[发明专利]一种可实时监控应力的MOCVD设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体外延生长、化学气相沉积设备、光电生长领域和半导体测试系统领域，特别是一种可实时监控应力的MOCVD设备。

背景技术

MOCVD外延材料特别是生长III族氮化物时，因结构设计需要和同质衬底成本高等问题，多数采用异质外延生长。不同材料间的晶格常数和热膨胀系数存在差异，外延生长过程中会产生应力，导致位错产生、晶体质量下降等问题，引起器件性能下降、光衰老化等问题。传统的应力测试一般采用XRD或拉曼测试系统，但是存在以下问题：（1）在MOCVD中内置XRD测试系统难度很大，因测试过程中样品台、X射线光源和探测器需不断变换角度，而在MOCVD的样品台（载片盘）尺寸很大，很难控制角度变换；另外，样品台（载片盘）变化时，反应气体到衬底表面的均匀性和速率会不均匀，导致无法进行外延生长。因此，采用XRD系统很难进行实时监控外延生长过程的应力变化；（2）拉曼测试系统也无法直接集成在MOCVD中，因拉曼测试系统需要聚集在样品表面才能获得信噪比正常的测试结果，而在外延生长过程中，随着外延结构的逐步生长，外延层厚度与显微镜的距离不断发生变化，在高温的MOCVD反应室中无法实时调节显微镜的聚焦位置，从而无法实时进行聚焦；另外，MOCVD在进行外延生长时，反应气体容易在显微镜的镜头进行反应，导致镜头的损坏，因此，无法直接将拉曼测试系统直接集成在MOCVD中。

鉴于目前尚无测试系统可以有效进行实时监控外延生长的应力变化，而应力变化对于MOCVD的外延生长特别重要，因此有必要提出一种可实时监控应力的MOCVD以及采用该MOCVD进行实时监控应力的方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种可实时监控应力的MOCVD设备，实现在外延生长过程中实时监控外延结构生长过程中的应力变化，实现外延生长中的实时应力监控，从而可更好地设计外延结构，实现对应力的控制，以提升外延结构的性能。

根据本发明提供一种可实时监控应力的MOCVD设备，包括可调节高度的显微镜、可实时调节高度的拉曼光纤探头、控制竖直方向Z轴高度的步进电机和驱动器、氮气吹扫部件、拉曼光源的激光器、拉曼测试部件、控制电脑和CCD，所述可调节高度的显微镜和可实时调节高度的拉曼光纤探头内置于MOCVD反应腔中，并在光纤中探头两侧加氮气吹扫部件。通过在外延生长过程中控制电脑计算外延层的厚度，然后，实时调节步进电机和驱动器的位置，保证拉曼激光源始终处于聚焦样品表面的状态，同时，氮气吹扫部件保证可调节高度的光纤探头不会被污染，从而提升拉曼信号的信噪比，实现外延生长中的实时应力监控。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述的可调节高度的显微镜和可实时调节高度的拉曼光纤探头通过步进电机和驱动器来控制竖直方向Z轴高度。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述的可实时调节高度的拉曼光纤探头两侧加装吹扫部件，可通入高压气体，优选N₂。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述的可实时调节高度的拉曼光纤探头有镜头开关，可通过电脑控制镜头开关，以利于减少外延生长过程对镜头表面的污染。

进一步地，根据本发明，优选的是：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，优选：He-Ne 633 nm激光器。

本发明还提供一种在MOCVD设备中可实时监控应力的方法，其特征在于：通过在外延生长过程中控制电脑计算外延层的厚度，然后，实时调节步进电机和驱动器的位置，保证拉曼激光源始终处于聚焦样品表面的状态，同时，氮气吹扫部件保证可实时调节高度的光纤探头不会被污染，从而提升拉曼信号的灵敏度和信噪比，实现外延生长中的实时应力监控。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为本发明实施例的可实时监控应力的MOCVD反应腔的示意图。

图2为本发明实施例的拉曼测试系统的光路示意图。

图3为本发明实施例的竖直方向Z轴高度调节原理的示意图。

图4为本发明实施例的控制电脑对厚度进行计算的干涉监控曲线。