一种空间调制原子层化学气相淀积外延生长的装置，其特征在于，其中包括：一进气蓬头，该进气蓬头为桶形，该进气蓬头内分成多个区，每一个区都是原料气的进气喷口；一基座，该基座为柱状体，该基座的上面制作有多个圆形凹槽，该圆形凹槽用以放置衬底，该基座的直径小于或等于进气蓬头的直径，该基座可以旋转；其中进气蓬头位于基座具有圆形凹槽的表面的一侧，该进气蓬头与基座之间相隔有一距离，该进气蓬头靠近基座的一端为气体出口，远离基座的另一端为气体入口。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及 一 种空间调制原子层化学气相淀积外 延生长方法，具体涉及 一 种通过特殊设计的进气装置 把各种不同种类的原料气在空间上相互隔离开，然后 通过转动或者平移等方法使外延材料的衬底相继通过 不同种类原料气所覆盖的空间的"空间调制"方法实 现的、能够避免原料气之间发生寄生反应、原料气利 用效率高、生长速率高的制备半导体外延材料(尤其是三族氮化物材料，包括A1N、 GaN和InN以及它们的 合金化合物)的原子层化学气相淀积外延生长方法。
技术介绍
化学气相沉积技术 (Chemical Vapor phase Deposition简称 CVD)是 一 种重要的半导体材料外延 生长沉积技术，其原理是将要沉积的金属或非金属的 挥发性化合物在加热的衬底上分解或还原，从而在衬底的表面上析出金属、金属以及化合物半导4本等°CVD的研制和生产是应低维半导体器件结构材料外延生长的需要而发展起来的。它主要通过把挥发性的化合物与苴 z 、它组分的源主要是氢化物)输送入反应室进行混合并发生气相化学反应和表面反应的途径在衬底上生长固体薄膜材料。分子束夕卜延(Molecular Beam Epitaxy简称MBE) 是在真空蒸发的基础上发展起来的制备极薄的单层或 多层单晶薄膜的技术。MBE的原理是在超高真空条件 下，构成晶体的各个组分和掺杂原子(分子)以 一 定 的热运动速度、按 一 定的比例喷射到热的衬底表面上 进行晶体外延生长。MBE的特点是生长速度慢(近似1 微米/小时)、生长温度低。利用MBE方法可随意改变 外延层的组份和惨杂，不仅可以在原子尺度范围内精 确地控制外延薄膜的厚度，还可以在原子尺度范围内 控制异质结界面平整度和掺杂分布。MBE的最大的优势 在于它有多种在位检测手段，可以在生长的过程中原 位研究外延表面的生长过程，而且可以做高能电子衍 射、低能电子衍射、四极质谱等各种表面分析。原子层夕卜延(Atomic Layer Epitaxy 简称ALE) 禾口迁移增弓虽夕卜延(Migration Enhanced Epitaxy 简禾尔 MEE)两种技术是MBE的衍生技术。这两种外延方法的原理都是把参与外延生长的'原子(分子)束交替地向 衬底脉冲投射，在两个脉冲之间有(或者没有) 一 定 的时间间隔，使外延能够严格地按单原子层或单分子层的生长规律 一 层接 一 层地生长。因此，ALE和MEE法更容易控制外延材料表面的平整度。金属有机化学汽相淀积(Metal organic chemical vapor phase deposition, MOCVD)是在CVD的基石出上 发展起来的 一 种新型汽相外延生长技术。它采用III族、 n族元素的有机化合物和V族元素的氢化物等作为晶体生长原料，以热分解反应方式在衬底上进行汽相外延，生长各种III - V族、II - VI族化合物半导体以及它 们的多元固溶体的薄膜层单晶材料。 一 般的MOCVD设 备都由源供给系统、气体输运和流量控制系统、反应 室及温度控制系统、尾气处理和安全防护及毒气报警 系统构成。与常规的CVD相比，MOCVD具有 一 系列优点。 比如适用范围广泛，几乎可以生长所有化合物及合金 半导体；非常适合于生长各种异质结构材料；可以生 长超薄外延层，并能获得很陡的界面结构；生长易于 控制；可以生长纯度很高的材料；外延层大面积均匀 性良好；可以进行大规模生产。与MBE相比，MOCVD不仅具有MBE所能进行的超薄 层、陡界面外延生长的能力，而且还具有设备简单、操作方便、便于大规模生产等特点，因而比MBE具有 更大的实用价值。M0CVD的发展趋势是通过改变源气体的供给方式或基片的悬浮与转动，来实现大面积、大批量、高均 匀性和陡峭的过渡界面层的计算机控制生产。1 9 6 8年，美国洛克烕尔公司的H. M. Manas ev it等年首先提出了 一种制备化合物半导体薄层单晶膜的 方法，即M0CVD方法。M0CVD已有近3 0年的应用历史， 其性能己经得到不断改进和完善。M0CVD近年来取得的 最大进步是运用流体力学的原理实现生长过程中的基 片旋转，从而大大改进了生长的均匀性。主要是参照 了卤化物、氢化物汽相外延技术的研究成果，将外延生长控制在质量输运条件下来进行，控制气流为层流，保持稳定的边界层为此采用了高流速、低压、基座旋转技术，并对反应室和基座的结构进行了改进。荷i兰 Nijmegen大学的 Suchtelen，人设计了—■种高效、高均匀性、低压脉冲M0CVD反应器它由常规M0CVD设备上配置快速电磁阀门和真六泵组成。该系统的特点是将源气体周期性引入反应室当气体进入反应室后，反应室的压强会突然增大，出现一个尖峰，这是一种温度平衡现象。每 一 周期的过程是■首先对气体混合室抽真空，并通过源气体砷烷(AsH 3 )、三甲基镓(TMG )等同时对反应室抽真空，打开开关， 使混合气体进入，经过反应后排出废气，生长周期结束。在每 一 周期中，化学组分能任意选取，生长厚度从1 3 0原子层任意调整。由于在生长过程中，源 气体分子只通过扩散到达衬底表面，并不相对衬底流 动。所以克服了传统连续反应器中产生的气体"耗尽 效应"。这种反应器的优点是，提高了外延层组分和厚度的均匀性；高效率地使用源气体；能生长原子级突 变界面外延层；整个过程可用计算机控制批量生产。此外，法国应用物理电子学实验室的P. M.Fr i j1 in k设计了一种多功能大尺寸的M0CVD反应器，可制作大面积、大批量化学组分和厚度极均匀的高纯外延层。该反应器的特征是，利用氢气流将主衬底支持器和7个子衬底支持器悬浮和转动新技术使衬底支持器上的7片2英寸基片作旋转运动，避免了衬底和外延系乡充之间的任何物理接触该反应器忽略边缘效应，2英寸GaAs外延层厚度和掺杂均匀性< ± 1 %， 实现了高二维电子气迁移率的均匀外延生长，1.5K 下可获得7 2 0 0 0 Q cm 2 /V. s的迁移率。用于薄膜外延的CVD设备主要有水平式和垂直式 两大类。如果原料之间的寄生反应比较严重，则宜采 用垂直式反应器。垂直式反应器主要由进气蓬头、衬底托、转动系乡充、加关A元件、真空系乡充，部分组成。现有技术中，为保证薄膜厚度均匀，通常在进气蓬头上均匀布置有许多数个喷气筛孔，不同原料气相互交错、同时通入反应室内， 使衬底上方气相组分尽量均匀在到达衬底國、L 刖充分混合。但是，这种结构的进气装置存在缺陷，由于原料气在输送过程中即相互混合， 相互间会发生气相化学反应，因而原料气之间的寄生 反应情况很严重。寄生反应的后果是原料利用率低、 薄膜质量差。为了抑制寄生反应的发生，可以采用的方法主要有(1)加大衬底托的转数，縮短原料气流向高温衬底 托的时间，减小原料气在输运过程中的辐射受热时间， 但增大转数会影响沉积反应的传质、传热边界层稳定， 形成涡流，不利于薄膜生长。(2)采用间歇进气，如脉冲原子层夕卜延(PALE)禾口迁移增强M0CVD ( MEM0CVD)， 通过阀门切换使不同原料气间歇通入，这样原料气在 时间上错开，在接近衬底时不发生混合，抑制了寄生 反应的发生。这种方法存在的问本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种空间调制原子层化学气相淀积外延生长的装置，其特征在于，其中包括： 一进气蓬头，该进气蓬头为桶形，该进气蓬头内分成多个区，每一个区都是原料气的进气喷口； 一基座，该基座为柱状体，该基座的上面制作有多个圆形凹槽，该圆形凹槽用以放 置衬底，该基座的直径小于或等于进气蓬头的直径，该基座可以旋转； 其中进气蓬头位于基座具有圆形凹槽的表面的一侧，该进气蓬头与基座之间相隔有一距离，该进气蓬头靠近基座的一端为气体出口，远离基座的另一端为气体入口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱建军，杨辉，王怀兵，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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