[发明专利]包括作为吸收层的超晶格的半导体装置和方法

说明书

半导体装置可以包括：半导体衬底(102)，具有正面和与正面相对的背面；以及在半导体衬底的正面上的超晶格吸收层(104)。所述超晶格吸收层可以包括堆叠的层组，每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层和约束在相邻的基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。装置可以进一步包括：在与所述半导体衬底(102)相对的所述超晶格吸收层(104)上的有源半导体层(106)；在所述有源半导体层中的至少一个半导体电路(108)；在有源层上的至少一个金属互连层(113、114)，以及从所述至少一个金属互连层延伸到所述半导体衬底的背面的至少一个金属通孔(112)。所述超晶格吸收层还可以包含吸收的金属离子。

技术领域

本公开总体上涉及半导体装置，并且更具体地，涉及半导体晶片处理和装置制造。

背景技术

已经提出了结构和技术来增强半导体装置的性能，诸如通过增强电荷载流子的迁移率来增强半导体装置的性能。例如，Currie等人的美国专利申请No.2003/0057416公开了硅的应变材料层、硅-锗以及松弛硅并且还包括无杂质区域(否则将会引起性能退化)。上部硅层中产生的双轴应变改变载流子迁移率，从而允许较高速和/或较低功率装置。Fitzgerald等人的已公布的美国专利申请No.2003/0034529公开了同样基于类似应变硅技术的CMOS反相器。

Takagi的美国专利No.6,472,685B2公开了一种半导体装置，该半导体装置包括夹于硅层间的硅碳层，以使得第二硅层的导带和价带受到拉伸应变。具有较小的有效质量并且已被施加到栅极电极的电场感应的电子被限制在第二硅层中，因此，可以肯定n沟道MOSFET具有更高的迁移率。

Ishibashi等人的美国专利No.4,937,204公开了一种超晶格，其中多层(少于8个单层，且包含部分或二元或二元化合物半导体层)交替地并且外延地生长。主电流流动方向垂直于超晶格层。

Wang等人的美国专利No.5,357,119公开了具有通过减少超晶格中的合金散射获得的较高迁移率的硅-锗短周期超晶格。按照这些原则，Candelaria的美国专利No.5,683,934公开了包括沟道层的增强迁移率MOSFET，该沟道层包含硅和在硅晶格中以一定比例替代性出现的第二材料的合金，这将沟道层置于拉伸应力下。

Tsu的美国专利No.5,216,262公开了包括两个势垒区和夹于势垒之间的薄外延生长的半导体层的量子阱结构。每个势垒区包括厚度通常在2到6个单层范围内的交替的SiO2/Si层。硅的更厚部分夹于势垒之间。

同样Tsu于2000年9月6日在Applied Physics and Materials ScienceProcessing的第391-402页在线发表的题目为“Phenomena in silicon nanostructuredevices”的文章公开了硅和氧的半导体-原子超晶格(SAS)。Si/O超晶格被公开为在硅量子以及发光装置中是有用的。具体地，构建和测试了绿色电致发光二极管结构。二极管结构中电流流动是垂直的，即垂直于SAS层。公开的SAS可以包括由吸附物(诸如氧原子、以及CO分子)分开的半导体层。在吸收的氧单层上硅的生长被描述为具有相当低缺陷密度的外延。一个SAS结构包括1.1nm厚的硅部分(即，大约8个硅原子层)以及具有两倍于此硅厚度的另一个结构。Luo等人在Physics Review Letters,Vol.89,No.7(2002年8月12日)发表的题目为“Chemical Design of Direct-Gap Light-Emitting Silicon”的文章进一步讨论了Tsu的发光SAS结构。

Wang、Tsu和Lofgren的已公开的国际申请WO 02/103,767A1公开了薄硅和氧、碳、氮、磷、锑、砷或者氢的势垒构成块，从而使垂直地流过晶格的电流降低了超过四个量级。绝缘层/势垒层允许低缺陷外延硅接着沉积到绝缘层。