[發明專利]一種半導體薄膜生長裝置及其生長方法

有效

• 申請號: 201310315026.0
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103388177A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 劉興昉;劉斌;鄭柳;董林;劉勝北;閆果果;孫國勝;曾一平
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C30B25/16
• 分類號: C30B25/16;C30B25/14;C30B29/64;C30B29/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種化學氣相沉積法(Chemical?Vapor?Deposition，CVD)半導體薄膜生長設備及其生長方法。

背景技術

半導體薄膜材料是現代半導體技術的一個主要領域，它的發展十分迅速。半導體薄膜的制備離不開生長裝置。迄今已經發展了數十種半導體薄膜生長裝置及其生長方法，其中，化學氣相沉積方法具有純度高、可控、可大規模實施等優勢已成為半導體薄膜生長的主流方法。現代商業化學氣相沉積裝置已變得非常復雜，并且裝置本身非常昂貴，在這樣的大型商業裝置上可以沉積出各種復雜的微結構半導體薄膜材料，如AlGaN/GaN、InGaAs/GaAs等超晶格材料，這對于半導體光電子器件的制備具有重要的意義。另一方面，對于一些不需要精細結構的半導體薄膜，如II-VI、IV-VI二維層狀薄膜晶體材料、過渡金屬氧化物等新興半導體超薄膜材料，如果仍然采用現有大型商業裝置生長，則顯得成本過高，且不易部署，急需發展新的半導體薄膜生長裝置以及對應的生長方法來進行這些新興半導體超薄膜的生長。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種半導體薄膜生長裝置及其生長方法，能夠為大多數二維層狀薄膜晶體材料、過渡金屬氧化物等半導體薄膜的制備提供設備及方法支持。

根據本發明的一個方面，其提供了一種半導體薄膜生長設備，包括：載氣裝置、液態源裝置、生長室、旁路以及真空系統，這些部件之間通過管道按一定的邏輯關系連結成一個整體；且每條管道可獨立的打開或關閉。該半導體薄膜生長設備適用于化學氣相沉積工藝。

其中，所述載氣裝置依次通過手閥、單向閥以及流量計后與第一、第七和第八管道連接，其中第一管道進一步與第二管道和第三管道連接，第七管道進一步與生長室連接，第八管道進一步與旁路連接；所述液態源裝置的入口端與第三管道連接，出口端與第四管道連接；第四管道與第五管道和第六管道連接，第六管道進一步與旁路連接；所述第五管道通過第七管道連接到生長室；所述生長室與真空系統、泵連接。

其中，所述管道連接的邏輯關系是：第一管道、第七管道和第八管道通過第一四通節點與載氣裝置連接，第一管道、第二管道和第三管道通過第一三通節點連接在一起，第二管道、第三管道和第四管道通過第二三通節點連接在一起，第五管道和第七管道通過第三三通節點與生長室連接，第六管道和第八管道通過第四三通節點與旁路連接。

根據本發明的另一方面，其還提供了一種利用上述半導體薄膜生長裝置進行半導體薄膜生長的方法，其包括如下步驟：

步驟1、開啟泵，打開連接生長室、泵和真空系統的第四三通節點，設定真空系統和旁路的壓力；

步驟2、依次打開第六管道、第四管道和第二管道；依次關閉第三管道和第五管道；依次打開第八管道、第七管道和第一管道；

步驟3、打開第一四通節點通入載氣；生長室壓力至指定壓力，升溫至指定溫度，維持此狀態至預定時間；

步驟4、依次執行下述幾個操作：關閉第二管道，打開第三管道，維持此狀態至預定時間；關閉第六管道，打開第五管道，維持此狀態至預定時間；關閉第五管道，打開第六管道，維持此狀態至預定時間；關閉第三管道，打開第二管道，維持此狀態至預定時間；

步驟5、生長室壓力至指定壓力，溫度至指定溫度，維持此狀態至預定時間；生長室溫度至室溫，維持此狀態至預定時間；

步驟6、關閉第一四通節點；依次關閉第一管道、第二管道、第四管道、第六管道、第七管道、第八管道；依次關閉真空系統、旁路、第四三通節點和泵。

相比于一般大型商業化學氣相沉積設備，本發明采用可擴展、易于部署的邏輯結構，其結構可靠，操作簡單，可以根據需要安裝多個液態源裝置，也可以根據需要卸載液態源裝置，從而達到安裝或卸載液態源的目的。每個液態源裝置有獨立的恒溫和氣路系統，能夠獨立、同時地由載氣裝置出來的載氣經鼓泡法攜帶進入生長室進行半導體薄膜的生長，達到增加效率、提高生長質量和降低成本的目的。

附圖說明

圖1是本發明優選實施例中半導體薄膜生長設備的結構示意圖；

圖2是本發明中液態源裝置及其在惰性氣體控制柜中的結構示意圖；

圖3是本發明另一優選實施例中半導體薄膜生長設備的結構示意圖；

圖4是使用本發明中半導體薄膜生長方法進行半導體薄膜生長時的具體數據示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。