一种硅基复合衬底的外延方法
【专利摘要】本发明公开了一种硅基复合衬底的外延方法，具体包括以下步骤：在硅片上外延碲化镉形成硅基复合衬底；在分子束外延系统的腔室中，在碲束流的保护下，对硅基复合衬底进行高低温退火，高低温退火包括升温过程和降温过程。借助于本发明的技术方案，解决了现有技术中存在的工艺复杂，对材料尺寸要求高，工艺条件不易控制的问题，能够提高硅基复合衬底的材料质量，通过FWHM和EPD表征，本发明实施例的方法得到的硅基复合衬底与现有技术中的原生的硅基复合衬底相比，在表面粗糙度、晶体质量等方面均对有较大提升。
【专利说明】
一种硅基复合衬底的外延方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及材料领域，特别涉及一种娃基复合衬底的外延方法。
【背景技术】
[0002]高质量的碲镉汞(HgCdTe)薄膜材料是制备高性能碲镉汞红外焦平面探测器的基础。随着第三代HgCdTe红外焦平面技术向着大规模、双多色、低成本方向发展，分子束外延Si基HgCdTe材料优势凸显。分子束外延Si基HgCdTe材料需要先在Si晶片上外延一层碲化镉(CdTe)材料形成Si基复合衬底，再在该衬底上外延HgCdTe材料，然而Si与CdTe材料之间高达19.3%的大晶格失配所导致的外延层晶体质量问题是Si衬底上制备CdTe复合衬底材料的技术挑战之一。一般而言，解决该问题有增加缓冲层，在CdTe外延过程中加入周期性退火等外延工艺方法可以优化外延材料的质量。另外，外延材料完成后，在腔室外，即非在线(ex-situ)条件下的退火工艺也可以提高材料质量。
[0003]Si与CdTe材料之间高达19.3%的大晶格失配所导致的外延层晶体质量问题是Si衬底上制备CdTe复合衬底材料的技术挑战之一。虽然在材料外延过程中有增加缓冲层，周期性退火等工艺方法可以优化材料质量，但是与碲锌镉(CdZnTe)衬底相比，外延材料依然存在较大的优化空间。另外，非在线的退火工艺虽然可以进一步提高材料质量，但是其存在工艺复杂，对材料尺寸要求高，工艺条件不易控制等不利因素。
【发明内容】
[0004]鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种硅基复合衬底的外延方法。
[0005]本发明提供的一种硅基复合衬底的外延方法，包括以下步骤:
[0006]在硅片上外延碲化镉形成硅基复合衬底；
[0007]在分子束外延系统的腔室中，在碲束流的保护下，对所述硅基复合衬底进行高低温退火，所述高低温退火包括升温过程和降温过程。
[0008]本发明有益效果如下:
[0009]本发明实施例通过在形成硅基复合衬底之后，额外增加一种在线的高低温退火，解决了现有技术中存在的工艺复杂，对材料尺寸要求高，工艺条件不易控制的问题，能够提高硅基复合衬底的材料质量，通过FWHM和EH)表征，本发明实施例的方法得到的硅基复合衬底与现有技术中的非在线条件下的退火工艺得到的硅基复合衬底相比，在表面粗糙度、晶体质量等方面均对有较大提升。
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例的硅基复合衬底的外延方法的流程图；
[0011]图2是本发明实施例的高低温退火的升温过程和降温过程示意图；
[0012]图3是本发明实施例的高低温退火的升温过程和降温过程示意图；
[0013]图4是本发明实施例的升温过程和降温过程交替进行的示意图；
[0014]图5是本发明实施例实例I的硅基复合衬底的外延方法的流程图；
[0015]图6是通过本发明实施例实例I得到的硅基复合衬底的EPDSEM照片；
[0016]图7是没有经过在线高低温退火得到的硅基复合衬底的EPDSEM照片。
【具体实施方式】
[0017]为了解决现有技术存在的工艺复杂，对材料尺寸要求高，工艺条件不易控制的问题，本发明提供了一种硅基复合衬底的外延方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0018]根据本发明的实施例，提供了一种硅基复合衬底的外延方法，图1是本发明实施例的硅基复合衬底的外延方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的硅基复合衬底的外延方法，包括如下处理:
[0019]步骤101，在硅片上外延碲化镉形成硅基复合衬底。
[0020]具体的，在硅片上外延碲化镉形成硅基复合衬底包括以下步骤:
[0021 ]对硅片进行湿化学清洗并形成氧化层；
[0022]将形成氧化层的硅片在分子束外延系统内加热，脱附所述氧化层，形成裸硅；
[0023]在降温过程中对所述裸硅进行砷钝化、碲钝化、及生长碲化锌缓冲层(使用MEE一一分子迀移增强外延技术外延)；
[0024]在碲化锌缓冲层上生长碲化镉衬底层，形成硅基复合衬底。
[0025]步骤102，在分子束外延系统的腔室中，在碲束流的保护下，对所述硅基复合衬底进行高低温退火，所述高低温退火包括升温过程和降温过程。
[0026]实际使用过程中，碲保护束流等效压强，高低温退火温度、时间和周期数可按照实际需要有所调整，并不限于以上描述的具体参数。
[0027]所述高低温退火的形式是多种的，例如升温过程可以是分段的:升高一定温度并保持一定时间，接着继续升高温度并保持一定时间，可升高N个温度并保持后再降温；同样的降温过程也可以是分段的:降低一定温度并保持一定时间，然后继续降温并保持一定时间，可降低N个温度并保持一定时间后再进行下一步的工艺；当然退火工艺也可以升温降温交错进行。升温或降温的温度差可以不同，保持时间(包含O)也可以不同。
[0028]具体的，升温过程I具体包括以下步骤:
[0029]将所述硅基复合衬底直接升温至预设温度并保持预设时间。
[0030]所述升温过程2具体包括以下步骤:
[0031 ]步骤1:将所述硅基复合衬底升温至第一升温中间温度保持第一升温预设时间；
[0032]步骤2:继续将硅基复合衬底升温至第二升温中间温度保持第二升温预设时间；
[0033]步骤3:重复步骤2，直到升温至预设温度并保持预设时间。
[0034]具体的，所述降温过程I具体包括以下步骤:
[0035]将在预设温度保持预设时间的硅基复合衬底由预设温度直接降至室温。
[0036]所述降温过程2具体包括以下步骤:
[0037]步骤4:将在预设温度保持预设时间的硅基复合衬底由预设温度降温至第一降温中间温度并保持第一降温预设时间；
[0038]步骤5:继续将硅基复合衬底降温至第二降温中间温度保持第二降温预设时间；
[0039]步骤6:重复步骤5，直到降至室温。
[0040]所述升温过程和降温过程可以有不同的组合方式，图2是本发明实施例的高低温退火的升温过程和降温过程示意图(升温过程1+降温过程2);图3是本发明实施例的高低温退火的升温过程和降温过程示意图(升温过程2+降温过程I)。
[0041]另外，所述升温过程和降温过程还可以交替进行，图4是本发明实施例的升温过程和降温过程交替进行的示意图。具体的，所述升温过程和降温过程交替进行具体包括以下步骤:
[0042]以一个升温过程和一个降温过程为一个周期，所述高低温退火包括多个周期，其中，一个周期具体为:将所述硅基复合衬底升温至350-600°C，保温0-30min，然后降温至200-400 0C，保温0_30min。
[0043]本发明实施例的硅基复合衬底的外延方法与现有技术中的非在线退火工艺相比，具有如下优势:
[0044](I)可在线直接对整片衬底进行退火，提高工艺效率同时避免系统外二
[0045]次污染；
[0046](2)束流保护充分可调，在合理的退火条件下可以降低表面的粗糙度；
[0047](3)退火工艺温度整片均匀，高低温温度精确，重复性高；
[0048](4)可通过在线监控设备对退火过程进行监控，利于优化退火工艺；
[0049](5)退火工艺过程可控。
[0050]为了更加详细的说明本发明实施例的硅基复合衬底的外延方法，给出实例I。
[0051]图5是本发明实施例实例I的硅基复合衬底的外延方法的流程图，如图5所示，进行Si基复合衬底外延之后，通过程序控制进行在线的高低温退火工艺过程，退火工艺在碲束流的保护下，首先升温至550°C，保温60sec，然后降温至300°C，保温60sec。以此为一个周期，进行5周期。
[0052]图6是通过本发明实施例实例I得到的硅基复合衬底的EPDSEM照片，图7是没有经过退火得到的硅基复合衬底的EPD SEM照片。另外，通过白光干涉仪测试表面粗糙度:工艺优化可提升50%左右;FWHM数据对比，优化度可达18%。综上可知，本发明实施例的方法得到的硅基复合衬底与原生硅基复合衬底相比，在表面粗糙度、晶体质量等方面均对有较大提升。同时，通过本发明实施例方法得到的硅基复合衬底与通过非在线高低温退火得到的硅基复合衬底相比，表面粗糙度有所降低。
[0053]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种硅基复合衬底的外延方法，其特征在于，包括以下步骤: 在硅片上外延碲化镉形成硅基复合衬底； 在分子束外延系统的腔室中，在碲束流的保护下，对所述硅基复合衬底进行高低温退火，所述高低温退火包括升温过程和降温过程。2.如权利要求1所述的外延方法，其特征在于，在硅片上外延碲化镉形成硅基复合衬底包括以下步骤: 对硅片进行湿化学清洗并形成氧化层； 将形成氧化层的硅片在分子束外延系统内加热，脱附所述氧化层，形成裸硅； 在降温过程中对所述裸硅进行砷钝化、碲钝化及生长碲化锌缓冲层； 在碲化锌缓冲层上生长碲化镉衬底层，形成硅基复合衬底。3.如权利要求1所述的外延方法，其特征在于，所述升温过程具体包括以下步骤: 将所述硅基复合衬底直接升温至预设温度并保持预设时间。4.如权利要求3所述的外延方法，其特征在于，所述升温过程具体包括以下步骤: 步骤I:将所述硅基复合衬底升温至第一升温中间温度保持第一升温预设时间； 步骤2:继续将硅基复合衬底升温至第二升温中间温度保持第二升温预设时间； 步骤3:重复步骤2，直到升温至预设温度并保持预设时间。5.如权利要求3或4所述的外延方法，其特征在于，所述降温过程具体包括以下步骤: 将在预设温度保持预设时间的硅基复合衬底由预设温度直接降至室温。6.如权利要求3或4所述的外延方法，其特征在于，所述降温过程具体包括以下步骤: 步骤4:将在预设温度保持预设时间的硅基复合衬底由预设温度降温至第一降温中间温度并保持第一降温预设时间； 步骤5:继续将硅基复合衬底降温至第二降温中间温度保持第二降温预设时间； 步骤6:重复步骤5，直到降至室温。7.如权利要求1所述的外延方法，其特征在于，所述在分子束外延系统的腔室中，在碲束流的保护下，对所述硅基复合衬底进行高低温退火具体包括以下步骤: 所述升温过程和降温过程交替进行。8.如权利要求7所述的外延方法，其特征在于，所述升温过程和降温过程交替进行具体包括以下步骤: 以一个升温过程和一个降温过程为一个周期，所述高低温退火包括多个周期，其中，一个周期具体为:将所述硅基复合衬底升温至350?600°C，保温O?30min，然后降温至200?400°C，保温 O ?30min。
【文档编号】H01L31/18GK106098847SQ201610539789
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】王丛, 刘铭, 王经纬, 高达, 强宇
【申请人】中国电子科技集团公司第十研究所, 中国电子科技集团公司第十一研究所