專利名稱：對外延片進行退火合金的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及半導體外延片進行升溫或降溫處理的技術，其適合于半導體外延片的退火、合金等工藝，例如發光二極管的外延領域。
背景技術：
在半導體器件制造中對外延片進行合金退火是必不可少的工藝步驟，對外延片進 行快速退火和合金，有利于提高器件的光電性能和可靠性。尤其是在銦鎵鋁氮垂直結構或倒裝焊芯片制造中，一般要用金屬銀作為P型歐姆接觸金屬，對其進行合金退火，如果退火時間太長，容易使銀發生球聚，從而使器件的出光效率降低。一般的退火方法要么通過氣體傳熱給外延片實現外延片的加熱，要么將片子放在加熱盤上，讓加熱盤對外延片進行加熱。當用氣體對外延片進行加熱時，由于氣體的熱容量很小，因而需要在較長時間內，才能使整個外延片獲得均勻的高溫，這會導致部分區域合金退火時間過長，使得外延片上器件性能的均勻性變差。如果將外延片放置在加熱盤上加熱，會受加熱盤本身熱容量的影響加熱盤需要經過較長時間才能實現升溫和降溫，使得加溫時間變長，從而外延片需耐受更長時間高溫，這會導致金屬層發生球聚等性能退化。若在加熱器保持高溫狀態下擺放樣品退火合金，盡管可以實現段時間升降溫，但這樣操作非常困難，尤其是需要在保護氣體或真空環境下退火或合金更是無法實現操作。所以，一般的退火合金方法，很難實現快速的升溫和降溫，尤其是在真空狀態或氣體保護狀態。因而，發明一種簡易可行的快速退火合金的方法和設備顯得非常重要，既能提高生產效率，又能提高半導體器件的性能。
發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題是為了克服現有技術的上述缺陷，本發明提出一種對外延片進行退火合金的裝置，用以解決現有技術存在的效率低、退火合金后產品質量劣化的問題。本發明所要解決的第二個技術問題是為了克服現有技術的上述缺陷，本發明提供一種對外延片進行退火合金的方法，用以解決現有技術存在的效率低、退火合金后產品質量劣化的問題。為了解決上述第一個技術問題，本發明提出的對外延片進行退火合金的裝置，包括導熱板，所述導熱板上包括供介質通過的通道，導熱板上的通道包括介質的進口和出口 ；以及還包括
一兩端均設有閥門的介質加熱裝置；
一兩端均設有閥門的介質冷卻裝置；
介質加熱裝置和介質冷卻裝置的兩端并接，它們與一介質泵串接連通，介質泵與導熱板上的通道串接連通；
當介質加熱裝置關閉、介質冷卻裝置開啟的時候，介質泵推動介質冷卻裝置內的介質流動，導熱板上的通道、介質泵和介質冷卻裝置形成介質閉路循環；當介質加熱裝置開啟、介質冷卻裝置關閉的時候，介質泵推動介質加熱裝置內的介質流動，導熱板上的通道、介質泵和介質加熱裝置形成介質閉路循環。優選地所述通道為設在所述導熱板上的空心結構，或者是固定在導熱板表面上的管道，或者是嵌入導熱板上的管道。優選地所述導熱板的材質是石墨、石英或陶瓷的無機非金屬材料；或者是銅、銀、鋁、鐵、金、鉬、鎢、鑰、釩或鋯的單質金屬材料；或者是耐熱鋼、鑄鐵或不銹鋼的合金材料；或者是多層金屬材料構成的復合材料；或者是非金屬材料構成的多層材料；或者是金屬材料和非金屬材料構成的相間的疊層復合材料。優選地所述導熱板表面有包覆材料，包覆材料為有碳化硅、碳化硼、氮化硅或氧化硅。優選地所述導熱板設在真空腔體內，或者設在混有保護氣體的腔體內。優選地所述介質為氣體介質、液體介質或它們的混合。優選地所述介質為水、硅油或真空泵油；或者是氮氣、氧氣、空氣、二氧化碳、氦氣或氬氣。優選地所述介質加熱裝置和介質冷卻裝置包括介質的輸入管和輸出管，其中，輸入管的管口位于液體介質液面下，輸出管的管口位于液體介質液面上；介質由輸入管進入介質泵，由輸出管回流入介質加熱裝置或介質冷卻裝置內。為了解決上述第二個技術問題，本發明提供的對外延片進行退火合金的方法，包括以下步驟
將外延片置于導熱板上；
給介質加熱裝置中的介質加熱，給介質冷卻裝置中的介質降溫；
對外延片進行升溫時，打開介質加熱裝置兩邊的閥門，關閉介質冷卻裝置兩邊的閥門關閉，介質泵工作，使熱的介質不斷在回路中循環流動，介質流過導熱板上的通道，通過導熱板傳熱，外延片處于熱加工狀態至外延片熱處理完成；
對外延片進行降溫時，打開介質冷卻裝置兩邊的閥門，關閉介質加熱裝置兩邊的閥門，介質泵工作，使冷的介質不斷在回路中循環流動，介質流過導熱板上的通道，通過導熱板傳熱，外延片處于降溫狀態至外延片冷卻處理完成。優選地所述熱處理為對外延片的合金處理；
所述冷卻處理為對外延片的退火處理；
上述合金處理和退火處理各實施一次，或者重復多次循環實施。優選地所述導熱板設在真空環境內，或者設在混有保護氣體的環境內。 本發明可以實現外延片的快速降溫，提高效率，并提高外延片的質量。本發明的方法和設備適合于半導體外延片的退火、合金、時效等工藝。
圖I是本發明一個導熱板實施例的結構示意圖。圖2是本發明實施例的整體結構示意圖。
具體實施例方式本發明提出一種對外延片進行退火合金的裝置，包括導熱板，導熱板上包括供介質通過的通道，導熱板上的通道包括介質的進口和出口 ；以及還包括一兩端均設有閥門的介質加熱裝置；一兩端均設有閥門的介質冷卻裝置；介質加熱裝置和介質冷卻裝置的兩端并接，它們與一介質泵串接連通，介質泵與導熱板上的通道串接連通；當介質加熱裝置關閉、介質冷卻裝置開啟的時候，介質泵推動介質冷卻裝置內的介質流動，導熱板上的通道、介質泵和介質冷卻裝置形成介質閉路循環；當介質加熱裝置開啟、介質冷卻裝置關閉的時候，介質泵推動介質加熱裝置內的介質流動，導熱板上的通道、介質泵和介質加熱裝置形成介質閉路循環。本發明實現快速退火或合金的方法包括以下步驟 將外延片置于導熱板上；
給介質加熱裝置中的介質加熱，給介質冷卻裝置中的介質降溫；
對外延片進行升溫時，打開介質加熱裝置兩邊的閥門，關閉介質冷卻裝置兩邊的閥門關閉，介質泵工作，使熱的介質不斷在回路中循環流動，介質流過導熱板上的通道，通過導熱板傳熱，外延片處于熱加工狀態至外延片熱處理完成；
對外延片進行降溫時，打開介質冷卻裝置兩邊的閥門，關閉介質加熱裝置兩邊的閥門，介質泵工作，使冷的介質不斷在回路中循環流動，介質流過導熱板上的通道，通過導熱板傳熱，外延片處于降溫狀態至外延片冷卻處理完成。圖I和圖2是本發明實現外延片快速退火合金的一種實施例的示意圖，該實施例的快速升降溫是通過冷熱液體介質導熱實現的，需要導熱板升溫時則通入被加熱的介質，需要導熱板降溫時則通入冷卻介質，圖I是導熱板的結構示意圖，圖2是導熱板實現快速升溫和降溫的系統布置示意圖。圖I中的301為導熱板，302為導熱介質的進口，303為導熱介質的出口，304為外延片。圖2中的401為導熱板，402為外延片，403為被加熱的熱介質，404為被冷卻的冷介質，405為被加熱介質的熱液輸入管道，406為熱介質管道的第一閥門，407為冷介質管道的第二閥門，408為輸液泵,409為被冷卻介質的冷液輸入管道,410為導熱板的傳熱介質的公共輸入管道，411為導熱板的傳熱介質的公共輸出管道，412為被加熱介質的回流管道的第三閥門，413為被冷卻介質的回流管道的第四閥門，414為被加熱介質的熱液回流管道，415為被冷卻介質的冷液回流管道。由圖I和圖2，首先將外延片304放在導熱板301上，當需要給外延片升溫時，則從導熱板的冷熱介質進口 302通入被加熱的介質，當需要對外延片304冷卻時則從進口 302通入冷卻介質。由于介質的熱容量大，所以能實現外延片的快速退火合金，合金的極限最高溫度由介質所允許的加熱溫度決定，升溫和降溫的速率由介質的溫度、比熱容和流速決定。圖2是實現冷熱介質交替循環的示意圖，它可以實現如下過程的快速升溫和冷卻首先在設有中空結構的導熱板401上放好外延片402，并同時給熱介質403加熱，給冷介質404冷卻(上述“熱介質”和“冷介質”中“熱”與“冷”是相對概念，僅用于名稱區分)。當介質達到所需溫度后，即可以對外延片進行加熱和冷卻。當對外延片加熱時啟動輸液泵408，打開熱介質輸出閥，即第一閥門406和熱介質回流閥，即第三閥門412，同時冷介質的輸出閥，即第二閥門407和冷介質的回流閥，即第四閥門413處于關閉狀態，此時被加熱的介質在熱液輸出管道405、公共輸入管道410、公共輸出管道411和熱液回流管道414及和導熱板401中流動，從而能迅速的將熱量傳遞給外延片402實現快速升溫。當對外延片降溫時關閉第一閥門406和第三閥門414，同時打開第二閥門407和第四閥門415。此時經過冷卻的冷介質404在冷液輸入管道409、公共輸入管道410、公共輸出管道411和冷液回流管道415以及導熱板401中循環流動，將導熱板的熱量迅速帶走。通過冷熱介質在導熱板中的交替循環，實現快速的升溫和降溫。降到工藝許可的溫度后，將外延片從導熱板上取下，換上新 的外延片，重復上面步驟，開始下一輪外延片的退火合金操作。導熱板的材質可以是石墨、石英、陶瓷等無機非金屬材料；也可以是銅、銀、鋁、鐵、金、鉬、鎢、鑰、釩、鋯等單質金屬材料；也可以是耐熱鋼、鑄鐵或不銹鋼等合金材料；也可以是多層金屬材料構成的復合材料，也可以是非金屬材料構成的多層材料，也可以是金屬材料和非金屬材料構成的相間的疊層復合材料。導熱板其內部可以是空心的，也可以是空心和實心相間的結構；若為空心結構，除冷卻介質的進口和出口外，其余部位可以是密封的也可以是不密封。導熱板的表面可以有碳化硅、碳化硼、氮化硅、氧化硅等常見的包覆材料，也可以不做包覆材料。導熱板可以安裝在一個能抽真空的腔體里面，也可以安裝在一個被氣體保護的腔體環境下。導熱板的介質可以是水、硅油、真空泵油等液體冷卻介質；也可以是氮氣、氧氣、空氣、二氧化碳、氦氣、氬氣等氣體介質；也可以是液體和氣體介質交替。本發明所保護的具體內容不僅僅限于以下所描述的各種實施形態，對以下實施形態所做的任何顯而易見的修改或各種實施形態關鍵要素的重新組合都是受本發明所保護的，本發明的保護范圍與權利要求書所限定的最大范圍保持一致。另外，除了上述退火合金工藝需要外，其它的各種對外延片進行升溫降溫處理的工藝都可以使用本發明技術，例如時效前后的升溫降溫和恒溫。
權利要求
1.一種對外延片進行退火合金的裝置，包括導熱板，其特征在于所述導熱板上包括供介質通過的通道，導熱板上的通道包括介質的進口和出口 ；以及還包括 一兩端均設有閥門的介質加熱裝置； 一兩端均設有閥門的介質冷卻裝置； 介質加熱裝置和介質冷卻裝置的兩端并接，它們與一介質泵串接連通，介質泵與導熱板上的通道串接連通； 當介質加熱裝置關閉、介質冷卻裝置開啟的時候，介質泵推動介質冷卻裝置內的介質流動，導熱板上的通道、介質泵和介質冷卻裝置形成介質閉路循環；當介質加熱裝置開啟、介質冷卻裝置關閉的時候，介質泵推動介質加熱裝置內的介質流動，導熱板上的通道、介質泵和介質加熱裝置形成介質閉路循環。
2.根據權利要求I所述的對外延片進行退火合金的裝置，其特征在于 所述通道為設在所述導熱板上的空心結構，或者是固定在導熱板表面上的管道，或者是嵌入導熱板上的管道。
3.根據權利要求I所述的對外延片進行退火合金的裝置，其特征在于:所述導熱板的材質是石墨、石英或陶瓷的無機非金屬材料；或者是銅、銀、鋁、鐵、金、鉬、鎢、鑰、釩或鋯的單質金屬材料；或者是耐熱鋼、鑄鐵或不銹鋼的合金材料；或者是多層金屬材料構成的復合材料；或者是非金屬材料構成的多層材料；或者是金屬材料和非金屬材料構成的相間的疊層復合材料。
4.根據權利要求I所述的對外延片進行退火合金的裝置，其特征在于所述導熱板表面有包覆材料，包覆材料為有碳化硅、碳化硼、氮化硅或氧化硅。
5.根據權利要求I所述的對外延片進行退火合金的裝置，其特征在于所述導熱板設在真空腔體內，或者設在混有保護氣體的腔體內。
6.根據權利要求I所述的對外延片進行退火合金的裝置，其特征在于所述介質為氣體介質、液體介質或它們的混合。
7.根據權利要求I所述的對外延片進行退火合金的裝置，其特征在于所述介質為水、硅油或真空泵油；或者是氮氣、氧氣、空氣、二氧化碳、氦氣或氬氣。
8.根據權利要求I所述的對外延片進行退火合金的裝置，其特征在于所述介質加熱裝置和介質冷卻裝置包括介質的輸入管和輸出管，其中，輸入管的管口位于液體介質液面下，輸出管的管口位于液體介質液面上；介質由輸入管進入介質泵，由輸出管回流入介質加熱裝置或介質冷卻裝置內。
9.一種對外延片進行退火合金的方法，包括以下步驟 將外延片置于導熱板上； 給介質加熱裝置中的介質加熱，給介質冷卻裝置中的介質降溫； 對外延片進行升溫時，打開介質加熱裝置兩邊的閥門，關閉介質冷卻裝置兩邊的閥門關閉，介質泵工作，使熱的介質不斷在回路中循環流動，介質流過導熱板上的通道，通過導熱板傳熱，外延片處于熱加工狀態至外延片熱處理完成； 對外延片進行降溫時，打開介質冷卻裝置兩邊的閥門，關閉介質加熱裝置兩邊的閥門，介質泵工作，使冷的介質不斷在回路中循環流動，介質流過導熱板上的通道，通過導熱板傳熱，外延片處于降溫狀態至外延片冷卻處理完成。
10.根據權利要求9所述的對外延片進行退火合金的方法，其特征在于所述熱處理為對外延片的合金處理； 所述冷卻處理為對外延片的退火處理； 上述合金處理和退火處理各實施一次，或者重復多次循環實施。
11.根據權利要求9所述的對外延片進行退火合金的方法，其特征在于所述導熱板設在真空環境內，或者設在混有保護氣體的環境內。
全文摘要
本發明公開了一種對外延片進行退火合金的裝置及方法，涉及半導體外延片的退火合金技術，用于解決現有技術存在的效率低、退火合金后產品質量劣化的問題，本發明的技術方案為在所述導熱板上包括供介質通過的通道，導熱板上的通道包括介質的進口和出口；兩端均設有閥門的介質加熱裝置與兩端均設有閥門的介質冷卻裝置的兩端并接，它們與介質泵串接連通，介質泵與導熱板上的通道串接連通；當介質加熱裝置關閉與介質冷卻裝置之一開啟，介質泵推動介質流動，形成介質閉路循環。本發明可以實現外延片的快速降溫，提高效率，并提高外延片的質量。本發明的方法和設備適合于半導體外延片的退火、合金等工藝。
文檔編號H01L21/324GK102637594SQ20121007212
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者方文卿, 江風益, 熊傳兵, 章少華, 陳鵬 申請人:晶能光電(江西)有限公司