[發明專利]一種基于超臨界流體脈沖的半導體薄膜可控生長系統

有效

• 申請號: 202010950475.2
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112144042B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 徐琴琴;柳寶林;銀建中;王啟搏;王志剛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/52
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

本發明公開一種基于超臨界流體脈沖的半導體薄膜可控生長系統，屬于半導體薄膜制備領域。所述半導體薄膜可控生長系統包括超臨界CO₂產生模塊、前驅體溶解模塊、反應沉積室、反應氣體供應模塊、廢氣回收罐、六通閥和控制模塊；所述的超臨界CO₂產生模塊連接前驅體溶解模塊，實現前驅體在超臨界CO₂中的溶解；超臨界CO₂產生模塊以及前驅體溶解模塊均通過六通閥與反應沉積室相連；反應沉積室還分別與反應氣體供應模塊、廢氣回收罐、控制模塊相連；控制模塊對反應沉積室進行溫度、壓力和流速的調節；六通閥能夠精準控制超臨界CO₂、含前驅體超臨界CO₂的用量，進行薄膜的可控生長。

技術領域

本發明涉及半導體薄膜制備領域，具體涉及一種可精準調控的化學流體沉積系統。

背景技術

半導體薄膜中載流子自由程長，遷移率大，通過擴散摻雜可以制得高質量的p-n結，因此半導體薄膜在微電子工業領域有著廣泛地應用。化學氣相沉積(CVD)是一種常見的制備半導體薄膜材料的方法，具有沉積速度快、工藝較為成熟等優點，然而目前仍有不足，一是反應溫度很高基底選擇受限，且兩種或多種反應物同時置于反應室中，導致部分前驅體混合物在未到達基底前已經發生反應；二是金屬前驅體揮發性較低，需要借助載氣攜帶至沉積室，因此前驅體在沉積室中濃度較低；三是該沉積過程主要依靠氣體輸運進行調控，很難實現“精準”調控薄膜生長；原子層沉積(ALD)通過將前驅體脈沖交替進入反應器中，使其在基底表面發生化學吸附和氣固表面化學反應，反應具有自限性，可精準調控薄膜厚度，其沉積溫度較CVD有所降低且溫度窗口較寬，然而其沉積速率過慢很難量產，且前驅體選取具有很大局限性。本發明基于超臨界流體技術，利用超臨界CO₂強溶劑能力溶解前驅體，利用其高擴散性、低粘度、以及環境友好等優點，采用六通閥進行精準脈沖注射和流量調控，利用沉積室快開旁路快速泄壓生成晶種，從而促進和調控后續薄膜生長過程；可解決CVD方法中反應溫度高、調控不夠精準和ALD方法中生長效率低等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于超臨界流體脈沖和快開泄壓結晶的半導體薄膜精準調控生長系統，利用旁路快速泄壓結晶成核，同時通過六通閥調節前驅體的用量，精準的控制薄膜生長，有潛力滿足工業化生產要求。

為了實現上述目的，本發明提供了如下方案:

一種基于超臨界流體脈沖的半導體薄膜可控生長系統，所述半導體薄膜可控生長系統包括超臨界CO₂產生模塊、前驅體溶解模塊、反應沉積室5、反應氣體供應模塊、廢氣回收罐7、六通閥42和控制模塊；

所述的超臨界CO₂產生模塊連接前驅體溶解模塊，實現前驅體在超臨界CO₂中的溶解；超臨界CO₂產生模塊以及前驅體溶解模塊均通過六通閥42與反應沉積室5相連；反應沉積室5還分別與反應氣體供應模塊、廢氣回收罐7、控制模塊相連；控制模塊對反應沉積室5進行溫度、壓力和流速的調節；六通閥42能夠精準控制超臨界CO₂、含前驅體的超臨界CO₂的用量，進行薄膜的可控生長。

進一步的，所述的超臨界CO₂產生模塊包括依次通過管路相連的CO₂氣瓶21、冷凝器22、CO₂過濾器23和CO₂緩沖罐26；CO₂過濾器23和CO₂緩沖罐26之間的管路上設置柱塞泵24和止回閥25；CO₂緩沖罐26的另一端通過管路連接三通閥，三通閥的另外兩個支路分別通向六通閥42和前驅體溶解模塊。

進一步的，所述的反應氣體供應模塊包括依次通過管路相連的反應氣氣瓶11、反應氣過濾器12、反應氣體緩沖罐13、閥門A 14和質量流量計A 15；質量流量計A 15分別與反應沉積室5和控制系統相連。