专利名称：有机金属化学汽相沉积的方法与装置的制作方法
有机金属化学汽相沉积的方法与装置
技术领域：
本发明涉及一种化学汽相沉积技术，且特别是涉及一种有机金属化学汽相沉积(metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD)的方法与装置。
背景技术：
在有机金属化学汽相沉积制程中需要加热至高温，制程中的高温有可能导致元件特性变差。譬如发光二极管良率(即LED binning)是由波长均匀度所主导，其中影响最直接的是铟(In)成分分布。而铟对于温度相当敏感，温度只要有些微的差异，整个波长均匀度都会改变。因此，热场均匀是改善发光二极管良率的关键技术之一。目前为改善发光二极管的良率，大多往温度均匀的方式发展，譬如利用内外圈的温度控制系统去调整，也有采用旋转基座的方式。但是，上述方式呈现的温度均匀性是有限的。另外，当基板与有机金属化学汽相沉积装置的温差过大，往往会发生基板翘曲的情形，尤甚者将导致基板破裂而产生不良品。因此，目前在整个制程期间均有测量基板翘曲的在线侦测系统。美国专利US7，314，519B2提出一种方法，该方法将基座的部分材料置换成与基板相同的材料，以使经基板的热传路径与不经基板的热传路径的热阻一致。
发明内容本发明提供一种有机金属化学汽相沉积的方法，可防止制程期间基板翘曲的问题产生。本发明另提供一种有机金属化学汽相沉积的装置，能于高温进行有机金属化学汽相沉积，并增加制作出的元件的良率。本发明提出一种有机金属化学汽相沉积的方法，包括提供基板，在该基板的第一表面具有金属基材料层。然后，将基板放置于腔体内的基座上，且金属基材料层介于基板与基座之间。之后，对第一表面的相对侧的基板的第二表面进行有机金属化学汽相沉积制程，其中金属基材料层的热传导系数(thermal conductivity)与基板的热传导系数的差值须在lW/m · ° (T20W/m · ° C之间，金属基材料层的热膨胀系数(thermal expansion)与基板的热膨胀系数须在同一数量级(order)。在本发明的一实施例中，进行上述有机金属化学汽相沉积制程，以便在基板的第二表面形成半导体元件。在本发明的一实施例中，上述金属基材料层例如是半导体元件的电极。在本发明的一实施例中，上述金属基材料层全面性地形成在基板的第一表面上。在本发明的一实施例中，进行上述有机金属化学汽相沉积制程期间，还可旋转上述基座，其中旋转基座的转速例如低于20rpm。在本发明的一实施例中，进行上述有机金属化学汽相沉积制程期间，还包括往上述腔体内均勻进气。本发明另提出一种有机金属化学汽相沉积装置，至少包括腔体与基座。所述基座位于腔体内，用以承放基板并对其加热。在此装置中，基板与基座之间有金属基材料层，其中所述金属基材料层的热传导系数与基板的热传导系数的差值在lW/m · ° (T20W/m · ° C之间；且金属基材料层的热膨胀系数与基板的热膨胀系数在同一数量级。在本发明的另一实施例中，上述金属基材料层例如全面性地形成在该基板的表面。在本发明的另一实施例中，上述金属基材料层例如位于基座的表面。在本发明的另一实施例中，上述基板与基座是互不接触的。在本发明的另一实施例中，上述有机金属化学汽相沉积装置还具有气体供应系统，该气体供应系统连接所述腔体。在本发明的各个实施例中，上述金属基材料层能耐1000° C以上的温度。在本发明的各个实施 例中，上述金属基材料层的电阻率(electricalresistivity)的范围在同一数量级内。在本发明的各个实施例中，上述金属基材料层的厚度例如在ΙμπΓ Ομπι之间。在本发明的各个实施例中，上述金属基材料层包括金属或金属化合物。在本发明的各个实施例中，上述金属基材料层包括钥(Mo)、钽(Ta)、铌(Nb)或钼(Pt)。基于上述，本发明的有机金属化学汽相沉积方法与装置是通过控制位于基座与基板之间的金属基材料层的热传导系数与热膨胀系数，使其与基板的热传导系数与热膨胀系数的差值在一定范围内，以便改善制程温度均匀度，进而防止基板在有机金属化学汽相沉积的高温制程期间发生翘曲甚至破片的情形。另外，金属基材料层同时可当作半导体的电极使用，因此可有效降低成本。为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1显示依照本发明的一实施例的一种有机金属化学汽相沉积步骤制得的一范例的发光二极管的立体简图。图2是依照本发明的另一实施例的一种有机金属化学汽相沉积装置正视图。图3是图2的有机金属化学汽相沉积装置的另一变型例中的部分构件的立体图。主要附图标记说明100 :发光二极管112 :键合金属层102、208:基板114、210 :金属基材料层102a :第一表面200 :有机金属化学汽相沉积装置102b :第二表面202 :腔体104 P型半导体层204 :基座106:多层量子井结构204a、208a:表面108 N型半导体层206 :气体供应系统
110 :N 型电极具体实施方式
根据本发明的一实施例，要进行有机金属化学汽相沉积，需先提供基板，在此基板的第一表面具有金属基材料层。金属基材料层的热传导系数与基板的热传导系数的差值须在lW/m·。(T20W/m·。C之间；金属基材料层的热膨胀系数与基板的热膨胀系数须在同一数量级，亦即两者相差10倍以内。举例来说，上述金属基材料层能耐1000° C以上的温度，优选能耐1500° C以上的温度。至于金属基材料层的电阻率(electrical resistivity)的范围譬如是在同一数量级内，如1X10_9 10Χ10_9Ω Om之间。另外，金属基材料层的厚度例如在I μ πΓ Ο μ m之间，且金属基材料层可选择全面性地形成在上述基板的第一表面上。当使用如耐高温以及高热传导系数的钥，除可在晶体外延生长(epitaxy growth)过程不受气体侵蚀影响外，钥金属也可当作良好的导电层，所以最后形成的半导体元件的电极能直接用钥制的金属基材料层来取代。在本实施例中，当基板为蓝宝石(sapphire)基板时,金属基材料层可选用以下材料钽(Ta)、铌(Nb)等。当基板为硅(silicon)基板时，金属基材料层可选用以下材料钥(Mo)。上述金属基材料层包括金属或金属化合物，例如钥(Mo)、钽(Ta)、铌(Nb)或钼(Pt)。然后，将上述基板放置于腔体内的基座上，且金属基材料层需介于基板与基座之间。所述基座例如石墨制的基座。之后，在上述第一表面的相对侧的基板的第_■表面进行有机金属化学汽相沉积制程。而且，进行有机金属化学汽相沉积制程期间，还可旋转基座，以利于温度均勻，其中旋转基座的转速例如低于20rpm ;优选为lOrpm。此外，在有机金属化学汽相沉积制程期间，还可根据实际制程需求，往上述腔体内均匀进气。当本实施例的金属基材料层是形成在基板的第一表面上的一层材料层时，还可将其当作有机金属化学汽相沉积制程所制作出的半导体元件的电极用，请见图1。图1显示依照本发 明的一实施例的一种有机金属化学汽相沉积步骤制得的示范性发光二极管的立体简图。在图1中，发光二极管100基本上包括基板102以及形成在基板102的第二表面102b这一侧的P型半导体层104、多层量子井(MQW)结构106与N型半导体层108。另外，在N型半导体层108上有N型电极110、在P型半导体层104与基板100的第二表面102b之间有键合金属(bonding metal)层112。上面实施例提到的金属基材料层114则形成在基板102的第一表面102a，并可通过拉线作为发光二极管100的P型电极。因此，利用金属基材料层114作为电极之一,还可省掉一层发光二极管的晶体外延生长(epitaxy growth)制程，以利于降低成本。虽然在本实施例中是以发光二极管为例，但是本发明并不局限于此。凡是须经高温处理的半导体制程，均可应用本实施例的方式，以防止基板翘曲，进而增加元件的良率。图2是依照本发明的另一实施例的一种有机金属化学汽相沉积装置的正视图。请参照图2，本实施例的有机金属化学汽相沉积装置200至少包括腔体202与位于腔体202内的基座204。另外，有机金属化学汽相沉积装置200还可具有与腔体202连接的气体供应系统206。在此装置200中，基座204用来承放基板208并对其加热，而在基板208与基座204之间需有金属基材料层210。这层金属基材料层210的热传导系数与基板208的热传导系数的差值在lW/m · ° (T20W/m · ° C之间；且金属基材料层210的热膨胀系数与基板208的热膨胀系数在同一数量级。金属基材料层210的其他参数可参照上一实施例中的金属基材料层。在本实施例中，上述金属基材料层210例如全面性地形成在基板208的表面208a，使得基板208与基座204互不接触。另外，上述实施例中的金属基材料层210也可选择设置在基座204的表面204a，如图3所示。图3是以立体图显示基座204、金属基材料层210与放置于其上的基板208之间的关系图，有机金属化学汽相沉积装置中的其余构件则与图2相似。以下利用几个模拟实验来验证本实施例的结果。模拟试验一在有机金属化学汽相沉积装置中，整个腔体直径为24cm,放置一片6英寸(inch)蓝宝石基板，模拟条件为压力为100托、流量为30SLM、石墨基座的转速为lOrpm、腔壁为冷壁(cold wall，保持约25°C )、基座保持1050°C、基座与金属基材料(钥)层之间的空隙(air gap)设为10 μ m、几种不同厚度的金属基材料层(1mm、10 μ m)、气体种类为空气、密度为1. 1614kg/m3、黏滞系数为1. 846E-5kg/m_s。钥、石墨以及蓝宝石的热传导系数分别为138W/mK、100W/mK以及15W/mK，气体进口处的流速假设是均匀进气，采用高度为2mm的环形排气孔。模拟结果显示于表一。从表一得知，在金属基材料层的厚度为Imm与10 μ m时的温度差分别为1. 127°C与
O.3620C，再从热阻公式中得知，厚度对于热阻有影响，越厚热阻倾向越大，所以10 μ m得到的效果优于1mm。表一
权利要求
1.一种有机金属化学汽相沉积的方法，包括 提供基板，于该基板的第一表面具有金属基材料层； 将该基板放置于腔体内的基座上，且该金属基材料层介于该基板与该基座之间；以及 对该基板的第二表面进行有机金属化学汽相沉积制程，其中该第二表面位于该第一表面的相对侧，且 该金属基材料层的热传导系数与该基板的热传导系数的差值在iw/m· ° (T20W/m · ° C之间， 该金属基材料层的热膨胀系数与该基板的热膨胀系数在同一数量级。
2.如权利要求1所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中该金属基材料层能耐1000° C以上的温度。
3.如权利要求1所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中该金属基材料层的电阻率的范围在同一数量级内。
4.如权利要求1所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中该金属基材料层的厚度为I μ m 10 μ m。
5.如权利要求1所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中进行该有机金属化学汽相沉积制程，以便于该基板的该第二表面形成半导体元件。
6.如权利要求5所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中该金属基材料层是该半导体元件的电极。
7.如权利要求1所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中该金属基材料层包括金属或金属化合物。
8.如权利要求7所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中该金属基材料层包括钥、钽、银或钼。
9.如权利要求1所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中该金属基材料层全面性地形成在该基板的该第一表面上。
10.如权利要求1所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中进行该有机金属化学汽相沉积制程期间，还包括旋转该基座。
11.如权利要求10所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中旋转该基座的转速低于20rpmo
12.如权利要求1所述的有机金属化学汽相沉积的方法，其中进行该有机金属化学汽相沉积制程期间，还包括往该腔体内均匀进气。
13.一种有机金属化学汽相沉积装置，至少包括 腔体；以及 基座，位于该腔体内，用以承放基板并对该基板加热，其中 该基板与该基座之间有金属基材料层， 该金属基材料层的热传导系数与该基板的热传导系数的差值在lW/m· ° (T20W/m · ° C之间， 该金属基材料层的热膨胀系数与该基板的热膨胀系数在同一数量级。
14.如权利要求13所述的有机金属化学汽相沉积装置，其中该金属基材料层能耐1000° C以上的温度。
15.如权利要求13所述的有机金属化学汽相沉积装置，其中该金属基材料层的电阻率的范围在同一数量级内。
16.如权利要求13所述的有机金属化学汽相沉积装置，其中该金属基材料层的厚度为I u m 10 u m0
17.如权利要求13所述的有机金属化学汽相沉积装置，其中该金属基材料层包括金属或金属化合物。
18.如权利要求17所述的有机金属化学汽相沉积装置，其中该金属基材料层包括钥、钽、银或钼。
19.如权利要求13所述的有机金属化学汽相沉积装置，其中该金属基材料层全面性地形成在该基板的表面。
20.如权利要求13所述的有机金属化学汽相沉积装置，其中该金属基材料层位于该基座的表面。
21.如权利要求13所述的有机金属化学汽相沉积装置，其中该基板与该基座是互不接触的。
22.如权利要求13所述的有机金属化学汽相沉积装置，还包括连接该腔体的气体供应系统。
全文摘要
一种有机金属化学汽相沉积的方法与装置。在有机金属化学汽相沉积的方法中，先提供基板，于此基板的第一表面具有金属基材料层；再将基板放置于腔体内的基座上，且金属基材料层介于基板与基座之间，并对在第一表面的相对侧的第二表面进行有机金属化学汽相沉积制程，其中金属基材料层的热传导系数(thermal conductivity)与基板的热传导系数的差值须在1W/m·°C~20W/m·°C之间，金属基材料层的热膨胀系数(thermal expansion)与基板的热膨胀系数须在同一数量级(order)。
文档编号C23C16/18GK103046019SQ20121014261
公开日2013年4月17日 申请日期2012年5月9日 优先权日2011年10月13日
发明者黄智勇, 陈思豪, 王庆钧, 陈建志 申请人:财团法人工业技术研究院