一种晶圆外延生长系统及晶圆外延生长方法技术方案

本申请提供一种晶圆外延生长系统及晶圆外延生长方法，所述晶圆外延生长系统包括：反应腔室，所述反应腔室适于容纳第一预设反应气体和第二预设反应气体，第一预设反应气体和第二预设反应气体用于在晶圆上沉积形成外延结构；进气系统，所述进气系统包括第一进气通道和至少一个第二进气通道；所述第一进气通道连接于所述反应腔室顶部的中心区域，所述第一进气通道适于向所述反应腔室输送所述第一预设反应气体；所述第二进气通道连接于所述反应腔室顶部的边缘区域，所述第二进气通道适于向所述反应腔室输送所述第二预设反应气体。本申请实现了对晶圆外延生长的控制，避免翘曲的形成。成。成。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆外延生长系统及晶圆外延生长方法


[0001]本申请涉及半导体
，具体涉及一种晶圆外延生长系统及晶圆外延生长方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL，Vertical
‑
cavity Surface
‑
emitting Laser）具有阈值电流低、输出光斑对称性好、模式稳定、高温工作稳定性好等特点，作为激光器具有广泛的应用前景。相比于传统的单节VCSEL，多节VCSEL的优势在于能够成倍地提高器件输出功率。
[0003]对于VCSEL，尤其是多节VCSEL，晶圆翘曲是极大的问题。在多节VCSEL中，形成晶圆翘曲主要有两个原因：其一是VCSEL的外延结构厚度较大，多节VCSEL的外延结构厚度成倍增加，厚度增长会导致外延层应力累积增长，当外延层应力累积到一定程度时即会造成晶圆片翘曲；其二是VCSEL的外延结构在晶圆的中心区域和边缘区域生长厚度不均匀导致面内应力场分布不均匀。
[0004]当采用6寸及更大尺寸的晶圆进行外延生长工艺时，由于面内应力场分布的不均匀性较大，容易形成具有中间凸起或中间凹陷翘曲形态的晶圆，导致量子阱的晶格质量降低，激光器波长出现分峰现象，进而降低激光器的输出功率和产出良率。

技术实现思路

[0005]因此，本申请要解决的技术问题在于克服现有大尺寸晶圆在进行外延生长时易形成翘曲的缺陷，进而提供一种晶圆外延生长系统及晶圆外延生长方法。
[0006]本申请提供一种晶圆外延生长方法，包括：从连接于反应腔室顶部的中心区域的第一进气通道通入第一预设反应气体，从连接于反应腔室顶部的边缘区域的第二进气通道通入第二预设反应气体，所述第二预设反应气体适于实现和面内应力场相匹配的可控不均匀生长；根据晶圆表面的翘曲形态调整所述第一预设反应气体和所述第二预设反应气体中各独立组分的流量，在晶圆上沉积形成外延结构。
[0007]可选的，所述第一预设反应气体的独立组分与所述第二预设反应气体的独立组分至少一种相同，所述第一预设反应气体与所述第二预设反应气体至少有一种相同独立组分的气体流量不同。
[0008]可选的，所述外延结构包括III族元素和V族元素组成的化合物，所述III族元素包括Al、Ga和In中的至少一种，所述V族元素包括As和P中的至少一种。
[0009]可选的，所述外延结构包括(Al
x
Ga1‑
x
)
y
In1‑
y
As
a
P1‑
a
，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤a≤1。
[0010]可选的，所述第一预设反应气体为III族气态反应物，所述第二预设反应气体为III族气态反应物；在根据晶圆表面的翘曲形态调整第一预设反应气体和第二预设反应气体中各独立组分的流量的同时，还包括：从反应腔室的顶部中心区域通入第三预设反应气
体，从反应腔室的顶部边缘区域通入第四预设反应气体；根据晶圆表面的翘曲形态调整所述第三预设反应气体和所述第四预设反应气体中各独立组分的流量，所述第三预设反应气体为V族气态反应物，所述第四预设反应气体为V族气态反应物。
[0011]可选的，所述第三预设反应气体的独立组分与所述第四预设反应气体的独立组分至少一种相同，所述第三预设反应气体与所述第四预设反应气体至少有一种相同独立组分的气体流量不同。
[0012]可选的，所述III族气态反应物包括三甲基镓、三甲基铝、三甲基铟中的一种或多种，所述V族气态反应物包括砷烷和/或磷烷。
[0013]可选的，当晶圆表面的翘曲形态为中间凸起时，进行如下的至少一个步骤：降低第一预设反应气体中三甲基铟的流量；提高第一预设反应气体中三甲基镓和/或三甲基铝的流量；降低第三预设反应气体中砷烷的流量；提高第三预设反应气体中磷烷的流量；提高第二预设反应气体中三甲基铟的流量；降低第二预设反应气体中三甲基镓和/或三甲基铝的流量；提高第四预设反应气体中砷烷的流量；降低第四预设反应气体中磷烷的流量；当晶圆表面的翘曲形态为中间凹陷时，进行如下的至少一个步骤：提高第一预设反应气体中三甲基铟的流量；降低第一预设反应气体中三甲基镓和/或三甲基铝的流量；提高第三预设反应气体中砷烷的流量；降低第三预设反应气体中磷烷的流量；降低第二预设反应气体中三甲基铟的流量；提高第二预设反应气体中三甲基镓和/或三甲基铝的流量；降低第四预设反应气体中砷烷的流量；提高第四预设反应气体中磷烷的流量。
[0014]本申请提供一种晶圆外延生长系统，包括：反应腔室，所述反应腔室适于容纳第一预设反应气体和第二预设反应气体，第一预设反应气体和第二预设反应气体用于在晶圆上沉积形成外延结构；进气系统，所述进气系统包括第一进气通道和至少一个第二进气通道；所述第一进气通道连接于所述反应腔室顶部的中心区域，所述第一进气通道适于向所述反应腔室输送所述第一预设反应气体；所述第二进气通道连接于所述反应腔室顶部的边缘区域，所述第二进气通道适于向所述反应腔室输送所述第二预设反应气体。
[0015]可选的，所述第一预设反应气体的独立组分与所述第二预设反应气体的独立组分至少一种相同，所述第一预设反应气体与所述第二预设反应气体至少有一种相同独立组分的气体流量不同。
[0016]可选的，所述第一进气通道与第一源瓶组连接；所述第一源瓶组包括多个第一源瓶，所述第一源瓶适于提供所述第一预设反应气体中的各独立组分，并通过电磁阀控制所述第一预设反应气体中的各独立组分的流量；所述第二进气通道与第二源瓶组一一对应连接；所述第二源瓶组包括多个第二源瓶，所述第二源瓶适于提供所述第二预设反应气体中的各独立组分，并通过电磁阀控制所述第二预设反应气体中的各独立组分的流量。
[0017]可选的，所述进气系统还包括：第三进气通道和至少一个第四进气通道；所述第三进气通道连接于所述反应腔室顶部的中心区域，所述第三进气通道适于向所述反应腔室输送第三预设反应气体；所述第四进气通道连接于所述反应腔室顶部的边缘区域，所述第四进气通道适于向所述反应腔室输送第四预设反应气体。
[0018]可选的，所述第三预设反应气体的独立组分与所述第四预设反应气体的独立组分至少一种相同，所述第三预设反应气体与所述第四预设反应气体至少有一种相同独立组分的气体流量不同。
[0019]可选的，所述第三进气通道与多个第三源瓶组连接；所述第三源瓶组包括多个第三源瓶，所述第三源瓶适于提供所述第三预设反应气体中的各独立组分，并通过电磁阀控制所述第三预设反应气体中的各独立组分的流量；所述第四进气通道与第四源瓶组一一对应连接；所述第四源瓶组包括多个第四源瓶，所述第四源瓶适于提供所述第四预设反应气体中的各独立组分，并通过电磁阀控制所述第四预设反应气体中的各独立组分的流量。
[0020]可选的，还包括：多个晶圆载盘，多个所述晶圆载盘环绕设置在所述反应腔室内的底部边缘区域；多个所述晶圆载盘适于围绕所述反应腔室中心轴公转，各个所述晶圆载盘适于围绕所述晶圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆外延生长方法，其特征在于，包括：从连接于反应腔室顶部的中心区域的第一进气通道通入第一预设反应气体，从连接于反应腔室顶部的边缘区域的第二进气通道通入第二预设反应气体，所述第二预设反应气体适于实现和面内应力场相匹配的可控不均匀生长；根据晶圆表面的翘曲形态调整所述第一预设反应气体和所述第二预设反应气体中各独立组分的流量，在晶圆上沉积形成外延结构。2.根据权利要求1所述的晶圆外延生长方法，其特征在于，所述第一预设反应气体的独立组分与所述第二预设反应气体的独立组分至少一种相同，所述第一预设反应气体与所述第二预设反应气体至少有一种相同独立组分的气体流量不同。3.根据权利要求2所述的晶圆外延生长方法，其特征在于，所述外延结构包括III族元素和V族元素组成的化合物，所述III族元素包括Al、Ga和In中的至少一种，所述V族元素包括As和P中的至少一种。4.根据权利要求3所述的晶圆外延生长方法，其特征在于，所述外延结构包括(Al
x
Ga1‑
x
)
y
In1‑
y
As
a
P1‑
a
，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤a≤1。5.根据权利要求3所述的晶圆外延生长方法，其特征在于，所述第一预设反应气体为III族气态反应物，所述第二预设反应气体为III族气态反应物；在根据晶圆表面的翘曲形态调整所述第一预设反应气体和所述第二预设反应气体中各独立组分的流量的同时，还包括：从反应腔室的顶部中心区域通入第三预设反应气体，从反应腔室的顶部边缘区域通入第四预设反应气体；根据晶圆表面的翘曲形态调整所述第三预设反应气体和所述第四预设反应气体中各独立组分的流量，所述第三预设反应气体为V族气态反应物，所述第四预设反应气体为V族气态反应物。6.根据权利要求5所述的晶圆外延生长方法，其特征在于，所述第三预设反应气体的独立组分与所述第四预设反应气体的独立组分至少一种相同，所述第三预设反应气体与所述第四预设反应气体至少有一种相同独立组分的气体流量不同。7.根据权利要求5所述的晶圆外延生长方法，其特征在于，所述III族气态反应物包括三甲基镓、三甲基铝、三甲基铟中的一种或多种，所述V族气态反应物包括砷烷和/或磷烷。8.根据权利要求7所述的晶圆外延生长方法，其特征在于，当晶圆表面的翘曲形态为中间凸起时，进行如下的至少一个步骤：降低第一预设反应气体中三甲基铟的流量；提高第一预设反应气体中三甲基镓和/或三甲基铝的流量；降低第三预设反应气体中砷烷的流量；提高第三预设反应气体中磷烷的流量；提高第二预设反应气体中三甲基铟的流量；降低第二预设反应气体中三甲基镓和/或三甲基铝的流量；提高第四预设反应气体中砷烷的流量；降低第四预设反应气体中磷烷的流量；当晶圆表面的翘曲形态为中间凹陷时，进行如下的至少一个步骤：提高第一预设反应气体中三甲基铟的流量；
降低第一预设反应气体中三甲基镓和/或三甲基铝的流量；提高第三预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：方砚涵，王俊，肖垚，程洋，郭银涛，肖啸，夏明月，邓国亮，杨火木，周昊，张弘，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：