[发明专利]一种基于超临界流体脉冲的半导体薄膜可控生长系统

说明书

本发明公开一种基于超临界流体脉冲的半导体薄膜可控生长系统，属于半导体薄膜制备领域。所述半导体薄膜可控生长系统包括超临界CO₂产生模块、前驱体溶解模块、反应沉积室、反应气体供应模块、废气回收罐、六通阀和控制模块；所述的超临界CO₂产生模块连接前驱体溶解模块，实现前驱体在超临界CO₂中的溶解；超临界CO₂产生模块以及前驱体溶解模块均通过六通阀与反应沉积室相连；反应沉积室还分别与反应气体供应模块、废气回收罐、控制模块相连；控制模块对反应沉积室进行温度、压力和流速的调节；六通阀能够精准控制超临界CO₂、含前驱体超临界CO₂的用量，进行薄膜的可控生长。

技术领域

本发明涉及半导体薄膜制备领域，具体涉及一种可精准调控的化学流体沉积系统。

背景技术

半导体薄膜中载流子自由程长，迁移率大，通过扩散掺杂可以制得高质量的p-n结，因此半导体薄膜在微电子工业领域有着广泛地应用。化学气相沉积(CVD)是一种常见的制备半导体薄膜材料的方法，具有沉积速度快、工艺较为成熟等优点，然而目前仍有不足，一是反应温度很高基底选择受限，且两种或多种反应物同时置于反应室中，导致部分前驱体混合物在未到达基底前已经发生反应；二是金属前驱体挥发性较低，需要借助载气携带至沉积室，因此前驱体在沉积室中浓度较低；三是该沉积过程主要依靠气体输运进行调控，很难实现“精准”调控薄膜生长；原子层沉积(ALD)通过将前驱体脉冲交替进入反应器中，使其在基底表面发生化学吸附和气固表面化学反应，反应具有自限性，可精准调控薄膜厚度，其沉积温度较CVD有所降低且温度窗口较宽，然而其沉积速率过慢很难量产，且前驱体选取具有很大局限性。本发明基于超临界流体技术，利用超临界CO₂强溶剂能力溶解前驱体，利用其高扩散性、低粘度、以及环境友好等优点，采用六通阀进行精准脉冲注射和流量调控，利用沉积室快开旁路快速泄压生成晶种，从而促进和调控后续薄膜生长过程；可解决CVD方法中反应温度高、调控不够精准和ALD方法中生长效率低等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超临界流体脉冲和快开泄压结晶的半导体薄膜精准调控生长系统，利用旁路快速泄压结晶成核，同时通过六通阀调节前驱体的用量，精准的控制薄膜生长，有潜力满足工业化生产要求。

为了实现上述目的，本发明提供了如下方案:

一种基于超临界流体脉冲的半导体薄膜可控生长系统，所述半导体薄膜可控生长系统包括超临界CO₂产生模块、前驱体溶解模块、反应沉积室5、反应气体供应模块、废气回收罐7、六通阀42和控制模块；

所述的超临界CO₂产生模块连接前驱体溶解模块，实现前驱体在超临界CO₂中的溶解；超临界CO₂产生模块以及前驱体溶解模块均通过六通阀42与反应沉积室5相连；反应沉积室5还分别与反应气体供应模块、废气回收罐7、控制模块相连；控制模块对反应沉积室5进行温度、压力和流速的调节；六通阀42能够精准控制超临界CO₂、含前驱体的超临界CO₂的用量，进行薄膜的可控生长。

进一步的，所述的超临界CO₂产生模块包括依次通过管路相连的CO₂气瓶21、冷凝器22、CO₂过滤器23和CO₂缓冲罐26；CO₂过滤器23和CO₂缓冲罐26之间的管路上设置柱塞泵24和止回阀25；CO₂缓冲罐26的另一端通过管路连接三通阀，三通阀的另外两个支路分别通向六通阀42和前驱体溶解模块。

进一步的，所述的反应气体供应模块包括依次通过管路相连的反应气气瓶11、反应气过滤器12、反应气体缓冲罐13、阀门A 14和质量流量计A 15；质量流量计A 15分别与反应沉积室5和控制系统相连。