[發(fā)明專利]一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011641242.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112820630A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王冰;施裕庚;金運姜;余思遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01S5/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

1.一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.用PECVD在硅(001)襯底上沉積二氧化硅或氮化硅薄膜作為掩膜層；

S2.用二氧化硅或氮化硅作為掩膜層制作出掩膜圖形，選擇濕法腐蝕，利用硅刻蝕速度的各向異性，在掩膜圖形上制作出V型槽或其他形狀可用作外延生長限制區(qū)的圖案，得到圖形化硅襯底；

S3.在圖形化硅襯底上選擇性外延生長三五族半導(dǎo)體材料；

S4.在完成生長的材料表面用PECVD沉積二氧化硅薄膜，將外延生長的三五族材料完全覆蓋，并進(jìn)行必要的熱處理與CMP表面平整化；

S5.通過鍵合將生長的三五族半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)移到另一個硅(001)襯底上，將三五族外延層缺陷密度最高的底部反轉(zhuǎn)過來；

S6.去除原硅(001)襯底及原V型槽底部的高缺陷密度三五族半導(dǎo)體，使三五族外延層中質(zhì)量最高的部分保存下來；

S7.以保留在硅上的高質(zhì)量的三五族外延部分為襯底，外延生長激光器器件結(jié)構(gòu)，或外延生長成大面積的薄膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，所述掩膜圖形為菱形或圓形，所述掩膜圖形通過掩膜圖形參數(shù)確定，所述掩膜圖形參數(shù)包括：形狀、尺寸、深寬比。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，所述V型槽內(nèi)表面具有雙原子臺階，能夠抑制反相疇的形成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，所述三五族半導(dǎo)體材料為鎵砷或銦磷或與二者之一晶格匹配的三五族半導(dǎo)體材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，用掃描或透射電鏡等表征三五族材料的生長速度的各向異性，通過優(yōu)化生長的壓力、溫度、五三比，控制生長的材料的形狀和質(zhì)量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，步驟S6的具體過程為：用機(jī)械減薄和濕法化學(xué)腐蝕去除掉原硅(001)襯底，將位錯缺陷密度較高的三五族半導(dǎo)體外延層的底部暴露出來。然后利用化學(xué)機(jī)械磨拋，通過優(yōu)化CMP的參數(shù)與拋光液，將三五族的高密度缺陷的底部部分磨拋掉，保留高質(zhì)量的材料部分。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，步驟S7的具體過程為：以得到的高質(zhì)量的硅基三五族半導(dǎo)體為襯底，繼續(xù)外延生長激光器器件層以實現(xiàn)高質(zhì)量的硅基三五族半導(dǎo)體激光器；或繼續(xù)外延生長與之晶格匹配的三五族半導(dǎo)體外延層。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，所述濕法腐蝕為KOH溶液濕法腐蝕或TMAH溶液濕法腐蝕。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，利用電子束曝光和干法刻蝕在掩膜層中制作出掩膜圖形。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低硅基異質(zhì)外延生長三五族半導(dǎo)體中位錯缺陷密度的方法，其特征在于，步驟S3所述的在圖形化硅襯底上選擇性外延生長三五族半導(dǎo)體材料，是利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積或分子束外延設(shè)備或其他的三五族半導(dǎo)體外延生長設(shè)備在圖形化硅襯底上選擇性外延生長三五族半導(dǎo)體材料。