[发明专利]特别用于正面型成像器的绝缘体上半导体型结构和制造这种结构的方法

说明书

本发明涉及一种绝缘体上半导体型结构，特别是用于正面型成像器的绝缘体上半导体型结构，该绝缘体上半导体型结构从其背面到其正面依次包括半导体支撑衬底(1)、电绝缘层(2)以及称为有源层的单晶半导体层(3)，其特征在于，所述有源层(3)由相对于所述支撑衬底(1)具有机械应力状态的半导体材料制成，并且其中，所述支撑衬底(1)在其背面包括氧化硅层(4)，该氧化物层(4)的厚度被选择为对在所述支撑衬底上通过外延形成所述有源层(3)的至少一部分之后在所述结构的冷却期间由所述有源层与所述支撑衬底之间的机械应力引起的弯曲度进行补偿。

技术领域

本发明涉及一种绝缘体上半导体型结构(特别是用于“正面(front side)”型成像器的绝缘体上半导体型结构)、包含这种结构的成像器以及制造这种结构的方法。

背景技术

依次包括支撑衬底、电绝缘层和薄半导体层的绝缘体上半导体型结构(SeOI)在微电子学、光学和光电子学领域具有许多应用。

这些应用中的一个涉及成像器。

文献US 2016/0118431描述了一种“正面”型成像器。

如图1中所例示，所述成像器包括SOI(绝缘体上硅)型结构，该结构从其背面到其正面包括具有特定掺杂的硅支撑衬底1'、氧化硅层2'以及具有与支撑衬底1'的掺杂不同的掺杂的指定为有源层的单晶硅层3'，该单晶硅层3'中布置有光电二极管的矩阵阵列，每个光电二极管限定了像素。

然而，这种成像器在近红外中(即，对于在700nm到3μm之间的波长)具有低灵敏度。

实际上，有源硅层3'的吸收系数随着其所暴露于的辐射的波长的增大而显著降低，即，从约10⁶cm^-1(对于300nm波长)到几个10³cm^-1(从700nm波长)。

然而，单晶硅目前是形成成像器衬底的有源层的有利材料，因为它具有以下优点：与能够制造成像器的微电子方法兼容，以及呈现适于有源层的功能的结晶质量(特别是没有位错)。

为了提高成像器在近红外中的灵敏度，单晶硅-锗(SiGe)是可以考虑用于有源层的另一种材料，因为它有利地具有在近红外中随着其锗含量的增加而增加的吸收系数。

在不存在块状单晶硅-锗衬底的情况下，用于目标应用的足够厚度(微米量级)的单晶SiGe层的形成将涉及在绝缘体上硅型结构上的SiGe外延(异质外延)或在绝缘体上SiGe结构(下文称为SiGeOI)上的SiGe外延(同质外延)。这种外延通常在约为900℃的温度下实施。在两种情况下，所述结构的支撑衬底将由硅制成。

然而，由于在未超过后面描述的临界厚度时压缩的硅-锗中的应力，因此外延结构经历变形，该变形导致弯曲度(bow)，该弯曲度被定义为所述结构的中心与包含所述结构的边缘的平面之间的距离，其可以达到远高于250μm的值。然而，具有这种弯曲度的结构将难以用设计用于平面衬底的传统工业工具来处理。

文献EP 2 251897关注由硅衬底正面上的硅-锗层的外延引起的变形的补偿。为此，该文献提出了一种方法，其中将SiGe层沉积在硅衬底的背面上，以这种方式对由SiGe层沉积在衬底正面上引起的变形进行补偿。更具体地，该方法包括以下连续步骤：

(a)考虑到后续SiGe层沉积在正面和背面引起的增厚，同时抛光硅衬底的两个面(DSP，“双面抛光”的首字母缩写词)直到获得合适的厚度；

(b)在硅衬底的背面上通过外延形成SiGe层，以引起变形，该变形将通过后续在正面上沉积SiGe层来补偿；

(c)抛光和清洁硅衬底的正面；

(d)在硅衬底的正面上通过外延形成SiGe层。