塔式多片外延生長(zhǎng)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，包括：一塔式片架，該塔式片架包括：三個(gè)立柱，每一立柱上開(kāi)有凹槽，立柱上的凹槽有多個(gè)，三個(gè)立柱相同高度位置的凹槽構(gòu)成一組；托盤(pán)，其邊緣厚度與每一立柱上的凹槽的高度相同，每個(gè)托盤(pán)可以穩(wěn)定固定于一組凹槽中，托盤(pán)的個(gè)數(shù)與凹槽組數(shù)相同；其中將三個(gè)立柱等距豎立排列，使三個(gè)立柱分別位于一等邊三角形三個(gè)頂點(diǎn)處，將托盤(pán)插入到立柱的凹槽內(nèi)，形成多層、塔式裝載的效果。本發(fā)明能夠?yàn)閱纹睆竭_(dá)六至八英寸、單次裝載量高達(dá)幾十片的外延制備提供裝置及方法支持，極大地提高工業(yè)化生產(chǎn)效率，如提高產(chǎn)能，提高氣體利用率，降低能耗等。
【專(zhuān)利說(shuō)明】塔式多片外延生長(zhǎng)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種化學(xué)氣相沉積法（Chemical Vapor D印osition，CVD)塔式多片外延生長(zhǎng)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 化學(xué)氣相沉積（CVD)是一種材料生長(zhǎng)方法，它采用氣態(tài)先驅(qū)體作為反應(yīng)源，并通 過(guò)載氣〇1 2或隊(duì)）輸運(yùn)到反應(yīng)室，在高溫襯底表面進(jìn)行分解、擴(kuò)散和化合反應(yīng)等進(jìn)行外延生 長(zhǎng)。利用氣路控制機(jī)構(gòu)改變進(jìn)入生長(zhǎng)室的氣相組分來(lái)實(shí)現(xiàn)不同材料的多種結(jié)構(gòu)，反應(yīng)的副 產(chǎn)物和未反應(yīng)的氣態(tài)先驅(qū)體經(jīng)過(guò)尾氣系統(tǒng)排出。隨著CVD技術(shù)的不斷成熟，它已逐漸成為 制備半導(dǎo)體材料的一種主流技術(shù)，可以進(jìn)行多片、大面積外延生長(zhǎng)，并適合于大規(guī)模工業(yè)化 生產(chǎn)。當(dāng)前，許多關(guān)鍵半導(dǎo)體材料都采用CVD方法制備，如InAs/GaSb、ZnO、SiC、GaN或石 墨烯等。
[0003] 商業(yè)公司制造的CVD設(shè)備市場(chǎng)占有率高，通常一家LED公司會(huì)擁有幾十至上百臺(tái) CVD機(jī)臺(tái)。當(dāng)前CVD技術(shù)的發(fā)展方向是一次性可以制備高達(dá)幾十片兩英寸外延片，或者數(shù)片 六英寸外延片。它的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，其核心方案是將外延片104分別裝入托盤(pán)，然后 將所有托盤(pán)攤開(kāi)平鋪在可旋轉(zhuǎn)載盤(pán)105上。其特點(diǎn)是隨著外延面積增加，載盤(pán)直徑隨之增 力口。假設(shè)外延片的半徑為r，外延片數(shù)量為n，則載盤(pán)直徑與成正比。如要生長(zhǎng)50片 2英寸外延片，載盤(pán)直徑高達(dá)40厘米以上。帶來(lái)不利的影響是，隨著載盤(pán)直徑增加，生長(zhǎng)室 直徑也增加了，體積隨之增加，此時(shí)，要使所有外延片具有均勻的氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)變得復(fù)雜 了，維持成本大大提高，且不易部署。另外，隨著生長(zhǎng)室體積增加，所需載氣、反應(yīng)先驅(qū)體也 要增加，源氣使用效率降低，商業(yè)CVD設(shè)備其氣體利用率一般只有1020%。因此，急需發(fā)展 新的多片、大面積生長(zhǎng)裝置以及對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)方法來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展CVD方法的外延生長(zhǎng)能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其能夠?yàn)閱纹?徑達(dá)六至八英寸、單次裝載量高達(dá)幾十片的外延制備提供裝置及方法支持，極大地提高工 業(yè)化生廣效率，如提1?廣能，提1?氣體利用率，降低能耗等。
[0005] 本發(fā)明提供一種塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，包括：
[0006] -塔式片架，該塔式片架包括：
[0007] 三個(gè)立柱，每一立柱上開(kāi)有凹槽，立柱上的凹槽有多個(gè)，三個(gè)立柱相同高度位置的 凹槽構(gòu)成一組；
[0008] 托盤(pán)，其邊緣厚度與每一立柱上的凹槽的高度相同，每個(gè)托盤(pán)可以穩(wěn)定固定于一 組凹槽中，托盤(pán)的個(gè)數(shù)與凹槽組數(shù)相同；
[0009] 其中將三個(gè)立柱等距堅(jiān)立排列，使三個(gè)立柱分別位于一等邊三角形三個(gè)頂點(diǎn)處， 將托盤(pán)插入到立柱的凹槽內(nèi)，形成多層、塔式裝載的效果。
[0010] 相比于一般大型商業(yè)化學(xué)氣相沉積裝置，本發(fā)明避免了多片、大面積外延時(shí)需要 不斷增大載盤(pán)直徑以及增大生長(zhǎng)室體積的不利影響，而是采用可擴(kuò)展、易于布署的片架式 硬件結(jié)構(gòu)，不再像現(xiàn)有技術(shù)那樣采用平鋪式裝片，而是采用塔式裝片，可以在生長(zhǎng)室體積容 量相同的條件下生長(zhǎng)更多面積的外延片，其結(jié)構(gòu)可靠，操作簡(jiǎn)單，可以達(dá)到增加生長(zhǎng)效率、 提高生長(zhǎng)源氣利用率和降低成本的目的。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說(shuō)明如后，其 中：
[0012] 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中CVD裝置示意圖；
[0013] 圖2示出了本發(fā)明提供的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置片架的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0014] 圖3示出了本發(fā)明提供的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置按水平方式裝載片架的一個(gè)實(shí) 施例的示意圖；
[0015] 圖4示出了本發(fā)明提供的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置按垂直方式裝載片架的一個(gè)實(shí) 施例的示意圖；
[0016] 圖5示出了本發(fā)明提供的由塔式多片外延生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng)碳化硅的一個(gè)實(shí)施例的 示意圖；
[0017] 圖6示出了本發(fā)明提供的由塔式多片外延生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng)氮化鎵的一個(gè)實(shí)施例的 示意圖；
[0018] 圖7示出了本發(fā)明提供的由塔式多片外延生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng)石墨烯的一個(gè)實(shí)施例的 示意圖；
[0019] 圖8示出了本發(fā)明提供的由塔式多片外延生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng)InAs/GaSb超晶格的一個(gè) 實(shí)施例的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明示例 性的實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)要起見(jiàn)，實(shí)際的實(shí)施例并不局限于說(shuō)明書(shū)中所描述的 這些技術(shù)特征。然而，應(yīng)該理解的是，在改進(jìn)任何一個(gè)所述實(shí)際實(shí)施例的過(guò)程中，多個(gè)具體 實(shí)施例的決定必須是能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)人員的特定目標(biāo)，例如，遵從行業(yè)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限 制，所述限制隨著實(shí)施例的不同而變化。而且，應(yīng)該理解的是，前述改進(jìn)的效果即使是非常 復(fù)雜和耗時(shí)的，但是這對(duì)于知曉本發(fā)明益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)仍然是常規(guī)技術(shù)手段。
[0021] 請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明提供一種塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，包括：
[0022] -塔式片架20,該塔式片架20包括：三個(gè)立柱201，為圓柱體，其尺寸用立柱高度 和立柱直徑表示，每一立柱201上開(kāi)有凹槽204,開(kāi)槽方式為直接在立柱上挖取，凹槽204的 形狀為半圓柱體，其尺寸用凹槽高度和凹槽底圓直徑表示，其凹槽底圓直徑與立柱直徑相 同或者不同，使立柱201有足夠的強(qiáng)度不致于斷裂，又使托盤(pán)202可以牢靠固定于立柱上不 致于脫落。立柱201上的凹槽204有多個(gè)，凹槽204間距可按需求設(shè)定，可以為0. 5毫米至 2厘米。三個(gè)立柱201相同高度位置的凹槽204構(gòu)成一組。立柱201的材料為石英玻璃、高 溫金屬或石墨，使立柱201可以處于室溫至1200攝氏度、室溫至1500攝氏度或室溫至2200 攝氏度的環(huán)境中。立柱201的直徑為5-10毫米，使其盡量保持體積小的條件下具有一定的 強(qiáng)度、穩(wěn)定性，可以在安裝有多個(gè)托盤(pán)202的工況下不傾倒、散架。
[0023] 托盤(pán)202,其尺寸用邊緣厚度、樣品區(qū)厚度和托盤(pán)直徑表示，其邊緣厚度與每一立 柱201上的凹槽204的高度相同，樣品區(qū)厚度稍小于邊緣厚度，使托盤(pán)202在樣品區(qū)內(nèi)凹， 使樣品可以放于樣品區(qū)不滑落。每個(gè)托盤(pán)202可以穩(wěn)定固定于一組凹槽中，托盤(pán)202的個(gè) 數(shù)與凹槽組數(shù)相同。托盤(pán)202的托盤(pán)直徑為50-220毫米，其組成材料為石英玻璃、高溫金 屬或石墨。托盤(pán)202樣品區(qū)可以不分區(qū)，或者進(jìn)一步分多個(gè)區(qū)，使其可以放置1個(gè)或多個(gè)2 英寸、3英寸、4英寸、6英寸或8英寸樣品。
[0024] 其中將三個(gè)立柱201等距堅(jiān)立排列，使三個(gè)立柱201分別位于一等邊三角形三個(gè) 頂點(diǎn)處，此等邊三角形外接圓直徑與托盤(pán)202直徑相同，將托盤(pán)202插入到立柱201的凹槽 204內(nèi)，形成多層、塔式裝載的效果。
[0025] 參閱圖3所示，為本發(fā)明的一實(shí)施例，其提供了本發(fā)明中塔式多片外延生長(zhǎng)裝置 的塔式片架的水平裝載實(shí)施例。結(jié)合圖2所示，所述塔式片架20是高溫金屬如鑰構(gòu)成的， 由三根直徑5毫米、高20厘米的立柱201組成，每個(gè)立柱上分布有等間距的20個(gè)凹槽204。 三個(gè)立柱上同高度位置的片槽可以固定托盤(pán)202,襯底片203放置于托盤(pán)202中。生長(zhǎng)時(shí)， 將20個(gè)裝有六英寸襯底203的托盤(pán)202置于凹槽204中，形成塔式裝載，可以一次性裝載 20片六英寸外延片。如圖3所示，將塔式片架20置于載盤(pán)303上，使襯底片203平行于載 盤(pán)303表面放置，進(jìn)氣口 302位于生長(zhǎng)室301頂端面右邊緣，出氣口 304位于生長(zhǎng)室301底 端面左邊緣，使源氣以偏軸的方式流過(guò)塔式片架，并使源氣以一定的動(dòng)量沿一定的角度掠 入射至襯底203外延表面，載盤(pán)303可以繞軸305轉(zhuǎn)動(dòng)，使源氣均勻地流過(guò)每個(gè)襯底203外 延表面。加熱器306沿軸向環(huán)繞生長(zhǎng)室，其高度完全高于塔式片架，使襯底片均處于同一穩(wěn) 定溫度場(chǎng)中。
[0026] 參閱圖4所示，為本發(fā)明的又一實(shí)施例，其提供了本發(fā)明中塔式多片外延生長(zhǎng)裝 置的塔式片架的垂直裝載實(shí)施例。結(jié)合圖2所示，所述塔式片架20是石英琉璃構(gòu)成的，由三 根直徑8毫米、高10厘米的立柱201組成，每個(gè)立柱上分布有等間距的12個(gè)凹槽204。三 個(gè)立柱上同高度位置的片槽可以固定托盤(pán)202,襯底片203放置于托盤(pán)202中。生長(zhǎng)時(shí)，將 12個(gè)裝有四英寸襯底203的托盤(pán)202置于凹槽204中，形成塔式裝載，可以一次性裝載12 片四英寸外延片。如圖4所示，將塔式片架20置于載盤(pán)404上，使襯底203垂直于載盤(pán)404 表面放置，進(jìn)氣口 402位于生長(zhǎng)室401頂端面正中，并在生長(zhǎng)室401中內(nèi)接有喇叭口 403,出 氣口 405位于生長(zhǎng)室401底端面中間，喇叭口 403尺寸大于塔式片架，使源氣均勻擴(kuò)展，并 以平行襯底203外延表面的方式流過(guò)塔式片架，并使源氣以一定的動(dòng)量沿一定的角度掠入 射至襯底203外延表面，載盤(pán)404可以繞軸407轉(zhuǎn)動(dòng)，使源氣均勻地流過(guò)每個(gè)襯底203外延 表面。加熱器406沿軸向環(huán)繞生長(zhǎng)室401，其高度完全高于塔式片架，使襯底片均處于同一 穩(wěn)定溫度場(chǎng)中。
[0027] 參閱圖5所示，為本發(fā)明的又一實(shí)施例，其提供了由塔式多片外延生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng) 碳化硅的一個(gè)實(shí)施例。包括如下步驟：
[0028] 步驟1 :將襯底片203裝載于塔式片架20上，按垂直或水平裝載方式將塔式片架 20置于載盤(pán)上；
[0029] 步驟2 :抽真空，一預(yù)定時(shí)間后，通入載氣，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓；
[0030] 步驟3 :穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度，保溫；
[0031] 步驟4:升溫至第二階段溫度，其間通入第一種生長(zhǎng)源氣，到達(dá)第二階段溫度時(shí)再 通入第二種生長(zhǎng)源氣；
[0032] 步驟5 :生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后依次斷開(kāi)第二種、第一種生長(zhǎng)源氣，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn) 行降溫，保持整個(gè)過(guò)程通有載氣。
[0033] 實(shí)施細(xì)節(jié)如下：
[0034] 將20片4英寸4H_SiC襯底片裝載于塔式片架上，按垂直或水平裝載方式將片架 置于載盤(pán)上，抽真空至1E-3帕，1小時(shí)后，通入載氣H 2，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓為5000帕。約5 分鐘穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度1400攝氏度，保溫50分鐘，以?xún)艋L(zhǎng)室 以及襯底表面。20分鐘內(nèi)升溫至第二階段溫度1680攝氏度，至1600攝氏度時(shí)通入第一種 生長(zhǎng)源氣C 2H4，流量為60〇SCCm。到達(dá)第二階段溫度時(shí)再通入第二種生長(zhǎng)源氣SiH 4，流量為 50〇SCCm，此時(shí)進(jìn)行外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)2小時(shí)后依次斷開(kāi)第二種、第一種生長(zhǎng)源氣，隨即斷開(kāi)加 熱器進(jìn)行降溫，保持整個(gè)過(guò)程通有載氣H 2，流量為lOOslm。
[0035] 參閱圖6所示，為本發(fā)明的又一實(shí)施例，其提供了由塔式多片外延生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng) 氮化鎵的一個(gè)實(shí)施例。其包括如下步驟：
[0036] 步驟1 :將襯底片203裝載于塔式片架20上，按垂直或水平裝載方式將塔式片架 20置于載盤(pán)上；
[0037] 步驟2 :抽真空，一預(yù)定時(shí)間后，通入載氣，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓；
[0038] 步驟3 :穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度，保溫；
[0039] 步驟4 :降溫至第二階段溫度，到達(dá)第二階段溫度時(shí)依次通入第一、第二種生長(zhǎng)源 氣，生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后斷開(kāi)第二種生長(zhǎng)源氣；
[0040] 步驟5 :隨即升溫至第三階段溫度，到達(dá)第三階段溫度時(shí)再次通入第二種生長(zhǎng)源 氣；
[0041] 步驟6 :生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后斷開(kāi)第二種生長(zhǎng)源氣，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn)行降溫，隨后 斷開(kāi)第一種生長(zhǎng)源氣，保持整個(gè)過(guò)程通有載氣。
[0042] 實(shí)施細(xì)節(jié)如下：
[0043] 將12片4英寸藍(lán)寶石襯底片裝載于塔式片架上，按垂直或水平裝載方式將片架置 于載盤(pán)上，抽真空至1E-3帕，1小時(shí)后，通入載氣H2,并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓為25000帕。約5 分鐘穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度1150攝氏度，保溫50分鐘，以?xún)艋L(zhǎng)室以 及襯底表面。降溫至第二階段溫度550攝氏度，到達(dá)第二階段溫度時(shí)依次通入第一、第二種 生長(zhǎng)源氣NH 3、TMGa，流量分別為500sccm、700sccm。此時(shí)進(jìn)行低溫緩沖層的外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng) 20分鐘后斷開(kāi)第二種生長(zhǎng)源氣TMGa，隨即升溫至第三階段溫度1050攝氏度，到達(dá)第三階段 溫度時(shí)再次通入第二種生長(zhǎng)源氣TMGa，流量為500s CCm，此時(shí)進(jìn)行外延層的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)1小 時(shí)后斷開(kāi)第二種生長(zhǎng)源氣TMGa，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn)行降溫，隨后斷開(kāi)第一種生長(zhǎng)源氣NH 3， 保持整個(gè)過(guò)程通有載氣h2。
[0044] 參閱圖7所示，為本發(fā)明的又一實(shí)施例，其提供了由塔式多片外延生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng) 石墨烯的一個(gè)實(shí)施例。其包括如下步驟：
[0045] 步驟1 :將襯底片203裝載于塔式片架20上，按水平裝載方式將塔式片架20置于 載盤(pán)上；
[0046] 步驟2 :抽真空，一預(yù)定時(shí)間后，通入載氣，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓；
[0047] 步驟3 :穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度，保溫；
[0048] 步驟4 :關(guān)閉載氣，通入惰性氣體，升溫至第二階段溫度；
[0049] 步驟5 :按一預(yù)定速率降溫，降溫到達(dá)第三階段溫度，保溫一預(yù)定時(shí)間；
[0050] 步驟6 :升溫至第四階段溫度，通入載氣、第一種生長(zhǎng)源氣；
[0051] 步驟7 :-預(yù)定時(shí)間后斷開(kāi)第一種生長(zhǎng)源氣，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn)行快速降溫，保持 降溫階段通有載氣。
[0052] 實(shí)施細(xì)節(jié)如下：
[0053] 將20片6英寸厚30微米Cu箔裝載于塔式片架上，按水平裝載方式將片架置于 載盤(pán)上，抽真空至1E-3帕，1小時(shí)后，通入載氣H 2，流量為3slm，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓為60000 帕。約5分鐘穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度1000攝氏度，保溫30分鐘，以?xún)艋?生長(zhǎng)室以及襯底表面。關(guān)閉載氣H 2，通入惰性氣體Ar，流量為3slm，升溫至第二階段溫度 1100攝氏度，此時(shí)將Cu箔熔化，按每分鐘20攝氏度速率降溫，此時(shí)Cu重結(jié)晶凝固，降溫到 達(dá)第三階段溫度700攝氏度，保溫20分鐘，此時(shí)Cu凝固成Cu箔，并獲得大面積單晶外延表 面，升溫至第四階段溫度1050攝氏度，通入載氣H2、第一種生長(zhǎng)源氣CH 4，流量分別為lslm、 lOsccm，此時(shí)進(jìn)行石墨烯的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)20分鐘后斷開(kāi)第一種生長(zhǎng)源氣CH4，隨即斷開(kāi)加熱器 進(jìn)行快速降溫至450攝氏度，使襯底外延表面降溫速率達(dá)每秒10攝氏度，保持降溫階段通 有載氣。
[0054] 參閱圖8所示，為本發(fā)明的又一實(shí)施例，其提供了由塔式多片外延生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng) InAs/GaSb超晶格的一個(gè)實(shí)施例。其包括如下步驟：
[0055] 步驟1 :將襯底片203裝載于塔式片架20上，按垂直或水平裝載方式將塔式片架 20置于載盤(pán)上；
[0056] 步驟2 :抽真空，一預(yù)定時(shí)間后，通入載氣，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓；
[0057] 步驟3 :穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度，保溫一定時(shí)間后降溫至第二 階段溫度；
[0058] 步驟4 :依次通入第一、第二種生長(zhǎng)源氣，此時(shí)進(jìn)行第一種材料的外延生長(zhǎng)；
[0059] 步驟5 :生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后依次斷開(kāi)第二種、第一種生長(zhǎng)源氣，同時(shí)依次通入第 三、四種生長(zhǎng)源氣，此時(shí)進(jìn)行第二種材料的外延生長(zhǎng)；
[0060] 步驟6 :生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后依次斷開(kāi)第四種、第三種生長(zhǎng)源氣；
[0061] 步驟7 :重復(fù)步驟4?步驟6,依次交替生長(zhǎng)第一、第二種材料，生長(zhǎng)一定周期后關(guān) 閉生長(zhǎng)源氣，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn)行降溫，保持整個(gè)過(guò)程通有載氣。
[0062] 12.根據(jù)權(quán)利要求1、6或7所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中通入的載氣為H2， 惰性氣體為Ar。
[0063] 實(shí)施細(xì)節(jié)如下：
[0064] 將10片未摻雜2英寸GaSb (100)襯底片裝載于塔式片架上，按垂直或水平裝載 方式將片架置于載盤(pán)上，生長(zhǎng)過(guò)程中載盤(pán)轉(zhuǎn)速為60rpm。抽真空至1E-3帕，1小時(shí)后，通入 載氣H2,流量為lOslm，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓為13300帕。約5分鐘穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升 溫至第一階段溫度650攝氏度，保溫30分鐘，以?xún)艋L(zhǎng)室以及襯底表面。降溫至第二階 段溫度520攝氏度，到達(dá)第二階段溫度時(shí)，依次通入第一、二種生長(zhǎng)源氣TMSb、TEGa，流量都 為lOsccm，此時(shí)進(jìn)行第一種材料GaSb的外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)10秒鐘后依次斷開(kāi)第二種、第一種 生長(zhǎng)源氣TMSb、TEGa，同時(shí)依次通入第三、四種生長(zhǎng)源氣AsH3、TMIn，流量都為15sccm，此時(shí) 進(jìn)行第二種材料InAs的外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)10秒鐘后依次斷開(kāi)第四種、第三種生長(zhǎng)源氣AsH3、 TMIn，保持這個(gè)步驟依次交替生長(zhǎng)第一、第二種材料GaSb、InAs，生長(zhǎng)20周期后關(guān)閉生長(zhǎng)源 氣，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn)行降溫，保持整個(gè)過(guò)程通有載氣H 2。
[0065] 盡管基于一些優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知 曉，本發(fā)明的范圍并不限于那些實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員在理解本發(fā)明的基礎(chǔ)上能夠?qū)?shí)施例進(jìn)行各種變化和修改，并且因此落入本 發(fā)明所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，包括： 一塔式片架，該塔式片架包括： 三個(gè)立柱，每一立柱上開(kāi)有凹槽,立柱上的凹槽有多個(gè)，三個(gè)立柱相同高度位置的凹槽 構(gòu)成一組； 托盤(pán)，其邊緣厚度與每一立柱上的凹槽的高度相同，每個(gè)托盤(pán)可以穩(wěn)定固定于一組凹 槽中，托盤(pán)的個(gè)數(shù)與凹槽組數(shù)相同； 其中將三個(gè)立柱等距堅(jiān)立排列，使三個(gè)立柱分別位于一等邊三角形三個(gè)頂點(diǎn)處，將托 盤(pán)插入到立柱的凹槽內(nèi)，形成多層、塔式裝載的效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中所述立柱的材料為石英玻璃、 高溫金屬或石墨，立柱的立柱直徑為5-10毫米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中所述托盤(pán)的材料為石英玻璃、 高溫金屬或石墨，托盤(pán)的托盤(pán)直徑為50-220毫米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中所述塔式片架按水平方式裝 載，包括： 將塔式片架置于載盤(pán)上，使襯底片平行于載盤(pán)表面放置，進(jìn)氣口位于生長(zhǎng)室頂端面右 邊緣，出氣口位于生長(zhǎng)室底端面左邊緣，載盤(pán)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，加熱器沿軸向環(huán)繞生長(zhǎng)室，其 高度完全高于塔式片架。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中所述塔式片架按垂直方式裝 載，包括： 將塔式片架置于載盤(pán)上，使襯底垂直于載盤(pán)表面放置，進(jìn)氣口位于生長(zhǎng)室頂端面正中， 并在生長(zhǎng)室中內(nèi)接有喇叭口，出氣口位于生長(zhǎng)室底端面中間，喇叭口尺寸大于塔式片架，載 盤(pán)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，加熱器沿軸向環(huán)繞生長(zhǎng)室，其高度完全高于塔式片架。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中提供碳化硅的生長(zhǎng)，包括 如下步驟： 步驟1 :將一襯底片裝載于塔式片架上，按垂直或水平裝載方式將塔式片架置于載盤(pán) 上； 步驟2 :抽真空，一預(yù)定時(shí)間后，通入載氣，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓； 步驟3 :穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度，保溫； 步驟4:升溫至第二階段溫度，其間通入第一種生長(zhǎng)源氣，到達(dá)第二階段溫度時(shí)再通入 第二種生長(zhǎng)源氣； 步驟5 :生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后依次斷開(kāi)第二種、第一種生長(zhǎng)源氣，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn)行降 溫，保持整個(gè)過(guò)程通有載氣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中提供氮化鎵的生長(zhǎng)，包括 如下步驟： 步驟1 :將一襯底片裝載于塔式片架上，按垂直或水平裝載方式將塔式片架置于載盤(pán) 上； 步驟2 :抽真空，一預(yù)定時(shí)間后，通入載氣，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓； 步驟3 :穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度，保溫； 步驟4:降溫至第二階段溫度，到達(dá)第二階段溫度時(shí)依次通入第一、第二種生長(zhǎng)源氣， 生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后斷開(kāi)第二種生長(zhǎng)源氣； 步驟5 :隨即升溫至第三階段溫度，到達(dá)第三階段溫度時(shí)再次通入第二種生長(zhǎng)源氣； 步驟6 :生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后斷開(kāi)第二種生長(zhǎng)源氣，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn)行降溫，隨后斷開(kāi) 第一種生長(zhǎng)源氣，保持整個(gè)過(guò)程通有載氣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中提供石墨烯的生長(zhǎng)，包括如 下步驟： 步驟1 :將一襯底片裝載于塔式片架上，按水平裝載方式將塔式片架置于載盤(pán)上； 步驟2 :抽真空，一預(yù)定時(shí)間后，通入載氣，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓； 步驟3 :穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度，保溫； 步驟4 :關(guān)閉載氣，通入惰性氣體，升溫至第二階段溫度； 步驟5 :按一預(yù)定速率降溫，降溫到達(dá)第三階段溫度，保溫一預(yù)定時(shí)間； 步驟6 :升溫至第四階段溫度，通入載氣、第一種生長(zhǎng)源氣； 步驟7 :-預(yù)定時(shí)間后斷開(kāi)第一種生長(zhǎng)源氣，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn)行快速降溫，保持降溫 階段通有載氣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中可提供InAs/GaSb超晶 格的生長(zhǎng)，包括如下步驟： 步驟1 :將一襯底片裝載于塔式片架上，按垂直或水平裝載方式將塔式片架置于載盤(pán) 上； 步驟2 :抽真空，一預(yù)定時(shí)間后，通入載氣，并設(shè)置生長(zhǎng)室氣壓； 步驟3 :穩(wěn)定后，打開(kāi)加熱器，升溫至第一階段溫度，保溫一定時(shí)間后降溫至第二階段 溫度； 步驟4 :依次通入第一、第二種生長(zhǎng)源氣，此時(shí)進(jìn)行第一種材料的外延生長(zhǎng)； 步驟5 :生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后依次斷開(kāi)第二種、第一種生長(zhǎng)源氣，同時(shí)依次通入第三、四 種生長(zhǎng)源氣，此時(shí)進(jìn)行第二種材料的外延生長(zhǎng)； 步驟6 :生長(zhǎng)一預(yù)定時(shí)間后依次斷開(kāi)第四種、第三種生長(zhǎng)源氣； 步驟7 :重復(fù)步驟4-步驟6,依次交替生長(zhǎng)第一、第二種材料，生長(zhǎng)一定周期后關(guān)閉生長(zhǎng) 源氣，隨即斷開(kāi)加熱器進(jìn)行降溫，保持整個(gè)過(guò)程通有載氣。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中通入的載氣為H2，惰性 氣體為Ar。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中通入的源氣為SiH4*C2H4。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中通入的源氣為NH3或TMGa。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中通入的源氣為CH4。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中通入的源氣為T(mén)MSb、TEGa、 AsH3 或 TMIn。
15. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的塔式多片外延生長(zhǎng)裝置，其中使用的襯底片為4H-SiC、藍(lán)寶 石、Cu箔或GaSb。
【文檔編號(hào)】C30B25/08GK104195629SQ201410412341
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】劉興昉, 劉勝北, 劉斌, 閆果果, 趙萬(wàn)順, 王雷, 張峰, 孫國(guó)勝, 曾一平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所