铟镓砷晶圆及其制造方法、射频阵列芯片及其制造方法与流程

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种铟镓砷晶圆及其制造方法、一种射频阵列芯片及其制造方法。

背景技术：

1、随着半导体相关技术的发展，超高速短波红外成像技术也在飞速发展。可以利用超高速短波红外成像技术构造超高速短波红外成像系统。超高速短波红外成像系统主要包括高速短波红外成像芯片、超高速存储和实时视觉等模块，该系统可以对高速运动的物体进行图像捕获、海量图像实时记录、传输、对目标位置、姿态、轨迹和速度进行测量，在多种领域应用广泛。

2、高速短波红外成像芯片可以是铟镓砷(ingaas)短波红外成像芯片，铟镓砷短波红外成像芯片采用铟镓砷作为本征层，磷化铟(inp)作为n型掺杂层或p型掺杂层，ingaas短波红外光电成像芯片通常是在inp衬底上直接外延形成的。

3、但是当前ingaas短波红外成像芯片存在工作速度慢的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种铟镓砷晶圆及其制造方法、一种射频阵列芯片及其制造方法，能够制造得到高性能铟镓砷晶圆，从而提高利用铟镓砷晶圆制造得到的射频阵列芯片的性能，从而实现较高的芯片工作速度。

2、本技术提供了一种铟镓砷晶圆的制造方法，所述方法包括：

3、形成施主衬底，所述施主衬底包括依次层叠的第一衬底、吸收层、第一掺杂层和键合层，所述吸收层的材料至少包括铟镓砷，所述第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，所述第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，所述第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，所述第一掺杂层的材料为铟镓砷或磷化铟，所述第一衬底至少包括目标层，所述目标层的材料为磷化铟；

4、形成受主衬底，所述受主衬底包括依次层叠的第一硅衬底、富陷阱层和绝缘层，所述富陷阱层为四族元素构成的非晶材料；

5、以所述键合层朝向所述绝缘层的方向键合所述施主衬底和所述受主衬底；

6、去除部分厚度的所述第一衬底，保留所述目标层；

7、对所述目标层进行掺杂，得到第二掺杂层，所述第二掺杂层的掺杂类型和所述第一掺杂层的掺杂类型不同。

8、可选地，所述富陷阱层的材料为非晶硅、非晶硅锡、非晶硅锗、非晶锗和非晶锗锡中的一种或多种。

9、可选地，所述吸收层为堆叠层，所述堆叠层由第一目标层和第二目标层交替堆叠形成，所述第一目标层的材料为铟镓砷、镓砷磷或镓砷锑，所述第二目标层的材料为磷化铟、铟铝砷、铝镓砷、铟铝镓砷或铟镓砷磷。

10、可选地，所述第一衬底包括依次层叠的第二硅衬底、第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层以及所述目标层，所述第一缓冲层的材料为锗，所述第二缓冲层的材料为砷化镓，所述第三缓冲层的材料为磷化铟，所述第二硅衬底为斜切硅衬底。

11、可选地，所述第一衬底的材料为磷化铟。

12、可选地，所述第一硅衬底的阻值大于目标阈值。

13、可选地，所述键合层和所述绝缘层构成分布式布拉格反射镜，所述分布式布拉格反射镜包括依次层叠的氧化硅层、利用正硅酸乙酯teos形成的氧化硅层和氧化铝层、或所述分布式布拉格反射镜包括层叠的氧化硅层和多晶硅层，或所述分布式布拉格反射镜包括依次层叠的氧化硅层、氮化硅层和氧化硅层，或所述分布式布拉格反射镜包括层叠的氧化硅层和硅层。

14、本技术提供了一种铟镓砷晶圆，包括依次层叠的第一硅衬底、富陷阱层、绝缘层、键合层、第一掺杂层、吸收层和第二掺杂层；所述吸收层的材料为铟镓砷，所述第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，所述第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，所述第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，所述第一掺杂层的材料为铟镓砷或磷化铟，所述第二掺杂层的材料为磷化铟，所述第二掺杂层的掺杂类型和所述第一掺杂层的掺杂类型不同，所述富陷阱层为四族元素构成的非晶材料。

15、本技术提供了一种射频阵列芯片，包括：键合的铟镓砷晶圆和读出电路晶圆；

16、所述铟镓砷晶圆包括依次层叠的第一硅衬底、富陷阱层、绝缘层、键合层、第一掺杂层、吸收层和第二掺杂层；所述吸收层的材料为铟镓砷，所述第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，所述第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，所述第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，所述第一掺杂层的材料为铟镓砷或磷化铟，所述第二掺杂层的材料为磷化铟，所述第二掺杂层的掺杂类型和所述第一掺杂层的掺杂类型不同，所述富陷阱层为四族元素构成的非晶材料；所述第一掺杂层、所述吸收层和所述第三掺杂层构成的叠层结构包括多个像元和多个沟槽，所述像元和所述沟槽被表面钝化层覆盖，位于所述沟槽的底部的表面钝化层具有第一开口，所述第一开口中具有第一金属层，所述第一金属层和所述第一掺杂层接触，位于所述像元的顶部的表面钝化层具有第二开口，所述第二开口中具有第二金属层，所述第二金属层和所述第二掺杂层接触；

17、所述读出电路晶圆具有第三金属层和第四金属层，所述第三金属层和所述第一金属层接触，所述第四金属层和所述第二金属层接触。

18、本技术提供了一种射频阵列芯片的制造方法，所述方法包括：

19、提供铟镓砷晶圆和读出电路晶圆，所述铟镓砷晶圆包括依次层叠的第一硅衬底、富陷阱层、绝缘层、键合层、第一掺杂层、吸收层和第二掺杂层；所述吸收层的材料至少包括铟镓砷，所述第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，所述第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，所述第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，所述第一掺杂层的材料为铟镓砷或磷化铟，所述第二掺杂层的材料为磷化铟，所述第二掺杂层的掺杂类型和所述第一掺杂层的掺杂类型不同，所述富陷阱层为四族元素构成的非晶材料；

20、对所述第一掺杂层、所述吸收层和所述第二掺杂层进行刻蚀，得到多个沟槽，所述沟槽未贯穿所述第一掺杂层，相邻所述沟槽之间的凸起构成像元；

21、形成表面钝化层，所述表面钝化层覆盖所述沟槽的表面和所述像元的表面；

22、刻蚀所述沟槽的底部的表面钝化层形成第一开口，在所述第一开口形成第一金属层，所述第一金属层和所述第一掺杂层接触；

23、刻蚀所述像元的顶部的表面钝化层形成第二开口，在所述第二开口形成第二金属层，所述第二金属层和所述第二掺杂层接触；

24、以所述第一金属层和所述第二金属层朝向读出电路晶圆的方向键合所述铟镓砷晶圆和所述读出电路晶圆，所述读出电路晶圆具有第三金属层和第四金属层，所述第三金属层和所述第一金属层接触，所述第四金属层和所述第二金属层接触。

25、本技术提供了一种铟镓砷晶圆的制造方法，方法包括：形成施主衬底，施主衬底包括依次层叠的第一衬底、吸收层、第一掺杂层和键合层，吸收层的材料为铟镓砷，第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，第一掺杂层的材料为铟镓砷或磷化铟，第一衬底至少包括目标层，目标层的材料为磷化铟。形成受主衬底，受主衬底包括依次层叠的第一硅衬底、富陷阱层和绝缘层，富陷阱层为四族元素构成的非晶材料。以键合层朝向绝缘层的方向键合施主衬底和受主衬底，去除部分厚度的第一衬底，保留目标层，对目标层进行掺杂，得到第二掺杂层，第二掺杂层的掺杂类型和第一掺杂层的掺杂类型不同，这样就在吸收层的两侧形成了不同掺杂类型的磷化铟，从而最终形成铟镓砷晶圆。铟镓砷晶圆中的富陷阱层可以捕获绝缘层、键合层、第一掺杂层、吸收层以及第二掺杂层中的游离的寄生电荷，从而降低寄生电容，后续利用铟镓砷晶圆制造得到的射频阵列芯片就可以具有较高的成像速度，从而提高利用铟镓砷晶圆制造得到的射频阵列芯片的性能，实现较高的芯片工作速度。