CN117404311A - 吸附装置、分子束外延设备及吸附装置的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种吸附装置、分子束外延设备及吸附装置的控制方法，属于半导体外延技术领域。包括：箱体，包括第一腔室；第一腔室对外密封；第一通道，一端连接分子束外延设备的生长室，另一端连接第一腔室，以连通生长室和第一腔室；真空形成部件，连接第一腔室，用于提高第一腔室的真空度；阀门，位于第一通道上；在第一腔室的真空度大于生长室的真空度的情况下，开启阀门，使第一腔室对生长室产生抽吸作用；否则，关闭阀门，以维持生长室的真空度。本申请的技术方案，使生长室的真空度保持稳定。
Description
技术领域
本申请涉及半导体外延技术领域，特别是涉及一种吸附装置、分子束外延设备及吸附装置的控制方法。
背景技术
III族氮化物材料的生长有多种生长技术，包括氢氯化物气相外延(Hydri deVapor Phase Epitaxy，HVPE)、金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical VaporDeposition，MOCVD)和分子束外延(Molecular beam epitaxy，MBE)。其中，MBE具有在原位进行表征的优势，可以使用高真空工具而使生长出质量更佳的工件，已经成为一种用于最先进器件的生长技术。对于III族氮化物材料，MBE主要使用了两种生长技术：等离子体辅助MBE(Plasma Assiste d-MBE，PA-MBE)，它使用射频等离子体来提供氮；以及氨MBE(NH3-MBE)，在生长过程中通过NH3的裂解来提供氮。虽然PA-MBE已经被广泛研究，但氨MBE具有几个优点，使其成为III族氮化物材料的有前途的生长技术。氨MBE可以在高通量的氨下生长高质量的氮化镓(GaN)薄膜，因消除镓液滴并扩大稳定生长条件的范围而改善器件均匀性。此外，在氨气过压下可以抑制GaN的热分解，从而可以使用更高的生长温度，这已经显示出可以降低缺陷密度和改善二维电子气(2DEG)迁移率。
然而，发明人在改进工艺的研发过程中发现，氨MBE技术对设备提出了挑战，在生长过程中，生长室中高通量的氨会经常的影响生长室的真空度，即使配置更多的真空设备也难以获得稳定的真空度，因此，这是一个迫切需要解决的难题。
发明内容
本申请发明人在大量研究后发现，该问题主要是因为：现有技术中的真空设备，例如真空泵，形成抽力需要一个启动时间，而生长室中高通量的氨的出现的时间和量是不可控的，有一定的随机性，因此现有的真空泵，无法快速抽吸，使生长室的真空度保持稳定。
有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题，而提供一种吸附装置、分子束外延设备及吸附装置的控制方法。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种吸附装置，用于分子束外延设备，包括：
箱体，包括第一腔室；所述第一腔室对外密封；
第一通道，一端连接所述分子束外延设备的生长室，另一端连接所述第一腔室，以连通所述生长室和所述第一腔室；
真空形成部件，连接所述第一腔室，用于提高所述第一腔室的真空度；
阀门，位于所述第一通道上；在所述第一腔室的真空度大于所述生长室的真空度的情况下，开启所述阀门，以使所述第一腔室对所述生长室产生抽吸作用；否则，关闭所述阀门，以维持所述生长室的真空度。
可选地，还包括：
控制部件，用于获取所述第一腔室和所述生长室的真空度，在所述第一腔室的真空度大于所述生长室的真空度的情况下，发出开启所述阀门的指令；否则，发出关闭所述阀门的指令；所述控制部件与所述阀门电性连接。
可选地，所述真空形成部件包括：
冷泵，吸附口连通所述第一腔室，通过低温吸附实现所述第一腔室的真空度。
可选地，所述真空形成部件包括：
分子泵，吸附口连通所述第一腔室，用于排出流体实现所述第一腔室的真空度；
机械泵，为所述分子泵的前级预抽泵，用于提供所述分子泵运行所需的真空环境。
可选地，还包括：
第一冷屏，位于所述第一腔室内，用于产生低温，以吸附所述第一腔室内的流体，提高所述第一腔室的真空度。
可选地，所述第一冷屏位于所述第一腔室的内壁，且沿所述第一腔室的周向分布。
可选地，所述第一冷屏开设有容纳冷却剂的第二通道，所述第二通道的入口和出口均位于所述第一腔室外，以使所述冷却剂循环流动。
第二方面，本申请实施例提供一种分子束外延设备，包括上面所述的任意一种吸附装置。
第三方面，本申请实施例提供一种吸附装置的控制方法，应用于上面所述的任意一种吸附装置，包括：
控制真空形成部件对第一腔室抽吸，以提高所述第一腔室的真空度；
获取所述第一腔室的真空度，在所述第一腔室的真空度大于预设值的情况下，停止所述抽吸；
在生长室工作过程中，获取所述第一腔室和所述生长室的真空度；在所述第一腔室的真空度大于所述生长室的真空度的情况下，开启所述阀门，以使所述第一腔室对所述生长室产生抽吸作用；否则，关闭所述阀门，以维持所述生长室的真空度。
可选地，所述吸附装置还包括第一冷屏，所述第一冷屏位于所述第一腔室内，用于产生低温，以吸附所述第一腔室内的流体，提高所述第一腔室的真空度；所述第一冷屏开设有容纳冷却剂的第二通道，所述第二通道的入口和出口均位于所述第一腔室外；
所述控制方法还包括：
驱动所述第二通道的冷却剂流动，以冷却所述第一冷屏。
上述吸附装置、分子束外延设备及吸附装置的控制方法，包括：箱体，包括第一腔室；所述第一腔室对外密封；第一通道，一端连接所述分子束外延设备的生长室，另一端连接所述第一腔室，以连通所述生长室和所述第一腔室；真空形成部件，连接所述第一腔室，用于提高所述第一腔室的真空度；阀门，位于所述第一通道上；在所述第一腔室的真空度大于所述生长室的真空度的情况下，开启所述阀门，以使所述第一腔室对所述生长室产生抽吸作用；否则，关闭所述阀门，以维持所述生长室的真空度。可见，本申请实施例的吸附装置、分子束外延设备及吸附装置的控制方法，通过设置箱体及第一腔室，形成一个相对大容量的真空室，再将第一腔室和生长室连通，能在生长室真空度减少时，通过大容量的真空室快速抽吸生长室，维持生长室的真空度，使生长室的真空度保持稳定。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的吸附装置的示意图；
图2为本申请实施例提供的吸附装置的控制方法的流程示意图。
附图标记说明：
100、吸附装置；10、箱体；11、第一冷屏；12、第二通道；20、第一通道；30、真空形成部件；31、分子泵；32、机械泵；40、阀门；50、真空规；200、生长室。
具体实施方式
为使本申请的技术方案和有益效果能够更加明显易懂，下面通过列举具体实施例的方式进行详细说明。其中，附图不一定是按比例绘制的，局部特征可以被放大或缩小，以更加清楚的显示局部特征的细节；除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与本申请所属的技术领域中的技术和科学术语的含义相同。
在本申请的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，即不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述清楚的目的，不能理解为所指示特征的相对重要性或所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等；“若干个”的含义是至少一个，例如一个、两个、三个等；另有明确具体的限定的除外。
在本申请中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等应做广义理解。例如，“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的限定，第一特征在第二特征“上”、“之上”、“上方”和“上面”、“下”、“之下”、“下方”或“下面”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征的水平高度高于第二特征的水平高度。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征的水平高度小于第二特征的水平高度。
为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其它实施方式。
实施例一
本申请实施例提供一种吸附装置100，用于分子束外延设备，参考图1，所述吸附装置100包括：
箱体10，包括第一腔室；所述第一腔室对外密封；
第一通道20，一端连接所述分子束外延设备的生长室200，另一端连接所述第一腔室，以连通所述生长室200和所述第一腔室；
真空形成部件30，连接所述第一腔室，用于提高所述第一腔室的真空度；
阀门40，位于所述第一通道20上；在所述第一腔室的真空度大于所述生长室200的真空度的情况下，开启所述阀门40，以使所述第一腔室对所述生长室200产生抽吸作用；否则，关闭所述阀门40，以维持所述生长室200的真空度。
可以理解地，所述分子束外延设备的生长室200，在工作中处于高度真空状态，并且配置有真空设备，可以随时抽吸。但一般的真空设备形成抽力需要一个启动时间，即从启动到形成大量抽吸力需要时间，并且，受限于设备的体积，提供的抽力也比较有限。而氨MBE，生长室200中经常突然出现高通量的氨，真空设备无法及时抽吸，使得真空度不够稳定，影响外延生长的工件的质量。
本实施例通过设置箱体10及第一腔室，形成一个相对大容量的真空室，再将第一腔室和生长室200连通，能在生长室200真空度减少时，通过大容量的真空室快速抽吸生长室200，维持生长室200的真空度，使生长室200的真空度保持稳定，也就提高了外延生长的工件的质量。
另外，可以通过关闭阀门40，将第一腔室和生长室200断开连通。单独对第一腔室进行活化，提升第一腔室的吸附能力。从而可以减少生长室200的活化频率，减少停产时间，提高生产效率。
需要说明的是，活化是在真空室或真空设备均需要定期或不定期实施的一种提升吸附力的维护方法，活化可以将吸附在真空室或真空设备内的被吸附物去除，使真空室或真空设备内更干净、无杂质，提升吸附能力。而这种活化对生长室200来说是必须的，以保持良好的吸附能力，使真空度相对稳定，但是生长室200的活化，必须停止生产，因此会降低生产效率。而本申请实施例增加了第一腔室，第一腔室的大容量的真空环境，可以对生长室200的真空度降低，快速反应，大量抽吸。并且，第一腔室的活化，不必停止生产，可以更好的保持吸附能力，因此可以减少生长室200的活化频率。
这里的真空度是表示测量的内腔的压强与大气压的差值，真空度越大，表示差值越大，即压强越小或负压越大。具体地，第一腔室设置有真空规50，用于测量第一腔室的真空度。
这里的真空形成部件30，可以使用和生长室200一样的真空形成部件30，也可以是采用抽吸力低一些的，以降低成本。因为，第一腔室类似于备用真空室，其真空度可以慢慢形成。
阀门40，可以是根据控制信号动作的自动阀门，也可以是根据两侧压力差开启的单向阀门。
阀门40关闭的情况可以是如下情况，但不限于此：
1)设备刚刚启动，第一腔室的真空环境还在形成中；
2)真空形成部件30故障，第一腔室的真空无法达到预设值；
3)第一腔室在活化中。
在一些实施例中，所述吸附装置100还包括：
控制部件(未在图中示出)，用于获取所述第一腔室和所述生长室200的真空度，在所述第一腔室的真空度大于所述生长室200的真空度的情况下，发出开启所述阀门40的指令；否则，发出关闭所述阀门40的指令；所述控制部件与所述阀门40电性连接。
相比单向阀，通过控制部件来控制阀门40的开启和关闭，阀门40性能更可靠、密封更严密。
在一些实施例中，所述真空形成部件30包括：
冷泵，吸附口连通所述第一腔室，通过低温吸附实现所述第一腔室的真空度。
冷泵是一种能实现高真空度的真空设备，能快速实现第一腔室的高真空度。
在一些实施例中，所述真空形成部件30包括：
分子泵31，吸附口连通所述第一腔室，用于排出流体实现所述第一腔室的真空度；
机械泵32，为所述分子泵31的前级预抽泵，用于提供所述分子泵31运行所需的真空环境。
分子泵31可以提供强大的抽吸力，但是形成的压力太高容易把分子泵31叶片损坏，因此需要前级泵进行预抽形成初步的真空环境，例如，需要通过机械泵的预抽，形成10e-5托(Torr)的真空环境，托是压强单位，符号Torr，1Torr即1mmHg。具体地，分子泵31可以是涡轮分子泵31，机械泵32可以是干泵。
在一些实施例中，所述吸附装置100还包括：
第一冷屏11，位于所述第一腔室内，用于产生低温，以吸附所述第一腔室内的流体，提高所述第一腔室的真空度。
这样，可以通过低温吸附气体分子，进一步提高真空度。需要说明的是，冷屏除了外表面，其它内腔、制冷剂及电路等均不与第一腔室连通，以使第一腔室更纯净、更容易提高真空度。
在一些实施例中，所述第一冷屏11位于所述第一腔室的内壁，且沿所述第一腔室的周向分布。
这样，第一冷屏11的面积更大，能产生更大的吸附力。
在一些实施例中，所述第一冷屏11开设有容纳冷却剂的第二通道12，所述第二通道12的入口和出口均位于所述第一腔室外，以使所述冷却剂循环流动。
这样，使冷却剂循环流动，保持低温。可以理解地，可以在第一腔室外设置水泵等动力部件，驱动冷却剂循环流动。
具体地，冷却剂可以是液氮。液氮可以达到零下196摄氏度至零下210摄氏度之间，有比较好的冷却效果，并且可以通过循环流动，保持低温。
实施例二
本申请实施例提供一种分子束外延设备，包括实施例一所述的吸附装置100。
本申请实施例的分子束外延设备，通过设置箱体10及第一腔室，形成一个相对大容量的真空室，再将第一腔室和生长室200连通，能在生长室200真空度减少时，通过大容量的真空室快速抽吸生长室200，维持生长室200的真空度，使生长室200的真空度保持稳定。需要说明的是，本申请提供的分子束外延设备实施例与吸附装置100实施例属于同一构思；各实施例所记载的技术方案中各技术特征之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
实施例三
本申请实施例提供一种吸附装置100的控制方法，应用于实施例一所述的吸附装置100，如图2所示，所述方法包括：
步骤801：控制真空形成部件30对第一腔室抽吸，以提高所述第一腔室的真空度；
步骤802：获取所述第一腔室的真空度，在所述第一腔室的真空度大于预设值的情况下，停止所述抽吸；
步骤803：在生长室200工作过程中，获取所述第一腔室和所述生长室200的真空度；在所述第一腔室的真空度大于所述生长室200的真空度的情况下，开启所述阀门40，以使所述第一腔室对所述生长室200产生抽吸作用；否则，关闭所述阀门40，以维持所述生长室200的真空度。
可以理解地，所述方法可以由控制部件实现，所述控制部件可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)，或者其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。所述控制部件可以是所述分子束外延设备的总控制部件，也可以是单独设置的用于控制第一腔室的分控制部件。
控制真空形成部件30对第一腔室进行抽吸，可以是阀门40打开的时候，也可以是阀门40关闭的时候，不作限制。即阀门40关闭的条件是第一腔室的真空度小于所述生长室200的真空度，至于其它情况，不作控制，可以根据情况手动操作。
所述第一腔室的真空度大于预设值中的预设值，可以是大于或等于所述生长室200的真空度的一个数值。
在一些实施例中，所述吸附装置100还包括第一冷屏11，所述第一冷屏11位于所述第一腔室内，用于产生低温，以吸附所述第一腔室内的流体，提高所述第一腔室的真空度；所述第一冷屏11开设有容纳冷却剂的第二通道12，所述第二通道12的入口和出口均位于所述第一腔室外；
所述控制方法还包括：
步骤804：驱动所述第二通道12的冷却剂循环流动，以冷却所述第一冷屏11。
具体地，可以在第一腔室外设置水泵等动力部件，驱动冷却剂流动。控制部件控制动力部件，驱动所述第二通道12的冷却剂循环流动。
应当理解，以上实施例均为示例性的，不用于包含权利要求所包含的所有可能的实施方式。在不脱离本申请公开的范围的情况下，还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变。同样的，也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合，以形成可能没有被明确描述的本申请的另外的实施例。因此，上述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，不对本申请专利的保护范围进行限制。
Claims (10)
1.一种吸附装置，用于分子束外延设备，其特征在于，包括：
箱体，包括第一腔室；所述第一腔室对外密封；
第一通道，一端连接所述分子束外延设备的生长室，另一端连接所述第一腔室，以连通所述生长室和所述第一腔室；
真空形成部件，连接所述第一腔室，用于提高所述第一腔室的真空度；
阀门，位于所述第一通道上；在所述第一腔室的真空度大于所述生长室的真空度的情况下，开启所述阀门，以使所述第一腔室对所述生长室产生抽吸作用；否则，关闭所述阀门，以维持所述生长室的真空度。
2.根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，还包括：
控制部件，用于获取所述第一腔室和所述生长室的真空度，在所述第一腔室的真空度大于所述生长室的真空度的情况下，发出开启所述阀门的指令；否则，发出关闭所述阀门的指令；所述控制部件与所述阀门电性连接。
3.根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，所述真空形成部件包括：
冷泵，吸附口连通所述第一腔室，通过低温吸附实现所述第一腔室的真空度。
4.根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，所述真空形成部件包括：
分子泵，吸附口连通所述第一腔室，用于排出流体实现所述第一腔室的真空度；
机械泵，为所述分子泵的前级预抽泵，用于提供所述分子泵运行所需的真空环境。
5.根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，还包括：
第一冷屏，位于所述第一腔室内，用于产生低温，以吸附所述第一腔室内的流体，提高所述第一腔室的真空度。
6.根据权利要求5所述的吸附装置，其特征在于，所述第一冷屏位于所述第一腔室的内壁，且沿所述第一腔室的周向分布。
7.根据权利要求6所述的吸附装置，其特征在于，所述第一冷屏开设有容纳冷却剂的第二通道，所述第二通道的入口和出口均位于所述第一腔室外，以使所述冷却剂循环流动。
8.一种分子束外延设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的吸附装置。
9.一种吸附装置的控制方法，应用于权利要求1-7任一项所述的吸附装置，其特征在于，包括：
控制真空形成部件对第一腔室抽吸，以提高所述第一腔室的真空度；
获取所述第一腔室的真空度，在所述第一腔室的真空度大于预设值的情况下，停止所述抽吸；
在生长室工作过程中，获取所述第一腔室和所述生长室的真空度；在所述第一腔室的真空度大于所述生长室的真空度的情况下，开启所述阀门，以使所述第一腔室对所述生长室产生抽吸作用；否则，关闭所述阀门，以维持所述生长室的真空度。
10.根据权利要求9所述的吸附装置的控制方法，其特征在于，所述吸附装置还包括第一冷屏，所述第一冷屏位于所述第一腔室内，用于产生低温，以吸附所述第一腔室内的流体，提高所述第一腔室的真空度；所述第一冷屏开设有容纳冷却剂的第二通道，所述第二通道的入口和出口均位于所述第一腔室外；
所述控制方法还包括：
驱动所述第二通道的冷却剂流动，以冷却所述第一冷屏。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311229458.XA CN117404311A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 吸附装置、分子束外延设备及吸附装置的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311229458.XA CN117404311A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 吸附装置、分子束外延设备及吸附装置的控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117404311A true CN117404311A (zh) | 2024-01-16 |
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ID=89487920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311229458.XA Pending CN117404311A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 吸附装置、分子束外延设备及吸附装置的控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117404311A (zh) |
-
2023
- 2023-09-22 CN CN202311229458.XA patent/CN117404311A/zh active Pending
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