專利名稱：一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液相外延方法及裝置，特別涉及一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的
方法和裝置。
背景技術(shù)：
外延生長(zhǎng)是半導(dǎo)體材料和器件制造的一項(xiàng)重要工藝。在單晶襯底上從飽和溶液中生長(zhǎng)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(zhì)的飽和溶液中生長(zhǎng)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(shù)的出現(xiàn)，對(duì)于化合物半導(dǎo)體材料和器件的發(fā)展起了重要的推動(dòng)作用。目前這一技術(shù)已廣泛用于生長(zhǎng)GaAs、GaAlAs、GaP、InP、Ga InAsP等半導(dǎo)體材料和制作發(fā)光二極管、激光二極管、太陽能電池、微波器件等。 液相外延的方法之一是采用液相外延爐，襯底夾具位于爐中。然而，傳統(tǒng)的液相外延爐，每次操作時(shí)，襯底生長(zhǎng)后，只能等襯底片在爐內(nèi)完全冷卻后才能取出，再進(jìn)行下一次操作。在此期間爐內(nèi)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(fèi)，并且由于冷卻所需的時(shí)間長(zhǎng)，每次操作的時(shí)間也長(zhǎng)，爐膛利用效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)液相外延法制備外延薄膜時(shí)，襯底片和溶劑冷卻時(shí)間過長(zhǎng)
而設(shè)計(jì)一種可連續(xù)液相外延的方法及外延設(shè)備。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種連續(xù)液相外延法制備薄膜的方法，使用一種至少具兩個(gè)旋轉(zhuǎn)單元的設(shè)備，其特征在于該方法包括 A、在爐膛的坩堝內(nèi)加入熔料，在第一旋轉(zhuǎn)單元中的襯底夾具中裝入襯底片；
B、第一旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)至爐膛上方，打開爐膛上方及旋轉(zhuǎn)單元的密封蓋，下降襯底夾具至爐膛內(nèi)，進(jìn)行液相外延操作； C、外延生長(zhǎng)完成，上升襯底夾具至第一旋轉(zhuǎn)單元，然后爐膛上方及旋轉(zhuǎn)單元的密封 蓋各自封閉，第一旋轉(zhuǎn)單元離開爐膛上方； D、在第一旋轉(zhuǎn)單元中的襯底片進(jìn)行外延生長(zhǎng)的同時(shí)，在第二旋轉(zhuǎn)單元中的襯底夾具裝入襯底片； E、第一旋轉(zhuǎn)單元離開爐膛上方后，第二旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)至爐膛上方，重復(fù)第一旋轉(zhuǎn)單元的操作，進(jìn)行外延生長(zhǎng)。 該方法進(jìn)一步包括第二旋轉(zhuǎn)單元進(jìn)行外延生長(zhǎng)的同時(shí)，卸下第一旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)已外延生長(zhǎng)的襯底片，并裝入新的待外延生長(zhǎng)的襯底片，等第二旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)的襯底片完成外延生長(zhǎng)后，第二旋轉(zhuǎn)單元離開爐膛上方，第一旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)至爐膛上方，重新重復(fù)外延生長(zhǎng)動(dòng)作，如此反復(fù)重復(fù)進(jìn)行連續(xù)的襯底片外延生長(zhǎng)。
—種連續(xù)外延的液相外延法制備薄膜的裝置，包括一個(gè)爐膛和至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)單元，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)單元與爐膛為可分離式，旋轉(zhuǎn)單元可通過旋轉(zhuǎn)，定位于爐膛上方或離開爐室上方。 所述的旋轉(zhuǎn)單元包括一閥室、一升降旋轉(zhuǎn)軸及一副室，閥室用于容納襯底夾具。
所述的升降旋轉(zhuǎn)軸底部與襯底夾具連接。 還包括至少兩個(gè)的定位旋轉(zhuǎn)軸，所述的旋轉(zhuǎn)單元繞定位旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。 所述的旋轉(zhuǎn)單元可沿定位旋轉(zhuǎn)軸上下移動(dòng)。每個(gè)旋轉(zhuǎn)單元的閥室底部都具有可移
開式密封蓋，當(dāng)移至爐室上時(shí)，密封蓋可移開，供閥室與爐室相通，當(dāng)離開爐室時(shí)，密封蓋可
被重新封于閥室底部。 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(dāng)閥室移至爐室上時(shí)，該上爐室的密封蓋可移開，供閥室與爐室相通，當(dāng)離開爐室時(shí)，該上爐室的密封蓋可被重新封于爐室頂部。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于一封閉空間內(nèi)，以被惰性氣體保護(hù)。 從以上描述可知，發(fā)明使用一種至少具兩個(gè)旋轉(zhuǎn)單元的設(shè)備進(jìn)行液相外延生長(zhǎng)，襯底片可在旋轉(zhuǎn)單元中輪流進(jìn)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(gè)旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)，離開爐膛上方進(jìn)行冷卻，同時(shí)將另一旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)第二批次的襯底片轉(zhuǎn)入爐膛，進(jìn)行第二批次的液相外延操作，如此重復(fù)，消除了現(xiàn)有技術(shù)爐膛必須冷卻后再重新升溫，能量大量浪費(fèi)的弊端，本發(fā)明的方法及設(shè)備可縮短每次液相外延的時(shí)間，大大提高了液相外延爐的使用效率。


圖1為本發(fā)明一種連續(xù)外延的液相外延法制備薄膜的裝置的立體結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明一種連續(xù)外延的液相外延法制備薄膜的裝置的頂視 圖3為本發(fā)明其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)至爐室上方，互相配合的示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1至圖3所示，一種連續(xù)外延的液相外延法制備薄膜的裝置，包括第一旋轉(zhuǎn)單元1和第二旋轉(zhuǎn)單元2，以及爐室3。 第一旋轉(zhuǎn)單元1包括一升降旋轉(zhuǎn)軸11、一副室12及一閥室13，閥室13的一面有一門16，用于襯底片或整個(gè)襯底夾具的進(jìn)出；升降旋轉(zhuǎn)軸11外接一裝置，控制該軸作升降或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。升降旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，降入爐室內(nèi)3內(nèi)或上升至閥室13內(nèi)。閥室底部具有密封蓋(圖中未顯示)。
第一旋轉(zhuǎn)單元1通過一立柱15及一定位旋轉(zhuǎn)軸14旋轉(zhuǎn)。 與第一旋轉(zhuǎn)單元1類似，第二旋轉(zhuǎn)單元2包括一升降旋轉(zhuǎn)軸21、一副室22及一閥室23，閥室23的一面有一門26，用于襯底片或整個(gè)襯底夾具的進(jìn)出；升降旋轉(zhuǎn)軸21外接一裝置，控制該軸作升降或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。升降旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，降入爐室內(nèi)3內(nèi)或上升至閥室23內(nèi)。(圖中未顯示)。
第二旋轉(zhuǎn)單元2通過一立柱25及一定位旋轉(zhuǎn)軸24旋轉(zhuǎn)。 同時(shí)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(nèi)有一坩堝33用于液相外延生長(zhǎng)；石墨坩堝外有一石墨加熱 器，用于加熱石墨坩堝；石墨加熱器連接電極34。 使用時(shí)，將襯底片安置于襯底夾具，襯底夾具再經(jīng)閥門16或閥門26固定于升降旋 轉(zhuǎn)軸11或21底部。在坩堝33中先裝入溶質(zhì)和溶劑。將第一旋轉(zhuǎn)單元1旋轉(zhuǎn)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后往爐室3和閥室 13內(nèi)通入惰性氣體。升溫坩堝33至所需溫度使溶質(zhì)和溶劑熔解。升降旋轉(zhuǎn)軸ll由閥室 13內(nèi)下降至爐室3內(nèi)，使襯底夾具溶于熔液中。降溫，待夾具上的襯底片生長(zhǎng)至一定厚度， 提升旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸14旋轉(zhuǎn)整個(gè)旋 轉(zhuǎn)單元180° ，使第一旋轉(zhuǎn)單元1離開爐室3上方。同時(shí)旋轉(zhuǎn)第二旋轉(zhuǎn)單元2，該第二旋轉(zhuǎn) 單元2的閥室24內(nèi)裝有待液相外延的襯底片，重復(fù)前面外延生長(zhǎng)的步驟。
第二旋轉(zhuǎn)單元2進(jìn)行外延生長(zhǎng)的同時(shí)，卸下第一旋轉(zhuǎn)單元1內(nèi)已外延生長(zhǎng)的襯底 片，并裝入新的待外延生長(zhǎng)的襯底片，等第二旋轉(zhuǎn)單元2內(nèi)的襯底片完成外延生長(zhǎng)后，離開 爐膛上方，第一旋轉(zhuǎn)單元1轉(zhuǎn)至爐膛上方，重新重復(fù)外延生長(zhǎng)動(dòng)作，如此反復(fù)進(jìn)行連續(xù)的襯 底片外延生長(zhǎng)。 由于無需等爐室充分冷卻才取出外延生長(zhǎng)的外延片，就可進(jìn)行第二次批次的外延 生長(zhǎng)，所以，可縮短每次液相外延的時(shí)間，節(jié)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(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用 此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。
權(quán)利要求
一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的方法，使用一種至少具兩個(gè)旋轉(zhuǎn)單元的設(shè)備，其特征在于該方法包括A、在爐膛的坩堝內(nèi)加入熔料，在第一旋轉(zhuǎn)單元中的襯底夾具中裝入襯底片；B、第一旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)至爐膛上方，打開爐膛上方及旋轉(zhuǎn)單元的密封蓋，下降襯底夾具至爐膛內(nèi)，進(jìn)行液相外延操作；C、外延生長(zhǎng)完成，上升襯底夾具至第一旋轉(zhuǎn)單元，然后爐膛上方及旋轉(zhuǎn)單元的密封蓋各自封閉，第一旋轉(zhuǎn)單元離開爐膛上方；D、在第一旋轉(zhuǎn)單元中的襯底片進(jìn)行外延生長(zhǎng)的同時(shí)，在第二旋轉(zhuǎn)單元中的襯底夾具中裝入襯底片；E、第一旋轉(zhuǎn)單元離開爐膛上方后，第二旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)至爐膛上方，重復(fù)第一旋轉(zhuǎn)單元的操作，進(jìn)行外延生長(zhǎng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包括第二旋轉(zhuǎn)單元進(jìn)行外延生長(zhǎng)的同時(shí)，卸下第一旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)已外延生長(zhǎng)的襯底片，并裝入新的待外延生長(zhǎng)的襯底片，等第二旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)的襯底片完成外延生長(zhǎng)后，第二旋轉(zhuǎn)單元離開爐膛上方，第一旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)至爐膛上方，重新重復(fù)外延生長(zhǎng)動(dòng)作，如此反復(fù)重復(fù)進(jìn)行連續(xù)的襯底片外延生長(zhǎng)。
3. —種連續(xù)液相外延法制備薄膜的裝置，包括一個(gè)爐膛和至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)單元，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)單元可通過旋轉(zhuǎn)，定位于爐膛上方或離開爐室上方。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)單元包括一 閥室、 一升降旋轉(zhuǎn)軸及一副室。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的裝置，其特征在于所述的升降旋轉(zhuǎn)軸底部與襯底夾具連接。
6. 如權(quán)利要求3所述的一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的裝置，其特征在于還包括至少兩個(gè)的定位旋轉(zhuǎn)軸，所述的旋轉(zhuǎn)單元繞定位旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)單元可沿定位旋轉(zhuǎn)軸上下移動(dòng)。
8. 如權(quán)利要求3所述的一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的裝置，其特征在于每個(gè)旋轉(zhuǎn)單元的閥室底部都具有可移開式密封蓋。
9. 如權(quán)利要求3所述的一種連續(xù)液相外延法制備薄膜的裝置，其特征在于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(xù)液相外延法制備薄膜的方法和裝置，屬于液相外延技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明使用一種至少具兩個(gè)旋轉(zhuǎn)單元的設(shè)備進(jìn)行液相外延生長(zhǎng)，襯底片可在旋轉(zhuǎn)單元中輪流進(jìn)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(gè)旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)，離開爐膛上方進(jìn)行冷卻，同時(shí)將另一旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)第二批次的襯底片轉(zhuǎn)入爐膛，進(jìn)行第二批次的液相外延操作，如此重復(fù)，消除了現(xiàn)有技術(shù)爐膛必須冷卻后再重新升溫，能量大量浪費(fèi)的弊端。
文檔編號(hào)C30B19/00GK101760775SQ20091011152
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者南毅, 張偉娜, 戴文偉, 王致緒, 鄒予, 鄭智雄, 馬殿軍 申請(qǐng)人:南安市三晶陽光電力有限公司