[发明专利]一种选区异质外延衬底结构及其制备和外延层生长方法

权利要求书

1.一种选区异质外延衬底结构，其特征在于包括一衬底，所述衬底上依次设有底层掩膜层、顶层掩膜层；其中，所述底层掩膜层设有周期性分布的条形窗口，所述顶层掩膜层上设有周期性分布的“十”字形窗口，所述“十”字形窗口之间为“工”字形顶层掩膜区；所述顶层的“工”字形顶层掩膜区两端通过分立的介质层与所述底层掩膜层的条形掩膜区连接；所述顶层“十”字形窗口与所述底层条形窗口相互错开。

2.如权利要求1所述的选区异质外延衬底结构，其特征在于所述底层掩膜层为SiN_x、顶层掩膜层为SiN_x、介质层为SiO₂。

3.如权利要求1或2所述的选区异质外延衬底结构，其特征在于所述条形窗口宽度为1～2μm，周期为18μm；所述“十”字形窗口宽度为2～4μm，周期为18μm；所述衬底为蓝宝石衬底，所述底层SiN_x为100nm、顶层SiN_x为200nm、SiO₂高度为200nm。

4.一种选区异质外延衬底结构的制备方法，其步骤为：

1)在所选衬底表面沉积一层底层掩膜层，然后对该掩膜层进行刻蚀得到周期性分布的条形窗口区和底层掩膜区，得到底层结构；

2)在底层结构上沉积介质层和顶层掩膜层；

3)对顶层掩膜层进行光刻露出“十”字形顶层窗口；其中，顶层窗口与底层窗口相互错开，“十”字形窗口之间为“工”字形顶层掩膜区；

4)腐蚀衬底结构，露出底层掩膜区和条形窗口；其中，顶层“工”字形顶层掩膜区包含两种区域：两端由介质层支撑的区域与中间无介质层的悬空区域。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述底层掩膜层为SiN_x、顶层掩膜层为SiN_x、介质层为SiO₂。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于首先对所选衬底进行清洗和干燥处理，然后采用LPCVD方法在所选衬底表面沉积底层SiN_x掩膜，然后用常规光刻方法结合AOE刻蚀，开出条形窗口，露出所选衬底。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述条形窗口宽度为1～2μm，周期为18μm；所述“十”字形窗口宽度为2～4μm，周期为18μm；所述衬底为蓝宝石衬底，所述底层SiN_x为100nm、顶层SiN_x为200nm、SiO₂高度为200nm。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤2)中使用PECVD在底层结构上先后沉积SiO₂薄膜和顶层SiN_x薄膜；使用BOE腐蚀SiO₂薄膜。

9.一种基于权利要求1所述选区异质外延衬底结构的外延层生长方法，其步骤为：

1)在衬底结构的底层条形窗口底部生长一缓冲层；

2)在所述条形窗口内、所述缓冲层上进行外延层垂直生长，当外延层生长阵面越过底层掩膜后同时进行侧向生长，且侧向生长速度大于垂直方向生长速度；

3)当外延层在沟道内的侧向延伸距离接近底层掩膜区宽度时，垂直方向生长速度大于侧向生长速度直至外延层生长阵面露出顶层窗口；

4)控制外延层侧向生长速度大于垂直方向生长速度，进行外延层生长，直至外延层阵面在相邻顶层窗口的顶层掩膜区上接触并融合，得到连续平整的外延层。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述缓冲层材料为不会在底层掩膜上成核的材料。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于当外延层生长阵面越过底层掩膜后同时进行侧向生长时；对于有介质层覆盖的底层掩膜区，侧向外延只沿一个方向进行生长，对于无介质层的悬空区域，侧向外延沿两相反方向同时进行生长。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述底层掩膜层为SiN_x、顶层掩膜层为SiN_x、介质层为SiO₂。