Устройство для молекулярно-лучевой эпитаксии Советский патент 1990 года по МПК C30B23/08 

Изобретение относится к электронной технике, преимущественно к устройствам ва- куумтермического нанесения покрытий, и может быть использовано в устройствах молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) полупроводниковых соединений A2Bs и твердых растворов на их основе.

Целью изобретения является повышение производительности и качества выращиваемых структур.

На фиг. 1 представлено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - блок-схема системы управления.

Устройство содержит камеру роста 1 с криопанелью 2, размещенной коаксиально стенкам камеры. 1, дополнительную криопа- нель 3, установленную между криопанелью 2 и стенками камеры 1, датчик давления 4 - квадрупольный масс-спектрометр, блок молекулярных источников 5 с резистивным нагревом и резистивный нагреватель 6 подложек, средства ионно-сорбционной откачки (ИСО) 7 с токоподводами 8, размещенные на штоке 9. Шток 9 снабжен изоляторами 10 токоподводов 8. Камера 1 снабжена шибером 11 и камерой-ловушкой - крионасосом 12, манипулятором подложек и шн бером 14, разделяющим камеру роста 1 и камеру загрузки 15. Устройство со хержит привод 16 вращения и возвратно-поступательного перемещения ИСО 7, соединенный со штоком 9 и снабженный блоком электропитания 17, систему управления 18 и средство вакуумирования 19 ростовой камеры 1. Средство ИСО 7 содержит перфорированный цилиндр 20, например, из титана, нагреватель 21, например, из тантала, контактные пластины 22, изоляторы 23. К боковым поверхностям криопанелей 2 и 3 прикреплены ограничители 24 перемещения средств ИСО 7.

Привод 16 вращения и возвратно-поступательного перемещения содержит подвижный контактный узел, включающий подвижные токоподводы 25 с контактными наконечниками 26. Токоподводы 25 соединены с токоподводами 8. Неподвижный токоподвод 27 соединен с питающим проводом 28, размещенным в изоляторе 29, который размещен во втулке 30. Для обеспечения герметичности привода 16 использованы два сильфона 31 и 32. Привод снабжен ревер(Л

ел i

-и оъ со

00

сивными двигателями 33, 34 и 35, соединенными с блоком электропитания 17.

Блок-схема системы управления вклю чает блок питания 36 датчика давления 4, блок питания 37 двигателя 33, содержащий регулятор напряжения 38 и средство 39 изменения фазы питающего напряжения, блок питания 40 двигателя 34, содержащий регулятор напряжения 41 и средслво 42 изменения фазы питающего напряжения, блок питания 43 двигателя 35, блок питания 44 средства ИСО, содержащий регулятор тока 45, стабилизатор тока 46 и регистрирующий прибор 47. Кроме того, в систему управления входят блок коммутации 48 и электронно-вычислительная машина 49.

Устройство работает следующим образом.

Средства ИСО 7 устанавливают в положение, когда контактные пластины 22, электрически соединенные с нагревателем 21, контактируют с ограничителями 24. Вакуумируют камеру роста 1 с помощью средства 19. Загружают криопанель 2 хлад- агентом-жидким азотом. Задают рабочий режим блока молекулярных источников 5. С помощью манипулятора 13 передают подложку из камеры загрузки 15 в камеру роста 1 и размещают ее на нагревателе 6 подложек. Нагреватель 6 переводят в рабочее положение, манипулятор 13 возвращают в камеру 15 и закрывают шибер 14. Проводят осаждение на подложке эпитак- сиального слоя. Давление в камере роста 1 во время эпитаксиального наращивания поддерживают средством вакуумирования 19, а также за счет сорбции непрореагировавших соединений на поверхности крио- панелей 2. Контроль давления в камере роста

1в зоне роста осуществляют с помощью датчика давления 4 с регистрацией сигнала на ЭВМ 49.

После проведения серии осаждений или после того, как при помощи средства 19 невозможно достичь предельного давления ( Па), проводят очистку криопанели

2от непрореагировавших компонентов соединений АзВб- При этом на внешней боковой поверхности криопанели 2 находятся в основном соединения группы Bs(AS,P), а на внутренней поверхности - как соединения группы АЗ (Ga, In), так и соединения группы B5(AS, P), и соединения A3Bs. Из криопане- лей 2 при помощи газообразного подогретого до 40-100°С азота удаляют жидкий хладагент. В дополнительную криопанель 3 непрерывно заливают жидкий хладагент. Включают нагреватель 6, блок молекулярных источников 5, внешние нагреватели ростовой камеры 1, средства 19 и прогревают камеру роста 1 до 100-200°С. Давление в камере 1 поддерживают при помощи средства 19 и путем сорбции на охлажденную поверхность дополнительной криопанели

3 при непрерывной заливке жидкого хладагента.

Включается при помощи ЭВМ 49 через блок коммутации 47 блок питания 40 двигателя 34. Шток 9 со средствами ИСО 7 за счет сжатия сильфона 31 перемещается двигателем 34. Контактные пластины 22 смещаются от ограничителей перемещения 24. От ЭВМ 49 подается сигнал на подачу

питания на блок питания 44 средств ИСО 7, а с него - на нагреватель 21. Затем по сигналу ЭВМ 49 включается блок питания 43 и подается питание на двигатель 35. Устройства ИСО 7 перемещаются, вращаясь за счет волнообразного сжатия-растяжения гофр сильфона 32 вокруг криопане- лей 2. Нагрев боковых поверхностей крио- панелей 2 происходит за счет изучения нагревателей 21, которые для повышения эффективности прогрева имеют перфориро0 ванные излучающие поверхности, расположенные напротив отверстий в перфориро ванных цилиндрах 20. В момент касания контактной пластиной 22 ограничителя перемещения 23 в крайнем положении - режим короткого замыкания, что регистрируется

5 прибором 47 блока 44, блоки питания 37, 40, 43 отключаются. Средство 42 блока 40 производит изменение фазы питающего напряжения двигателя 34. Включают при помощи ЭВМ 49 блоки питания 37, 40, 43 и шток 9 с устройством ИСО 7 перемещается в обрат0 ном направлении. В результате такого возвратно-поступательного перемещения устройств ИСО 7 от одних ограничителей 24 до других происходит нагрев поверхностей криопанели 2 до 500-600°С, причем очистка криопанели происходит с одновре5

менным напылением титана на охлаждаемую поверхность дополнительной криопанели 3, через которую для компенсации воздействия радиационного нагрева непрерывно прокачивают жидкий хладагент.

0 В результате вращения устройств ИСО 7 вокруг криопанели 2 достигается равномерность нагрева ее боковых поверхностей. Десорбированные соединения с криопанели 2 осаждаются на внутреннюю боковую поверхность дополнительной криопанели 3

5 (самое холодное место в камере роста 1У, причем с внешних боковых поверхностей криопанели 2 происходит испарение соединений группы B5(AS, P) и Aa(Ga, In), с внутренних поверхностей этой криопанели - в ос0 новном соединений группы Bs(AS, P), а соединения группы АЗ остаются в виде металлической фазы и не препятствуют эффективному охлаждению ее поверхности. Для удаления их необходим более длительный нагрев.

5 Окончание процесса удаления пористой пленки происходит при стабилизации давления по соединениям группы Bs в зоне роста, измеренного датчиком давления 4. После получения такого сигнала с блока питания

36 датчика 4 на ЭВМ 49 устройства ИСО 7 возвращаются в исходное положение. Если стабилизации давления по соединениям группы Bs не происходит, то при помощи подогретого азота удаляется жидкий хладагент из дополнительной криопанели 3. Включают внешние нагреватели камеры роста 1, нагреватель подложки б, внешний нагреватель средства 19, блок молекулярных источников 5 и камеру роста 1 прогревают до 100-200°С. Заливают жидкий хладагент в камеру-ловушку 12. Открывают шибер 11 и производят путем возвратно-поступательного перемещения и вращения устройств ИСО 7 нагрев криопа- нелей 2 и 3 с осаждением десорбирован- ных соединений в камере-ловушке 12. Процесс прекращают при стабилизации давления по соединениям группы Bs- Шибер 11 закрывают. В криопанель 2 заливают жидкий хладагент, и продолжают цикл эпитак- сиального наращивания. Камеру-ловушку 12 вскрывают и производят ее очистку.

Использование данного устройства обеспечивает по сравнению с известными уст0

ройствами МЛЭ повышение качества выращенных структур и производительности за счет стабилизации давления в зоне роста и удаления непрореагировавших компонентов ростовых веществ без разгерметизации камеры роста, что ведет к снижению брака и себестоимости выращенных структур.

Формула изобретения

Устройство для молекулярно-лучевой эпитаксии, содержащее камеру роста с датчиком давления и криопанелью, размещенной коаксиально стенкам камеры, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и качества выращиваемых структур, устройство снабжено дополнительной криопанелью, размещенной между первой криопанелью и стенкой камеры, средствами ионно-сорбционной откачки, установленными между криопанелями. снабженными приводом вращения, возврагно- поступательного перемещения и блоками питания, соединенными с системой управления, электрически связанной с датчиком давления.

Изобретение относится к технике нанесения эпитаксиальных слоев полупроводниковых соединений и обеспечивает повышение производительности и качества выращиваемых структур. Устройство содержит камеру роста, внутри которой коаксиально ее стенкам размещены криопанели. Между криопанелями установлены средства ионно-сорбционной откачки, снабженные приводом вращения и возвратно-поступательного перемещения. Привод электрически связан с системой управления. 4 ил.

Nt

Фиг.1

15

12

26 27