复合模式生长半导体薄膜的方法及装置，涉及半导体材料生长技术及设备制造领域。解决现有技术制备方法制备的薄膜结晶质量差、生产速率慢的问题。通入ALD反应前驱体A在衬底表面形成单原子层；再通入ALD反应前驱体B与ALD反应前驱体A反应，形成单层A-B薄膜；重复以上步骤形成多层的-A-B-A-B-A-B-薄膜；然后同时通入MOCVD反应前驱体A和MOCVD反应前驱体B在衬底上方发生化学反应，再与多层的-A-B-A-B-A-B-薄膜结合，获得复合模式生长的半导体薄膜。本方法有效结合两种生长方式的优点，实现两种生长模式的复合生长模式，易于大规模的工业化生产。本发明专利技术还提供了复合模式生长半导体薄膜的装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体材料生长技术及设备制造领域，具体涉及采用复合模式生长半导体薄膜的方法及装置。
技术介绍
如何制备出高质量的半导体薄膜材料一直都是半导体工业中至关重要的一个环节。目前一般是通过在单晶衬底上采用外延或离子注入等技术制备半导体薄膜材料。半导体外延技术是20世纪50年代末开始发展的，经过半个世纪，人们已经可以通过很多方法获得半导体薄膜材料，这些方法按照制备工艺的不同可大致分为液相外延(liquid phase epitaxy, LPE)、气才目夕卜延(vapor phase epitaxy, VPE)禾口分子束夕卜延(molecular beam epitaxy, MBE)等三大类，它们因各自的生长、操作过程及所使用源的材料不同而具有不同的优势。在众多半导体薄膜材料制备工艺中，金属有机化合物气相外延(M0VPE，也称金属有机化合物气相沉积，缩写为M0CVD)被认为是半导体薄膜材料制备中最重要的方法之一。 它的基本原理是利用载气将反应前驱体(金属有机源和其它反应气体)输送至生长室，在放置在生长室的衬底表面发生化学反应，从而得到半导体薄膜。其特点是反应快，均勻易于批量生产，这也使得MOCVD方法在半导体薄膜工业生产上被广泛采用。然而，MOCVD也有其自身的缺点在MOCVD中反应前驱体自始至终是同时被引入生长室的，因此，在MOCVD生长过程的最初阶段，如果衬底与外延薄膜晶格的不匹配(特别是目前MOCVD应用的主要领域之一的III族氮化物生长，通常采用的蓝宝石衬底与沉积物之间的晶格失配高达13. 8% )， 反应物先是在衬底表面形成一个个很小的三维岛状结构，然后这些岛状结构逐渐长大连在一起形成薄膜，于是在晶核连接处将不可避免地产生大量晶界，从而降低了薄膜的结晶质量，缺陷的产生势必对材料的电学、光学和结构特性产生严重影响，而对于具有择优取向生长的半导体材料来说，这一问题更加突出。W^MiK IR (Atomic Layer Deposition, ALD) ^ ^ ALE (Atomic Layer 印itaxy)是由芬兰科学家生长II-VI族化合物薄膜材料所提出的一种生长方法。它与VPE、 MBE的区别是采用自我限制表面反应的成膜机制，组成化合物的两种元素前驱体是交替在衬底上沉积的，即组成元素的前驱体(气或束流)分别引入生长室而不同时引入生长室。 每交替(引入)一次就在衬底上生长一个单原子层。ALD沉积的方法决定了它二维生长的模式，即每一层原子布满后，再进行下一层原子的沉积和生长，这样就有效避免了晶格失配可能带来的不利影响，可以有效避免三维岛状结构引入的晶界和位错，并使其可以对薄膜的厚度进行原子尺度的控制，有望在高质量大面积均勻性高的薄膜制备上发挥效用。但是， 由于ALD生长主要依靠反应前驱物在衬底或上一层原子上的吸附，使得其生长速率取决于反应物在衬底上交替吸附所需时间，也造成其最突出的缺点是生长速率非常慢，通常生长一个几百纳米厚的样品就需要一整天的时间，如此低的生长速率严重阻碍了它在生产和实验上的应用。采用复合模式进行半导体薄膜生长的方法及其复合生长设备在国际上还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的制备方法制备的薄膜结晶质量差、生产速率慢的问题，而提供采用复合模式生长半导体薄膜的方法及装置。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下采用复合模式生长半导体薄膜的方法，该方法采用ALD生长和MOCVD生长的复合生长模式生长半导体薄膜，其特征在于，步骤一、调节可调高自转样品架传动系统使勻进气组件与样品台距离范围为 5-10mm ；步骤二、打开真空系统将反应腔室内真空降至生长气压，并通过加热样品台使衬底加热到气体反应温度；步骤三、打开第一主控阀门和第二主控阀门，辅助吹扫气体经第一辅助吹扫气体管路和第二辅助吹扫气体管路进入反应腔室；步骤四、打开第一高频电磁阀，使第一 ALD反应前驱体容器中存储的ALD反应前驱体A随步骤三所述的辅助吹扫气体注入到勻进气组件中，所述ALD反应前驱体A在衬底表面逐渐吸附，并形成单原子层；步骤五、关闭步骤四所述的第一高频电磁阀，继续通入辅助吹扫气体吹扫使反应腔室内无残留的ALD反应前驱体A ；步骤六、打开第二高频电磁阀，使第一 ALD反应前驱体容器中存储的ALD反应前驱体B随辅助吹扫气体注入到勻进气组件中，所述ALD反应前驱体A与吸附在衬底表面ALD 反应前驱体B进行反应，形成单层A-B薄膜；步骤七、关闭步骤六所述的第二高频电磁阀，继续通入辅助吹扫气体吹扫使反应腔室内无残留的ALD反应前驱体B ；步骤八、重复步骤四至步骤七，形成多层的-A-B-A-B-A-B-薄膜；步骤九、调节可调高自转样品架传动系统使勻进气组件与样品台距离范围为 10-50mm ；步骤十、打开第一气动阀门和第二气动阀门，并通过加热样品台使衬底加热到气体反应温度，使第一 MOCVD反应前驱体容器中存储的MOCVD反应前驱体A和第一 MOCVD反应前驱体容器中存储的MOCVD反应前驱体B随步骤三所述的辅助吹扫气体分别通过第一气体供应管路和第二气体供应管路同时经过勻进气组件到达衬底上方，所述MOCVD反应前驱体A和MOCVD反应前驱体B发生化学反应后与步骤八形成的多层-A-B-A-B-A-B-薄膜结合， 获得复合模式生长的半导体薄膜。采用复合模式生长半导体薄膜的装置，该装置包括真空系统、第一气体供应管路、 第二气体供应管路、反应腔室、第一主控阀门、第二主控阀门，其特征在于，所述反应腔室内设有样品架、衬底、可调高自转样品架传动系统、勻进气组件和勻吸气组件，所述第一主控阀门设置在第一气体供应管路上，第二主控阀门设置在第二气体供应管路上；第一气体供应管路和第二气体供应管路通过腔体盖与勻进气组件连通；所述勻进气组件固定在腔体盖下部；所述勻吸气组件和样品架底部固定在可调高自转样品架传动系统上，衬底设置在样品架上表面；所述勻吸气组件为圆环形，样品架设置在勻吸气组件的内环内；所述勻吸气组件上表面与衬底在同一平面内或略低于衬底表面；所述勻吸气组件与真空系统连接；所述真空系统设置在反应腔室的下部且与反应腔室相连接。本专利技术的工作原理本专利技术采用复合模式生长半导体薄膜的方法与装置，利用 ALD和MOCVD同属气相沉积系统其在生长模式和设备上具有广泛的兼容性，在薄膜生长的最初成核阶段采用ALD的二维生长模式，避免MOCVD模式在成核阶段一个个三维晶核逐渐长大导致的大量晶界和缺陷；而在成核阶段完成后，为了避免ALD模式生长速率过慢的缺点，采用MOCVD的生长模式。本专利技术的有益效果本专利技术采用复合模式生长半导体薄膜的方法，有效结合原子层外延(ALD)和金属有机物气相外延沉积(MOCVD)两种生长模式的优势，实现两种生长模式的复合生长模式，用这种方法生长出来的薄膜具有很好的结晶质量，并且生产速率快，易于大规模的工业化生产；还专利技术了采用复合模式生长半导体薄膜的装置，这种装置能够分别在ALD和MOCVD模式下的稳定生长，并且实现快速、有效地模式切换，从而保证整个生长过程中的相对连续性，减少由于模式切换过程而对生长的扰动。进而保证生长方法可控制可重复。附图说明图1为采用复合模式生长半导体薄膜的装置示意图；图2为勻吸气组件示意图本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．采用复合模式生长半导体薄膜的方法，该方法采用原子层沉积和金属有机化合物气相沉积生长的复合生长模式生长半导体薄膜，其特征在于，步骤一、调节可调高自转样品架传动系统（１７）使匀吸气组件（４）与样品台（５）距离范围为５－１０ｍｍ；步骤二、打开真空系统（３）将反应腔室（１３）内真空降至生长气压，并通过加热样品台（５）使衬底（１８）加热到气体反应温度；步骤三、打开第一主控阀门（１４）和第二主控阀门（１６），辅助吹扫气体经第一辅助吹扫气体管路（２６）和第二辅助吹扫气体管路（２７）进入反应腔室（１３）；步骤四、打开第一高频电磁阀（２２），使第一ＡＬＤ反应前驱体容器中存储的ＡＬＤ反应前驱体Ａ随步骤三所述的辅助吹扫气体注入到匀进气组件（４）中，所述ＡＬＤ反应前驱体Ａ在衬底（１８）表面逐渐吸附，并形成单原子层；步骤五、关闭步骤四所述的第一高频电磁阀（２２），继续通入辅助吹扫气体吹扫使反应腔室（１３）内无残留的ＡＬＤ反应前驱体Ａ；步骤六、打开第二高频电磁阀（２３），使第二ＡＬＤ反应前驱体容器中存储的ＡＬＤ反应前驱体Ｂ随辅助吹扫气体注入到匀进气组件（４）中，所述ＡＬＤ反应前驱体Ａ与吸附在衬底（１８）表面ＡＬＤ反应前驱体Ｂ进行反应，形成单层Ａ－Ｂ薄膜；步骤七、关闭步骤六所述的第二高频电磁阀（２３），继续通入辅助吹扫气体吹扫使反应腔室（１３）内无残留的ＡＬＤ反应前驱体Ｂ；步骤八、重复步骤四至步骤七，形成多层的－Ａ－Ｂ－Ａ－Ｂ－Ａ－Ｂ－薄膜；步骤九、调节可调高自转样品架传动系统（１７）使匀进气组件（４）与样品台（５）距离范围为１０－５０ｍｍ；步骤十、打开第一气动阀门（１１）和第二气动阀门（１２），并通过加热样品台（５）使衬底（１８）加热到气体反应温度，使第一ＭＯＣＶＤ反应前驱体容器中存储的ＭＯＣＶＤ反应前驱体Ａ和第二ＭＯＣＶＤ反应前驱体容器中存储的ＭＯＣＶＤ反应前驱体Ｂ随步骤三所述的辅助吹扫气体分别通过第一气体供应管路（９）和第二气体供应管路（１０）同时经过匀进气组件（４）到达衬底（１８）上方，所述ＭＯＣＶＤ反应前驱体Ａ和ＭＯＣＶＤ反应前驱体Ｂ发生化学反应后与步骤八形成的多层－Ａ－Ｂ－Ａ－Ｂ－Ａ－Ｂ－薄膜结合，获得复合模式生长的半导体薄膜。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：单崇新，鞠振刚，倪佩楠，李炳辉，王双鹏，申德振，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82
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