一种可实时监控应力的mocvd的制作方法
【技术领域】
[0001]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M0CVD。
【背景技术】
[0002]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:(I)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。
[0003]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】
[0004]本发明的目的是:提供一种可实时监控应力的M0CVD，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。
[0005]根据本发明提供一种可实时监控应力的M0CVD，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，所述可调控高度的显微镜和可实时调控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，保证拉曼激光源的始终处于聚焦样品表面的状态，同时，氮气吹扫部件保证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。
[0006]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。
[0007]进一步地，根据本发明，优选的是:所述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。
[0008]进一步地，根据本发明，优选的是:所述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。
[0009]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。
[0010]本发明还提供一种在MOCVD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，保证拉曼激光源的始终处于聚焦样品表面的状态，同时，氮气吹扫部件保证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】
[0011]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。
[0012]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。
[0013]图2为本发明实施例的拉曼测试系统的光路示意图。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]附图标注:100 -MOCVD反应腔；101:样品(或衬底)；102:显微镜；103a/b:步进电机；104a/b:驱动器；105:控制电脑；106:拉曼光纤探头；107:光纤探头的镜头；108:光纤探头的镜头盖；109:氮气吹扫部件；110:拉曼光源的激光器；111:棱镜；112:拉曼滤镜系统；113:CCD ;114:外延层。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要知晓的是，本发明的实施方式不限于此。
[0018]实施例:
本发明提出的一种可实时监控应力的MOCVD如图1和图2所示，主要包括MOCVD反应腔100、可调节高度的显微镜102、控制竖直方向Z轴高度的步进电机103a/b和显微镜和拉曼光纤探头的驱动器104a/b、控制电脑105、可实时调节高度的拉曼光纤探头106、光纤探头的镜头107和镜头盖108，氮气吹扫部件109、拉曼光源的激光器110、拉曼测试部件的棱镜111和拉曼滤镜系统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，优选:He-Ne 633 nm激光器。
[0019]所述的MOCVD在外延生长过程中对高度进行调节如图3所示。在MOCVD中可实时监控应力的方法，首先，对拉曼光纤探头进行初始聚集位置的校正。在外延生长前将显微镜102聚集到生长有外延层114的样品101表面，确认聚焦时竖直方向Z轴高度Z0，将ZO输入控制电脑105，使电脑控制步进电机103b和驱动器104b，外延生长过程中，调节拉曼光纤探头106至聚焦的高度Z0。然后，将显微镜102拉至反应腔的顶盖上方，关闭显微镜的探头，以保证显微镜的镜头不会受生长过程的反应物污染。
[0020]其次，MOCVD外延生长过程的拉曼光纤探头聚焦高度的实时调节。通过MOCVD系统的干涉曲线图(如图4所示)，可根据I个振荡条纹周期7对应的厚度d=A/ (2*η)，η为材料的折射率，λ为激光的波长，则生长速率Fd/Τ；如此先计算出当前生长外延层114的速率V，随着外延生长的进行，其生长厚度h=F*i( ?为时间)，控制电脑105计算完调节厚度h后，发送指令给步进电机103b和驱动器104b，使其上移h距离，调节拉曼光纤探头和氮气吹扫装置上移至Z位置，以保证拉曼激光始终可聚焦在样品上，以实现高灵敏度和高信噪比的拉曼信号探测。
[0021]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。
【主权项】
1.一种可实时监控应力的MOCVD，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，所述可调控高度的显微镜和可实时调控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。2.根据权利要求1所述的可实时监控应力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反应腔中显微镜和拉曼光纤探头通过电脑控制的步进电机和驱动器来调节竖直方向Z轴高度。3.根据权利要求1所述的可实时监控应力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反应腔中内置的可实时调节高度的拉曼光纤探头两侧加装氮气吹扫部件，避免外延生长过程中的反应物在光纤探头中反应，保证探头的洁净。4.根据权利要求4所述的可实时监控应力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反应腔中内置的可实时调节高度的拉曼光纤探头前装有镜头开关。5.根据权利要求1所述的可实时监控应力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反应腔通过外置的拉曼测试系统，使激光通过光路进入拉曼光纤探头，探测试的拉曼信号通过拉曼光纤探头的光路系统，通过拉曼滤镜，从而CCD探测。6.根据权利要求1所述的可实时监控应力的M0CVD，其特征在于:所述的MOCVD反应腔的拉曼光纤控头在竖直方向Z轴方向的位置由控制电脑通过计算干涉曲线的外延生长速率和时间，实时调节竖直方向Z轴高度。7.根据权利要求1所述的可实时监控应力的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。8.一种采用权利要求1~7中所述的MOCVD进行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，保证拉曼激光源的始终处于聚焦样品表面的状态，同时，氮气吹扫部件保证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。
【专利摘要】本发明公开了一种可实时监控应力的MOCVD，包括MOCVD反应腔、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、拉曼测试部件、控制电脑、CCD，其特征在于：所述的MOCVD反应腔中内置可调控高度的显微镜和可实时调控高度的拉曼光纤探头，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，保证拉曼激光源的始终处于聚焦样品表面的状态，同时，氮气吹扫部件保证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。
【IPC分类】C23C16/52
【公开号】CN104947089
【申请号】CN201510365957
【发明人】郑锦坚, 寻飞林, 李志明, 杜伟华, 邓和清, 伍明跃, 周启伦, 林峰, 李水清, 康俊勇
【申请人】厦门市三安光电科技有限公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月29日