氧化锌MOCVD设备间歇式喷淋工艺调整薄膜生长均匀性的方法技术

MOCVD是一个庞大的系统，生长的过程中同时发生着许多物理和化学现象。半导体薄膜的生长与MOCVD系统本身的结构设计、反应物的选择、各项生长参数(例如反应室压力、衬底温度、气体流量等)、生长步骤等紧密相关，所有这些因素共同作用，达到理想状态才能得到高质量的薄膜。本发明专利技术的目的在于提供一种氧化锌MOCVD设备间歇式喷淋工艺调整薄膜生长均匀性的方法，通过计算机对符合实验结果的MOCVD设备模型进行数值模拟，对MFC入口开关进行间歇式控制，从而直观看出间歇式控制对MOCVD薄膜生长均匀性的影响。

The method of adjusting the uniformity of film growth by intermittent spray technology of Zinc Oxide MOCVD equipment

MOCVD is a huge system, and many physical and chemical phenomena occur simultaneously in the process of growth. The growth parameters of structure design, semiconductor thin film growth and the MOCVD system itself, the choice of reactants (e.g. chamber pressure, substrate temperature, gas flow, etc.) closely related to the growth step, all these factors work together to reach the ideal state in order to get high quality films. The aim of the invention is to provide a method for the growth uniformity of Zinc Oxide MOCVD intermittent spray process adjustment film, through the computer MOCVD device model to match experimental results of numerical simulation for batch control of MFC entrance switch, which can directly see the intermittent control effect of growth on uniformity of MOCVD films.

【技术实现步骤摘要】
氧化锌MOCVD设备间歇式喷淋工艺调整薄膜生长均匀性的方法
本专利技术涉及半导体发光器件MOCVD设备薄膜生长
，特别涉及一种氧化锌MOCVD设备间歇式喷淋工艺调整薄膜生长均匀性的方法。
技术介绍
Metal-organicChemicalVaporDeposition(金属有机化合物化学气相沉淀)是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术,MOCVD(缩写)是一个庞大的系统，生长的过程中同时发生着许多物理和化学现象。半导体薄膜的生长与MOCVD系统本身的结构设计、反应物的选择、各项生长参数(例如反应室压力、衬底温度、气体流量等)、生长步骤等紧密相关，所有这些因素共同作用，达到理想状态才能得到高质量的薄膜。探究各种参数和边界条件对最终材料性质的影响，并进行优化和改进，这是一项庞大的工程。实际生长要对每个因素进行全面而系统的研究因而成本巨大，利用计算流体力学(CFD)通过建立仿真模型来进行数值计算就体现出强大的优越性，并成为了国内外的研究热点。通过理论计算，对生长参数进行优化，使实验次数和成本大幅减少，也可以对系统的设计提供有价值的指导。经过近几年的MOCVD设备改进和完善，特别是在源气体的纯化和运输以及生长系统的密封和净化方面的技术取得了重大突破后，作为具有生长超薄层、突变层和梯度层能力的MOCVD技术取得了很大的发展，推动了化合物半导体器件的发展。目前用这种技术已制出具有陡峭界面的量子阱、异质结、超晶格和选择掺杂等新结构的光电子器件，使它成为现代制备优质外延层的重要手段。因此，MOCVD成为目前应用最广的半导体材料生长方法。作为制造化合物半导体器件的关键技术，MOCVD技术已广泛应用在高质量半导体薄膜、铁电薄膜、超导薄膜、量子阱异质结材料和各种半导体器件的制备。它已成为GaN(氮化镓)及其合金最主要的生长技术。在所有半导体材料制备技术中，由MOCVD生长得到的GaN器件、LED和LD质量都是最高的。因而当前世界各国都在大力支持发展这一高新材料制备技术。间歇喷淋MOCVD技术的新发展将会对微波器件和光电器件的研制生产产生巨大的影响，但是目前MOCVD在出厂前均需要进行验机调试，而且工程师都是针对不同工况进行摸索，并没有一个具体理论的方法，而且调机时间周期比较长，耗费大量的人力物力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化锌MOCVD设备间歇式喷淋工艺调整薄膜生长均匀性的方法，通过计算机对符合实验结果的MOCVD设备模型进行数值模拟，对MFC(质量流量控制器MassFlowController的缩写)入口开关进行间歇式控制，从而直观看出间歇式控制对MOCVD薄膜生长均匀性的影响。为了实现上述主要目的，本专利技术提供的一种氧化锌MOCVD设备间歇式喷淋工艺调整薄膜生长均匀性的方法，其包括如下步骤：a、利用MOCVD设备生长氧化锌薄膜，通过间歇控制多个MO源流量中的一个MO源流量来进行多组实验，生长完成后测量氧化锌薄膜上多个取样点的厚度，得到多组实验数值的薄膜沉积率(多个取样点的厚度等于沉积率乘以时间，测量出厚度即可得出沉积率)；b、构建计算流体力学(CFD)数值模拟模型并利用所述一个MO源流量进行数值模拟计算，监测所述多个取样点的薄膜沉积率，得到多组模拟数值的薄膜沉积率；c、将多组所述实验数值的薄膜沉积率分别和多组所述模拟数值的薄膜沉积率比对，待数值模拟结果和实验结果进行对比，验证数值模拟结果的正确性(若实验与模拟结果一致，则可以验证模拟结果是正确的)；d、进行实验设计，通过控制一个MO源开关，设置至少两不同的周期长度，分别计算至少两个不同的所述周期长度的多个周期；e、利用所述一个MO源开关的控制方式进行数值模拟，监测多个所述取样点的薄膜沉积率，得出转盘上不同位置的薄膜沉积率随时间变化的趋势(这里的MO源开关的控制，是在试验中，通过MFC(质量流量控制器)控制入口的喷淋流量；在模拟中，通过设置一系列现有参数的边界条件来控制入口的喷淋流量)；f、通过比较所述转盘上不同位置的薄膜沉积率随时间变化的趋势，找出并分析所述一个MO源开关控制方式对薄膜沉积率均匀性的影响。优选的，步骤a中，多个所述MO源流量至少为5个。优选的，步骤a中，多组所述实验和多组所述实验数值至少为10组。优选的，步骤a中，多个所述取样点至少为3个。优选的，步骤b中，多组所述模拟数值至少为10组。优选的，步骤d中，所述一个MO源开关为MFC14。优选的，步骤d中，至少两个不同的所述周期长度分别在1s到10min之间。优选的，步骤d中，多个所述周期的数目在9到10之间。优选的，步骤e中，多个所述取样点至少为3个。有益效果由于化学气相沉积的过程非常复杂，实际生长要对每个因素进行全面而系统的研究因而成本巨大，通过计算机对符合实验结果的MOCVD反应腔模型进行数值模拟，对MFC入口开关进行间歇式控制，不但节省了人力物力，还节省了时间成本。可直观看出间歇式控制对MOCVD薄膜生长均匀性的影响,节省了调试设备的时间，减少了人力物力。附图说明图1是表示实施例的ZnO-MOCVD的几何模型的结构示意图。图2是表示实施例的简化后的几何模型的结构示意图。图3是表示转盘上分别放置三圈硅片。图4是表示实施例分别检测的三个圆环区域。图5是表示实施例1在周期为1s时，距离转盘4中心4.8-5.8cm的圆环区域所对应的薄膜沉积率随时间变化的趋势图。图6是表示实施例1在周期为1s时，距离转盘4中心10.7-11.7cm的圆环区域所对应的薄膜沉积率随时间变化的趋势图。图7是表示实施例1在周期为1s时，距离转盘4中心16.1-17.1cm的圆环区域所对应的薄膜沉积率随时间变化的趋势图。图8是表示实施例2在周期为10min时，距离转盘4中心4.8-5.8cm的圆环区域所对应的薄膜沉积率随时间变化的趋势图。图9是表示实施例2在周期为10min时，距离转盘4中心10.7-11.7cm的圆环区域所对应的薄膜沉积率随时间变化的趋势图。图10是表示实施例2在周期为10min时，距离转盘4中心16.1-17.1cm的圆环区域所对应的薄膜沉积率随时间变化的趋势图。图11是表示实施例1在周期为1s时，检测转盘表面3个区域沉积率的变化结果。图12是表示实施例1在周期为1s时，检测转盘表面6个区域沉积率的变化结果。图13是表示实施例2在周期为10min时，检测转盘表面3个区域沉积率的变化结果。图14是表示实施例2在周期为10min时，检测转盘表面6个区域沉积率的变化结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：本实施例中MO源是金属有机化合物的简称。本是实力中的MO源实际为二乙基锌(DEZn)，本实施例中的氧化锌由ZnO替代、氧由O2替代。首先利用MOCVD设备生长薄膜，通过控制5个MO源流量来进行10组实验，生长完成后测量薄膜上9个取样点的厚度，得到10组实验数值的薄膜沉积率。构建CFD数值模拟模型，在进行CFD模拟时，需要将实验、理论有机结合起来，理论作指导，对具体的计算对象建立模型，进行数值模拟，在实验的基础上进行验证，以检验模型是否可靠。如图1所示的ZnO-MOCVD的几何模型的反应腔3中设有立式的旋转基座结构，所述旋转基座结构包括转盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
氧化锌MOCVD设备间歇式喷淋工艺调整薄膜生长均匀性的方法，其特征在于：a、利用MOCVD设备生长氧化锌薄膜，通过间歇控制多个MO源流量中的一个MO源流量来进行多组实验，生长完成后测量氧化锌薄膜上多个取样点的厚度，得到多组实验数值的薄膜沉积率；b、构建计算流体力学数值模拟模型并利用所述一个MO源流量进行数值模拟计算，监测所述多个取样点的薄膜沉积率，得到多组模拟数值的薄膜沉积率；c、将多组所述实验数值的薄膜沉积率分别和多组所述模拟数值的薄膜沉积率比对，待数值模拟结果和实验结果进行对比，验证数值模拟结果的正确性；d、进行实验设计，通过控制一个MO源开关，设置至少两不同的周期时长，分别计算至少两个不同的所述周期时长的多个周期；e、利用所述一个MO源开关的控制方式进行数值模拟，监测多个所述取样点的薄膜沉积率，得出转盘上不同位置的薄膜沉积率随时间变化的趋势；f、通过比较所述转盘上不同位置的薄膜沉积率随时间变化的趋势，找出并分析所述一个MO源开关控制方式对薄膜沉积率均匀性的影响。

【技术特征摘要】
1.氧化锌MOCVD设备间歇式喷淋工艺调整薄膜生长均匀性的方法，其特征在于：a、利用MOCVD设备生长氧化锌薄膜，通过间歇控制多个MO源流量中的一个MO源流量来进行多组实验，生长完成后测量氧化锌薄膜上多个取样点的厚度，得到多组实验数值的薄膜沉积率；b、构建计算流体力学数值模拟模型并利用所述一个MO源流量进行数值模拟计算，监测所述多个取样点的薄膜沉积率，得到多组模拟数值的薄膜沉积率；c、将多组所述实验数值的薄膜沉积率分别和多组所述模拟数值的薄膜沉积率比对，待数值模拟结果和实验结果进行对比，验证数值模拟结果的正确性；d、进行实验设计，通过控制一个MO源开关，设置至少两不同的周期时长，分别计算至少两个不同的所述周期时长的多个周期；e、利用所述一个MO源开关的控制方式进行数值模拟，监测多个所述取样点的薄膜沉积率，得出转盘上不同位置的薄膜沉积率随时间变化的趋势；f、通过比较所述转盘上不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，范冰丰，马学进，徐艺峰，李健，
申请(专利权)人：中山大学，佛山市中山大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44