專利名稱：化學(xué)氣相沉積設(shè)備及使用其形成半導(dǎo)體外延薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備及使用該化學(xué)氣相沉積設(shè)備形成半導(dǎo)體外延薄膜的方法，更具體地說，涉及一種可以使用金屬有機(jī)化合物在基底的兩個表面上生長薄膜的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，以及使用該化學(xué)氣相沉積設(shè)備形成半導(dǎo)體外延薄膜的方法。
背景技術(shù)：
對基于氮化物(GaAlInN)的發(fā)光裝置(LED)的需求迅猛地增加?；诘锏?LED被用于便攜式電話按鍵、液晶顯示(LCD)窗、TV背光單元(BLU)和照明設(shè)備中。為了滿足這種趨勢，已進(jìn)行了采用大直徑藍(lán)寶石晶片的研究。換言之，用于將應(yīng)用到LED的氮化物或半導(dǎo)體氧化物(例如，GaN, ZnO等)生長為外延薄膜的藍(lán)寶石晶片的直徑從4英寸增加到6英寸。當(dāng)前的化學(xué)氣相沉積工藝可以一次制造大約10片4英寸的藍(lán)寶石晶片，但其存在下面的缺點因支撐藍(lán)寶石晶片的承載器(susc印tor)的結(jié)構(gòu)而使批量生產(chǎn)受到限制。此外，因諸如晶片彎曲效應(yīng)(bowing effect)或裂紋的性能的劣化而使大直徑晶片存在應(yīng)用上的限制。由于高熱應(yīng)力和固有應(yīng)力(inherent stress)而會發(fā)生晶片彎曲效應(yīng)或裂紋，氮化物半導(dǎo)體和用作生長基底的藍(lán)寶石晶片之間的熱膨脹系數(shù)的巨大差異導(dǎo)致高熱應(yīng)力，在薄膜生長過程中晶格常數(shù)的差異導(dǎo)致固有應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備和一種利用該化學(xué)氣相沉積設(shè)備形成半導(dǎo)體外延薄膜的方法，所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備能夠一次生長數(shù)百片晶片，從而實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的一方面還提供一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備和一種利用該化學(xué)氣相沉積設(shè)備形成半導(dǎo)體外延薄膜的方法，所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備能夠抑制由于熱應(yīng)力的不同而導(dǎo)致的晶片彎曲效應(yīng)，并防止由于在晶片的單個表面上生長薄膜而使晶片損壞，從而能夠使用大直徑晶片。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括 反應(yīng)室，包括具有預(yù)定體積的內(nèi)部空間的內(nèi)管和緊密密封內(nèi)管的外管；晶片夾持件，設(shè)置在內(nèi)管中，多個晶片以預(yù)定間隔堆疊在晶片夾持件上；供氣單元，包括將外部反應(yīng)氣體供應(yīng)到反應(yīng)室的至少一條氣體管線以及與氣體管線連通以將反應(yīng)氣體噴射至晶片的多個噴嘴，從而在晶片的表面上生長半導(dǎo)體外延薄膜，其中，生長在晶片的表面上的半導(dǎo)體外延薄膜包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中順序地形成有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
供氣單元可沿晶片堆疊方向豎直地延伸，所述多個噴嘴可布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔，使得噴嘴面對堆疊的晶片的側(cè)部。供氣單元可沿晶片堆疊方向豎直地延伸，所述多個噴嘴可布置在堆疊的晶片之間。供氣單元還可包括圍繞氣體管線設(shè)置的冷卻管線，以使冷卻劑流過冷卻管線以冷卻反應(yīng)氣體。供氣單元可包括供應(yīng)第一反應(yīng)氣體的第一氣體管線和供應(yīng)第二反應(yīng)氣體的第二氣體管線，第一氣體管線和第二氣體管線設(shè)置在冷卻管線內(nèi)?？稍O(shè)置一個或多個供氣單元以供應(yīng)相同的反應(yīng)氣體或單獨地供應(yīng)不同的反應(yīng)氣體。供氣單元還可包括與供氣單元連通并噴射反應(yīng)氣體的輔助管線，輔助管線圍繞晶片的外周水平地設(shè)置，以圍繞晶片。輔助管線可具有直徑大于晶片的直徑的環(huán)形形狀，輔助管線可包括輔助氣體管線，包括與輔助氣體管線連通并噴射從輔助氣體管線供應(yīng)的反應(yīng)氣體的多個噴嘴；輔助冷卻管線，被設(shè)置為圍繞輔助氣體管線并與冷卻管線32連通，使得冷卻劑流過輔助冷卻管線以冷卻反應(yīng)氣體。輔助管線可包括供應(yīng)第一反應(yīng)氣體的第一輔助氣體管線和供應(yīng)第二反應(yīng)氣體的第二輔助氣體管線。輔助管線可設(shè)置在堆疊的晶片之間，或可布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔以面對晶片的側(cè)部。所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括引導(dǎo)反應(yīng)氣體流動的引導(dǎo)單元，使得從噴嘴噴射的反應(yīng)氣體流動至各個晶片的頂表面和底表面。引導(dǎo)單元可設(shè)置在噴嘴和晶片之間，并具有朝噴嘴傾斜并且接觸在一起以沿從晶片朝向噴嘴的方向減小剖面面積的上傾斜表面和下傾斜表面。引導(dǎo)單元可豎直地布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔以面對堆疊的晶片的側(cè)部。引導(dǎo)單元可豎直地布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔以面對堆疊的晶片之間的空間。引導(dǎo)單元可從晶片夾持件朝噴嘴延伸，并可沿晶片堆疊方向豎直地布置。引導(dǎo)單元可沿堆疊方向通過至少一對支撐銷豎直地布置，并且可以可拆卸地安裝在晶片夾持件上以面對噴嘴。所述化學(xué)氣象沉積設(shè)備還可包括連接到晶片夾持件以旋轉(zhuǎn)晶片夾持件的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元。發(fā)光結(jié)構(gòu)還可包括形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的第一電極和形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的第二電極。第一電極可在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的一部分通過臺面蝕刻暴露，第二電極可在形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的透明電極層上形成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種形成半導(dǎo)體外延薄膜的方法，該方法包括以下步驟在晶片夾持件上以預(yù)定間隔堆疊并安裝多個晶片，將晶片夾持件裝載在反應(yīng)室的內(nèi)管中，反應(yīng)室包括具有內(nèi)部空間的內(nèi)管和緊密密封內(nèi)管的外管；通過在內(nèi)管和晶片夾持件之間沿晶片堆疊方向豎直地延伸的供氣單元將外部反應(yīng)氣體噴射到晶片；允許從供氣單元噴射的反應(yīng)氣體流動至晶片的表面，從而在晶片的表面上生長半導(dǎo)體外延薄膜，其中，在晶片的表面上生長的半導(dǎo)體外延薄膜順序地生長為第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，從而形成發(fā)光結(jié)構(gòu)。將晶片夾持件裝載到內(nèi)管中的步驟還可包括設(shè)置沿垂直于晶片夾持件的方向以預(yù)定間隔布置的多個引導(dǎo)單元。在設(shè)置多個引導(dǎo)單元的步驟中，引導(dǎo)單元可被豎直地布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔，以面對堆疊的晶片的側(cè)部或面對堆疊的晶片之間的空間。在將反應(yīng)氣體噴射到晶片的步驟中，供氣單元可包括將反應(yīng)氣體供應(yīng)到反應(yīng)室的至少一條氣體管線以及與氣體管線連通以將反應(yīng)氣體噴射至晶片的多個噴嘴。所述多個噴嘴可被布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔，使得噴嘴面對堆疊的晶片的側(cè)部，或者噴嘴被布置在堆疊的晶片之間。供氣單元還可包括圍繞氣體管線設(shè)置的冷卻管線，使得冷卻劑流過冷卻管線以冷卻反應(yīng)氣體。可設(shè)置一個或多個供氣單元以供應(yīng)相同的反應(yīng)氣體或單獨地供應(yīng)不同的反應(yīng)氣體。半導(dǎo)體外延薄膜生長的步驟還可包括在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上分別形成第一電極和第二電極。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它方面、特征和其它優(yōu)點將被更清楚地理解，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意性剖視圖；圖2是示出圖1中的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意性平面圖；圖3是示出圖1中的供氣單元的示意圖；圖4A和圖4B是示出供氣單元的噴嘴相對于裝載的晶片的布置的剖視圖；圖5A至圖5D是示出通過供氣單元在每個晶片上沉積薄膜的原理的示意性剖視圖；圖6A和圖6B是示出在圖5A至圖5D中的晶片的頂表面上或者在頂表面和底表面上生長的薄膜的狀態(tài)的示意性剖視圖；圖7是示出用圖6A和圖6B的外延薄膜構(gòu)造的發(fā)光結(jié)構(gòu)的詳細(xì)視圖；圖8A和圖8B是示出圖1中的供氣單元的變型的示意圖；圖9和圖10是示出圖1中的供氣單元的另一變型的示意圖；圖11至圖13是示出圖1中的供氣單元的另一變型的示意圖；圖14A和圖14B是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意圖；圖15是示出圖14A和圖14B中的引導(dǎo)單元的示意圖；圖16A和圖16B是示出圖14A和圖14B中的引導(dǎo)單元的剖視圖；圖17和圖18是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實施且不應(yīng)解釋為局限于這里提出的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和完全的，這些實施例將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區(qū)域的厚度。在附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的元件，因此將省略它們的描述。將在下面參照圖1至圖5描述根據(jù)本發(fā)明實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意性剖視圖。圖2是示出圖1中的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意性平面圖。圖3是示出圖1中的供氣單元的示意圖。圖 4A和圖4B是示出供氣單元的噴嘴相對于裝載的晶片的布置的剖視圖。圖5A至圖5D是示出通過供氣單元在每個晶片上沉積薄膜的原理的示意性剖視圖。參照圖1至圖3，根據(jù)本發(fā)明實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備1包括反應(yīng)室10、晶片夾持件20和供氣單元30?；瘜W(xué)氣相沉積設(shè)備1還可包括連接到晶片夾持件20并旋轉(zhuǎn)晶片夾持件20的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元50。化學(xué)氣相沉積設(shè)備1還可包括圍繞反應(yīng)室10設(shè)置并加熱反應(yīng)室10的內(nèi)部的加熱單元60。反應(yīng)室10可通過加熱單元60均勻地保持高溫。反應(yīng)室10具有包括內(nèi)管11和外管12的雙重結(jié)構(gòu)。內(nèi)管11為具有預(yù)定體積的內(nèi)部空間并具有敞開的上部和下部的圓筒形結(jié)構(gòu)。外管12緊密密封內(nèi)管11并具有敞開的下部。內(nèi)管11的下部被設(shè)置為允許基板13打開和關(guān)閉。內(nèi)管11、外管12和基板13可由石英或碳化硅(SiC)制成。晶片夾持件20被設(shè)置為使得用于薄膜生長的多個晶片W以預(yù)定的間隔堆疊。堆疊有晶片W的晶片夾持件20可通過基板13的打開/關(guān)閉而被裝載到內(nèi)管11中或從內(nèi)管 11卸載。晶片夾持件20可由石英等制成，從而使其在高溫高壓環(huán)境下不會在反應(yīng)室10中熱變形；然而，本發(fā)明不限于此。這樣，由于將數(shù)百片晶片W以預(yù)定間隔堆疊在晶片夾持件20中，所以與將數(shù)片晶片W安裝在承載器上并生長的現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)大量生產(chǎn)。晶片夾持件20連接到由絕熱板保護(hù)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元50并通過由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元50 施加的扭矩以預(yù)定的速度在內(nèi)管11中旋轉(zhuǎn)。因此，外延薄膜80能夠在晶片W的整個表面上更均勻地生長。供氣單元30包括至少一條氣體管線31和多個噴嘴33。氣體管線31將反應(yīng)氣體 G從外部供應(yīng)到反應(yīng)室10的內(nèi)部，從而在晶片W的表面上生長半導(dǎo)體外延薄膜。多個噴嘴 33與氣體管線31連通并朝向晶片W噴射反應(yīng)氣體G。供氣單元30還可包括圍繞氣體管線 31設(shè)置的冷卻管線32，以使反應(yīng)氣體G冷卻。具體地說，包括氣體管線31和冷卻管線32的供氣單元30在內(nèi)管11和晶片夾持件20之間沿晶片W的堆疊方向豎直延伸。供氣單元30具有雙重結(jié)構(gòu)，其中，氣體管線31設(shè)置在冷卻管線32內(nèi)部。S卩，氣體管線(反應(yīng)氣體G通過氣體管線流動)被冷卻管線32 (冷卻劑C通過冷卻管線流動)圍繞，使得反應(yīng)氣體G被冷卻劑C冷卻。因此，能夠防止在高溫環(huán)境下將反應(yīng)氣體G沿氣體管線31供應(yīng)到反應(yīng)室10的同時，反應(yīng)氣體G反應(yīng)并沉積在氣體管線31內(nèi)部。反應(yīng)氣體G以氮化物半導(dǎo)體合金(( (Aldn) N)和摻雜源的形式使用。例如，反應(yīng)氣體 G 可包括 TMGa, TEGa, TMIn, TMA1, SiH4, Cp2Mg, DEZn, NH3> H2, N2 等。另外，反應(yīng)氣體 G以氧化物半導(dǎo)體合金(Zn (Cd,Mg) 0)和摻雜源的形式使用。例如，反應(yīng)氣體G可包括DESu TMGa、TMIn、TMAl、Cd[ (EPiPr2) 2N]2(E = S、Se), TMSb, Cp2Mg, N2, Ar, O2, N2O, O3 等。
多個噴嘴33沿供氣單元30 (具體地說，冷卻管線32)的長度方向從冷卻管線32的表面突出，并且設(shè)置在對應(yīng)于各個晶片W的位置的位置處。多個噴嘴33與氣體管線31連
ο如圖4A中所示，多個噴嘴33可被布置為對應(yīng)于晶片W的堆疊間隔以面對堆疊的晶片W的側(cè)部。另外，如圖4B中所示，多個噴嘴33可被布置在堆疊的晶片W之間。通過這樣的結(jié)構(gòu)，噴嘴33可將反應(yīng)氣體G噴射至各個晶片W的表面，從而在各個晶片W的表面上形成外延薄膜80。具體地說，如圖5A和圖5B中所示，噴嘴33可被布置為將反應(yīng)氣體G噴射至每個晶片W的一側(cè)(S卩，晶片W的頂表面)，使得外延薄膜80僅形成在每個晶片W的頂表面上。 另外，如圖5C和圖5D所示，噴嘴33可被布置為將反應(yīng)氣體G噴射至每個晶片W的頂表面和底表面，使得外延薄膜80同時形成在每個晶片W的頂表面和底表面上。即，多個噴嘴33 可被布置為對應(yīng)于堆疊的晶片W以將反應(yīng)氣體G噴射至每個晶片W的頂表面和底表面，使得外延薄膜80生長在每個晶片W的頂表面和底表面上。這樣，當(dāng)外延薄膜80形成在每個晶片W的頂表面和底表面上時，可通過單個晶片W 獲得由兩個外延薄膜構(gòu)成的發(fā)光結(jié)構(gòu)80'(見圖6A)。因此，可提高其生產(chǎn)率并因此有利于大規(guī)模生產(chǎn)。另外，在每個晶片W的兩個表面上生長外延薄膜80可防止晶片W的由于應(yīng)力F導(dǎo)致的變形。即，在外延薄膜80僅生長在晶片W的一個表面上的傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的情況下，大的應(yīng)力F被施加到外延薄膜80上而導(dǎo)致晶片W中的彎曲效應(yīng)。隨著晶片W的直徑變得越大，彎曲效應(yīng)變得越發(fā)嚴(yán)重。因此，晶片W會被損壞或者其性能會劣化。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于外延薄膜80生長在晶片W的兩個表面上，所以在晶片W的頂表面和底表面上產(chǎn)生的應(yīng)力F被減輕，從而解決了傳統(tǒng)的問題。具體地說，可制造大直徑的晶片 W，從而提高其生產(chǎn)率。圖6A和圖6B是示出在圖5A至圖5D中的晶片的頂表面上或者在頂表面和底表面上生長的薄膜的狀態(tài)的示意性剖視圖，圖7是示出由圖6A和圖6B的外延薄膜構(gòu)造的發(fā)光結(jié)構(gòu)的詳細(xì)視圖。如圖6A、圖6B和圖7中所示，生長在晶片W的表面上的外延薄膜80具有發(fā)光結(jié)構(gòu)80 ‘，其中，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81、有源層82和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83順序地形成。發(fā)光結(jié)構(gòu)80'還可包括分別形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83上的第一電極84和第二電極85。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83可以分別為η型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83可由氮化物半導(dǎo)體形成。在本實施例中，第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型可以分別是η型和P型，然而本發(fā)明不限于此。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81可由具有AlxInyGa(1_x_y)N (0彡χ彡1，0彡y彡1， 0 ^ x+y ^ 1)組分的摻雜有η型雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料形成。作為典型示例，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81可由GaN、AKiaN或hGaN形成。摻雜在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81中的雜質(zhì)的示例可以是Si、Ge、Se、Te和C。 形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81上的有源層82通過電子-空穴復(fù)合來發(fā)光。通常，有源層82具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，其中，作為量子阱層的InGaN層和作為量子阻擋層的(Al)GaN層交替地布置。在藍(lán)色發(fā)光二極管中，InGaN/GaN被用作MQW結(jié)構(gòu)。在紫外發(fā)光二極管中，GaN/AlGaN、InAlGaN和hGaN/AlGaN被用作MQW結(jié)構(gòu)。關(guān)于有源層82的效率的提高，通過經(jīng)改變^或々1的組分比來調(diào)整光的波長或者通過改變有源層82中的量子阱層的深度、有源層的數(shù)量或有源層的厚度來改善發(fā)光結(jié)構(gòu)的內(nèi)部量子效率。
第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83可由具有AlxInyGa(1_x_y)N (0彡χ彡1，0彡y彡1， 0 ^ x+y ^ 1)組分的摻雜有ρ型雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料形成。作為典型示例，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83可由6鄉(xiāng)4犯鄉(xiāng)或hGaN形成。摻雜在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83中的雜質(zhì)的示例可以是Mg、Zn和Be。用于供應(yīng)電流的第一電極84和第二電極85分別形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81 和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83上，并分別電連接到第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83。因此，可通過供應(yīng)電流使其通過第一電極84和第二電極85來發(fā)光。具體地說，第一電極84可形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81上，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81的一部分通過臺面蝕刻而暴露。第二電極85可形成在透明電極86上，透明電極86形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83上。第一電極84可以以由從由Ti、Cr、Al、Cu和Au組成的組選擇的材料形成的單層或多層形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81上。第二電極85是在將通過封裝發(fā)光結(jié)構(gòu)來制造發(fā)光封裝件時將要通過弓I線鍵合安裝在引線上的最外側(cè)電極層。第二電極85可由Au或Au合金形成。透明電極層86可形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83的幾乎整個表面上。透明電極層86需要由能夠降低與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83的接觸電阻的材料形成，所述材料具有相對高的能帶隙并且還具有優(yōu)良的透光性質(zhì)以從有源層82向上發(fā)光。通常，可以以由從由氧化銦錫(ITO)、氧化銦(IO)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(SiO)和氧化銦鋅(IZO)組成的組中選擇的氧化物形成的單層或多層設(shè)置透明電極層86，所述氧化物具有相對高的接觸電阻但是能夠確保良好的透光性質(zhì)。透明電極層86能夠降低操作電壓并提高發(fā)光效率。在本實施例中，已經(jīng)描述了第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層 83由氮化物半導(dǎo)體形成；然而，本發(fā)明不限于此。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83可由氧化物半導(dǎo)體形成。下面將參照圖8A至圖13描述供氣單元的變型。圖8A和圖8B是示出圖1中的供氣單元的變型的示意圖。圖9和圖10是示出圖 1中的供氣單元的另一變型的示意圖。圖11至圖13是示出圖1中的供氣單元的另一變型的示意圖。如圖8A和圖8B中所示，供氣單元30'包括供應(yīng)第一反應(yīng)氣體Gl的第一氣體管線31-1和供應(yīng)第二反應(yīng)氣體G2的第二氣體管線31-2。第一氣體管線31-1和第二氣體管線31-2可設(shè)置在冷卻管線32內(nèi)部。具體地說，與圖3中的設(shè)置單條氣體管線31的情況相反，可在冷卻管線32內(nèi)部設(shè)置至少兩條氣體管線31-1和31-2，以單獨地供應(yīng)第一反應(yīng)氣體
9Gl和第二反應(yīng)氣體G2。雖然示出了兩條氣體管線31-1和31-2，但是可根據(jù)反應(yīng)氣體的種類增加氣體管線的數(shù)量。圖9和圖10是示出圖1中的供氣單元的另一變型的示意圖。如圖9和圖10中所示，設(shè)置一個或多個供氣單元30以供應(yīng)相同的反應(yīng)氣體或單獨地供應(yīng)不同的反應(yīng)氣體。即，與圖2中示出的設(shè)置單個供氣單元30的情況相反，可設(shè)置兩個或更多個供氣單元30以在內(nèi)管11和晶片夾持件20之間沿晶片W的堆疊方向豎直地延伸。在這種情況下，供氣單元30可單獨地供應(yīng)不同的反應(yīng)氣體。每個供氣單30可包括如圖3中所示的單條氣體管線31，或者可包括如圖8中所示的多條氣體管線31-1和31-2。圖11至圖13是示出圖1中的供氣單元的另一變型的示意圖。如圖11至圖13中所示，供氣單元30〃還可包括輔助管線34，輔助管線34與供氣單元30"連通，沿晶片W的外周水平地設(shè)置以圍繞晶片W，并噴射反應(yīng)氣體G。具體地說，供氣單元30"在內(nèi)管11和晶片夾持件20之間沿晶片W的堆疊方向豎直地延伸，并且輔助管線34從供氣單元30"延伸以圍繞每個晶片W的外周。輔助管線34具有直徑大于晶片W的直徑的環(huán)形形狀。輔助管線34可包括與氣體管線31連通的輔助氣體管線35和與冷卻管線32連通的輔助冷卻管線36。輔助氣體管線 35包括與氣體管線31連通并噴射從氣體管線31供應(yīng)的反應(yīng)氣體G的多個噴嘴33。輔助冷卻管線36被設(shè)置為圍繞輔助氣體管線35以與冷卻管線32連通并允許冷卻劑C流過輔助冷卻管線36以冷卻反應(yīng)氣體G。另外，如圖13中所示，輔助管線34可包括供應(yīng)第一反應(yīng)氣體Gl的第一輔助氣體管線35-1和供應(yīng)第二反應(yīng)氣體G2的第二輔助氣體管線35-2。因此，第一反應(yīng)氣體Gl和第二反應(yīng)氣體G2可通過第一輔助氣體管線35-1和第二輔助氣體管線35-2被單獨地供應(yīng)。輔助管線34可設(shè)置在堆疊的晶片W之間，或者可被設(shè)置為對應(yīng)于晶片W的堆疊間隔以面對每個晶片W的側(cè)部。在下文中，將參照圖14A至圖18描述根據(jù)本發(fā)明另一實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。圖14A和圖14B是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意圖。圖 15是示出圖14A和圖14B中的引導(dǎo)單元的示意圖，圖16A和16B是示出圖14A和圖14B中的引導(dǎo)單元的剖視圖。圖17和圖18是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意圖。圖14A和圖14B的化學(xué)氣相沉積設(shè)備具有與圖1的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)基本相同的結(jié)構(gòu)。然而，圖14A和圖14B的化學(xué)氣相沉積設(shè)備還包括引導(dǎo)從噴嘴噴射的反應(yīng)氣體的流動的引導(dǎo)單元70。將省略與圖1的實施例重復(fù)的描述，下面的描述將集中于引導(dǎo)單元70的結(jié)構(gòu)。如圖14A和圖14B中所示，引導(dǎo)單元70引導(dǎo)反應(yīng)氣體G的流動，使得從噴嘴33噴射的反應(yīng)氣體G流動至每個晶片W的頂表面和底表面。具體地說，引導(dǎo)單元70設(shè)置在噴嘴 33和晶片W之間，并具有朝噴嘴33傾斜并且接觸在一起以沿從晶片朝向噴嘴33的方向減小剖面面積的上傾斜表面71和下傾斜表面72。因此，如圖14A和圖14B中所示，引導(dǎo)單元 70具有三角形剖面及頂點，并且上傾斜表面71和下傾斜表面72接觸在一起的該頂點朝向噴嘴33。
如圖14A和圖14B中所示，多個引導(dǎo)單元70可從晶片夾持件20向噴嘴33延伸并沿晶片W的堆疊方向豎直地布置。具體地說，引導(dǎo)單元70可與晶片夾持件20的面對供氣單元30的外表面接觸并與晶片夾持件20 —體地形成。如圖15中所示，引導(dǎo)單元70可通過至少一對支撐銷P沿晶片W的堆疊方向豎直地布置，并且可以可拆卸地安裝在晶片夾持件20上以面對噴嘴33。引導(dǎo)單元70被設(shè)置為對應(yīng)于噴射反應(yīng)氣體G的噴嘴33的布置，并沿垂直于晶片夾持件20的方向以預(yù)定間隔布置。S卩，如圖16A中所示，在多個噴嘴33被布置為面對堆疊的晶片W的側(cè)部的情況下，引導(dǎo)單元70可對應(yīng)于晶片W的堆疊間隔豎直地布置，使得作為引導(dǎo)單元70的前表面的頂點面對噴嘴33并且引導(dǎo)單元70的后表面面對堆疊的晶片W的側(cè)部。另外，如圖16B中所示，在多個噴嘴33布置在堆疊的晶片W之間的情況下，引導(dǎo)單元70可以對應(yīng)于晶片W的堆疊間隔豎直地布置，使得引導(dǎo)單元70面對堆疊的晶片W之間的空間。因此，從噴嘴33噴射的反應(yīng)氣體G被引導(dǎo)為沿每個晶片W的頂表面和底表面流動。 因此，外延薄膜80可在每個晶片W的頂表面和底表面上生長。如圖18中所示，當(dāng)供氣單元30"包括輔助管線34時，引導(dǎo)單元70可以以環(huán)形形狀沿晶片W的外周設(shè)置在輔助管線34和晶片夾持件20之間。S卩，引導(dǎo)單元70可具有直徑大于晶片W的直徑并小于輔助管線34的直徑的環(huán)形形狀。下面將參照圖1至圖18描述根據(jù)本發(fā)明實施例的使用化學(xué)氣相沉積設(shè)備形成半導(dǎo)體外延薄膜的方法。首先，將多個晶片W堆疊并安裝在晶片夾持件20上，并且將晶片夾持件20與供氣單元30 —起裝載到反應(yīng)室10的內(nèi)管11中。晶片夾持件20可通過在內(nèi)管11的下部的能夠打開/關(guān)閉的基板13被裝載在內(nèi)管11中或者從內(nèi)管11卸載。在這種情況下，還可將引導(dǎo)單元70設(shè)置在供氣單元30和晶片夾持件20之間以引導(dǎo)從供氣單元30噴射的反應(yīng)氣體G的流動。引導(dǎo)單元70可具有朝供氣單元30傾斜并接觸在一起以沿從晶片W朝向供氣單元 30的方向減小剖面面積的上傾斜表面71和下傾斜表面72。引導(dǎo)單元70可對應(yīng)于晶片W 的堆疊間隔豎直地布置，使得引導(dǎo)單元70面對每個堆疊的晶片W的側(cè)部或面對堆疊的晶片 W之間的空間。由于已經(jīng)在上面的化學(xué)氣相沉積設(shè)備1中描述了引導(dǎo)單元70的布置，所以將省略對它的詳細(xì)描述。然后，將外部反應(yīng)氣體G通過供氣單元30噴射至晶片W，供氣單元30在內(nèi)管11和晶片夾持件20之間沿晶片W的堆疊方向豎直地延伸。供氣單元30包括將反應(yīng)氣體G供應(yīng)到反應(yīng)室10的至少一條氣體管線31以及與氣體管線31連通以將反應(yīng)氣體G噴射至晶片W的多個噴嘴33。供氣單元30還可包括圍繞氣體管線31設(shè)置以允許冷卻劑C流過其來冷卻反應(yīng)氣體G的冷卻管線32。多個噴嘴33 可被布置為面對堆疊的晶片W的側(cè)部，或者可被布置為對應(yīng)于晶片W的堆疊間隔使得他們被設(shè)置在堆疊的晶片W之間?？稍O(shè)置一個或多個供氣單元30來供應(yīng)相同的反應(yīng)氣體G或單獨地供應(yīng)不同的反應(yīng)氣體G。然后，從供氣單元30噴射的反應(yīng)氣體G被引導(dǎo)流至每個晶片W的表面，具體地說， 流至每個晶片W的頂表面或者頂表面和底表面，從而在每個晶片W的表面上生長半導(dǎo)體外延薄膜80。在每個晶片W的表面上生長的半導(dǎo)體外延薄膜80包括順序地生長的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81、有源層82和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83，從而形成發(fā)光結(jié)構(gòu)80'。第一電極84和第二電極85分別形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83上并分別電連接到第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層81和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層83。通過切割工藝將發(fā)光結(jié)構(gòu)單一元件化(singulate)為單獨的器件。按這種方式，制造多個發(fā)光芯片。這樣，根據(jù)本發(fā)明實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備1包括對應(yīng)于堆疊在晶片夾持件20 上的數(shù)百片晶片的噴嘴33，并且通過噴嘴33噴射反應(yīng)氣體G，從而在每個晶片W的表面上生長半導(dǎo)體外延薄膜80。另外，還可設(shè)置面對每個噴嘴33的引導(dǎo)單元70使得從噴嘴33噴射的反應(yīng)氣體被引導(dǎo)以流動至每個晶片W的頂表面和底表面，從而在每個晶片W的頂表面和底表面上生長外延薄膜80。由于通過根據(jù)本發(fā)明實施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)，所以提高了生產(chǎn)率。具體地說，即使使用大直徑晶片，也通過在晶片的兩個表面上生長外延薄膜減輕了應(yīng)力，從而防止晶片的彎曲效應(yīng)。因此，能夠提供高質(zhì)量的晶片。與將數(shù)片晶片安裝在承載器上的傳統(tǒng)技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，可在晶片夾持件上堆疊數(shù)百片晶片并一次生長，從而實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)。另外，當(dāng)在晶片的表面上生長薄膜時，能夠抑制由于熱應(yīng)力的不同而導(dǎo)致的晶片彎曲效應(yīng)并防止晶片損壞，從而能夠使用大直徑晶片。此外，通過在晶片的兩個表面上生長薄膜，可從單個晶片獲得兩個半導(dǎo)體層，從而
提高生產(chǎn)率。雖然已經(jīng)結(jié)合示例性實施例示出并描述了本發(fā)明，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可進(jìn)行修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括反應(yīng)室，包括具有預(yù)定體積的內(nèi)部空間的內(nèi)管和緊密密封內(nèi)管的外管；晶片夾持件，設(shè)置在內(nèi)管中，多個晶片以預(yù)定間隔堆疊在晶片夾持件上；供氣單元，包括將外部反應(yīng)氣體供應(yīng)到反應(yīng)室的至少一條氣體管線以及與氣體管線連通以將反應(yīng)氣體噴射至晶片的多個噴嘴，從而在晶片的表面上生長半導(dǎo)體外延薄膜，其中，生長在晶片的表面上的半導(dǎo)體外延薄膜包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中順序地形成有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，供氣單元沿晶片堆疊方向豎直地延伸，所述多個噴嘴布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔，使得噴嘴面對堆疊的晶片的側(cè)部。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，供氣單元沿晶片堆疊方向豎直地延伸，所述多個噴嘴布置在堆疊的晶片之間。
4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，供氣單元還包括圍繞氣體管線設(shè)置的冷卻管線，以使冷卻劑流過冷卻管線以冷卻反應(yīng)氣體。
5.如權(quán)利要求4所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，供氣單元包括供應(yīng)第一反應(yīng)氣體的第一氣體管線和供應(yīng)第二反應(yīng)氣體的第二氣體管線，第一氣體管線和第二氣體管線設(shè)置在冷卻管線內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1或4所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，設(shè)置一個或多個供氣單元以供應(yīng)相同的反應(yīng)氣體或單獨地供應(yīng)不同的反應(yīng)氣體。
7.如權(quán)利要求1或4所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，供氣單元還包括與供氣單元連通并噴射反應(yīng)氣體的輔助管線，輔助管線圍繞晶片的外周水平地設(shè)置，以圍繞晶片。
8.如權(quán)利要求7所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，輔助管線具有直徑大于晶片的直徑的環(huán)形形狀，輔助管線包括輔助氣體管線，包括與輔助氣體管線連通并噴射從氣體管線供應(yīng)至輔助氣體管線中的反應(yīng)氣體的多個噴嘴；輔助冷卻管線，被設(shè)置為圍繞輔助氣體管線以與冷卻管線連通，使得冷卻劑流過輔助冷卻管線以冷卻反應(yīng)氣體。
9.如權(quán)利要求8所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，輔助管線包括供應(yīng)第一反應(yīng)氣體的第一輔助氣體管線和供應(yīng)第二反應(yīng)氣體的第二輔助氣體管線。
10.如權(quán)利要求7所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，輔助管線設(shè)置在堆疊的晶片之間， 或布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔以面對晶片的側(cè)部。
11.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還包括引導(dǎo)反應(yīng)氣體流動的引導(dǎo)單元，使得從噴嘴噴射的反應(yīng)氣體流動至各個晶片的頂表面和底表面。
12.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，引導(dǎo)單元設(shè)置在噴嘴和晶片之間， 并具有朝噴嘴傾斜并且接觸在一起以沿從晶片朝向噴嘴的方向減小剖面面積的上傾斜表面和下傾斜表面。
13.如權(quán)利要求11或12所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，引導(dǎo)單元豎直地布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔以面對堆疊的晶片的側(cè)部。
14.如權(quán)利要求11或12所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，引導(dǎo)單元豎直地布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔以面對堆疊的晶片之間的空間。
15.如權(quán)利要求11或12所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，引導(dǎo)單元從晶片夾持件朝噴嘴延伸，并沿晶片堆疊方向豎直地布置。
16.如權(quán)利要求11或12所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，引導(dǎo)單元沿晶片堆疊方向通過至少一對支撐銷豎直地布置，并且可拆卸地安裝在晶片夾持件上以面對噴嘴。
17.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，所述化學(xué)氣象沉積設(shè)備還包括連接到晶片夾持件以旋轉(zhuǎn)晶片夾持件的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元。
18.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，發(fā)光結(jié)構(gòu)還包括形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的第一電極和形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的第二電極。
19.如權(quán)利要求18所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，第一電極在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的一部分通過臺面蝕刻暴露，第二電極在形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的透明電極層上形成。
20.一種形成半導(dǎo)體外延薄膜的方法，該方法包括以下步驟在晶片夾持件上以預(yù)定間隔堆疊并安裝多個晶片，將晶片夾持件裝載在反應(yīng)室的內(nèi)管中，反應(yīng)室包括具有內(nèi)部空間的內(nèi)管和緊密密封內(nèi)管的外管；通過在內(nèi)管和晶片夾持件之間沿晶片堆疊方向豎直地延伸的供氣單元將外部反應(yīng)氣體噴射到晶片；使從供氣單元噴射的反應(yīng)氣體流動至晶片的表面，從而在晶片的表面上生長半導(dǎo)體外延薄膜，其中，在晶片的表面上生長的半導(dǎo)體外延薄膜順序地生長為第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、 有源層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，從而形成發(fā)光結(jié)構(gòu)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，將晶片夾持件裝載到內(nèi)管中的步驟還包括設(shè)置沿垂直于晶片夾持件的方向以預(yù)定間隔布置多個引導(dǎo)單元。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，在設(shè)置多個引導(dǎo)單元的步驟中，引導(dǎo)單元被豎直地布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔，以面對堆疊的晶片的側(cè)部或面對堆疊的晶片之間的空間。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，在將反應(yīng)氣體噴射到晶片的步驟中，供氣單元包括將反應(yīng)氣體供應(yīng)到反應(yīng)室的至少一條氣體管線以及與氣體管線連通以將反應(yīng)氣體噴射至晶片的多個噴嘴。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述多個噴嘴布置為對應(yīng)于晶片的堆疊間隔，使得噴嘴面對堆疊的晶片的側(cè)部，或者噴嘴布置在堆疊的晶片之間。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，供氣單元還包括圍繞氣體管線設(shè)置的冷卻管線， 使得冷卻劑流過冷卻管線以冷卻反應(yīng)氣體。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，設(shè)置一個或多個供氣單元以供應(yīng)相同的反應(yīng)氣體或單獨地供應(yīng)不同的反應(yīng)氣體。
27.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，半導(dǎo)體外延薄膜生長的步驟還包括在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上分別形成第一電極和第二電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備及使用其形成半導(dǎo)體外延薄膜的方法，所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括反應(yīng)室，包括具有預(yù)定體積的內(nèi)部空間的內(nèi)管和緊密密封內(nèi)管的外管；晶片夾持件，設(shè)置在內(nèi)管中，多個晶片以預(yù)定間隔堆疊在晶片夾持件上；供氣單元，包括將外部反應(yīng)氣體供應(yīng)到反應(yīng)室的至少一條氣體管線以及與氣體管線連通以將反應(yīng)氣體噴射至晶片的多個噴嘴，從而在晶片的表面上生長半導(dǎo)體外延薄膜，其中，生長在晶片的表面上的半導(dǎo)體外延薄膜包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中順序地形成有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
文檔編號H01L33/00GK102330072SQ201110199158
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者孟鐘先, 沈炫旭, 金晟泰, 金榮善 申請人:三星Led株式會社