[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本公开涉及半导体结构，具体地，涉及具有采用与场效应晶体管的栅极电极相同的半导体材料的接触结构的光子调制器，以及制造该光子调制器的方法。

背景技术

半导体波导可以用在微光子器件中以实现光在微米范围或毫米范围内的距离上的高效长范围传输。半导体波导通常采用单晶半导体材料来最小化由于光吸收导致的信号损失。半导体波导中的半导体材料具有相对高的折射率。例如，硅和锗分别具有约3.45和约4.0的折射率。具有更低折射常数的电介质材料围绕半导体波导，以便对于以掠射角照射在半导体波导和所述电介质材料之间的界面上的光，在所述界面处满足全反射条件。半导体波导因此可以用来传输波长大于与半导体材料的带隙对应的波长的光。通常，在半导体波导中采用红外光。

很多微光子器件以某种方式在半导体波导中操纵光。例如，半导体波导中的光可以被吸收、反射或者诱导以改变相位。在波导中操纵信号的一种方法是增加光子调制器。光子调制器的增加使得，相比于传播通过没有相位调节能力的波导的光学信号的相位，以不同的每传播距离速率传播通过调节器的光学信号的相位能够改变。

将光子部件（即，波导和调制器）与硅衬底上的互补金属半导体氧化物（CMOS）和双极互补金属半导体氧化物技术相结合，能够实现片上和芯片到芯片的光学互连。然而，将光子部件与CMOS和BiCMOS相集成是一个挑战，这是因为需要将不同的处理步骤集成到制造工艺序列中。因此需要一种有效地集成制造步骤以使处理步骤的数量最少并且减少处理时间和成本的方法。

发明内容

一种半导体结构包括在同一衬底上的光子调制器和场效应晶体管。该光子调制器包括调制器半导体结构和采用与场效应晶体管的栅极电极相同的半导体材料的半导体接触结构。所述调制器半导体结构包括横向p-n结，且所述半导体接触结构包括另一横向p-n结。为了形成该半导体结构，可以在半导体衬底中构图波导形状的调制器半导体结构和场效应晶体管的有源区。栅极电介质层形成在所述调制器半导体结构和所述有源区上，并且随后从所述调制器半导体结构上被去除。沉积、用图形构图以及掺杂半导体材料层以形成用于场效应晶体管的栅极电极和用于波导的半导体接触结构。

根据本公开的一方面，提供了一种半导体结构，该半导体结构包括位于半导体衬底上的光子调制器。该光子调制器包括：调制器半导体结构，其位于所述半导体衬底内、具有均匀的宽度和均匀的厚度、具有与至少一种电介质材料接触的侧壁和底表面、并且具有位于该调制器半导体结构的p掺杂调制器半导体部分与该调制器半导体结构的n掺杂调制器半导体部分之间的第一横向p-n结；以及半导体接触结构，位于所述半导体衬底上并且具有在p掺杂的半导体接触部分与n掺杂的半导体接触部分之间的第二横向p-n结，其中所述p掺杂的半导体接触部分与所述p掺杂的调制器半导体部分接触，并且所述n掺杂的半导体接触部分与所述n掺杂的调制器半导体部分接触。

在本公开的另一个方面中，提供了一种形成半导体结构的方法。该方法包括：形成调制器半导体结构，该调制器半导体结构具有均匀的宽度和均匀的厚度并且具有与半导体衬底中的至少一种电介质材料接触的侧壁和底表面；通过在所述调制器半导体结构中形成p掺杂的调制器半导体部分和n掺杂的调制器半导体部分，在所述调制器半导体结构中形成第一横向p-n结；在所述半导体衬底上并且直接在所述调制器半导体结构上形成半导体接触结构；以及通过在所述半导体接触结构中形成p掺杂的半导体接触部分和n掺杂的半导体接触部分，在所述半导体接触结构中形成第二横向p-n结，其中一旦形成所述p掺杂的半导体接触部分，所述p掺杂的半导体接触部分就与所述p掺杂的调制器半导体部分接触，并且一旦形成所述n掺杂的半导体接触部分，所述n掺杂的半导体接触部分就与所述n掺杂的调制器半导体部分接触。

附图说明

图1是根据本公开的第一实施例，在形成用于场效应晶体管的有源区、调制器半导体结构和波导半导体结构以及形成栅极电介质层之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。

图2是根据本公开第一实施例，在从所述调制器半导体结构之上去除栅极电介质层的一部分之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。

图3是根据本公开第一实施例，在沉积均厚半导体材料层之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。

图4是根据本公开第一实施例，在可选的退火之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。