本发明专利技术涉及一种用于制造半导体材料薄片的分子束外延装置，该装置包括包围加工区域(2)的生长室(1)、至少具有侧部(10)的主低温面板(所述侧部(10)覆盖生长室(1)的侧壁(3)的内表面)、样品保持件(6)、能够使材料蒸发的至少一个喷射室(8)、能够将气态先质注入生长室(1)的气体注射器(9)、连接至生长室(1)并能够提供高真空性能的抽吸装置(11)。根据本发明专利技术，分子束外延装置包括隔离罩(14)，所述隔离罩(14)至少覆盖生长室壁(3、4、5)的内表面并且包括冷部和热部，所述冷部具有低于或等于气态先质的熔点的温度Tmin，所述热部具有高于或等于某一温度的温度Tmax，在所述某一温度下气态先质在所述热部上的解吸附率比所述气态先质的吸附率至少大1000倍。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制造半导体材料薄片/晶片的分子束外延装置。
技术介绍
外延的氮化镓(GaN)半导体表现出非常令人感兴趣的半导体特性以便用于高功率和高频率的应用，例如高亮度LED或射频晶体管。可通过两种主要技术实现GaN薄层的外延，即分子束外延(MBE)和金属有机化学气相沉积(MOCVD)。在分子束外延技术的情况中，在喷射室(effusion cell)内从熔融的金属中蒸发(挥发、升华)出元素或化合物的原子或分子(例如镓)，并可通过由等离子源裂化氮分子 或从来自气体注射器的气态氨而供应氮元素，所述气态氨在基片的表面处通过热激发而化学分解。分子束外延装置通常包括在其中引入待涂覆的基片的装载隔室、在其中使基片脱水的隔室、在其中执行基片的脱氧操作的隔室、生长室以及抽吸生长室的残余成分的抽吸>J-U装直。基片(例如硅)被引入生长室，在所述生长室内实现了约10_8帕的真空。基片在约300°C至1100°C之间的温度下被加热。随后，气态先质/前体(例如氨)被注入生长室，喷射室内的金属被加热从而蒸发。气态氨与蒸发的金属在基片的表面处反应以形成GaN的外延层。在生长过程期间未裂化的氨的一部分被截留在低温面板上，所述低温面板覆盖生长室的侧壁的内表面并包围加工区域。由于-在注射步骤期间所用的氨的压力在10_5至10_2帕之间，-生长室的内壁的温度约为室温，-与生长室的容积相比这些壁的大的面积，以及-氨在固体上约75至125kJ/mol(千焦/摩尔)的吸附/解吸附能，氨分子易于吸附在生长室壁上，并以几分钟到几小时的时间常数解吸附，所述生长室壁通常恰当地处于室温。这导致当氨的注射停止时在系统内氨的不可忽略的蒸气压和流量。在并不需要氨时，这种残余的氨会扰乱在生长室内进行的其它过程。例如，当使用硅基片时，在基片的加热期间氨压力的重要背景使得基片的表面氮化，将硅转化为氮化硅并因此影响了其电学特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种分子束外延装置，所述装置使得当不需要气态先质时能够将生长室内的气态先质压力有效降低至限制压力以下。该限制压力对应于可限制或避免生长过程被先质干扰的气态先质压力。为此，本专利技术涉及一种用于制造半导体材料薄片的分子束外延装置，所述薄片包括由一层材料覆盖的基片，所述装置还包括-包围加工区域的生长室，所述生长室包括侧壁、底壁和上壁，每个壁具有内表面，-至少具有侧部的主低温面板，所述侧部覆盖所述侧壁的内表面，-能够支承所述基片的样品保持件，所述样品保持件包括加热装置，-能够使元素或化合物的原子或分子蒸发的至少一个喷射室，-能够将气态先质注入生长室的气体注射器，所述气态先质的一部分能够与蒸发的元素或化合物的原子或分子在基片的表面上反应以形成覆层， -连接至生长室并能够提供高真空性能的抽吸装置。根据本专利技术，分子束外延装置包括隔离罩，所述隔离罩至少覆盖生长室壁的内表面并且包括冷部和热部，所述冷部具有低于或等于气态先质的熔点的温度Tmin，所述热部具有高于或等于某一温度的温度Tmax，在所述某一温度下气态先质在所述热部上的解吸附率比所述气态先质的吸附率至少高1000倍。冷部的温度Tmin足够低以截留气态先质并不将它释放。热部的温度Tmax足够高以便避免气态先质固着在热部。本专利技术允许为加工区域屏蔽气态先质，这减少或消除了当不需要气态先质时对过程的干扰，所述气态先质从生长室壁解吸附，所述生长室壁通常处于室温(通常为不包含在Tmin与Tmax之间的范围内的温度)。本专利技术允许限制气态先质(例如氨)的残余蒸气压力进入生长室。避免了对基片、喷射室、气体注射器以及压力计的污染。根据各个实施例，本专利技术还涉及以下特征，可以单独地或在所有技术可行的组合中考虑以下特征-喷射室能够使第三主族的元素或化合物的原子或分子蒸发，气体注射器能够注射包括第五主族的元素的气态先质，-基片是硅基片，喷射室能够使镓蒸发，并且气体注射器能够注射气态氨，-所述冷部的温度Tmin低于或等于_78°C，而所述热部的温度Tmax高于或等于+IOO0C,-隔离罩的所述冷部包括〇主低温面板的覆盖侧壁内表面的所述侧部，主低温面板的所述侧部设置有孔以便与抽吸装置连接，〇主低温面板的覆盖底壁内表面的底部，主低温面板的所述底部设置有用于喷射室的第一孔、以及用于气体注射器的第二孔，〇主低温面板的覆盖上壁内表面的上部，主低温面板的所述上部设置有被所述样品保持件芽过的孔，-所述抽吸装置包括抽吸管道，隔离罩的所述冷部包括低温面板，所述低温面板覆盖抽吸管道的壁的内表面，-隔离罩覆盖生长室壁的至少80%的内表面以及抽吸井的抽吸管道，-所述喷射室包括阀门，所述气体注射器包括加热装置，隔离罩的所述热部包括所述喷射室、所述气体注射器、所述样品保持件、以及喷射室的阀门，-所述分子束外延装置包括次级低温面板，且主低温面板的所述侧部包括上端，隔离罩的所述冷部包括第一热翼(thermal wing)和第二热翼,所述第一热翼连接至主低温面板的侧部的所述上端，所述第二热翼连接至次级低温面板的外壁，所述两个热翼横向延伸、包围次级低温面板并互相靠近从而使加工区域与生长室的上壁之间隔热，-隔离罩的所述冷部包括第四热翼，所述第四热翼布置于主低温面板的底部的第二孔内并从该孔延伸，-隔离罩的所述热部包括连接至气体注射器的第三热翼，所述第三热翼布置在主低温面板的底部的第二孔和生长室的底壁的内表面之间，并包围气体注射器从而使加工区域与生长室的底壁的内表面之间隔热，-隔离罩与生长室壁隔开间距d，从而使在所述隔离罩的冷部上冷凝的先质不接触所述生长室壁， -样品保持件低于次级低温面板的底端以便限制或避免所述样品保持件和所述次级低温面板的底端之间的热交换。附图说明本专利技术的说明由以下附图阐释，其中-图I示出根据本专利技术的一个实施例的分子束外延装置；-图2示出根据本专利技术的一个实施例的热翼；-图3示出根据本专利技术的另一实施例的热翼。具体实施例方式图I示出根据本专利技术的一个实施例的分子束外延装置。分子束外延装置包括包围加工区域2的生长室I。生长室I包括侧壁3、底壁4和上壁5。这些壁的每一个都具有内表面。生长室壁3、4、5形成了整体式组件，所述组件具有封闭的圆柱形的大致形状。分子束外延装置包括至少具有侧部的主低温面板10，所述侧部覆盖侧壁3的内表面。该主低温面板10由低温流体(例如液氮)冷却。乙二醇也可用作低温流体。优选地，主低温面板10的侧部具有圆柱形的形状。分子束外延装置包括样品保持件6，所述样品保持件6可最终由具有圆柱形形状的次级低温面板7包围。样品保持件6布置在生长室I的顶部并支承基片。它包括加热装置以便将基片在300°C至1100°C之间的温度下加热。分子束外延装置包括能够使元素或化合物的原子或分子蒸发的至少一个喷射室8、以及能够将气态先质注入生长室I的气体注射器9。喷射室8和气体注射器9布置在生长室I的底部。气态先质的一部分能够与蒸发的元素或化合物的原子或分子在基片的表面上反应以形成物质(例如GaN)的外延层,而气态先质的另一部分未被消耗。基片可以是例如硅、碳化硅、蓝宝石、氮化铝、钻石、氮化镓基片。待蒸发的元素或化合物的原子或分子可以是例如第三主族的金属，而待注射的元素可以是例如第五主族的元素。优选地，分子束外延装置用于在硅本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·维莱特，V·卡萨涅，C·谢，
申请(专利权)人：瑞必尔，
类型：发明
国别省市：
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