[发明专利]一种原位监测ALD沉积薄膜材料质量的装置及方法

摘要

本发明公开了一种实现在用原子层沉积技术生长半导体薄膜材料过程中对材料晶体质量进行即时监测的装置和方法。该方法通过在原子层沉积系统中加装高能电子枪、控制电子束方向的匀强电场装置、荧光屏，利用电子枪发射高能电子束，高能电子束以较小角度掠射至样品表面，到达样品表面的电子束被衍射至荧光屏上，到达荧光屏上的电子与荧光屏上的荧光粉作用显示出荧光图像，通过荧光屏上的荧光图像可以获得所制备薄膜材料表面的结构信息。本发明提出的这种方法实现了在ALD沉积薄膜材料过程中对沉积材料表面的质量进行即时监测，对材料的生长参数和反应进程即时反馈，用较少的时间获得优化的高质量薄膜材料生长参数，提高了ALD沉积高质量薄膜材料的效率。

主权项

1.一种实现原位监测ALD沉积薄膜材料质量的装置及方法，其特征在于，该方法通过在原子层沉积系统中利用高能电子衍射(RHEED)装置，即在ALD系统中增加高能电子枪、控制电子束方向的匀强电场装置、荧光屏，利用高能电子枪发射高能电子束，让高能电子束以较小的角度(1°‑2°)掠射到样品表面，然后，电子束在样品表面被衍射到荧光屏上，电子到达荧光屏后显示出荧光图像，所述荧光屏上不同的荧光图像反映出ALD沉积半导体薄膜材料过程中晶体材料表面的晶体结构信息和晶体材料质量信息，本发明所述实现对ALD沉积半导体薄膜材料过程中对晶体材料表面的晶体结构和晶体材料质量监测方法的步骤为：1、将用于ALD沉积薄膜材料的衬底装进ALD系统生长室，对生长室进行抽真空操作；2、当ALD沉积系统生长室真空环境优于5.0×10‑5Torr时，打开电子枪电源，等待电源稳定后调节电源电压至10KV(根据实际需要在5KV～15KV调节)，电流1A，电子束稳定后分别调节控制电子束水平方向和竖直方向的匀强电场强度使电子束掠射至样品表面并衍射到荧光屏上出现光亮的斑点，并使最亮的斑点处于荧光屏中心位置；3、关闭电子枪电源和控制电子束方向的匀强电场，编写ALD沉积薄膜材料的配方程序，并在计算机控制沉积系统的软件中设置管路温度、生长室上壁温度、样品架温度、捕获器温度；4、开始间断ALD生长薄膜材料，由于RHEED需要较好的真空环境本发明采用间断生长的方法便于应用RHEED对沉积薄膜材料进行监测，当ALD系统沉积预定周期数目的薄膜材料后各个源脉冲停止即薄膜生长停止，等待生长室真空环境优于5.0×10‑5Torr；5、当生长室真空环境优于5.0×10‑5Torr时打开电子枪电源和控制电子束方向的匀强电场，使参数为步骤2中调节的参数，观察荧光屏上的荧光图像获得表面材料的晶体质量信息；6、根据监测数目和生长薄膜厚度的需要重复步骤4和步骤5，直至达到预期目标，本发明提出的方法中采用水平方向和竖直方向的匀强电场控制高能电子束的方向，采用间断生长的方式提供较好的真空环境实现RHEED对ALD沉积薄膜材料的在线监测。