一種可實時監控應力的mocvd的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體外延生長、化學氣相沉積設備、光電生長領域和半導體測試系統領域，特別是一種可實時監控應力的M0CVD。
【背景技術】
[0002]MOCVD外延材料特別是生長III族氮化物時，因結構設計需要和同質襯底成本高等問題，多數采用異質外延生長。不同材料間的晶格常數和熱膨脹系數存在差異，外延生長過程中會產生應力，導致位錯產生、晶體質量下降等問題，引起器件性能下降、光衰老化等問題。傳統的應力測試一般采用XRD或拉曼測試系統，但是存在以下問題:(I)在MOCVD中內置XRD測試系統難度很大，因測試過程中樣品臺、X射線光源和探測器需不斷變換角度，而在MOCVD的樣品臺(載片盤)尺寸很大，很難控制角度變換；另外，樣品臺(載片盤)變化時，反應氣體到襯底表面的均勻性和速率會不均勻，導致無法進行外延生長。因此，采用XRD系統很難進行實時監控外延生長過程的應力變化；(2)拉曼測試系統也無法直接集成在MOCVD中，因拉曼測試系統需要聚集在樣品表面才能獲得信噪比正常的測試結果，而在外延生長過程中，隨著外延結構的逐步生長，外延層厚度與顯微鏡的距離不斷發生變化，在高溫的MOCVD反應室中無法實時調節顯微鏡的聚焦位置，從而無法實時進行聚焦；另外，MOCVD在進行外延生長時，反應氣體容易在顯微鏡的鏡頭進行反應，導致鏡頭的損壞，因此，無法直接將拉曼測試系統直接集成在MOCVD中。
[0003]鑒于目前尚無測試系統可以有效進行實時監控外延生長的應力變化，而應力變化對于MOCVD的外延生長特別重要，因此有必要提出一種可實時監控應力的MOCVD以及采用該MOCVD進行實時監控應力的方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:提供一種可實時監控應力的M0CVD，實現在外延生長過程中實時監控外延結構生長過程中的應力變化，實現外延生長中的實時應力監控，從而可更好地設計外延結構，實現對應力的控制，以提升外延結構的性能。
[0005]根據本發明提供一種可實時監控應力的M0CVD，包括可調節高度的顯微鏡、可實時調節高度的拉曼光纖探頭、控制豎直方向Z軸高度的步進電機和驅動器、氮氣吹掃部件、拉曼光源的激光器、拉曼測試部件、控制電腦和CCD，所述可調控高度的顯微鏡和可實時調控高度的拉曼光纖探頭內置于MOCVD反應腔中，并在光纖中探頭兩側加氮氣吹掃部件。通過在外延生長過程中控制電腦計算外延層的厚度，然后，實時調節步進電機和驅動器的位置，保證拉曼激光源的始終處于聚焦樣品表面的狀態，同時，氮氣吹掃部件保證光纖探頭不會被污染，從而提升拉曼信號的信噪比，實現外延生長中的實時應力監控。
[0006]進一步地，根據本發明，優選的是:所述的可調節高度的顯微鏡和拉曼光纖探頭通過步進電機和驅動器來控制豎直方向Z軸高度。
[0007]進一步地，根據本發明，優選的是:所述的拉曼光纖探頭兩側加裝吹掃部件，可通入高壓氣體，優選N2。
[0008]進一步地，根據本發明，優選的是:所述的拉曼光纖探頭有鏡頭開關，可通過電腦控制鏡頭開關，以利于減少外延生長過程對鏡頭表面的污染。
[0009]進一步地，根據本發明，優選的是:拉曼光源的激光器采用Ar+ 488 nm激光器、Nd: YAG 532 nm激光器或He-Ne 633 nm激光器，優選:He-Ne 633 nm激光器。
[0010]本發明還提供一種在MOCVD中可實時監控應力的方法，其特征在于:通過在外延生長過程中控制電腦計算外延層的厚度，然后，實時調節步進電機和驅動器的位置，保證拉曼激光源的始終處于聚焦樣品表面的狀態，同時，氮氣吹掃部件保證光纖探頭不會被污染，從而提升拉曼信號的靈敏度和信噪比，實現外延生長中的實時應力監控。
【附圖說明】
[0011]附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪制。
[0012]圖1為本發明實施例的可實時監控應力的MOCVD反應腔的示意圖。
[0013]圖2為本發明實施例的拉曼測試系統的光路示意圖。
[0014]圖3為本發明實施例的豎直方向Z軸高度調節原理的示意圖。
[0015]圖4為本發明實施例的控制電腦對厚度進行計算的干涉監控曲線。
[0016]附圖標注:100 -MOCVD反應腔；101:樣品(或襯底)；102:顯微鏡；103a/b:步進電機；104a/b:驅動器；105:控制電腦；106:拉曼光纖探頭；107:光纖探頭的鏡頭；108:光纖探頭的鏡頭蓋；109:氮氣吹掃部件；110:拉曼光源的激光器；111:棱鏡；112:拉曼濾鏡系統；113:CCD ;114:外延層。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要知曉的是，本發明的實施方式不限于此。
[0018]實施例:
本發明提出的一種可實時監控應力的MOCVD如圖1和圖2所示，主要包括MOCVD反應腔100、可調節高度的顯微鏡102、控制豎直方向Z軸高度的步進電機103a/b和顯微鏡和拉曼光纖探頭的驅動器104a/b、控制電腦105、可實時調節高度的拉曼光纖探頭106、光纖探頭的鏡頭107和鏡頭蓋108，氮氣吹掃部件109、拉曼光源的激光器110、拉曼測試部件的棱鏡111和拉曼濾鏡系統112、CXD 113等，其中拉曼光源的激光器采用Ar+ 488 nm激光器、Nd: YAG 532 nm激光器或He-Ne 633 nm激光器，優選:He-Ne 633 nm激光器。
[0019]所述的MOCVD在外延生長過程中對高度進行調節如圖3所示。在MOCVD中可實時監控應力的方法，首先，對拉曼光纖探頭進行初始聚集位置的校正。在外延生長前將顯微鏡102聚集到生長有外延層114的樣品101表面，確認聚焦時豎直方向Z軸高度Z0，將ZO輸入控制電腦105，使電腦控制步進電機103b和驅動器104b，外延生長過程中，調節拉曼光纖探頭106至聚焦的高度Z0。然后，將顯微鏡102拉至反應腔的頂蓋上方，關閉顯微鏡的探頭，以保證顯微鏡的鏡頭不會受生長過程的反應物污染。
[0020]其次，MOCVD外延生長過程的拉曼光纖探頭聚焦高度的實時調節。通過MOCVD系統的干涉曲線圖(如圖4所示)，可根據I個振蕩條紋周期7對應的厚度d=A/ (2*η)，η為材料的折射率，λ為激光的波長，則生長速率Fd/Τ；如此先計算出當前生長外延層114的速率V，隨著外延生長的進行，其生長厚度h=F*i( ?為時間)，控制電腦105計算完調節厚度h后，發送指令給步進電機103b和驅動器104b，使其上移h距離，調節拉曼光纖探頭和氮氣吹掃裝置上移至Z位置，以保證拉曼激光始終可聚焦在樣品上，以實現高靈敏度和高信噪比的拉曼信號探測。
[0021]以上實施方式僅用于說明本發明，而并非用于限定本發明，本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以對本發明做出各種修飾和變動，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應視權利要求書范圍限定。
【主權項】
1.一種可實時監控應力的MOCVD，包括可調節高度的顯微鏡、可實時調節高度的拉曼光纖探頭、控制豎直方向Z軸高度的步進電機和驅動器、氮氣吹掃部件、拉曼光源的激光器、拉曼測試部件、控制電腦和CCD，所述可調控高度的顯微鏡和可實時調控高度的拉曼光纖探頭內置于MOCVD反應腔中，并在光纖中探頭兩側加氮氣吹掃部件。2.根據權利要求1所述的可實時監控應力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反應腔中顯微鏡和拉曼光纖探頭通過電腦控制的步進電機和驅動器來調節豎直方向Z軸高度。3.根據權利要求1所述的可實時監控應力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反應腔中內置的可實時調節高度的拉曼光纖探頭兩側加裝氮氣吹掃部件，避免外延生長過程中的反應物在光纖探頭中反應，保證探頭的潔凈。4.根據權利要求4所述的可實時監控應力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反應腔中內置的可實時調節高度的拉曼光纖探頭前裝有鏡頭開關。5.根據權利要求1所述的可實時監控應力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反應腔通過外置的拉曼測試系統，使激光通過光路進入拉曼光纖探頭，探測試的拉曼信號通過拉曼光纖探頭的光路系統，通過拉曼濾鏡，從而CCD探測。6.根據權利要求1所述的可實時監控應力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反應腔的拉曼光纖控頭在豎直方向Z軸方向的位置由控制電腦通過計算干涉曲線的外延生長速率和時間，實時調節豎直方向Z軸高度。7.根據權利要求1所述的可實時監控應力的M0CVD，其特征在于:所述拉曼光源的激光器采用Ar+ 488 nm激光器、Nd: YAG 532 nm激光器或He-Ne 633 nm激光器。8.一種采用權利要求1~7中所述的MOCVD進行實時監控應力的方法，其特征在于:通過在外延生長過程中控制電腦計算外延層的厚度，然后，實時調節步進電機和驅動器的位置，保證拉曼激光源的始終處于聚焦樣品表面的狀態，同時，氮氣吹掃部件保證光纖探頭不會被污染，從而提升拉曼信號的靈敏度和信噪比，實現外延生長中的實時應力監控。
【專利摘要】本發明公開了一種可實時監控應力的MOCVD，包括MOCVD反應腔、可調節高度的顯微鏡、可實時調節高度的拉曼光纖探頭、控制豎直方向Z軸高度的步進電機和驅動器、氮氣吹掃部件、拉曼測試部件、控制電腦、CCD，其特征在于：所述的MOCVD反應腔中內置可調控高度的顯微鏡和可實時調控高度的拉曼光纖探頭，并在光纖中探頭兩側加氮氣吹掃部件。通過在外延生長過程中控制電腦計算外延層的厚度，然后，實時調節步進電機和驅動器的位置，保證拉曼激光源的始終處于聚焦樣品表面的狀態，同時，氮氣吹掃部件保證光纖探頭不會被污染，從而提升拉曼信號的靈敏度和信噪比，實現外延生長中的實時應力監控。
【IPC分類】C23C16/52
【公開號】CN104947089
【申請號】CN201510365957
【發明人】鄭錦堅, 尋飛林, 李志明, 杜偉華, 鄧和清, 伍明躍, 周啟倫, 林峰, 李水清, 康俊勇
【申請人】廈門市三安光電科技有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月29日