一种多腔室生长系统的制作方法

本技术涉及半导体材料制备，尤其涉及一种多腔室生长系统。

背景技术：

1、氮化铝为一种优异的宽禁带半导体材料，当前行业内用于生长氮化铝的装置普遍采用单腔室结构设计，即仅通过一个生长腔室完成氮化铝制备过程中的所有核心工艺步骤，包括原料除杂、晶体生长及晶锭退火等。该类单腔室装置的设计思路较为简单，主要依赖单一腔室内的加热组件实现温度控制，并通过基础密封结构维持腔室内的局部环境，以满足最基本的生长需求。

2、然而，现有的单腔室氮化铝生长装置在实际应用过程中存在诸多技术缺陷，严重限制了氮化铝单晶的质量与生产效率。现有的单腔室氮化铝生长装置难以实现腔室的完全密封，腔室与外部环境之间存在密封间隙或密封失效风险，容易导致腔室内工艺氛围的不稳定，还易使外部环境中的微量杂质渗入腔室内部，对氮化铝单晶的生长环境造成干扰，为晶体生长引入潜在污染。并且，现有的单腔室氮化铝生长装置由于除杂、生长、退火三道关键工艺均在同一腔室内进行，除杂过程中产生的杂质(如原料中去除的氧化物、碳基残留物等)易附着在腔室内壁、加热组件及支撑结构表面，导致后续进行晶体生长和晶锭退火时，残留的杂质会重新扩散至生长区域，直接污染待生长的氮化铝晶体，破坏生长腔室的洁净度，进而影响晶体的纯度与质量。并且，现有的单腔室氮化铝生长装置通常在完成一轮生长工艺后，需开启炉腔以取出成品晶锭或装入新的生长原料。开炉过程中，大气环境中的杂质(例如，碳、氧类杂质)会直接进入腔室内部。再次关闭炉腔进行下一轮生长时，这些新引入的碳、氧杂质难以通过常规工艺完全去除，最终会掺入氮化铝晶体中，导致晶体的杂质含量升高。

3、上述现有的单腔室氮化铝生长装置的技术缺陷，共同导致氮化铝单晶生长过程中杂质控制难度大、晶体质量稳定性差，无法满足高纯度氮化铝单晶的制备需求。

4、应当注意，上面对背景技术的介绍只是为了方便对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本实用新型的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于揭示一种多腔室生长系统，用于解决现有技术中的单腔室氮化铝生长装置所存在的诸多缺陷，尤其是为了实现形成低杂质、高晶格完整性的氮化铝晶体。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了一种多腔室生长系统，包括：处理腔室，用于对承载有氮化铝原料与氮化铝籽晶的坩埚进行分阶段热处理；其中，在所述分阶段热处理的过程中，所述处理腔室内的温度呈阶梯式增加；

3、生长腔室，用于利用经分阶段热处理后的氮化铝原料与氮化铝籽晶生长氮化铝晶体；

4、传输腔室，分别与所述处理腔室以及所述生长腔室连通；

5、其中，所述处理腔室、所述传输腔室与所述生长腔室均真空密封；所述传输腔室内设有传输装置，所述传输装置用于在所述处理腔室与所述生长腔室之间传递所述坩埚。

6、作为本实用新型的进一步改进，所述分阶段热处理包括第一热处理、第二热处理及第三热处理；所述第三热处理的温度高于所述第二热处理的温度，所述第二热处理的温度高于所述第一热处理的温度。

7、作为本实用新型的进一步改进，200℃≤所述第一热处理的温度≤400℃，400℃＜所述第二热处理的温度≤1200℃，1200℃＜所述第三热处理的温度≤2300℃。

8、作为本实用新型的进一步改进，所述多腔室生长系统还包括分别对应所述处理腔室和所述传输腔室设置的第一监控装置与第二监控装置；

9、所述第一监控装置用于观测所述处理腔室内的清洁状态以及实时监测所述坩埚在所述处理腔室内的位置；

10、所述第二监控装置用于观测所述生长腔室内的清洁状态以及实时监测所述坩埚在所述生长腔室内的位置。

11、作为本实用新型的进一步改进，所述多腔室生长系统还包括分别对应所述处理腔室和所述传输腔室设置的第一容置空间与第二容置空间；

12、在所述处理腔室内的温度大于第一设定温度时，所述第一监控装置退回所述第一容置空间；

13、在所述生长腔室内的温度大于第二设定温度时，所述第二监控装置退回所述第二容置空间。

14、作为本实用新型的进一步改进，所述第一监控装置包括：第一真空伸缩组件以及受控于所述第一真空伸缩组件的第一摄像单元；所述第一真空伸缩组件贯穿所述处理腔室的侧壁，且与所述处理腔室的侧壁密封连接以维持腔室真空；所述第一真空伸缩组件用于驱动所述第一摄像单元在所述处理腔室与所述第一容置空间之间伸出或缩回；

15、所述第二监控装置包括：第二真空伸缩组件以及受控于所述第二真空伸缩组件的第二摄像单元；所述第二真空伸缩组件贯穿所述生长腔室的侧壁，且与所述生长腔室的侧壁密封连接以维持腔室真空；所述第二真空伸缩组件用于驱动所述第二摄像单元在所述生长腔室与所述第二容置空间之间伸出或缩回。

16、作为本实用新型的进一步改进，所述传输装置包括：至少一个用于在所述处理腔室与所述生长腔室之间执行所述坩埚的抓取与移送操作的转移机构；

17、所述坩埚的外周壁沿水平方向向外凸伸形成环形凸出部，所述转移机构包括机械臂，所述机械臂的执行端设有与所述凸出部相适配的夹具，以实现对所述坩埚的抓取。

18、作为本实用新型的进一步改进，所述处理腔室与所述生长腔室内部均设有沿竖直方向分布的第一加热器与第二加热器；

19、其中，所述第一加热器为盘式加热器，所述盘式加热器固定设置于所述处理腔室的内部上方，所述第二加热器为钨网加热器，所述钨网加热器呈环状布置于所述盘式加热器的下方。

20、作为本实用新型的进一步改进，所述多腔室生长系统还包括：

21、第一升降组件，包括设于所述处理腔室内的第一升降台面、穿设于所述处理腔室与外部空间的第一升降柱以及设置于所述外部空间的第一升降控制模组，所述第一升降柱分别与所述第一升降台面以及所述第一升降控制模组连接，所述第一升降台面用于承载所述坩埚，所述第一升降控制模组用于驱动所述第一升降台面沿着竖直方向移动；

22、第二升降组件，包括设于所述生长腔室内的第二升降台面、穿设于所述生长腔室与外部空间的第二升降柱以及设置于所述外部空间的第二升降控制模组，所述第二升降柱分别与所述第二升降台面以及所述第二升降控制模组连接，所述第二升降台面用于承载所述坩埚，所述第二升降控制模组用于驱动所述第二升降台面沿着竖直方向移动。

23、作为本实用新型的进一步改进，所述多腔室生长系统还包括抽真空系统，所述抽真空系统用于对所述生长腔室、所述处理腔室及所述传输腔室进行抽真空。

24、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过对处理腔室、传输腔室及生长腔室全程进行真空抽排与密封，形成与外界隔离的洁净工艺环境，避免大气中碳、氧类杂质在除杂、传输、生长各工艺环节侵入腔室。通过处理腔室独立完成分阶段除杂，可防止除杂产生的杂质扩散至生长腔室；传输腔室在真空状态下移送坩埚，避免转移阶段杂质附着或进入坩埚；且处理腔室作为取晶、装料过渡腔，开启时仅处理腔室接触大气，生长腔室与传输腔室始终保持真空，以从源头阻断杂质引入，为晶体生长提供纯净基础。并且，在生长腔室进行晶体生长时，处理腔室可同步进行氮化铝原料的除杂或烧结处理，避免单一流程中腔室闲置，无需等待氮化铝晶体生长完成再启动预处理，大幅缩短从除杂到生长的总耗时，显著提升整体工艺效率。同时，处理腔室采用阶梯式升温进行分阶段热处理，可针对性清除不同脱附温度的杂质，避免单一温度导致的杂质残留或清除不彻底；且阶梯升温能缓慢释放热应力，防止氮化铝原料结块、氮化铝籽晶晶格开裂，保障物料形态与晶格完整。此外，预处理后高洁净度的原料与籽晶，结合生长全程的真空环境，可减少后续晶体生长的杂质掺入与缺陷产生，最终得到低杂质含量、高晶格完整性的氮化铝晶体，满足高纯度氮化铝单晶的制备需求。