面向GaN器件的介质生长系统及其操作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般地涉及半导体制造，更具体地，涉及一种面向氮化镓(GaN)器件的介质生长系统及其操作方法。
【背景技术】
[0002]在第三代半导体氮化镓(GaN)器件制造领域，界面态问题是长期困扰业界的共性问题，是氮化镓电子器件研制迫切需要解决的难点和瓶颈。为了解决界面态这一 GaN难点问题，国内外研究者开展了多种方式的探索，主要集中在介质生长方式和介质前表面预处理等方面。但是由于诸多工艺分布在不同的单项系统中，由此存在工艺衔接或转移过程中的氧化等污染问题。另外，表面预处理的等离子体能量过大或者反应残留等问题恶化器件界面态，对器件性能和可靠性极为不利。
【发明内容】
[0003]本公开的目的至少部分地在于提供一种面向氮化镓(GaN)器件的介质生长系统及其操作方法
[0004]根据本公开的一个方面，提供了一种面向氮化镓(GaN)器件的介质生长系统，包括:远程等离子体修饰系统，用于对晶片上的GaN材料表面进行改性处理;低压化学气相淀积(LPCVD)系统和原子层淀积(ALD)系统中至少之一，用于在经改性处理的GaN材料表面上淀积一个或多个介质层；以及集簇式封闭传送系统，与远程等离子体修饰系统以及所述LPCVD系统和ALD系统中至少之一气密连通，用于将晶片从远程等离子体修饰系统传送至所述LPCVD系统和ALD系统中至少之一。
[0005]根据实施例，集簇式封闭传送系统可以包括:气密腔体;设于腔体内的可活动机械臂;设于可活动机械臂前端的片托，由可活动机械臂支撑;设于腔体内的装载台，配置为将晶片加载到片托上；以及与腔体连通的多个传送通道，分别与所述LPCVD系统和ALD系统中至少之一气密连通，其中，可活动机械臂被配置为能够活动从而伸入或退出各传送通道。
[0006]根据实施例，在传送通道与远程等离子体修饰系统、所述LPCVD系统和ALD系统中至少之一之间可以设有开闭可控的气密阀。
[0007]根据实施例，该系统还可以包括与腔体内部连通的真空栗或氮气源。
[0008]根据实施例，远程等离子体修饰系统的载片台可以具有温度最高达500°C的加热功能。
[0009]根据实施例，远程等离子体修饰系统可以采用霍尔型等离子体。
[0010]根据本公开的另一方面，提供了一种操作上述面向GaN器件的介质生长系统的方法，包括:将设有GaN材料的晶片放入集簇式封闭传送系统内；将集簇式封闭传送系统内抽成一定压力的真空环境，或者在抽成真空环境后充入一定压力的氮气;通过集簇式封闭传送系统，将晶片送入远程等离子体修饰系统，以对晶片上的GaN材料表面进行改性处理；以及通过集簇式封闭传送系统，将晶片从远程等离子体修饰系统取出，并依次送入所述LPCVD系统和ALD系统中至少之一内，以在经改性处理的GaN材料表面上淀积一个或多个介质层。[0011 ]根据实施例，在通过所述LPCVD系统淀积介质层时，淀积温度可以在600°C?850°C之间；在通过所述ALD系统淀积介质层时，淀积温度可以在90°C?500°C之间。
[0012]根据实施例，在进行表面改性处理时，可以将加载晶片的载片台加热至150°C?500°C ο
[0013]根据实施例，该方法还可以包括:在远程等离子体修饰系统、LPCVD系统和ALD系统独立工作时，使远程等尚子体修饰系统、LPCVD系统和ALD系统与集簇式封闭传送系统相隔离；以及在将晶片送入远程等离子体修饰系统、LPCVD系统或者ALD系统内或从中取出晶片时，使集簇式封闭传送系统与要送入或要取出晶片的远程等离子体修饰系统、LPCVD系统或者ALD系统对应连通。
[0014]根据实施例，该方法还可以包括:对该介质生长系统抽真空或向其中充入氮气，使得集簇式封闭传送系统、远程等离子体修饰系统以及所述LPCVD系统和ALD系统中至少之一达到相同腔压。
[0015]根据本公开的实施例，可以通过远程等离子体修饰系统实现GaN材料表面高均匀和低损伤的表面改性，可以通过LPCVD淀积系统实现例如钝化层介质的高温生长，可以通过ALD淀积系统实现例如栅介质层的高质量生长，可以在无氧传送环境中在各种工艺系统之间转移，有效避免材料表面的氧化、碳化、酸碱沾污等问题。这样，可以实现全封闭的多用途介质制备系统，用于实现面向GaN器件的低界面态介质生长，提升器件性能与可靠性。
【附图说明】
[0016]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0017]图1是示意性示出了根据本公开实施例的面向氮化镓(GaN)器件的介质生长系统的框图；
[0018]图2是示意性示出了根据本公开实施例的集簇式封闭传送系统的俯视图；
[0019]图3示意性示出了根据本公开实施例的面向GaN器件的介质生长系统的部分截面图；
[0020]图4(a)是示意性示出了根据本公开实施例的操作工艺集成平台的方法的流程图；以及
[0021]图4(b)更详细地示出了图4(a)中的操作405。
【具体实施方式】
[0022]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0023]在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。
[0024]图1是示意性示出了根据本公开实施例的面向氮化镓(GaN)器件的介质生长系统的框图。
[0025]如图1所示，该实施例的介质生长系统10可以包括面向GaN器件的工艺处理系统例如远程等离子体修饰系统11、低压化学气相淀积(LPCVD)系统13和原子层淀积(ALD)系统15以及用于在这些工艺处理系统之间传送晶片的集簇式(cluster)封闭传送系统100。在此，所谓“集簇式”，是指围绕中心传输腔体布局的多系统组合形式。
[0026]远程等离子体修饰系统11可以用于对GaN材料表面进行改性处理。在此，所谓“远程”是指等离子产生后经过空间输运到目标器件的反应面(即，GaN材料表面)。采用等离子体可以是霍尔型等离子体，即等离子体是经过霍尔磁场偏转后发射的等离子体，此类离子体具有能量高度均匀的特点。另外，采用的反应面(g卩，承载GaN材料的晶片所设于的载片台)可以具有高温加热功能，且温度最高可达500°C，例如加热至约150°C?500°C。于是，可以实现高均匀低损伤表面预处理。
[0027]LPCVD系统13和ALD系统15各自均可以在经改性处理的GaN材料表面上淀积一个或多个电介质层。例如，LPCVD系统13可以在GaN材料表面淀积低界面态钝化介质层，实现低界面态介质的淀积温度可以在600°C?850°C之间;ALD系统15可以在GaN材料表面淀积低界面态栅介质层，实现低界面态介质的淀积温度可以在90°C?500°C之间。。
[0028]集簇式封闭传送系统100与系统10中的各工艺处理系统(11、13、15)气密连通，从而可以在系统10内形成一个与外界气密隔离的密闭腔体环境(例如，无氧或者充有非反应性气体如氮气)。该集簇式封闭传送系统100包括传送装置(例如，下述机械臂)，从而晶片(例如，GaN材料是晶片上的材料层，或者晶片本身是GaN晶片)可以在该密闭腔体环境下，从一种工艺处理系统传送到另一工艺系统。以下，将对该集簇式封闭传送系统100进一步详细描述。
[0029]尽管在图1中示出了三种工艺处理系统(11、13、15)，但是本公开不限于此。例如，介质生长系统10还可以包括其他工艺处理系统例如刻蚀设备(如，感应耦合等离子体刻蚀设备)、其他淀积设备(如，等离子体增强原子力淀积设备)或退火炉(快速退火炉)等。此外，图1中示出的一个或多个工艺处理系统可以省略，例