一种改善薄膜材料表面形貌的石墨舟及薄膜的生长方法技术

本发明专利技术属于薄膜材料的外延生长技术领域，具体涉及一种改善水平液相外延生长薄膜材料表面形貌的石墨舟及薄膜的生长方法，通过采用本发明专利技术提供的石墨舟以及外延薄膜的生长方法，能够消除水平液相外延制备薄膜材料过程中由于溶质对流以及汞压差异导致外延生长的薄膜材料出现宏观波纹缺陷，提高薄膜材料厚度以及组分的均匀性及平整度，改善探测器成像“鬼影”现象。现象。现象。

【技术实现步骤摘要】
一种改善薄膜材料表面形貌的石墨舟及薄膜的生长方法


[0001]本专利技术属于薄膜材料的外延生长
，涉及一种改善薄膜材料表面形貌的石墨舟及薄膜的生长方法，具体涉及一种改善水平液相外延生长薄膜材料表面形貌的石墨舟及薄膜的生长方法。

技术介绍

[0002]碲镉汞(Hg1‑
x
Cd
x
Te)材料具有带隙可调、光学吸收系数大、载流子寿命长、电子迁移率高、工作温度高等特点，其卓越的性能使碲镉汞成为制造红外焦平面器件一种非常重要的材料，多年来一直是制备红外探测器的首选。
[0003]水平推舟式液相外延技术生长碲镉汞薄膜材料，因具有生长母液用量少、组分容易控制等优点，从而得到广泛的应用。石墨舟是水平液相外延生长过程中最关键的部件，石墨舟的结构设计直接决定了液相外延生长薄膜的质量。但是，现有技术中所采用的水平推舟液相外延工艺生长的碲镉汞外延薄膜，表面常常会出现宏观波纹缺陷，在10微米厚的生长晶体表面会出现高度差至少3微米的波纹，这种表面波纹的出现，既影响了大规格芯片的互连工艺，而且将导致探测器成像“鬼影”现象，严重影响探测器组件点源目标的探测。因此降低表面起伏高度差，改善水平外延波纹现象对于芯片制程工艺及探测器成像质量至关重要。
[0004]目前水平液相外延的宏观波纹形成理论主要包括两个方面：一是受到温场均匀性影响，热梯度将导致外延过程中母液的对流，以溶质对流成为主导。溶质对流是一种空间不均匀的、时间依赖的现象，溶质不均匀将导致结晶点及组分的差异，从而导致宏观波纹缺陷。二是受到母液上方汞压均匀性的影响，汞保护源位置的设计及石墨舟的密闭性等因素都可能影响母液上方汞压差异，影响薄膜厚度组分均匀性。
[0005]目前报道中，为了改善水平液相外延的宏观波纹情况，降低宏观波纹对芯片制程工艺以及探测器成像质量的不利影响，通常采用平坦化工艺对外延生长的碲镉汞薄膜材料进行表面抛光处理。虽然抛光处理也能够改善外延薄膜表面的平整度，但是抛光处理无法改善溶质对流现象造成的外延薄膜不同部位组分产生差异的情况，无法改善组分差异带来的探测器成像“鬼影”现象，并且，抛光处理也会对外延薄膜材料或多或少都会带来一些表面损伤，严重影响探测器芯片的性能。
[0006]为改善外延薄膜宏观波纹现象，现有技术中也包括有对石墨舟的结构进行的改进。改善汞压均匀性的石墨舟设计较多，但单纯的汞压均匀性控制并不能解决宏观波纹缺陷，只有同时控制母液热对流导致的结晶点及组分的差异，才能有效减轻宏观波纹缺陷，改善探测器成像“鬼影”现象。
[0007]由此，目前需要提供一种技术方案来解决现有技术中所存在的上述技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种改善水平液相外延生长薄膜材料表面形貌的石墨舟及薄膜的生
长方法，至少可以解决现有技术中存在的部分问题。
[0009]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
[0010]一种水平液相外延石墨舟，其中，石墨舟包括母液盖板、保温盖板、母液板以及衬底板；所述母液盖板盖设于所述母液板上方，所述衬底板上设置有用于放置衬底的衬底槽，所述母液板上设置有用于放置母液用的母液槽，所述保温盖板盖设于所述母液槽上，所述母液板位于所述衬底板的上方且二者可相对滑动设置。
[0011]作为本专利技术所述的一种水平液相外延石墨舟的优选方案，其中：所述石墨舟还包括有底板，所述衬底板设置于所述底板上方。
[0012]作为本专利技术所述的一种水平液相外延石墨舟的优选方案，其中：所述母液板上还设置有汞源保护槽，所述汞源保护槽对称设置于母液槽的两侧。
[0013]作为本专利技术所述的一种水平液相外延石墨舟的优选方案，其中：所述母液槽的周围设置有隔热槽，所述保温盖板包括顶壁以及自顶壁四周向下延伸的侧壁，所述顶壁设置于所述母液槽的上方，所述侧壁插设于所述隔热槽中。
[0014]作为本专利技术所述的一种水平液相外延石墨舟的优选方案，其中：所述保温盖板的材质选自石英或氧化铝隔热材料。
[0015]作为本专利技术所述的一种水平液相外延石墨舟的优选方案，其中：所述保温盖板采用一体设计，保温盖板的侧壁为中空结构，或侧壁的厚度大于顶壁的厚度。
[0016]作为本专利技术所述的一种水平液相外延石墨舟的优选方案，其中：所述母液槽顶部尺寸大于底部尺寸。
[0017]作为本专利技术所述的一种水平液相外延石墨舟的优选方案，其中：所述母液槽的底部边缘设置有台阶结构。
[0018]作为本专利技术所述的一种水平液相外延石墨舟的优选方案，其中：所述母液槽底部尺寸等于或略小于衬底槽的尺寸。
[0019]为解决上述技术问题，根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
[0020]一种采用上述的水平液相外延石墨舟制备薄膜材料的方法，包括如下的步骤：
[0021]S1：将水平外延炉进行升温至母液均匀化的温度；
[0022]S2：水平外延炉分区降温至母液结晶点附近，使石墨舟的各个温区从左至右呈现一定的温度梯度，推动母液板，使母液槽位于衬底上方；
[0023]S3：生长结束，推动母液板，使母液槽离开衬底上方。
[0024]作为本专利技术所述的采用上述水平液相外延石墨舟制备薄膜材料的方法的优选方案，其中：水平外延炉具备3个以上单独控温的温区。
[0025]作为本专利技术所述的采用上述水平液相外延石墨舟制备薄膜材料的方法的优选方案，其中：生长过程中，温度较高的温区使用较快的降温速率，温度较低的温区使用较慢的降温速率，最终保证生长结束时，温度梯度与生长初始相反。
[0026]本专利技术的有益效果如下：
[0027]1、本专利技术提供的水平液相外延石墨舟通过母液槽四周及上方插入石英或氧化铝等隔热材料，通过保温盖板的中空设计或加厚设计，减少了石墨舟的热扩散，从而提高了母液中心与四周的温度均匀性，减缓了母液热对流。同时，在母液槽两侧设置的汞源保护槽可提供汞蒸气以对母液上方的汞压进行补偿，保温盖板能使两侧汞源产生的汞蒸气从母液的
四周缓慢汇入，从而消除了由于汞蒸气直接从两侧汇入导致的汞压差异，改善外延薄膜厚度及组分的不均匀性，解决了现有技术中仅单纯的对汞压进行控制不能完全解决外延薄膜宏观波纹缺陷的弊端，最终消除了外延生长薄膜的宏观波纹缺陷，改善探测器成像“鬼影”现象，提高了外延薄膜的生长质量。
[0028]2、采用本专利技术的石墨舟进行外延薄膜的制备，在外延薄膜的生长过程中，采用三区交叉控温方法，通过温场控制母液热对流中心位置的移动，进一步达到减轻宏观波纹缺陷的目的，使得所生长制备的碲镉汞薄膜外延平整度显著优化。
[0029]3、本专利技术的改进的石墨舟结构以及采用该石墨舟进行外延薄膜生长的控制方法，最终制备获得的外延薄膜无需进行后续的抛光平坦化处理工艺对外延薄膜的平整度进行改善，避免了抛光正减工艺对外延薄膜所造成的表面损伤，提升了芯片制程以及探测器芯片的工艺质量及性能。
附图说明
[0030]为了更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平液相外延石墨舟，其特征在于，包括：母液盖板(1)、保温盖板(2)、母液板(3)以及衬底板(4)；所述母液盖板(1)盖设于所述母液板(3)上方，所述衬底板(4)上设置有用于放置衬底的衬底槽(41)，所述母液板(3)上设置有用于放置母液用的母液槽(31)，所述保温盖板(2)盖设于所述母液槽(31)上，所述母液板(3)位于所述衬底板(4)的上方且二者可相对滑动设置。2.根据权利要求1所述的一种水平液相外延石墨舟，其特征在于，所述石墨舟还包括有底板(5)，所述衬底板(4)设置于所述底板(5)上方。3.根据权利要求1所述的一种水平液相外延石墨舟，其特征在于，所述母液板(3)上还设置有汞源保护槽(32)，所述汞源保护槽(32)对称设置于母液槽(31)的两侧。4.根据权利要求1所述的一种水平液相外延石墨舟，其特征在于，所述母液槽(31)的周围设置有隔热槽(33)，所述保温盖板(2)包括顶壁以及自顶壁四周向下延伸的侧壁，所述顶壁设置于所述母液槽(31)的上方，所述侧壁插设于所述隔热槽(33)中。5.根据权利要求4所述的一种水平液相外延石墨舟，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晟，黄立，张冰洁，舒秀婷，
申请(专利权)人：武汉高芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：