SiC材料外延生长设备的制作方法

本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种sic材料外延生长设备。

背景技术：

sic材料具有众多优异的物理性质，如禁带宽度大(接近于si的3倍)、器件极限工作温度高(可以高达600℃)、临界击穿电场强度大(是si的10倍)、热导率高(超过si的3倍)，使得sic器件成为目前在电力电子领域发展最快的第三代半导体大功率半导体器件。

sic器件价格是硅器件的5～6倍，严重影响了sic器件的普及。sic器件价格居高的主要原因是sic衬底和外延的成本。但是随着sic衬底制备技术的提升，晶圆尺寸的扩大，以及越来越多的国内外厂商进入sic衬底生产领域，从而导致了sic衬底价格的下降，进而缓解了sic器件的普及问题。然而，影响sic器件价格的另一个主要因素即sic外延的成本一直未得到较理想的改善。目前普遍采用的sic材料外延生长设备除了具备反应腔之外，还需配备机械手、传送腔、取放片腔等；而为了满足产能需求，一般需要采用同种类型的多台设备进行加工；不仅占地面积大，还推高了运营成本，从而提高了sic衬底外延成本。因此，在保证满足sic外延各性能要求的前提下降低成本是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种sic材料外延生长设备，以解决现有技术中存在的一个或多个问题。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型公开了一种sic材料外延生长设备，所述设备包括：

至少两个反应腔，各所述反应腔用于进行sic材料的外延生长；

托盘装卸腔，用于放置托盘，所述托盘装卸腔内设有用于存放托盘的托盘支架；

晶圆装卸腔，所述晶圆装卸腔内设有用于存放未外延生长的sic衬底或外延生长之后的sic晶圆的框架盒；

传送腔，所述传送腔与各所述反应腔之间均具有第一隔离阀，所述传送腔与所述托盘装卸腔之间具有第一隔离阀，所述传送腔与所述晶圆装卸腔之间具有第一隔离阀，所述传送腔内设有传送组件，所述传送组件用于在所述托盘装卸腔与各所述反应腔之间传送托盘，所述传送组件还用于将未外延生长的sic衬底从所述晶圆装卸腔传送至所述反应腔，以及用于将外延生长之后的sic晶圆从所述反应腔传送至所述晶圆装卸腔。

在本实用新型的一些实施例中，所述托盘装卸腔、晶圆装卸腔以及各所述反应腔沿所述传送腔的外周布置。

在本实用新型的一些实施例中，所述反应腔的数量为偶数个，且偶数个所述反应腔对称的设置在所述托盘装卸腔或晶圆装卸腔的两侧。

在本实用新型的一些实施例中，所述反应腔的数量为两个或四个。

在本实用新型的一些实施例中，所述托盘装卸腔和晶圆装卸腔均具有真空抽口。

在本实用新型的一些实施例中，各所述反应腔均为化学气相沉积反应腔。

在本实用新型的一些实施例中，所述托盘装卸腔和晶圆装卸腔的与所述第一隔离阀相对的一侧均设有第二隔离阀。

在本实用新型的一些实施例中所述传送组件包括机械臂、第一机械手和第二机械手，所述第一机械手用于抓取所述托盘，所述第二机械手用于抓取所述未外延生长的sic衬底或外延生长之后的sic晶圆.

在本实用新型的一些实施例中，所述第一机械手和第二机械手通过同一个机械臂控制。

在本实用新型的一些实施例中，所述托盘支架具有多层搁板，所述机械臂可进行升降运动。

通过利用本公开内容的sic材料外延生长设备，可以获得的有益效果至少在与：

该sic材料外延生长设备具有至少两个反应腔，可实现多个sic材料的同时外延生长，相比于现有的sic材料外延生长设备，提高了sic材料的外延生长效率，从而提高了sic器件的生产加工效率，减小了设备占地面积，改善了sic外延成本过高的问题；并且托盘装卸腔、晶圆装卸腔和至少两个反应腔均沿传送腔外周布置，且至少两个反应腔共用托盘装卸腔、晶圆装卸腔和传送组件，因此也进一步的变相降低了sic外延的成本。

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及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

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

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，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：

图1为本实用新型一实施例的sic材料外延生长设备的结构示意图。

图2为本实用新型另一实施例的sic材料外延生长设备的结构示意图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

为了降低sic器件在sic外延时的成本，本实用新型提供了一种sic材料外延生长设备。该sic材料外延生长设备包括传送腔、托盘装卸腔、晶圆装卸腔和至少两个反应腔。本实用新型所公开的具有至少两个反应腔的sic材料外延生长设备相比于目前普遍采用的具有单个反应腔的sic材料外延生长设备提高了加工效率，降低了sic材料外延生长的成本。

图1为本实用新型一实施例的sic材料外延生长设备的结构示意图，如图1所示，该sic材料外延生长设备包括传送腔400和沿传送腔400的外周布置的托盘装卸腔100、晶圆装卸腔300和两个反应腔，传送腔400与托盘装卸腔100、晶圆装卸腔300和反应腔之间均具有第一隔离阀60。第一隔离阀60具体的可为真空闸板阀，用于保持各个腔室的气密性。托盘装卸腔100用于存放托盘50，其腔内设有用于存放托盘50的托盘支架；晶圆装卸腔300用于存放未外延生长的sic衬底40或经过外延生长之后的sic晶圆，其腔内设有用于存放未外延生长的sic衬底40或经过外延生长之后的sic晶圆的框架盒。sic衬底40的尺寸可为2英寸、4英寸、6英寸或8英寸，则用于存放sic衬底40的框架盒的尺寸也可根据sic衬底40的具体尺寸进行改变。

传送腔400内设有传送组件，该传送组件用于实现托盘50在托盘装卸腔100与反应腔之间的传送，及将未外延生长的sic衬底40从晶圆装卸腔300传送至反应腔，或将外延生长之后的sic晶圆从反应腔传送至晶圆装卸腔300。在sic器件的制造过程中，传送组件先将托盘装卸腔100内的托盘50输送至第一反应腔210和第二反应腔220，然后再将晶圆装卸腔300内的未外延生长的sic衬底40输送至第一反应腔210和第二反应腔220；待反应完毕后，传送组件将第一反应腔210和第二反应腔220内的外延生长之后的sic晶圆输送至晶圆装卸腔300，再将第一反应腔210和第二反应腔220内的托盘50输送至托盘装卸腔100，以此即完成了sic器件制造过程中的外延工艺。另外，托盘装卸腔100和晶圆装卸腔300均预留有真空抽口，以方便对托盘装卸腔100和晶圆装卸腔300抽真空。

优选的，反应腔的数量设为偶数个，且偶数个反应腔对称的设置在托盘装卸腔100或晶圆装卸腔300的两侧。图1中所示的sic材料外延生长设备具有两个反应腔(第一反应腔210和第二反应腔220)，第一反应腔210和第二反应腔220相对于托盘装卸腔100和晶圆装卸腔300呈左右对称设置，换句话说，也即第一反应腔210和第二反应腔220相对于传送腔400的中线呈左右对称；图2中所示的sic材料外延生长设备具有四个反应腔(第一反应腔210、第二反应腔220、第三反应腔230和第四反应腔240)，第一反应腔210、第三反应腔230和第二反应腔220、第四反应腔240相对于托盘装卸腔100和晶圆装卸腔300也呈左右对称设置。上述的反应腔的布局方式有效的缩短了托盘装卸腔100或晶圆装卸腔300与各个反应腔之间的距离，因此进一步的缩短了传输组件在传输过程中花费的时间，因而更进一步的提高了外延生长效率。但应当理解的是，图1和图2所示的反应腔的数量及结构布置仅是优选方式，反应腔的数量具体的也可以为奇数个，如三个或五个等；且奇数个反应腔也可以位于托盘装卸腔100或晶圆装卸腔300的同一侧。

在本实用新型一实施例中，反应腔具体的为化学气相沉积反应腔。除此之外，也可以为适用于其他外延方式的反应腔。并且对于该sic材料外延生长设备，其多个反应腔的结构可互不相同，且各个反应腔所采用的的外延方式也可互不相同。并且该设备具有多个反应腔，且多个反应腔共用同一个传送组件、传送腔、托盘装卸腔和晶圆装卸腔，降低了设备运营成本，同时多个反应腔集成化设计极大程度的减小了设备占地面积。

进一步的，托盘装卸腔100和晶圆装卸腔300的与第一隔离阀60相对的一侧均设有第二隔离阀70，第二隔离阀70用于实现托盘装卸腔100和晶圆装卸腔300与外部环境的连通。对于托盘装卸腔100的第二隔离阀70开启之后，可进一步的将托盘50放入托盘装卸腔100或从托盘装卸腔100取出；类似的，晶圆装卸腔300的第二隔离阀70开启之后，可将未外延生长的sic衬底40放入晶圆装卸腔300，或将外延生长之后的sic晶圆从晶圆装卸腔300取出。托盘50优选的为石墨托盘，也可以为带有sic涂层的石墨托盘、带有碳化钽涂层的石墨托盘或碳化硅托盘等。

在本实用新型一实施例中，位于托盘装卸腔100内的支架具有多层搁架。这是因为在具有多个反应腔的sic材料外延生长设备中，所需要的托盘50的数量往往为多个，因此为了便于放置多个托盘50，因此将承载托盘50的支架设计为具有多层搁架的支架。

进一步的，传送组件包括机械臂、第一机械手410和第二机械手420。第一机械手410用于抓取传送托盘50，即将托盘装卸腔100内的托盘50传送至反应腔，或将反应腔内的托盘50传送至托盘装卸腔100。第二机械手420用于抓取及传送未外延生长的sic衬底40或外延生长之后的sic晶圆，即将未外延生长的sic衬底40从晶圆装卸腔300传送至反应腔，或将外延生长之后的sic晶圆从反应腔传送至晶圆装卸腔300。如图1、图2所示，第一机械手410和第二机械手420可共用同一个机械臂，并在机械臂的旋转驱动下实现传送部件的传送作用。另外，第一机械手410和第二机械手420在机械臂的控制下可实现升降运动。

对于图1中所示的sic材料外延生长设备，其具体的操作流程如下所述：

(1)打开托盘装卸腔100的第二隔离阀70，将两个石墨托盘手动放置到支架的其中两层搁板上，关上第二隔离阀70；对托盘装卸腔100抽真空；打开传送腔400与托盘装卸腔100之间的真空隔离阀，传送组件开始移动，当第一机械手410移动到托盘支架附近时调整第一机械手410的高度对准托盘50并抓取托盘50，传送组件继续移动，当第一机械手410和石墨托盘移动到第一反应腔210与传输腔之间的真空隔离阀附近停止；打开真空隔离阀，传送组件继续移动，第一机械手410将石墨托盘传送到到第一反应腔210中，然后第一机械手410退回到传送腔400；以类似流程的将另一石墨托盘传送至第二反应腔220中。

(2)打开晶圆装卸腔300的第二隔离阀70，将装有多片未外延生长的sic衬底40的晶圆框架盒手动放置于晶圆装卸腔300内，关上第二隔离阀70；对晶圆装卸腔300抽真空；打开传送腔400与晶圆装卸腔300之间的真空隔离阀，传送组件开始移动，当第二机械手420移动到晶圆框架盒附近时调整第二机械手420的高度对准其中一片未外延生长的sic衬底40并抓取，传送组件继续移动，当第二机械手420和未外延生长的sic衬底40移动到第一反应腔210与传输腔之间的真空隔离阀附近停止；打开真空隔离阀，传送组件继续移动，第二机械手420将未外延生长的sic衬底40传送到到第一反应腔210中的石墨托盘上，然后第二机械手420退回到传送腔400，关闭第一反应腔210的真空隔离阀；以类似程序的将另一未外延生长的sic衬底40传送至第二反应腔220的石墨托盘上。

(3)第一反应腔210和第二反应腔220分别进行cvd生长程序。应当注意的是，两个反应腔的cvd生长程序可以相同也可以不同；且两个反应腔内的运行参数也可以根据实际需要进设定，示例性的，第一反应腔210内的托盘50的旋转速度可不同于第二反应腔220内的托盘50的旋转速度。

(4)待生长结束后，传输组件移动，当第二机械手420移动到第一反应腔210与传输腔之间的真空隔离阀附近停止，打开真空隔离阀；传输组件继续移动，第二机械手420将外延生长之后的sic晶圆从石墨托盘上抓起，然后第二机械手420退回到传送腔400，关闭真空隔离阀；打开传送腔400与晶圆装卸腔300之间的真空隔离阀，传输组件开始移动，当第二机械手420移动到晶圆框架盒附近时调整第二机械手420的高度，进而将制备的完整结构的sic晶圆送回原sic衬底40在框架盒中所处的位置，第二机械手420退回传输腔；同样类似的将第二反应腔220中的石墨托盘上的完整结构的sic晶圆传送回框架盒。

(5)操作完毕后，可采用与上述的sic晶圆从反应腔传送至晶圆装卸腔300类似的程序，进一步的将使用完毕的各个反应腔内的石墨托盘传送至托盘装卸腔100内的托盘支架上。并且在完成上述步骤(1)-(4)之后，若想重复进行sic外延生长，则也可以省略石墨托盘从反应腔取出的步骤，即将石墨托盘重复利用，重复进行上述步骤(2)-(4)。

上述的具体操作流程仅以具有两个反应腔的sic材料外延生长设备为例，而对于具有更多个反应腔的sic材料外延生长设备的操作流程与此类似。

通过上述实施例可以发现，具有至少两个反应腔的sic材料外延生长设备，可实现多个sic衬底的同时外延生长，相比于具有单反应腔的sic材料外延生长设备，提高了sic材料的外延生长效率，进而提高了sic器件的生产加工效率，减小了设备占地面积，改善了sic外延成本过高的问题；并且托盘装卸腔、晶圆装卸腔和至少两个反应腔均沿传送腔外周布置，节省了传送组件在传输过程中需要花费的时间，因此也进一步的变相降低了sic外延的成本。

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。

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。