一種硅基復(fù)合襯底的外延方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硅基復(fù)合襯底的外延方法，具體包括以下步驟：在硅片上外延碲化鎘形成硅基復(fù)合襯底；在分子束外延系統(tǒng)的腔室中，在碲束流的保護(hù)下，對(duì)硅基復(fù)合襯底進(jìn)行高低溫退火，高低溫退火包括升溫過(guò)程和降溫過(guò)程。借助于本發(fā)明的技術(shù)方案，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜，對(duì)材料尺寸要求高，工藝條件不易控制的問(wèn)題，能夠提高硅基復(fù)合襯底的材料質(zhì)量，通過(guò)FWHM和EPD表征，本發(fā)明實(shí)施例的方法得到的硅基復(fù)合襯底與現(xiàn)有技術(shù)中的原生的硅基復(fù)合襯底相比，在表面粗糙度、晶體質(zhì)量等方面均對(duì)有較大提升。
【專利說(shuō)明】
一種硅基復(fù)合襯底的外延方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，特別涉及一種娃基復(fù)合襯底的外延方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高質(zhì)量的碲鎘汞(HgCdTe)薄膜材料是制備高性能碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器的基礎(chǔ)。隨著第三代HgCdTe紅外焦平面技術(shù)向著大規(guī)模、雙多色、低成本方向發(fā)展，分子束外延Si基HgCdTe材料優(yōu)勢(shì)凸顯。分子束外延Si基HgCdTe材料需要先在Si晶片上外延一層碲化鎘(CdTe)材料形成Si基復(fù)合襯底，再在該襯底上外延HgCdTe材料，然而Si與CdTe材料之間高達(dá)19.3%的大晶格失配所導(dǎo)致的外延層晶體質(zhì)量問(wèn)題是Si襯底上制備CdTe復(fù)合襯底材料的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。一般而言，解決該問(wèn)題有增加緩沖層，在CdTe外延過(guò)程中加入周期性退火等外延工藝方法可以優(yōu)化外延材料的質(zhì)量。另外，外延材料完成后，在腔室外，即非在線(ex-situ)條件下的退火工藝也可以提高材料質(zhì)量。
[0003]Si與CdTe材料之間高達(dá)19.3%的大晶格失配所導(dǎo)致的外延層晶體質(zhì)量問(wèn)題是Si襯底上制備CdTe復(fù)合襯底材料的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。雖然在材料外延過(guò)程中有增加緩沖層，周期性退火等工藝方法可以優(yōu)化材料質(zhì)量，但是與碲鋅鎘(CdZnTe)襯底相比，外延材料依然存在較大的優(yōu)化空間。另外，非在線的退火工藝雖然可以進(jìn)一步提高材料質(zhì)量，但是其存在工藝復(fù)雜，對(duì)材料尺寸要求高，工藝條件不易控制等不利因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的一種硅基復(fù)合襯底的外延方法。
[0005]本發(fā)明提供的一種硅基復(fù)合襯底的外延方法，包括以下步驟:
[0006]在硅片上外延碲化鎘形成硅基復(fù)合襯底；
[0007]在分子束外延系統(tǒng)的腔室中，在碲束流的保護(hù)下，對(duì)所述硅基復(fù)合襯底進(jìn)行高低溫退火，所述高低溫退火包括升溫過(guò)程和降溫過(guò)程。
[0008]本發(fā)明有益效果如下:
[0009]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在形成硅基復(fù)合襯底之后，額外增加一種在線的高低溫退火，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜，對(duì)材料尺寸要求高，工藝條件不易控制的問(wèn)題，能夠提高硅基復(fù)合襯底的材料質(zhì)量，通過(guò)FWHM和EH)表征，本發(fā)明實(shí)施例的方法得到的硅基復(fù)合襯底與現(xiàn)有技術(shù)中的非在線條件下的退火工藝得到的硅基復(fù)合襯底相比，在表面粗糙度、晶體質(zhì)量等方面均對(duì)有較大提升。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的硅基復(fù)合襯底的外延方法的流程圖；
[0011]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的高低溫退火的升溫過(guò)程和降溫過(guò)程示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的高低溫退火的升溫過(guò)程和降溫過(guò)程示意圖；
[0013]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的升溫過(guò)程和降溫過(guò)程交替進(jìn)行的示意圖；
[0014]圖5是本發(fā)明實(shí)施例實(shí)例I的硅基復(fù)合襯底的外延方法的流程圖；
[0015]圖6是通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例實(shí)例I得到的硅基復(fù)合襯底的EPDSEM照片；
[0016]圖7是沒(méi)有經(jīng)過(guò)在線高低溫退火得到的硅基復(fù)合襯底的EPDSEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的工藝復(fù)雜，對(duì)材料尺寸要求高，工藝條件不易控制的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種硅基復(fù)合襯底的外延方法，以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種硅基復(fù)合襯底的外延方法，圖1是本發(fā)明實(shí)施例的硅基復(fù)合襯底的外延方法的流程圖，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的硅基復(fù)合襯底的外延方法，包括如下處理:
[0019]步驟101，在硅片上外延碲化鎘形成硅基復(fù)合襯底。
[0020]具體的，在硅片上外延碲化鎘形成硅基復(fù)合襯底包括以下步驟:
[0021 ]對(duì)硅片進(jìn)行濕化學(xué)清洗并形成氧化層；
[0022]將形成氧化層的硅片在分子束外延系統(tǒng)內(nèi)加熱，脫附所述氧化層，形成裸硅；
[0023]在降溫過(guò)程中對(duì)所述裸硅進(jìn)行砷鈍化、碲鈍化、及生長(zhǎng)碲化鋅緩沖層(使用MEE一一分子迀移增強(qiáng)外延技術(shù)外延)；
[0024]在碲化鋅緩沖層上生長(zhǎng)碲化鎘襯底層，形成硅基復(fù)合襯底。
[0025]步驟102，在分子束外延系統(tǒng)的腔室中，在碲束流的保護(hù)下，對(duì)所述硅基復(fù)合襯底進(jìn)行高低溫退火，所述高低溫退火包括升溫過(guò)程和降溫過(guò)程。
[0026]實(shí)際使用過(guò)程中，碲保護(hù)束流等效壓強(qiáng)，高低溫退火溫度、時(shí)間和周期數(shù)可按照實(shí)際需要有所調(diào)整，并不限于以上描述的具體參數(shù)。
[0027]所述高低溫退火的形式是多種的，例如升溫過(guò)程可以是分段的:升高一定溫度并保持一定時(shí)間，接著繼續(xù)升高溫度并保持一定時(shí)間，可升高N個(gè)溫度并保持后再降溫；同樣的降溫過(guò)程也可以是分段的:降低一定溫度并保持一定時(shí)間，然后繼續(xù)降溫并保持一定時(shí)間，可降低N個(gè)溫度并保持一定時(shí)間后再進(jìn)行下一步的工藝；當(dāng)然退火工藝也可以升溫降溫交錯(cuò)進(jìn)行。升溫或降溫的溫度差可以不同，保持時(shí)間(包含O)也可以不同。
[0028]具體的，升溫過(guò)程I具體包括以下步驟:
[0029]將所述硅基復(fù)合襯底直接升溫至預(yù)設(shè)溫度并保持預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0030]所述升溫過(guò)程2具體包括以下步驟:
[0031 ]步驟1:將所述硅基復(fù)合襯底升溫至第一升溫中間溫度保持第一升溫預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0032]步驟2:繼續(xù)將硅基復(fù)合襯底升溫至第二升溫中間溫度保持第二升溫預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0033]步驟3:重復(fù)步驟2，直到升溫至預(yù)設(shè)溫度并保持預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0034]具體的，所述降溫過(guò)程I具體包括以下步驟:
[0035]將在預(yù)設(shè)溫度保持預(yù)設(shè)時(shí)間的硅基復(fù)合襯底由預(yù)設(shè)溫度直接降至室溫。
[0036]所述降溫過(guò)程2具體包括以下步驟:
[0037]步驟4:將在預(yù)設(shè)溫度保持預(yù)設(shè)時(shí)間的硅基復(fù)合襯底由預(yù)設(shè)溫度降溫至第一降溫中間溫度并保持第一降溫預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0038]步驟5:繼續(xù)將硅基復(fù)合襯底降溫至第二降溫中間溫度保持第二降溫預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0039]步驟6:重復(fù)步驟5，直到降至室溫。
[0040]所述升溫過(guò)程和降溫過(guò)程可以有不同的組合方式，圖2是本發(fā)明實(shí)施例的高低溫退火的升溫過(guò)程和降溫過(guò)程示意圖(升溫過(guò)程1+降溫過(guò)程2);圖3是本發(fā)明實(shí)施例的高低溫退火的升溫過(guò)程和降溫過(guò)程示意圖(升溫過(guò)程2+降溫過(guò)程I)。
[0041]另外，所述升溫過(guò)程和降溫過(guò)程還可以交替進(jìn)行，圖4是本發(fā)明實(shí)施例的升溫過(guò)程和降溫過(guò)程交替進(jìn)行的示意圖。具體的，所述升溫過(guò)程和降溫過(guò)程交替進(jìn)行具體包括以下步驟:
[0042]以一個(gè)升溫過(guò)程和一個(gè)降溫過(guò)程為一個(gè)周期，所述高低溫退火包括多個(gè)周期，其中，一個(gè)周期具體為:將所述硅基復(fù)合襯底升溫至350-600°C，保溫0-30min，然后降溫至200-400 0C，保溫0_30min。
[0043]本發(fā)明實(shí)施例的硅基復(fù)合襯底的外延方法與現(xiàn)有技術(shù)中的非在線退火工藝相比，具有如下優(yōu)勢(shì):
[0044](I)可在線直接對(duì)整片襯底進(jìn)行退火，提高工藝效率同時(shí)避免系統(tǒng)外二
[0045]次污染；
[0046](2)束流保護(hù)充分可調(diào)，在合理的退火條件下可以降低表面的粗糙度；
[0047](3)退火工藝溫度整片均勻，高低溫溫度精確，重復(fù)性高；
[0048](4)可通過(guò)在線監(jiān)控設(shè)備對(duì)退火過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，利于優(yōu)化退火工藝；
[0049](5)退火工藝過(guò)程可控。
[0050]為了更加詳細(xì)的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的硅基復(fù)合襯底的外延方法，給出實(shí)例I。
[0051]圖5是本發(fā)明實(shí)施例實(shí)例I的硅基復(fù)合襯底的外延方法的流程圖，如圖5所示，進(jìn)行Si基復(fù)合襯底外延之后，通過(guò)程序控制進(jìn)行在線的高低溫退火工藝過(guò)程，退火工藝在碲束流的保護(hù)下，首先升溫至550°C，保溫60sec，然后降溫至300°C，保溫60sec。以此為一個(gè)周期，進(jìn)行5周期。
[0052]圖6是通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例實(shí)例I得到的硅基復(fù)合襯底的EPDSEM照片，圖7是沒(méi)有經(jīng)過(guò)退火得到的硅基復(fù)合襯底的EPD SEM照片。另外，通過(guò)白光干涉儀測(cè)試表面粗糙度:工藝優(yōu)化可提升50%左右;FWHM數(shù)據(jù)對(duì)比，優(yōu)化度可達(dá)18%。綜上可知，本發(fā)明實(shí)施例的方法得到的硅基復(fù)合襯底與原生硅基復(fù)合襯底相比，在表面粗糙度、晶體質(zhì)量等方面均對(duì)有較大提升。同時(shí)，通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例方法得到的硅基復(fù)合襯底與通過(guò)非在線高低溫退火得到的硅基復(fù)合襯底相比，表面粗糙度有所降低。
[0053]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硅基復(fù)合襯底的外延方法，其特征在于，包括以下步驟: 在硅片上外延碲化鎘形成硅基復(fù)合襯底； 在分子束外延系統(tǒng)的腔室中，在碲束流的保護(hù)下，對(duì)所述硅基復(fù)合襯底進(jìn)行高低溫退火，所述高低溫退火包括升溫過(guò)程和降溫過(guò)程。2.如權(quán)利要求1所述的外延方法，其特征在于，在硅片上外延碲化鎘形成硅基復(fù)合襯底包括以下步驟: 對(duì)硅片進(jìn)行濕化學(xué)清洗并形成氧化層； 將形成氧化層的硅片在分子束外延系統(tǒng)內(nèi)加熱，脫附所述氧化層，形成裸硅； 在降溫過(guò)程中對(duì)所述裸硅進(jìn)行砷鈍化、碲鈍化及生長(zhǎng)碲化鋅緩沖層； 在碲化鋅緩沖層上生長(zhǎng)碲化鎘襯底層，形成硅基復(fù)合襯底。3.如權(quán)利要求1所述的外延方法，其特征在于，所述升溫過(guò)程具體包括以下步驟: 將所述硅基復(fù)合襯底直接升溫至預(yù)設(shè)溫度并保持預(yù)設(shè)時(shí)間。4.如權(quán)利要求3所述的外延方法，其特征在于，所述升溫過(guò)程具體包括以下步驟: 步驟I:將所述硅基復(fù)合襯底升溫至第一升溫中間溫度保持第一升溫預(yù)設(shè)時(shí)間； 步驟2:繼續(xù)將硅基復(fù)合襯底升溫至第二升溫中間溫度保持第二升溫預(yù)設(shè)時(shí)間； 步驟3:重復(fù)步驟2，直到升溫至預(yù)設(shè)溫度并保持預(yù)設(shè)時(shí)間。5.如權(quán)利要求3或4所述的外延方法，其特征在于，所述降溫過(guò)程具體包括以下步驟: 將在預(yù)設(shè)溫度保持預(yù)設(shè)時(shí)間的硅基復(fù)合襯底由預(yù)設(shè)溫度直接降至室溫。6.如權(quán)利要求3或4所述的外延方法，其特征在于，所述降溫過(guò)程具體包括以下步驟: 步驟4:將在預(yù)設(shè)溫度保持預(yù)設(shè)時(shí)間的硅基復(fù)合襯底由預(yù)設(shè)溫度降溫至第一降溫中間溫度并保持第一降溫預(yù)設(shè)時(shí)間； 步驟5:繼續(xù)將硅基復(fù)合襯底降溫至第二降溫中間溫度保持第二降溫預(yù)設(shè)時(shí)間； 步驟6:重復(fù)步驟5，直到降至室溫。7.如權(quán)利要求1所述的外延方法，其特征在于，所述在分子束外延系統(tǒng)的腔室中，在碲束流的保護(hù)下，對(duì)所述硅基復(fù)合襯底進(jìn)行高低溫退火具體包括以下步驟: 所述升溫過(guò)程和降溫過(guò)程交替進(jìn)行。8.如權(quán)利要求7所述的外延方法，其特征在于，所述升溫過(guò)程和降溫過(guò)程交替進(jìn)行具體包括以下步驟: 以一個(gè)升溫過(guò)程和一個(gè)降溫過(guò)程為一個(gè)周期，所述高低溫退火包括多個(gè)周期，其中，一個(gè)周期具體為:將所述硅基復(fù)合襯底升溫至350?600°C，保溫O?30min，然后降溫至200?400°C，保溫 O ?30min。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK106098847SQ201610539789
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】王叢, 劉銘, 王經(jīng)緯, 高達(dá), 強(qiáng)宇
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所, 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所