也可为其中的部分闸板阀为真空闸板阀。并且在该实施例中，放片腔101和取片腔104分别位于传送腔102的相对侧，而反应腔103位于放片腔101和取片腔104之间且相邻，需要注意的是，在实际应用中，上述四个腔也可以有其他的排列方式，但在各闸板阀关闭的情况下，应保证各个腔室的密闭性。
40.进一步的，反应腔103内还具有加热组件，加热组件用于对托盘302加热。该加热组件具体的可为仅对托盘302及衬底303进行加热的局部加热装置，其具体的可位于托盘 302下方，并可选用环形加热丝或加热片等；该局部加热装置产生的热量进一步的传导至位于其上方的托盘302上，并保证托盘302上的各个点位置处的温度保持一致。应当理解的是，对托盘302及衬底303进行加热有助于薄膜淀积速率的增快，从而使薄膜表面悬挂键得到补偿，导致缺陷态密度下降；因而除了采用上述方式对托盘302及衬底303进行加热之外，还可以对反应腔103整体进行加热，此时腔内的温度均匀，当腔内的温度加热至薄膜生长所适宜的温度，即满足了薄膜淀积速率的需求。其中，加热组件的加热方式具体的可采用电阻加热、感应加热或红外辐射加热等。另外，在该实施例中，托盘302可为带有sic涂层的石墨托盘302、带碳化钽涂层的石墨托盘302或碳化硅托盘302等，优选的采用带有sic涂层的石墨
托盘302。衬底303的材料可为碳化硅(sic)、硅(si)、蓝宝石(sapphire)、氮化镓(gan)、氮化铝(aln)、氧化镓(ga2o3)等，优选的选用碳化硅衬底303。
41.在本实用新型的另一实施例中，托盘传输组件包括用于抓取所述托盘302的机械手以及用于驱动机械手的机械臂301；机械手具体的位于机械臂301的末端。托盘传输组件在未工作状态下，机械臂301以及机械手均位于传送腔102内，而当第一闸板阀202开启后，机械臂301则驱动机械手抓取位于放片腔101内的托盘302及衬底303，当机械手抓取了托盘302之后，机械臂301进一步的带动抓取有托盘302的机械手回缩至传送腔102，而当第一闸板阀202关闭，且第二闸板阀203打开之后，机械臂301驱动机械手伸入至反应腔103，并当托盘302处于托盘支撑组件的正上方后，机械手松开托盘302即将托盘302 放置到相应位置，进一步的机械臂301带动机械手从反应腔103回缩至传送腔102。由上述内容可知，机械臂301与机械手相配合使用是为了实现托盘302及衬底303在放片腔 101、取片腔104及反应腔103之间的传输，因而托盘传输组件还可为其他类型的输送部件，只要能保证将托盘302及衬底303从初始位置传送至目标位置即可
42.进一步的，为了便于对放片腔101抽真空，放片腔101的腔壁上还设有真空抽口。真空抽口具体的可位于放片腔101的顶壁上，也可位于放片腔101的侧壁上。在具体使用时，位于放片腔101的腔壁上的真空抽口可与位于放片腔101外部的抽真空装置连通，从而基于抽真空装置对放片腔101内抽真空。对放片腔101内抽真空的作用是为了保证待反应的材料处于真空状态下，减少腔内空气的存在，从而避免材料产生氧化反应；保持腔内压强的稳定性，以及获得质量较好的膜层。另外，将放片腔101的第一闸板阀202以及第四闸板阀201均设为真空闸板阀对腔内的真空保持也起到了一定的作用。
43.另外，在外延生长过程中，若反应腔103内的气压过低，可能会影响薄膜的淀积机理，造成材料的厚度、组分或者参杂不均匀，从而影响成品的良品率，而若反应腔103内的气压过高，反应物的聚合反应明显增强，容易形成微颗粒，给薄膜造成不利影响，并且对淀积速率也会有影响。因此，在工作过程中，还需要根据实际需求控制反应腔103内的气压，以使反应腔103内的气压处于理想状态。由此，可具体的在反应腔103的腔壁上设置气体输入口，该气体输入口具体的可位于反应腔103的顶壁或侧壁上。另外，为了向反应腔 103内输送反应气体，该系统还可具有反应气体发生装置，该反应气体发生装置可位于反应腔103的外部；当需要向反应腔103内输送反应气体时，该反应气体发生装置的出气口与位于反应腔103上的气体输入口连通。
44.在本实用新型一实施例中，放片腔101以及取片腔104的吹扫进气口的数量均为多个，多个吹扫进气口在放片腔101或取片腔104的宽度方向上均匀排布。位于放片腔101上的吹扫进气口具体的可位于第一闸板阀202的顶部位置，也即第一闸板阀202所在一侧的侧壁的上半部；此时，位于放片腔101侧壁上的吹扫进气口应倾斜朝下设置，以使经吹扫进气口输送的气体可有效的被输送至托盘传输组件的表面。另外，如图4所示，吹扫进气口 304具体的还可位于放片腔101的顶壁上，且具体的位于顶壁的靠近第一闸板阀202的一侧；此时吹扫进气口304竖直设置，以使经吹扫进气口304输送的气体被竖直输送至托盘传输组件的表面。其中，吹扫进气口的数量可根据托盘传输组件的尺寸进行设计，为了提高吹扫效率，也可将吹扫进气口设置为两排或更多排。
45.进一步的，该cvd系统还包括吹扫气体发生装置，所述吹扫气体发生装置的气体输
出口与所述吹扫进气口连通。其中，放片腔101以及取片腔104可共用一个吹扫气体发生装置，此时吹扫气体发生装置位于放片腔101以及取片腔104的外部，且吹扫气体发生装置的出气口不仅与位于取片腔104上的吹扫进气口连通，还与位于放片腔101上的吹扫进气口连通。示例性的，吹扫气体发生装置的出气口与放片腔101、取片腔104的吹扫进气口之间可通过三通阀进行连接。另外，吹扫气体的主要作用是为了清除托盘传输组件表面的微粒，因而其具体的可为氮气，并且在此时，吹扫气体发生装置为氮气发生装置。
46.图2为本实用新型第二实施例的cvd处理系统的结构示意图，如图2所示，该cvd 处理系统的传送腔102为方形腔体，且此时反应腔103的数量为两个，放片腔101与取片腔104的数量均为一个；取片腔104、放片腔101以及两个反应腔103分别位于方形传送腔102的四个侧壁的外侧，且传送腔102的四个侧壁分别作为所述放片腔101、取片腔104 以及两个反应腔103的侧壁，换句话说，也即传送腔102与放片腔101、取片腔104以及两个反应腔103分别共用其中一个侧壁。
47.图3为本实用新型第三实施例的cvd处理系统的结构示意图，如图3所示，该cvd 处理系统的传送腔102为正六边形腔体，且此时反应腔103的数量为四个，放片腔101 与取片腔104的数量均为一个；类似的，取片腔104、放片腔101以及四个反应腔103分别位于六边形传送腔102的六个侧壁的外侧，且传送腔102的六个侧壁分别作为所述放片腔101、取片腔104以及四个反应腔103的侧壁，换句换说，也即传送腔102与放片腔101、取片腔104以及四个反应腔103分别共用其中一个侧壁。不难理解，传送腔102的具体形状可根据反应腔103的具体数量进行设计，例如，当反应腔103的数量为六个时，此时传送腔102的具体形状可呈正八边形形状。
48.通过上述实施例可以发现，该cvd处理系统的托盘及衬底被传送至反应腔和从反应腔取出后，处于不同的腔室，从而防止放片/取片共用同一个腔室导致该腔被微粒污染；且通过气体对托盘传输组件的表面进行吹扫，还减少了托盘传输组件表面的微粒数量。因此，上述结构避免了托盘表面松散的涂层以及托盘传输组件表面的微粒对衬底造成微粒污染的情况的发生，并提高了产品的良品率。
49.本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
50.上述所列实施例，显示和描述了本实用新型的基本原理与主要特征，但本实用新型不受上述实施例的限制，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对本实用新型做出的修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。