斜切6制造技术

本发明专利技术涉及一种斜切6

【技术实现步骤摘要】
斜切6
°
GOS衬底、短波红外焦平面像元及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种斜切6
°
GOS衬底、短波红外焦平面像元及其制备方法。

技术介绍

[0002]基于III
‑
V族短波红外材料体系的短波红外焦平面拥有高灵敏度、高均匀性、高稳定性等特点，其响应波段可覆盖0.9～3.0μm的范围。然而，商业化的III
‑
V 族短波红外焦平面面临晶圆尺寸小、制造成本高、阵列规模小等缺点，用低成本的大尺寸衬底替代高成本的小尺寸衬底是一种必然趋势。蓝宝石衬底不仅具备大尺寸、制造工艺成熟的特性，还兼具低成本的优势，因此，在蓝宝石衬底上实现高性能III
‑
V族短波红外焦平面是支撑低成本短波红外成像技术发展的重要技术途径之一，其技术难点在于直接在蓝宝石衬底上外延III
‑
V族短波红外材料面临晶格失配大、热失配高等问题。
[0003]为此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种斜切6
°
GOS衬底、短波红外焦平面像元及二者的制备方法，解决了III
‑
V族材料外延生长中存在的晶格失配大、热失配高等问题，提高了III
‑
V族材料外延材料的质量及以此为基础的短波红外焦平面像元等器件的响应度，降低了器件暗电流。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术提供了以下技术方案。
[0006]本专利技术的第一方面提供了一种斜切6
°
GOS衬底，包括由下至上的SiN
x
层、掺杂多晶硅层、蓝宝石衬底、介质堆叠层、斜切6
°
锗层，其中x≠0。
[0007]无论与普通的GOI衬底相比，还是与III
‑
V
‑
OI衬底相比，本专利技术提供的斜切6
°
GOS衬底因具有6
°
斜切角度、晶体质量高，可以提高在其上外延的III
‑
V 族材料的质量，减小缺陷密度，避免了晶格失配大、热失配高等问题。
[0008]另外，本专利技术因上述特定的叠层结构还可以达到以下效果：
[0009]一方面，本专利技术提供的斜切GOS衬底中的介质堆叠层拥有谐振腔效应，当用于短波红外焦平面像元时可明显提升响应度；
[0010]另一方面，在蓝宝石衬底上增加掺杂多晶硅层可以使其具有类似硅晶圆的光学和电学性质，这些性质可以被以硅晶圆为衬底的器件加工设备所识别，从而避免加工设备的不兼容问题；
[0011]又一方面，由于短波红外焦平面像元等半导体器件在加工过程中会涉及湿法刻蚀或其他腐蚀等步骤，该腐蚀容易损伤掺杂多晶硅层，而本专利技术增加了SiN
x
层能够避免以上损伤问题，提高器件的质量可靠性。
[0012]本专利技术中的介质堆叠层可以多种介质材料的堆叠，或者相同介质材料的多层堆叠。
[0013]例如，在一些实施例中，所述介质堆叠层为多层氧化硅的堆叠，或者氧化硅与氧化铝的交叉堆叠，或者多层氧化铝的堆叠。
[0014]在一些实施例中，所述介质堆叠层包括氧化硅层和氧化铝层，并且氧化硅层靠近所述蓝宝石衬底。
[0015]在一些实施例中，所述斜切6
°
锗层的厚度为100～500nm，其具有更低的缺陷密度。
[0016]在一些实施例中，所述掺杂多晶硅层的厚度为2000nm以上，电阻优选达到0.001～1000Ohm
·
cm。这种性质的多晶硅层可以被现有的晶圆加工设备准确识别。
[0017]在一些实施例中，所述SiN
x
层的厚度为50～500nm，可以充分保护掺杂多晶硅不被腐蚀。
[0018]本专利技术的第二方面提供了一种斜切6
°
GOS衬底的制备方法，包括：
[0019]提供斜切6
°
硅衬底；
[0020]在所述斜切6
°
硅衬底上依次形成低温锗层、高温锗层；
[0021]在所述高温锗层上形成第一介质层，得到牺牲衬底；
[0022]提供蓝宝石衬底；
[0023]在所述蓝宝石衬底的正面由下至上依次形成掺杂多晶硅层、SiN
x
层，以及在所述蓝宝石衬底的背面形成第二介质层，得到支撑衬底；
[0024]以所述第一介质层和所述第二介质层为键合面，将所述牺牲衬底和所述支撑衬底键合；
[0025]然后依次去除所述斜切硅衬底、低温锗层；
[0026]任选对所述高温锗层表面进行CMP处理。
[0027]以上方法是以相同斜切角度的斜切6
°
硅衬底作为模板或者引导衬底，在其上生长出高质量的斜切高温锗层，同时以键合的形成将其转移至蓝宝石衬底上，这样可以极大提高斜切高温锗层的质量，缺陷密度大大减小。
[0028]同时如上文所述，该工艺还可以具有以下优点：适应硅晶圆的加工设备以及掺杂多晶硅层不易被腐蚀。
[0029]在一些实施例中，所述第一介质层和所述第二介质层各自独立地采用氧化硅、氧化铝或TEOS中的至少一个；
[0030]和/或，所述第二介质层为多层材料的堆叠层。
[0031]以上各种形式的介质堆叠层都具有良好的谐振腔效应。
[0032]其中，所述第二介质层也采用多层材料的堆叠的形式可以进一步减小键合对斜切高温锗层的不利影响，同时提高谐振腔效应。
[0033]在一些实施例中，采用ALD法形成所述第一介质层；例如采ALD法形成氧化铝作为第一介质层等。
[0034]和/或，采用热氧化法和CVD法中的至少一种形成所述第二介质层。当第二介质层为多层材料堆叠时，可以先在蓝宝石衬底上生长硅，然后用热氧化法形成氧化硅层，再采用CVD法形成氧化硅或者其他材料层。
[0035]在一些实施例中，采用磨抛(Grading)或者干法刻蚀去除所述斜切6
°
硅衬底；
[0036]和/或，采用TMAH腐蚀法去除所述低温锗层。
[0037]以上实施例针对不同材料采用各自适宜的方法去除，有利于减小对衬底的不利影
响，同时提高工艺效率。
[0038]在一些实施例中，在形成所述高温锗层时还进行高温退火或循环退火处理，所述高温退火的温度为820℃，退火时间为10min，退火氛围为H2。该方案同样可以进一步提高斜切锗层的晶体质量。
[0039]在一些实施例中，所述高温锗层的生长温度为550
‑
750℃，所述低温锗层的生长温度为350
‑
450℃。
[0040]本专利技术的第三方面提供了一种短波红外焦平面像元，包括：
[0041]上文所述的斜切6
°
GOS衬底；
[0042]位于在所述衬底之上的GaAs缓冲层；
[0043]位于所述GaAs本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斜切6
°
GOS衬底，其特征在于，包括由下至上的SiN
x
层、掺杂多晶硅层、蓝宝石衬底、介质堆叠层、斜切6
°
锗层，其中x≠0。2.根据权利要求1所述的斜切6
°
GOS衬底，其特征在于，所述介质堆叠层为多层氧化硅的堆叠，或者氧化硅与氧化铝的交叉堆叠，或者多层氧化铝的堆叠；和/或，所述斜切6
°
锗层的厚度为100～500nm；优选地，所述介质堆叠层包括氧化硅层和氧化铝层，并且氧化硅层靠近所述蓝宝石衬底。3.根据权利要求1所述的斜切6
°
GOS衬底，其特征在于，所述掺杂多晶硅层的厚度为2000nm以上，电阻优选达到0.001～1000Ohm
·
cm。4.根据权利要求1或3所述的斜切6
°
GOS衬底，其特征在于，所述SiN
x
层的厚度为50～500nm。5.一种斜切6
°
GOS衬底的制备方法，其特征在于，包括：提供斜切6
°
硅衬底；在所述斜切6
°
硅衬底上依次形成低温锗层、高温锗层；在所述高温锗层上形成第一介质层，得到牺牲衬底；提供蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底的正面由下至上依次形成掺杂多晶硅层、SiN
x
层，以及在所述蓝宝石衬底的背面形成第二介质层，得到支撑衬底；以所述第一介质层和所述第二介质层为键合面，将所述牺牲衬底和所述支撑衬底键合；然后依次去除所述斜切硅衬底、低温锗层；任选对所述高温锗层表面进行CMP处理。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一介质层和所述第二介质层各自独立地采用氧化硅、氧化铝或TEOS中的至少一个；和/或，所述第二介质层为多层材料的堆叠层。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用ALD法形成所述第一介质层；和/或，采用热氧化法和CVD法中的至少一种形成所述第二介质层。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用磨抛或者干法刻蚀去除所述斜切6
°
硅衬底；和/或，采用TMAH腐蚀法去除所述低温锗层。9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在形成所述高温锗层时还进行高温退火或循环退火处理，所述高温退火的温度为820℃，退火时间为10min，退火氛围为H2。10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高温锗层的生长温度为550
‑
750℃，所述低温锗层的生长温度为350
‑
450℃。11.一种短波红外焦平面像元，其特征在于，包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨利，
申请(专利权)人：广州诺尔光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：