一种外延层的横向外延生长方法

本发明涉及外延生长，尤其涉及一种外延层的横向外延生长方法。

背景技术：

1、目前，在单晶衬底上外延生长外延层时的主要问题在于当两者材料之间的晶格常数存在差异时会导致外延层中产生高密度的穿透位错。例如，在单晶硅衬底上外延生长单晶锗时由于硅和锗之间的晶格常数存在4.2％的差异会导致锗外延层中产生高密度的穿透位错。目前降低位错密度的关键技术之一是横向外延，即通过在单晶衬底(例如，硅基底)上生长一层掩膜材料(如二氧化硅)并刻蚀出特定的图形窗口，再进行外延生长，由于外延层材料(例如，锗)在掩膜上的形核能较大，因此外延层材料(例如，锗)仅在窗口处生长，并在外延层厚度超过掩膜厚度之后开始逐渐横向扩张，最后形成覆盖在掩膜上的连续外延层(例如，锗外延层)。在实际应用中，对外延层的厚度、晶体质量都存在特定的需求。外延层的厚度取决于横向外延生长的速度以及生长时间。因此，调控横向外延生长过程中横向外延生长的速度具有重要意义。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种外延层的横向外延生长方法，旨在能够实现调控外延层横向外延生长时的生长速度使得外延层的厚度满足特定需求并提高外延层晶体质量。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种外延层的横向外延生长方法，其中，包括步骤：

4、提供单晶衬底，所述单晶衬底具有第一晶向；

5、在所述单晶衬底上形成掩膜板，使得所述掩膜板包括开口窗口和位于所述开口窗口中的掩膜条；所述掩膜条的某一边与所述第一晶向之间的夹角为θ，在与所述掩膜条的某一边成预设角度的方向上，所述掩膜条的宽度为d；

6、通过调控θ和/或d的值调控横向外延生长外延层时的生长速度，在含有掩膜板的单晶衬底上横向外延生长得到外延层。

7、可选地，θ＝0～45°。

8、可选地，通过调控d的值逐渐减小使得横向外延生长外延层时的生长速度逐渐增大。

9、可选地，所述在所述单晶衬底上形成掩膜板，使得所述掩膜板包括开口窗口和位于所述开口窗口中的掩膜条的步骤具体包括：

10、在所述单晶衬底上形成掩膜板材料层；

11、通过光刻蚀、湿法刻蚀或干法刻蚀在所述掩膜板材料层中刻蚀出开口窗口和位于所述开口窗口中的掩膜条。

12、可选地，所述掩膜板材料层中的掩膜板材料包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种。

13、可选地，所述横向外延生长外延层时采用的方法包括化学气相沉积法、分子束外延法中的一种。

14、可选地，所述在所述含有掩膜板的单晶衬底上横向外延生长得到外延层的步骤具体包括：

15、在所述含有掩膜板的单晶衬底上生长一层厚度小于掩膜板厚度的过渡层，然后在所述过渡层上横向外延生长得到外延层。

16、可选地，所述单晶衬底由单晶衬底材料构成，所述单晶衬底材料包括单晶硅、单晶砷化镓、单晶氮化镓、单晶磷化铟、单晶锗中的至少一种。

17、可选地，所述外延层由外延层材料构成，所述外延层材料的晶格常数为单晶衬底材料晶格常数的95％～105％。

18、可选地，所述单晶衬底为单晶硅衬底，所述第一晶向为[110]晶向，所述掩膜板材料为二氧化硅，所述外延层为锗外延层。

19、有益效果：本发明提供一种横向外延生长速度可调的外延层的生长方法，通过调控θ和/或d的值实现横向外延生长外延层时生长速度的调控，能够使得外延层的厚度满足特定需求。同时本发明实施例提供的横向外延生长方法能够实现衬底材料与外延层材料的晶格适配差异较大时的高质量外延。

技术特征：

1.一种外延层的横向外延生长方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的横向外延生长方法，其特征在于，θ＝0～45°。

3.根据权利要求1所述的横向外延生长方法，其特征在于，通过调控d的值逐渐减小使得横向外延生长外延层时的生长速度逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的横向外延生长方法，其特征在于，所述在所述单晶衬底上形成掩膜板，使得所述掩膜板包括开口窗口和位于所述开口窗口中的掩膜条的步骤具体包括：

5.根据权利要求1所述的横向外延生长方法，其特征在于，所述掩膜板材料层中的掩膜板材料包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种。

6.根据权利要求1所述的横向外延生长方法，其特征在于，所述横向外延生长外延层时采用的方法包括化学气相沉积法、分子束外延法中的一种。

7.根据权利要求1所述的横向外延生长方法，其特征在于，所述在所述含有掩膜板的单晶衬底上横向外延生长得到外延层的步骤具体包括：

8.根据权利要求1所述的横向外延生长方法，其特征在于，所述单晶衬底由单晶衬底材料构成，所述单晶衬底材料包括单晶硅、单晶砷化镓、单晶氮化镓、单晶磷化铟、单晶锗中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的横向外延生长方法，其特征在于，所述外延层由外延层材料构成，所述外延层材料的晶格常数为单晶衬底材料晶格常数的95％～105％。

10.根据权利要求9所述的横向外延生长方法，其特征在于，所述单晶衬底为单晶硅衬底，所述第一晶向为[110]晶向，所述掩膜板材料为二氧化硅，所述外延层为锗外延层。

技术总结
本发明公开一种外延层的横向外延生长方法，包括步骤：提供单晶衬底，所述单晶衬底具有第一晶向；在所述单晶衬底上形成掩膜板，使得所述掩膜板包括开口窗口和位于所述开口窗口中的掩膜条；所述掩膜条的某一边与所述第一晶向之间的夹角为θ，在与所述掩膜条的某一边成预设角度的方向上，所述掩膜条的宽度为d；通过调控θ和/或d的值调控横向外延生长外延层时的生长速度，在含有掩膜板的单晶衬底上横向外延生长得到外延层。本发明通过调控θ和/或d的值实现横向外延生长外延层时生长速度的调控，使得外延层的厚度能够满足特定需求。同时本发明提供的横向外延生长方法能够实现衬底材料与外延层材料的晶格适配差异较大时的高质量外延。

技术研发人员：温瑞涛,张亦文,朱莹,李博文
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22