[發(fā)明專利]包括作為吸收層的超晶格的半導(dǎo)體裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880042877.3
• 申請(qǐng)日: 2018-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN110832641B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武內(nèi)英樹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阿托梅拉公司
• 主分類號(hào): H01L29/15
• 分類號(hào): H01L29/15;H01L21/768;H01L21/322
• 代理公司: 中國貿(mào)促會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 張小穩(wěn)

半導(dǎo)體裝置可以包括：半導(dǎo)體襯底(102)，具有正面和與正面相對(duì)的背面；以及在半導(dǎo)體襯底的正面上的超晶格吸收層(104)。所述超晶格吸收層可以包括堆疊的層組，每個(gè)層組包括限定基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分的多個(gè)堆疊的基礎(chǔ)半導(dǎo)體單層和約束在相鄰的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分的晶格內(nèi)的至少一個(gè)非半導(dǎo)體單層。裝置可以進(jìn)一步包括：在與所述半導(dǎo)體襯底(102)相對(duì)的所述超晶格吸收層(104)上的有源半導(dǎo)體層(106)；在所述有源半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)半導(dǎo)體電路(108)；在有源層上的至少一個(gè)金屬互連層(113、114)，以及從所述至少一個(gè)金屬互連層延伸到所述半導(dǎo)體襯底的背面的至少一個(gè)金屬通孔(112)。所述超晶格吸收層還可以包含吸收的金屬離子。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及半導(dǎo)體裝置，并且更具體地，涉及半導(dǎo)體晶片處理和裝置制造。

背景技術(shù)

已經(jīng)提出了結(jié)構(gòu)和技術(shù)來增強(qiáng)半導(dǎo)體裝置的性能，諸如通過增強(qiáng)電荷載流子的遷移率來增強(qiáng)半導(dǎo)體裝置的性能。例如，Currie等人的美國專利申請(qǐng)No.2003/0057416公開了硅的應(yīng)變材料層、硅-鍺以及松弛硅并且還包括無雜質(zhì)區(qū)域(否則將會(huì)引起性能退化)。上部硅層中產(chǎn)生的雙軸應(yīng)變改變載流子遷移率，從而允許較高速和/或較低功率裝置。Fitzgerald等人的已公布的美國專利申請(qǐng)No.2003/0034529公開了同樣基于類似應(yīng)變硅技術(shù)的CMOS反相器。

Takagi的美國專利No.6,472,685B2公開了一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括夾于硅層間的硅碳層，以使得第二硅層的導(dǎo)帶和價(jià)帶受到拉伸應(yīng)變。具有較小的有效質(zhì)量并且已被施加到柵極電極的電場(chǎng)感應(yīng)的電子被限制在第二硅層中，因此，可以肯定n溝道MOSFET具有更高的遷移率。

Ishibashi等人的美國專利No.4,937,204公開了一種超晶格，其中多層(少于8個(gè)單層，且包含部分或二元或二元化合物半導(dǎo)體層)交替地并且外延地生長。主電流流動(dòng)方向垂直于超晶格層。

Wang等人的美國專利No.5,357,119公開了具有通過減少超晶格中的合金散射獲得的較高遷移率的硅-鍺短周期超晶格。按照這些原則，Candelaria的美國專利No.5,683,934公開了包括溝道層的增強(qiáng)遷移率MOSFET，該溝道層包含硅和在硅晶格中以一定比例替代性出現(xiàn)的第二材料的合金，這將溝道層置于拉伸應(yīng)力下。

Tsu的美國專利No.5,216,262公開了包括兩個(gè)勢(shì)壘區(qū)和夾于勢(shì)壘之間的薄外延生長的半導(dǎo)體層的量子阱結(jié)構(gòu)。每個(gè)勢(shì)壘區(qū)包括厚度通常在2到6個(gè)單層范圍內(nèi)的交替的SiO2/Si層。硅的更厚部分夾于勢(shì)壘之間。

同樣Tsu于2000年9月6日在Applied?Physics?and?Materials?ScienceProcessing的第391-402頁在線發(fā)表的題目為“Phenomena?in?silicon?nanostructuredevices”的文章公開了硅和氧的半導(dǎo)體-原子超晶格(SAS)。Si/O超晶格被公開為在硅量子以及發(fā)光裝置中是有用的。具體地，構(gòu)建和測(cè)試了綠色電致發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。二極管結(jié)構(gòu)中電流流動(dòng)是垂直的，即垂直于SAS層。公開的SAS可以包括由吸附物(諸如氧原子、以及CO分子)分開的半導(dǎo)體層。在吸收的氧單層上硅的生長被描述為具有相當(dāng)?shù)腿毕菝芏鹊耐庋印Ｒ粋€(gè)SAS結(jié)構(gòu)包括1.1nm厚的硅部分(即，大約8個(gè)硅原子層)以及具有兩倍于此硅厚度的另一個(gè)結(jié)構(gòu)。Luo等人在Physics?Review?Letters,Vol.89,No.7(2002年8月12日)發(fā)表的題目為“Chemical?Design?of?Direct-Gap?Light-Emitting?Silicon”的文章進(jìn)一步討論了Tsu的發(fā)光SAS結(jié)構(gòu)。

Wang、Tsu和Lofgren的已公開的國際申請(qǐng)WO?02/103,767A1公開了薄硅和氧、碳、氮、磷、銻、砷或者氫的勢(shì)壘構(gòu)成塊，從而使垂直地流過晶格的電流降低了超過四個(gè)量級(jí)。絕緣層/勢(shì)壘層允許低缺陷外延硅接著沉積到絕緣層。