[发明专利]具有多个外延反应腔的联合生长系统、操作方法、装备、制得的芯片及其应用

说明书

本发明属半导体材料的生产制备技术领域，公开了具有多个外延反应腔的联合生长系统、操作方法、装备、制得的芯片及其应用。采用专用的MOCVD机，在衬底上依次进行III‑V族化合物外延片和II‑VI族化合物外延片的生长，且设定若干个III‑V族化合物反应腔依次启动间隔时长a与II‑VI族化合物外延片的生长时长y相等，采用多腔式分步骤，既使得III‑V族化合物和II‑VI族化合物分别在反应腔体内得到了更为有效的沉积，也实现了分时复用、分段工艺的有效集成和产能匹配。同时还提供了一种具有多反应腔的外延联合生长装备，包括第一生长装置、推送装置和第二生长装置，所述推送装置内设有传动臂。本发明在保证生产持续的条件下达到了MOCVD机和各反应腔的利用最大化，应用前景广泛。

技术领域

本发明属于半导体材料的生产制备技术领域，具体涉及具有多个外延反应腔的联合生长系统、操作方法、装备、制得的芯片及其应用。

背景技术

II-VI族化合物外延片（如ZnO透明电极薄膜等）在400nm~2μm波长范围内都是透明的，因此可用来制作透明电极。将II-VI族化合物掺杂微量Al和Ga等，可以获得低电阻、高透过率且高质量的II-VI族化合物薄膜，并可用于作电流扩展层。此外，II-VI族化合物透明电极薄膜还具有无毒、成本低、对环境友好、高温下相对稳定的优点，被誉为替代ITO材料的首选透明电极材料。

金属有机化合物化学气相沉积，即MOCVD(Metal-organic Chemical VaporDeposition)，是制备化合物半导体薄膜的一项关键技术。它利用较易挥发的有机物如(C₂H₅)₂Zn等作为较难挥发的金属原子的源反应物，通过载气携带到反应器内，与O₂、H₂O气体发生反应，在加热的基片（衬底）上生成II-VI族化合物外延片（如ZnO透明电极薄膜等），用于微电子或光电器件。而根据机械装置的具体用途，可将目前的MOCVD机械装置分为专门加工GaN薄膜的MOCVD装置，专门加工ZnO薄膜的MOCVD装置等。

现有制备蓝光LED芯片的部分工艺顺序是：先在衬底上制备III-V族化合物外延片，然后在该外延片上进行II-VI族化合物外延片的生长。但现有的制备工艺属于分段工艺，目前市场上主流MOCVD机的设计以及制造，决定了设备使用者每完整的生产一轮LED芯片就得手动重复2次以上外延片的进炉和出炉动作，如此以来，产品的生长效率严重受限，氮化物MOCVD（还原性气氛）和氧化物MOCVD（氧化性气氛）集成时生长气氛存在巨大差异，并存在产能匹配等问题，原因主要在于：III-V族化合物外延片的制备时长（一般为6~7H，具体据实际工艺而定），其与II-VI族化合物外延片的生长时长（一般为2H，具体据实际工艺而定）相差较大，这无疑增大了时间等各种成本，容易使生产效率受不利影响，同时也不符合现代自动化和绿色节能的理念。此外，因无法实现一机多种，目前仍需要采用分段工艺来，并采用对应不同功能的单体式MOCVD机来制备不同层的材料或薄膜。

而实际上，在加工不同功能材料或薄膜时采用的单体式MOCVD机在结构上较为类似，因此，如果要克服产能匹配等问题，可能需要多个用于制备III-V族化合物外延片的MOCVD机，与单个用于制备II-VI族化合物外延片的MOCVD机配套使用，并制备蓝光LED芯片，然而这样一来，需要投入使用多个MOCVD机，这无疑大大增加了设备的成本投入，也给生产带来了巨大的前期高额成本的投入和无形的压力，并且这也同样不符合现代自动化和绿色节能的理念。

因此，如何分段工艺进行有效集成，并有效做到产能匹配，是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明提出具有多个外延反应腔的联合生长系统、操作方法、装备、制得的芯片及其应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种具有多个外延反应腔的联合生长系统，包括