專利名稱：化學(xué)氣相沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種襯底處理設(shè)備，更具體地，涉及一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般而言，發(fā)光二極管(LED)具有順序地層疊n型層、有源層和p型層的結(jié)構(gòu)。形成n型層、有源層和p型層的方法之一是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法是朝向被加熱的襯底噴射金屬有機(jī)化合物氣體并在所述被加熱的襯底表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而在所述襯底表面上形成所需薄膜的方法。對于傳統(tǒng)的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法，在一個反應(yīng)腔中執(zhí)行形成n型層、有源層和P型層的所有步驟。然而，此方法的問題在于沉積過程需要花費(fèi)太多的時間。
此問題的原因在于，由于在沉積各個層的步驟中所需溫度和所需氣氛不同，因此在溫度升高或降低到所需溫度期間或者在控制所需氣氛期間，各個步驟必須暫停和等待。此問題的另一個原因在于，在完成某一過程之后必須清理腔室內(nèi)部并且在清理步驟中整個制造過程被暫停。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題在襯底上形成薄膜的過程中，需要一種能夠提高過程效率并形成高質(zhì)量薄膜的襯底處理方法。本發(fā)明的技術(shù)目的不限于上述目的，并且從以下描述中，以上還未描述其它技術(shù)目的對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯然。技術(shù)方案用于達(dá)到以上目的的根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括多個反應(yīng)腔，被配置為通過閘門使襯底進(jìn)入所述反應(yīng)腔中并且對裝載到所述反應(yīng)腔中的襯底支撐件的上表面上的所述襯底進(jìn)行處理；緩沖腔，被配置為與所述多個反應(yīng)腔耦接并且當(dāng)所述襯底從所述多個反應(yīng)腔中的任意一個中被取出，然后被送入所述多個反應(yīng)腔中的另一個反應(yīng)腔時，使得所述襯底穿過所述緩沖腔；加熱器，設(shè)置在所述多個反應(yīng)腔或所述緩沖腔中；氣體供應(yīng)裝置，被配置為向所述多個反應(yīng)腔供應(yīng)處理氣體；第一方向傳輸單元，被配置為將上面裝載有所述襯底的板從所述反應(yīng)腔傳輸?shù)剿鼍彌_腔或從所述緩沖腔傳輸?shù)剿龇磻?yīng)腔；以及第二方向傳輸單元，被配置為將放置在所述多個反應(yīng)腔中的任意一個的閘門前面的所述板或所述襯底傳輸?shù)剿龆鄠€反應(yīng)腔中的另一個的閘門。此外，所述多個反應(yīng)腔可以布置為一排。此外，所述第一方向傳輸單元可以包括致動器單元，所述致動器單元位于所述緩沖腔之外并且被配置為將所述板從所述反應(yīng)腔傳輸?shù)剿鼍彌_腔或從所述緩沖腔傳輸?shù)剿龇磻?yīng)腔。此外，所述致動器單元可以包括與所述反應(yīng)腔的數(shù)量相等的多個致動器，并且所述板可以與每個所述致動器耦接。此外，所述第二方向傳輸單元可以包括位于所述緩沖腔之內(nèi)或之外的機(jī)器人臂，從而將裝載到多個所述板中的任意一個上的襯底傳輸?shù)蕉鄠€所述板中的另一個。此外，所述板可以包括輸送機(jī)單元，該輸送機(jī)單元與所述致動器可拆卸地耦接并且被配置為將位于所述多個反應(yīng)腔中的任意一個的閘門前面并且與所述致動器分離的所述板傳輸?shù)剿龆鄠€反應(yīng)腔中的另一個的閘門。此外，所述第二方向傳輸單元可以進(jìn)一步包括用于傳輸所述致動器單元的致動器傳輸單元，從而將位于所述多個反應(yīng)腔中的任意一個的閘門前面的所述板放置在所述多個反應(yīng)腔中的另一個的閘門之前。此外，所述第一方向傳輸單元可以包括位于所述緩沖腔中并且與所述板耦接的輥 單元，以便將所述板從所述反應(yīng)腔傳輸?shù)剿鼍彌_腔或從所述緩沖腔傳輸?shù)剿龇磻?yīng)腔。此外，所述第二方向傳輸單元可以包括機(jī)器人臂，該機(jī)器人臂位于所述緩沖腔之外并且被配置為抓住被裝載到位于所述多個反應(yīng)腔中任意一個的閘門前面的板上的所述襯底，并且將所述襯底傳輸?shù)轿挥谒龆鄠€反應(yīng)腔中的另一個的閘門前面的板。此外，所述第二方向傳輸單元可以進(jìn)一步包括位于所述緩沖腔之外的機(jī)器人臂傳輸軌，從而滑動和傳輸所述機(jī)器人臂。此外，所述第二方向傳輸單元可以進(jìn)一步包括位于所述緩沖腔之外的機(jī)器人臂傳輸軌，從而滑動和傳輸所述機(jī)器人臂。此外，可以將多個所述襯底裝載到基座上，并且可以將所述基座裝載到所述板上，從而傳輸多個所述襯底。此外，可以進(jìn)一步包括升降單元，所述升降單元位于所述反應(yīng)腔內(nèi)或所述緩沖腔內(nèi)并且被配置為抬升所述襯底，從而將所述襯底裝載到所述板上。此外，所述處理氣體可以包括III族元素和V族元素。此外，所述III族元素可以包括鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In)中的至少一種。有益效果由于使用多個反應(yīng)腔，因此可以提高過程效率。例如，如果制造氮化鎵(GaN)化合物半導(dǎo)體，則每個過程步驟的合適溫度可以不同。在以適當(dāng)?shù)臏囟阮A(yù)先控制每個反應(yīng)腔中的溫度之后，將襯底送入反應(yīng)腔，并且立即對襯底進(jìn)行處理。因此可以減少控制溫度所花費(fèi)的時間。此外，緩沖腔可以防止由溫度突變引起的薄膜品質(zhì)劣化。就是說，當(dāng)已在反應(yīng)腔中完成處理的襯底被取出到緩沖腔時，可以控制緩沖腔的溫度，從而使其與第一反應(yīng)腔中的溫度相近?；蛘?，如果以下一步驟的過程所需的溫度預(yù)先控制緩沖腔中的溫度，則可以減少在將進(jìn)行下一步驟的過程的反應(yīng)腔中控制襯底溫度所花費(fèi)的時間。此外，在完成任意過程之后清洗反應(yīng)腔內(nèi)部時，可以將襯底送入另一反應(yīng)腔并且對襯底執(zhí)行下一過程，而不需暫停。因此，可以減少過程時間。此外，由于可以同時分別在多個反應(yīng)腔中執(zhí)行不同過程，因此可以增加單位時間
的產(chǎn)量。本發(fā)明的技術(shù)效果不限于以上效果，并且從下面的描述中，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以理解以上未描述的其它技術(shù)效果。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第一實(shí)施例的示意性平面圖；圖2是圖I的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的A-A’剖面的示意性剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第二實(shí)施例的示意性平面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第三實(shí)施例的示意性平面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第四實(shí)施例的示意性平面圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第五實(shí)施例的示意性平面圖；圖7是圖示利用包括9個反應(yīng)腔的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的襯底處理方法的流程圖；圖8是圖示利用包括6個反應(yīng)腔的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的襯底處理方法的流程圖；圖9是圖示利用包括3個反應(yīng)腔的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的襯底處理方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于公開的實(shí)施例，而是可以以各種方式實(shí)現(xiàn)。提供本實(shí)施例以使本發(fā)明的公開內(nèi)容完整并且使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明的范圍。為了突出更清楚的描述，可以放大附圖中元件的形狀等。在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。圖I是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第一實(shí)施例的示意性平面圖。如圖I所示，根據(jù)第一實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括反應(yīng)腔1100、緩沖腔1200、傳輸裝置、氣體供應(yīng)單元1400、電源單元1500和控制單元1600。首先，詳細(xì)描述傳輸裝置。傳輸裝置可以包括襯底供應(yīng)/排出裝置1310、第一拾取裝置1320、致動器單元1330、機(jī)器人臂1340、第一板1350a、第二板1350b、第三板1350c和第二拾取裝置1370。更具體地，襯底供應(yīng)/排出裝置1310是將晶片形式的襯底W供應(yīng)到工作場(workshop)或者將襯底排出到工作場之外的工具，并且可以設(shè)置為輸送機(jī)、傳輸機(jī)器人、拾取機(jī)器人或線性致動器。第一拾取裝置1320是將襯底W裝載到基座S的上表面上的工具，并且可以是傳輸機(jī)器人或拾取機(jī)器人。作為另一實(shí)施例，可以利用第一拾取裝置1320將襯底直接裝載到板上，而不將襯底裝載到基座上。致動器單元1330包括第一致動器1331、第二致動器1332和第三致動器1333。第一致動器1331、第二致動器1332和第三致動器1333可以分別將第一板1350a、第二板1350b和第三板1350c從反應(yīng)腔1100傳輸?shù)骄彌_腔1200或從緩沖腔1200傳輸?shù)椒磻?yīng)腔1100。第一板1350a、第二板1350b和第三板1350c可以是每個上面都可以裝載有襯底或基座的板?？梢栽诘谝话?350a、第二板1350b和第三板1350c中的每個中設(shè)置凹部或孔，升降單元1380可以通過該凹部或孔上下移動，從而可以升高裝載到所述板的上表面上的襯底或基座。機(jī)器人臂1340可以抓住基座S，進(jìn)入緩沖腔1200，并將基座放置在第一板1350a的上表面上。此外，機(jī)器人臂1340可以將裝載到第一板1350a的上表面上的基座傳輸?shù)骄彌_腔1200中的第二板1350b，并且可以將裝載到第二板1350b的上表面上的基座傳輸?shù)降谌?350c。升降單元1380是用于升高和降低基座的構(gòu)件并且可以設(shè)置在緩沖腔中。機(jī)器人臂1340進(jìn)入緩沖腔，然后在升降單元1380上升的同時抬起基座S。此外，當(dāng)機(jī)器人臂1340 從緩沖腔出來時，升降單元1380下降并將基座S放置在板1350a、1350b和1350c上。當(dāng)打開緩沖腔閘閥1214時，機(jī)器人臂1340可以穿過緩沖腔閘門1213，然后進(jìn)入緩沖腔1200。此外，位于第一板1350a中的基座可以被傳輸?shù)降诙?350b或第三板1350c。傳輸裝置的結(jié)構(gòu)不限于以下描述的實(shí)施例并且可以以各種方式進(jìn)行改進(jìn)，從而使得傳輸裝置可以將襯底送入或送出多個反應(yīng)腔和緩沖腔。下面，詳細(xì)描述氣體供應(yīng)單元1400。氣體供應(yīng)單元1400包括氫氣供應(yīng)單元1410、氮?dú)夤?yīng)單元1420、氨氣(NH3)供應(yīng)單元1430、硅烷(SiH4)供應(yīng)單元1440、三甲基鎵(trimethylgallium, TMG)供應(yīng)單兀 1450、三甲基銦(tri-methyl-indium, TMI)供應(yīng)單兀1460、二茂續(xù)(bis-cyclopentadienyl-magnesium, Cp2Mg)供應(yīng)單兀 1470 等。氫氣供應(yīng)單元1410、氮?dú)夤?yīng)單元1420和氨氣供應(yīng)單元1430可以將氫氣(H2)、氮?dú)?N2)和氨氣(NH3)分別供應(yīng)到緩沖腔1200、第一反應(yīng)腔1100、第二反應(yīng)腔1120和第三反應(yīng)腔1130。作為另一實(shí)施例，包括用于供應(yīng)除氨氣之外的其它V族氣體的供應(yīng)單元的實(shí)施例是可行的。硅烷(SiH4)供應(yīng)單元1440可以將硅烷(SiH4)供應(yīng)到反應(yīng)腔1100。作為另一實(shí)施例，包括用于供應(yīng)除SiH4之外的其它n型摻雜氣體(例如包括Ge和Sn的氣體)的供應(yīng)單元的實(shí)施例是可行的。三甲基鎵供應(yīng)單元1450可以將三甲基鎵供應(yīng)到反應(yīng)腔1100。作為另一實(shí)施例，包括用于供應(yīng)除三甲基鎵之外的其它III族氣體的供應(yīng)單元的實(shí)施例是可行的。三甲基銦供應(yīng)單元1460可以將三甲基銦供應(yīng)到反應(yīng)腔1100。作為另一實(shí)施例，包括用于供應(yīng)除三甲基銦之外的其它III族氣體的供應(yīng)單元的實(shí)施例是可行的。作為另一實(shí)施例，如果包括形成AlGaN層的過程，則可以進(jìn)一步設(shè)置用于供應(yīng)作為III族氣體的三甲基招(tri-methyl-aluminum, TMA)的供應(yīng)單兀。Cp2Mg供應(yīng)單元1470可以將二茂鎂(Cp2Mg)供應(yīng)到反應(yīng)腔1100。作為另一實(shí)施例，包括用于供應(yīng)除Cp2Mg氣體(含有鎂(Mg))之外的其它p型摻雜氣體(例如包括Zn、Ca和Be的氣體)作為P型摻雜氣體的供應(yīng)單元的實(shí)施例是可行的。電源單元1500可以向反應(yīng)腔1100或緩沖腔1200提供電能。電源單元1500包括第一電源單元1510、第二電源單元1520和第三電源單元1530?？刂茊卧?600可以控制反應(yīng)腔1100、緩沖腔1200、傳輸裝置、氣體供應(yīng)單元1400和電源單元1500。下面，詳細(xì)描述反應(yīng)腔1100。反應(yīng)腔1100包括布置為一排的第一反應(yīng)腔1110、第二反應(yīng)腔1120和第三反應(yīng)腔1130。反應(yīng)腔的數(shù)量不必限于3，而是可以為2至9或更大。將基座S通過第一反應(yīng)腔閘門1115送入第一反應(yīng)腔1110中。上表面裝載有基座的旋轉(zhuǎn)單元(圖2的1112)被安裝在第一反應(yīng)腔1110中。作為另一實(shí)施例，上表面裝載有基座但是不旋轉(zhuǎn)的基座支撐件可以被安裝在第一反應(yīng)腔1110中。可以在第一反應(yīng)腔1110中執(zhí)行對襯底進(jìn)行熱處理的過程。通過氣體供應(yīng)單元1400可以在第一反應(yīng)腔1110中形成氫氣氣氛或諸如氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w氣氛。通過利用加熱器(未示出)將第一反應(yīng)腔1110中的溫度控制在約1000至1200°C，可以去除諸如襯底上的氧化膜的異物層。此外，可以在第一反應(yīng)腔1110中執(zhí)行生長GaN緩沖層的過程。通過氣體供應(yīng)單 元1400可以在第一反應(yīng)腔1110中形成氫氣氣氛，并且氣體供應(yīng)單元1400可以將三甲基鎵(TMG)和氨氣氣體輸入第一反應(yīng)腔1110。此外,通過加熱器可以將襯底或基座加熱到約450°C至700°C，更具體地，約500°C至600°C。通過此過程經(jīng)歷熱處理的襯底的上表面上可以生長GaN緩沖層。作為另一實(shí)施例，緩沖層可以是包括鋁(Al)元素和氮(N)元素的AlN層。作為另一實(shí)施例，如果有源層包括InAlGaN,則緩沖層可以包括AlGaN層。此外，在生長GaN緩沖層之后可以在第一反應(yīng)腔1110中執(zhí)行生長未摻雜的GaN層的過程。作為另一實(shí)施例，可以在第一反應(yīng)腔1110中執(zhí)行生長未摻雜的InGaN層或未摻雜的AlGaN層的過程。加熱第一反應(yīng)腔1110的內(nèi)部，從而使得襯底的溫度變?yōu)榧s1000°C至1200°C，更具體地，約1030°C至1080°C，以便可以生長未摻雜的GaN層。在藍(lán)寶石襯底上生長緩沖層和未摻雜的GaN層的過程可以提高GaN薄膜的電效率和外延生長效率。此外，可以在第一反應(yīng)腔1110中執(zhí)行在未摻雜的GaN層的上表面上生長n型GaN層(摻雜Si或Ge)的過程。通過氣體供應(yīng)單元1400可以在第一反應(yīng)腔1110中形成氫氣氣氛，并且氣體供應(yīng)單元1400可以將三甲基鎵(TMG)和氨氣輸入到第一反應(yīng)腔1110。此外，通過額外輸入硅烷(SiH4)或鍺烷(GeH4)可以摻雜Si或Ge。此外，通過加熱器可以將襯底或基座加熱到約1000至1200°C。通過此過程可以在GaN層的上表面上生長n型GaN層。作為另一實(shí)施例，n型GaN層可以具有n-GaN/n-AlGaN/n-InGaN的層疊結(jié)構(gòu)。此夕卜，作為另一實(shí)施例，n型層可以具有諸如n-GaN/n-AlGaN、n-GaN/n-AlGaN/n-GaN或n-GaN/n-InGaN/n-AlGaN/n-GaN的層疊結(jié)構(gòu)。利用不同反應(yīng)腔中的氣相沉積過程可以在襯底中形成n型層。此外，作為另一實(shí)施例，如果有源層包括InAlGaN,則n型層可以包括n_AlGaN層?？梢栽诘诙磻?yīng)腔1120中執(zhí)行生長有源層的過程。通過氣體供應(yīng)單元1400可以在反應(yīng)腔中形成氮?dú)?N2)氣氛，并且氣體供應(yīng)單元1400可以將三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)和氨氣輸入到反應(yīng)腔1200。此外，通過加熱器可以將襯底或基座的溫度控制在約700°C至900°C。有源層可以是單量子阱(Single Quantum Well，SQW)層或具有多個量子阱的多量子阱(Multi-Quantum Well，MQW)層。就是說，通過多次交替地層疊銦(In)和鎵(Ga)含量不同的阻擋層和量子阱層，可以形成MQW層。通過此過程，可以在n型GaN層的上表面上生長有源層。有源層可以具有諸如InGaN QW、InGaN/GaN QW、InGaN/AlGaN QW、InGaN/InGaN QW、GaN/AlGaN QW 或 InAlGaN/InAlGaN QW 的結(jié)構(gòu)?？梢栽诘谌磻?yīng)腔1130中執(zhí)行生長p型GaN層(摻雜Mg)的過程。通過氣體供應(yīng)單元1400可以在第三反應(yīng)腔1130中形成氫氣氣氛，并且氣體供應(yīng)單元1400可以將三甲基鎵(TMG)、二茂鎂(Cp2Mg)和氨氣輸入到第三反應(yīng)腔1130。此外，通過加熱器(未示出)可以將襯底或基座的溫度控制在約900°C至1200°C。通過此過程，可以在有源層的上表面上生長 p 型 GaN 層。p 型 GaN 層可以具有諸如 p_AlGaN/p_GaN、p-AlGaN/p-GaN/p-AlGaN/p-GaN或p-GaN/p-AlGaN/p-GaN的層疊結(jié)構(gòu)。如果增加生長AlGaN層的過程，則氣體供應(yīng)單元可以供應(yīng)形成AlGaN層所需的氫氣、III族氣體(三甲基鋁(TMA))和V族氣體。根據(jù)另一實(shí)施例，可以在第三反應(yīng)腔1130中執(zhí)行退火過程。例如，當(dāng)反應(yīng)腔中的溫度保持在600至900°C時，可以在前面過程中形成的薄膜上執(zhí)行退火。作為另一實(shí)施例，可以在退火過程之后執(zhí)行冷卻過程，或者可以僅執(zhí)行冷卻過程而不執(zhí)行退火過程。作為另一實(shí)施例，可以在第三反應(yīng)腔中執(zhí)行低能電子束輻射處理過程而不是退火過程。作為另一實(shí)施例，也可以在緩沖腔1200中執(zhí)行退火過程。
接著，詳細(xì)描述緩沖腔1200。緩沖腔1200耦接到多個反應(yīng)腔1100，并且用作當(dāng)基座在從任一反應(yīng)腔中被取出之后送入其它反應(yīng)腔時穿過的通道。在從第一反應(yīng)腔1110取出基座之前，可以預(yù)先控制緩沖腔1200的溫度，從而使緩沖腔1200的溫度與第一反應(yīng)腔1110和第二反應(yīng)腔1120的溫度相近。就是說，在第一反應(yīng)腔1110中執(zhí)行熱處理過程之前，可以將緩沖腔1200內(nèi)的溫度預(yù)先控制在約500至1200°C，更具體地，約600至900°C。因此，可以減少以熱處理過程所需的溫度加熱襯底所花費(fèi)的時間?？梢酝ㄟ^氫氣供應(yīng)單元1410和氮?dú)夤?yīng)單元1420在氫氣氣氛或氮?dú)鈿夥障骂A(yù)先控制緩沖腔1200的內(nèi)部。圖2示出圖I的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的A-A’剖面的示意性剖視圖。如圖I和2所示，當(dāng)打開緩沖腔閘閥1214時，第一致動器1331穿過緩沖腔閘門1213，因此第一板1350a被送入緩沖腔1200。此外，機(jī)器人臂1340將基座S裝載到緩沖腔中的第一板1350a中。如果在任一反應(yīng)腔中在約1200°C執(zhí)行形成n型GaN層的過程，則可以將緩沖腔1200的溫度預(yù)先控制在約500至1200°C，從而在從反應(yīng)腔1100中取出襯底時降低對襯底的熱沖擊。此外，可以將緩沖腔1200中的氣體氣氛控制在氫氣氣氛下。在第一反應(yīng)腔中的過程完成后，設(shè)置在旋轉(zhuǎn)單元1112中的升降單元1119升高并抬升裝載到旋轉(zhuǎn)單元1112的上表面上的基座。此外，第一板1350a被送入第一反應(yīng)腔1110，然后被放置在旋轉(zhuǎn)單元1112和基座S之間。此外，當(dāng)升降單元1119下降時，基座S被裝載到第一板1350a上，并且第一板被輸出到緩沖腔1200。當(dāng)設(shè)置在第一反應(yīng)腔取出通道IllOa中的第一反應(yīng)腔閘閥1116打開時，第一板1350a可以穿過第一反應(yīng)腔閘門1115，然后從第一反應(yīng)腔1110被傳輸?shù)骄彌_腔1200。在支撐件1351的上表面上的升降單元1380可以升高，從而使得機(jī)器人臂1340可以抓住傳輸?shù)骄彌_腔1200的基座S (見圖I)。當(dāng)升降單元1380在板的凹部之間升高并且抬升基座S時，機(jī)器人臂1340抓住基座S。此外，基座被裝載到位于第二反應(yīng)腔閘門1125前面的第二板1350b上。在緩沖腔1200中安裝用于將緩沖腔中溫度控制在約600至900°C的加熱器1203。加熱器1203可以是燈加熱器或RF加熱器。
用于朝向基座噴射處理氣體的噴淋頭1111設(shè)置在第一反應(yīng)腔1110中。用于加熱基座的加熱器(未示出)可以安裝在旋轉(zhuǎn)單元1112中。電機(jī)1114可以轉(zhuǎn)動基座S和旋轉(zhuǎn)單元1112?；鵖可以與在樞軸1113頂部的旋轉(zhuǎn)單元1112分離或結(jié)合。圖3是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第二實(shí)施例的示意性平面圖。省略與圖I的第一實(shí)施例重復(fù)的描述。第二實(shí)施例包括3個反應(yīng)腔并且傳輸基座的方法與第一實(shí)施例不同。如圖3所示，致動器單元2330包括致動器2331、致動器傳輸電機(jī)2332和制動器傳輸軌2333。致動器2331可滑動地耦接到致動器傳輸軌2333。致動器傳輸電機(jī)2332使得致動器2331能沿致動器傳輸軌2333滑動。在通過致動器2331將基座S從第一反應(yīng)腔2110取出到緩沖腔2200之后，致動器傳輸電機(jī)2332移動致動器2331，從而將基座S放置在第二緩沖腔前面。當(dāng)移動致動器2331 時，傳輸基座S并將基座S放置在緩沖腔2200中。因此，僅利用一個致動器就可以將襯底送入反應(yīng)腔2100或緩沖腔2200。圖4是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第三實(shí)施例的示意性平面圖。省略與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例重復(fù)的描述。第三實(shí)施例包括4個反應(yīng)腔并且傳輸基座的方法與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例不同。如圖4所不,傳輸裝置可以包括第一機(jī)器人臂3706、第一機(jī)器人臂傳輸軌3705、第二機(jī)器人臂3708、第二機(jī)器人臂傳輸軌3707、第一板3702a、第二板3702b、第三板3702c、第四板3702d和輥單元3701。第二機(jī)器人臂3708可以從襯底供應(yīng)單元3801接收未處理的襯底W，拾取襯底，然后將襯底裝載到基座上。第二機(jī)器人臂3708以可滑動地移動的方式耦接到第二機(jī)器人臂傳輸軌3707。第二機(jī)器人臂3708可以接近位于基座取出單元3803中的基座，拾取經(jīng)處理的襯底，并將經(jīng)處理的襯底傳輸?shù)揭r底取出單元3804。第一機(jī)器人臂3706拾取基座(襯底從基座供應(yīng)單元3802裝載到該基座上)，將基座送入緩沖腔3200，并且將基座裝載到第一板3702a上。當(dāng)將經(jīng)處理的基座從第四反應(yīng)腔3140取出到緩沖腔時，第一機(jī)器人臂3706拾取被裝載到第四板3702d上的基座，將基座取出到外部，并且將基座傳輸?shù)交〕鰡卧?803。輥單元3701設(shè)置在緩沖腔3200中并且可以在其設(shè)置位置處轉(zhuǎn)動，從而第一板3702a可以朝向第一反應(yīng)腔滾動和傳輸。輥單元3701包括一個可轉(zhuǎn)動輥或多個可轉(zhuǎn)動輥。輥和板可以通過其中的齒輪結(jié)合并且被配置為傳輸所述板。圖5是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第四實(shí)施例的示意性平面圖。省略與第一至第三實(shí)施例重復(fù)的描述。第四實(shí)施例包括4個反應(yīng)腔并且傳輸基座的方法與第一至第三實(shí)施例不同。如圖5所示，傳輸裝置可以包括襯底供應(yīng)/排出裝置4310、第一拾取裝置4320、第一致動器4331、第二致動器4332、第三致動器4333、第四致動器4334、第一板4350a、第二板4350b、第三板4350c、第四板4350d、第一機(jī)器人臂4340、第二機(jī)器人臂4360a、第三機(jī)器人臂4360b、第四機(jī)器人臂4360c和第二拾取裝置4370。 第二機(jī)器人臂4360a可以將裝載在第一板4350a的上表面上的基座從緩沖腔4200內(nèi)傳輸?shù)降诙?350b的上表面。用于升高或降低襯底或基座的升降單元4380被安裝在每個板下。因此，當(dāng)升降單元4380升起裝載在第一板4350a的上表面上的基座時，第二機(jī)器人臂4360a可以進(jìn)入基座和第一板4350a之間。接著，當(dāng)升降單元4380降低基座時，基座被放置在第二機(jī)器人臂4360a的上表面上。第三機(jī)器人臂4360b可以將裝載在第二板4350b的上表面上的基座從緩沖腔4200內(nèi)傳輸?shù)降谌?350c。優(yōu)選地，第二器人臂4360b至第四機(jī)器人臂4360d可以由耐熱材料制成，從而即使在約1000°C的溫度也可以穩(wěn)定地操作它們。緩沖腔4200裝配有第一緩沖腔閘門4213、第一緩沖腔閘閥4214、第二緩沖腔閘門4223和第二緩沖腔閘閥4224。圖6是根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行襯底處理方法的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的第五實(shí)施例的示意性平面圖。第五實(shí)施例包括6個反應(yīng)腔并且傳輸基座的方法與第一至第四實(shí)施例不同。如圖6所示，傳輸裝置包括襯底供應(yīng)/排出裝置5310、第一拾取裝置5320、致動器5330、多個板5340和第二拾取裝置5360。致動器5330包括第一至第六致動器5331、5332、 5333、5334、5335、和 5336。板5340可以附接到致動器5330或從致動器5330拆下。當(dāng)板5340被裝載到板傳輸單元5350上，然后與致動器5330分離時，板傳輸單元5350沿水平方向朝向另一反應(yīng)腔傳輸板5340和基座S。板傳輸單元5350可以是傳送帶或類似傳送帶的裝置。耦接裝置(未示出)可以設(shè)置在致動器5330的桿的末端，從而使得板5340和致動器5330互相結(jié)合或分離。因此，當(dāng)在任一反應(yīng)腔中的過程完成之后取出板時，將控制信號傳送到耦接裝置，因此板5340和致動器5330彼此分離。下面描述根據(jù)本發(fā)明的襯底處理方法。圖7是圖示利用包括9個反應(yīng)腔的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的襯底處理方法的流程圖。通過本方法形成的薄膜由緩沖層/未摻雜的GaN層/n型GaN層/n型AlGaN層/有源層/P型AlGaN層/p型GaN層形成。除了圖7所示的方法，可以改進(jìn)和補(bǔ)充可以在每個反應(yīng)腔中執(zhí)行的過程種類，并且可以在任一反應(yīng)腔中執(zhí)行多個過程。如圖7所示，首先，執(zhí)行將襯底送入第一反應(yīng)腔的步驟SlOl。接著，執(zhí)行在第一反應(yīng)腔中對襯底進(jìn)行熱處理的步驟S102。氫氣或氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w可以被供應(yīng)到第一反應(yīng)腔內(nèi)，并且可以通過加熱(例如約1200°C)襯底或基座去除諸如襯底上的氧化膜的異物層。接著，執(zhí)行將襯底從第一反應(yīng)腔取出到緩沖腔，然后將襯底送入第二反應(yīng)腔的步驟S103。在緩沖腔中，在預(yù)定溫度預(yù)先加熱襯底，從而不在襯底中產(chǎn)生溫度突變。接著，執(zhí)行在第二反應(yīng)腔中在襯底上形成緩沖層的步驟S104。就是說，將氫氣、三甲基鎵(TMG)和氨氣輸入到第二反應(yīng)腔內(nèi)，并且在預(yù)定溫度(例如約600°C)加熱襯底或基座。通過此過程，可以在已經(jīng)進(jìn)行熱處理的襯底的上表面上生長GaN緩沖層。接著，執(zhí)行將襯底從第二反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第三反應(yīng)腔的步驟S105。接著，執(zhí)行在第三反應(yīng)腔中在襯底中形成未摻雜的GaN層的步驟S106。朝向第三反應(yīng)腔內(nèi)噴射氫氣(H2)、三甲基鎵(TMG)和氨氣(NH3),并且加熱襯底或基座到約例如1200°C。通過此過程，可以在GaN緩沖層的上表面上生長未摻雜的GaN層。
接著，執(zhí)行將襯底從第三反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第四反應(yīng)腔的步驟S107。接著，執(zhí)行在第四反應(yīng)腔中在襯底中形成n型GaN層的步驟S108。就是說，朝向第四反應(yīng)腔內(nèi)噴射氫氣(H2)、三甲基鎵(TMG)、氨氣(NH3)和SiH4,并且加熱襯底或基座到約例如1200°C。通過此過程，在未摻雜的GaN層的上表面上生長n型GaN層(摻雜Si)。接著，執(zhí)行將襯底從第四反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第五反應(yīng)腔中的步驟S109。在緩沖腔中，在預(yù)定溫度加熱襯底，從而不在襯底中產(chǎn)生溫度突變。加熱溫度可以設(shè)置為約500至1200°C并且可以根據(jù)環(huán)境設(shè)置為約700°C。接著，執(zhí)行在第五反應(yīng)腔中在襯底中形成n型AlGaN層的步驟S110。通過將SiH 4、三甲基鋁、三甲基鎵、氨氣和氫氣供應(yīng)到第五反應(yīng)腔內(nèi)可以形成摻雜Si的AlGaN層。接著，執(zhí)行將襯底從第五反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第六反應(yīng)腔的步驟
Slllo接著，執(zhí)行在第六反應(yīng)腔中在襯底中形成有源層的步驟S112。就是說，朝向第六反應(yīng)腔內(nèi)噴射氮?dú)?N2)、三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)和氨氣(NH3)，并且將襯底或基座的溫度可變地控制在約700至900°C。接著，執(zhí)行將襯底從第六反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第七反應(yīng)腔的步驟S113。接著，執(zhí)行在第七反應(yīng)腔中在襯底中形成P型AlGaN層的步驟S114。就是說，通過供應(yīng)Cp2Mg、三甲基鋁、三甲基鎵、氨氣和氫氣可以形成摻雜Mg的AlGaN層。接著，執(zhí)行將襯底從第七反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第八反應(yīng)腔的步驟S115。接著，執(zhí)行在第八反應(yīng)腔中在襯底中形成p型GaN層的步驟S116。朝向第八反應(yīng)腔內(nèi)噴射Cp2Mg、三甲基鎵、氨氣和氫氣，并且將襯底或基座的溫度可變地控制在約1200°C。通過此過程，可以在有源層的上表面上形成摻雜Mg的GaN層。如果使用Cp2Mg作為p型摻雜氣體，則鎂成分會附著到反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)并且鎂成分會對其它過程有不利影響。因此，需要進(jìn)行清洗工作。當(dāng)清洗第八反應(yīng)腔時，可以在其余的反應(yīng)腔中執(zhí)行各個過程，而不會使各個過程中斷。接著，執(zhí)行將襯底從第八反應(yīng)腔中取出到緩沖腔并且將襯底送入第九反應(yīng)腔的步驟 S117。接著，執(zhí)行在第九反應(yīng)腔中進(jìn)行退火的步驟S118。就是說，當(dāng)保持氮?dú)鈿夥諣顟B(tài)時，控制腔內(nèi)溫度約為600至900°C。作為另一實(shí)施例，可以在退火之后在第九反應(yīng)腔中執(zhí)行冷卻過程，并且可以在第九反應(yīng)腔中執(zhí)行冷卻過程而不執(zhí)行退火。此外，可以在緩沖腔中執(zhí)行冷卻過程。冷卻過程可以是自然冷卻襯底的過程，例如約100至300°C。接著，將基座取出到外部，并且拾取裝置拾取在基座頂部的襯底并將襯底傳輸?shù)揭r底供應(yīng)/排出裝置。圖8是圖示利用包括6個反應(yīng)腔的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的襯底處理方法的流程圖。盡管參照圖7描述了使用9個反應(yīng)腔的例子，但是下面描述使用6個反應(yīng)腔的例子。通過本方法形成的薄膜由緩沖層/n型GaN層/有源層/p型GaN層形成。首先，執(zhí)行將襯底送入第一反應(yīng)腔的步驟S201，在第一反應(yīng)腔中對襯底進(jìn)行熱處理的步驟S202，以及將襯底從第一反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第二反應(yīng)腔的步驟S203。接著，執(zhí)行在第二反應(yīng)腔中形成緩沖層的步驟S204，以及將襯底從第二反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第三反應(yīng)腔的步驟S205。接著，執(zhí)行在第三反應(yīng)腔中形成n型GaN層的步驟S206，以及將襯底從第三反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第四反應(yīng)腔的步驟S207。接著，執(zhí)行在第四反應(yīng)腔中在襯底中形成有源層的步驟S208，以及將襯底從第四反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第五反應(yīng)腔中的步驟S209。接著，執(zhí)行在第五反應(yīng)腔中生長p型GaN層的步驟S210，以及將襯底從第五反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第六反應(yīng)腔的步驟S211。如果使用Cp2Mg作為p型摻雜氣體，則鎂成分會附著到反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)并且鎂成分會對其它過程有不利影響。因此，需要進(jìn)行清洗工作。當(dāng)清洗第五反應(yīng)腔時，可以在其余的反應(yīng)腔中執(zhí)行各個過程，而不會使各個過程中 斷。接著，執(zhí)行在第六反應(yīng)腔中對襯底進(jìn)行退火的步驟S212或冷卻步驟。同時，如果形成更復(fù)雜的層疊結(jié)構(gòu)，諸如由緩沖層/未摻雜的GaN層/n型GaN層/n型AlGaN層/有源層/p型AlGaN層/p型GaN層形成的層疊結(jié)構(gòu)，則可以使用包括至少6個反應(yīng)腔的化學(xué)氣相設(shè)備。就是說，可以在第二反應(yīng)腔中執(zhí)行形成緩沖層的步驟和形成未摻雜的GaN層的步驟。此外，可以在第三反應(yīng)腔中執(zhí)行形成n型GaN層的步驟和形成n型AlGaN層的步驟。此外，可以在第五反應(yīng)腔中執(zhí)行形成p型AlGaN層的步驟和形成p型GaN層的步驟。圖9圖示利用包括3個反應(yīng)腔的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的襯底處理方法的流程圖。盡管已經(jīng)參照圖8描述了使用6個反應(yīng)腔的例子，但是以下描述使用3個反應(yīng)腔的例子。通過本方法形成的薄膜由緩沖層/n型GaN層//有源層/p型GaN層形成。首先，執(zhí)行將襯底送入第一反應(yīng)腔的步驟S301，以及在第一反應(yīng)腔中對襯底進(jìn)行熱處理的步驟S302。接著，執(zhí)行將襯底從第一反應(yīng)腔取出到緩沖腔，然后將襯底送入第二反應(yīng)腔的步驟S303。接著，執(zhí)行在第二反應(yīng)腔中在襯底上形成緩沖層的步驟S304，形成n型GaN層的步驟S305，以及形成有源層的步驟S306。此外，執(zhí)行將襯底從第二反應(yīng)腔取出到緩沖腔并且將襯底送入第三反應(yīng)腔的步驟S307。接著，執(zhí)行在第三反應(yīng)腔中生長p型GaN層的步驟S308和進(jìn)行退火的步驟S309。作為另一實(shí)施例，可以在不同的反應(yīng)腔中執(zhí)行對襯底進(jìn)行熱處理的步驟和形成緩沖層的步驟。通過此過程分開，可以減少將反應(yīng)腔中的溫度控制在需要的處理溫度所花費(fèi)的時間，并且可以解決在上一過程中使用的氣體影響下一過程的問題。以上描述和在附圖中示出的本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明的技術(shù)精神。本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求限定，并且本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明的技術(shù)精神進(jìn)行各種形式的改進(jìn)和修改。因此，這些改進(jìn)和修改將落在本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要它們對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備,包括 多個反應(yīng)腔，被配置為通過閘門使襯底進(jìn)入所述反應(yīng)腔中并且對裝載到所述反應(yīng)腔中的襯底支撐件的上表面上的所述襯底進(jìn)行處理； 緩沖腔，被配置為與所述多個反應(yīng)腔耦接并且當(dāng)所述襯底從所述多個反應(yīng)腔中的任意一個中被取出，然后被送入所述多個反應(yīng)腔中的另一個反應(yīng)腔時，使得所述襯底穿過所述緩沖腔； 加熱器，設(shè)置在所述多個反應(yīng)腔或所述緩沖腔中； 氣體供應(yīng)裝置，被配置為向所述多個反應(yīng)腔供應(yīng)處理氣體； 第一方向傳輸單元，被配置為將上面裝載有所述襯底的板從所述反應(yīng)腔傳輸?shù)剿鼍彌_腔或從所述緩沖腔傳輸?shù)剿龇磻?yīng)腔；以及 第二方向傳輸單元，被配置為將放置在所述多個反應(yīng)腔中的任意一個的閘門前面的所述板或所述襯底傳輸?shù)剿龆鄠€反應(yīng)腔中的另一個的閘門。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述多個反應(yīng)腔布置為一排。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述第一方向傳輸單元包括致動器單元，所述致動器單元位于所述緩沖腔之外并且被配置為將所述板從所述反應(yīng)腔傳輸?shù)剿鼍彌_腔或從所述緩沖腔傳輸?shù)剿龇磻?yīng)腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中 所述致動器單元包括與所述反應(yīng)腔的數(shù)量相等的多個致動器，并且 所述板與每個所述致動器耦接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述第二方向傳輸單元包括位于所述緩沖腔之內(nèi)或之外的機(jī)器人臂，從而將裝載到多個所述板中的任意一個上的襯底傳輸?shù)蕉鄠€所述板中的另一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備， 其中，所述板與所述致動器可拆卸地耦接，并且 進(jìn)一步包括輸送機(jī)單元，該輸送機(jī)單元被配置為將位于所述多個反應(yīng)腔中的任意一個的閘門前面并且與所述致動器分離的所述板傳輸?shù)剿龆鄠€反應(yīng)腔中的另一個的閘門。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述第二方向傳輸單元進(jìn)一步包括用于傳輸所述致動器單元的致動器傳輸單元，從而將位于所述多個反應(yīng)腔中的任意一個的閘門前面的所述板放置在所述多個反應(yīng)腔中的另一個的閘門前面。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述第一方向傳輸單元包括位于所述緩沖腔中并且與所述板耦接的輥單元，以便將所述板從所述反應(yīng)腔傳輸?shù)剿鼍彌_腔或從所述緩沖腔傳輸?shù)剿龇磻?yīng)腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述第二方向傳輸單元包括機(jī)器人臂，該機(jī)器人臂位于所述緩沖腔之外并且被配置為抓住被裝載到位于所述多個反應(yīng)腔中任意一個的閘門前面的板上的所述襯底，并且將所述襯底傳輸?shù)轿挥谒龆鄠€反應(yīng)腔中的另一個的閘門之前的板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述第二方向傳輸單元進(jìn)一步包括位于所述緩沖腔之外的機(jī)器人臂傳輸軌，從而滑動和傳輸所述機(jī)器人臂。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述第二方向傳輸單元進(jìn)一步包括位于所述緩沖腔之外的機(jī)器人臂傳輸軌，從而滑動和傳輸所述機(jī)器人臂。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，將多個所述襯底裝載到基座上，并且將所述基座裝載到所述板上，從而傳輸多個所述襯底。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，進(jìn)一步包括升降單元，所述升降單元位于所述反應(yīng)腔內(nèi)或所述緩沖腔內(nèi)并且被配置為抬升所述襯底，從而將所述襯底裝載到所述板上。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述處理氣體包括III族元素和V族元素。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，所述III族元素包括鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In)中的至少一種。
全文摘要
在襯底上形成薄膜的過程中，需要一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備來提高過程效率并形成高品質(zhì)的薄膜。為此，根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括多個反應(yīng)腔，襯底通過閘門進(jìn)入所述反應(yīng)腔中并且對層疊在所述反應(yīng)腔中的襯底支撐件的上表面上的所述襯底進(jìn)行處理；緩沖腔，連接所述多個反應(yīng)腔，從所述多個反應(yīng)腔中的一個中取出襯底，并且使得所述襯底穿過所述緩沖器，以進(jìn)入所述多個反應(yīng)腔中的另一個反應(yīng)腔；加熱器，位于所述多個反應(yīng)腔或所述緩沖腔中；氣體供應(yīng)裝置，用于向所述多個反應(yīng)腔供應(yīng)處理氣體；第一方向傳輸單元，用于將上面層疊有所述襯底的板從所述反應(yīng)腔傳輸?shù)剿鼍彌_腔或從所述緩沖腔傳輸?shù)剿龇磻?yīng)腔；以及第二方向傳輸單元，用于將位于所述多個反應(yīng)腔中的某一閘門前面的所述板或所述襯底傳輸?shù)剿龆鄠€反應(yīng)腔的另一個閘門前面的另一位置。
文檔編號H01L21/205GK102804340SQ201080063854
公開日2012年11月28日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者洪性在, 韓錫萬, 陳周, 鄭鎮(zhèn)烈 申請人:麗佳達(dá)普株式會社