專利名稱：一種選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)及其制備和外延層生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型異質(zhì)外延生長(zhǎng)襯底方法，可以直接應(yīng)用于生長(zhǎng)高質(zhì)量III族氮化物半導(dǎo)體等材料。
背景技術(shù)：
材料是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基石。通常，由于匹配襯底稀缺和難以獲得，異質(zhì)外延生長(zhǎng)成為材料生長(zhǎng)中廣泛采用的基本方法。目前迅速發(fā)展的III族氮化物半導(dǎo)體材料就主要在藍(lán)寶石等襯底上外延生長(zhǎng)。所謂III族氮化物材料，包括GaN、A1N、InN以及由它們組成的三元和四元合金都是直接帶隙材料，具有帶隙范圍寬(0. 75eV 6. ，擊穿電場(chǎng)高，熱導(dǎo)率高，電子飽和速率高，以及耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)，這些優(yōu)良的光、電學(xué)性質(zhì)以及優(yōu)良的材料化學(xué)性能使III族氮化物材料在藍(lán)光、綠光、紫光、紫外光及白光發(fā)光二極管(LED)、短波長(zhǎng)激光二極管(LD)、紫外光探測(cè)器和功率電子器件等光電子器件，以及射頻晶體管等微電子器件中有廣泛的應(yīng)用前景。商用的GaN基器件，多采用藍(lán)寶石襯底進(jìn)行異質(zhì)外延。由于晶格的不匹配，外延層中的位錯(cuò)密度極高，隨之帶來(lái)的問(wèn)題是器件性能、可靠性和壽命的降低，對(duì)大功率密度器件，如射頻晶體管、藍(lán)紫光激光器的影響尤為突出。異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN材料依然面臨巨大的挑戰(zhàn)，發(fā)展襯底技術(shù)，減小材料位錯(cuò)密度， 提高晶體質(zhì)量始終是人們不懈努力的目標(biāo)。歐洲專利EP 0942459A1公布了一種獲得高質(zhì)量GaN外延層的方法，即側(cè)向外延過(guò)生長(zhǎng)技術(shù)(LEO)。步驟如下先在藍(lán)寶石襯底上按照兩步法外延生長(zhǎng)GaN籽晶層0或 5 μ m)，然后在GaN籽晶層上用CVD方法沉積厚度約IOOnm的無(wú)定形SW2或SiNx掩膜。再用常規(guī)光刻的方法在掩膜條上開出條形窗口，暴露出GaN籽晶層。條形窗口以寬度為3 5 μ m為宜，掩膜條寬5 15 μ m。條形掩膜沿GaN籽晶層的<l-100>eaN方向，此方向有利于 GaN的側(cè)向生長(zhǎng)。然后將此圖形化襯底進(jìn)行清洗，去除窗口區(qū)表面氧化物，再利用MOCVD或 HVPE方法高溫1050°C進(jìn)行第二次GaN選區(qū)外延生長(zhǎng)。當(dāng)窗口區(qū)生長(zhǎng)出的GaN薄膜厚度超過(guò)掩膜層厚度時(shí)，外延層會(huì)在繼續(xù)垂直生長(zhǎng)的同時(shí)在掩膜層上進(jìn)行側(cè)向生長(zhǎng)。隨后相鄰的生長(zhǎng)側(cè)面相互連接，最終又融合成新的表面。為了更進(jìn)一步降低位錯(cuò)密度，該專利還提出了一種基于上述技術(shù)的二次處理的方法。主要思路就是利用在上述生長(zhǎng)的GaN外延層上，利用相同的工藝方法，再次進(jìn)行選區(qū)外延生長(zhǎng)。這次條形掩膜正對(duì)第一次圖形襯底的窗口，而窗口區(qū)則正對(duì)第一次圖形襯底的條形掩膜。這樣利用提供的界面以及促使位錯(cuò)再次轉(zhuǎn)向的掩膜很明顯的降低了貫穿位錯(cuò)的密度。同理，也可以將上述步驟重復(fù)多次，來(lái)最大限度的降低GaN外延層的位錯(cuò)密度。美國(guó)專利US 6177688B1公布了一種稱為“懸空外延技術(shù)”(PE)的方法來(lái)生長(zhǎng)高質(zhì)量的GaN外延層。主要過(guò)程如下先在6H-SiC襯底上沉積一層AlN緩沖層，然后高溫生長(zhǎng) GaN籽晶層(0. 5 2 μ m)，然后在GaN籽晶層上用CVD方法沉積厚度約IOOnm的SiN掩膜， 再用常規(guī)光刻的方法在SiN掩膜條上開出條形窗口，然后選區(qū)刻蝕暴露在窗口部分的GaN籽晶層，一直深入到襯底。這樣就形成了 GaN/緩沖層/襯底的柱狀結(jié)構(gòu)和溝槽交替的形狀。 然后再進(jìn)行GaN外延片層的生長(zhǎng)，此時(shí)生長(zhǎng)的GaN外延片層懸空于溝槽的上方，是在原GaN 外延片層側(cè)壁的橫向外延生長(zhǎng)。GaN外延層橫向生長(zhǎng)持續(xù)進(jìn)行，垂直方向GaN的生長(zhǎng)從不斷擴(kuò)大的側(cè)向生長(zhǎng)陣面新形成的GaN(OOOl)面開始進(jìn)行。當(dāng)垂直方向的GaN外延層厚度超過(guò)SiN的厚度時(shí)，外延層會(huì)在繼續(xù)垂直生長(zhǎng)的同時(shí)在SiN掩膜層上進(jìn)行側(cè)向生長(zhǎng)。隨后相鄰的生長(zhǎng)陣面相互連接，最終又融合成新的表面。這兩種方法得到的SiN掩膜上的GaN外延層的位錯(cuò)密度較傳統(tǒng)的直接生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上來(lái)說(shuō)，有非常顯著的降低，大幅提高了器件使用壽命。但這兩種方法均屬兩步法的LEO技術(shù)，每個(gè)窗口區(qū)仍然是高位錯(cuò)密度區(qū)。兩步法的懸空外延技術(shù)，溝槽里GaN生長(zhǎng)質(zhì)量較LEO技術(shù)有所提高，但每個(gè)溝槽的中央?yún)^(qū)域都是相鄰生長(zhǎng)陣面相互連接而形成的缺陷區(qū)。而基于此的二次或多次選區(qū)外延生長(zhǎng)，其工序多而且復(fù)雜，成本高，不利于規(guī)?；a(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是對(duì)上述技術(shù)的革新和改進(jìn)，提供了一種一步法選區(qū)異質(zhì)外延生長(zhǎng)襯底結(jié)構(gòu)及制備方法，特別針對(duì)GaN異質(zhì)外延生長(zhǎng)提出了具體的實(shí)施方案，簡(jiǎn)化了生長(zhǎng)步驟和工藝，同時(shí)提高了無(wú)位錯(cuò)GaN外延膜的有效寬度，更具有實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一襯底，所述襯底上依次設(shè)有底層掩膜層、頂層掩膜層；其中，所述底層掩膜層設(shè)有周期性分布的條形窗口，所述頂層掩膜層上設(shè)有周期性分布的“十”字形窗口，所述“十”字形窗口之間為“工”字形頂層掩膜區(qū)；所述頂層的“工”字形頂層掩膜區(qū)兩端通過(guò)分立的介質(zhì)層與所述底層掩膜層的條形掩膜區(qū)連接； 所述頂層“十”字形窗口與所述底層條形窗口相互錯(cuò)開。一種選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)的制備方法，其步驟為1)在所選襯底表面沉積一層底層掩膜層，然后對(duì)該掩膜層進(jìn)行刻蝕得到周期性分布的條形窗口區(qū)和底層掩膜區(qū)，得到底層結(jié)構(gòu)；2)在底層結(jié)構(gòu)上沉積介質(zhì)層和頂層掩膜層；3)對(duì)頂層掩膜層進(jìn)行光刻露出“十”字形頂層窗口 ；其中，頂層窗口與底層窗口相互錯(cuò)開，“十”字形窗口之間為“工”字形頂層掩膜區(qū)；4)腐蝕襯底結(jié)構(gòu)，露出底層掩膜區(qū)和條形窗口 ；其中，頂層“工”字形頂層掩膜區(qū)包含兩種區(qū)域兩端由介質(zhì)層支撐的區(qū)域與中間無(wú)介質(zhì)層的懸空區(qū)域。進(jìn)一步的，所述底層掩膜層為SiNx、頂層掩膜層為SiNx、介質(zhì)層為Si02。進(jìn)一步的，首先對(duì)所選襯底進(jìn)行清洗和干燥處理，然后采用LPCVD方法在所選襯底表面沉積底層SiNx掩膜，然后用常規(guī)光刻方法結(jié)合AOE刻蝕，開出條形窗口，露出所選襯底。進(jìn)一步的，所述條形窗口寬度為1 2μπι，周期為18 μ m;所述“十”字形窗口寬度為2 4 μ m，周期為18 μ m ；所述襯底為藍(lán)寶石襯底，所述底層SiNx為lOOnm、頂層SiNx為 200nm、SiO2 高度為 200nm。進(jìn)一步的，所述步驟2~)中使用PECVD在底層結(jié)構(gòu)上先后沉積SW2薄膜和頂層SiNx 薄膜；使用BOE腐蝕SiO2薄膜。
一種選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)的外延層生長(zhǎng)方法，其步驟為1)在襯底結(jié)構(gòu)的底層條形窗口底部生長(zhǎng)一緩沖層；2)在所述條形窗口內(nèi)、所述緩沖層上進(jìn)行外延層垂直生長(zhǎng)，當(dāng)外延層生長(zhǎng)陣面越過(guò)底層掩膜后同時(shí)進(jìn)行側(cè)向生長(zhǎng)，且側(cè)向生長(zhǎng)速度大于垂直方向生長(zhǎng)速度；3)當(dāng)外延層在溝道內(nèi)的側(cè)向延伸距離接近底層掩膜區(qū)寬度時(shí)，垂直方向生長(zhǎng)速度大于側(cè)向生長(zhǎng)速度直至外延層生長(zhǎng)陣面露出頂層窗口；4)控制外延層側(cè)向生長(zhǎng)速度大于垂直方向生長(zhǎng)速度，進(jìn)行外延層生長(zhǎng)，直至外延層陣面在相鄰頂層窗口的頂層掩膜區(qū)上接觸并融合，得到連續(xù)平整的外延層。進(jìn)一步的，所述緩沖層材料為不會(huì)在底層掩膜上成核的材料。進(jìn)一步的，當(dāng)外延層生長(zhǎng)陣面越過(guò)底層掩膜后同時(shí)進(jìn)行側(cè)向生長(zhǎng)時(shí)；對(duì)于有介質(zhì)層覆蓋的底層掩膜區(qū)，側(cè)向外延只沿一個(gè)方向進(jìn)行生長(zhǎng)，對(duì)于無(wú)介質(zhì)層的懸空區(qū)域，側(cè)向外延沿兩相反方向同時(shí)進(jìn)行生長(zhǎng)。本發(fā)明一種選區(qū)外延生長(zhǎng)GaN的襯底方法的主要處理步驟包含首先用配比為 3 1的硫酸和磷酸濕化學(xué)溶液清洗藍(lán)寶石襯底，然后干燥。用CVD方法沉積厚度約IOOnm 的SiNx掩膜，再用常規(guī)光刻的方法在SiNx掩膜條上開出條形窗口，然后將光刻膠去掉。繼續(xù)用CVD方法先后沉積SW2薄膜和SiNx薄膜，各約200nm，然后甩膠、烘烤、曝光。用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)在SiNx掩膜條上開出“十”字形窗口，這些窗口和下面的第一層窗口在空間上是錯(cuò)開的，從而保證位錯(cuò)的完全阻擋。將光刻膠去掉，最后用氫氟酸緩沖液(BOE)腐蝕襯底，露出底層SiNx掩膜和窗口。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為本發(fā)明提供了一種可以實(shí)現(xiàn)一步法生長(zhǎng)III族氮化物材料的襯底結(jié)構(gòu)及制備和外延層生長(zhǎng)方法，大大簡(jiǎn)化了生長(zhǎng)步驟和工藝，同時(shí)提高了無(wú)位錯(cuò)外延膜的有效寬度，更具有使用價(jià)值。


圖1所示一步選區(qū)外延襯底結(jié)構(gòu)圖；圖2所示一步選區(qū)外延襯底結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)高質(zhì)量GaN外延層薄膜圖；圖3所示一步選區(qū)外延襯底結(jié)構(gòu)制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述參考圖1，襯底經(jīng)清洗和干燥后，用LPCVD方法在表面沉積一層厚約IOOnm的底層SiNx掩膜，然后用常規(guī)光刻方法經(jīng)歷甩膠、烘烤、曝光和顯影等工序后，再使用AOE (Advanced Oxide Etch)刻蝕方法對(duì)該掩膜進(jìn)行刻蝕直至露出藍(lán)寶石襯底，底層窗口寬度約為1 2 μ m，周期約為18 μ m。接下來(lái)使用PECVD先后沉積厚度約為200nm的SW2薄膜和200nm的頂層SiNx薄膜，進(jìn)行二次光刻并使用反應(yīng)離子刻蝕，露出“十”字形頂層窗口，頂層窗口寬度約為2 4μπι，周期約為18μπι。其中，頂層窗口與底層窗口相互錯(cuò)開。最后使用BOE腐蝕襯底結(jié)構(gòu)，露出底層SiNx掩膜和窗口。最后成型的襯底結(jié)構(gòu)上，頂層“工”字形 SiNx掩膜包含兩種區(qū)域兩端S^2支撐的區(qū)域與中間無(wú)S^2薄膜懸空區(qū)域。
發(fā)明的實(shí)施例1參考圖2，使用襯底結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)GaN外延膜。其過(guò)程為利用金屬有機(jī)物氣相沉積設(shè)備(MOCVD)，在氫氣(H2)氣氛下，以三甲基鎵(trimethylgallium =TMGa)和氨氣(NH3)為源， 在圖形襯底上生長(zhǎng)20nm GaN緩沖層。由于GaN不會(huì)在SiNx掩膜上成核，因此成核區(qū)域?qū)⑦x擇在底層窗口中，即襯底表面。接著將生長(zhǎng)溫度升至1040°C，生長(zhǎng)GaN外延層。生長(zhǎng)過(guò)程采用V/III比調(diào)制的方法，經(jīng)歷“低-高-低-高”的脈沖式V/III比變換，生長(zhǎng)約8μπι的 GaN外延層以保證形成連續(xù)平整的薄膜。GaN在整個(gè)襯底結(jié)構(gòu)上的生長(zhǎng)過(guò)程如下首先在底層窗口里形成20nm的緩沖層， 然后進(jìn)行垂直方向的生長(zhǎng)，當(dāng)其生長(zhǎng)陣面越過(guò)SiNx掩膜后，在垂直生長(zhǎng)的同時(shí)進(jìn)行側(cè)向生長(zhǎng)，且側(cè)向生長(zhǎng)速度要大于垂直方向。GaN在溝道里的延伸距離接近SiNx掩膜的寬度時(shí)，生長(zhǎng)行為再一次發(fā)生改變，垂直方向的生長(zhǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，此過(guò)程直至GaN露出頂層窗口后結(jié)束。接著和前述GaN露出底層窗口后的行為類似，GaN以側(cè)向生長(zhǎng)速度占優(yōu)的條件生長(zhǎng)， 相鄰窗口中的GaN在SiNx掩膜層上接觸并融合，最后形成連續(xù)平整的GaN外延層。這里，兩端SiA支撐的區(qū)域與中間無(wú)SiA薄膜懸空區(qū)域作為圖形襯底上頂層SiNx 掩膜的兩種區(qū)域，GaN的生長(zhǎng)行為不同。在兩端SW2覆蓋的區(qū)域，GaN從底層窗口長(zhǎng)出來(lái)之后，由于附近只有一邊有SiNx掩膜，側(cè)向外延將只沿一個(gè)方向；在無(wú)S^2薄膜的懸空區(qū)域， GaN從底層窗口長(zhǎng)出來(lái)之后，由于兩側(cè)都有SiNx掩膜，側(cè)向外延將沿兩相反的方向進(jìn)行。由于在小尺寸區(qū)域上，一個(gè)通道會(huì)造成GaN顆粒的過(guò)度集中，積聚的應(yīng)力對(duì)GaN從頂層窗口生長(zhǎng)出來(lái)進(jìn)而融合不利，而兩個(gè)通道能有效開拓GaN從底層窗口生長(zhǎng)出來(lái)后的伸展面積，在生長(zhǎng)上較為容易實(shí)現(xiàn)融合的、連續(xù)平整的GaN薄膜。因此圖形襯底呈現(xiàn)出兩種區(qū)域。這兩種區(qū)域生長(zhǎng)出來(lái)的GaN外延層又可以通過(guò)表征來(lái)對(duì)比其生長(zhǎng)質(zhì)量。GaN從底層窗口中生長(zhǎng)出來(lái)，同時(shí)與生長(zhǎng)方向相同的位錯(cuò)也在向上延伸，由于位錯(cuò)不能無(wú)端消失，只能終止于界面或表面，頂層的SiNx掩膜便起到了這樣一個(gè)作用；兩端有 SiO2膜支撐的區(qū)域，由于通道中GaN只能向一側(cè)延伸，因此從底層相鄰窗口長(zhǎng)出來(lái)的GaN會(huì)在頂層掩膜中央附近融合，這樣形成的融合區(qū)又會(huì)形成高缺陷區(qū)。中間無(wú)SiO2膜支撐的區(qū)域，由于從底層窗口長(zhǎng)出來(lái)的GaN向兩側(cè)延伸，因此在相鄰的底層SiNx掩膜上發(fā)生融合，形成缺陷區(qū)。和上面類似，當(dāng)GaN露出頂層窗口后，又會(huì)在頂層掩膜中央融合。于是，在GaN外延層表面就會(huì)有兩種典型的缺陷區(qū)兩端有S^2支撐的SiNx掩膜區(qū)域，缺陷區(qū)在頂層SiNx 掩膜中央?yún)^(qū)域；具有懸空S^2的SiNx掩膜區(qū)域，缺陷區(qū)除了在頂層SiNx掩膜中央?yún)^(qū)域外， 還會(huì)分布在頂層窗口中央的中間區(qū)域。但相較LEO窗口區(qū)域全是缺陷區(qū)，PE技術(shù)每個(gè)窗口中央?yún)^(qū)域都是缺陷區(qū)再加上這兩種技術(shù)都是二次外延，工序復(fù)雜，這種新型的外延生長(zhǎng)GaN 的圖形襯底結(jié)構(gòu)不僅可以大大減低位錯(cuò)并且實(shí)現(xiàn)了一步外延。SiO2薄膜的作用是作為蛤同性腐蝕的媒介，經(jīng)過(guò)腐蝕之后，形成了部分懸空的 SiNx掩膜。與傳統(tǒng)的側(cè)向外延技術(shù)相比，這種新型的襯底結(jié)構(gòu)可以充分的阻擋位錯(cuò)向上延伸，而且GaN外延層可以直接可控的在藍(lán)寶石襯底上成核，實(shí)現(xiàn)了一步選區(qū)外延生長(zhǎng)，減少了成本。上述實(shí)施例中，所涉及的掩膜、緩沖層、外延層其成分組成不局限于本例說(shuō)明。掩膜層需要滿足如下條件必須可以很容易的沉積在襯底上并且對(duì)襯底無(wú)損傷；耐高溫，因?yàn)橥庋幽さ纳L(zhǎng)溫度通常都超過(guò)1000°c ；避免在其上形成生長(zhǎng)外延膜所必須的成核層；頂層與底層掩膜可選用不同介質(zhì)，比如可為SiNx或金屬鎢。緩沖層和外延層不但可以是GaAs、 hP、AlN、InN、GaN等二元系砷化物和氮化物，而且可以是InGaAs、AlGaAs、AlGaN或者InGaN 等三元系砷化物和氮化物，甚至是InGaAsP和AlInGaN等四元系砷化物和氮化物。本發(fā)明中，上述實(shí)施例提供了一種新型的襯底生長(zhǎng)高質(zhì)量GaN外延層的制備方案，本發(fā)明并不僅局限于此實(shí)施例，可以根據(jù)實(shí)際需要和設(shè)計(jì)要求做出相應(yīng)的修改，例如 實(shí)施例中提供了用金屬有機(jī)物氣相沉積(MOCVD)方法的實(shí)現(xiàn)，但相應(yīng)的結(jié)構(gòu)也可通過(guò)分子束夕卜延(Molecular Beam Epitaxy :MBE)、氧化物氣相沉積、法(Hydride Vapor Phase Epitaxy =HVPE)等外延方法。本發(fā)明并不局限于僅生長(zhǎng)GaN外延層，可以生長(zhǎng)GaN基光電器件結(jié)構(gòu)(如發(fā)光二極管和激光二極管等)和電子器件結(jié)構(gòu)(如高電子遷移率晶體管等)。另外，生長(zhǎng)所用的襯底除了藍(lán)寶石以外，還可以是碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、鋁酸鋰(LiAlO2)、砷化鎵(GaAs)、銦磷(InP)、硅(Si)等。此外，頂層窗口寬度是2μπι 4μπι，窗口間距在8μπι 20μπι的范圍，可以是周期性的，也可以是非周期性等。底層窗口寬度是1 μ m 2 μ m，窗口間距在8 μ m 20 μ m的范圍以上通過(guò)詳細(xì)實(shí)施例描述了本發(fā)明所提供的一步法選區(qū)外延生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)及制備和外延層生長(zhǎng)方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明做一定的變形或修改；其制備方法也不限于實(shí)施例中所公開的內(nèi)容。
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權(quán)利要求
1.一種選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一襯底，所述襯底上依次設(shè)有底層掩膜層、頂層掩膜層；其中，所述底層掩膜層設(shè)有周期性分布的條形窗口，所述頂層掩膜層上設(shè)有周期性分布的“十”字形窗口，所述“十”字形窗口之間為“工”字形頂層掩膜區(qū)；所述頂層的“工”字形頂層掩膜區(qū)兩端通過(guò)分立的介質(zhì)層與所述底層掩膜層的條形掩膜區(qū)連接； 所述頂層“十”字形窗口與所述底層條形窗口相互錯(cuò)開。
2.如權(quán)利要求1所述的選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)，其特征在于所述底層掩膜層為SiNx、 頂層掩膜層為SiNx、介質(zhì)層為Si02。
3.如權(quán)利要求1或2所述的選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)，其特征在于所述條形窗口寬度為 1 2 μ m，周期為18 μ m ；所述“十”字形窗口寬度為2 4 μ m，周期為18 μ m ；所述襯底為藍(lán)寶石襯底，所述底層SiNx為lOOnm、頂層SiNx為200nm、SiO2高度為200nm。
4.一種選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)的制備方法，其步驟為1)在所選襯底表面沉積一層底層掩膜層，然后對(duì)該掩膜層進(jìn)行刻蝕得到周期性分布的條形窗口區(qū)和底層掩膜區(qū)，得到底層結(jié)構(gòu)；2)在底層結(jié)構(gòu)上沉積介質(zhì)層和頂層掩膜層；3)對(duì)頂層掩膜層進(jìn)行光刻露出“十”字形頂層窗口；其中，頂層窗口與底層窗口相互錯(cuò)開，“十”字形窗口之間為“工”字形頂層掩膜區(qū)；4)腐蝕襯底結(jié)構(gòu)，露出底層掩膜區(qū)和條形窗口；其中，頂層“工”字形頂層掩膜區(qū)包含兩種區(qū)域兩端由介質(zhì)層支撐的區(qū)域與中間無(wú)介質(zhì)層的懸空區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述底層掩膜層為SiNx、頂層掩膜層為SiNx、 介質(zhì)層為Si02。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于首先對(duì)所選襯底進(jìn)行清洗和干燥處理， 然后采用LPCVD方法在所選襯底表面沉積底層SiNx掩膜，然后用常規(guī)光刻方法結(jié)合AOE刻蝕，開出條形窗口，露出所選襯底。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述條形窗口寬度為1 2μπι，周期為 18 μ m ；所述“十”字形窗口寬度為2 4 μ m，周期為18 μ m ；所述襯底為藍(lán)寶石襯底，所述底層 SiNx 為 lOOnm、頂層 SiNx 為 200nm、SiO2 高度為 200nm。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟2)中使用PECVD在底層結(jié)構(gòu)上先后沉積SW2薄膜和頂層SiNx薄膜；使用BOE腐蝕SW2薄膜。
9.一種基于權(quán)利要求1所述選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)的外延層生長(zhǎng)方法，其步驟為1)在襯底結(jié)構(gòu)的底層條形窗口底部生長(zhǎng)一緩沖層；2)在所述條形窗口內(nèi)、所述緩沖層上進(jìn)行外延層垂直生長(zhǎng)，當(dāng)外延層生長(zhǎng)陣面越過(guò)底層掩膜后同時(shí)進(jìn)行側(cè)向生長(zhǎng)，且側(cè)向生長(zhǎng)速度大于垂直方向生長(zhǎng)速度；3)當(dāng)外延層在溝道內(nèi)的側(cè)向延伸距離接近底層掩膜區(qū)寬度時(shí)，垂直方向生長(zhǎng)速度大于側(cè)向生長(zhǎng)速度直至外延層生長(zhǎng)陣面露出頂層窗口；4)控制外延層側(cè)向生長(zhǎng)速度大于垂直方向生長(zhǎng)速度，進(jìn)行外延層生長(zhǎng)，直至外延層陣面在相鄰頂層窗口的頂層掩膜區(qū)上接觸并融合，得到連續(xù)平整的外延層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述緩沖層材料為不會(huì)在底層掩膜上成核的材料。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于當(dāng)外延層生長(zhǎng)陣面越過(guò)底層掩膜后同時(shí)進(jìn)行側(cè)向生長(zhǎng)時(shí)；對(duì)于有介質(zhì)層覆蓋的底層掩膜區(qū)，側(cè)向外延只沿一個(gè)方向進(jìn)行生長(zhǎng)，對(duì)于無(wú)介質(zhì)層的懸空區(qū)域，側(cè)向外延沿兩相反方向同時(shí)進(jìn)行生長(zhǎng)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述底層掩膜層為SiNx、頂層掩膜層為 SiNx、介質(zhì)層為Si02。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種選區(qū)異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)及其制備和外延層生長(zhǎng)方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。本襯底結(jié)構(gòu)包括一襯底，襯底上依次設(shè)有底層掩膜層、頂層掩膜層；其中，底層掩膜層設(shè)有周期性分布的條形窗口，頂層掩膜層上設(shè)有周期性分布的“十”字形窗口，“十”字形窗口之間為“工”字形頂層掩膜區(qū)；頂層的“工”字形頂層掩膜區(qū)兩端通過(guò)分立的介質(zhì)層與底層掩膜層的條形掩膜區(qū)連接；頂層“十”字形窗口與底層條形窗口相互錯(cuò)開。本發(fā)明同時(shí)提供了該襯底結(jié)構(gòu)的制備方法以及基于該結(jié)構(gòu)的外延層生長(zhǎng)方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種一步法異質(zhì)外延的襯底結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了生長(zhǎng)工序，同時(shí)提高了無(wú)位錯(cuò)外延膜的有效寬度，更具有使用價(jià)值。
文檔編號(hào)C30B25/18GK102492986SQ201110397590
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者劉培基, 張國(guó)義, 李丁, 李磊, 楊志堅(jiān), 胡曉東, 謝亞宏, 賀永發(fā) 申請(qǐng)人:北京大學(xué)