CN102231416A

CN102231416A - 化学气相沉积反应设备

Info

Publication number: CN102231416A
Application number: CN2011101576486A
Authority: CN
Inventors: 单洪青; 李沅民; 林朝晖
Original assignee: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co ltd; Quanzhou City Botai Semiconductor Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co ltd; Quanzhou City Botai Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2011-11-02

Abstract

本发明公开了一种化学气相沉积反应设备，包括反应室和位于所述反应室内部的工件架，所述工件架上放置晶片，所述反应设备包括至少一根多通道输气管，在所述输气管的每个通道的底部具有至少一个通气孔，反应气体分别进入所述通道，由所述通气孔流出至所述晶片上方的反应空间混合，在所述晶片表面沉积膜层。本发明的化学气相沉积反应设备能够大幅度地提高不同反应气体混合时的均匀性，并大幅度地提高了产能，极大地优化了设备性能。

Description

化学气相沉积反应设备

技术领域

本发明涉及光电器件制造技术领域，特别涉及一种化学气相沉积反应设备。

背景技术

随着能源的日益短缺，可再生绿色能源的开发利用越来越受到人们的关注，尤以太阳能电池、清洁环保高效光源LED的应用特别受到世人的青睐。太阳能作为清洁、安全、可持续并且可靠的能源，太阳能光伏(photovoltaic PV)系统正在迅速扩大其在能源和产业技术开发方面的应用。以单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜等为代表的太阳能电池板在商业和住宅建筑物等设施中的广泛应用显示出巨大的潜力。特别是薄膜太阳能电池板，以其大面积、轻薄透明等特点正日趋广泛应用于民用设施建筑等领域的太阳能发电。

半导体发光二极管简称为LED。由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。发光二极管(LED)作为光源以其功耗低、高亮度、寿命长、可靠性高等特点，在日常生活中的许多领域得到了普遍的认可，在电子产品中得到广泛应用，例如显示器背光等。以基于宽禁带半导体材料氮化稼(GaN)和铟氮化稼(InGaN)的发光二极管为代表的近紫外线、蓝绿色和蓝色等短波长发光二极管在1990年代后期得到广泛应用，在基础研究和商业应用上取得了很大进步。目前普遍应用的GaN基发光二极管包括蓝宝石衬底、n型GaN层和p型GaN层，以及两者中间由p型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层(包括单量子肼或多量子肼)和n型掺杂的AlGaN层组成的发光单元，此外包括透明导电接触(TCO)层，p型电极和n型电极。

GaN基发光二极管的制造工艺主要采用半导体制造工艺，首先是利用沉积(MOCVD)工艺进行外延片(epi-wafer)的制造，然后经过沉积、光刻、刻蚀、半切、点测、深切、目检、封装等工序完成制造。通常LED在生产过程中要经过筛选和分类，以满足技术指标的要求和客户的使用要求，对每个芯片进行测试，合格的芯片筛选出来。MOCVD工艺是用加热的方式在低压条件下使气态化合物(包括有机金属气体如TMG、TMA或TMI与其它反应气体如NH₃)在晶片表面混合反应并淀积形成外延层。目前大部分MOCVD反应设备为了使反应气体混合均匀其进气管路排布复杂，设备制造成本较高，生产效率不高，而且输气方式和反应气体分布不利于外延层的均匀性和一致性。

发明内容

本发明提供了一种化学气相沉积反应设备，能够大幅度地提高不同反应气体混合时的均匀性，并大幅度地提高了产能，极大地优化了设备性能。

本发明提供的化学气相沉积反应设备，包括反应室和位于所述反应室内部的工件架，所述工件架上放置晶片，所述反应设备包括至少一根多通道输气管，在所述输气管的每个通道的底部具有至少一个通气孔，反应气体分别进入所述通道，由所述通气孔流出至所述晶片上方的反应空间混合，在所述晶片表面沉积膜层。

可选的，所述输气管的横截面的形状为圆型、方形、矩形或菱形。

可选的，所述多通道至少包括双通道、三通道、四通道或六通道。

可选的，所述通气孔位于输气管内所述通道的底面和/或通道底部的侧面。

可选的，所述三通道输气管中间通道的通道形状为倒T形。

可选的，所述中间通道的通气孔位于两侧通道的通气孔的下方。

可选的，在所述设备中密布多根所述多通道输气管时，以相邻通孔流出气体不同为原则进行气体分配。

可选的，所述通气孔的直径包括0.5～1.5mm的范围。

本发明还提供了一种多通道输气管，其内部由隔板分隔为至少两个通道，在所述通道的底部设置有至少一个通气孔。

可选的，所述多通道输气管的横截面的形状包括圆型、方形、矩形或菱形。

可选的，所述三通道输气管中间通道的通道形状为倒T形。

可选的，所述通气孔的直径包括0.5～1.5mm的范围。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为CVD反应设备晶片布置示意图；

图2a至图2b为根据本发明沉积设备第一实施例的结构立体示意图；

图3a至图3g为根据本发明沉积设备第二实施例的结构立体示意图；

图4a至图4i为根据本发明沉积设备第三实施例的结构立体示意图。

所述示图只是说明性而非限制性的，在此不能过度限制本发明的保护范围。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

图1为CVD反应设备晶片布置示意图。如图2所示，在制造LED的MOCVD外延工艺中，晶片可以以图1所示方式布置在反应设备中，工件架10上面装载了很多片晶片11，工件架10可旋转。反应气体，通常是TMG、TMA或TMI和NH₃。两种反应气体进入反应室后，在一定的压力和温度下混合，在晶片11上发生化学反应形成材料薄膜。在MOCVD中，反应气体混合的均匀程度决定了所沉积薄膜的均匀性和一致性，也最终决定产品性能。

图2a至图2b为根据本发明沉积设备第一实施例的结构立体示意图。如图所示，本发明的化学气相沉积反应设备包括至少一根多通道输气管100，本实施例为双通道110和120，在通道110和120的底面具有通气孔111和121。在通道110和120中分别通入a气体和b气体，由通气孔111和121流出在晶片上方的反应空间混合，在晶片表面沉积膜层。

图3a至图3g为根据本发明沉积设备第二实施例的结构立体示意图。如图所示，本实施例中，多通道输气管100可以是双通道，也可以是图3e所示的四通道。在通道110和120的底部具有通气孔111和121，如图3a所示，图3b至图3e为图3a中通气孔111和121位置处的截面图，通气孔的数量可以是一个，也可以是图3c至图3e所示的多个，总之通气孔的数量越多，气体混合越均匀。在图3e所示的四通道输气管中，每个通道的通气孔的数量可以是一个也可以是多个。

在图3f所示的本发明的化学沉积反应设备中，反应室50中设置多根输气管100，反应气体(a气体和b气体)从输气管内通道底部的通气孔流出，在晶片表面混合后发生化学反应，在晶片11表面沉积膜层。可根据晶片的数量和产能的需要设置输气管的数量，反应室的体积越大，晶片越多，输气管的数量可以布置得越多。在反应室50中密布多根多通道输气管时，以相邻通孔流出气体不同为原则进行气体分配。例如，一根输气管的一个通道内为a气体，另一个通道内为b气体，那么另一根与其相邻的输气管的一个通道内为b气体，另一个通道内为a气体。总之，相邻的通气孔流出的气体优选为不同的气体，以便使反应气体混合得更加均匀，如图3g所示。

图4a至图4i为根据本发明沉积设备第三实施例的结构立体示意图。如图所示，本实施例中，多通道输气管200是三通道，此时中间通道220的通道形状为倒T形，底部具有通气孔221，两侧的通道210和230，底部的通气孔211和231位于中间通道220的通气孔221的上方，如图4a所示。此外，图4b至图4d为图4a中通气孔位置处的截面图，通气孔的数量和位置可以是如图4b至图4d的输气管200横截面示意图所示的那样，灵活设置，本发明并不限制。输气管还可以是如图4e所示的圆形输气管300。在图4f和图4g所示的实施例中，输气管300和400的通道数量还可以是六个通道，每个通道的底部分别具有至少一个通气孔。

在图4h所示的本发明的化学沉积反应设备的实施例中，反应室50中设置多根三通道输气管200，当然也可以是具有更多通道(例如六通道)的输气管。反应气体(a气体和b气体)如4h所示，分别进入输气管内的三个通道，从底部的通气孔流出，在晶片表面混合后发生化学反应，在晶片11表面沉积膜层。根据晶片的数量和产能的需要设置输气管的数量，只要反应室的体积足够大，就可布置很多输气管，同时对很多片晶片进行MOCVD外延沉积，产能可以成倍增加。在反应室50中密布多根多通道输气管200时，以相邻通孔流出气体不同为原则进行气体分配，如图4i所示，例如，一根输气管的一个通道内为a气体，另一个通道内为b气体，那么另一根与其相邻的输气管的一个通道内为b气体，另一个通道内为a气体。总之，相邻的通气孔流出的气体优选为不同的气体，以便使反应气体混合得更加均匀。

在上述实施例中，所述通气孔的直径包括0.5～1.5mm的范围。

本发明的CVD反应设备适用于实施多种CVD工艺，包括PECVD、MOCVD、LPCVD等多种CVD工艺沉积各类膜层。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种化学气相沉积反应设备，包括反应室和位于所述反应室内部的工件架，所述工件架上放置晶片，其特征在于：

所述反应设备包括至少一根多通道输气管，在所述输气管的每个通道的底部具有至少一个通气孔，反应气体分别进入所述通道，由所述通气孔流出至所述晶片上方的反应空间混合，在所述晶片表面沉积膜层。

2.根据权利要求1所述的反应设备，其特征在于：所述输气管的横截面的形状为圆型、方形、矩形或菱形。

3.根据权利要求2所述的反应设备，其特征在于：所述多通道至少包括双通道、三通道、四通道或六通道。

4.根据权利要求3所述的反应设备，其特征在于：所述通气孔位于输气管内所述通道的底面和/或通道底部的侧面。

5.根据权利要求3所述的反应设备，其特征在于：所述三通道输气管中间通道的通道形状为倒T形。

6.根据权利要求5所述的反应设备，其特征在于：所述中间通道的通气孔位于两侧通道的通气孔的下方。

7.根据权利要求1所述的反应设备，其特征在于：在所述设备中密布多根所述多通道输气管时，以相邻通孔流出气体不同为原则进行气体分配。

8.根据权利要求1所述的反应设备，其特征在于：所述通气孔的直径包括0.5～1.5mm的范围。

9.一种多通道输气管，其特征在于：其内部由隔板分隔为至少两个通道，在所述通道的底部设置有至少一个通气孔。

10.根据权利要求9所述的多通道输气管，其特征在于：所述多通道输气管的横截面的形状包括圆型、方形、矩形或菱形。

11.根据权利要求9所述的多通道输气管，其特征在于：所述多通道至少包括双通道、三通道、四通道或六通道。

12.根据权利要求9所述的多通道输气管，其特征在于：所述通气孔位于输气管内所述通道的底面和/或通道底部的侧面。

13.根据权利要求11所述的多通道输气管，其特征在于：所述三通道输气管中间通道的通道形状为倒T形。

14.根据权利要求13所述的多通道输气管，其特征在于：所述中间通道的通气孔位于两侧通道的通气孔的下方。

15.根据权利要求9所述的多通道输气管，其特征在于：所述通气孔的直径包括0.5～1.5mm的范围。