一種led外延片倒置mocvd反應(yīng)爐的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種LED外延片倒置MOCVD反應(yīng)爐屬于半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)設(shè)備領(lǐng)域。包括爐體、爐蓋通過(guò)插銷(xiāo)裝置固定的基盤(pán)承載部,排氣整流罩固定在爐底且通過(guò)外置升降汽缸與源料導(dǎo)入管同時(shí)進(jìn)行升降。本技術(shù)方案中,襯底片倒掛式放置,基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)圍可實(shí)現(xiàn)同時(shí)旋轉(zhuǎn),基盤(pán)可整體利用機(jī)械臂搬送。此設(shè)計(jì)使襯底外延生長(zhǎng)面向下,解決了因此問(wèn)題導(dǎo)致良率過(guò)低的問(wèn)題;基盤(pán)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)衛(wèi)星盤(pán)圍繞基盤(pán)軸心旋轉(zhuǎn),同時(shí),衛(wèi)星盤(pán)也圍繞其軸心自轉(zhuǎn),消除了氣流場(chǎng)的不均勻性和熱場(chǎng)的不均勻性,使外延生長(zhǎng)更加均勻;基盤(pán)利用機(jī)械臂搬送,相比較頻繁開(kāi)爐蓋、手動(dòng)更換襯底工序,節(jié)省了大量時(shí)間、提高了生產(chǎn)效率,以及降低了反應(yīng)腔室與外界接觸頻率,延長(zhǎng)維護(hù)保養(yǎng)時(shí)限,節(jié)約成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種LED外延片倒置MOCVD反應(yīng)爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)設(shè)備領(lǐng)域,特別涉及到MOCVD反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái),LED生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步,生產(chǎn)成本不斷降低,亮度不斷提高。以其能耗低、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、體積小等優(yōu)點(diǎn)得以迅猛發(fā)展。LED在室內(nèi)外顯示屏、交通燈、照明市場(chǎng)得到廣泛的應(yīng)用。人們對(duì)LED器件的可靠性提出了新的要求和挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)為不能出現(xiàn)死燈、暗燈等一系列可靠性問(wèn)題。此問(wèn)題的根源在于外延生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生了顆粒缺陷外延片。 [0003]LED是一種將電能轉(zhuǎn)化成光能的摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體固體器件,它的結(jié)構(gòu)主要是PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。LED的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜,一般要經(jīng)過(guò)外延片制作、氮?dú)夥庋b、外延生長(zhǎng)、芯片前工藝、研磨切割、點(diǎn)測(cè)分選、封裝等主要步驟。其中外延生長(zhǎng)決定了 LED發(fā)光顏色、發(fā)光亮度以及可靠性,因此外延生長(zhǎng)所使用的設(shè)備MOCVD是LED生產(chǎn)中的核心設(shè)備。然而,利用過(guò)去的MOCVD設(shè)備生長(zhǎng)外延時(shí),襯底的外延生長(zhǎng)面均是朝上的。III族源和V族源在反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)生成相應(yīng)的化合物晶體,部分化合物晶體依附在爐蓋下表面,并且逐漸長(zhǎng)大。部分化合物晶體脫落,落在襯底的上表面,這樣就形成外延生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生了顆粒缺陷外延片。
[0004]而市場(chǎng)主流MOCVD設(shè)備的反應(yīng)爐的爐體、排氣整流罩、加熱器、冷卻板、氣體噴嘴等零部件都是相對(duì)固定的,取片、裝片工作,完全由人工手動(dòng)打開(kāi)爐蓋進(jìn)行操作。以49片機(jī)換片為例,大致工序及耗時(shí)如下:反應(yīng)腔室抽真空(5min) —腔室充入高純氮?dú)?5min)——腔室降溫至50°C以下(15min)——開(kāi)爐蓋并人工手動(dòng)取片(llmin)——清掃顆粒(2min)——人工手動(dòng)裝片(12min)——清掃顆粒并關(guān)爐蓋(3min)——腔室抽真空(5min),開(kāi)始外延生長(zhǎng)。共耗時(shí)58min,耗費(fèi)能源及有效生產(chǎn)用時(shí)、降低生產(chǎn)效率。同時(shí),在打開(kāi)爐蓋后,還存在反應(yīng)腔室被污染的風(fēng)險(xiǎn)。
[0005]外延生長(zhǎng)對(duì)氣流場(chǎng)和熱場(chǎng)的均勻性要求很高,主盤(pán)的旋轉(zhuǎn)可以消除氣流場(chǎng)的不均性和圓周方向的熱場(chǎng)不均勻性。然而熱場(chǎng)徑向的不均勻性很難消除,這就導(dǎo)致徑向方向的外延均勻性差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決由上述原因?qū)е碌耐庋悠w粒缺陷問(wèn)題、手動(dòng)取片、裝片費(fèi)時(shí)耗力問(wèn)題以及外延生長(zhǎng)均勻性差的問(wèn)題,本發(fā)明提出了一種LED外延片倒置、可自動(dòng)更換基盤(pán)以及基盤(pán)和衛(wèi)星盤(pán)同時(shí)旋轉(zhuǎn)的MOCVD反應(yīng)爐。
[0007]一種LED外延片倒置MOCVD反應(yīng)爐,包括爐體1、固定在爐體頂部的爐蓋2,其特征在于,在爐體側(cè)壁上開(kāi)有過(guò)渡口 25,過(guò)渡口上固定有插板閥26,爐蓋通過(guò)插銷(xiāo)裝置3固定圓環(huán)狀的且截面形狀為L(zhǎng)形狀的基盤(pán)承載部13,爐體內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸8通過(guò)磁流體7連接有基盤(pán)16,源料氣體導(dǎo)入管21、石英板17、排氣整流罩23固定在爐底18 ;
[0008]所述的基盤(pán)承載部13上依次安裝有基盤(pán)滑軌環(huán)28、基盤(pán)16、固定式齒環(huán)14,基盤(pán)上依次安裝有衛(wèi)星盤(pán)滑軌環(huán)27、衛(wèi)星盤(pán)15、均熱板29,多個(gè)衛(wèi)星盤(pán)15上端邊緣為齒狀結(jié)構(gòu),與固定式齒環(huán)14嚙合,基盤(pán)滑軌環(huán)27、衛(wèi)星盤(pán)滑軌環(huán)28是由上部的圓環(huán)狀的且截面形狀為凸字形狀的滑軌、下部的圓環(huán)狀的且截面形狀為凹字形狀的滑軌及中間的滾珠組成,外延襯底片12生長(zhǎng)面向下放置在衛(wèi)星盤(pán)15凹槽中后將均熱板29蓋上。
[0009]進(jìn)一步,所述的基盤(pán)承載部13上依次安裝有基盤(pán)滑軌環(huán)28、基盤(pán)16、固定式齒環(huán)14,基盤(pán)上依次安裝有衛(wèi)星盤(pán)滑軌環(huán)27、衛(wèi)星盤(pán)15、均熱板29,此部分整體由機(jī)械臂30托舉,搬入、搬出反應(yīng)爐腔室。
[0010]進(jìn)一步,爐底18與爐體I由波紋管24相連,通過(guò)安裝外置氣缸控制爐底18整體升降。
[0011]實(shí)現(xiàn)上述有益效果的技術(shù)方案為,一種LED外延片倒置MOCVD反應(yīng)爐,包括爐體、固定在爐體頂部的爐蓋,在爐體側(cè)壁上開(kāi)有過(guò)渡口,過(guò)渡口上固定有插板閥。爐蓋冷卻水進(jìn)口、爐蓋冷卻水出口、氫氣進(jìn)口、連接在爐蓋上方,爐蓋下方安裝有插銷(xiāo)裝置,插銷(xiāo)材質(zhì)是電磁鐵,通過(guò)改變線(xiàn)圈的電流方向控制插銷(xiāo)的動(dòng)作。加熱器、隔熱板連接在爐蓋下方。旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)固定在爐蓋上的磁流體連接伺服電機(jī)及基盤(pán)。爐蓋的設(shè)計(jì)部分組成了反應(yīng)爐的加熱系統(tǒng),以及基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。爐底連接波紋管,并安裝有石英板、爐底冷卻水進(jìn)口、爐底冷卻水出口、排氣整流罩、排氣口以及源料氣體導(dǎo)入管。排氣整流罩上開(kāi)有排氣孔,通過(guò)控制排氣量,可保證控制反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力平衡,整流罩和石英板在反應(yīng)爐內(nèi)隔離出外延生長(zhǎng)空間,并且由爐蓋氫氣進(jìn)口導(dǎo)入氫氣,使外延生長(zhǎng)空間與基盤(pán)上部加熱空間壓力保持一致,既保證了不會(huì)有顆粒進(jìn)入生長(zhǎng)空間,又可避免III族源和V族源制程氣體進(jìn)入其它空間凝結(jié)。
[0012]所述基盤(pán)放置在基盤(pán)承載部上方,衛(wèi)星盤(pán)放置在基盤(pán)上,基盤(pán)與承載部之間、衛(wèi)星盤(pán)與基盤(pán)之間安裝有滑軌環(huán),能夠滿(mǎn)足基盤(pán)和衛(wèi)星盤(pán)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。衛(wèi)星盤(pán)上部邊緣是鋸齒狀,能與固定在基盤(pán)承載部上的固定式齒環(huán)嚙合,在基盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),衛(wèi)星盤(pán)也隨之自轉(zhuǎn)并圍繞基盤(pán)軸心公轉(zhuǎn)。此設(shè)計(jì)消除了熱場(chǎng)軸向的不均勻性。使外延生長(zhǎng)的更加均勻。
[0013]在外延生長(zhǎng)完成后,基盤(pán)承載部連同基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)可利用機(jī)械臂搬出反應(yīng)爐,放置在氮?dú)庀鋬?nèi),并由機(jī)械臂將備用基盤(pán)承載部連同基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)搬送至反應(yīng)爐內(nèi),開(kāi)始進(jìn)行下一次外延生長(zhǎng)。此工序及耗時(shí)如下:反應(yīng)腔室抽真空(5min) —腔室充入高純氮?dú)?5min)—腔室降溫至200°C以下(5min)——爐底、排氣整流罩連同石英板下降(Imin)—過(guò)渡口閘板閥打開(kāi)、機(jī)械臂將基盤(pán)承載部連同基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)搬出反應(yīng)爐放置在氮?dú)庀鋬?nèi)(3min)—機(jī)械臂將備用基盤(pán)承載部連同基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)搬送至反應(yīng)爐,機(jī)械臂
回位,閘板閥關(guān)閉(3min)-爐底、排氣整流罩連同石英板下降(lmin)-腔室抽真空
(5min),開(kāi)始外延生長(zhǎng)。共耗時(shí)28min。在反應(yīng)爐外延生長(zhǎng)的同時(shí),操作人員可在氮?dú)庀鋬?nèi)將均熱板拿起,為了不破壞襯底生長(zhǎng)面,可使用真空吸筆吸附襯底片背面,進(jìn)行換片工作,更換完成之后,基盤(pán)承載部連同基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)放置在氮?dú)庀鋬?nèi),作為下一次外延生長(zhǎng)結(jié)束后的更換品。相比較不可更換基盤(pán)的反應(yīng)爐,節(jié)省時(shí)間30min,更換操作時(shí)反應(yīng)爐無(wú)需打開(kāi)爐蓋,反應(yīng)爐內(nèi)與搬送室內(nèi)均充入高純氮?dú)獠⒈3謮毫ζ胶猓行П苊饬藸t內(nèi)被污染風(fēng)險(xiǎn),縮短了外延生長(zhǎng)間隔時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率?!緦?zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】[0014]圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0015]1.爐體 2.爐蓋 3.插銷(xiāo)裝置 4.爐蓋冷卻水進(jìn)口
[0016]5.氫氣進(jìn)口 6.伺服電機(jī) 7.磁流體8.旋轉(zhuǎn)軸
[0017]9.加熱器10.隔熱板 11.爐蓋冷卻水出口 12.外延襯底片
[0018]13.基盤(pán)承載部 14.固定式齒環(huán) 15.衛(wèi)星盤(pán) 16.基盤(pán)
[0019]17.石英板 18.爐底 19.排氣口 20.爐底冷卻水出口
[0020]21.源料氣體導(dǎo)入管22.爐底冷卻水進(jìn)口 23.排氣整流罩24.波紋管25.過(guò)渡口26.插板閥 27.衛(wèi)星盤(pán)滑軌環(huán) 28.基盤(pán)滑軌環(huán)
[0021]29.均熱板 30.機(jī)械臂
[0022]圖2為本發(fā)明基盤(pán)承載部整體搬送示意圖;
[0023]圖3為本發(fā)明基盤(pán)承載部、基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)等部件分解不意圖。
[0024]圖4為基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)分解示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明基盤(pán)承載部、基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)等部件分解圖的截面示意圖。
[0026]圖6為基盤(pán)、衛(wèi) 星盤(pán)分解圖的截面示意圖。
[0027]圖7為機(jī)械臂搬入、搬出反應(yīng)爐腔室示意圖。
[0028]圖8為機(jī)械臂形狀示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]結(jié)合圖1、圖2,本發(fā)明的一種實(shí)施方式。一種LED外延片倒置MOCVD反應(yīng)爐,包括爐體1、固定在爐體頂部的爐蓋2,在爐體側(cè)壁上開(kāi)有過(guò)渡口 25,過(guò)渡口上固定有插板閥26。爐蓋冷卻水進(jìn)口 4、爐蓋冷卻水出口 11、氫氣進(jìn)口 5、連接在爐蓋上方,插銷(xiāo)裝置3,加熱器9、隔熱板10連接在爐蓋下方。旋轉(zhuǎn)軸8通過(guò)固定在爐蓋上的磁流體7連接伺服電機(jī)6及基盤(pán)16。爐體I下部連接波紋管24、爐底18,并安裝有石英板17、爐底冷卻水進(jìn)口 22、爐底冷卻水出口 20、排氣整流罩23、排氣口 19以及源料氣體導(dǎo)入管21。
[0031]本實(shí)施例中,所述基盤(pán)16放置在基盤(pán)承載部13,基盤(pán)與承載部之間安裝有基盤(pán)滑軌環(huán)28,滑軌環(huán)是由上部凸?fàn)罨?、下部凹狀滑軌及滾珠組成,能夠滿(mǎn)足基盤(pán)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。基盤(pán)16上放置衛(wèi)星盤(pán)15,衛(wèi)星盤(pán)上放置外延襯底片12及均熱板29,衛(wèi)星盤(pán)與基盤(pán)之間安裝有衛(wèi)星盤(pán)滑軌環(huán)27,使衛(wèi)星盤(pán)能夠在其上旋轉(zhuǎn)。衛(wèi)星盤(pán)15上部邊緣是鋸齒狀,能與固定在基盤(pán)承載部13上的固定式齒環(huán)14嚙合,在基盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),衛(wèi)星盤(pán)也隨之自轉(zhuǎn)并圍繞基盤(pán)軸心公轉(zhuǎn)。
[0032]具體操作過(guò)程:在外延生長(zhǎng)完成后,腔室內(nèi)抽真空后再通入高純氮?dú)?,?dāng)腔室內(nèi)溫度降到200°C時(shí),爐底通過(guò)外置氣缸牽引緩慢下降,這時(shí)波紋管逐展開(kāi),當(dāng)石英板及排氣整流罩下降至過(guò)渡口下端邊緣以下時(shí)停止下降,插板閥打開(kāi),機(jī)械臂伸入反應(yīng)爐內(nèi)并與基盤(pán)承載部下端接合,這時(shí),爐蓋上插銷(xiāo)裝置收縮,基盤(pán)承載部連同基盤(pán)、衛(wèi)星盤(pán)由機(jī)械臂托舉緩慢下降,當(dāng)基盤(pán)承載部可完全通過(guò)過(guò)渡口時(shí)停止下降,機(jī)械臂收回至搬運(yùn)室,并將基盤(pán)連同承載部放置在氮?dú)庀鋬?nèi),然后將備用基盤(pán)、承載部搬送至反應(yīng)爐內(nèi),機(jī)械臂升起,承載部上端插入爐蓋凹槽內(nèi)后,插銷(xiāo)裝置伸長(zhǎng),將其牢牢固定,機(jī)械臂收回搬送室,插板閥關(guān)閉,爐底在外置氣缸動(dòng)作下上升至原位置,腔室內(nèi)抽真空,下一次外應(yīng)生長(zhǎng)開(kāi)始。[0033]以上所述,為本發(fā)明的一般實(shí)施案例,并非對(duì)本發(fā)明作任何限制,凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化, 均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種LED外延片倒置MOCVD反應(yīng)爐,包括爐體(1)、固定在爐體頂部的爐蓋(2),其特征在于,在爐體側(cè)壁上開(kāi)有過(guò)渡口(25),過(guò)渡口上固定有插板閥(26),爐蓋通過(guò)插銷(xiāo)裝置(3)固定圓環(huán)狀的且截面形狀為L(zhǎng)形狀的基盤(pán)承載部(13),爐體內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸(8)通過(guò)磁流體(7)連接有基盤(pán)(16),源料氣體導(dǎo)入管(21)、石英板(17)、排氣整流罩(23)固定在爐底(18); 所述的基盤(pán)承載部(13)上依次安裝有基盤(pán)滑軌環(huán)(28)、基盤(pán)(16)、固定式齒環(huán)(14),基盤(pán)上依次安裝有衛(wèi)星盤(pán)滑軌環(huán)(27)、衛(wèi)星盤(pán)(15)、均熱板(29),多個(gè)衛(wèi)星盤(pán)(15)上端邊緣為齒狀結(jié)構(gòu),與固定式齒環(huán)(14)嚙合,基盤(pán)滑軌環(huán)(27)、衛(wèi)星盤(pán)滑軌環(huán)(28)是由上部的圓環(huán)狀的且截面形狀為凸字形狀的滑軌、下部的圓環(huán)狀的且截面形狀為凹字形狀的滑軌及中間的滾珠組成,外延襯底片(12)生長(zhǎng)面向下放置在衛(wèi)星盤(pán)(15)凹槽中后將均熱板(29)蓋上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片倒置MOCVD反應(yīng)爐,其特征在于,所述的基盤(pán)承載部(13)上依次安裝有基盤(pán)滑軌環(huán)(28)、基盤(pán)(16)、固定式齒環(huán)(14),基盤(pán)上依次安裝有衛(wèi)星盤(pán)滑軌環(huán)(27)、衛(wèi)星盤(pán)(15)、均熱板(29),此部分整體由機(jī)械臂(30)托舉,搬入、搬出反應(yīng)爐腔室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片倒置MOCVD反應(yīng)爐,其特征在于,爐底(18)與爐體(1)由波紋管(24)相連,通`過(guò)安裝外置氣缸控制爐底(18)整體升降。
【文檔編號(hào)】C30B25/12GK103526285SQ201310435540
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】樊志濱, 陳依新, 王勇飛 申請(qǐng)人:北京思捷愛(ài)普半導(dǎo)體設(shè)備有限公司