氢化物气相外延系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种气相外延系统，特别涉及一种氢化物气相外延系统，属于晶体生长技术领域。


背景技术：

2.气相沉积(vpe)是一种化学气相沉积(cvd)，涉及将一种或更多种包含化学物质的气体引导到衬底的表面，以使得反应物质在衬底的表面上发生反应并形成膜。例如，vpe可以用于在衬底上生长化合物半导体材料。衬底典型地是盘片形式的结晶材料，通常被称作“晶片”。典型地，材料通过将至少第一和第二前驱体气体注入到容纳有结晶衬底的工艺室中来生长。
3.化合物半导体例如iii
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v族半导体可以通过采用氢化物或卤化物的前驱体气体工艺在衬底上生长各种半导体材料层而形成，在氢化物气相外延(hvpe)工艺中，iii族氮化物(例如，gan、aln)通过热的气态金属卤化物(例如，gacl或alcl)与氨气(nh3)的反应而形成。金属卤化物通过使热的hcl气体在热的iii族金属上方通过而生成。所有的反应在控制温度的石英炉中完成，hvpe的一个特征是它可以具有非常高的生长速率，一些现有工艺可达每小时100μm，hvpe的另一特征是它可以用于沉积质量相对较高的膜，因为膜是在无碳的环境中生长并且因为热的hcl气体提供自清洁效果。
4.采用现有的氢化物气相外延系统进行厚度较大的样品生长时，一般需要进行设备恢复、升温、生长、降温等几个步骤，其中降温过程的耗时一般比较长，持续时间需要几十个小时，从而导致现有的生长工艺效率低下，进而增加了样品生长的成本。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种氢化物气相外延系统，以克服现有技术中的不足。
6.为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
7.本实用新型实施例提供了一种氢化物气相外延系统，包括：
8.气相外延生长单元，其包括反应室、源气体供给机构和第一密封机构，所述源气体供给机构与所述反应室连接，并至少用于向反应室内输送用于外延生长的源气体，其中，所述反应室具有第一开口，所述第一密封机构与所述反应室连接并能够打开关闭所述第一开口；
9.降温单元，其包括降温室和第二密封机构，所述降温室具有第二开口，所述第二密封机构与所述降温室连接并能够打开关闭所述第二开口；以及
10.连接机构，所述连接机构至少用于固定连接所述反应室和降温室，且当所述反应室和降温室连接时，所述第一开口和第二开口密封连接，并在所述反应室和降温室之间形成可供样品转移的通道。
11.与现有技术相比，本实用新型的优点包括：
12.1)本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延系统，结构简单，使用方便；
13.2)本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延系统，可以对外延生长的样品单独进行降温处理，从而提高了外延生长设备的利用率，提高了产出，进而降低了生产成本；
14.3)本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延系统，对样品进行降温时只需要通入保护性气体及氮气，不需要复杂的生长和掺杂气路系统，也不需要复杂的反应室、降温室设计，降温室不需要多温区而只需要单温区，从而降低了降温室的造价；
15.4)本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延系统，多个反应室可以共用一个降温室，在提高降温效率的同时，进一步降低了设备的成本。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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技术中记载的一些实施例，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。
17.图1是本实用新型一典型实施案例中一种氢化物气相外延系统的结构示意图；
18.图2a
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图2f是本实用新型一典型实施案例中一种氢化物气相外延系统在具体实用时的操作流程结构示意图。
具体实施方式
19.鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
20.本实用新型实施例提供了一种氢化物气相外延系统，包括：
21.气相外延生长单元，其包括反应室、源气体供给机构和第一密封机构，所述源气体供给机构与所述反应室连接，并至少用于向反应室内输送用于外延生长的源气体，其中，所述反应室具有第一开口，所述第一密封机构与所述反应室连接并能够打开关闭所述第一开口；
22.降温单元，其包括降温室和第二密封机构，所述降温室具有第二开口，所述第二密封机构与所述降温室连接并能够打开关闭所述第二开口；以及
23.连接机构，所述连接机构至少用于固定连接所述反应室和降温室，且当所述反应室和降温室连接时，所述第一开口和第二开口密封连接，并在所述反应室和降温室之间形成可供样品转移的通道。
24.进一步的，所述第一密封机构包括间隔设置在第一外密封机构和第一内密封机构，所述第一外密封机构和第一内密封机构之间具有缓冲空间，且所述第一外密封机构和第一内密封机构彼此独立设置。
25.进一步的，所述第一外密封机构设置在所述反应室的第一开口处，所述第一内密封机构设置在所述反应室内部。
26.进一步的，所述降温室具有多个第二开口和多个第二密封机构，每一第二密封机构与一第二开口相匹配。
27.进一步的，所述第二密封机构包括间隔设置在第二外密封机构和第二内密封机
构，所述第二外密封机构和第二内密封机构之间具有缓冲空间，且所述第二外密封机构和第二内密封机构彼此独立设置。
28.进一步的，所述第二外密封机构设置在所述降温室的第二开口处，所述第二内密封机构设置在所述反应室内部。
29.进一步的，所述的氢化物气相外延系统还包括：可移动的样品台，其至少承载生长的样品，并且，所述样品台还与驱动机构传动连接，所述驱动机构用于驱使所述样品于所述反应室和降温室之间移动。
30.更进一步的，所述的氢化物气相外延系统还包括：保护气体供给机构，所述保护气体供给机构与所述降温室连接，并至少用于向所述降温室内输送保护气体。
31.进一步的，所述降温室为单温区结构，且所述降温室内还设置有温度调节机构和温度监测机构。
32.更进一步的，所述的氢化物气相外延系统包括：多个气相外延生长单元，一个所述降温室同时与多个反应室连接。
33.更进一步的，所述的氢化物气相外延系统还包括：控制单元，所述控制单元与所述气相外延生长单元、降温单元连接。
34.如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明地之外，本实用新型实施例中的氢化物气相外延系统中的源气体供给机构和保护气体供给机构以及气体供给机构与反应室、降温室之间的连接方式以及反应室内的具体结构等均可以采用本领域技术人员已知的技术实现，在此不作具体的阐述。
35.请参阅图1，一种氢化物气相外延系统，包括一个或多个气相外延生长单元100、降温单元200和控制单元(图中未示出)，所述气相外延生长单元100至少用于进行样品的气相外延生长，所述降温单元200至少用于对气相外延生长形成的样品进行降温处理，一个所述降温单元200能够经连接机构与一个或多个气相外延生长单元100密封连接，以供气相外延生长形成的样品转移至降温单元内进行降温处理，其中，所述控制单元分别与所述气相外延生长单元100、降温单元200连接，所述控制单元至少用于控制调节气相外延生长单元100和降温单元200的工作状态，例如，控制单元可以控制气相外延生长单元100中气源的输入流量、外延温度等，以及，控制气相外延生长单元100、降温单元200之间通道的打开和关闭等，所述控制单元包括控制器，该控制器可以是plc控制器等，该控制器可以是通过市购获得，其中所采用的数控程序等均可以是本领域技术人员已知的。
36.具体的，所述气相外延生长单元100，其包括反应室110、源气体供给机构120、第一外密封机构130和第一内密封机构140，所述源气体供给机构120与所述反应室110连接，并至少用于向反应室110内输送用于外延生长的源气体(该源气体根据所生长的晶体进行配置，源气体的供给流量可调)，其中，所述反应室110具有第一开口，所述第一外密封机构130设置在所述反应室110的第一开口处，所述第一内密封机构140设置在所述反应室110内部，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140之间具有缓冲空间，且所述第一外密封机构130和第一内密封机构140彼此独立设置，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140与所述反应室110活动连接，以使当所述反应室110经连接机构与降温室210固定连接时，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140能够打开关闭所述反应室110与降温室210之间可供样品转移的通道。
37.具体的，所述反应室110的基本结构如本领域技术人员已知的现有反应室结构基本一致，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140可以是密封隔板，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140与反应室110活动连接。
38.例如，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140可以沿反应室的径向方向设置，通过驱使第一外密封机构130和第一内密封机构140沿反应室的径向方向移动可以打开关闭所述的通道，或者，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140可以沿不同于反应室110径向方向的其他方向(例如第一外密封机构130和第一内密封机构140的厚度方向)摆动，从而实现通道的打开关闭，或者，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140均为可伸缩的结构，通过调节第一外密封机构130和第一内密封机构140的长度，以使第一外密封机构130和第一内密封机构140的边缘与反应室110连接或不连接而实现通道的打开关闭。
39.具体的，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140的形状与反应室的截面形状相匹配，第一外密封机构130和第一内密封机构140的面积可以大于或等于反应室的截面面积。
40.具体的，所述第一外密封机构130和第一内密封机构140均与反应室密封配合。
41.具体的，所述降温单元200包括降温室210、保护气体供给机构220、第二外密封机构230和第二内密封机构240，所述保护气体供给机构220与所述降温室210连接，并至少用于向所述降温室210内输送保护气体(该保护气体可以是惰性气体等，保护气体的输送流量可调)，其中，所述降温室210具有第二开口，所述第二外密封机构230设置在所述降温室210的第二开口处，所述第二内密封机构240设置在所述降温室210内部，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240之间具有缓冲空间，且所述第二外密封机构230和第二内密封机构240彼此独立设置，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240与所述降温室210活动连接，以使当所述降温室210经连接机构与反应室110固定连接时，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240能够打开关闭所述反应室110与降温室210之间可供样品转移的通道。
42.具体的，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240可以是密封隔板，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240与降温室210活动连接。
43.例如，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240可以沿降温室210的径向方向设置，通过驱使第二外密封机构230和第二内密封机构240沿降温室210的径向方向移动可以打开关闭所述的通道，或者，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240可以沿不同于降温室210径向方向的其他方向(例如第二外密封机构230和第二内密封机构240的厚度方向)摆动，从而实现通道的打开关闭，或者，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240均为可伸缩的结构，通过调节第二外密封机构230和第二内密封机构240的长度，以使第二外密封机构230和第二内密封机构240的边缘与降温室210连接或不连接而实现通道的打开关闭。
44.具体的，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240的形状与降温室的截面形状相匹配，第二外密封机构230和第二内密封机构240的面积可以大于或等于降温室的截面面积。
45.具体的，所述第二外密封机构230和第二内密封机构240均与降温室密封配合。
46.具体的，所述连接机构主要用于连接反应室110和降温室210，所述连接机构可以
本领域技术人员已知的结构，在此不作具体的限制。
47.具体的，所述的氢化物气相外延系统还包括：可移动的样品台150，其至少承载生长的样品，并且，所述样品台150还与驱动机构传动连接，所述驱动机构用于驱使所述样品于所述反应室和降温室之间移动，所述驱动机构还与控制单元连接。
48.具体的，所述驱动机构为直线驱动机构，例如，所述驱动机构可以是直线气缸或直线电机等。
49.具体的，所述降温室210为单温区结构，且所述降温室内还设置有温度调节机构和温度监测机构，所述温度调节机构和温度监测机构均可以采用本领域技术人员已知的。
50.具体的，所述降温室210还可以设置多个第二开口，每一第二开口内均设置有一组第二外密封机构230和第二内密封机构240，从而使一个降温室可以同时与多个反应室连接并进行样品的转移。
51.具体的，本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延系统的具体使用和操作流程结构如图2a
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图2f所示，以降温室与单个反应室之间的配合为例：
52.1)以气相外延生长单元100在样品台150上进行样品的外延生长，待样品外延生长结束后，关闭源气体供给机构120，同时，打开与降温室210连接的保护气体供给机构220，并将降温室的温度保持在与生长室110内进行样品外延生长的外延温度相同的温度；
53.2)打开第一外密封机构130和第二外密封机构230，使反应室110的第一开口和降温室210的第二开口相对设置
54.3)以连接机构连接所述反应室110和降温室210，且使所述反应室110的第一开口和降温室210的第二开口密封连接，从而在所述反应室110和降温室210之间形成可供样品转移的通道；
55.4)打开第一内密封机构240和第二内密封机构240，以打开所述通道，承载有样品的样品台能够在所述通道之间转移；
56.5)以驱动机构驱使承载有样品的样品台自反应室110内沿所述通道转移至降温室210内；
57.6)依次关闭第一内密封机构240、第一外密封机构130，再关闭第二内密封机构240、第二外密封机构230，之后按照预定程序对降温室内进行降温；
58.7)断开连接机构和反应室或降温室的连接，以使反应室和降温室分离；
59.8)若有多个气相外延生长单元100同时完成样品的外延生长，则转移完第一个样品后，降温室内的温度维持不变，并重复步骤2)
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5)，从而实现第二个样品的转移，可以依次重复转移n个样品，n取决于降温室的容纳量，转移完所有样品后，再执行步骤7)，对多个样品同时降温。
60.本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延系统，结构简单，使用方便；本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延系统，可以对外延生长的样品单独进行降温处理，从而提高了外延生长设备的利用率，提高了产出，进而降低了生产成本。
61.本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延系统，对样品进行降温时只需要通入保护性气体及氮气，不需要复杂的生长和掺杂气路系统，也不需要复杂的反应室、降温室设计，降温室不需要多温区而只需要单温区，从而降低了降温室的造价；以及，本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延系统，多个反应室可以共用一个降温室，在提高降温效
率的同时，进一步降低了设备的成本。
62.应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。