CN117364235B - 选区外延生长方法及其中使用的掩膜结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种选区外延生长方法及其中使用的掩膜结构，涉及半导体激光器的技术领域，选区外延生长方法括：步骤S1.提供一外延片；步骤S2.在外延片上形成一次外延层；步骤S3.在一次外延层上制备掩膜层；或者，先制备掩膜层，再将掩膜层设置于一次外延层上；其中，掩膜层的制备包括步骤：步骤S31.提供一层体；步骤S32.在层体上形成贯通其上下表面的选区刻蚀通道；步骤S33.在层体的上表面形成向下延伸的收集槽；收集槽位于选区刻蚀通道的周向外侧，且收集槽的深度小于掩膜层的厚度；步骤S4.利用带有收集槽的掩膜层形成二次外延层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其是涉及一种选区外延生长方法及其中使用的掩膜结构。
背景技术
选择区域外延生长（SAG）技术在半导体外延生长和器件制造领域都有着广泛的应用。
在一般选区外延生长中，首先使用PECVD进行镀膜，然后通过匀胶曝光显影刻蚀步骤，对需生长区域进行去除掩膜，然后直接生长外延结构。
如图1所示，这种方式存在的问题在于靠近掩膜区域的选区生长区域，会出现尖峰生长，其生长厚度显著高于选区内的中心高度，其原因是反应物从掩膜上横向迁移至选区边缘所致。
发明内容
本发明的目的在于提供一种选区外延生长方法及其中使用的掩膜结构，以缓解现有选区外延形成过程中出现尖峰的技术问题。
第一方面，本发明提供的一种选区外延生长方法，包括：
步骤S1.提供一外延片；
步骤S2.在所述外延片上形成一次外延层；
步骤S3.在所述一次外延层上制备掩膜层；或者，先制备掩膜层，再将所述掩膜层设置于一次外延层上；
其中，所述掩膜层的制备包括步骤：步骤S31.提供一层体；步骤S32.在所述层体上形成贯通其上下表面的选区刻蚀通道；步骤S33.在所述层体的上表面形成向下延伸的收集槽；所述收集槽位于所述选区刻蚀通道的周向外侧，且所述收集槽的深度小于掩膜层的厚度；
步骤S4.利用带有所述收集槽的所述掩膜层形成二次外延层。
进一步的，所述步骤S32包括：通过光刻方式，利用带有第一刻蚀通道的第一掩模件，在所述层体上刻蚀得到所述选区刻蚀通道。
进一步的，所述步骤S32具体包括：
步骤S321. 在所述层体上形成第一光刻胶层；
步骤S322.通过曝光显影在所述第一光刻胶层上形成贯通其上下表面的所述第一刻蚀通道；
步骤S323.通过所述第一刻蚀通道在所述层体上刻蚀得到所述选区刻蚀通道。
进一步的，所述步骤S32中还包括：
步骤S324.去除所述第一光刻胶层。
进一步的，所述步骤S33包括：
通过光刻方式，利用带有第二刻蚀通道的第二掩模件，在所述层体上刻蚀得到所述收集槽；
其中，所述第二掩模件上与每一个所述选区刻蚀通道上下对应的部分的周向外侧均设置有所述第二刻蚀通道。
进一步的，所述步骤S33具体包括：
步骤S331.在所述层体的上表面形成第二光刻胶层，且所述第二光刻胶层充满所述选区刻蚀通道；
步骤S332. 通过曝光显影在所述第二光刻胶层上形成贯通其上下表面的第二刻蚀通道；
步骤S333. 通过所述第二刻蚀通道在所述层体上刻蚀得到所述收集槽；
步骤S334.去除所述第二光刻胶层。
进一步的，还包括：
步骤S5.去除所述掩膜层；
步骤S6.在所述一次外延层上形成覆盖所述二次外延层的三次外延层。
进一步的，所述收集槽的横截面的形状为矩形或者倒三角形；
和/或，所述收集槽的内底面与内侧壁圆弧过度，以使所述收集槽的内底面与内侧壁形成弧面。
第二方面，本发明提供的一种选区外延形成中使用的掩膜结构，所述掩膜结构应用于上述的选区外延生长方法中，包括：
板体，所述板体上设置有贯通其上下表面的选区刻蚀通道；
所述板体的上表面设置有向下延伸的收集槽；所述收集槽位于所述选区刻蚀通道的周向外侧，且所述收集槽的深度小于所述板体的厚度。
第三方面，本发明提供的一种选区外延形成中使用的掩膜结构，所述掩膜结构应用于上述的选区外延生长方法中，包括：
板体，所述板体上设置有贯通其上下表面的选区刻蚀通道；
所述板体的上表面设置有向上延伸的挡板；所述挡板位于所述选区刻蚀通道的周向外侧。
本发明至少具备以下优点或有益效果：
本发明提供的选区外延生长方法包括：步骤S1.提供一外延片；步骤S2.在所述外延片上形成一次外延层；步骤S3.在所述一次外延层上制备掩膜层；或者，先制备掩膜层，再将所述掩膜层设置于一次外延层上；其中，所述掩膜层的制备包括步骤：步骤S31.提供一层体；步骤S32.在所述层体上形成贯通其上下表面的选区刻蚀通道；步骤S33.在所述层体的上表面形成向下延伸的收集槽；所述收集槽位于所述选区刻蚀通道的周向外侧，且所述收集槽的深度小于掩膜层的厚度；步骤S4.利用带有所述收集槽的所述掩膜层形成二次外延层。
在形成二次外延前，本方案中，在掩膜层上形成收集槽，从而可以在形成二次外延的过程中，原本会滑落到选区刻蚀通道的原子被收集到收集槽内，从而减少了尖峰效应的产生，获得的二次外延层形貌更加的均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中形成选取外延的示意图；
图2为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S3的示意图；
图3为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S321的示意图；
图4为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S322的示意图；
图5为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S323的示意图；
图6为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S324的示意图；
图7为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S331的示意图；
图8为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S332的示意图；
图9为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S333的示意图；
图10为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S334的示意图；
图11为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S4的示意图；
图12为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S5的示意图；
图13为本发明实施例提供的选区外延生长方法中步骤S6的示意图；
图14为本发明实施例提供的选区外延生长方法中收集槽的横截面的为倒三角的示意图；
图15为本发明实施例提供的选区外延生长方法中收集槽的横截面的为弧形的示意图。
图标：1-外延片；2-一次外延层；3-层体；31-选区刻蚀通道；32-第一光刻胶层；33-第一刻蚀通道；34-收集槽；35-第二光刻胶层；36-第二刻蚀通道；4-二次外延层；5-三次外延层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供的选区外延生长方法可以应用在制备EML激光器、DFB分布式反馈激光器，或其他需要选区外延生长的器件结构。
选区外延生长方法包括：步骤S1.提供一外延片1。步骤S2.利用MOCVD设备在外延片1上形成一次外延层2。步骤S3.可以在一次外延层2上形成掩膜层，掩膜层的材料为二氧化硅，掩膜层的厚度L4大致为300nm。如图2所示；又或者可以先制备得到上述的掩模层，然后将其与带有一次外延层2的外延片1结合。
本实施例中，采用直接在一次外延层2上制备掩膜层的方式。
具体的，掩膜层的制备方式包括：
步骤S31.提供一层体3，可以将层体3设置在一次外延层2的上表面，层体3的材料可以为二氧化硅。
步骤S32.在所述层体3上形成贯通其上下表面的选区刻蚀通道31，其中，层体3上的选区刻蚀通道31可以通过光刻手段实现，可以具体包括：步骤S321.可以通过匀胶机在层体3的上表面形成第一光刻胶层32，如图3所示。步骤S322.然后使用对应的第一掩膜件，通过曝光显影在第一光刻胶层32上形成贯通其上下表面的第一刻蚀通道33，如图4所示。步骤S323.可以采用干法刻蚀的方式，通过第一刻蚀通道33在层体3上刻蚀得到选区刻蚀通道31，如图5所示，其中，选区刻蚀通道31的宽度L2的取值范围为0.05um-2um，相邻两个选区刻蚀通道31的间距L1的取值范围为5um-500um。
掩膜层的制备方式还包括：步骤S33.在所述层体3的上表面形成向下延伸的收集槽34；所述收集槽34位于所述选区刻蚀通道31的周向外侧，且所述收集槽34的深度小于掩膜层的厚度。收集槽34的形成方式也可以采用光刻实现，具体的，所述步骤S33具体包括：步骤S331.通过匀胶机，在层体3的上表面形成第二光刻胶层35，在形成过程中，胶会流入到选区刻蚀通道31内，从而使第二光刻胶层35充满选区刻蚀通道31，如图7所示。步骤S332. 利用对应的第二掩膜件，通过曝光显影在第二光刻胶层35上形成贯通其上下表面的第二刻蚀通道36。所述第二光刻胶层35上与每一个选区刻蚀通道31上下对应的部分的周向外侧均设置有所述第二刻蚀通道36，也就是说，选区刻蚀通道31的位置和第二刻蚀通道36错位设置，通过该第二刻蚀通过刻蚀得到的收集槽34才会与选区刻蚀通道31交替排列，如图8所示。步骤S333. 利用干法刻蚀，通过第二刻蚀通道36在层体3上刻蚀得到收集槽34，如图9所示。步骤S334.去除第二光刻胶层35，为后续步骤做准备，如图10所示。
选区外延生长方法还包括：步骤S4.利用带有收集槽34的掩膜层形成二次外延层4，二次外延层4的厚度L6的厚度大致为100nm，如图11所示。沉积的In原子是均匀分布的，部分原子进入到收集槽34内，避免堆积过多，原子滑入到选取刻蚀通道内，形成尖峰问题。
在形成二次外延前，本方案中，在掩膜层上形成收集槽34，从而可以在形成二次外延的过程中，原本会滑落到选区刻蚀通道31的原子被收集到收集槽34内，从而减少了尖峰效应的产生，获得的二次外延层4形貌更加的均匀。
在一种可以实施的方案中，所述步骤S32中还包括：步骤S324.去除第一光刻胶层32，然后再进行步骤S33，如图6所示；也可以不去胶，直接进行步骤S33。
方法还包括：步骤S5.去除掩膜层，可以选择含有F离子的溶液，如图12所示。步骤S6.在一次外延层2上形成覆盖二次外延层4的三次外延层5，如图13所示。其中，步骤S5和步骤S6与现有技术实施方式相同。
所述收集槽34的横截面的形状可以为矩形或者倒三角形。
如图14和图15所示。在一种可以实施的方案中，所述收集槽34的横截面的形状为矩形，所述收集槽34的深度L5的取值范围为：200nm-250nm；所述收集槽34的槽壁的宽度L3的取值范围为：1um-10um。
在另一种可以实施的方案中，所述收集槽34的横截面的形状为倒三角形，沿所述收集槽34的深度方向自上而下，所述收集槽34的内侧宽度逐渐减小，所述收集槽34的内侧底部为夹角结构，且角度范围为30°-60°，倾斜的侧壁更容易使原子换落到收集槽34的底部。
在又一种可以实施的方案中，所述收集槽34的内底面与内侧壁圆弧过度，所述收集槽34的内底面与内侧壁连接成一个完成的弧面。
本发明提供的一种选区外延形成中使用的掩膜结构，其中，掩膜结构可以为最终产物，也可以为制备过程中的中间产物。掩膜结构包括：板体，所述板体上设置有贯通其上下表面的选区刻蚀通道31；所述板体的上表面设置有向下延伸的收集槽34；所述收集槽34位于所述选区刻蚀通道31的周向外侧，且所述收集槽34的深度小于板体的厚度。
掩膜结构位于一次外延层2的上方，利用该掩膜结构进行二次外延的形成。在形成二次外延的过程中，原本会滑落到选区刻蚀通道31的原子被收集到收集槽34内，从而减少了尖峰效应的产生，获得的二次外延层4形貌更加的均匀。
另外的，本发明提供的另一种选区外延形成中使用的掩膜结构，包括：板体，所述板体上设置有贯通其上下表面的选区刻蚀通道31；所述板体的上表面设置有向上延伸的挡板；所述挡板位于所述选区刻蚀通道31的周向外侧。与上一种实施方式不同的是，本方案中，不是通过挖槽形成收集槽34，而是通过建立挡板，在掩膜上形成阻挡原子进入到选区刻蚀通道31的阻挡结构，在形成二次外延的过程中，原本会滑落到选区刻蚀通道31的原子被收集到收集槽34内，从而减少了尖峰效应的产生，获得的二次外延层4形貌更加的均匀。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种选区外延生长方法，其特征在于，包括：
步骤S1.提供一外延片（1）；
步骤S2.在所述外延片（1）上形成一次外延层（2）；
步骤S3.在所述一次外延层（2）上制备掩膜层；或者，先制备掩膜层，再将所述掩膜层设置于一次外延层（2）上；
其中，所述掩膜层的制备包括步骤：步骤S31.提供一层体（3）；步骤S32.在所述层体（3）上形成贯通其上下表面的选区刻蚀通道（31）；步骤S33.在所述层体（3）的上表面形成向下延伸的收集槽（34）；所述收集槽（34）位于所述选区刻蚀通道（31）的周向外侧，且所述收集槽（34）的深度小于掩膜层的厚度；
步骤S4.利用带有所述收集槽（34）的所述掩膜层形成二次外延层（4），原本通过横向迁移至选区边缘并滑落到选区刻蚀通道（31）的原子被收集到收集槽（34）内。
2.根据权利要求1所述的选区外延生长方法，其特征在于，所述步骤S32包括步骤：通过光刻方式，利用带有第一刻蚀通道（33）的第一掩模件，在所述层体（3）上刻蚀得到所述选区刻蚀通道（31）。
3.根据权利要求2所述的选区外延生长方法，其特征在于，所述步骤S32具体包括：
步骤S321. 在所述层体（3）上形成第一光刻胶层（32）；
步骤S322.通过曝光显影在所述第一光刻胶层（32）上形成贯通其上下表面的所述第一刻蚀通道（33）；
步骤S323.通过所述第一刻蚀通道（33）在所述层体（3）上刻蚀得到所述选区刻蚀通道（31）。
4.根据权利要求3所述的选区外延生长方法，其特征在于，所述步骤S32中还包括：
步骤S324.去除所述第一光刻胶层（32）。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的选区外延生长方法，其特征在于，所述步骤S33包括：
通过光刻方式，利用带有第二刻蚀通道（36）的第二掩模件，在所述层体（3）上刻蚀得到所述收集槽（34）；
其中，所述第二掩模件上与每一个所述选区刻蚀通道（31）上下对应的部分的周向外侧均设置有所述第二刻蚀通道（36）。
6.根据权利要求5所述的选区外延生长方法，其特征在于，所述步骤S33具体包括：
步骤S331.在所述层体（3）的上表面形成第二光刻胶层（35），且所述第二光刻胶层（35）充满所述选区刻蚀通道（31）；
步骤S332. 通过曝光显影在所述第二光刻胶层（35）上形成贯通其上下表面的第二刻蚀通道（36）；
步骤S333. 通过所述第二刻蚀通道（36）在所述层体（3）上刻蚀得到所述收集槽（34）；
步骤S334.去除所述第二光刻胶层（35）。
7.根据权利要求1所述的选区外延生长方法，其特征在于，还包括：
步骤S5.去除所述掩膜层；
步骤S6.在所述一次外延层（2）上形成覆盖所述二次外延层（4）的三次外延层（5）。
8.根据权利要求1所述的选区外延生长方法，其特征在于，所述收集槽（34）的横截面的形状为矩形或者倒三角形；
和/或，所述收集槽（34）的内底面与内侧壁圆弧过度，以使所述收集槽（34）的内底面与内侧壁形成弧面。
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