有機金屬化學氣相沉積裝置和方法

2023-12-09 00:24:51 5

專利名稱：有機金屬化學氣相沉積裝置和方法
技術領域：
本發明涉及有機金屬化學氣相沉積裝置和方法，更具體地，涉及包括多個反應室的有機金屬化學氣相沉積裝置和使用該裝置的有機金屬化學氣相沉積方法。
背景技術：
眾所周知，氮化物是用於製造發光二極體的材料。通常，發光二極體具有堆疊結構，該堆疊結構由以下組成:在藍寶石襯底上的氮化鎵晶體構成的緩衝層，由η-型GaN晶體構成的η-型摻雜層，由氮化銦鎵(InGaN)構成的活性層，以及由ρ_型GaN晶體構成的ρ-型摻雜層。這樣的發光二極體的沉積過程在同一反應室中連續執行。該過程花費4到10小時。第一過程執行後，必須打掃反應室，然後執行第二過程。通常，反應室由工人手工打掃。因此，有機金屬化學氣相沉積(metal organic chemicalvapor deposition,M0CVD)裝置的效率很低。

發明內容
本發明提供一種有機金屬化學氣相沉積裝置以及使用所述裝置的有機金屬化學氣相沉積方法，所述有機金屬化學氣相沉積裝置包括與多個反應室連接的緩衝室，所述緩衝室被設置為對其溫度和內部氣體氣氛進行調節，從而提高有機金屬化學氣相沉積過程的效率。根據本發明的一方面，所述有機金屬化學氣相沉積裝置包括:多個反應室，在所述多個反應室中，通過使用第II1-V族材料，將氮化物層沉積在襯底上；緩衝室，所述緩衝室連接到反應室，在所述緩衝室中布置有傳送機器人，以便將所述襯底傳送到反應室中和傳送出反應室；氣體供應設備，所述氣體供應設備被配置為選擇性地將氫氣、氮氣、和氨氣中的一種或多種供應到所述緩衝室中，從而當所述緩衝室與所述反應室中的一個連通時，所述緩衝室的氣體氣氛與所述反應室的氣體氣氛相同；以及加熱器，所述加熱器設置在所述緩衝室中以加熱所述緩衝室。根據本發明的另一方面，所述有機金屬化學氣相沉積方法包括:將襯底從緩衝室傳送到第一反應室；在所述第一反應室中，在所述襯底上生長未摻雜層、η-型摻雜層、和活性層；將襯底從第一反應室傳送到第二反應室； 以及在所述活性層上生長P-型摻雜層。根據本發明的另一方面，所述有機金屬化學氣相沉積裝置包括:第一反應室和第二反應室，在所述第一反應室和第二反應室中，通過使用第II1-V族材料，將氮化物層沉積在襯底上；緩衝室，所述緩衝室連接到所述第一反應室和第二反應室，在所述第一反應室和第二反應室中布置有傳送機器人，以便將所述襯底傳送到所述第一反應室和第二反應室中，和將所述襯底傳送出所述第一反應室和第二反應室；以及氣體供應設備，所述氣體供應設備被配置為選擇性地將工藝氣體供應到所述第一反應室、第二反應室和緩衝室中。


通過參考附圖對本發明的示例性實施例的詳細描述，本發明的以上和其它特徵和優點將變得更明顯。在附圖中:圖1是示出根據本發明的示例性實施例的有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)裝置的平面圖；圖2是示出根據本發明的示例性實施例的MOCVD裝置的第一反應室、第二反應室和緩衝室的剖視圖；圖3是說明用於在根據本發明的示例性實施例的第二反應室中對襯底進行退火的MOCVD方法的流程圖；圖4是說明用於在根據本發明的示例性實施例的緩衝室中對襯底進行退火的MOCVD方法的流程圖。
具體實施例方式下面將根據本發明的示例性實施例對有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)裝置進行描述。圖1是示出根據本發明的示例性實施例的MOCVD裝置的平面圖。如圖1所示，MOCVD裝置包括負載鎖定(1ad-1ock)室500、緩衝室100、多個反應室 200 和 300。可以通過負載鎖定室500裝載或卸載襯底240或基座230。傳送機器人110可以安裝在緩衝室100中。傳送機器人110可以將襯底240或基座230傳送到負載鎖定室500或反應室200和300中。反應室200和300可以連接到緩衝室100。在本實施例中，襯底240可以是晶片(wafer)。或者，襯底240可以是可拆卸地置於基座230上的附屬基座(satellite susceptor),並且支撐至少一個晶片。反應室200和300可以包括第一反應室200和第二反應室300。在此情形中，緩衝層、η-型摻雜層、未摻雜氮化鎵(GaN)層和活性層可以在第一反應室200中的襯底240上順序沉積，P-型摻雜層可以在第二反應室300中的襯底240的活性層上沉積。或者，緩衝層、η-型摻雜層、和未摻雜GaN層可以在第一反應室200中的襯底240上順序沉積，活性層和P-型摻雜層可以在第二反應室300中沉積。可以設置氣體供應設備600，以便向緩衝室100、第一反應室200和第二反應室300
供應氣體。如圖1所示，氣體供應設備600可以包括氮氣供應設備604、氫氣供應設備605、第III族氣體供應設備602、 第V族氣體供應設備601、Π-型摻雜氣體供應設備603、和ρ-型摻雜氣體供應設備606。
第III族氣體供應設備602可以供應三甲基鎵(TMG)和三甲烷基銦(TMI)。第V族氣體供應設備601可以供應氨氣(ΝΗ3)。η-型摻雜氣體供應設備603可以供應矽烷(SiH4)和四氫化鍺(GeH4)。ρ-型摻雜氣體供應設備606可以供應異環戊二烯基鎂(Cp2Mg)。第一氣體分配器710可以將來自氣體供應設備600的這些工藝氣體供應到第一反應室200 ;第二氣體分配器720可以將來自氣體供應設備600的這些工藝氣體供應到第二反應室300 ;第三氣體分配器730可以將這些工藝氣體供應到緩衝室100。第一氣體分配器710可以將氮氣、氫氣、第III族、第V族和η_型摻雜氣體供應到第一反應室200。第二氣體分配器720可以將氫氣、第III族、第V族和ρ-型摻雜氣體供應到第二反應室300，第三氣體分配器730可以選擇性地將氮氣和氫氣分配到緩衝室100。或者，如果必要，第三氣體分配器730可以將氨氣(NH3)供應到緩衝室100。圖2是示出MOCVD裝置的第一反應室200、第二反應室300和緩衝室100的剖視圖。如圖2所示，可以設置噴頭260，以在第一反應室中向下噴射工藝氣體，基座230可以布置在噴頭260的下面。可以設置噴頭360，以在第二反應室300中向下噴射工藝氣體，基座230可以布置在噴頭360的下面。加熱器250和350可以安裝在其上可以放置基座230的位置，從而將基座230加熱到高溫。加熱器250和350可以是鎢加熱器、陶瓷加熱器、或者射頻加熱器。基座230可以通過旋轉設備270和370進行旋轉。基座230可拆卸地安裝在旋轉設備270或370的旋轉軸271或371的頂側上。門210設置在第一反應室200的壁處，從而可以通過門210傳送襯底240或基座230。門310設置在第二反應室300的壁處，從而可以通過門310傳送襯底240或基座230。門閥220和320可以設置在門210和310處，以打開或關閉門210和310。反應室200和300通過門210和310連接到緩衝室100。傳送機器人110安裝在緩衝室100中，以傳送晶片或基座230。傳送機器人110可以由耐熱材料製成，從而傳送機器人Iio可以在大約1000°C的溫度下操作。加熱器120可以安裝在緩衝室100中以將緩衝室100的內部加熱到大約600°C到大約900°C。加熱器120可以是感應加熱式射頻加熱器120。現在將描述根據本發明的不例性實施例的有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方法。圖3和圖4是用來說明根據本發明的示例性實施例的MOCVD方法的流程圖。圖3是說明在根據本發明的示例性實施例的第二反應室中進行退火處理的流程圖。圖4是說明在根據本發明的示例性實施例的緩衝室中進行退火處理的流程圖。首先，將襯底240運送到負載鎖定室500中並且放置在適當位置。安裝在緩衝室100中的傳送機器人110拾取負載鎖定室500中未處理的襯底240或基座230，並且運送到緩衝室100中。以下，連接負載鎖定室500和緩衝室100的門510關閉(S100, S200)。此時，由於與負載鎖定室500連接，緩衝室100的內部溫度會降低。因此，門510關閉後，可能有必要對緩衝室100的內部進行加熱以將緩衝室100的內部保持在預定溫度(例如，600°C到900°C)。 為此，諸如高溫計的溫度檢測器可以安裝在緩衝室100上。當在緩衝室100和第一反應室200之間設置的門210打開時，安裝在緩衝室100中的傳送機器人110將襯底240或基座230傳送到第一反應室200中(S110，S210)。此時，第一反應室200的內部可以保持在大約1000°C到1200°C的溫度。在傳送機器人110將襯底240或基座230傳送到第一反應室200後，傳送機器人110返回到緩衝室100。然後，緩衝室100和第一反應室200之間的門210由門閥220關閉(S110，S210)。此後，第一反應室200的內部填充有氫氣，將襯底240或基座230加熱約10到20分鐘(熱處理過程)。該熱處理過程是用於去除形成在襯底240上的諸如氧化物層的不必要的層的清理過程。在熱處理過程之前，緩衝室100的內部可以填充有氫氣或氨氣。在第一反應室200中的熱處理過程後，三甲基鎵(TMG)氣體和氨氣被供應到保持在氫氣氣氛中的第一反應室200中。然後，使氮化鎵(GaN)緩衝層生長大約30分鐘。在緩衝層生長時，襯底240可以保持在大約450°C到600°C的相對低的溫度。緩衝層可以生長到大約20nm厚。在緩衝層生長後，對第一反應室200的內部進行加熱以將襯底240的溫度提高到大約1000°C到1100°C，例如，1030°C到1080°C。結果，未摻雜氮化鎵(GaN)層生長在緩衝層上。未摻雜GaN層可以在60分鐘期間生長到約為3μπι厚。形成在襯底240 (例如，藍寶石襯底)上的緩衝層和未摻雜GaN層可以改善氮化鎵薄膜的電極特性和晶體生長效率。接著，在未摻雜GaN層上生長η-型摻雜層。為此，使第一反應室200的內部保持在大約1000°C到大約1100°C的溫度。在氫氣氣氛下，供應三甲基鎵(TMG)氣體、氨(見13)氣和諸如矽烷(SiH4)氣體的摻雜氣體作為工藝氣體。結果，摻雜有Si的η-型摻雜層生長。該η-型摻雜層可以在大約60分鐘期間生長到大約3 μ m厚。接著，在η-型摻雜層上生長活性層。活性層的結構可以是單量子阱(SQW)結構或者是具有多個量子阱層的多量子阱(MQW)結構。第一反應室200的內部氣氛被氮氣氣氛替代以便生長活性層。在大約80分鐘期間在大約700°C到900°C的範圍內調節襯底240的溫度時，活性層生長到約IOOnm厚。如果活性層具有多量子阱(MQW)結構，具有不同銦含量的量子勢壘層和量子阱層交替形成。在此情形中，可以反覆變化溫度以控制活性層的生長(S120，S220)。當在第一反應室200中完成活性層的生長後，緩衝室100的內部可以保持在與第一反應室200的內部相同的氣體氣氛和溫度。例如，如果第一反應室200中的內部氣氛是氮氣，則緩衝室100的內部氣氛由氮氣氣氛代替。在調整了緩衝室100的內部氣體氣氛和溫度後，將設置在第一反應室200和緩衝室100之間的門210打開。傳送機器人110將襯底240或基座230從第一反應室200通過打開的門210傳送到緩衝室100中。由於當傳送襯底240時,緩衝室100和第一反應室200的內部保持在相同的氣氛和溫度下，所以可以穩定地保持形成在襯底240上的氮化層。此後，設置在第一反應室200和緩衝室100之間的門210關閉。然後，通過傳送機器人Iio將襯底240或基座230傳送到第二反應室300的門310。此後，將緩衝室100和第二反應室300的內部調整為相同的氣體氣氛和溫度。例如，如果第二反應室300的內部保持在形成ρ-型摻雜層的氫氣氣氛下，則緩衝室100的內部也保持在氫氣氣氛下。在調節了緩衝室100的內部氣體氣氛和溫度後，將設置在第二反應室300和緩衝室100之間的門310打開。 然後，傳送機器人110將襯底240或基座230傳送到第二反應室300中。此後，傳送機器人110返回到緩衝室100的內部。然後，設置在緩衝室100和第二反應室300之間的門310關閉。此時，將第二反應室300的內部保持在氫氣氣氛下(S130，S230)。當在第二反應室300中執行處理時，在第一反應室200中的新襯底或基座上執行處理，從而提高處理效率。為此，在將襯底240或基座230從緩衝室100傳送到第二反應室300後,傳送機器人110從負載鎖定室500拾取未處理的襯底或基座,並且將未處理的襯底或基座運送到緩衝室100中。然後，傳送機器人110將未處理的襯底或基座傳送到第一反應室 200 中(S110, S210)。在緩衝室100、第一反應室200、第二反應室300中按照預定順序連續執行處理，從而可以自動地和快速地處理多個襯底240或基座230。同時，加熱第二反應室300的內部，以將襯底240的溫度提高到大約900°C到9500C的溫度，來連續形成P-型摻雜層。在襯底240的溫度達到預設溫度後，工藝氣體被供應到第二反應室300中。可以供應氨氣、三甲基鎵(TMG)氣、或異環戊二烯基鎂(Cp2Mg)氣，作為用於形成P-型摻雜層的工藝氣體。當將工藝氣體供應到第二反應室300中約15分鐘，P-型摻雜層生長到約為200nm厚(S140，S240)。在形成ρ-型摻雜層後，可以將第二反應室300的內部或襯底240或基座230冷卻到大約600°C到700°C。另外，如果必要，第二反應室300的內部氣氛可以由氮氣氣氛代替，並且可以在第二反應室300中執行預定時間的退火處理，如圖3所示(S150)。由於退火處理，摻有ρ-型摻雜劑的ρ-型摻雜層的電阻會降低。在退火處理後，第二反應室300和緩衝室100之間的門310打開。然後，傳送機器人110將襯底240或基座230從第二反應室300通過打開的門310傳送到緩衝室100中(S160)。此後，門310關閉。在另一個實施例中，如圖4所示，退火處理可以在緩衝室100中進行。例如，在形成P-型摻雜層後(S240)，設置在第二反應室300和緩衝室100之間的門310打開。傳送機器人110將襯底240或基座230從第二反應室300通過打開的門310傳送到緩衝室100中(S250)。此後，門310關閉。緩衝室100的內部氣氛已經為氮氣。由於緩衝室100的內部保持在大約600°C到900°C的溫度，因此設置在第二反應室300和緩衝室100之間的門310關閉後，可以在緩衝室100中執行預定時間的退火處理(S260)。如圖3或圖4所示，在執行退火處理後，將襯底240或基座230放到緩衝室100中，將負載鎖定室500和緩衝室100之間的門510打開。然後，傳送機器人110將襯底240或基座230傳送到負載鎖定室500 (S170, S270)。此後，傳送襯底240或基座230來執行發
光二級管制造過程。如上所述，由於氮化物層沉積在多個反應室200和300中，可以提高處理效率。另外 ，當傳送沉積有氮化物層的基座230或襯底240時，緩衝室100的內部氣體氣氛和溫度與連接到緩衝室100的反應室的內部氣體氣氛和溫度相等，從而在傳送襯底240或基座230時，可以穩定地保持沉積的氮化物層。根據本發明，在反應室中，氮化物層沉積在襯底上，調整緩衝室的溫度和氣體氣氛的方式使得在從反應室傳送襯底時，可以穩定地保持形成在襯底上的外延層。因此，可以提
高處理效率。
雖然本發明參考其示例性實施例而具體示出和描述，但是本領域普通技術人員應該理解，在不背離由所附權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以在形式上和細節上進行各種修改。 因此，將來對本發明的實施例的修改不背離本發明的技術範圍。
權利要求
1.一種有機金屬化學氣相沉積方法，包括: 將襯底從緩衝室傳送到第一反應室； 在所述第一反應室中，在所述襯底上生長未摻雜層、η-型摻雜層、和活性層； 將所述襯底從所述第一反應室傳送到第二反應室；以及 在所述活性層上形成P-型摻雜層。
2.根據權利要求1所述的有機金屬化學氣相沉積方法，其中，在將所述襯底從所述緩衝室傳送到所述第一反應室後，所述方法還包括加熱所述襯底。
3.根據權利要求1所述的有機金屬化學氣相沉積方法，其中，在形成所述P-型摻雜層後，所述方法還包括對所述襯底進行退火。
4.根據權利要求3所述的有機金屬化學氣相沉積方法，其中，在所述第二反應室中執行對所述襯底的退火。
5.根據權利要求3所述的有機金屬化學氣相沉積方法，其中，在所述緩衝室中執行對所述襯底的退火。
6.根據權利要求1所述的有機金屬化學氣相沉積方法，其中，將所述襯底從所述第一反應室傳送到所述第二反應室包括: 將所述襯底從所述第一反應室傳送到所述緩衝室；以及 將所述襯底從所述緩衝室傳送到所述第二反應室。
7.根據權利要求1所述`的有機金屬化學氣相沉積方法，其中，在將所述襯底從所述第一反應室傳送到所述第二反應室後，所述方法還包括將另一個襯底傳送到所述第一反應室中。
全文摘要
本發明提供一種有機金屬化學氣相沉積裝置，包括反應室，在所述反應室中，通過使用第III-V族材料，將氮化物層沉積在襯底上，緩衝室，所述緩衝室連接到反應室，在所述緩衝室中布置有傳送機器人，以便將所述襯底傳送到反應室中和傳送出反應室，氣體供應設備，所述氣體供應設備被配置為選擇性地將氫氣、氮氣、和氨氣中的一種或多種供應到所述緩衝室中，從而當所述緩衝室與所述反應室中的一個連通時，所述緩衝室的氣氛與所述反應室的氣氛相同；以及設置在所述緩衝室中的加熱器。在反應室中，氮化物層沉積在襯底上，並且緩衝室的溫度和氣體氣氛被調節為使得當傳送襯底時，可以穩定地保持形成在襯底上的外延層。
文檔編號C30B25/08GK103103502SQ20131000115
公開日2013年5月15日 申請日期2010年9月28日 優先權日2009年10月14日
發明者陳周 申請人:麗佳達普株式會社