[发明专利]一种MOCVD设备生长均匀性工艺参数的优化方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体发光器件薄膜生长的工艺研究，具体涉及一种ZnO薄膜均匀性的MOCVD设备工艺参数的优化方法。

【背景技术】

金属有机化合物化学气相沉积，即MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition),是制备化合物半导体薄膜的一项关键技术。它利用较易挥发的有机物如(C2H5)2Zn等作为较难挥发的金属原子的源反应物，通过载气携带到反应器内，与O2、H2O等辅助气体发生反应，在加热的基片上生成ZnO薄膜，用于微电子或光电器件。

经过这些年的技术积累，MOCVD设备改进以及完善，源材料的提纯、输送、外延生长设备的密封性等相关技术取得飞速发展，以上述技术为基础的具有生长超薄层能力，梯度层，控制掺杂能力的MOCVD技术应用更加成熟，使得化合物半导体器件的应用越渐繁荣。目前MOCVD技术已经可以制备出具有超薄陡峭层的量子阱、超晶格、异质结的新型光电电子器件，这样的能力使得它成为了制备优质外延层的重要方法。因此，MOCVD受到半导体业界的喜爱，目前使用最为广泛。MOCVD技术作为制造光电子器件的关键技术之一，已经在半导体薄膜、量子阱异质结材料、超导薄膜等各种半导体器件的制备应用广泛。在现有的所有光电子材料制备技术中，使用MOCVD技术生长得到的LED和LD质量最好。因此MOCVD这一高新材料制备技术在世界备受瞩目。

MOCVD存在着一个重要的优点是批量生产能力。如今有些研究机构正在尝试将检测外延生长的技术导入到MOCVD系统中，通过电脑程序控制各金属组分的有机源气流大小以及通过在线检测技术甚至可以精确控制薄膜组分以及使控制的厚度达到0.1nm数量级。精确的组分控制节约了许多金属有机源，对大规模生产光电子材料制备是很有益的。

MOCVD技术的新发展将会对微波器件和光电器件的研制生产产生巨大的影响，但是目前MOCVD在出厂前均需要进行验机调试，而且工程师都是针对不同工况进行摸索，并没有一个具体理论的方法，而且调机时间周期比较长，耗费大量的人力物力。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种ZnO薄膜均匀性的MOCVD设备工艺参数的优化方法，将计算机和化学气相沉积过程的机理结合起来，通过实验所得工艺参数的比对与多次反馈对模拟结果进行验证与优化，从而节省人力物力，同时节省时间成本。

为了实现上述主要目的，本发明提供的一种ZnO薄膜均匀性的MOCVD设备工艺的制作方法，其包括如下步骤：

a、利用MOCVD设备生长ZnO薄膜，通过控制若干个MO源流量来进行若干组实验，生长完成后测量ZnO薄膜上若干个取样点的厚度，得到若干组实验数值的薄膜沉积率；

b、构建CFD数值模拟模型并利用上述若干个MO源流量进行数值模拟计算，监测上述若干个取样点的薄膜沉积率，得到若干组模拟数值的薄膜沉积率；

c、实验数值的薄膜沉积率和模拟数值的薄膜沉积率对比，数值模拟结果和实验结果拟合后，验证数值模拟结果的正确性；

d、进行实验设计，通过控制MO源流量，随机选取若干组初始值，利用若干组MO源流量输入进行数值模拟，得到相应的若干组薄膜沉积率输出；

e、利用上述若干组MO源流量输入和薄膜沉积率输出构建神经网络数学模型，得到输入和输出之间的对应关系；

f、将所述的神经网络数学模型和遗传算法相结合，利用遗传算法进行工艺参数寻优，找出薄膜沉积率最均匀时的MO源流量。

进一步地，所述步骤a中，所述若干个MO源流量为至少5个，所述若干组实验和若干组实验数值为至少十组，所述若干个取样点为至少9个。

进一步地，所述步骤b中，所述若干组模拟数值为至少十组。

进一步地，所述步骤d中，所述若干组初始值、若干组MO源流量输入和若干组薄膜沉积率输出都为至少100组。

本发明的有益效果是：

通过模拟计算的方法得到符合实验结果的MOCVD设备模型，只需进行几组基础实验，其余实验通过CFD模拟给出大量的验证数据，并通过两者的验证拟合出数学模型，通过优化算法给出最佳生长工艺参数范围，不但节省了人力物力，还节省了时间成本。薄膜沉积率最均匀时的MO源流量能够使得MOCVD设备生长出的ZnO薄膜最均匀。

【附图说明】

图1是MOCVD设备的模拟模型；

图2是转盘表面分区；

图3是使用神经网络模拟的MOCVD系统结构；

图4是多层感知器模型；