自调整晶面晶向生长的3D微曲外延功能结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体外延，更具体地说，涉及一种自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构及其制备方法。

背景技术：

1、随着科技的不断进步，对新型器件的需求也在不断增加。复杂芯片器件结构层，通常有很多不同结构功能层，需要芯片器件制成后继续进行材料生长，合成其他功能层，例如先mocvd(金属有机化合物化学气相沉积)高温(大于1000℃)外延工艺生长外延结构层，再低温(小于900℃)环境生长芯片结构层，再接着mocvd高温(大于1000℃)外延工艺生长外延结构层，再低温(小于900℃)环境生长芯片结构层，涉及多次外延合成工艺，这个过程中因第一次外延结构中存在钝化层、金属层结构不耐高温，在生长完芯片结构之后如果再采用mocvd高温外延工艺会破坏整个芯片结构，存在多次外延兼容性问题。

2、另外现有芯片器件结构大都有层状薄膜外延结构，即使通过选择性生长改变晶体层的三维形状，从量子阱层发出的光仍有折射角，出光效率有损失。因此，对于复杂的3d复合微曲结构，及后续复杂的芯片设计，存在较大的限制，不能进行多次外延的复杂器件结构设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构及其制备方法，以解决制备复杂芯片器件时芯片工艺与外延工艺的兼容性问题，以及生长复杂3d微曲外延功能结构。为解决上述技术问题，本发明提供一种自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构的制备方法，包括：

2、s1.提供一基底层，所述基底层自下向上至少依次包括蓝宝石衬底层、第一外延层；

3、s2.在所述基底层上方生长掩膜层；

4、s3.干法刻蚀所述掩膜层，形成间隔分布的凹槽，所述凹槽贯穿掩膜层且底部位于所述基底层上表面；

5、s4.将所述3d微曲外延功能结构放入mocvd(金属有机化合物化学气相沉积)反应器中，400～900℃环境下通入h2(氢气)、nh3(氨气)、n2(氮气)、sc源和过量ga源，生长3d微曲外延结构单元；

6、s5.对所述3d微曲外延结构单元进行涂光刻胶、曝光、显影处理，确定待刻蚀区域；

7、s6.湿法刻蚀所述待刻蚀区域，形成包括一个极性面f3面和两个半极性面f1面的结构；

8、s7.重复执行s4～s6，直至形成上表面光滑的所述3d微曲外延结构单元。

9、在一具体实施方式中，所述ga源流量为10000sccm～100000sccm，所述h2流量为50l～100l/min，所述nh3流量为50l～100l/min，所述n2流量为50l～150l/min。ga源包括tmg(三甲基镓)和teg(三乙基镓)，sc源包括tms(三甲基钪)和teg(三乙基钪)。

10、在一具体实施方式中，还包括通入al源，所述al源流量为50sccm～1000sccm，所述al源组分的mol分子量比例为5％～90％。

11、在一具体实施方式中，所述步骤s7重复执行次数为3～10次。

12、在一具体实施方式中，在所述3d微曲外延结构单元外表面生长附加功能层，所述附加功能层与所述3d微曲外延结构单元构成异质结超晶格多量子阱结构层或沟道层。

13、在一具体实施方式中，所述sc源组分的mol分子量比例为5％～30％。

14、基于同一发明构思，本发明还提供一种自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构，包括：

15、基底层，所述基底层自下向上至少依次包括蓝宝石衬底层、第一外延层；

16、掩膜层位于所述基底层的上方；

17、所述掩膜层上设置有间隔分布的凹槽，所述凹槽贯穿掩膜层且露出所述基底层上表面；

18、多个3d微曲外延结构单元，每个所述3d微曲外延结构单元底层部分填充对应的所述凹槽，上表面为光滑的3d微曲结构，每个所述3d微曲外延结构单元与所述掩膜层部分上表面接触。

19、在一具体实施方式中，所述掩膜层材质为aln或sin，所述3d微曲外延结构单元材质为scgan或scalgan及其超晶格结构。

20、在一具体实施方式中，还包括附加功能层，所述附加功能层覆盖所述3d微曲外延结构单元，并与所述3d微曲外延结构单元构成异质结超晶格多量子阱结构或沟道层。

21、在一具体实施方式中，所述3d微曲外延结构单元自所述凹槽底部至所述上表面顶部垂直方向的高度为1μm～7μm。

22、在一具体实施方式中，所述3d微曲外延结构单元曲率为1000r～1800r。

23、与现有技术相比，本发明提出一种自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构，其有益效果至少包括：

24、1、mocvd生长3d微曲外延结构单元，通过通入过量的ga源，用作表面活性剂或表面润滑剂，与半极性面结合，实现选择性生长scgan(钪镓氮)薄膜，同时结合sc源组分调节湿法刻蚀下晶面的晶向角度，多次外延，以保证多次外延后上表面足够光滑，提升了曲面质量；

25、2、芯片生长完之后可以在芯片上继续外延生长需要的结构，实现了芯片工艺向外延工艺的兼容性，为复杂结构的实现提供了技术上的可行性；

26、3、400～900℃低温生长3d微曲外延结构单元，采用scgan及其超晶格结构，晶格匹配度、热匹配度好，且不存在传统方式因钝化层、金属层结构不耐高温，无法多次外延的情况。

27、有益效果进一步还包括：

28、1、scgan/scalgan合金层，天然耐受强酸腐蚀，根据组分的不同，可以自行调控其耐腐蚀度，是极佳垂直结构中的外延关键湿法刻蚀的自停止层材料，结合通入过量的ga源，多次外延生长成表面光滑的3d微曲外延功能结构。特别适合制作含有3d微曲结构的高频、高功率的gan垂直类hemt器件；

29、2、结构调控，根据具体应用需求继续生长附加功能层，3d微曲外延功能结构适用于micro led，所生长的异质结超晶格多量子阱结构层，从量子阱发出的光处处为垂直法向发光，出光效率可以接近理论值100％，大大提高出光效率；

30、3、获得的3d微曲外延结构单元曲率较小，完全满足现有市场曲面屏对曲率的设计要求。

技术特征：

1.一种自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构的制备方法，其特征在于，所述ga源流量为10000sccm～100000sccm，所述h2流量为50l～100l/min，所述nh3流量为50l～100l/min，所述n2流量为50l～150l/min。

3.根据权利要求2所述的自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构的制备方法，其特征在于，还包括通入al源，所述al源流量为50sccm～1000sccm，所述al源组分的mol分子量比例为5％～90％。

4.根据权利要求2或3所述的自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构的制备方法，其特征在于，所述步骤s7重复执行次数为3～10次。

5.根据权利要求4所述的自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构的制备方法，其特征在于，在所述3d微曲外延结构单元外表面生长附加功能层，所述附加功能层与所述3d微曲外延结构单元构成异质结超晶格多量子阱结构层或沟道层。

6.根据权利要求1所述的自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构的制备方法，其特征在于，所述sc源组分的mol分子量比例为5％～30％。

7.一种自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构，其特征在于，所述掩膜层材质为aln或sin，所述3d微曲外延结构单元材质为scgan或scalgan及其超晶格结构。

9.根据权利要求7所述的自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构，其特征在于，还包括附加功能层，所述附加功能层覆盖所述3d微曲外延结构单元，并与所述3d微曲外延结构单元构成异质结超晶格多量子阱结构或沟道层。

10.根据权利要求7所述的自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构，其特征在于，所述3d微曲外延结构单元自所述凹槽底部至所述上表面顶部垂直方向的高度为1μm～7μm。

11.根据权利要求10所述的自调整晶面晶向生长的3d微曲外延功能结构，其特征在于，所述3d微曲外延结构单元曲率为1000r～1800r。

技术总结
本发明公开了一种自调整晶面晶向生长的3D微曲外延功能结构及其制备方法。该功能结构包括基底层，所述基底层自下向上至少依次包括蓝宝石衬底层、第一外延层；掩膜层位于所述基底层的上方；所述掩膜层上设置有间隔分布的凹槽，所述凹槽贯穿掩膜层且露出所述基底层上表面；多个3D微曲外延结构单元，每个所述3D微曲外延结构单元底层部分填充对应的所述凹槽，上表面为光滑的3D微曲结构，每个所述3D微曲外延结构单元与所述掩膜层部分上表面接触。通过通入过量的Ga源，同时结合Sc源组分调节湿法刻蚀下晶面的晶向角度，多次外延，形成3D微曲外延功能结构,实现了芯片向外延工艺的兼容性，为复杂结构的实现提供了技术上的可行性。

技术研发人员：倪贤锋,范谦
受保护的技术使用者：苏州汉骅半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29