专利名称：用于氧化物半导体薄膜生长的水汽外延装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体薄膜生长技术领域，尤其是一种利用气态物质在一固体表 面生长金属氧化物半导体薄膜的设备，主要是含外延薄膜成份的气态物质被输运到加热的 衬底表面，通过气体分子扩散以及在衬底表面发生氧化反应，生成具有一定晶体结构的半 导体薄膜，属于化学气相沉积技术。
背景技术：
化学气相沉积，是利用气态物质在一固体表面进行化学反应，生成固态淀积物的 过程，属于气相生长过程。化学气相沉积所用的反应体系能够形成所需要材料的淀积层或 材料层的组合，且其它反应产物均为易挥发物。通过选择合适的气体组成、浓度、流量、衬底 温度、真空度等参数可制备出不同化学组成、性质各异的单质或化合物半导体薄膜。化学气 相沉积法制备薄膜，成膜速率快，可在形状复杂的表面均勻成膜。由于成膜温度高，膜的残 余应力小，沉积中分子的平均自由程大，可制成致密、均勻、平滑、结晶良好的半导体薄膜。然而对于常压化学气相沉积装置，一般设备成本较高，管道复杂，常常要用到诸如 等离子增强、电子回旋共振等辅助设施，并且其气态源多为价格昂贵的高纯金属有机化合 物。一般化学气相沉积装置的反应室中，气态源喷嘴在上，衬底在下，源材料淀积在衬底上 不够均勻，特别是衬底边缘与中央部位差异较大。另外，在这种结构的反应室环境中，杂质 易在衬底上淀积。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种成本低廉，以水汽和金属蒸汽为源材料的水汽外延装置。本实用新型包括水汽产生系统和立式反应室，所述立式反应室内设有一个上加热 器和一个下加热器，所述上加热器和下加热器布置在一下竖直方向上；所述上加热器为以 石墨为加热基体的电阻加热装置；所述下加热器为以石英片为加热基体的电阻加热装置； 所述水汽产生系统连接在所述立式反应室的一侧，与该侧相对的另一侧设置废气排出孔。本实用新型提供的水汽外延装置，成本低廉，其源和衬底之间有一温度梯度，在温 度梯度的作用下，水汽和被挥发的金属蒸汽在衬底表面发生氧化反应，从而生长出均勻高 质量的氧化物半导体薄膜。反应室内金属原料在下，衬底在上，可有效避免环境内杂质在衬 底上的沉积，可生长出致密均勻的高质量氧化物半导体薄膜。为了方便调整金属源与衬底之间的距离，所述下加热器通过升降杆连接在立式反 应室内。
图1为本实用新型的一种结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型设有一由鼓泡瓶7和阀门8、9、10构成的水汽产生系统，还设有一组立式反应室1。在立式反应室1内设有一个上加热器2和一个下加热器4，上加热器2固定连接在 立式反应室1内，下加热器4通过升降杆6连接在立式反应室1内，并使上加热器2和一个 下加热器4布置在一下竖直方向上。水汽产生系统通过管道连接在立式反应室1的一侧，与该侧相对的另一侧设置废 气排出孔11。鼓泡瓶7内装载去离子水，鼓泡用气体为高纯氮气或氩气，其流量由质量流量计 控制。上加热器2为电阻加热装置，加热基体为石墨，呈一端开口的圆筒状，电阻丝置于 石墨圆筒内，由细石英管绝缘。测温热电偶置于石墨圆筒壁内。下加热器4为电阻加热装置，加热基体为石英片，电阻丝置于石英片下底面，由细 石英管绝缘并与上述石英片连为一体。测温热电偶置于石英片下底面。本实用新型上下两加热器2、4所用测温热电偶的材质均为镍铬一镍铝，温度由程 序控温仪控制，加热控温区间为0 900°C，精度为士0. 1°C。本实用新型所用衬底紧贴上加热器的石墨圆筒下底面，衬底材质可为硅、石英、蓝 宝石、金属片或陶瓷等材料。本实用新型所用金属粉末置于瓷舟内，瓷舟置于下加热器的石英片之上。金属粉 末可为锌或锡等熔点低易挥发金属。本实用新型衬底和盛放金属粉末的瓷舟之间的距离可由升降杆6调节，调控范围 在0 200mm之间。本实用新型上下两加热器的温度差控制在20 50°C之间，以利于在源和衬底之 间形成一温度梯度，在温度梯度的作用下，水汽和被挥发的金属蒸汽在衬底表面发生氧化 反应。本实用新型反应室为圆筒状，材质为不锈钢，反应室壁可通水冷却。反应室为常 压，也可以抽真空，真空度控制在KT3Pa以下。实施例1 如图1所示，单晶硅衬底3固定于上加热器2的石墨圆筒下底面。下加热器4的 石英片之上放置装有锌粉末的瓷舟5，衬底和瓷舟之间的距离由升降杆6调节，反应时硅衬 底下表面和锌粉末上表面的距离为10mm。鼓泡瓶7内盛放200ml去离子水。反应前先开启 阀门8，关闭阀门9和10，由进气口通入高纯氮气至反应室1内，而后关闭阀门8，先开启阀 门9，后开启阀门10，产生的水汽直接进入反应室1。上加热器2的温度保持在550°C，下加 热器4的温度保持在580°C。反应室1的真空度为10-2 ，反应室壁通水冷却。在温度梯度 的作用下，水汽和被挥发的锌蒸汽在硅衬底表面发生氧化反应，生长出均勻的具有择优取 向的纤锌矿氧化锌半导体薄膜。实施例2 将实施例1中的金属粉末换成锡，硅衬底下表面和锡粉末上表面的距离由升降杆 6调节为20mm，上加热器2的温度保持在420°C，下加热器4的温度保持在450°C。其它条件和步骤与实施例1相同。最终在硅衬底上生长出均勻的具有择优取向的金红石相二氧化 锡半导体薄膜。
权利要求1.用于氧化物半导体薄膜生长的水汽外延装置，包括水汽产生系统和立式反应室，其 特征在于所述立式反应室内设有一个上加热器和一个下加热器，所述上加热器和下加热器 布置在一下竖直方向上；所述上加热器为以石墨为加热基体的电阻加热装置；所述下加热 器为以石英片为加热基体的电阻加热装置；所述水汽产生系统连接在所述立式反应室的一 侧，与该侧相对的另一侧设置废气排出孔。
2.根据权利要求1所述的用于氧化物半导体薄膜生长的水汽外延装置，其特征在于所 述下加热器通过升降杆连接在立式反应室内。
专利摘要用于氧化物半导体薄膜生长的水汽外延装置，涉及半导体薄膜生长技术领域，立式反应室内设有在一下竖直方向上的一个上加热器和一个下加热器，上加热器为以石墨为加热基体的电阻加热装置，下加热器为以石英片为加热基体的电阻加热装置，水汽产生系统连接在立式反应室的一侧，与该侧相对的另一侧设置废气排出孔。本实用新型提供的水汽外延装置，成本低廉，其源和衬底之间有一温度梯度，在温度梯度的作用下，水汽和被挥发的金属蒸汽在衬底表面发生氧化反应，从而生长出均匀高质量的氧化物半导体薄膜。反应室内金属原料在下，衬底在上，可有效避免环境内杂质在衬底上的沉积，可生长出致密均匀的高质量氧化物半导体薄膜。
文档编号C23C16/46GK201826011SQ20102055916
公开日2011年5月11日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者孟祥东, 曾祥华, 陈小兵 申请人:扬州大学