CN112687522A - 一种非晶锗硅薄膜结构、集成结构以及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非晶锗硅薄膜结构、集成结构以及制造方法，其中，非晶锗硅薄膜结构，包括：U型非晶锗硅薄膜结构，在该U型非晶锗硅薄膜结构的下方、外侧和内侧均设置有高阻非晶硅层。在本发明的中，采用了U型的嵌套结构，通过将大部分的非晶锗硅薄膜层用高阻非晶硅层覆盖住，从而避免受到接触膜层、相关工艺的影响，实现高质量的产品特性。

Description

一种非晶锗硅薄膜结构、集成结构以及制造方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造光刻设备技术领域，特别是涉及一种非晶锗硅薄膜结构、集成结构以及制造方法。

背景技术

非晶锗硅(GeSi)是一种具有良好电学、光学和相关特性的材料，可以广泛地应用于先进CMOS工艺、传感器等产品中，但是，该材料容易受到湿法等接触性工艺的影响，且存在与常规薄膜(例如非晶硅、氧化钒薄膜)接触特性较差，应力难于控制等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种非晶锗硅薄膜结构、集成结构以及制造方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种非晶锗硅薄膜结构，包括：

U型非晶锗硅薄膜结构，在该U型非晶锗硅薄膜结构的下方、外侧和内侧均设置有高阻非晶硅层。

进一步地，所述U型非晶锗硅薄膜结构包括多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，所述多层非晶锗硅层均为U型，由下至上形成嵌套结构，各层的锗掺杂浓度从下至上递增。

进一步地，所述U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部与电极层连接。

进一步地，所述电极层覆盖所述U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部以及外侧和内侧的高阻非晶硅层的部分区域。

进一步地，在所述U型非晶锗硅薄膜结构下方、外侧的高阻非晶硅层的下方为介质层。

进一步地，所述U型非晶锗硅薄膜结构还掺杂有杂质元素，所述杂质元素包括硼、磷、砷、铟中的一种或任意多种。

一种非晶锗硅薄膜的集成结构，包括：

嵌于U型高阻非晶硅层中的多个U型非晶锗硅薄膜结构，所述多个U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部向U型两侧延展覆盖所述U型高阻非晶硅层，相邻的U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部相互连接，在各所述U型非晶锗硅薄膜结构的内侧设置有高阻非晶硅层。

进一步地，各所述U型非晶锗硅薄膜结构包括多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，所述多层非晶锗硅层均为U型，由下至上形成嵌套结构，各层的锗掺杂浓度从下至上递增，所述多个非晶锗硅薄膜结构中相同锗掺杂浓度的非晶锗硅层通过同一个沉积工艺一体成型。

进一步地，在所述非晶锗硅薄膜的集成结构中，全部或部分U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部上设置有电极层。

进一步地，各所述U型非晶锗硅薄膜结构的下方、外侧的高阻非晶硅层设置在介质层上。

一种非晶锗硅薄膜的集成结构的制造方法，包括：

S1:在衬底上沉积介质层；

S2:在所述介质层上沉积高阻非晶硅层；

S3:光刻刻蚀高阻非晶硅层，形成包含多个串联的内凹结构的高阻非晶硅层，并停止在介质层上；

S4:在内凹结构中沉积高阻非晶硅层，形成U型高阻非晶硅层；

S5:在所述内凹结构中由下至上依次沉积沉积多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，其中，锗掺杂浓度由从下至上逐层递增；

S6:沉积高阻非晶硅层；

S7:去除覆盖于各U型端部上方的高阻非晶硅层，露出位于各U型端部的非晶锗硅层；

S8：在露出的各所述位于U型端部的非晶锗硅薄膜层处，沉积电极层并图形化。

一种非晶锗硅薄膜的集成结构的制造方法，包括：

S1:在衬底上沉积介质层；

S2:在所述介质层上沉积高阻非晶硅层；

S3:光刻刻蚀高阻非晶硅层，形成包含多个串联的内凹结构的高阻非晶硅层，并停止在介质层上；

S4:沉积高阻非晶硅层，形成多个串联的U型高阻非晶硅层；

S5:在所述多个串联的U型高阻非晶硅层的内凹结构中由下至上依次沉积沉积多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，其中，锗掺杂浓度由从下至上逐层递增；

S6:沉积高阻非晶硅层；

S7：通过光刻、刻蚀去除位于所述多个串联的U型高阻非晶硅层两端外侧的U型端部的高阻非晶硅层，露出相应位置的非晶锗硅层；

S8：在露出的所述非晶锗硅层处，沉积电极层并图形化。

在本发明的非晶锗硅薄膜结构、集成结构以及制造方法中，采用了U型的嵌套结构，通过将大部分的非晶锗硅层用高阻非晶硅层覆盖住，从而避免受到接触膜层、相关工艺的影响，实现高质量的产品特性。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的非晶锗硅薄膜结构的示意图。

图2是本发明一较佳实施例的一种非晶锗硅薄膜的集成结构的示意图。

图3是本发明一较佳实施例的另一种非晶锗硅薄膜的集成结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，提出了一种非晶锗硅薄膜结构以及由多个非晶锗硅薄膜结构形成的集成结构，将大部分的非晶锗硅层用高阻非晶硅层覆盖住，从而避免受到接触膜层、相关工艺的影响，实现高质量的产品特性。

请参考图1，其为本发明较佳实施例的非晶锗硅薄膜结构的示意图。本发明实施例的非晶锗硅薄膜结构包括：U型非晶锗硅薄膜结构，在该U型非晶锗硅薄膜结构的下方、外侧和内侧均设置有高阻非晶硅层。其中，在最下方的高阻非晶硅层可以设置在介质层上。

所述U型非晶锗硅薄膜结构包括多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，所述多层非晶锗硅层均为U型，由下至上形成嵌套结构，各层的锗掺杂浓度从下至上递增。图1仅示例性地示出两层高低浓度的非晶锗硅层，在实际应用中，可以存在多个具有浓度梯度的非晶锗硅层。此外，在U型非晶锗硅薄膜结构中，还可以掺杂有杂质元素，杂质元素可以包括硼(B)、磷(P)、砷(As)、铟(In)中的一种或任意多种。

图1中的U型非晶锗硅薄膜结构中，除了U型端部，其他部分都被高阻非晶硅层所覆盖，从而形成了对非晶锗硅薄膜的良好保护，使得其不会受到其他接触膜层或者其他表面加工工艺的影响。

进一步地，U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部可以与电极层连接，也可以与其他膜层连接，具体的连接方式可以根据该非晶锗硅薄膜结构所需要实现的功能而定。在与电极层的接触部分，电极层覆盖所述U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部以及外侧和内侧的高阻非晶硅层的部分区域，从而使得全部的非晶锗硅薄膜被高阻非晶硅层和电极层所包裹。

以上介绍了单个的非晶锗硅薄膜结构，该薄膜结构可以作为红外探测器的一部分，其中，非晶锗硅薄膜可以用于接收红外光信号的照射，通过光电效应产生电信号，并通过上述的电极层输出。通过对输出电信号的分析，可以进行各种基于红外光的检测。

基于上述非晶锗硅薄膜结构的基本原理，也可以设计包含多个非晶锗硅薄膜结构的集成结构。参考图2，其为本发明较佳实施例的一种非晶锗硅薄膜的集成结构的示意图，该集成结构包括：

多个U型非晶锗硅薄膜结构，该U型非晶锗硅薄膜结构嵌入到U型高阻非晶硅层，与图1所示的U型非晶锗硅薄膜结构略有不同，其U型端部向外侧延展，如图2所示，多个U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部向U型两侧延展覆盖所述U型高阻非晶硅层，相邻的U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部相互连接，在U型非晶锗硅薄膜结构的内侧设置有高阻非晶硅层。各U型非晶锗硅薄膜结构的下方、外侧的高阻非晶硅层设置在介质层上，该介质层处于多个U型非晶锗硅薄膜结构最下方，承载整个集成结构。

U型非晶锗硅薄膜结构可以包括多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，多层非晶锗硅层均为U型，由下至上形成嵌套结构，各层的锗掺杂浓度从下至上递增，所述多个非晶锗硅薄膜结构中相同锗掺杂浓度的非晶锗硅层通过同一个沉积工艺一体成型，如图2中所示，高低浓度的非晶锗硅层的U型端部均向外侧延展并彼此连接在一起，形成一个薄膜层。

进一步地，在所述非晶锗硅薄膜的集成结构中，全部或部分U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部上设置有电极层，具体在哪些U型非晶锗硅薄膜结构上设置电极层，可以根据该集成结构所需要实现的功能而定，如图2所示，在整个集成结构的两端的U型端部上设置有电极层，作为整个集成结构的电信号输出端。

此外，作为一种可选实施例，参考图3，在未设置电极层的U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部上可以覆盖高阻非晶硅层，从而可以对U型非晶锗硅薄膜结构进行更好的保护。

为了实现图2所示的非晶锗硅薄膜的集成结构，本发明实施例还提供了一种非晶锗硅薄膜的集成结构的制造方法，包括：

S1：在衬底上沉积介质层；

S2：在所述介质层上沉积高阻非晶硅层；

S3：光刻刻蚀高阻非晶硅层，形成多个串联的内凹结构的高阻非晶硅层，并停止在介质层上。

S4：沉积高阻非晶硅层，形成包含多个串联的U型高阻非晶硅层。

S5：在多个串联的U型高阻非晶硅层的内凹结构中由下至上依次沉积沉积多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，其中，锗掺杂浓度由从下至上逐层递增；

S6：沉积高阻非晶硅层；

S7：去除覆盖于各U型端部上方的高阻非晶硅层，露出位于各U型端部的非晶锗硅层。具体地，对步骤S6中沉积的高阻非晶硅层进行抛光，去除U型端部上面的高阻非晶硅层，保留U型端部的非晶锗硅层。其中，所述抛光可采用CMP(Chemical-MechanicalPlanarization,化学机械研磨/化学机械抛光)工艺。

S8：在露出的各所述位于U型端部的非晶锗硅层处，沉积电极层并图形化。如图2所示，作为示例，电极层形成在了整体结构的两个端部，根据具体需要，也可以在中部露出非晶锗硅层的U型端部部分沉积电极层，以实现想要的器件功能。

为了实现图3所示的非晶锗硅薄膜的集成结构，本发明实施例还提供了一种非晶锗硅薄膜的集成结构的制造方法，包括：

S1：在衬底上沉积介质层；

S2：在所述介质层上沉积高阻非晶硅层；

S3：光刻刻蚀高阻非晶硅层，形成包含多个串联的内凹结构的高阻非晶硅层，并停止在介质层上。

S4：沉积高阻非晶硅层，形成多个串联的U型高阻非晶硅层。

S5：在多个串联的U型高阻非晶硅层的内凹结构中由下至上依次沉积沉积多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，其中，锗掺杂浓度由从下至上逐层递增；

S6：沉积高阻非晶硅层；

S7：通过光刻、刻蚀去除位于多个串联的U型高阻非晶硅层两端外侧的U型端部的高阻非晶硅层，，露出相应位置的非晶锗硅层，如图3所示，去除了图3所示结构左右两侧边缘处的U型端部的高阻非晶硅层；

S8：在所述露出非晶锗硅薄膜层处，沉积电极层并图形化。如图3所示，与图2的区别在于，中间部分的非晶锗硅层仍然被高阻非晶硅层覆盖，只有两端形成了与外部或者其他层连接的电极，从而能够对中部的非晶锗硅层提供更好的保护。

以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种非晶锗硅薄膜结构，其特征在于，包括：

U型非晶锗硅薄膜结构，在该U型非晶锗硅薄膜结构的下方、外侧和内侧均设置有高阻非晶硅层。

2.根据权利要求1所述的非晶锗硅薄膜结构，其特征在于，所述U型非晶锗硅薄膜结构包括多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，所述多层非晶锗硅层均为U型，由下至上形成嵌套结构，各层的锗掺杂浓度从下至上递增。

3.根据权利要求1或2所述的非晶锗硅薄膜结构，其特征在于，所述U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部与电极层连接。

4.根据权利要求3所述的非晶锗硅薄膜结构，其特征在于，所述电极层覆盖所述U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部以及外侧和内侧的高阻非晶硅层的部分区域。

5.根据权利要求1或2所述的非晶锗硅薄膜的集成结构，其特征在于，在所述U型非晶锗硅薄膜结构下方、外侧的高阻非晶硅层的下方为介质层。

6.根据权利要求1或2所述的非晶锗硅薄膜结构，其特征在于，所述U型非晶锗硅薄膜结构还掺杂有杂质元素，所述杂质元素包括硼、磷、砷、铟中的一种或任意多种。

7.一种非晶锗硅薄膜的集成结构，其特征在于，包括：

嵌于U型高阻非晶硅层中的多个U型非晶锗硅薄膜结构，所述多个U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部向U型两侧延展覆盖所述U型高阻非晶硅层，相邻的U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部相互连接，在各所述U型非晶锗硅薄膜结构的内侧设置有高阻非晶硅层。

8.根据权利要求7所述的集成结构，其特征在于，各所述U型非晶锗硅薄膜结构包括多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，所述多层非晶锗硅层均为U型，由下至上形成嵌套结构，各层的锗掺杂浓度从下至上递增，所述多个非晶锗硅薄膜结构中相同锗掺杂浓度的非晶锗硅层通过同一个沉积工艺一体成型。

9.根据权利要求7或8所述的非晶锗硅薄膜的集成结构，其特征在于，在所述非晶锗硅薄膜的集成结构中，全部或部分U型非晶锗硅薄膜结构的U型端部上设置有电极层。

10.根据权利要求7或8所述的非晶锗硅薄膜的集成结构，其特征在于，各所述U型非晶锗硅薄膜结构下方、外侧的高阻非晶硅层设置在介质层上。

11.一种非晶锗硅薄膜的集成结构的制造方法，其特征在于，包括：

S1:在衬底上沉积介质层；

S2:在所述介质层上沉积高阻非晶硅层；

S3:光刻刻蚀高阻非晶硅层，形成包含多个串联的内凹结构的高阻非晶硅层，并停止在介质层上；

S4:沉积高阻非晶硅层，形成多个串联的U型高阻非晶硅层；

S5:在所述多个串联的U型高阻非晶硅层的内凹结构中由下至上依次沉积沉积多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，其中，锗掺杂浓度由从下至上逐层递增；

S6:沉积高阻非晶硅层；

S7:去除覆盖于各U型端部上方的高阻非晶硅层，露出位于各U型端部的非晶锗硅层；

S8：在露出的各所述位于U型端部的非晶锗硅薄膜层处，沉积电极层并图形化。

12.一种非晶锗硅薄膜的集成结构的制造方法，其特征在于，包括：

S1:在衬底上沉积介质层；

S2:在所述介质层上沉积高阻非晶硅层；

S3:光刻刻蚀高阻非晶硅层，形成包含多个串联的内凹结构的高阻非晶硅层，并停止在介质层上；

S4:沉积高阻非晶硅层，形成多个串联的U型高阻非晶硅层；

S5:在所述多个串联的U型高阻非晶硅层的内凹结构中由下至上依次沉积沉积多层不同锗掺杂浓度的非晶锗硅层，其中，锗掺杂浓度由从下至上逐层递增；

S6:沉积高阻非晶硅层；

S7：通过光刻、刻蚀去除位于所述多个串联的U型高阻非晶硅层两端外侧的U型端部的高阻非晶硅层，露出相应位置的非晶锗硅层；

S8：在露出的所述非晶锗硅层处，沉积电极层并图形化。

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