CN113463189A - 一种双快门分子束外延源炉系统及分子束外延设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双快门分子束外延源炉系统及分子束外延设备，包括腔室，源炉，第一快门和第二快门；源炉的炉口朝向腔室内设置，第一快门和第二快门向腔室内延伸，且第一快门和第二快门至少部分露出于腔室外壁；通过在腔室外操作第一快门，可将第一快门调整至完全遮挡源炉的蒸发路径的第一位置或者完全离开蒸发路径的第二位置；通过在腔室外操作第二快门，可将第二快门调整至覆盖源炉3炉口正上方的第三位置或者靠近源炉3炉口加热器的第四位置。根据本公开的双快门源炉系统能够保护源炉内的源料不受材料碎片污染、优化外延薄膜质量、同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种双快门分子束外延源炉系统及分子束外延设备。
背景技术
分子束外延(MBE)是在超高真空环境下，把构成晶体各组分和掺杂的原子或分子，以一定的热运动速度、按一定的成分比例从源炉中喷射到衬底表面上进行外延生长来制备单晶薄膜的一种方法。
冷屏是分子束外延设备的重要组成部分之一，冷屏一般采用液氮来冷却，工作温度在77K左右。冷屏一是用于吸附未参与外延生长的多余的原子或分子，提高腔内真空度，二是用于吸收来自源炉加热器和样品架加热器的多余的热量辐射，减少腔内热负荷。然而，分子束外延设备在长时间工艺运行后，冷屏内壁上吸附的材料不断累积、逐渐变厚，最终形成极易脱落的材料碎片，这些材料碎片一旦掉落入下方源炉中，将交叉污染源炉内的源料，影响外延薄膜质量，也导致蒸发束流不可控，影响后续工艺的稳定性和重复性。
发明内容
本发明实施例提供一种双快门分子束外延源炉系统及分子束外延设备，用以保护源炉内的源料不受材料碎片污染、优化外延薄膜质量、同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性。
本公开实施例提出一种双快门分子束外延源炉系统，包括腔室1，源炉3，第一快门22和第二快门23；
所述源炉3的炉口朝向所述腔室1内设置，所述第一快门22和所述第二快门23向所述腔室1内延伸，且所述第一快门22和所述第二快门23至少部分露出于所述腔室1外壁；
通过在所述腔室1外操作所述第一快门22，可将所述第一快门22调整至完全遮挡所述源炉3的蒸发路径4的第一位置或者完全离开所述蒸发路径4的第二位置；
通过在所述腔室1外操作所述第二快门23，可将所述第二快门23调整至覆盖源炉3炉口正上方的第三位置或者靠近源炉3炉口加热器的第四位置。
在一可选的实施方式中，所述第一快门22包括第一快门叶片222和第一连杆221，所述第二快门23包括第二快门叶片232和第二连杆231；
所述第一快门叶片222和所述第二快门叶片232均设置在所述腔室1内；
所述第一快门叶片222连接在所述第一连杆221的第一端，所述第二快门叶片232连接在所述第二连杆231的第一端。
在一可选的实施方式中，还包括快门法兰21；
所述快门法兰21设置于所述腔室1上，所述第一连杆221和所述第二连杆231均安装在所述快门法兰21上，且所述第一连杆221和所述第二连杆231均向所述腔室1内延伸。
在一可选的实施方式中，所述快门法兰21的数量为1或2；
在所述快门法兰21的数量为2的情况下，所述第一连杆221和所述第二连杆231分别安装两个快门法兰21上。
在一可选的实施方式中，所述第一连杆221第二端以及所述第二连杆231的第二端露出于所述腔室1外壁，且所述第一连杆221第二端以及所述第二连杆231的第二端均连接至驱动装置。
在一可选的实施方式中，所述驱动装置通过波纹管密封。
在一可选的实施方式中，所述第一连杆221和所述第二连杆231采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成；
所述第一快门叶片222和所述第二快门叶片232采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成。
本公开实施例提出一种分子束外延设备，包括前述的双快门分子束外延源炉系统。
本发明实施例通过设置第一快门和第二快门两个快门结构，由此通过第一快门实现束流的开启和关闭，并利用第二快门在工作状态下对源炉进行保护，并且还可以调整第二快门的位置实现第二快门的自清洁，由此保护源炉内的源料不受材料碎片污染、优化外延薄膜质量、同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性。
上述说明仅是本发明方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本公开实施例双快门分子束外延源炉系统基本结构示意图。
图2为本公开实施例双快门分子束外延源炉系统第二快门工作示意图。
附图标记：1、腔室；2、双快门系统；21、快门法兰；22、第一快门；221、第一连杆；222、第一快门叶片；23、第二快门；231、第二连杆；232、第二快门叶片；3、源炉；31、源炉法兰；32、坩埚；4、蒸发路径；5、冷屏；6、样品架；7、衬底；8、沉积物。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本公开实施例提出一种双快门分子束外延源炉系统，如图1所示，包括腔室1，源炉3，第一快门22和第二快门23；所述源炉3的炉口朝向所述腔室1内设置。具体的说，在本示例中，双快门分子束外延源炉系统包括腔室1，源炉3，第一快门22和第二快门23。其中源炉3的炉口朝向所述腔室1内设置，源炉3内设置有坩埚32，坩埚32加热形成的束流通过源炉3的炉口经由蒸发路径4入射到放置于样品架6上的衬底7上。
如图1所示，所述第一快门22和所述第二快门23向所述腔室1内延伸，且所述第一快门22和所述第二快门23至少部分露出于所述腔室1外壁。
通过在所述腔室1外操作所述第一快门22，可将所述第一快门22调整至完全遮挡所述源炉3的蒸发路径4的第一位置或者完全离开所述蒸发路径4的第二位置。具体的说，将在第一快门22操作至第一位置可以对应于束流关断状态(如图1中位置B)，将在第一快门22操作至第二位置可以对应于束流打开状态(如图1中位置A)。
通过在所述腔室1外操作所述第二快门23，可将所述第二快门23调整至覆盖源炉3炉口正上方的第三位置或者靠近源炉3炉口加热器的第四位置。具体的说，将在第二快门23操作至第三位置可以对应于源炉保护状态(如图1中位置C)，将在第二快门23操作至第四位置可以对应于快门自清洁状态(如图1中位置D)。在第二快门23处于位置C时，第二快门23覆盖源炉3炉口正上方，阻挡冷屏5内壁上吸附的材料碎片掉落入源炉3中，以此保护源炉3内源料不受材料碎片污染、优化外延薄膜质量、同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性。如图2所示，在第二快门23处于位置D时，第二快门23靠近源炉3炉口，借助源炉3的加热功能对其上的沉积物8进行清理，沉积物8受热熔化后顺着倾斜的第二快门23滴落，由腔室1下方的沉积物收集装置(未示出)收集。
本发明实施例通过设置第一快门和第二快门两个快门结构，由此通过第一快门实现束流的开启和关闭，并利用第二快门在工作状态下对源炉进行保护，并且还可以调整第二快门的位置实现第二快门的自清洁，由此保护源炉内的源料不受材料碎片污染、优化外延薄膜质量、同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性。
在一可选的实施方式中，所述第一快门22包括第一快门叶片222和第一连杆221，所述第二快门23包括第二快门叶片232和第二连杆231；所述第一快门叶片222和所述第二快门叶片232均设置在所述腔室1内；所述第一快门叶片222连接在所述第一连杆221的第一端，所述第二快门叶片232连接在所述第二连杆231的第一端。如图1所示第一连杆221和第二连杆231均可以包括相对的第一端和第二端，当然可以通过多连杆结构实现相应的功能，在此不再赘述。通过第一连杆221和第二连杆231分别连接第一快门叶片222和第二快门叶片232连接。第一连杆221可带动第一快门叶片222上下摆动和线性伸缩。第二连杆231可带动第二快门叶片232上下摆动和线性伸缩。
在一可选的实施方式中，还包括快门法兰21；所述快门法兰21设置于所述腔室1上，所述第一连杆221和所述第二连杆231均安装在所述快门法兰21上，且所述第一连杆221和所述第二连杆231均向所述腔室1内延伸。作为一种可选的实施方式所述腔室1上还设置有快门法兰21，第一连杆221和第二连杆231均安装在所述快门法兰21上，并且第一连杆221和第二连杆231的第二端均露出于所述腔室1外壁，由此第一连杆221和第二连杆231的第二端可供接入相应的操作机构。
在一可选的实施方式中，所述快门法兰21的数量为1或2；在所述快门法兰21的数量为2的情况下，所述第一连杆221和所述第二连杆231分别安装两个快门法兰21上。作为一种可选的实施方式快门法兰21的数量为1或2，也即快门法兰21可分开设置或者合并设置。
在一可选的实施方式中，所述第一连杆221第二端以及所述第二连杆231的第二端露出于所述腔室1外壁，且所述第一连杆221第二端以及所述第二连杆231的第二端均连接至操作机构。也即接入第一连杆221和第二连杆231的第二端的操作机构可以是相应的驱动装置，本示例中驱动装置可以是气动、电动、手动等方式。
在一可选的实施方式中，所述驱动装置通过波纹管密封。也即可以通过波纹管实现对驱动装置的真空密封。在一可选的实施方式中，所述第一连杆221和所述第二连杆231采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成；所述第一快门叶片222和所述第二快门叶片232采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成。具体的耐高温金属材料可以是钽、钼等，耐高温陶瓷材料可以是Al2O3、PBN等。
作为一种可选的实施方式。第一快门叶片222和所述第二快门叶片232的形状可以是圆形、椭圆形、水滴形、方形、菱形、多边形等适合形状，具体可以根据实际场景和需要设定。
本公开的双快门分子束外延源炉系统，各源炉除配备一个束流开关快门外，新增一个源炉保护快门，构成双快门系统，在具备束流开启与束流关断功能的基础上，增加源炉保护功能，可有效阻挡冷屏内壁上吸附的材料碎片掉落入源炉中，也可利用源炉的加热功能对源炉保护快门上的沉积物进行清理，以解决现有技术中源炉内源料易污染、外延薄膜质量差、蒸发束流稳定性和重复性差等问题，降低设备维护时间，提高设备生产效率。
本公开实施例提出一种分子束外延设备，包括前述的双快门分子束外延源炉系统。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种双快门分子束外延源炉系统，其特征在于，包括腔室(1)，源炉(3)，第一快门(22)和第二快门(23)；
所述源炉(3)的炉口朝向所述腔室(1)内设置，所述第一快门(22)和所述第二快门(23)向所述腔室(1)内延伸，且所述第一快门(22)和所述第二快门(23)至少部分露出于所述腔室(1)外壁；
通过在所述腔室(1)外操作所述第一快门(22)，可将所述第一快门(22)调整至完全遮挡所述源炉(3)的蒸发路径(4)的第一位置或者完全离开所述蒸发路径(4)的第二位置；
通过在所述腔室(1)外操作所述第二快门(23)，可将所述第二快门(23)调整至覆盖源炉(3)炉口正上方的第三位置或者靠近源炉(3)炉口加热器的第四位置。
2.如权利要求1所述的双快门分子束外延源炉系统，其特征在于，所述第一快门(22)包括第一快门叶片(222)和第一连杆(221)，所述第二快门(23)包括第二快门叶片(232)和第二连杆(231)；
所述第一快门叶片(222)和所述第二快门叶片(232)均设置在所述腔室(1)内；
所述第一快门叶片(222)连接在所述第一连杆(221)的第一端，所述第二快门叶片(232)连接在所述第二连杆(231)的第一端。
3.如权利要求2所述的双快门分子束外延源炉系统，其特征在于，还包括快门法兰(21)；
所述快门法兰(21)设置于所述腔室(1)上，所述第一连杆(221)和所述第二连杆(231)均安装在所述快门法兰(21)上，且所述第一连杆(221)和所述第二连杆(231)均向所述腔室(1)内延伸。
4.如权利要求3所述的双快门分子束外延源炉系统，其特征在于，所述快门法兰(21)的数量为1或2；
在所述快门法兰(21)的数量为2的情况下，所述第一连杆(221)和所述第二连杆(231)分别安装两个快门法兰(21)上。
5.如权利要求1所述的双快门分子束外延源炉系统，其特征在于，所述第一连杆(221)第二端以及所述第二连杆(231)的第二端露出于所述腔室(1)外壁，且所述第一连杆(221)第二端以及所述第二连杆(231)的第二端均连接至驱动装置。
6.如权利要求5所述的双快门分子束外延源炉系统，其特征在于，所述驱动装置通过波纹管密封。
7.如权利要求2所述的双快门分子束外延源炉系统，其特征在于，所述第一连杆(221)和所述第二连杆(231)采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成；
所述第一快门叶片(222)和所述第二快门叶片(232)采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成。
8.一种分子束外延设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的双快门分子束外延源炉系统。
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| PB01 | Publication | ||
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