[发明专利]一种多元化合物组分渐变层的分子束外延生长方法

说明书

本发明提供一种多元化合物组分渐变层的分子束外延生长方法，涉及半导体制造技术领域。该方法包括：获取元素B在预设炉温下的束流速率；获取元素A的束流速率随炉温变化的函数关系；根据预设规则将组分渐变层的厚度范围划分为n个子区域；针对每一子区域，计算确定元素A的源炉生长工艺参数；在元素B的炉温恒定为预设炉温并且元素A的源炉设定为所确定的生长工艺参数下，生长组分渐变层。根据预期组分变化函数关系对待生长的渐变层进行子区域划分，并针对每个子区域进行温度设定，从而在整个厚度范围内实现生长的组分变化关系与预期变化关系高度匹配。该方法操作方便，且所生长的组分渐变层的组分变化关系能够根据预期变化关系进行控制。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种多元化合物组分渐变层的分子束外延生长方法。

背景技术

在利用分子束外延(MBE)进行异质外延材料生长时，由于外延结构和器件性能的要求，有时需要生长晶格不匹配的外延层。在衬底表面直接生长晶格不匹配的外延层，会由于应力作用而在所生长的外延层中诱发大量的缺陷位错，从而大幅降低外延层的晶体质量。

为了减小晶格不匹配而导致的外延层中的位错密度，通常在衬底表面与待生长的外延层之间生长一层由多元化合物组分渐变层构成的缓冲层，通过在生长缓冲层的过程中使得缓冲层中的化合物组分逐渐变化，从而实现缓冲层的晶格常数从靠近衬底表面一侧向远离衬底表面一侧逐渐变化。理想情况下，缓冲层的靠近衬底表面一侧的晶格常数与衬底表面的晶格常数匹配，缓冲层的远离衬底表面一侧的晶格常数与待生长的外延层的晶格常数匹配。然后，在缓冲层上生长外延层，可以大幅减小外延层中的位错密度。

在分子束外延的大规模生产中，为了实现多元化合物组分渐变层(例如In_xGa_1-xAs组分渐变层)的生长，可以固定化合物中一种元素(例如Ga)的生长速率不变(也就是Ga源炉的温度不变)，而使得另一种元素(例如In)的生长速率逐渐变化(也就是In源炉的温度逐渐变化)。常规分子束外延设备对源炉温度变化的控制，通常仅有阶跃模式和线性渐变模式两种。

在常规的多元化合物组分渐变层生长中，通常确定渐变组分(例如In)源炉的起始温度(由缓冲层起始组分决定)和终止温度(由缓冲层终止组分决定)，并且根据缓冲层总厚度确定生长时间，在所确定的生长时间范围内，渐变组分(例如In)源炉的温度从起始温度线性渐变至终止温度，从而获得组分渐变的化合物缓冲层。

在已经确定缓冲层的起始组分和终止组分的情况下，常规组分渐变层生长方法所生长的组分渐变层的组分随厚度的组分变化关系是固定的。通常，对于不同化合物的组分渐变层在其整个厚度范围内的不同组分变化关系会导致具有不同性质的缓冲层。因此，期望提出一种组分渐变层的分子束外延生长方法，以实现能够根据预期的组分变化关系来生长缓冲层。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种多元化合物组分渐变层的分子束外延生长方法，以解决根据预期的组分变化关系来生长组分渐变层的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种多元化合物组分渐变层的分子束外延生长方法，多元化合物组分渐变层的化学式为A_xB_1-xC，其中A和B均为II族元素或均为III族元素，在多元化合物组分渐变层的厚度范围内，x根据预期组分变化函数关系从x₁渐变为x₂，0x₁,x₂1，并且x₁≠x₂，所述方法包括：

获取元素B在预设固定源炉温度下的分子束外延束流速率；

获取元素A的分子束外延束流速率随元素A的源炉温度变化的第一函数关系；