一种优化分子束外延薄膜均匀性的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113737148A(43)申请公布日2021.12.03(21)申请号202110985926.0(22)申请日2021.08.26(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学(72)发明人刘胜梁康吴改甘志银(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222代理人胡琦旖(51)Int.Cl.C23C14/54(2006.01)C30B23/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种优化分子束外延薄膜均匀性的方法(57)摘要本发明属于半导体薄膜生长技术领域，公开了一种优化分子束外延薄膜均匀性的方法，包括基于源炉‑衬底相对位置信息和源炉束流角度分布信息建立外延薄膜均匀性模型；针对外延薄膜均匀性模型，采用多参数优化方法计算得到外延薄膜均匀性最优时对应的最优目标参数；采用蒙特卡洛方计算得到源炉内坩埚的内壁形状与源炉束流角度分布之间的关系式；根据最优源炉束流角度分布参数和上述关系式计算得到源炉内坩埚最优的内壁形状参数；将最优源炉‑衬底相对位置参数和源炉内坩埚最优的内壁形状参数作为最优装备参数，基于最优装备参数进行分子束外延装备的设计和制备薄膜。本发明能够有效提高外延生长过程中薄膜的均匀性。CN113737148ACN113737148A权利要求书1/2页1.一种优化分子束外延薄膜均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基于源炉‑衬底相对位置信息和源炉束流角度分布信息，建立外延薄膜均匀性模型；步骤2、针对所述外延薄膜均匀性模型，采用多参数优化方法，计算得到外延薄膜均匀性最优时对应的最优目标参数；所述最优目标参数包括最优源炉‑衬底相对位置参数和最优源炉束流角度分布参数；步骤3、采用蒙特卡洛方法，计算得到源炉内坩埚的内壁形状S与源炉束流角度分布P之间的关系式，记为P＝f(S)；步骤4、根据所述步骤2得到的所述最优源炉束流角度分布参数和所述步骤3得到的关系式P＝f(S)，计算得到源炉内坩埚最优的内壁形状参数；步骤5、将所述步骤2中得到的所述最优源炉‑衬底相对位置参数和所述步骤4中得到的所述源炉内坩埚最优的内壁形状参数作为最优装备参数，基于所述最优装备参数进行分子束外延装备的设计和制备薄膜。2.根据权利要求1所述的优化分子束外延薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述步骤1中，根据所述源炉‑衬底相对位置信息和所述源炉束流角度分布信息，计算得到衬底上任意一点处的相对沉积速率，基于衬底上不同点处的相对沉积速率表征外延薄膜均匀性。3.根据权利要求2所述的优化分子束外延薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述外延薄膜均匀性最优对应衬底上所有点处的相对沉积速率的最大值与衬底上所有点处的相对沉积速率的最小值之间的差值最小。4.根据权利要求2所述的优化分子束外延薄膜均匀性的方法，其特征在于，步骤1中，所述外延薄膜均匀性模型记为Uniformity＝f(a，b，P)；其中，Uniformity表示外延薄膜均匀性；a为第一相对位置参数，b为第二相对位置参数，P为源炉束流角度分布参数；步骤2中，所述最优目标参数包括最优第一相对位置参数Opitmum{a}、最优第二相对位置参数Opitmum{b}和最优源炉束流角度分布参数Opitmum{P}；步骤5中，将所述步骤2中得到的所述最优第一相对位置参数Opitmum{a}、所述最优第二最优相对位置参数Opitmum{b}和所述步骤4中得到的所述源炉内坩埚最优的内壁形状参数Optimum{S}作为最优装备参数。5.根据权利要求4所述的优化分子束外延薄膜均匀性的方法，其特征在于，衬底位于XOY平面，所述衬底的中心记为O，所述第一相对位置参数a对应源炉的出口在XOY平面的投影点与所述衬底的中心O之间的距离，所述第二相对位置参数b对应源炉的出口在YOZ平面的投影点与所述衬底的中心O之间的距离。6.根据权利要求1所述的优化分子束外延薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述多参数优化方法采用粒子群优化算法、遗传算法、模拟退火算法中的一种。7.根据权利要求1所述的优化分子束外延薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述步骤4中，采用人工神经网络方法计算得到所述源炉内坩埚最优的内壁形状参数。8.根据权利要求1所述的优化分子束外延薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述步骤5中，得到所述最优装备参数后，还包括基于所述最优装备参数进行仿真验算，得到衬底上沉积的外延薄膜相对厚度分布结果。9.根据权利要求1所述的优化分子束外延薄膜均匀性的方法，其特征在于，采用多源炉2CN113737148A权利要求书2/2页沉积时，每个源炉用于沉积一种组分；针对每一个源炉，通过步骤1至步骤5的方法得到