[发明专利]半导体薄膜生长控制设备及控制半导体薄膜生长的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种半导体生长设备，具体涉及一种控制半导体薄膜生长的设备及利用该设备控制半导体薄膜生长的方法，用于半导体制造设备反应源的精确输运，尤其是金属有机物化学气相沉积设备（MOCVD）的源输送控制系统。

背景技术

半导体薄膜材料的研究主要依赖于半导体薄膜的制备手段，高质量的半导体薄膜材料有利于薄膜器件物理的研究和薄膜器件应用的发展。在气相薄膜制造设备中，尤其是在生长过程中常常需要多次切换生长源气体的浓度及成分比来制备多层薄膜结构，如金属有机物化学气相沉积（MOCVD）在生长LED的过程中，通常在主输送管道进行生长反应源的切换。由于薄膜器件中常常需要一个陡峭的膜层界面，例如LED器件中的多量子阱结构；常规反应源切换方法由于切换阀门位置距离反应腔体较远，使得实际腔体气氛切换要延迟于阀门切换，在阀门关闭之后，进气管道中还残留的反应源气体，这些气体随之进入到反应腔中，导致半导体材料薄膜的厚度无法控制；并且切换或者改变反应源之后反应源在管路中会有一段反应源物质的浓度稀释梯度，切换后的反应源到达生长腔体的时候浓度已经发生变化，使得两个薄膜之间产生过渡层，从而影响器件的性能。

发明内容

为克服现有技术的不足以解决上述问题，本发明的目的在于提供一种半导体薄膜生长的控制设备，有效提高反应源的切换效率，减小过渡层生长，提高半导体薄膜材料的性能。

本发明的另一目的在于利用本发明的半导体薄膜生长的控制设备控制半导体薄膜生长的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种半导体薄膜生长的控制设备，包括反应源管路和半导体薄膜生长反应腔，所述反应源管路包括第一路进气管、分别与半导体薄膜生长反应腔连接的第二路进气管和第三路进气管；所述第一路进气管连接第一尾气管道，其上往第一尾气管道方向依次设有第一流量控制器、第一阀门和第一压力控制器；所述第二路进气管连通半导体薄膜生长反应腔，第二路进气管上往半导体薄膜生长反应腔方向依次设有第二流量控制器及第二阀门，所述第一路进气管和第二路进气管之间设有第一支路和第二支路，所述第一支路一端连接在第一阀门和第一压力控制器之间，另一端连接在第二流量控制器及第二阀门之间，其上设有第一支路阀门；所述第二支路一端连接在第一阀门和第一流量控制器之间，另一端连接在第二阀门和半导体薄膜生长反应腔之间，其上设有第二支路阀门；所述第三路进气管与半导体薄膜生长反应腔之间设有第三流量控制器。

所述压力控制器为闭环压力控制器，针阀压力控制器或单向阀压力控制器中的一种。

所述第一支路阀门和第一阀门的开关状态相反，并且由同一个控制驱动信号控制，所述第二支路阀门和第二阀门的开关状态相反，也是由同一个控制驱动信号控制。

所述第一支路阀门、第一阀门、第二支路阀门以及第二阀门安装在贴近半导体薄膜生长反应腔处，阀门离半导体薄膜生长反应腔的足够近，尽量贴近半导体薄膜生长反应腔并方便工作人员的操作为最佳，该目的在于减少反应源在各路管道中损耗量或残留量，精确控制薄膜生长的速度及厚度。

优选的，本发明所述的半导体薄膜生长的控制设备，其还包括第四路进气管，所述第四路进气管连接第二尾气管道，其上往第二尾气管道方向依次设有第四流量控制器、第四阀门和第二压力控制器，所述第三路上第三流量控制器与半导体薄膜生长反应腔之间设有第三阀门；所述第三路进气管和第四进气管之间设有第三支路和第四支路，所述第三支路一端连接在第三阀门和第三流量控制器之间，另一端连接在第二压力控制器及第四阀门之间，其上设有第三支路阀门；所述第四支路一端连接在第四阀门和第四流量控制器之间，另一端连接在第三阀门和半导体薄膜生长反应腔之间。

所述第三阀门、第三支路阀门、第四阀门以及第四支路阀门安装在贴近半导体薄膜生长反应腔的位置处，这些阀门离半导体薄膜生长反应腔的位置越近越好，同时要兼顾方便操作。

一种利用半导体薄膜生长的控制设备控制半导体薄膜生长的方法,包括以下步骤：

第一个工艺阶段: 第一路进气管通入一种载气气体，第二路进气管通入第一种反应源，第三路进气管通入第二种反应源气体；设置第一流量控制器的流量，设置第二流量控制器的流量，设置第三流量控制器的流量；关闭第一支路阀门，开启第二阀门，关闭第二支路阀门，开启第一阀门；第一种反应源和第二种反应源进入半导体薄膜生长反应腔，载气气体进入第一尾气管道，进行半导体薄膜材料的生长;