阅读说明：本技术 用于垂直型分子束外延生长设备的薄膜材料生长用钼盘托 (Molybdenum disc tray for thin film material growth for vertical molecular beam epitaxial growth equipment ) 是由 杨春章 李艳辉 覃钢 杨晋 陈卫业 赵俊 孔金丞 李东升 雷文 于 2021-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于垂直型分子束外延生长设备的薄膜材料生长用钼盘托,属于半导体材料生长领域。两用生长钼盘由两部分构成,第一部分为主体部分圆形钼盘托,背面有测温片放置槽；第二部分为背面有测温孔的测温片,使用接触控温时将测温片放入第一部分测温槽中使用。所述两用为：当主体部分不使用测温片时进行非接触式测温,可进行高温材料生长；当两部分组合使用时可采用接触测温,生长温度要求高及材料生长窗口范围窄的材料。本发明在进行材料生长时,不需要二次粘片,解决了衬底掉片的问题；与此同时,使用本发明的钼盘托,安装测温片时在有氮气保护的loading腔内安装即可,不会暴露于大气中,有效的解决了沾污问题。(The invention discloses a molybdenum disc tray for thin film material growth of vertical molecular beam epitaxial growth equipment, belonging to the field of semiconductor material growth. The dual-purpose molybdenum growth disc consists of two parts, wherein the first part is a main part circular molybdenum disc support, and the back surface of the first part is provided with a temperature measuring piece placing groove; the second part is a temperature measuring sheet with a temperature measuring hole on the back surface, and the temperature measuring sheet is placed into the temperature measuring groove of the first part for use when contact temperature control is used. The dual purposes are as follows: when the main body part does not use a temperature measuring sheet, non-contact temperature measurement is carried out, and high-temperature material growth can be carried out; when the two parts are combined for use, a material with high growth temperature requirement and narrow material growth window range can be adopted for contact temperature measurement. When the material is grown, the secondary sticking is not needed, so that the problem of substrate falling is solved; meanwhile, when the molybdenum disc tray is used, the temperature measuring sheet is installed in a loading cavity protected by nitrogen, and cannot be exposed in the atmosphere, so that the contamination problem is effectively solved.)

用于垂直型分子束外延生长设备的薄膜材料生长用钼盘托

技术领域

本发明涉及半导体薄膜材料生长领域，特别涉及一种用于垂直型分子束外延生长设备的薄膜材料生长用钼盘托。

背景技术

在半导体行业中，分子束外延(MBE)生长技术可生长出大面积、多层及二维的半导体单晶薄膜材料。分子束外延技术已经成为生长先进半导体薄膜材料最主流生长方法之一，成为各国重点发展的技术。

分子束外延生长是在超高真空腔室内，通过对各源炉加热，源材料蒸发到有合适生长温度的衬底上进行生长单晶半导体薄膜材料的方法。其中源材料的束流及衬底的温度是最关键的两个影响因素，合适的束流大小及比例、可精确控制及稳定的衬底温度才能生长出质量优良的单晶半导体薄膜材料。

分子束外延衬底测温方法有两种，第一种是将热电偶放在钼盘托后不接触钼盘进行测温，这种测温方式测到的温度与衬底表面实际温度相差较大，适合高温生长及生长温度范围较宽的材料生长；第二种是将热电偶放入有测温孔的钼盘托中，测温孔中加入液态合金材料与热电偶软连接的接触测温，这种测温方法测到的温度与衬底表面实际温度接近，适合低温生长及控温精度要求高的材料生长。

本发明涉及设备为法国RIBER Double Epineat，此设备为垂直生长型设备，有两个生长腔室，一号腔室为缓冲层(碲化镉-CdTe或其他)生长腔，二号腔室为吸收层(MCT或其他)生长腔室。分子束外延生长Si、Ge、GaAs基碲镉汞(MCT)时，首先需要生长缓冲层，减小碲镉汞与衬底间的晶格失配；生长缓冲层后生长吸收层。垂直型分子束外延设备中，缓冲层和吸收层分别在两个腔体中进行生长。CdTe生长温度250～300℃采用第一种测温方法测温生长，而MCT生长温度180±2℃采用第二种测温方法测温生长。传统的钼盘托设计中，需要采用一个背部无测温孔钼盘托及一个背部有测温孔钼盘托实现上述碲镉汞材料生长过程，且CdTe缓冲层生长结束后，需要将钼盘托取出，并将晶片材料转移到另外一个钼盘托上。

其工艺流程为：一号腔室非接触控温方式完成CdTe缓冲层生长；生长好的CdTe缓冲层需二次粘片到有测温孔钼盘托上；然后在二号腔室中使用接触控温生长MCT材料。在此工艺中二次粘片后，在二号腔室的升温过程中衬底极易掉片，掉片率高达到50％，而且二次粘片时长时间暴露于空气中造成表面沾污，导致成品率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题包括以下二个方面：

(1)为了解决上述垂直生长型设备的工艺中二次粘片后在二号腔室的升温过程中衬底极易掉片的问题；

(2)二次粘片长时间暴露于空气中造成表面沾污的问题。

针对上述技术问题，本发明提供一种用于垂直型分子束外延生长设备的薄膜材料生长用钼盘托，使用一个钼盘同时兼容非接触测温与接触测温方式两种测温方式，实现了垂直生长型分子束外延两用生长钼盘，这将导致本发明在进行材料生长时，不需要二次粘片，解决了衬底掉片的问题；与此同时，使用本发明的钼盘托，安装测温片时在有氮气保护的loading腔内安装即可，不会暴露于大气中，有效的解决了沾污问题。

本发明的用于垂直型分子束外延生长设备的薄膜材料生长用钼盘托，所述垂直型分子束外延生长包括生长缓冲层和生长吸收层，所述生长设备包括缓冲层生长腔、loading腔和吸收层生长腔室，该钼盘托包括钼盘托主体及测温片；所述钼盘托包括钼盘托主体及测温片；所述钼盘托主体为圆形的钼盘托，其正面放置钼盘，其背面设有用于放置测温片的测温片放置槽；所述测温片可拆装地放置于所述测温片放置槽中，所述测温片的背面设有测温孔；所述钼盘的正面粘有衬底，该钼盘在缓冲层生长腔室内进行非接触测温方式生长缓冲层；所述缓冲层生长结束后将钼盘传入loading腔，在有惰性气体保护的loading腔内放置测温片；将放置了测温片的钼盘托传入吸收层生长腔内，所述钼盘在吸收层生长腔内进行接触测温方式吸收层生长。

进一步的，所述钼盘托主体为圆形实心钼盘。

进一步的，所述测温片为低熔点合金的测温片。

进一步的，所述的钼盘托主体能够单独用于非接触测温方式生长缓冲层。

进一步的，所述生长缓冲层的材料为CdTe。

进一步的，所述生长吸收层的材料为MCT。

优选的，所述惰性气体为氮气。

本发明完全满足多种垂直生长型分子束外延设备使用，并能满足Ge衬底、Si衬底、GaAs衬底、GaSb衬底与InAs衬底等，外延生长多种半导体材料。

本发明的有益效果如下：

本发明的薄膜材料生长用钼盘托使用一个钼盘同时兼容非接触测温与接触测温方式两种测温方式，实现了垂直生长型分子束外延两用生长钼盘。首先，本发明在进行材料生长时，不需要二次粘片，完美的解决了二次粘片后，在二号腔室升温过程中衬底掉片的问题；其次，使用本发明的钼盘托，安装测温片时在有氮气保护的loading腔内安装即可，不会暴露于大气中，有效的解决了沾污问题。

需要进一步说明的是，MCT生长温度为180±2℃生长温度区间窄，采用非接触控温生长方式时，热电偶与钼盘不接触，监测到的温度为相对温度比实际温度高120～140℃；由于每次钼盘传送到生长位置位置都有偏差，造成每次热电偶监测到的温度与钼盘实际温度的相对温差重复性比较差，使得MCT生长工艺难度加大、成品率较低。本发明的钼盘托采用接触测温控温生长方式，热电偶通过测温孔中的柔性金属与钼盘连接，监测到的温度为钼盘实际温度，在确保热电偶与测温孔中的柔性金属接触良好的情况下，测温精度高，且测温的重复性可接近100％，能够有效降低生长工艺难度、提高成品率。

附图说明

为了更清楚的说明本发明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使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。本发明的附图包括：

图1：钼盘托主体俯视图；

图2：钼盘托主体正视图；

图3：测温片俯视图；

图4：测温片正视图；

图5：钼盘托与测温片组合体俯视图；

图6：钼盘托与测温片组合体正视图。

图中：1-钼盘托主体，2-测温片放置槽，3-测温片，4-测温孔。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明包括可由两个部件拆装的分子束外延钼盘托，分为钼盘托主体1(如图1所示)和背部设有测温孔的可拆装的测温片3(如图2所示)。

所述钼盘托主体1为圆形实心钼盘，其背部设有圆形的测温片放置槽2。

所述测温片3外部尺寸与放置槽2相匹配，其背部设有尺寸与所述生长设备相匹配的测温孔4。

所述生长设备为法国生产的RIBER Double Epineat。

使用时，具体工艺工程时在钼盘托主体1正面粘上衬底，在缓冲层生长腔室内进行非接触测温方式生长CdTe材料。缓冲层生长结束后将钼盘传入loading腔，在有氮气保护的loading腔内安装测温孔4内有低熔点合金的测温片3组合使用(如图3)，然后将其传入吸收层长腔内进行接触测温方式生长MCT材料。

本发明实现了不用二次粘片就可以进行非接触式和接触式两种测温方式分子束外延生长的转换。使用此钼盘托的生长工艺中不需要二次粘片，完美的解决了二次粘片后，在MCT腔室内升温过程中衬底掉片的问题。安装测温片时在有氮气保护的loading腔内安装即可，不会暴露大气，有效的解决了沾污问题。