[發明專利]一種鍺基探測器的集成方法

有效

• 申請號: 201911157635.1
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110854017B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 熊文娟;亨利·H·阿達姆松;王桂磊;趙雪薇;孔真真;林鴻霄
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L21/683;H01L27/146;H01L21/60
• 代理公司: 北京知迪知識產權代理有限公司 11628
• 代理人: 王勝利

本發明提供一種鍺基探測器的集成方法，包括以下步驟：提供第一襯底，在第一襯底上形成氮化硅波導結構；提供第二襯底，在第二襯底上外延鍺以形成鍺薄膜層，在鍺薄膜層上繼續外延鍺以形成鍺基外延層，并化學機械拋光；在鍺基外延層上沉積高k金屬氧化物以形成高k金屬氧化物層；將第二襯底的高k金屬氧化物層與第一襯底鍵合；減薄第二襯底至第一厚度，腐蝕掉第一厚度的第二襯底；化學機械拋光以去除鍺薄膜層；在鍺基外延層上制備形成鍺基探測器。本發明因為去除了低質量的鍺薄膜層，因此提高了后續形成的光電器件的性能。

技術領域

本發明涉及半導體集成技術領域，特別是涉及一種鍺基探測器的集成方法。

背景技術

硅基材料為實現光子組件（如硅波導光柵、氮化硅波導光柵）和電子器件（如硅基光電探測器、鍺基光電探測器）單片集成提供了基礎。目前在CMOS工藝線上已經實現了波導光柵和光電探測器的單片集成，通常是采用選擇性外延技術在單晶硅上外延形成鍺基外延層，然后進行選擇性刻蝕、離子注入及退火，以形成鍺基光電探測器。外延鍺前需要在單晶硅上提前生長一層低溫低質量的鍺薄膜層，以確保在此基礎上外延出高質量的鍺基外延層。但是，低溫低質量的鍺薄膜層對于在鍺基外延層上經選擇性刻蝕、離子注入及退火形成的鍺基探測器的性能具有不利影響。

因此，亟待提出一種能夠避免鍺基外延層在生長過程中存在的缺陷的鍺基探測器的集成方法。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠提高鍺基光電探測器性能的鍺基探測器的集成方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案，一種鍺基探測器的集成方法，包括以下步驟：

提供第一襯底，在第一襯底上形成氮化硅波導結構；

提供第二襯底，在第二襯底上外延鍺以形成鍺薄膜層，在鍺薄膜層上繼續外延鍺以形成鍺基外延層，并化學機械拋光；

在鍺基外延層上沉積高k金屬氧化物以形成高k金屬氧化物層；

將第二襯底的高k金屬氧化物層與第一襯底鍵合；

減薄第二襯底至第一厚度，腐蝕掉第一厚度的第二襯底；

化學機械拋光以去除鍺薄膜層；

在鍺基外延層上制備形成鍺基探測器。

優選地，在第一襯底上形成氮化硅波導結構的步驟包括：

依次在第一襯底上形成第一介質層和氮化硅層；

采用光刻、刻蝕工藝自氮化硅層的頂層向下刻蝕，以形成氮化硅波導結構；

在具有第一介質層和氮化硅波導結構的第一襯底上沉積第二介質層，并化學機械拋光。

優選地，在第一襯底上形成氮化硅波導結構的步驟包括：

在第一襯底上沉積形成第一介質層，采用光刻、刻蝕工藝自第一介質層的頂層形成若干凹槽；

在上述已形成的結構上第一次沉積氮化硅；

在上述已形成的結構上第二次沉積氮化硅，并化學機械拋光，以去除沉積在第一介質層上的氮化硅，以形成氮化硅波導結構；

在具有第一介質層和氮化硅波導結構的第一襯底上沉積形成第二介質層，并化學機械拋光。

優選地，采用等離子增強化學的氣相沉積法形成第一介質層、第二介質層和氮化硅層。

優選地，采用原子層沉積法沉積以形成高k金屬氧化物層。

優選地，高k金屬氧化物層為Al₂O₃層

優選地，第一厚度為20-30微米。