异质外延半导体器件和制造异质外延半导体器件的方法技术

本公开的各实施例总体上涉及异质外延半导体器件和制造异质外延半导体器件的方法。一种异质外延半导体器件包括种子层、分离层、异质外延结构和第一介电材料层，种子层包括第一半导体材料，种子层包括第一面、相对的第二面以及连接第一面和第二面的侧面，分离层布置在种子层的第一面处，分离层包括孔，异质外延结构至少在孔中生长在种子层的第一面处并且包括不同于第一半导体材料的第二半导体材料，第一介电材料层布置在种子层的第二面处并且覆盖种子层的侧面。盖种子层的侧面。盖种子层的侧面。

【技术实现步骤摘要】
异质外延半导体器件和制造异质外延半导体器件的方法


[0001]本公开总体上涉及异质外延半导体器件以及用于制造这种异质外延半导体器件的方法。

技术介绍

[0002]异质外延半导体器件可以例如包括第一半导体材料的层(即，种子层)和异质外延生长在种子层上的结构，其中该结构包括不同的第二半导体材料。这种异质外延半导体器件例如可以是图像传感器的一部分，特别是图像传感器的像素的一部分。第一半导体材料例如可以是Si并且第二半导体材料例如可以是Ge。由于该技术具有出色的光学特性，因此特定类型的这样的图像传感器被配置用于背面照明(BSI)。可能需要使用晶体缺陷尽可能少的异质外延结构，因为否则传感器质量会受到负面影响。这种晶体缺陷可能是由源自种子层与异质外延结构之间的边界的位错引起的。改进的异质外延半导体器件和改进的制造这种器件的方法可以有助于解决这些和其他问题。
[0003]本专利技术所基于的问题由独立权利要求的特征来解决。在从属权利要求中描述了另外的有利的示例。

技术实现思路

[0004]各个方面涉及一种异质外延半导体器件，该异质外延半导体器件包括种子层、分离层、异质外延结构和第一介电材料层，种子层包括第一半导体材料，种子层包括第一面、相对的第二面以及连接第一面和第二面的侧面，分离层布置在种子层的第一面处，分离层包括孔，异质外延结构至少在孔中生长在种子层的第一面处并且包括不同于第一半导体材料的第二半导体材料，第一介电材料层布置在种子层的第二面处并且覆盖种子层的侧面。
[0005]各个方面涉及一种用于制造用于背面照明的异质外延半导体器件的方法，该方法包括：提供结构，该结构包括基板、在基板上的分离层和在分离层上的种子层，种子层包括第一半导体材料，并且种子层包括第一面、相对的第二面以及连接第一面和第二面的侧面，其中种子层的第一面面向分离层；在种子层的第二面处制造第一介电材料层，并且从而用第一介电材料层覆盖种子层的侧面；去除基板；在分离层中生成孔；并且在孔中的种子层的第一面上生长异质外延结构，其中异质外延结构包括不同于第一半导体材料的第二半导体材料。
附图说明
[0006]附图示出了示例并且与说明书一起用于解释本公开的原理。鉴于以下详细描述，将容易理解本公开的其他示例和很多预期的优点。附图的元素不必相对于彼此按比例。相同的附图标记表示对应的相似部分。
[0007]图1示出了异质外延半导体器件的截面图；
[0008]图2示出了图1的异质外延半导体器件的一部分的详细视图；
[0009]图3示出了包括二极管结构和调制门结构的另外的异质外延半导体器件的截面图；
[0010]图4示出了另外的异质外延半导体器件的截面图，其中直接键合或混合键合用于将第二基板键合到异质外延半导体器件的其他部分；
[0011]图5示出了包括微透镜和硅通孔的另外的异质外延半导体器件的截面图；
[0012]图6A至图6H示出了根据示例性制造方法的处于各个制造阶段的异质外延半导体器件；以及
[0013]图7是用于制造异质外延半导体器件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
[0014]在以下详细描述中，参考所描述的(多个)图的取向来使用方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上部”、“下部”等。因为公开的组件可以定位在很多不同取向上，方向术语仅用于说明的目的。应当理解，可以使用其他示例并且可以进行结构或逻辑改变。
[0015]此外，虽然示例的特定特征或方面可以仅相对于若干实现中的一个被公开，但是这样的特征或方面可以与其他实现的一个或多个其他特征或方面组合，这对于任何给定或特定应用可能是需要和有利的，除非另有特别说明或除非技术上受到限制。可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解，这些术语可以用于表示两个元件相互协作或相互作用，无论它们是直接物理接触或电接触，还是它们彼此不直接接触；中间元件或层可以设置在“键合”、“耦合”或“连接”元件之间。然而，“键合的”、“耦合的”或“连接的”元件也可以彼此直接接触。此外，术语“示例性”仅意为示例，而非最佳或最优。
[0016]在若干示例中，层或层堆叠被施加到彼此或者材料被施加或沉积到层上。应当理解，诸如“施加的”或“沉积的”等任何这样的术语意在从字面上涵盖将层施加到彼此上的所有种类和技术。特别地，它们旨在涵盖作为整体一次性施加层的技术以及以顺序方式沉积层的技术。
[0017]高效的异质外延半导体器件可以例如减少材料消耗、欧姆损耗、化学废物等，并且从而能够节省能量和/或资源。如本说明书中所述，改进的异质外延半导体器件和改进的制造异质外延半导体器件的方法可以因此至少间接地有助于绿色技术解决方案，即，减少能源和/或资源使用的气候友好型解决方案。
[0018]图1示出了异质外延半导体器件100，异质外延半导体器件100包括种子层110、分离层120、异质外延结构130和第一介电材料层140。
[0019]异质外延半导体器件100例如可以是图像传感器(例如，飞行时间图像传感器)的一部分。异质外延半导体器件100具体地可以是图像传感器的像素的一部分，并且异质外延结构130可以构成像素的感光部分。
[0020]根据一个示例，异质外延半导体器件100被配置用于背面照明(BSI)，其中光敏部分(即，异质外延结构130)、以及金属化结构、调制门、二极管等相对于彼此布置，使得待检测的光子在被光敏部分吸收之前不需要通过金属化结构、调制门、二极管等。
[0021]种子层110包括第一半导体材料或由其组成。种子层110可以是晶体种子层。种子层110例如可以是“绝缘层上硅”(SOI)结构。第一半导体材料例如可以是Si。种子层110包括第一面111、相对的第二面112以及连接第一面111和第二面112的侧面113。
[0022]种子层110可以具有任何合适的尺寸。例如，种子层110的、在第一面111与第二面112之间被测量的厚度可以为1μm以下、或500nm以下、或100nm以下、或50nm以下、或20nm以下、或10nm以下。例如，种子层110的、在相对侧面113之间被测量的横向延伸部可以是100μm以下、或50μm以下、或10μm以下、或5μm以下。
[0023]分离层120布置在种子层110的第一面111处。分离层120可以具有介电特性。分离层120可以例如包括(掩埋的)氧化物层或由其组成。分离层120可以例如包括氧化硅或由其组成。
[0024]分离层120可以包括第一面121和相对的第二面122，其中第一面121背离种子层110。分离层120的第二面122可以与种子层110的第一面111直接接触。分离层120的第二面122可以与第一介电材料层140直接接触。
[0025]分离层120包括孔150。孔150可以从分离层120的第一面121延伸到第二面122。孔150可以被异质外延结构130填充，特别是被异质外延结构130完全填充。
[0026]分离层120可以具有任何合适本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质外延半导体器件(100)，包括：种子层(110)，包括第一半导体材料，所述种子层(110)包括第一面(111)、相对的第二面(112)以及连接所述第一面(111)和所述第二面(112)的侧面(113)，分离层(120)，布置在所述种子层(110)的所述第一面(111)处，所述分离层(120)包括孔(150)，异质外延结构(130)，至少在所述孔(150)中生长在所述种子层(110)的所述第一面(111)处，并且包括不同于所述第一半导体材料的第二半导体材料，以及第一介电材料层(140)，布置在所述种子层(110)的所述第二面(112)处并且覆盖所述种子层(110)的所述侧面(113)。2.根据权利要求1所述的异质外延半导体器件(100)，其中所述异质外延结构(130)包括布置在所述孔(150)内的主干部分(131)和布置在所述主干部分(131)和所述分离层(120)之上的顶部部分(132)，其中所述主干部分(131)的横向延伸部小于所述顶部部分(132)的横向延伸部，所述横向延伸部是平行于所述种子层(110)的所述第一面(111)测量的。3.根据权利要求2所述的异质外延半导体器件(100)，其中所述顶部部分(132)具有基本上金字塔形的形状。4.根据权利要求2或3中一项所述的异质外延半导体器件(100)，其中所述主干部分(131)的纵横比在100:1至1:100的范围内，特别是在1:1至1:10的范围内。5.根据前述权利要求中一项所述的异质外延半导体器件(100)，其中所述种子层(110)的、平行于所述种子层(110)的所述第一面(111)被测量的横向尺寸在10μm以下，特别是在5μm以下。6.根据前述权利要求中一项所述的异质外延半导体器件(100)，其中所述第一半导体材料是Si并且所述第二半导体材料是Ge。7.根据前述权利要求中一项所述的异质外延半导体器件(100)，其中所述分离层(120)包括掩埋介电材料层。8.根据前述权利要求中一项所述的异质外延半导体器件(300)，还包括：一个或多个晶体管或二极管结构(...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：