CN113394077B - 一种led外延晶层生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED外延晶层生产工艺，属于半导体生产技术领域。它解决了现有的外延设备对于衬底的形态为固定设置，导致原气体通入时，位于最前方的衬底优先形成晶层，但反应后的废气掺杂在原气体中与后方的衬底接触，进而对后方的晶层形成造成一定影响，且反应进行前选择将清理后的衬底安装于装置内，衬底在运输过程中暴露在空气中，导致空气中的灰尘、杂质贴敷在衬底上，进一步对晶层的形成造成影响的问题。本LED外延晶层生产工艺由反应筒、两个底座、密封门、加热腔、进气口、排气口、储气机构、支撑机构、夹紧机构、梳理机构配合完成相应的处理操作。本LED外延晶层生产工艺使用基片清理更加彻底、成晶更加均匀、稳定。
Description
技术领域
本发明属于半导体生产技术领域，涉及一种LED外延晶层生产工艺。
背景技术
外延生长即通入含有一定硅源气体，经高频加热后，在单晶衬底上沉积一层薄的单晶层，现有的外延设备对于衬底的形态为固定设置，导致原气体通入时，位于最前方的衬底优先形成晶层，但反应后的废气掺杂在原气体中与后方的衬底接触，进而对后方的晶层形成造成一定影响，且反应进行前选择将清理后的衬底安装于装置内，衬底在运输过程中暴露在空气中，导致空气中的灰尘、杂质贴敷在衬底上，进一步对晶层的形成造成影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种LED外延晶层生产工艺，本LED外延晶层生产工艺使用基片清理更加彻底、成晶更加均匀、稳定。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种LED外延晶层生产工艺，其具体工艺步骤如下：
S1、原料准备：通过人工将基片放置在支撑机构上方的夹紧机构上，并向储气机构内依次填充不同的原料气体；
S2、气体除杂：启动夹紧机构，通过与支撑机构间的配合，带动基片在反应筒内进行左右往复摆动；
S3、基片清理：S2步骤进行的同时启动储气机构，控制无水氯化氢进入反应筒内，对基片进行深度清理；
S4、晶层获取：经上述S1-S3步骤后，对反应筒进行升温处理，启动储气机构向反应筒内填充其他的原料气体，在基片上形成晶层，同时利用梳理机构对基片上的晶层进行梳理，以保证晶层厚度的均匀性；
S5、产品拾取：待S4步骤结束，关闭储气机构，对反应筒进行降温，待温度下降后可从反应筒内取出基片，以拾取晶层；
上述工艺S1-S5步骤中的作业工序需由反应筒、两个底座、密封门、加热腔、进气口、排气口、储气机构、支撑机构、夹紧机构、梳理机构配合完成相应的处理操作，其中：
反应筒下端安装有两个底座，所述反应筒左端设有进气口，所述反应筒右端设有排气口，位于所述反应筒中心线上方的圆弧端壁内设有密封门，位于所述反应筒中心线前后两侧的圆弧端壁内分别设有加热腔，每个所述加热腔内设有加热模块，所述反应筒左端设有与所述进气口相连的储气机构，所述反应筒内设有支撑机构，所述支撑机构上方设有夹紧机构，所述夹紧机构上方设有梳理机构。
作为优选，所述储气机构包括设置在位于所述反应筒中心线左侧的所述底座左端面的底盘，所述底盘上方由前至后依次设有至少两个的储气筒，所述底盘上方位于若干所述储气筒和所述反应筒间设有与所述进气口连通的集气箱，所述集气箱下端与所述底盘上端间设有支撑杆，每个所述储气筒与所述集气箱间连通有导气管。
作为优选，所述支撑机构包括限定在所述反应筒内的安置腔，所述安置腔内沿所述反应筒的径向方向依次设有至少两个的液压缸，若干所述液压缸间通过油管依次连通，每个所述油管内设有单向阀，每个所述液压缸内滑动连接有液压杆，每个所述液压缸顶端设有球形块，每个所述球形块上端设有支撑板，所述支撑板下端转动连接有两个第一连杆和两个第二连杆，每个所述第一连杆和每个所述第二连杆滑动设置在所述反应筒内，且每个所述第一连杆的滑动长度大于每个所述第二连杆的滑动长度，每个所述支撑板内由前至后转动连接有两个挡板。
作为优选，所述夹紧机构包括设置在所述支撑机构支撑板上端的两个定位板，每个所述定位板靠近所述支撑机构支撑板中心线的一端转动连接有转轴，所述转轴与所述支撑机构的所述挡板间通过拉绳传动连接，每个所述转轴靠近所述支撑机构支撑板中心线的一端设有夹具，每个所述夹具上滑动连接有夹板，位于所述支撑机构支撑板中心线后方的所述转轴贯穿所述定位板的端壁延伸至所述定位板后方，位于所述支撑机构支撑板中心线后方的定位板后端设有电机座，所述电机座上设有控制电机，所述控制电机与所述转轴间可拆卸连接。
作为优选，所述梳理机构包括设置在所述夹紧机构每个定位板上方的连接板，两个所述连接板间设有滑道板，所述滑道板靠近所述进气口的一端由前至后依次设有两个电磁滑道，每个所述电磁滑道内滑动连接有磁性滑块，每个所述磁性滑块下端设有梳理箱。
工作原理：
进行晶层外延制备前，将反应原料气体依次填充中底盘上端不同的储气筒内，打开密封门，将清理后的硅基片放置在同一夹紧机构的两个夹具上方，并通过夹板与夹具间的配合，将硅基片进行夹持，待硅基片安置完毕，关闭反应筒上端的密封门；
启动电机座上方的控制电机，通过控制电机控制转轴进行间歇性正反转，即通过夹具和夹板的夹持控制硅基片在支撑板上方进行左高右低、左低右高的往复摆动，转轴往复转动的同时利用拉绳的传动，控制挡板在支撑板内进行与硅基片摆动方向相反的摆动，即硅基片和挡板在反应筒内形成开口向左、向右的V字形摆动；
夹持机构运行的同时，将储气筒内的无水氯化氢气体沿导气管、集气箱和进气口输送至反应筒内，对夹紧机构上的硅基片进行深度清理，当硅基片与挡板呈开口向左的V字形时，气体冲击在硅基片下端面和挡板上端面间，在V字形空间内形成回流、延时，提高气体与硅基片的接触时长，保证对硅基片下端面的清理，当硅基片与挡板呈开口向右的V字形时，大量气体主要沿硅基片的上端面进行冲击，保证硅基片上端面的有效清理，同时也避免了反应进行前选择将清理后的衬底安装于装置内，衬底在运输过程中暴露在空气中，导致空气中的灰尘、杂质贴敷在衬底上，进一步对晶层的形成造成影响的情况；
待硅基片清理完毕，打开密封门将夹紧机构的控制电机从电机座上方取出，取出后再次关闭密封门，控制安置腔内最左端的液压缸内的液压杆向液压缸外部延伸，由于每个第一连杆的滑动长度大于每个第二连杆的滑动长度，故位于反应筒内最左端的支撑板在反应筒内成左低右高的形态，即控制夹紧机构上的硅基片成左低右高的倾斜状态，待硅基片调整完毕，通过两个加热腔内的加热模块对反应筒进行加热，将储气筒内其他原料气体沿导气管、集气箱和进气口通入反应筒内，与反应筒内的硅基片接触反应，以形成晶层；
通过硅基片左低右高的倾斜状态设置，对反应筒内后端的其他硅基片进行一定的的阻挡，减小了其他原气体与后方硅基片的接触，避免原气体反应后产生的杂质气体与后方硅基片发生大量接触，对后方硅基片造成影响；
随着硅基片上晶层的产生，控制磁性滑块在电磁滑道内进行滑动，磁性滑块滑动过程中带动梳理箱对硅基片上方进行往复滑动，将堆积在硅基片中间的晶层向硅基片两端进行梳理，以保证硅基片表层晶层的厚度均匀，同时梳理箱在硅基片上方滑动过程中，在原气体的冲击下可进行一定的前后摆动，通过梳理箱的摆动对反应筒内的原气体流向进行导向，控制大量原气体从反应筒的前后两侧圆弧内壁流出，进一步避免了原气体和杂质气体与后方硅基片发生大量接触，对后方硅基片造成影响；
待反应筒内最左端的硅基片反应完毕，控制液压杆向液压缸内收缩，由于每个第一连杆的滑动长度大于每个第二连杆的滑动长度，故收缩后的液压杆带动支撑板在反应筒内呈左高右低的状态分布，即控制反应的硅基片底层面对原气体，避免原气体与反应后的硅基片层发生大量接触；
随着液压杆向液压缸内的收缩，液压缸内的液压油沿油管向储气筒内从左至右的第二个液压缸内流动，即控制储气筒内第二个液压杆向液压缸外部滑动，使位于反应筒内从左至右的第二个夹紧机构上的硅基片发生左低右高的状态分布，进行上述的同步玩应，通过不同的硅基片间歇性角度变化的方式，以保证每个硅基片上晶层的充分形成。
与现有技术相比，本LED外延晶层生产工艺具有以下优点：
1、由于支撑机构的设计，通过油管内单向阀的控制，使反应筒内的不同硅基片进行升降并以左低右高的倾斜状态与气体接触反应，一方面减小了其他原气体与后方硅基片的接触，避免原气体反应后产生的杂质气体与后方硅基片发生大量接触，对后方硅基片造成影响，另一方面待反应完成后，控制反应后的硅基片以左高右低的状态分布，控制反应的硅基片底层面对原气体，避免原气体与反应后的硅基片层发生大量接触。
2、由于梳理机构的设计，梳理箱对硅基片上方进行往复滑动，将堆积在硅基片中间的晶层向硅基片两端进行梳理，以保证硅基片表层晶层的厚度均匀，同时梳理箱在硅基片上方滑动过程中，在原气体的冲击下可进行一定的前后摆动，通过梳理箱的摆动对反应筒内的原气体流向进行导向，控制大量原气体从反应筒的前后两侧圆弧内壁流出，进一步避免了原气体和杂质气体与后方硅基片发生大量接触，对后方硅基片造成影响。
3、由于夹持机构的设计，夹持机构运行的同时，将储气筒内的无水氯化氢气体沿导气管、集气箱和进气口输送至反应筒内，对夹紧机构上的硅基片进行深度清理，当硅基片与挡板呈开口向左的V字形时，气体冲击在硅基片下端面和挡板上端面间，在V字形空间内形成回流、延时，提高气体与硅基片的接触时长，保证对硅基片下端面的清理，当硅基片与挡板呈开口向右的V字形时，大量气体主要沿硅基片的上端面进行冲击，保证硅基片上端面的有效清理。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明图1中的俯视方向示意图。
图3是本发明图2中A-A方向的剖视图。
图4是本发明图2中B-B方向的剖视图。
图5是本发明图4中C处的局部放大示意图。
图6是本发明图3中D处的局部放大示意图。
图7是本发明图4中E处的局部放大示意图。
图中，反应筒100、底座101、密封门102、进气口103、排气口104、底盘105、支撑杆106、集气箱107、储气筒108、导气管109、安置腔110、液压缸111、液压杆112、球形块113、支撑板114、挡板115、第一连杆116、第二连杆117、定位板118、电机座119、控制电机120、转轴121、夹具122、夹板123、连接板124、滑道板125、电磁滑道126、磁性滑块127、梳理箱128、加热腔129。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1、图3和图4所示，一种LED外延晶层生产工艺，其具体工艺步骤如下：
S1、原料准备：通过人工将基片放置在支撑机构上方的夹紧机构上，并向储气机构内依次填充不同的原料气体；
S2、气体除杂：启动夹紧机构，通过与支撑机构间的配合，带动基片在反应筒100内进行左右往复摆动；
S3、基片清理：S2步骤进行的同时启动储气机构，控制无水氯化氢进入反应筒100内，对基片进行深度清理；
S4、晶层获取：经上述S1-S3步骤后，对反应筒100进行升温处理，启动储气机构向反应筒100内填充其他的原料气体，在基片上形成晶层，同时利用梳理机构对基片上的晶层进行梳理，以保证晶层厚度的均匀性；
S5、产品拾取：待S4步骤结束，关闭储气机构，对反应筒100进行降温，待温度下降后可从反应筒100内取出基片，以拾取晶层；
上述工艺S1-S5步骤中的作业工序需由反应筒100、两个底座101、密封门102、加热腔129、进气口103、排气口104、储气机构、支撑机构、夹紧机构、梳理机构配合完成相应的处理操作，其中：
反应筒100下端安装有两个底座101，反应筒100左端设有进气口103，反应筒100右端设有排气口104，位于反应筒100中心线上方的圆弧端壁内设有密封门102，位于反应筒100中心线前后两侧的圆弧端壁内分别设有加热腔129，每个加热腔129内设有加热模块，反应筒100左端设有与进气口103相连的储气机构，反应筒100内设有支撑机构，支撑机构上方设有夹紧机构，夹紧机构上方设有梳理机构。
如图1、图3所示，储气机构包括设置在位于反应筒100中心线左侧的底座101左端面的底盘105，底盘105上方由前至后依次设有至少两个的储气筒108，底盘105上方位于若干储气筒108和反应筒100间设有与进气口103连通的集气箱107，集气箱107下端与底盘105上端间设有支撑杆106，每个储气筒108与集气箱107间连通有导气管109。
如图3、图4和图6所示，支撑机构包括限定在反应筒100内的安置腔110，安置腔110内沿反应筒100的径向方向依次设有至少两个的液压缸111，若干液压缸111间通过油管依次连通，每个油管内设有单向阀，每个液压缸111内滑动连接有液压杆112，每个液压缸111顶端设有球形块113，每个球形块113上端设有支撑板114，支撑板114下端转动连接有两个第一连杆116和两个第二连杆117，每个第一连杆116和每个第二连杆117滑动设置在反应筒100内，且每个第一连杆116的滑动长度大于每个第二连杆117的滑动长度，每个支撑板114内由前至后转动连接有两个挡板115。
如图4、图5所示，夹紧机构包括设置在支撑机构支撑板114上端的两个定位板118，每个定位板118靠近支撑机构支撑板114中心线的一端转动连接有转轴121，转轴121与支撑机构的挡板115间通过拉绳传动连接，每个转轴121靠近支撑机构支撑板114中心线的一端设有夹具122，每个夹具122上滑动连接有夹板123，位于支撑机构支撑板114中心线后方的转轴121贯穿定位板118的端壁延伸至定位板118后方，位于支撑机构支撑板114中心线后方的定位板118后端设有电机座119，电机座119上设有控制电机120，控制电机120与转轴121间可拆卸连接。
如图4、图7所示，梳理机构包括设置在夹紧机构每个定位板118上方的连接板124，两个连接板124间设有滑道板125，滑道板125靠近进气口103的一端由前至后依次设有两个电磁滑道126，每个电磁滑道126内滑动连接有磁性滑块127，每个磁性滑块127下端设有梳理箱128。
工作原理：
进行晶层外延制备前，将反应原料气体依次填充中底盘105上端不同的储气筒108内，打开密封门102，将清理后的硅基片放置在同一夹紧机构的两个夹具122上方，并通过夹板123与夹具122间的配合，将硅基片进行夹持，待硅基片安置完毕，关闭反应筒100上端的密封门102；
启动电机座119上方的控制电机120，通过控制电机120控制转轴121进行间歇性正反转，即通过夹具122和夹板123的夹持控制硅基片在支撑板114上方进行左高右低、左低右高的往复摆动，转轴121往复转动的同时利用拉绳的传动，控制挡板115在支撑板114内进行与硅基片摆动方向相反的摆动，即硅基片和挡板115在反应筒100内形成开口向左、向右的V字形摆动；
夹持机构运行的同时，将储气筒108内的无水氯化氢气体沿导气管109、集气箱107和进气口103输送至反应筒100内，对夹紧机构上的硅基片进行深度清理，当硅基片与挡板115呈开口向左的V字形时，气体冲击在硅基片下端面和挡板115上端面间，在V字形空间内形成回流、延时，提高气体与硅基片的接触时长，保证对硅基片下端面的清理，当硅基片与挡板115呈开口向右的V字形时，大量气体主要沿硅基片的上端面进行冲击，保证硅基片上端面的有效清理，同时也避免了反应进行前选择将清理后的衬底安装于装置内，衬底在运输过程中暴露在空气中，导致空气中的灰尘、杂质贴敷在衬底上，进一步对晶层的形成造成影响的情况；
待硅基片清理完毕，打开密封门102将夹紧机构的控制电机120从电机座119上方取出，取出后再次关闭密封门102，控制安置腔110内最左端的液压缸111内的液压杆112向液压缸111外部延伸，由于每个第一连杆116的滑动长度大于每个第二连杆117的滑动长度，故位于反应筒100内最左端的支撑板114在反应筒100内成左低右高的形态，即控制夹紧机构上的硅基片成左低右高的倾斜状态，待硅基片调整完毕，通过两个加热腔129内的加热模块对反应筒100进行加热，将储气筒108内其他原料气体沿导气管109、集气箱107和进气口103通入反应筒100内，与反应筒100内的硅基片接触反应，以形成晶层；
通过硅基片左低右高的倾斜状态设置，对反应筒100内后端的其他硅基片进行一定的的阻挡，减小了其他原气体与后方硅基片的接触，避免原气体反应后产生的杂质气体与后方硅基片发生大量接触，对后方硅基片造成影响；
随着硅基片上晶层的产生，控制磁性滑块127在电磁滑道126内进行滑动，磁性滑块127滑动过程中带动梳理箱128对硅基片上方进行往复滑动，将堆积在硅基片中间的晶层向硅基片两端进行梳理，以保证硅基片表层晶层的厚度均匀，同时梳理箱128在硅基片上方滑动过程中，在原气体的冲击下可进行一定的前后摆动，通过梳理箱128的摆动对反应筒100内的原气体流向进行导向，控制大量原气体从反应筒100的前后两侧圆弧内壁流出，进一步避免了原气体和杂质气体与后方硅基片发生大量接触，对后方硅基片造成影响；
待反应筒100内最左端的硅基片反应完毕，控制液压杆112向液压缸111内收缩，由于每个第一连杆116的滑动长度大于每个第二连杆117的滑动长度，故收缩后的液压杆112带动支撑板114在反应筒100内呈左高右低的状态分布，即控制反应的硅基片底层面对原气体，避免原气体与反应后的硅基片层发生大量接触；
随着液压杆112向液压缸111内的收缩，液压缸111内的液压油沿油管向储气筒108内从左至右的第二个液压缸111内流动，即控制储气筒108内第二个液压杆112向液压缸111外部滑动，使位于反应筒100内从左至右的第二个夹紧机构上的硅基片发生左低右高的状态分布，进行上述的同步玩应，通过不同的硅基片间歇性角度变化的方式，以保证每个硅基片上晶层的充分形成。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例得到限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种LED外延晶层生产工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下：
S1、原料准备：通过人工将基片放置在支撑机构上方的夹紧机构上，并向储气机构内依次填充不同的原料气体；
S2、气体除杂：启动夹紧机构，通过与支撑机构间的配合，带动基片在反应筒(100)内进行左右往复摆动；
S3、基片清理：S2步骤进行的同时启动储气机构，控制无水氯化氢进入反应筒(100)内，对基片进行深度清理；
S4、晶层获取：经上述S1-S3步骤后，对反应筒(100)进行升温处理，启动储气机构向反应筒(100)内填充其他的原料气体，在基片上形成晶层，同时利用梳理机构对基片上的晶层进行梳理，以保证晶层厚度的均匀性；
S5、产品拾取：待S4步骤结束，关闭储气机构，对反应筒(100)进行降温，待温度下降后可从反应筒(100)内取出基片，以拾取晶层；
上述工艺S1-S5步骤中的作业工序需由反应筒(100)、两个底座(101)、密封门(102)、加热腔(129)、进气口(103)、排气口(104)、储气机构、支撑机构、夹紧机构、梳理机构配合完成相应的处理操作，其中：
反应筒(100)下端安装有两个底座(101)，所述反应筒(100)左端设有进气口(103)，所述反应筒(100)右端设有排气口(104)，位于所述反应筒(100)中心线上方的圆弧端壁内设有密封门(102)，位于所述反应筒(100)中心线前后两侧的圆弧端壁内分别设有加热腔(129)，所述反应筒(100)左端设有与所述进气口(103)相连的储气机构，所述反应筒(100)内设有支撑机构，所述支撑机构上方设有夹紧机构，所述夹紧机构上方设有梳理机构。
2.根据权利要求1所述的一种LED外延晶层生产工艺，其特征在于：所述储气机构包括设置在位于所述反应筒(100)中心线左侧的所述底座(101)左端面的底盘(105)，所述底盘(105)上方由前至后依次设有至少两个的储气筒(108)，所述底盘(105)上方位于若干所述储气筒(108)和所述反应筒(100)间设有与所述进气口(103)连通的集气箱(107)，所述集气箱(107)下端与所述底盘(105)上端间设有支撑杆(106)，每个所述储气筒(108)与所述集气箱(107)间连通有导气管(109)。
3.根据权利要求1所述的一种LED外延晶层生产工艺，其特征在于：所述支撑机构包括限定在所述反应筒(100)内的安置腔(110)，所述安置腔(110)内沿所述反应筒(100)的径向方向依次设有至少两个的液压缸(111)，若干所述液压缸(111)间通过油管依次连通，每个所述油管内设有单向阀，每个所述液压缸(111)内滑动连接有液压杆(112)，每个所述液压缸(111)顶端设有球形块(113)，每个所述球形块(113)上端设有支撑板(114)，所述支撑板(114)下端转动连接有两个第一连杆(116)和两个第二连杆(117)，每个所述第一连杆(116)和每个所述第二连杆(117)滑动设置在所述反应筒(100)内，且每个所述第一连杆(116)的滑动长度大于每个所述第二连杆(117)的滑动长度，每个所述支撑板(114)内由前至后转动连接有两个挡板(115)。
4.根据权利要求1所述的一种LED外延晶层生产工艺，其特征在于：所述夹紧机构包括设置在所述支撑机构支撑板(114)上端的两个定位板(118)，每个所述定位板(118)靠近所述支撑机构支撑板(114)中心线的一端转动连接有转轴(121)，所述转轴(121)与所述支撑机构的挡板(115)间通过拉绳传动连接，每个所述转轴(121)靠近所述支撑机构支撑板(114)中心线的一端设有夹具(122)，每个所述夹具(122)上滑动连接有夹板(123)，位于所述支撑机构支撑板(114)中心线后方的所述转轴(121)贯穿所述定位板(118)的端壁延伸至所述定位板(118)后方，位于所述支撑机构支撑板(114)中心线后方的定位板(118)后端设有电机座(119)，所述电机座(119)上设有控制电机(120)，所述控制电机(120)与所述转轴(121)间可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的一种LED外延晶层生产工艺，其特征在于：所述梳理机构包括设置在所述夹紧机构每个定位板(118)上方的连接板(124)，两个所述连接板(124)间设有滑道板(125)，所述滑道板(125)靠近所述进气口(103)的一端由前至后依次设有两个电磁滑道(126)，每个所述电磁滑道(126)内滑动连接有磁性滑块(127)，每个所述磁性滑块(127)下端设有梳理箱(128)。
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