[发明专利]基于分子束外延原位激光干涉光刻方法

说明书

本发明属于半导体领域，具体涉及一种基于分子束外延原位激光干涉光刻方法，包括以下步骤，S1：加热基片，所述基片为Ga基或Al基材料，所述加热的温度高于基片材料对应的In基材料的热脱附温度；S2：通入In原子流以充当表面催化剂，引入激光干涉对所述基片进行曝光，完成光刻加工。本发明利用传统的激光干涉在分子束外延系上原位实现对材料进行结构化光刻，相比现有其他非原位的材料微纳加工手段，具有无污染，无氧化，低材料损伤，工艺极其简单高效；另外，能实现材料在Z方向上的刻蚀精度达到原子层级水平。

技术领域

本发明属于半导体领域，具体涉及一种基于分子束外延原位激光干涉光刻方法。

背景技术

基于III-V族化合物半导体材料的各类器件已非常广泛应用于探测器、LED、激光器、太阳能电池以及RF通讯等领域。而所有的器件开发制造都离不开两个环节：一个是材料生长；二是材料加工。其中材料生长所使用的设备主要包括如：分子束外延设备以及金属有机物气相沉积设备等。而材料加工这一块主要利用的就是目前最广泛被业界使用的光学光刻这一工艺。实现整个材料微纳结构的制造一般要经历(但不仅限于)以下几个环节：基片表面清洗，涂胶，烘胶，曝光，显影，定影，刻蚀(干法或湿法)、去胶以及再次清洗等。显然整个光刻过程涉及到诸多繁杂的工艺流程以及接触各类化学试剂，因此不可避免存在氧化，污染，引入晶格缺陷(属损伤性破坏)以及加工效率低下成本高昂等问题，另外很难做到对材料实现原子层精度的刻蚀移除。此外，有很多应用器件要求材料加工完后需要再在制备的微纳结构上外延生长新材料(如目前利用图形衬底生长周期性量子点)，显然这种非原位式的光刻方式由于上述提及的诸多缺点，根本无法保障后续材料的晶体质量。因此发明一种能原位在分子束外延系统内直接实现对材料结构化加工的工艺(这样一来，将实现材料生长和材料加工完全融合)具有重大的应用价值。

发明内容

本发明旨在提供一种基于分子束外延原位激光干涉光刻方法，利用传统的激光干涉在分子束外延系上原位实现对材料进行结构化光刻，相比现有其他非原位的材料微纳加工手段，具有无污染，无氧化，低材料损伤，工艺极其简单高效；另外，能实现材料在Z方向上的刻蚀精度达到原子层级水平。

按照本发明的技术方案，所述基于分子束外延原位激光干涉光刻方法，包括以下步骤，

S1：加热基片，所述基片为Ga基或Al基材料，所述加热的温度高于基片材料对应的In基材料的热脱附温度；

S2：通入In原子流以充当表面催化剂，引入激光干涉对所述基片进行曝光，完成光刻加工。

本发明提供的方法是一种原位In元素辅助激光干涉光刻技术，是基于分子束外延系统原位利用激光干涉对III-V族化合物半导体材料进行刻写，对于III-V化合物半导体材料来说，In基材料的热稳定性通常比同类Ga基或者是Al基材料的热稳定性差(例如InAs，InSb，InN热解吸的温度都分别远低于GaAs、GaSb、GaN、AlAs、AlSb以及AlN。此外，由于In原子的原子尺寸最大，所以在纯Ga/Al基材料里掺入In原子会引入很大的应变从而会导致Ga/Al基材料变得不稳定。

进一步的，所述基片的材质为GaAs、GaSb、GaN、AlAs、AlSb或AlN。

进一步的，为抑制激光加工时导致的富III族元素富集形成Ga或Al金属颗粒，故需给较大的V族束流进行抑制补偿，因此，所述步骤S1中，加热基片在V族元素氛围下进行。

进一步的，V族元素通入的束流为(1.7-3.0)×10^-5torr。

进一步的，所述步骤S1中，加热的温度高于基片材料对应的In基材料的热脱附温度10-20℃。

具体的，刻GaAs或AlAs时高于InAs热脱附温度10-20℃；刻GaSb或AlSb时高于InSb热脱附温度10-20℃；刻GaN或AlN时高于InN热脱附温度10-20℃。