外延层的生长设备和外延层生长过程中的缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种外延层的生长设备和外延层生长过程中的缺陷检测方法。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。在LED的制作过程中，最重要的是外延片的制作，外延片包括衬底和生长在衬底上的外延层，外延层的质量对于LED的质量有着极大的影响。

为了提高LED的质量，减少残次品，通常在外延片制成之后，需要对外延层进行检测，或者在制成LED芯片之后，对单颗的LED芯片进行检测，以确定外延层或是LED芯片上的各个区域是否存在缺陷。

由于现有的外延层检测都只能在外延层生长完成之后进行，而外延层生长完成后外延层内部的缺陷就已经形成了，因此现有的检测只能便于剔除有缺陷的外延片或是LED芯片，并不能减少外延层内部的缺陷，提高外延片的良率。

发明内容

为了减少外延层内部的缺陷，提高外延片的良率，本发明实施例提供了一种缺陷的检测装置及检测方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种外延层的生长设备，所述生长设备包括反应腔室，所述生长设备还包括检测装置，所述检测装置设置在所述反应腔室内，所述检测装置包括：

光源模块，用于提供照射到生长中的外延层上的紫外光；

图像获取模块，用于在至少一个生长阶段结束时获取所述紫外光照射在所述外延层上所产生的待测图像；

处理模块，用于根据所述待测图像的灰度判断生长至所述生长阶段结束时的所述外延层是否存在缺陷。

可选地，所述处理模块包括：

选取单元，用于在所述待测图像上选取多个待测区域，所述多个待测区域互不重叠且所述多个待测区域的集合覆盖所述待测图像，所述待测区域的形状和面积与标准图像相同，所述标准图像为生长至所述生长阶段结束时无缺陷的外延层的图像；

获取单元，用于获取所述待测图像上的各个所述待测区域的各个像素的灰度值；

比较单元，用于比较所述待测图像上的各个所述待测区域的各个像素的灰度值与所述标准图像的各个像素的灰度值，确定各个所述待测区域所对应的外延层上的区域是否存在缺陷。

具体地，所述比较单元用于，

当所述待测区域内，灰度值高于所述标准图像的像素的灰度值的像素数量超过预定值时，判定所述待测区域所对应的外延层上的区域存在缺陷；

当所述待测区域内，灰度值高于所述标准图像的像素的灰度值的像素数量未超过预定值时，判定所述待测区域所对应的外延层上的区域不存在缺陷。

具体地，所述预定值为所述待测区域内的像素数量的1～3％。

可选地，所述图像获取模块用于在每个生长阶段结束时分别获取所述紫外光照射在所述外延层上所产生的待测图像。

可选地，所述光源模块包括：

光源，用于提供所述紫外光；

调整单元，用于调整所述紫外光的出射强度。

另一方面，本发明实施例提供了一种外延层生长过程中的缺陷检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

将紫外光照射到生长中的外延层上；

在至少一个生长阶段结束时获取所述紫外光照射在所述外延层上所产生的待测图像；

根据所述待测图像的灰度判断生长至所述生长阶段结束时的所述外延层是否存在缺陷。

可选地，所述根据所述待测图像判断生长至所述生长阶段结束时的所述外延层是否存在缺陷，包括：

在所述待测图像上选取多个待测区域，所述多个待测区域互不重叠且所述多个待测区域的集合覆盖所述待测图像，所述待测区域的形状和面积与标准图像相同，所述标准图像为生长至所述生长阶段结束时无缺陷的外延层的图像；

获取所述待测图像上的各个所述待测区域的各个像素的灰度值；

比较所述待测图像上的各个所述待测区域的各个像素的灰度值与所述标准图像的各个像素的灰度值，确定各个所述待测区域所对应的外延层上的区域是否存在缺陷。

具体地，所述比较各个所述待测区域的各个像素的灰度值与所述标准图像的各个像素的灰度值，确定各个所述待测区域所对应的外延层上的区域是否存在缺陷，包括：

当所述待测区域内，灰度值高于所述标准图像的像素的灰度值的像素数量超过预定值时，判定所述待测区域所对应的外延层上的区域存在缺陷；

当所述待测区域内，灰度值高于所述标准图像的像素的灰度值的像素数量未超过预定值时，判定所述待测区域所对应的外延层上的区域不存在缺陷。

可选地，所述在至少一个生长阶段结束时获取所述紫外光照射在所述外延层上所产生的待测图像，包括：

在每个生长阶段结束时分别获取所述紫外光照射在所述外延层上所产生的待测图像。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过紫外线照射生长中的外延层，并获取当前生长阶段紫外线照射在外延层上所产生的待测图像，再根据待测图像的灰度判断生长至当前阶段的外延层是否存在缺陷，从而可以在外延层生长出现缺陷时，及时反馈外延层生长过程中形成的缺陷，便于操作人员及时对外延层的生长做出调整，避免后续生长过程中缺陷进一步扩大，有利于减少外延层的内部缺陷，提高外延片的良率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种外延片的生长设备的局部结构示意图；

图2是一种现有的外延片的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种处理模块的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种外延片生长过程中的缺陷检测方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的另一种外延片生长过程中的缺陷检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种外延片的生长设备的局部结构示意图，如图1所示，该生长设备包括反应腔室和检测装置，检测装置设置在反应腔室内。

检测装置包括光源模块101、图像获取模块102和处理模块103。

其中，光源模块101用于提供照射到生长中的外延片200上的紫外光。图像获取模块102用于在至少一个生长阶段结束时获取紫外光照射在外延片200的外延层上所产生的待测图像。处理模块103用于根据待测图像的灰度判断生长至该生长阶段结束时的外延层是否存在缺陷。

本发明实施例通过紫外线照射生长中的外延层，并获取当前生长阶段紫外线照射在外延层上所产生的待测图像，再根据待测图像的灰度判断生长至当前阶段的外延层是否存在缺陷，从而可以在外延层生长出现缺陷时，及时反馈外延层生长过程中形成的缺陷，便于操作人员及时对外延层的生长做出调整，避免后续生长过程中缺陷进一步扩大，有利于减少外延层的内部缺陷，提高外延片的良率。

图2是一种现有的外延片的结构示意图，在实际应用中，外延片200可以包括衬底201和形成在衬底201上的外延层，外延层可以包括依次层叠在衬底201上的N型层202、有源层203、P型层204、导电层205和钝化保护层206，在外延层内部具有缺陷200a。对于不同的外延片，外延层的结构也可能不同，例如部分外延层中还包括分布式布拉格反射镜、GaN缓冲层等。外延层的生长过程包括多个不同的生长阶段，每个生长阶段生长不同的层结构，例如包括生长N型层202的生长阶段，生长有源层203的生长阶段，生长P型层204的生长阶段等。

可选地，图像获取模块102可以用于在每个生长阶段结束时分别获取紫外光照射在外延层上所产生的待测图像。

例如在生长完N型层202后获取一次待测图像，并进行一次检测，以检测生长完N型层202后的外延层中是否存在缺陷。在生长完有源层203后再获取一次待测图像，并再进行一次检测，以检测生长完有源层203后的外延层中是否存在缺陷。通过每生长一层获取一次待测图像，进行一次检测，不仅可以检测出外延层中是否有缺陷，而且还可以检测出每一层中是否有缺陷，便于操作人员对生长条件进行调整以减少后续生长中的缺陷，有利于减少外延层中形成的缺陷，提高最终形成的外延层的质量，从而提高外延片的良率。

参照图1，光源模块101和图像获取模块102可以位于生长中的外延片200的同一侧，且图像获取模块102可以位于光源模块101的远离外延片200的一侧，光源模块101对外延片200的表面进行紫外光的照射，图像获取模块102则接收由外延片200反射的紫外光，以得到与当前的生长阶段对应的待测图像。由于外延层包括层叠的多层结构，紫外光在穿透外延层的同时也会在相邻的两层的界面处发生反射，外延层透光性越强则反射光越弱，透射光越强，反之透光性越弱则反射光越强，透射光越弱，因此可以由图像获取模块102接收到反射的紫外光，形成待测图像。而在外延层中，有缺陷的区域和无缺陷的区域透光性存在差异，会导致有缺陷的区域反射的紫外光的强度有别于无缺陷的区域，具体表现在图像上，有缺陷的区域和无缺陷的区域明暗不同。

处理模块103可以与图像获取模块102电连接。

可选地，光源模块101可以包括光源1011和调整单元1012，其中，光源1011用于提供紫外光，调整单元1012用于调整紫外光的出射强度。以使得图像获取模块102可以获取到稳定清晰的待测图像，具体可以通过调节光源1011的功率，以增大或降低紫外光的出射强度，使形成的待测图像上可以清晰辨别出不同的明暗区域。

优选地，光源1011可以为紫外LED，紫外LED具有使用寿命长，能耗低的优点，有利于降低成本。实现时，光源的发光波长可以为260nm～420nm。

如图1所示，光源模块101可以包括两个光源1011，两个光源1011间隔设置，两个光艳1011同时向外延片200发出紫外光，反射的紫外光则通过两个光源1011间的间隔，由图像获取模块102获取。

可选地，图像获取模块102可以为光电传感器，具体可以为CCD(英文：Charge-coupled Device，中文：电荷耦合元件)或CMOS(英文：Complementary Metal OxideSemiconductor，中文：互补金属氧化物半导体)。

图3是本发明实施例提供的一种处理模块的结构示意图，如图3所示，处理模块103可以包括选取单元1031、获取单元1032和比较单元1033，其中选取单元1031用于在待测图像上选取多个待测区域，多个待测区域互不重叠且多个待测区域的集合覆盖整个待测图像，待测区域的形状和面积与标准图像相同，标准图像为生长至当前的生长阶段无缺陷的外延层的图像。获取单元1032用于获取待测图像上的各个待测区域的各个像素的灰度值。比较单元1033用于比较待测图像上的各个待测区域的各个像素的灰度值与标准图像的各个像素的灰度值，确定各个待测区域所对应的外延层上的区域是否存在缺陷。

其中，灰度值的范围为0～255。像素的灰度值越大，表明像素的亮度越大，该像素所对应的区域反射的紫外光越强，即该像素所对应的区域的透光性越差。像素的灰度值越大，表明该像素所对应的区域的透光性越差，则该像素所在的待测区域所对应的外延层上的区域缺陷越严重。反之，像素的灰度值越小，表明该像素所对应的区域的透光性越好，则该像素所在的待测区域所对应的外延片上的区域缺陷越轻微。

需要说明的是，每一个生长阶段都有一个相应的标准图像，以使得可以准确检测出是否有缺陷。

在实际应用中，各个生长阶段的标准图像可以人为从图像获取模块获取的图像中选取得到，具体可以从图像获取模块获取的各个生长阶段的图像上分别选取一块，作为对应生长阶段的标准图像，将某生长阶段的待测区域的图像与对应生长阶段的标准图像对比。也可以预先设置，例如通过试验的方式，获取一块合格的外延层在各个生长阶段的图像，以这些图像为样品，从样品上选取多个区域作为对应生长阶段的标准图像，在将某一生长阶段的待测图像上的待测区域与对应生长阶段的标准图像进行对比时，可以选取待测图像上的相同区域作为待测区域。此外也可以只选取样品上的一个区域作为对应生长阶段的标准图像，待测图像上的任意待测区域均与样品上的同一个区域进行对比。

具体地，选取单元可以包括选取框，在选取时，可以将选取框置于待测图像上，分别选取待测图像中的多个不同的区域，以得到多个待测区域，其中多个待测区域之间没有重叠部分。

具体地，比较单元1033可以用于当待测区域内，灰度值高于标准图像的像素的灰度值的像素数量超过预定值时，判定待测区域所对应的外延层上的区域存在缺陷；当待测区域内，灰度值高于标准图像的像素的灰度值的像素数量未超过预定值时，判定待测区域所对应的外延层上的区域不存在缺陷。由于外延层在生长过程中不可避免的会产生一定的缺陷，因此不可能做到完全不存在缺陷，只要缺陷的数量控制在预定值以内，就可以使外延层的质量满足生产的需要，因此当待测区域内的缺陷控制在预定值以内时可以认为该待测区域不存在缺陷。

优选地，预定值可以为待测区域内的像素数量的1～3％，将预定值设置为1～3％可以使制作出的外延片满足大部分的生产需要，容易想到的是，对于不同的生产要求，预定值的设置也可以不同，当生产中对外延片的质量要求较高时，则可以将预定值设置在1％以下，例如0.6％，当生产中对外延片的质量要求较低时，则可以将预定值设置在3％以上，例如3.5％。

图4是本发明实施例提供的一种外延层生长过程中的缺陷检测方法的流程图，该检测方法适用于图1所示的外延层的生长设备，如图4所示，该检测方法包括：

S11：将紫外光照射到生长中的外延层上。

实现时，步骤S11可以由前述的光源模块执行。

S12：在至少一个生长阶段结束时获取紫外光照射在外延层上所产生的待测图像。

实现时，步骤S12可以由前述的图像获取模块执行。

S13：根据待测图像的灰度判断生长至生长阶段结束时的外延层是否存在缺陷。

实现时，步骤S13可以由前述的处理模块执行。

本发明实施例通过紫外线照射生长中的外延层，并获取当前生长阶段紫外线照射在外延层上所产生的待测图像，再根据待测图像的灰度判断生长至当前阶段的外延层是否存在缺陷，从而可以在外延层生长出现缺陷时，及时反馈外延层生长过程中形成的缺陷，便于操作人员及时对外延层的生长做出调整，避免后续生长过程中缺陷进一步扩大，有利于减少外延层的内部缺陷，提高外延片的良率。

此外也可以通过肉眼观察待测图像中的亮斑，亮斑的多少显示出缺陷的多少。

图5是本发明实施例提供的另一种外延层生长过程中的缺陷检测方法的流程图，该检测方法适用于图1所示的外延层的生长设备，如图5所示，该检测方法包括：

S21：将紫外光照射到生长中的外延层上。

实现时，步骤S21可以由前述的光源模块执行。

S22：在至少一个生长阶段结束时获取紫外光照射在外延层上所产生的待测图像。

实现时，步骤S22可以由前述的图像获取模块执行。

S23：在待测图像上选取多个待测区域。

其中，多个待测区域互不重叠且多个待测区域的集合覆盖待测图像，待测区域的形状和面积与标准图像相同，标准图像为生长至当前的生长阶段无缺陷的外延层的图像。

实现时，步骤S23可以由前述的选取单元执行。

针对不同的质量要求，待测区域选取的数量也不同，待测区域选取的数量越多，则检测结果越精确，但相应地，检测所投入的成本也就越多。

S24：获取待测图像上的各个待测区域的各个像素的灰度值。

实现时，步骤S24可以由前述的获取单元执行。

S25：判断待测图像上的各待测区域所对应的外延层上的区域是否存在缺陷。

实现时，步骤S25可以由前述的比较单元执行。

具体地，当待测区域内，灰度值高于标准图像的像素的灰度值的像素数量超过预定值时，判定待测区域所对应的外延层上的区域存在缺陷。

当待测区域内，灰度值高于标准图像的像素的灰度值的像素数量未超过预定值时，判定待测区域所对应的外延层上的区域不存在缺陷。

优选地，预定值可以为待测区域内的像素数量的1～3％，将预定值设置为1～3％可以使制作出的外延片满足大部分的生产需要，容易想到的是，对于不同的生产要求，预定值的设置也可以不同，当生产中对外延片的质量要求较高时，则可以将预定值设置在1％以下，例如0.6％，当生产中对外延片的质量要求较低时，则可以将预定值设置在1％以上，例如1.5％。

此外，步骤S22也可以包括：

在每个生长阶段结束时分别获取紫外光照射在外延层上所产生的待测图像。

如此可以获取到多个不同生长阶段结束时的待测图像，每获得一次待测图像就进行一次检测，根据检测的结果对后续的生长环境做出调整，以便于进一步提高外延层的质量，提供外延片的良率。

需要说明的是：上述实施例提供的外延片的生长设备在外延片生长过程中进行缺陷检测时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的外延片的生长设备与外延片生长过程中的缺陷检测方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。