[發明專利]一種光電探測器及其制造方法

有效

• 申請號: 202011202290.X
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112289892B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 黃文軍;唐昭煥;陳世杰;張斌
• 申請（專利權）人: 聯合微電子中心有限責任公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/103;H01L31/0216
• 代理公司: 江蘇坤象律師事務所 32393
• 代理人: 趙新民

本發明涉及一種光電探測器的制造方法，包括步驟：第一步，于晶圓硅正面形成絕緣層（2），絕緣層下晶圓硅為硅襯底層（1）；第二步，按照預設的圖案，刻蝕出貫穿于絕緣層層（2）、伸入硅襯底層（1）的凹槽（3）；第三步，在凹槽（3）內填充材料鍺，生長出鍺探測層（4）；對晶元硅背面進行整體減薄，直到界面處有缺陷（5）的鍺探測層也被去除。本發明還涉及上述制造方法制造的光電探測器。本發明主要是通過工藝和結構的改進，以獲得優質的光電二極管的探測層，并且使得光電探測器表面的暗電流得以降低，提高光電探測器的質量和探測性能。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種光電探測器及其制造方法。

背景技術

短波紅外是指波長在1～2.5um之間的紅外波段，所有的物體都能夠反射環境中普遍存在的短波紅外輻射。相較可見光成像而言，采用短波紅外成像具有以下幾方面優勢：1、具有微光夜視功能；2、穿透煙、雨、霧、霾能力強，能更好的分辨細節；3、穿透生物體較深，能夠進行醫療診斷；4、能通過材料的吸收峰值判斷礦藏及材料分選等等。此外，光纖通信中通常采用短波紅外進行信息傳輸，因此性能優異的短波紅外探測器具有廣泛的應用價值。

硅基光電探測器是短波紅外探測的核心器件之一，也是硅基光通信系統的關鍵器件之一。采用硅Si材料作為光電二極管(PD)對紅外吸收的量子效率低下，特別是對于1um以上的波段幾乎沒有吸收，隨著近年來硅基鍺材料外延技術的突破性進展，以鍺為探測層的光電探測器，成為了當今研究的一大熱點，因為鍺Ge的帶隙比Si更小，吸收截止波長能達到1.6um，且對短波紅外的吸收效率明顯高于Si，因此采用在Si襯底上采用鍺Ge制作光電二極管(PD)，一方面可吸收短波紅外，另一方面可依托于Si集成電路的優勢進行生產制造，兼顧了硅基光電子集成和對光通訊波段的高效探測。

然而現有技術中，常規的光電探測器的制造工藝過程如圖1所示，根據圖1的制造工藝流程得到的光電探測器的結構如圖2所示?，F有技術的光電探測器的主要制造步驟經簡單的概括包括：

在Si襯底層1正面進行離子注入形成P型和N型電極區域、生長二氧化硅(SiO₂)層2；，根據預設的圖案，從正面刻蝕生成凹槽3，所述的凹槽3底部止于Si襯底1與SiO₂層2的界面；凹槽3內，進行光電二極管(PD)的生長，即在所述凹槽3內填充探測層4。

根據圖1的制造工藝流程得到的光電探測器的結構如圖2所示，所述的光電探測器包括了Si片，位于正面的SiO₂層2和背面的Si襯底層1，穿過SiO₂層2并止于Si襯底層1的凹槽3，所述凹槽3內生長有填充材料的探測層4，但是很顯然的，在探測層4與Si襯底層1之間有界面存在，界面處會有缺陷5存在，該缺陷比如懸掛鍵等等。

發明內容

本發明一方面所涉及的一種光電探測器的制造方法，包括了如下的步驟：

第一步，對晶圓硅正面進行離子注入形成電極區域、生長絕緣層例如二氧化硅層，絕緣層下的晶圓硅材料成為硅襯底層。

第二步，按照預設的圖案，刻蝕出貫穿絕緣層，伸入硅襯底層的凹槽。

第三步，在凹槽內填充材料鍺，生長出鍺探測層；對晶圓硅背面進行整體減薄直到界面處有缺陷的鍺探測層也被去除。

本發明采用鍺作為探測層，利用大規模集成電路制造優勢進行生產制造，同時兼顧了硅基光電子集成和對光通訊波段的高效探測，提高了短波紅外的吸收效率；同時由于鍺層直接生長在Si襯底層上，由于硅Si和鍺Ge的接觸面具有約4.2％的晶格失配度，使得鍺Ge在硅Si表面外延時，會在界面處產生大量的位錯和缺陷，導致鍺Ge探測器的暗電流較大，影響探測器的性能，通過除去缺陷的鍺探測層進行工藝上的改進。