光电子设备及其制造方法
【专利说明】光电子设备及其制造方法
[0001]本发明申请要求法国专利申请FR13/52794和法国专利申请FR12/60232的优先权，上述法国专利申请通过参考的方式并入本文中。
技术领域
[0002]本发明一般涉及半导体材料，涉及基于半导体材料的设备，并且涉及它们的制造方法。本发明更具体地设计包括三维元件的设备，并且尤其涉及半导体微米线或纳米线。
【背景技术】
[0003]基于主要包括第III组元素和第V组元素(例如氮化镓，GaN)的、下文中称为II1-V化合物，或基于主要包括第II组元素和第VI组元素(例如氧化锌，ZnO)的、下文中称为I1-VI化合物的微米线或纳米线是包括半导体材料的微米线或纳米线的实例。这种微米线或纳米线能够制造半导体设备例如光电子设备。术语“光电子设备”用于命名能够将电子信号转化成电子辐射或其它方式的设备，尤其用于命名专用于检测、测量或电磁辐射的发射的设备或专用于光伏应用的设备。
[0004]用于制造半导体材料微米线或纳米线的方法应当能够利用每个微米线或纳米线的几何形状、位置和结晶属性的正确和统一控制制造微米线或纳米线。
[0005]文件US789443描述用于制造纳米线的方法，包括:在基板的平面上的电介质材料层的沉积，在电介质材料层中的开口的蚀刻以暴露基板的部分，利用促进纳米线的生长的材料的部分的开口的填充，以及在这些部分上的开口中的纳米线的形成。选择电介质材料使得纳米线不能直接在其上生长。
[0006]在微米线或纳米线中，为了具有电子信号转换成电磁辐射或电磁辐射转换成电子信号的最可能的属性，期望对于每个微米线或纳米线而言，基本上具有单晶结构。具体地，当微米线或纳米线主要由基于第一元素和第二元素例如II1-V化合物或I1-VI化合物的材料形成时，期望每个微米线或纳米线基本上具有沿着整个微米线或纳米线的不变极性。
[0007]然而，利用在US7829443中公开的方法，纳米线生长可能被扰乱，使得每个纳米线可能不具有单晶结构。具体地，当微米线或纳米线主要由基于第一元素和第二元素例如II1-V化合物或I1-VI化合物的材料形成时，具有与纳米线核心中的极性有关的相反极性的外围层可以出现在纳米线侧。
[0008]这会引起缺陷的形成，尤其在晶界处，这会改变电子信号转换成电磁信号或相反转换的效率。
【发明内容】
[0009]因此，实施方式的目的在于克服具体带有微米线或纳米线的光电子设备及其之前描述的制造方法的至少部分缺点。
[0010]另一个实施方式提供不通过在电介质材料层中制成的开口形成三维元件特别是的半导体材料微米线或纳米线。
[0011]另一个实施方式提供:由半导体材料制成的每个三维元件，特别是每个微米线或纳米线，基本上具有单晶结构。
[0012]另一个实施方式提供正确和统一控制由半导体材料制成的每个三维元件，特别是微米线或纳米线的定位、几何形状和结晶属性的可能性。
[0013]另一个实施方式提供以工业规模和最低成本形成由半导体材料制成的三维元件，特别是微米线或纳米线的可能性。
[0014]因此，实施方式提供一种光电子设备(10 ；60 ；70)包括:
[0015]基板；
[0016]在基板的表面上的衬塾；
[0017]半导体元件，每个原件搁置在衬垫上；
[0018]至少覆盖每个衬垫的侧面的部分，所述部分防止在侧面上的半导体元件的生长。
[0019]根据本发明的实施方式，设备还包括电介质区域，所述电介质区域在基板中从所述表面开始延伸并且对于每对衬垫而言将该对中的一个衬垫连接至该对中的另一个衬垫。
[0020]根据本发明的实施方式，基板由从包括硅、锗、碳化硅、II1-V化合物、I1-VI化合物和这些化合物的组合的组中选择的第一半导体材料制成。
[0021]根据本发明的实施方式，每个半导体元件包括至少一个部分(26，28)，所述部分主要包括与衬垫(18)接触的第二半导体材料，所述第二半导体材料从包括硅、锗、碳化硅、II1-V化合物、I1-VI化合物和这些化合物的组合的组中选择。
[0022]根据一个实施方式，每个衬垫的厚度在Inm至10nm的范围内，并且基板与每个衬垫电接触。
[0023]根据一个实施方式，每个半导体元件为微米线、纳米线、圆锥元件或楔形元件。
[0024]实施方式还提供制造光电子设备的方法，包括以下连续步骤:
[0025]提供基板；
[0026]在所述基板的表面上形成衬垫；
[0027]形成至少覆盖每个衬垫的侧面的部分并且
[0028]形成半导体元件，每个元件搁置在所述衬垫上，所述部分包括防止所述侧面上的半导体的生长的材料。
[0029]根据一个实施方式，所述部分由绝缘材料制成。
[0030]根据一个实施方式，所述部分的形成步骤包括:形成在衬垫之间在表面上延伸的电介质材料并且与侧面接触的步骤。
[0031]根据一个实施方式，形成电介质其余的步骤包括以下步骤:
[0032]在所述基板和衬垫上沉积第一电介质材料的第一电介质层，第一电介质层在衬垫上形成凸部；
[0033]在所述第一电介质层上形成与第一电介质材料不同的第二电介质材料的第二电介质层；
[0034]通过化学机制来移除和抛光第二电介质层以暴露第一电介质层的凸部；以及
[0035]将第一电介质层蚀刻并且保留第二电介质层的部分以暴露衬垫的顶部。
[0036]根据一个实施方式，该方法还包括:形成在基板中从所述表面开始延伸的电介质区域，和对于每对衬垫而言，将该对中的一个衬垫连接至该对中的另一个衬垫。
[0037]根据一个实施方式，通过基板的氧化和渗氮形成区域。
[0038]根据一个实施方式，方法包括以下连续步骤:
[0039]在所述基板上沉积层；
[0040]在所述层上形成绝缘块；
[0041]将层的未被绝缘块覆盖的部分蚀刻以形成衬垫；
[0042]将衬的侧面和未被衬垫覆盖的基板部分垫氧化；
[0043]将所述绝缘块移除。
[0044]根据一个实施方式，方法包括以下连续步骤:
[0045]在所述基板上沉积层；
[0046]在所述层上形成绝缘块；
[0047]将层的未被绝缘块覆盖的部分蚀刻以形成衬垫；
[0048]将所述绝缘块移除；
[0049]沉积覆盖所述衬垫和在所述衬垫之间的所述基板的电介质层；
[0050]各向异性地蚀刻所述电介质层以将电介质从所述基板和从所述衬垫的顶部移除并且留下在所述侧面上的电介质层的部分；
[0051]对未被衬垫覆盖的基板部分以及可能衬垫(18)的顶部进行渗氮。
【附图说明】
[0052]在结合附图的具体权利要求的以下非限制性描述中详细讨论前述和其它特征以及优点，其中:
[0053]图1A至图1C是在制造包括微米线或纳米线的光电子设备的已知方法的连续步骤中获得的结构的部分简化横截面图；
[0054]图2为通过关于图1A至图1C而描述的方法获得的微米线或纳米线的部分简化的详细横截面图；
[0055]图3为包括微米线或纳米线的光电子设备的实施方式的部分简化横截面图；
[0056]图4A至图41为制造图3的光电子设备的方法的另一个实施方式的连续步骤获得的结构的部分简化横截面图；
[0057]图5A至图5B为制造图3的光电子设备的方法的另一个实施方式的连续步骤获得的部分简化横截面图；
[0058]图6为包括微米线或纳米线的光电子设备的另一个实施方式的部分简化横截面图；
[0059]图7A至图7D为制造图6的光电子设备的方法的另一个实施方式的连续步骤获得的结构的部分简化横截面图；
[0060]图8为包括微米线或纳米线的光电子设备的另一个实施方式的部分简化横截面图；以及
[0061]图9为带有锥形三维元件的光电子设备的实施方式的部分简化横截面图。
【具体实施方式】
[0062]为了清楚，在各个图中相同的元件由相同的参考标号来指定，而且进一步，如通常在电子电路的表示中的那样，各种图并非按比例的。而且，仅显示和将描述对于当前说明书的理解有用的那些元件。具体地，下文中描述的光电子设备控制装置在本领域技术人员的能力中，并且不被描述。
[0063]在以下说明书中，除非有相反指示，术语“大致上”、“大约”和“大约的”意味着“10%以内”。而且，“由材料形成的化合物”或“基于材料的化合物”意味着包括比例大于或等于95%的所述材料的化合物，这个比例优选地大于99%。
[0064]本发明涉及三维元件例如微米线、纳米线或锥形元件的制造。在以下说明书中，为了微米线或纳米线的制造描述实施方式。但是，实现这些实施方式用于制造不是微米线或纳米线的三维元件例如用于制造锥形三维元件。
[0065]术语“微米线”或“纳米线”指示这样一种三维结构，其具有沿着优选方向的延长形状，具有在从5nm至2.5 μπι的范围内被称为次要维度的至少两个维度，具有称为主要维度的第三维度，该主要维度等于最大的次要维度的至少I倍优选地至少5倍并且更优仍然至少10倍。在特定实施方式中，次要维度小于或等于大约I μm，优选地在范围10nm至I μπι范围中，更优选地从10nm至300nm。在一定实施方式中，每个微米线或纳米线的高度可以大于或等于500nm，优选地在从14!11至50 41]1的范围内。
[0066]在以下说明中，术语“线”用于意味着“微米线或纳米线”。优选地，在与线的优选方向垂直的平面中，通过横截面的重心的线的正中线为大致上的直线并且在下文中称为线的“轴”。
[0067]线的横截面可以具有不同形状，诸如例如椭圆形、圆形或锥形，具体地为三角形、矩形、方形或六边形。应当理解是，关于线或沉积在线上的层的横截面而提到的术语“直径”指示与这个横截面中的目标结构的表面关联的数量，该横截面对应于例如具有和线横截面相同的表面面积的盘的直径。
[0068]这个线可以由至少一种半导体材料至少部分地形成。半导体材料可以为硅、锗、碳化硅、II1-V化合物、I1-VI化合物或这些化合物的组合。
[0069]线可以至少部分地由主要包括II