MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备及使用方法技术

本发明专利技术涉及MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备，包括压电薄膜生长腔、氢敏薄膜生长腔、连接通道、运输结构、隔离装置以及抽真空装置，压电薄膜生长腔由上下连通的两部分组成，其中，上部为第一匀气混气区，下部为第一生长区，氢敏薄膜生长腔由上下连通的两部分组成，其中，上部为第二匀气混气区，下部为第二生长区，连接通道水平连通第一生长区和第二生长区，运输结构置于连接通道中，本发明专利技术MOCVD双腔体设备制作氧化物氢敏薄膜效率高，整个过程均在MOCVD双腔体中完成，具有量产能力，可以大规模实现压电层和敏感薄膜层的制取。实现压电层和敏感薄膜层的制取。实现压电层和敏感薄膜层的制取。

【技术实现步骤摘要】
MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备及使用方法


[0001]本专利技术属于半导体芯片领域，具体为MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备及使用方法。

技术介绍

[0002]目前制备氧化物薄膜的方法主要包括金属有机物化学气相沉积(MOCVD)，磁控溅射法、真空蒸发沉积法，溶胶
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凝胶法和喷雾热解法等。相对于其他薄膜材料的生长方式而言，用MOCVD生长可以得到结晶性能优良，实现大容量、大尺寸、均匀的氧化物薄膜生长，对其他元素的均匀掺杂控制更方便，可以生长出复杂组分的精细结构。同时，也有较广的成膜温度和薄膜沉积速率的生长范围，具有薄膜表面平滑、成膜均匀性好等特点。
[0003]目前，制备氢敏薄膜的技术尚不完善，主要体现在：1、氢敏薄膜在制备时需要设置缓冲层，这导致氢敏薄膜需要进行二次沉积，现有技术在更换沉积气氛的过程中，可能混入外界空气，影响沉积效果。2、目前二次沉积的效率不高。
[0004]因此，目前急需探索出一种高效的适用于制作氢气传感器用氢敏薄膜的MOCVD设备和生长工艺。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是针对
技术介绍
提出的问题，提供MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备及使用方法，其具有适用于氢气传感器且组分结构可控、生产效率高的优点。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备，其中：包括压电薄膜生长腔、氢敏薄膜生长腔、连接通道、运输结构、隔离装置以及抽真空装置，其特征是：压电薄膜生长腔由上下连通的两部分组成，其中，上部为第一匀气混气区，下部为第一生长区，氢敏薄膜生长腔由上下连通的两部分组成，其中，上部为第二匀气混气区，下部为第二生长区，连接通道水平连通第一生长区和第二生长区，运输结构置于连接通道中，运输结构包括水平推送结构，水平推送结构上安装可转动、可加热的托盘，待镀膜衬底置于托盘上，水平推送结构能将托盘从压电薄膜生长腔输送至氢敏薄膜生长腔，抽真空装置安装于压电薄膜生长腔或氢敏薄膜生长腔或连接通道中，用于对压电薄膜生长腔和氢敏薄膜生长腔抽真空，隔离装置安装在压电薄膜生长腔和氢敏薄膜生长腔之间的连接通道上，用于隔离压电薄膜生长腔和氢敏薄膜生长腔，第一匀气混气区连接有二乙基锌管道、二乙基镓管道和第一氧气管道，第二匀气混气区连接有二乙基锌管道、四(二甲氨基)锡管道、三甲基铟管道以及第二氧气管道，二乙基锌管道用于向第一匀气混气区注入二乙基锌，二乙基镓管道用于向第一匀气混气区注入二乙基镓，第一氧气管道用于向第一匀气混气区注入氧气和水，二乙基锌管道用于向第二匀气混气区注入二乙基锌，四(二甲氨基)锡管道用于向第二匀气混气区注入四(二甲氨基)锡，三甲基铟管道用于向第二匀气混气区注入三甲基铟，第二氧气管道用于向第二匀气混
气区注入氧气和水。
[0008]在其中的一些实施例中，运输结构包括驱动电机以及传送带，驱动电机能驱动传送带转动，托盘固定在传送带上，且当传送带转动时，托盘能随着传送带移动。
[0009]在其中的一些实施例中，托盘为石墨托盘。
[0010]在其中的一些实施例中，连接通道上安装有至少一个氩气管道，氩气管道能向连接通道注入氩气，使氩气充满压电薄膜生长腔、氢敏薄膜生长腔。
[0011]在其中的一些实施例中，隔离装置包括两道可开合的密封墙，两道密封墙平行设置在压电薄膜生长腔和氢敏薄膜生长腔之间的连接通道上，当密封墙闭合时，两道密封墙之间的连接通道形成密封腔。
[0012]在其中的一些实施例中，密封腔连接一个氩气管道，当密封墙闭合时，氩气管道能向密封腔注入氩气，使密封腔内气压高于压电薄膜生长腔和氢敏薄膜生长腔。
[0013]MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备的使用方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一、腔体内净化：通过抽真空装置对压电薄膜生长腔、氢敏薄膜生长腔和连接通道抽真空，然后打开氩气管道，向压电薄膜生长腔、氢敏薄膜生长腔和连接通道注入氩气，打开第一匀气混气区和第二匀气混气区连接的管道，进行排空；
[0015]步骤二、衬底净化：打开托盘的加热结构，对待镀膜衬底的表面进行高温处理；
[0016]步骤三、运输结构运作，将托盘送入第一生长区，隔离装置隔离压电薄膜生长腔、氢敏薄膜生长腔，控制压电薄膜生长腔在一定压力和温度下，二乙基锌管道向第一匀气混气区注入二乙基锌，二乙基镓管道向第一匀气混气区注入二乙基镓，向第一匀气混气区注入氧气和水，处理一段时间后，待镀膜衬底上表面生长出氧化物压电薄膜；
[0017]步骤四、衬底中转：隔离装置解除隔离，运输结构将第一生长区的托盘移动到第二生长区；隔离装置再次隔离；
[0018]步骤五、控制氢敏薄膜生长腔一定压力和温度下，二乙基锌管道向第二匀气混气区注入二乙基锌，四(二甲氨基)锡管道向第二匀气混气区注入四(二甲氨基)锡，三甲基铟管道向第二匀气混气区注入三甲基铟，第二氧气管道向第二匀气混气区注入氧气和水，处理一段时间后，氧化物压电薄膜上生长出氢敏薄膜。
[0019]待镀膜衬底为硅衬底。
[0020]步骤三中，压电薄膜生长腔保持300℃～600℃，压力为3～100Torr，二乙基锌管道流量500
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1000sccm，二乙基镓管道流量10
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100sccm，托盘转速250
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500RPM，处理时间20～80min，氧化物压电薄膜生长厚度为200nm
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1μm。
[0021]步骤五中，氢敏薄膜生长腔保持600℃
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800℃，压力为20
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50Torr，二乙基锌管道流量50
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100sccm，四(二甲氨基)锡管道流量10
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100sccm，三甲基铟管道流量10
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100sccm，托盘转速250
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500RPM，处理20～60min，氢敏薄膜生长厚度为200nm
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500nm。
[0022]二乙基锌管道、二乙基镓管道、二乙基锌管道、四(二甲氨基)锡管道和三甲基铟管道向相应腔体内注入金属时，使用的载气均为氩气。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]1.本专利技术的MOCVD双腔体设备制作氧化物氢敏薄膜效率高，整个过程均在MOCVD双腔体中完成，具有量产能力，可以大规模实现压电层和敏感薄膜层的制取。
[0025]2.本专利技术通过设置密封腔，可以初步控制压电薄膜生长腔和氢敏薄膜生长腔之间
的气体流动，同时，本专利技术进一步在密封腔中设置氩气管道，使密封腔气压高于压电薄膜生长腔和氢敏薄膜生长腔的气压，从而完全杜绝了压电薄膜生长腔和氢敏薄膜生长腔之间的气体流动，保证压电薄和氢敏薄膜生长期间不会受到其他气体因素的影响，薄膜厚度的变异系数低于5％。
[0026]3.本专利技术制备得到的氧化物压电电薄膜具有压电常数大于5(pC/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备，其特征是：包括压电薄膜生长腔(1)、氢敏薄膜生长腔(2)、连接通道(3)、运输结构(4)、隔离装置(5)以及抽真空装置，其特征是：所述的压电薄膜生长腔(1)由上下连通的两部分组成，其中，上部为第一匀气混气区(1a)，下部为第一生长区(1b)，所述的氢敏薄膜生长腔(2)由上下连通的两部分组成，其中，上部为第二匀气混气区(2a)，下部为第二生长区(2b)，连接通道(3)水平连通第一生长区(1b)和第二生长区(2b)，运输结构(4)置于连接通道(3)中，所述的运输结构(4)包括水平推送结构，水平推送结构上安装可转动、可加热的托盘(41)，待镀膜衬底(6)置于托盘(41)上，所述的水平推送结构能将托盘(41)从压电薄膜生长腔(1)输送至氢敏薄膜生长腔(2)，所述的抽真空装置安装于压电薄膜生长腔(1)或氢敏薄膜生长腔(2)或连接通道(3)中，用于对压电薄膜生长腔(1)和氢敏薄膜生长腔(2)抽真空，所述的隔离装置(5)安装在压电薄膜生长腔(1)和氢敏薄膜生长腔(2)之间的连接通道(3)上，用于隔离压电薄膜生长腔(1)和氢敏薄膜生长腔(2)，所述的第一匀气混气区(1a)连接有二乙基锌管道(11)、二乙基镓管道(12)和第一氧气管道(13)，所述的第二匀气混气区(2a)连接有二乙基锌管道(21)、四(二甲氨基)锡管道(22)、三甲基铟管道(23)以及第二氧气管道(24)，所述的二乙基锌管道(11)用于向第一匀气混气区(1a)注入二乙基锌，二乙基镓管道(12)用于向第一匀气混气区(1a)注入二乙基镓，第一氧气管道(13)用于向第一匀气混气区(1a)注入氧气和水，二乙基锌管道(21)用于向第二匀气混气区(2a)注入二乙基锌，四(二甲氨基)锡管道(22)用于向第二匀气混气区(2a)注入四(二甲氨基)锡，三甲基铟管道(23)用于向第二匀气混气区(2a)注入三甲基铟，第二氧气管道(24)用于向第二匀气混气区(2a)注入氧气和水。2.根据权利要求1所述的MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备，其特征是：所述的运输结构(4)包括驱动电机(42)以及传送带(43)，所述的驱动电机(42)能驱动传送带(43)转动，所述的托盘(41)固定在传送带(43)上，且当传送带(43)转动时，托盘(41)能随着传送带(43)移动。3.根据权利要求1所述的MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备，其特征是：所述的托盘(41)为石墨托盘。4.根据权利要求1所述的MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备，其特征是：所述的连接通道(3)上安装有至少一个氩气管道(31)，所述的氩气管道(31)能向连接通道(3)注入氩气，使氩气充满压电薄膜生长腔(1)、氢敏薄膜生长腔(2)。5.根据权利要求1所述的MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备，其特征是：所述的隔离装置(5)包括两道可开合的密封墙(51)，两道密封墙(51)平行设置在压电薄膜生长腔(1)和氢敏薄膜生长腔(2)之间的连接通道(3)上，当密封墙(51)闭合时，两道密封墙(51)之间的连接通道(3)形成密封腔(32)。6.根据权利要求1所述的MOCVD双腔体生长氧化物氢敏薄膜设备，其特征是：所述的密封腔(32)连接一个氩气管道(31)，当密封墙(51...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，胡金勇，周政，曲恒旭，
申请(专利权)人：广东氢芯智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：