專利名稱：用于氧化物半導體薄膜生長的水汽外延裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導體薄膜生長技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種利用氣態(tài)物質(zhì)在一固體表 面生長金屬氧化物半導體薄膜的設(shè)備，主要是含外延薄膜成份的氣態(tài)物質(zhì)被輸運到加熱的 襯底表面，通過氣體分子擴散以及在襯底表面發(fā)生氧化反應，生成具有一定晶體結(jié)構(gòu)的半 導體薄膜，屬于化學氣相沉積技術(shù)。
背景技術(shù)：
化學氣相沉積，是利用氣態(tài)物質(zhì)在一固體表面進行化學反應，生成固態(tài)淀積物的 過程，屬于氣相生長過程。化學氣相沉積所用的反應體系能夠形成所需要材料的淀積層或 材料層的組合，且其它反應產(chǎn)物均為易揮發(fā)物。通過選擇合適的氣體組成、濃度、流量、襯底 溫度、真空度等參數(shù)可制備出不同化學組成、性質(zhì)各異的單質(zhì)或化合物半導體薄膜?；瘜W氣 相沉積法制備薄膜，成膜速率快，可在形狀復雜的表面均勻成膜。由于成膜溫度高，膜的殘 余應力小，沉積中分子的平均自由程大，可制成致密、均勻、平滑、結(jié)晶良好的半導體薄膜。然而對于常壓化學氣相沉積裝置，一般設(shè)備成本較高，管道復雜，常常要用到諸如 等離子增強、電子回旋共振等輔助設(shè)施，并且其氣態(tài)源多為價格昂貴的高純金屬有機化合 物。一般化學氣相沉積裝置的反應室中，氣態(tài)源噴嘴在上，襯底在下，源材料淀積在襯底上 不夠均勻，特別是襯底邊緣與中央部位差異較大。另外，在這種結(jié)構(gòu)的反應室環(huán)境中，雜質(zhì) 易在襯底上淀積。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種成本低廉，以水汽和金屬蒸汽為源材料的水汽外延裝置。本實用新型包括水汽產(chǎn)生系統(tǒng)和立式反應室，所述立式反應室內(nèi)設(shè)有一個上加熱 器和一個下加熱器，所述上加熱器和下加熱器布置在一下豎直方向上；所述上加熱器為以 石墨為加熱基體的電阻加熱裝置；所述下加熱器為以石英片為加熱基體的電阻加熱裝置； 所述水汽產(chǎn)生系統(tǒng)連接在所述立式反應室的一側(cè)，與該側(cè)相對的另一側(cè)設(shè)置廢氣排出孔。本實用新型提供的水汽外延裝置，成本低廉，其源和襯底之間有一溫度梯度，在溫 度梯度的作用下，水汽和被揮發(fā)的金屬蒸汽在襯底表面發(fā)生氧化反應，從而生長出均勻高 質(zhì)量的氧化物半導體薄膜。反應室內(nèi)金屬原料在下，襯底在上，可有效避免環(huán)境內(nèi)雜質(zhì)在襯 底上的沉積，可生長出致密均勻的高質(zhì)量氧化物半導體薄膜。為了方便調(diào)整金屬源與襯底之間的距離，所述下加熱器通過升降桿連接在立式反 應室內(nèi)。
圖1為本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型設(shè)有一由鼓泡瓶7和閥門8、9、10構(gòu)成的水汽產(chǎn)生系統(tǒng)，還設(shè)有一組立式反應室1。在立式反應室1內(nèi)設(shè)有一個上加熱器2和一個下加熱器4，上加熱器2固定連接在 立式反應室1內(nèi)，下加熱器4通過升降桿6連接在立式反應室1內(nèi)，并使上加熱器2和一個 下加熱器4布置在一下豎直方向上。水汽產(chǎn)生系統(tǒng)通過管道連接在立式反應室1的一側(cè)，與該側(cè)相對的另一側(cè)設(shè)置廢 氣排出孔11。鼓泡瓶7內(nèi)裝載去離子水，鼓泡用氣體為高純氮氣或氬氣，其流量由質(zhì)量流量計 控制。上加熱器2為電阻加熱裝置，加熱基體為石墨，呈一端開口的圓筒狀，電阻絲置于 石墨圓筒內(nèi)，由細石英管絕緣。測溫熱電偶置于石墨圓筒壁內(nèi)。下加熱器4為電阻加熱裝置，加熱基體為石英片，電阻絲置于石英片下底面，由細 石英管絕緣并與上述石英片連為一體。測溫熱電偶置于石英片下底面。本實用新型上下兩加熱器2、4所用測溫熱電偶的材質(zhì)均為鎳鉻一鎳鋁，溫度由程 序控溫儀控制，加熱控溫區(qū)間為0 900°C，精度為士0. 1°C。本實用新型所用襯底緊貼上加熱器的石墨圓筒下底面，襯底材質(zhì)可為硅、石英、藍 寶石、金屬片或陶瓷等材料。本實用新型所用金屬粉末置于瓷舟內(nèi)，瓷舟置于下加熱器的石英片之上。金屬粉 末可為鋅或錫等熔點低易揮發(fā)金屬。本實用新型襯底和盛放金屬粉末的瓷舟之間的距離可由升降桿6調(diào)節(jié)，調(diào)控范圍 在0 200mm之間。本實用新型上下兩加熱器的溫度差控制在20 50°C之間，以利于在源和襯底之 間形成一溫度梯度，在溫度梯度的作用下，水汽和被揮發(fā)的金屬蒸汽在襯底表面發(fā)生氧化 反應。本實用新型反應室為圓筒狀，材質(zhì)為不銹鋼，反應室壁可通水冷卻。反應室為常 壓，也可以抽真空，真空度控制在KT3Pa以下。實施例1 如圖1所示，單晶硅襯底3固定于上加熱器2的石墨圓筒下底面。下加熱器4的 石英片之上放置裝有鋅粉末的瓷舟5，襯底和瓷舟之間的距離由升降桿6調(diào)節(jié)，反應時硅襯 底下表面和鋅粉末上表面的距離為10mm。鼓泡瓶7內(nèi)盛放200ml去離子水。反應前先開啟 閥門8，關(guān)閉閥門9和10，由進氣口通入高純氮氣至反應室1內(nèi)，而后關(guān)閉閥門8，先開啟閥 門9，后開啟閥門10，產(chǎn)生的水汽直接進入反應室1。上加熱器2的溫度保持在550°C，下加 熱器4的溫度保持在580°C。反應室1的真空度為10-2 ，反應室壁通水冷卻。在溫度梯度 的作用下，水汽和被揮發(fā)的鋅蒸汽在硅襯底表面發(fā)生氧化反應，生長出均勻的具有擇優(yōu)取 向的纖鋅礦氧化鋅半導體薄膜。實施例2 將實施例1中的金屬粉末換成錫，硅襯底下表面和錫粉末上表面的距離由升降桿 6調(diào)節(jié)為20mm，上加熱器2的溫度保持在420°C，下加熱器4的溫度保持在450°C。其它條件和步驟與實施例1相同。最終在硅襯底上生長出均勻的具有擇優(yōu)取向的金紅石相二氧化 錫半導體薄膜。
權(quán)利要求1.用于氧化物半導體薄膜生長的水汽外延裝置，包括水汽產(chǎn)生系統(tǒng)和立式反應室，其 特征在于所述立式反應室內(nèi)設(shè)有一個上加熱器和一個下加熱器，所述上加熱器和下加熱器 布置在一下豎直方向上；所述上加熱器為以石墨為加熱基體的電阻加熱裝置；所述下加熱 器為以石英片為加熱基體的電阻加熱裝置；所述水汽產(chǎn)生系統(tǒng)連接在所述立式反應室的一 側(cè)，與該側(cè)相對的另一側(cè)設(shè)置廢氣排出孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氧化物半導體薄膜生長的水汽外延裝置，其特征在于所 述下加熱器通過升降桿連接在立式反應室內(nèi)。
專利摘要用于氧化物半導體薄膜生長的水汽外延裝置，涉及半導體薄膜生長技術(shù)領(lǐng)域，立式反應室內(nèi)設(shè)有在一下豎直方向上的一個上加熱器和一個下加熱器，上加熱器為以石墨為加熱基體的電阻加熱裝置，下加熱器為以石英片為加熱基體的電阻加熱裝置，水汽產(chǎn)生系統(tǒng)連接在立式反應室的一側(cè)，與該側(cè)相對的另一側(cè)設(shè)置廢氣排出孔。本實用新型提供的水汽外延裝置，成本低廉，其源和襯底之間有一溫度梯度，在溫度梯度的作用下，水汽和被揮發(fā)的金屬蒸汽在襯底表面發(fā)生氧化反應，從而生長出均勻高質(zhì)量的氧化物半導體薄膜。反應室內(nèi)金屬原料在下，襯底在上，可有效避免環(huán)境內(nèi)雜質(zhì)在襯底上的沉積，可生長出致密均勻的高質(zhì)量氧化物半導體薄膜。
文檔編號C23C16/46GK201826011SQ20102055916
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者孟祥東, 曾祥華, 陳小兵 申請人:揚州大學