專利名稱：化學氣相沉積設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種化學氣相沉積(CVD)設備，特別是一種有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)設備。
背景技術：
現階段，由于發光二極管(Light Emitting Diode，LED)的各種優勢使得其得到了廣泛的應用。然而隨之而來的就是業內對LED的性能要求越發的苛刻，而LED的制造又是一個需要進行多次材料層沉積的過程，因此，如何保證材料層沉積后能夠發揮出應有的作用，將對LED性能的改進有著重大的影響。現有技術中，對各種材料層的沉積都是在一個生長腔室內進行的，譬如，是在金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)設備的同一個生長腔室中進行的，這會導致各種嚴重的問題:
一方面，由于各個材料層的沉積是需要不同的溫度范圍，故若在同一個生長腔室內沉積各個材料層，則該生長腔室就必須能夠提供一個較大的溫差，例如可以為480°C 1100°C。通常，這個溫度范圍是可以達到的，但是卻不能夠非常精確的控制在沉積某一層時達到所需要的溫度，那么這就使得沉積的各個材料層性能不良，進而導致LED的波長、亮度及開啟電壓等參數的均勻性變差。另一方面，由于在同一個生長腔室內有著多次的溫度變動，那么對每個所需的溫度范圍的可重復性(repeatability)設定將會很乏力，因此這將直接的導致基片的可重復性變差。再者，在同一個生長腔室內進行各個材料層的生長不可避免的會使得各個材料層之間產生交叉污染。這是由于承載基片的基座上由于材料層的生長會沉積諸如硅、鎂等物質，這些物質將隨時可能被傳遞到正在進行某一材料層生長的基片上，顯然的，這將會使得形成的材料層質量變差，尤其在處理過多批次的基片后，會使得后續的基片性能受到嚴重的影響，這是不可接受的。針對這一情況，只能對基座定時清洗，然而這將會導致基座的壽命下降，同時也將延長制造周期。因此，有必要提供一種能夠提聞基片質量且制造效率聞的化學氣相沉積設備。

發明內容
本發明的目的在于提供一種化學氣相沉積設備，以解決現有技術中制造的基片性能差和制造效率低的問題。為解決上述技術問題，本發明提供一種適用于多層材料層沉積的化學氣相沉積設備，包括:傳送腔室、多個生長腔室及多個門閥，所述多個生長腔室分別位于所述傳送腔室的外側，并皆通過所述門閥與所述傳送腔室相接通；所述化學氣相沉積設備進一步包括多個基座，每個所述基座對應一個所述生長腔室，基片被依次直接設置在所述多個基座上,每個所述基座承載所述基片在所述基座對應的生長腔室中沉積一層材料，其中，至少兩個所述生長腔室用于生長所述多層材料層的不同層材料。與現有技術相比，在本發明提供的在襯底上沉積多層材料層的方法及化學氣相沉積設備中，將沉積的多層材料層分在多個生長腔室內進行，如此能夠使得每個生長腔室的反應條件容易控制，各層材料分別在不同的生長腔室中沉積因此，各層之間的沉積不會發生交叉污染，每一個基座承載基片在該基座對應的生長腔室中沉積對應的材料層，避免了基座上沉積其它材料層物質對正在沉積的材料層造成污染，從而提高了產品質量，且多批基片依次連續在各個生長腔室中沉積不同的材料層，減少了每個生長腔室的等待時間，這就能夠極大的提聞生廣效率，提聞廣量。


圖1為本發明第一實施方式的在襯底上沉積多層材料層的方法流程圖；圖2為本發明第二實施方式的化學氣相沉積設備的結構示意圖；圖3為本發明第三實施方式的化學氣相沉積設備的結構示意圖。
具體實施例方式由背景技術中所記載的內容可知，現有技術存在著諸如溫度、污染和生產效率等各方面的問題。本發明的核心思想在于，將沉積的多層材料層分在多個生長腔室內進行，如此能夠使得每個生長腔室的反應條件容易控制，各層材料分別在不同的生長腔室中沉積因此，各層之間的沉積不會發生交叉污染，同時，每一個基座承載基片在該基座對應的生長腔室中沉積對應的材料層，避免了基座上沉積其它材料層物質對正在沉積的材料層造成污染，且多批基片依次連續在各個生長腔室中沉積不同的材料層，減少了每個生長腔室的等待時間。請參 考圖1，其為本發明第一實施方式提供的在襯底上沉積多層材料層的方法流程圖，利用具有多個生長腔室的化學氣相沉積設備進行，包括:步驟一:將一批基片直接設置在第一基座上，將所述第一基座傳送至第一生長腔室中，在所述第一生長腔室中對所述基片沉積第一材料層；步驟二:將所述第一生長腔室中的第一基座傳輸出所述第一生長腔室，將所述基片從所述第一基座上取下，設置在第二基座上，將所述第二基座傳送至第二生長腔室中，在所述第二生長腔室中對所述基片沉積第二材料層；將另一批基片設置在第一基座上，將所述第一基座傳送至所述第一生長腔室中，并在所述第一生長腔室中對所述基片沉積第一材料層；步驟三:將所述第二生長腔室中的第二基座傳輸出所述第二生長腔室，然后執行
步驟二。進一步的,在步驟三中還包括:將所述基片從所述第二基座上取下，設置在第三基座上，將所述第三基座傳送至第三生長腔室中，在所述第三生長腔室中對所述基片沉積第三材料層。由此，本方法給出了在多個生長腔室進行材料層沉積的方法，可以理解的是，本方法中，當所述化學氣相沉積設備還包括第四或更多生長腔室時，也可以使得沉積所述多層材料層中一層的生長腔室中的設置在基座上的基片完成沉積后，將基片從所述基座上取下，設置在與沉積下一層材料層的生長腔室相對應的基座上，傳輸到沉積下一層材料層的生長腔室中，同時從沉積前一層材料層的生長腔室中由其所對應的基座載入沉積完成前一層材料層的基片。以LED外延片的生長為例，通常需要沉積的多層材料層包括LED外延片的緩沖層、N型半導體層、量子阱發光層和P型半導體層。那么，具體操作可以為:對基片進行清洗處理，例如可以為在1000°C 1200°C溫度下，通入包括氫氣(H2)和氮化氫(NH3),本實施方式優選為1100°C，持續IOmin左右。接著，在所述基片上形成緩沖層(即低溫緩沖層，low-temperature buffer layer),在本實施方式中，所述緩沖層包括氮化鎵層，所述氮化鎵層可以在500°C下經由NH3和TMGa反應形成，所述氮化鎵層的厚度約為20nm，所述緩沖層可以在所述第一生長腔室中形成，也可以是在所述第一生長腔室、第二生長腔室和第三生長腔室以外的其他腔室中形成。以所述清洗和緩沖層的形成在其他腔室中進行為例，然后，將所述基片設置在第一基座上，傳輸到所述第一生長腔室中，在所述緩沖層上形成第一材料層，所述第一材料層為N型半導體層，具體的，可以為N型氮化鎵層，優選為摻雜硅的氮化鎵，所述摻雜硅的氮化鎵材料在1000°C 1300°C范圍內形成；至此，所述第一生長腔室中的反應完成。完成第一材料層的沉積后，調整第一生長腔室中的溫度，調整后的生長腔室的溫度可以根據工藝要求或生產經驗進行設定和調整，例如使得第一生長腔室中的溫度降低至300°C 400°C之間，并通入保護氣，例如是氮氣，以避免所形成的材料層受到損壞。接著，將第一基座移出所述第一生長腔室，將所述基片設置在第二基座上，傳送到第二生長腔室中，沉積形成第二材料層，在本實施方式中，所述第二材料層為量子阱發光層(quantum-wells layer),所述量子講發光層的材料優選的為鎵銦化氮和氮化鎵(GaInN/GaN)，可以在700°C、00°C的范圍內形成。與此同時，另一批基片設置在第一基座上被傳輸到所述第一生長腔室中，進行上述形成第一材料層的過程，在此不作贅述。當第二材料層(本實施方式為量子阱發光層)沉積形成后，同樣的，調整所述第二生長腔室中的溫度，并通入保護氣。然后，將第二基座移出所述第二生長腔室，將所述基片設置在第三基座上，傳送到第三生長腔室中，形成第三材料層，在本實施方式中，所述第三材料層為P型半導體層，具體的，可以為P型氮化鎵層，所述P型氮化鎵層的材料包括摻雜鎂(Mg)的氮鋁化鎵(GaAlN)或摻雜鎂的氮化鎵，可以在800°C、50°C的范 圍內形成。此時，第一生長腔室和第二生長腔室中分別進行著相應的上述過程。同樣的，調整所述第三生長腔室中的溫度，并通入保護氣，之后將所述基片傳送出化學氣相沉積設備。需要說明的是，上述方法中所述的第一生長腔室、第二生長腔室或第三生長腔室不限于僅有一個，也就是說例如第一材料層可以在每個第一生長腔室中分別形成一部分，從而在多個第一生長腔室中累積后形成所述第一材料層。這一方面利用不同的生長腔室能夠很容易滿足不同材料層生長的溫度、壓強等條件不同的需要，有利于各層材料層的正常生長；另一方面，一層材料層在多個生長腔室中累積形成，可以通過調節生長腔室的數量，使得每個生長腔室的反應時間盡可能的相同，從而使得生產過程中盡可能的避免某一或某些腔室處于等待狀態的問題，大大的提高了生產效率。同時，所述第一基座、第二基座和第三基座也與所述第一生長腔室、第二生長腔室和第三生長腔室的數量相對應，例如第一生長腔室為3個，則第一基座也為3個，這一方面避免基座帶來的污染，另一方面能使得3個第一生長腔室都處于工作狀態，提高效率。本發明提供一種適用于在襯底上沉積多層材料層的化學氣相沉積設備，例如可以完成有機金屬化學氣相沉積，并以此化學氣相沉積設備進一步闡述本發明實施方式的沉積多層材料層的方法。請參考圖2，其為本發明第二實施方式的化學氣相沉積設備的結構示意圖，本實施方式的化學氣相沉積設備100包括傳送腔室101、多個生長腔室及多個門閥107，所述多個生長腔室分別位于所述傳送腔室101的外側，并皆通過所述門閥107與所述傳送腔室101相接通；其中，至少兩個所述生長腔室用于生長所述多層材料層的不同層材料。所述多個生長腔室包括N個所述第一生長腔室1021、X個所述第二生長腔室1022和Y個所述第三生長腔室1023，其中所述N、X和Y均為大于等于I的自然數；所述N個第一生長腔室1021、所述X個第二生長腔室1022和所述Y個第三生長腔室1023皆可以圍繞在所述傳送腔室101周圍。

另外，請參考圖3，其為本發明第三實施方式的化學氣相沉積設備的結構示意圖，本實施方式與第二實施方式的區別在于，所述N個第一生長腔室1021、所述X個第二生長腔室1022和所述Y個第三生長腔室1023皆是層疊排列在所述傳送腔室101周圍。在其他可行的實施方式中，所述第一生長腔室1021、所述第二生長腔室1022和所述第三生長腔室1023的數量可以皆是M個，其中M為大于等于N、X和Y中的最大值的自然數，那么在實際使用時，可以根據需要有目的的選取所需要的第一生長腔室1021、第二生長腔室1022和第三生長腔室1023的數量。一般情況下，所述N個第一生長腔室1021內的環境和設定相同或相近，則所述N個第一生長腔室1021所生長的材料層相同，所述X個第二生長腔室1022和所述Y個第三生長腔室1023同理；而所述第一生長腔室1021、所述第二生長腔室1022和所述第三生長腔室1023內的環境和設定可能不同，故所述第一生長腔室1021、所述第二生長腔室1022和所述第三生長腔室1023優選為適用于分別生長不同的材料層。當然，由于各個生長腔室內的環境和設定是可調節的，因此也可以適用于生長相同的材料層，例如可以是所述N個第一生長腔室1021和所述X個第二生長腔室1022用于生長第一種材料層，所述Y個第三生長腔室1023用于生長第二種材料層。所述化學氣相沉積設備100進一步包括多個基座,每個所述基座對應一個所述生長腔室，優選的，所述基座與所述生長腔室——對應，即所述基座包括N個第一基座1041、X個第二基座1042和Y個第三基座1043，基片被依次直接設置在所述多個基座上，每個所述基座承載所述基片在所述基座對應的生長腔室中沉積一層材料。本實施方式以LED外延片為例進行說明，對于LED外延片而言，至少需要形成N型半導體層、量子阱發光層和P型半導體層，則可以利用所述N個第一生長腔室1021完成N型半導體層的沉積，所述X個第二生長腔室1022完成量子阱發光層的沉積，所述Y個第三生長腔室1023完成P型半導體層的沉積。在本實施方式中，一批基片依次被所述N個第一基座1041攜帶分別傳輸到所述N個第一生長腔室1021、被所述X個第二基座1042攜帶分別傳輸到所述X個第二生長腔室1022和被所述Y個第三基座1043攜帶分別傳輸到所述Y個第三生長腔室1023，優選為在每個所述第一生長腔室1021中生長N型半導體層厚度的1/N ;在每個所述第二生長腔室1022生長量子阱發光層厚度的l/x ;在每個所述第三生長腔室1023生長P型半導體層厚度的I/Y。這是考慮到通常所述N型半導體層、量子阱發光層和P型半導體層的厚度以及沉積工藝都有著一定的差異，那么若僅分別只使用一個生長腔室來完成這三層的生長，將會導致時間上的不一致，即一個生長腔室中已經完成生長，而另一個生長腔室中的生長還遠未結束，這勢必會降低生產效率，而本實施方式中，通過根據沉積所述N型半導體層、沉積所述量子阱發光層和沉積所述P型半導體層的時間，合理配置所述N、X和Y的數值，從而能夠使得基片在各個生長腔室中的生長時間之差控制在小于等于10分鐘的范圍內，使得每個生長腔的等候時間較少，提高生產效率。優選的，為了使得各個生長腔室的反應時間盡可能的相近或相同，所述第一生長腔室1021、所述第二生長腔室1022和所述第三生長腔室1023的數量之比等于沉積所述N型半導體層，所述量子阱發光層和所述P半導體層的時間之比。具體的，針對所述N型半導體層為N型氮化鎵層，所述量子阱發光層為鎵銦化氮和氮化鎵多量子阱層，所述P半導體層為P型氮化鎵層，所述第一生長腔室1021、所述第二生長腔室1022和所述第三生長腔室1023的數量之比為3:5:1。以所述第一生長腔室1021、所述第二生長腔室1022和所述第三生長腔室1023的數量分別為3個、5個和I個為例，在實際操作中，將至少一個基片設置在第一個第一基座1041上，之后所述第一個第一基座1041傳送到第一個第一生長腔室1021中，在基片上形成1/3的N型氮化鎵層，接著，此第一基座1041傳輸出第一個第一生長腔室1021，將其上的基片設置在第二個第一基座1041上，之后所述第二個第一基座1041傳送到第二個第一生長腔室1021中，繼續在基片上形成1/3的N型氮化鎵層，然后第二個第一基座1041傳輸出第一個第一生長腔室1021，將其上的基片設置在第三個第一基座1041上，之后所述第三個第一基座1041傳送到第三個第一生長腔室1021中，完成所述N型氮化鎵層的形成；然后第三個第一基座1041傳輸出第三個第一生長腔室1021，將其上的基片設置在第一個第二基座1042上，之后，所述第一個第二基座1042承載其上形成N型氮化鎵層的基片傳送到第一個第二生長腔室1022中，形成1/5的鎵銦化氮和氮化鎵多量子阱層，如此直至第五個第二基座1042承載所述基片在第五個第二生長腔室1022中完成所述鎵銦化氮和氮化鎵多量子阱層的形成；之后第五個第二基座1042傳輸出第五個第二生長腔室1022，將其上的基片設置在第三基座1043上，之后所述第三基座1043承載其上形成N型半導體層、鎵銦化氮和氮化鎵多量子阱層的基片傳送到第三生長腔室1023中，完成所述P型氮化鎵層的形成；優選的，在上述過程中，在第二個第一基座1041承載所述基片進入第二個第一生長腔室1021中時，另一基片設置在第一個第一基座1041上，所述第一個第一基座1041承載所述基片進入第一個第一生長腔室1021，進行同樣的過程，如此類推。上述設定能夠使得所述基片在每個生長腔室中的時間基本一致，從而所述化學氣相沉積設備100的每個腔室始終處于運作狀態，極大的提高了生產效率，同時每個生長腔室與一個基座對應，每一個基座承載基片在該基座對應的生長腔室中沉積對應的材料層，避免了基座上沉積其它材料層物質對正在沉積的材料層造成污染，從而提高了產品質量。所述化學氣相沉積 設備100還可以包括多個基座臺(未示出)，所述基座臺位于所述傳輸腔室內101，每個所述基座臺對應一個所述生長腔室,每個所述基座在對應的生長腔室和對應的基座臺之間傳輸，所述基座優選為設置基片時位于所述基座臺上。所述化學氣相沉積設備100還可以包括裝載器105，所述裝載器105位于所述傳送腔室101中，當基片進入化學氣相沉積設備100后，利用所述裝載器105將基片傳送到一個基座(通常是第一個第一基座)1041，使得所述基片設置于基座上，當任一個設置有基片的基座在對應的生長腔室中沉積完成后，該基座傳送到對應的基座臺，所述裝載器105將所述基片從該基座上取下傳遞至下一個基座，使得所述基片設置于其上。還可以包括機械傳輸單元106，所述機械傳輸單元106可以位于所述傳送腔室101的中央，從而自動控制諸如裝載器105、基座104等的運作狀態。對于所述LED外延片的緩沖層，可以在第一生長腔室1021中形成，則優選為增加所述第一生長腔室1021的數量(這也可以引申為在其他的生長腔室或設備中形成)，也可以是在所述N個第一生長腔室1021中的前n (n為大于等于I的自然數，且n SN)個第一生長腔室1021中生長所述緩沖層、在剩余N-n個第一生長腔室1021中生長所述N型半導體層。需要說明的是，通常n和N僅在取值為I時相同，其他情況下n < N，也就是說，若所述第一生長腔室1021僅為一個，則所述緩沖層和所述N型半導體層在同一生長腔室中形成，當N > 2時，則將所述緩沖層和所述N型半導體層分于不同的所述第一生長腔室1021中形成。所述化學氣相沉積設備100還包括裝載腔室，所述裝載腔室位于所述傳送腔室101的外側，并通過所述門閥107與所述傳送腔室101相接通。具體的，所述裝載腔室包括基座裝載腔室1031、基片裝載腔室1032及成品裝載腔室1033。所述基座裝載腔室1031用于承載基座，可以在其內完成對基座的調整、更換等工作；所述基片裝載腔室1032用于從外界接收基片，然后經裝載器105將基片設置在一個基座上，并傳送到生長腔室中，所述成品裝載腔室1033用于接收完成多層材料層生長后的基片，并經此腔室傳送出所述化學氣相沉積設備100。綜上所述，本發明提供的在襯底上沉積多層材料層的方法及化學氣相沉積設備中，將沉積的多層材料層分在多個生長腔室內進行，如此能夠使得每個生長腔室的反應條件容易控制，各層材料分別在不同的生長腔室中沉積因此，各層之間的沉積不會發生交叉污染，每Iv基座承載基片在該基座對應的生長腔室中沉積對應的材料層，避免了基座上沉積其它材料層物質對正在沉積的材料層造成污染，從而提高了產品質量，且多批基片依次連續在各個生長腔室中沉積不同的材料層，減少了每個生長腔室的等待時間，這就能夠極大的提聞生廣效率，提聞廣量。顯然，本領域的技 術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種適用于多層材料層沉積的化學氣相沉積設備，其特征在于，包括:傳送腔室、多個生長腔室及多個門閥，所述多個生長腔室分別位于所述傳送腔室的外側，并皆通過所述門閥與所述傳送腔室相接通；所述化學氣相沉積設備進一步包括多個基座，每個所述基座對應一個所述生長腔室，基片被依次直接設置在所述多個基座上,每個所述基座承載所述基片在所述基座對應的生長腔室中沉積一層材料，其中，至少兩個所述生長腔室用于生長所述多層材料層的不同層材料。
2.如權利要求1所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述多層材料層包括LED外延片的緩沖層、N型半導體層、量子阱發光層和P型半導體層。
3.如權利要求2所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述生長腔室包括第一生長腔室、第二生長腔室和第三生長腔室；所述第一生長腔室用于生長所述N型半導體層，所述第二生長腔室用于生長所述量子阱發光層，所述第三生長腔室用于生長所述P半導體層。
4.如權利要求3所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述生長腔室包括N個所述第一生長腔室、X個所述第二生長腔室和Y個所述第三生長腔室，其中所述N、X和Y均為大于等于I的自然數；在每個所述第一生長腔室生長所述N型半導體層厚度的1/N ;在每個所述第二生長腔室生長所述量子阱發光層厚度的1/X ;在每個所述第三生長腔室生長所述P型半導體層厚度的1/Y。
5.如權利要求4所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述第一生長腔室、所述第二生長腔室和所述第三生長腔室的數量之比使得基片在各個生長腔室中的生長時間之差小于等于10分鐘。
6.如權利要求4所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述第一生長腔室、所述第二生長腔室和所述第三生長腔室的數量之比等于沉積所述N型半導體層、所述量子阱發光層和所述P半導體層的時間之比。
7.如權利要求4所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述N型半導體層為N型氮化鎵層，所述量子阱發光層為鎵銦化氮和氮化鎵多量子阱層，所述P半導體層為P型氮化鎵層；所述第一生長腔室、所述第二生長腔室和所述第三生長腔室的數量之比為3:5:1。
8.如權利要求1所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述化學氣相沉積設備還包括多個基座臺，所述基座臺位于所述傳輸腔室內，每個所述基座臺對應一個所述生長腔室，每個所述基座在對應的生長腔室和對應的基座臺之間傳輸。
9.如權利要求8所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述化學氣相沉積設備還包括裝載器，所述裝載器在基座位于基座臺上時將所述基片在基座之間傳遞。
10.如權利要求1所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述化學氣相沉積設備還包括裝載腔室，所述裝載腔室位于所述傳送腔室外的另一側，并通過所述門閥與所述傳送腔室相接通。
11.如權利要求10所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述裝載腔室包括基座裝載腔室、基片裝載腔室及成品裝載腔室，所述基座裝載腔室用于承載所述基座，所述基片裝載腔室用于從外界接收基片，并經所述基座傳送到生長腔室中，所述成品裝載腔室用于接收完成所述多層材料層生長后的基片。
全文摘要
本發明公開了一種化學氣相沉積設備。采用了多個生長腔室，將沉積的多層材料層分在多個生長腔室內進行，至少兩個生長腔室用于生長多層材料層的不同層材料層，如此一方面使得不同的生長腔室能夠很容易滿足不同材料層生長的溫度、壓強等條件不同的需要，另一方面，各個生長腔室可以較佳的控制反應時間，從而使得生產過程中盡可能的避免某一或某些腔室處于等待狀態的問題，大大的提高了生產效率，同時，設置有多個基座，每一個基座承載基片在該基座對應的生長腔室中沉積對應的材料層，避免了基座上沉積其它材料層物質對正在沉積的材料層造成污染，從而提高了產品質量。
文檔編號C23C16/54GK103074598SQ20121059282
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者梁秉文 申請人:光達光電設備科技(嘉興)有限公司