一種連續液相外延法製備薄膜的方法和裝置的製作方法
2023-07-30 00:17:46
專利名稱：一種連續液相外延法製備薄膜的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液相外延方法及裝置，特別涉及一種連續液相外延法製備薄膜的
方法和裝置。
背景技術：
外延生長是半導體材料和器件製造的一項重要工藝。在單晶襯底上從飽和溶液中生長外延層的方法稱液相外延(LPE)。例如，GaAs外延層就可從以Ga為溶劑、As為溶質的飽和溶液中生長出來。液相外延方法是在1963年由納爾遜(Nelson)提出的。
液相外延技術的出現，對於化合物半導體材料和器件的發展起了重要的推動作用。目前這一技術已廣泛用於生長GaAs、GaAlAs、GaP、InP、Ga InAsP等半導體材料和製作發光二極體、雷射二極體、太陽能電池、微波器件等。 液相外延的方法之一是採用液相外延爐，襯底夾具位於爐中。然而，傳統的液相外延爐，每次操作時，襯底生長後，只能等襯底片在爐內完全冷卻後才能取出，再進行下一次操作。在此期間爐內的溶劑也先冷卻-再重新加熱，大量能量在冷卻過程中被浪費，並且由於冷卻所需的時間長，每次操作的時間也長，爐膛利用效率不高。
發明內容
本發明的目的在於針對液相外延法製備外延薄膜時，襯底片和溶劑冷卻時間過長
而設計一種可連續液相外延的方法及外延設備。 本發明的技術方案如下 —種連續液相外延法製備薄膜的方法，使用一種至少具兩個旋轉單元的設備，其特徵在於該方法包括 A、在爐膛的坩堝內加入熔料，在第一旋轉單元中的襯底夾具中裝入襯底片；
B、第一旋轉單元轉至爐膛上方，打開爐膛上方及旋轉單元的密封蓋，下降襯底夾具至爐膛內，進行液相外延操作； C、外延生長完成，上升襯底夾具至第一旋轉單元，然後爐膛上方及旋轉單元的密封 蓋各自封閉，第一旋轉單元離開爐膛上方； D、在第一旋轉單元中的襯底片進行外延生長的同時，在第二旋轉單元中的襯底夾具裝入襯底片； E、第一旋轉單元離開爐膛上方後，第二旋轉單元轉至爐膛上方，重複第一旋轉單元的操作，進行外延生長。 該方法進一步包括第二旋轉單元進行外延生長的同時，卸下第一旋轉單元內已外延生長的襯底片，並裝入新的待外延生長的襯底片，等第二旋轉單元內的襯底片完成外延生長後，第二旋轉單元離開爐膛上方，第一旋轉單元轉至爐膛上方，重新重複外延生長動作，如此反覆重複進行連續的襯底片外延生長。
—種連續外延的液相外延法製備薄膜的裝置，包括一個爐膛和至少兩個旋轉單元，其特徵在於所述的旋轉單元與爐膛為可分離式，旋轉單元可通過旋轉，定位於爐膛上方或離開爐室上方。 所述的旋轉單元包括一閥室、一升降旋轉軸及一副室，閥室用於容納襯底夾具。
所述的升降旋轉軸底部與襯底夾具連接。 還包括至少兩個的定位旋轉軸，所述的旋轉單元繞定位旋轉軸旋轉。 所述的旋轉單元可沿定位旋轉軸上下移動。每個旋轉單元的閥室底部都具有可移
開式密封蓋，當移至爐室上時，密封蓋可移開，供閥室與爐室相通，當離開爐室時，密封蓋可
被重新封於閥室底部。 所述的爐室分為上爐室與下爐室，所述的上爐室頂部具有密封蓋，當閥室移至爐室上時，該上爐室的密封蓋可移開，供閥室與爐室相通，當離開爐室時，該上爐室的密封蓋可被重新封於爐室頂部。閥室底部的密封蓋與爐室頂部的密封蓋互相配合，使高溫的襯底片可始終被隔絕於一封閉空間內，以被惰性氣體保護。 從以上描述可知，發明使用一種至少具兩個旋轉單元的設備進行液相外延生長，襯底片可在旋轉單元中輪流進行外延操作，每次操作完畢，不必等爐膛完全冷卻，即可將襯底片上升至其中的一個旋轉單元內，離開爐膛上方進行冷卻，同時將另一旋轉單元內第二批次的襯底片轉入爐膛，進行第二批次的液相外延操作，如此重複，消除了現有技術爐膛必須冷卻後再重新升溫，能量大量浪費的弊端，本發明的方法及設備可縮短每次液相外延的時間，大大提高了液相外延爐的使用效率。
圖1為本發明一種連續外延的液相外延法製備薄膜的裝置的立體結構示意 圖2為本發明一種連續外延的液相外延法製備薄膜的裝置的頂視 圖3為本發明其中一個旋轉單元旋轉至爐室上方，互相配合的示意圖。
具體實施例方式
如圖1至圖3所示，一種連續外延的液相外延法製備薄膜的裝置，包括第一旋轉單元1和第二旋轉單元2，以及爐室3。 第一旋轉單元1包括一升降旋轉軸11、一副室12及一閥室13，閥室13的一面有一門16，用於襯底片或整個襯底夾具的進出；升降旋轉軸11外接一裝置，控制該軸作升降或旋轉運動。升降旋轉軸ll底部固定連接或可拆卸地連接一襯底夾具，該襯底夾具可隨升降旋轉軸運動，降入爐室內3內或上升至閥室13內。閥室底部具有密封蓋(圖中未顯示)。
第一旋轉單元1通過一立柱15及一定位旋轉軸14旋轉。 與第一旋轉單元1類似，第二旋轉單元2包括一升降旋轉軸21、一副室22及一閥室23，閥室23的一面有一門26，用於襯底片或整個襯底夾具的進出；升降旋轉軸21外接一裝置，控制該軸作升降或旋轉運動。升降旋轉軸21底部固定連接或可拆卸地連接一襯底夾具，該襯底夾具可隨升降旋轉軸運動，降入爐室內3內或上升至閥室23內。(圖中未顯示)。
第二旋轉單元2通過一立柱25及一定位旋轉軸24旋轉。 同時參見圖1及圖3，爐室3分為上爐室31及下爐室32，上爐室31上方有一密封
4蓋(圖中未顯示)；下爐室32內有一坩堝33用於液相外延生長；石墨坩堝外有一石墨加熱 器，用於加熱石墨坩堝；石墨加熱器連接電極34。 使用時，將襯底片安置於襯底夾具，襯底夾具再經閥門16或閥門26固定於升降旋 轉軸11或21底部。在坩堝33中先裝入溶質和溶劑。將第一旋轉單元1旋轉至爐室3上 方，固定，爐室3的密封蓋和閥室13下的密封蓋打開，抽真空至10-4Pa後往爐室3和閥室 13內通入惰性氣體。升溫坩堝33至所需溫度使溶質和溶劑熔解。升降旋轉軸ll由閥室 13內下降至爐室3內，使襯底夾具溶於熔液中。降溫，待夾具上的襯底片生長至一定厚度， 提升旋轉升降軸ll，使夾具上升至閥室13。密封爐室3和閥室12，繞旋轉軸14旋轉整個旋 轉單元180° ，使第一旋轉單元1離開爐室3上方。同時旋轉第二旋轉單元2，該第二旋轉 單元2的閥室24內裝有待液相外延的襯底片，重複前面外延生長的步驟。
第二旋轉單元2進行外延生長的同時，卸下第一旋轉單元1內已外延生長的襯底 片，並裝入新的待外延生長的襯底片，等第二旋轉單元2內的襯底片完成外延生長後，離開 爐膛上方，第一旋轉單元1轉至爐膛上方，重新重複外延生長動作，如此反覆進行連續的襯 底片外延生長。 由於無需等爐室充分冷卻才取出外延生長的外延片，就可進行第二次批次的外延 生長，所以，可縮短每次液相外延的時間，節省能量消耗，大大提高了液相外延爐的使用效率。 上述僅為本發明的一個具體實施例，但本發明的設計構思並不局限於此，凡利用 此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬於侵犯本發明保護範圍的行為。
權利要求
一種連續液相外延法製備薄膜的方法，使用一種至少具兩個旋轉單元的設備，其特徵在於該方法包括A、在爐膛的坩堝內加入熔料，在第一旋轉單元中的襯底夾具中裝入襯底片；B、第一旋轉單元轉至爐膛上方，打開爐膛上方及旋轉單元的密封蓋，下降襯底夾具至爐膛內，進行液相外延操作；C、外延生長完成，上升襯底夾具至第一旋轉單元，然後爐膛上方及旋轉單元的密封蓋各自封閉，第一旋轉單元離開爐膛上方；D、在第一旋轉單元中的襯底片進行外延生長的同時，在第二旋轉單元中的襯底夾具中裝入襯底片；E、第一旋轉單元離開爐膛上方後，第二旋轉單元轉至爐膛上方，重複第一旋轉單元的操作，進行外延生長。
2. 如權利要求1所述的一種連續液相外延法製備薄膜的方法，其特徵在於該方法進一步包括第二旋轉單元進行外延生長的同時，卸下第一旋轉單元內已外延生長的襯底片，並裝入新的待外延生長的襯底片，等第二旋轉單元內的襯底片完成外延生長後，第二旋轉單元離開爐膛上方，第一旋轉單元轉至爐膛上方，重新重複外延生長動作，如此反覆重複進行連續的襯底片外延生長。
3. —種連續液相外延法製備薄膜的裝置，包括一個爐膛和至少兩個旋轉單元，其特徵在於所述的旋轉單元可通過旋轉，定位於爐膛上方或離開爐室上方。
4. 如權利要求3所述的一種連續液相外延法製備薄膜的裝置，其特徵在於所述的旋轉單元包括一 閥室、 一升降旋轉軸及一副室。
5. 如權利要求4所述的一種連續液相外延法製備薄膜的裝置，其特徵在於所述的升降旋轉軸底部與襯底夾具連接。
6. 如權利要求3所述的一種連續液相外延法製備薄膜的裝置，其特徵在於還包括至少兩個的定位旋轉軸，所述的旋轉單元繞定位旋轉軸旋轉。
7. 如權利要求6所述的一種連續液相外延法製備薄膜的裝置，其特徵在於所述的旋轉單元可沿定位旋轉軸上下移動。
8. 如權利要求3所述的一種連續液相外延法製備薄膜的裝置，其特徵在於每個旋轉單元的閥室底部都具有可移開式密封蓋。
9. 如權利要求3所述的一種連續液相外延法製備薄膜的裝置，其特徵在於所述的爐室分為上爐室與下爐室，所述的上爐室頂部具有密封蓋。
全文摘要
一種連續液相外延法製備薄膜的方法和裝置，屬於液相外延技術領域。本發明使用一種至少具兩個旋轉單元的設備進行液相外延生長，襯底片可在旋轉單元中輪流進行外延操作，每次操作完畢，不必等爐膛完全冷卻，即將襯底片上升至其中的一個旋轉單元內，離開爐膛上方進行冷卻，同時將另一旋轉單元內第二批次的襯底片轉入爐膛，進行第二批次的液相外延操作，如此重複，消除了現有技術爐膛必須冷卻後再重新升溫，能量大量浪費的弊端。
文檔編號C30B19/00GK101760775SQ20091011152
公開日2010年6月30日 申請日期2009年4月17日 優先權日2009年4月17日
發明者南毅, 張偉娜, 戴文偉, 王致緒, 鄒予, 鄭智雄, 馬殿軍 申請人:南安市三晶陽光電力有限公司