一种制备高平坦度外延片的方法和装置

技术领域

本发明涉及半导体生产技术领域，具体为一种制备高平坦度外延片的方法和装置。

背景技术

外延是半导体工艺当中的一种。在bipolar工艺中，硅片最底层是P型衬底硅(有的加点埋层)；然后在衬底上生长一层单晶硅，这层单晶硅称为外延层；再后来在外延层上注入基区、发射区等等。最后基本形成纵向NPN管结构：外延层在其中是集电区，外延上面有基区和发射区。外延片就是在衬底上做好外延层的硅片。因有些厂只做外延之后的工艺生产，所以他们买别人做好外延工艺的外延片来接着做后续工艺。

外延片的生产方法，是在衬底上生长单晶硅薄膜，化学气相法生产外延片时，使气态的硅单晶沉积在衬底表面，而现有的外延片的生产装置，气态的硅单晶沉积在衬底表面时，会受衬底本身的影响，若设备本身不水平，导致衬底有小幅度的倾斜，受重力作用，可能会导致气态硅形成厚度不统一的外延片，且在喷气态硅的过程中，会有部分原料随空气弥漫出来，进而会造成浪费，同时现有的衬底生成外延片的工序，一般都是人工或机械臂一片片的上下料，耗时长，加工效率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种制备高平坦度外延片的方法和装置，解决了气态的硅单晶沉积在衬底表面时，若衬底有小幅度的倾斜，受重力作用，可能会导致外延片厚度不统一，且在喷气态硅的过程中，会有部分原料随空气弥漫出来造成浪费，同时人工或机械臂一片片的上下料，耗时长，加工效率低的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种制备高平坦度外延片的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、衬底硅片自动上料：启动第二电机带动绞辊转动，然后通过左侧两根拉绳拉动上下料机构左侧上升至顶部，同时右侧两根拉绳拉动防溢罩，然后上料输送带将其上的衬底硅片传输至上下料机构上，并顺势滑动至外延底盘上完成自动上料，再控制第二电机反向工作复位，将上下料机构左侧降下，并降下防溢罩罩住衬底硅片；

步骤二、生成外延片：启动气态硅喷雾机构，雾化箱内雾化机构生成气态硅，并利用低功率风扇将其通过回流管吹进防溢罩内，气态硅在衬底硅片表面逐渐沉积形成外延片，而多余的气态硅通过回流管溢流回雾化箱内，生成外延片过程中，第一电机低速工作，通过固定块和弹簧带动转轴转动，进而带动外延底盘及其上衬底硅片低速转动，使单晶硅均匀沉积；

步骤三、外延片自动出料：在外延片形成后，关闭气态硅喷雾机构和第一电机，启动气缸上推顶板，进而将连杆上推，使其将衬底硅片顶起，并使其左低右高倾斜，然后衬底硅片向左滑出到上下料机构上，直至滑到下料输送带上传输走，然后气缸复位，开始下一个流程。

优选的，在加工过程中需有工作人员在一侧监管，在衬底硅片上料至外延底盘顶部时，若位置偏移需人工手动校准至外延底盘顶部定位凹槽内。

本发明还公开了一种制备高平坦度外延片的装置，包括气态硅喷雾机构和外延底盘，所述外延底盘的顶部设置有衬底硅片，所述气态硅喷雾机构的底部设置有底座，所述底座的顶部且位于外延底盘的下方固定连接有支撑座，所述支撑座的中间设置有驱动外延底盘低速转动的驱动机构，所述外延底盘的顶部且位于衬底硅片的外部罩设有防溢罩。

所述气态硅喷雾机构包括设置在防溢罩右侧的喷雾管，所述喷雾管的左端朝向左下角外延底盘方向延伸，所述喷雾管左端的外部滑动套设有密封滑套，所述密封滑套左端的外部固定连接有与防溢罩右侧磁吸贴合的磁圈，所述防溢罩的右侧开设有与喷雾管连通的进气通槽。

所述驱动机构包括支撑座顶部中间固定连接有支撑外延底盘的支撑筒，且支撑筒的顶部转动连接有多个钢珠，所述支撑座底部的中间固定连接有第一电机，所述第一电机输出轴的顶端贯穿支撑座并与外延底盘底部中心之间固定连接有缓冲轴。

所述缓冲轴包括顶端与外延底盘底部中心固定连接的转轴，所述转轴的底端开设有圆孔，所述第一电机输出轴的顶端与圆孔内表面的顶部之间通过固定块固定连接有弹簧，圆孔的内表面且位于固定块的外侧固定连接有缓冲胶套。

优选的，所述外延底盘底部的四面均贯穿滑动连接有顶杆，所述支撑座底部的四角均固定连接有气缸，四个所述气缸输出端的顶端之间固定连接有顶板，且四根顶杆的底端均搭接在顶板的顶部，所述顶板的顶部开设有左低右高均匀过渡的曲面槽，所述顶板顶部的四角均固定连接有连杆，所述防溢罩前后两侧的左右两侧均固定连接有与连杆顶端滑动插接的插座。

优选的，所述气态硅喷雾机构还包括固定连接在底座顶部右侧的雾化箱，所述雾化箱顶部出气口固定连接有低功率风扇，且喷雾管的底端与低功率风扇的顶部连通，所述雾化箱顶部的右侧固定连接有注料口，所述防溢罩的顶部与注料口之间连通有回流管。

优选的，所述防溢罩内表面的右侧插接有隔板，且隔板的左侧与防溢罩的左壁之间留有间距，所述防溢罩内表面的前后两侧且位于隔板左端的底部均固定连接有凸块，所述隔板底部的中间设置有推块。

优选的，所述底座顶部的前后两侧均固定连接有侧板，两个所述侧板之间且位于外延底盘左侧转动连接有上下料机构，所述上下料机构包括转动座，且转动座的底部贯穿转动连接有多个滚筒，所述转动座顶部的前后两侧均设置有挡边，所述转动座前后两侧的中间和左侧均固定连接有贯穿侧板的圆轴，且侧板的内部开设有与圆轴相适配的滑槽，前后两组挡边的顶部左侧之间固定连接有挡架。

优选的，两个所述侧板的顶部之间固定连接有支架，且支架顶部的中间固定连接有第二电机，所述第二电机输出轴的表面固定连接有绞辊，且绞辊的表面缠绕有四根拉绳，且四根拉绳左右各分布有两根，左侧两根所述拉绳的底端套设在左侧两根圆轴的外部，右侧两根所述拉绳的底端均连接两根分叉的副绳，副绳的底端与插座的顶部固定连接，所述支架顶部的左右两侧均固定连接有滑轮，且拉绳搭接在滑轮表面滑动。

优选的，两个所述侧板之间且位于转动座的左侧从上到下依次设置有上料输送带和下料输送带，两个所述侧板之间且位于上料输送带的右侧固定连接有转接块，所述转动座左侧转动至顶部时承接上料输送带传送的衬底硅片，所述转动座左侧转动至底部时将衬底硅片传输至下料输送带上，所述转动座左侧转动至最底部时挡架顶部挡住转接块顶部右侧。

优选的，所述上料输送带和下料输送带主动辊的前端均贯穿前侧侧板并延伸至侧板前侧，所述下料输送带主动辊的前端固定连接有主动齿轮，前侧所述侧板的前侧转动连接有与主动齿轮左侧啮合的从动齿轮，所述从动齿轮前侧与上料输送带主动辊的前端之间通过第一同步带组件传动连接，所述底座的顶部且位于上下料机构下方固定连接有第三电机，所述第三电机输出轴的前端与下料输送带主动辊的前端之间通过第二同步带组件传动连接，前侧所述侧板的前侧固定连接有罩在主动齿轮和从动齿轮外部的保护壳。

有益效果

本发明提供了一种制备高平坦度外延片的方法和装置。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该制备高平坦度外延片的方法和装置，通过设置驱动机构驱动外延底盘间接带动其上的衬底硅片低速转动，可使气态的单晶硅更均匀的附着到衬底硅片表面，形成厚度均平整的外延片，且由于在转动过程中成型，不受装置本身倾斜度的影响，外延片品质高，同时从外侧向中间喷气态单晶硅的方式，也可一定程度上抵消微小的离心力，有利于提高外延片平坦度，同时设置回流管，可将吹进防溢罩内的多余的气态硅回流到雾化箱内，进而避免溢散到外界造成材料的浪费，节约了成本。

(2)、该制备高平坦度外延片的方法和装置，通过设置缓冲轴连接第一电机和外延底盘，而缓冲轴通过其内的弹簧弹性连接第一电机输出轴，在第一电机瞬时启停时，缓冲轴不会同步快速启停，而是有逐步提速和减速的缓冲空间，还可避免第一电机输出轴的抖动带动外延底盘抖动而影响外延片质量，结构简单实用。

(3)、该制备高平坦度外延片的方法和装置，通过设置气缸配合连杆，可提升顶板，进而利用顶杆将衬底硅片顶出外延底盘，并可利用左低右高的曲面槽使左右顶杆上升不同高度，进而使外延底盘被顶出的同时倾斜，进而可使其自动向左滑动来实现自动出料，无需人工取出，使用方便，有效提高了工作效率。

(4)、该制备高平坦度外延片的方法和装置，通过设置上下料机构在中间过渡，来连接上料输送带、下料输送带和外延底盘，并利用第二电机、绞辊和拉绳配合来控制上下料机构的角度，可实现在加工前将上料输送带上传输来的衬底硅片自动传送到外延底盘上完成自动上料，在加工结束后将滑出的衬底硅片自动传送到下料输送带上实现自动出料，无需人工一个个上下料，自动化程度高，进一步提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明整体结构的主视图；

图2为本发明上料状态的主视图；

图3为本发明下料状态的主视图；

图4为本发明密封滑套与磁圈的剖视图；

图5为本发明外延片成型部分结构的剖视图；

图6为本发明图5中A处的局部放大图；

图7为本发明外延底盘和外延片顶出状态的剖视图；

图8为本发明顶板的立体图；

图9为本发明上下料机构的左视图；

图10为本发明的工艺流程图。

图中：1、外延底盘；2、衬底硅片；3、底座；4、气态硅喷雾机构；41、喷雾管；42、密封滑套；43、磁圈；44、雾化箱；45、低功率风扇；46、回流管；5、支撑座；6、驱动机构；61、支撑筒；62、缓冲轴；621、转轴；622、固定块；623、弹簧；624、缓冲胶套；63、第一电机；7、防溢罩；71、隔板；72、凸块；8、顶杆；9、气缸；10、顶板；11、曲面槽；12、连杆；13、插座；14、侧板；15、上下料机构；151、转动座；152、滚筒；153、圆轴；154、挡架；16、支架；17、第二电机；18、绞辊；19、拉绳；20、滑轮；21、上料输送带；22、下料输送带；23、转接块；24、主动齿轮；25、从动齿轮；26、第一同步带组件；27、第三电机；28、第二同步带组件；29、保护壳；30、滑槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图10，本发明提供一种技术方案：一种制备高平坦度外延片的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、衬底硅片2自动上料：启动第二电机17带动绞辊18转动，然后通过左侧两根拉绳19拉动上下料机构15左侧上升至顶部，同时右侧两根拉绳19拉动防溢罩7，然后上料输送带21将其上的衬底硅片2传输至上下料机构15上(在加工过程中需有工作人员在一侧监管，在衬底硅片2上料至外延底盘1顶部时，若位置偏移需人工手动校准至外延底盘1顶部定位凹槽内)，并顺势滑动至外延底盘1上完成自动上料，再控制第二电机17反向工作复位，将上下料机构15左侧降下，并降下防溢罩7罩住衬底硅片2；

步骤二、生成外延片：启动气态硅喷雾机构4，雾化箱44内雾化机构生成气态硅，并利用低功率风扇45将其通过回流管46吹进防溢罩7内，气态硅在衬底硅片2表面逐渐沉积形成外延片，而多余的气态硅通过回流管46溢流回雾化箱44内，生成外延片过程中，第一电机63低速工作，通过固定块622和弹簧623带动转轴621转动，进而带动外延底盘1及其上衬底硅片2低速转动，使单晶硅均匀沉积；

步骤三、外延片自动出料：在外延片形成后，关闭气态硅喷雾机构4和第一电机63，启动气缸9上推顶板10，进而将连杆12上推，使其将衬底硅片2顶起，并使其左低右高倾斜，然后衬底硅片2向左滑出到上下料机构15上，直至滑到下料输送带22上传输走，然后气缸9复位，开始下一个流程。

请参阅图1-4，本发明还公开了一种制备高平坦度外延片的装置，包括气态硅喷雾机构4和外延底盘1，外延底盘1的顶部设置有衬底硅片2，气态硅喷雾机构4的底部设置有底座3，底座3的顶部且位于外延底盘1的下方固定连接有支撑座5，支撑座5的中间设置有驱动外延底盘1低速转动的驱动机构6，外延底盘1的顶部且位于衬底硅片2的外部罩设有防溢罩7，防溢罩7内表面的右侧插接有隔板71，且隔板71的左侧与防溢罩7的左壁之间留有间距，防溢罩7内表面的前后两侧且位于隔板71左端的底部均固定连接有凸块72，隔板71底部的中间设置有推块。

气态硅喷雾机构4包括设置在防溢罩7右侧的喷雾管41，喷雾管41的左端朝向左下角外延底盘1方向延伸，喷雾管41左端的外部滑动套设有密封滑套42，密封滑套42左端的外部固定连接有与防溢罩7右侧磁吸贴合的磁圈43，磁圈43可紧贴于防溢罩7右侧，配合密封滑套42可保持喷雾管41与防溢罩7之间不会有气雾溢散，防溢罩7的右侧开设有与喷雾管41连通的进气通槽，气态硅喷雾机构4还包括固定连接在底座3顶部右侧的雾化箱44，雾化箱44顶部出气口固定连接有低功率风扇45，且喷雾管41的底端与低功率风扇45的顶部连通，雾化箱44顶部的右侧固定连接有注料口，防溢罩7的顶部与注料口之间连通有回流管46。

通过设置驱动机构6驱动外延底盘1间接带动其上的衬底硅片2低速转动，可使气态的单晶硅更均匀的附着到衬底硅片2表面，形成厚度均平整的外延片，且由于在转动过程中成型，不受装置本身倾斜度的影响，外延片品质高，同时从外侧向中间喷气态单晶硅的方式，也可一定程度上抵消微小的离心力，有利于提高外延片平坦度，同时设置回流管46，可将吹进防溢罩7内的多余的气态硅回流到雾化箱44内，进而避免溢散到外界造成材料的浪费，节约了成本。

请参阅图5-6，驱动机构6包括支撑座5顶部中间固定连接有支撑外延底盘1的支撑筒61，且支撑筒61的顶部转动连接有多个钢珠，支撑座5底部的中间固定连接有第一电机63，第一电机63输出轴的顶端贯穿支撑座5并与外延底盘1底部中心之间固定连接有缓冲轴62，缓冲轴62包括顶端与外延底盘1底部中心固定连接的转轴621，转轴621的底端开设有圆孔，第一电机63输出轴的顶端与圆孔内表面的顶部之间通过固定块622固定连接有弹簧623，圆孔的内表面且位于固定块622的外侧固定连接有缓冲胶套624。

通过设置缓冲轴62连接第一电机63和外延底盘1，而缓冲轴62通过其内的弹簧623弹性连接第一电机63输出轴，在第一电机63瞬时启停时，缓冲轴62不会同步快速启停，而是有逐步提速和减速的缓冲空间，还可避免第一电机63输出轴的抖动带动外延底盘1抖动而影响外延片质量，结构简单实用。

请参阅图5、7-8，外延底盘1底部的四面均贯穿滑动连接有顶杆8，支撑座5底部的四角均固定连接有气缸9，四个气缸9输出端的顶端之间固定连接有顶板10，且四根顶杆8的底端均搭接在顶板10的顶部，顶板10的顶部开设有左低右高均匀过渡的曲面槽11，顶板10顶部的四角均固定连接有连杆12，防溢罩7前后两侧的左右两侧均固定连接有与连杆12顶端滑动插接的插座13。

通过设置气缸9配合连杆12，可提升顶板10，进而利用顶杆8将衬底硅片2顶出外延底盘1，并可利用左低右高的曲面槽11使左右顶杆8上升不同高度，进而使外延底盘1被顶出的同时倾斜，进而可使其自动向左滑动来实现自动出料，无需人工取出，使用方便，有效提高了工作效率。

请参阅图9，底座3顶部的前后两侧均固定连接有侧板14，两个侧板14之间且位于外延底盘1左侧转动连接有上下料机构15，上下料机构15包括转动座151，且转动座151的底部贯穿转动连接有多个滚筒152，转动座151顶部的前后两侧均设置有挡边，转动座151前后两侧的中间和左侧均固定连接有贯穿侧板14的圆轴153，且侧板14的内部开设有与圆轴153相适配的滑槽30，前后两组挡边的顶部左侧之间固定连接有挡架154。

请参阅图1-3，两个侧板14的顶部之间固定连接有支架16，且支架16顶部的中间固定连接有第二电机17，第二电机17输出轴的表面固定连接有绞辊18，且绞辊18的表面缠绕有四根拉绳19，且四根拉绳19左右各分布有两根，左侧两根拉绳19的底端套设在左侧两根圆轴153的外部，右侧两根拉绳19的底端均连接两根分叉的副绳，副绳的底端与插座13的顶部固定连接，支架16顶部的左右两侧均固定连接有滑轮20，且拉绳19搭接在滑轮20表面滑动。

两个侧板14之间且位于转动座151的左侧从上到下依次设置有上料输送带21和下料输送带22，两个侧板14之间且位于上料输送带21的右侧固定连接有转接块23，转动座151左侧转动至顶部时承接上料输送带21传送的衬底硅片2，转动座151左侧转动至底部时将衬底硅片2传输至下料输送带22上，转动座151左侧转动至最底部时挡架154顶部挡住转接块23顶部右侧，上料输送带21和下料输送带22主动辊的前端均贯穿前侧侧板14并延伸至侧板14前侧，下料输送带22主动辊的前端固定连接有主动齿轮24，前侧侧板14的前侧转动连接有与主动齿轮24左侧啮合的从动齿轮25，从动齿轮25前侧与上料输送带21主动辊的前端之间通过第一同步带组件26传动连接，底座3的顶部且位于上下料机构15下方固定连接有第三电机27，第三电机27输出轴的前端与下料输送带22主动辊的前端之间通过第二同步带组件28传动连接，前侧侧板14的前侧固定连接有罩在主动齿轮24和从动齿轮25外部的保护壳29。

通过设置上下料机构15在中间过渡，来连接上料输送带21、下料输送带22和外延底盘1，并利用第二电机17、绞辊18和拉绳19配合来控制上下料机构15的角度，可实现在加工前将上料输送带21上传输来的衬底硅片2自动传送到外延底盘1上完成自动上料，在加工结束后将滑出的衬底硅片2自动传送到下料输送带22上实现自动出料，无需人工一个个上下料，自动化程度高，进一步提高了工作效率。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术，且各电器的型号参数不作具体限定，使用常规设备即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。