[发明专利]具有公共栅极的光子器件和CMOS器件及其制造方法

说明书

技术领域

示范性实施例一般地涉及集成电路的处理，以及更具体地，涉及集成到集成电路的处理中的光子器件的处理。

背景技术

光学互连提供了优于先进的微电子装置领域的电路的显著优点。光学互连系统的一个可能的实施例基于绝缘体上硅（SOI）技术，其中在与其他互补金属氧化物半导体（CMOS）电路元件（例如，场效应晶体管（FET）、电容器、电阻器等等）相同的薄硅层上形成光波导。光源产生在这些光波导中传播的光学信号（例如，光脉冲）。光检测器将光信号转化为电信号。

锗生长所要求的另外的热预算、锗可以承受的最高温度、交叉污染问题、锗掺杂问题、锗钝化问题以及当与常规用于垂直接触的金属材料配对时锗倾向于形成非欧姆接触的问题，将锗与常规CMOS工艺的集成复杂化。作为结果，存在对结构和工艺集成方案的需要，该结构和集成方案能够克服部分或者所有这些问题并允许以兼容常规CMOS处理的方式有效制造波导和锗光检测器。

发明内容

通过根据示范性实施例的第一方面提供的用于形成具有公共栅极的光子器件和CMOS器件的方法获得上述和下文中的示范性实施例的各种优点和目的。该方法包括：在要分别制造光子器件和CMOS器件的半导体芯片上限定光子器件部分和CMOS器件部分；在CMOS器件部分上形成金属或多晶硅栅极材料；在光子器件部分上以及金属或者在CMOS器件部分上的多晶硅栅极材料上沉积锗；平整化锗以形成锗和金属或多晶硅栅极材料的共面层；蚀刻锗以限定在光子部分上的栅极并限定向CMOS器件部分延伸的栅极延伸；蚀刻所述金属或多晶硅栅极材料以限定在CMOS器件部分上的栅极并限定向光子器件部分延伸并与来自所述锗栅极部分的栅极延伸接合的栅极延伸，其中各接合的栅极延伸在光子器件部分和CMOS器件部分之间形成公共栅极；在锗栅极和金属或多晶硅栅极上形成间隔物；用氮化物包封所述锗栅极；以及加热光子器件部分以使锗栅极熔化并结晶。

根据示范性实施例的第二方面，提供了一种用于形成具有公共栅极的光子器件和CMOS器件的方法。该方法包括：在要分别制造光子器件和CMOS器件的半导体芯片上限定光子器件部分和CMOS器件部分；在CMOS器件部分上形成金属或多晶硅栅极材料；在光子器件部分上以及在CMOS器件部分上的金属或多晶硅栅极材料上沉积锗；平整化所述锗以形成锗和金属或多晶硅栅极材料的共面层；蚀刻所述锗以在光子部分上限定栅极；蚀刻金属或多晶硅栅极材料以在CMOS器件部分上限定栅极；在锗栅极和金属或多晶硅栅极上形成间隔物；用氮化物包封锗栅极；以及加热光子器件部分以使所述锗栅极熔化并结晶。

根据示范性实施例的第三方面，提供了一种具有光子器件和CMOS器件的半导体芯片，其包括在半导体芯片上的光子器件部分和CMOS器件部分；在CMOS器件部分上的金属或多晶硅栅极，所述金属或多晶硅栅极具有向光子器件部分延伸的栅极延伸；锗栅极，在光子器件部分上，以便所述锗栅极与所述金属或多晶硅栅极共面，所述锗栅极具有向所述CMOS器件部分延伸的栅极延伸，所述锗栅极延伸和金属或多晶硅栅极延伸接合在一起以形成公共栅极；在所述锗栅极和所述金属或多晶硅栅极上形成的间隔物；以及在所述锗栅极上形成的氮化物封装。

根据本发明的第二方面，提供了一种具有在相同的半导体芯片上的光子器件和CMOS器件的半导体芯片，其包括在半导体芯片上的光子器件部分和CMOS器件部分；在CMOS器件部分上的金属或多晶硅栅极，所述金属或多晶硅栅极具有向所述光子器件部分延伸的栅极延伸；锗栅极，在所述光子器件部分上以便所述锗栅极与所述金属或多晶硅栅极共面，所述锗栅极具有向CMOS器件部分延伸的栅极延伸，所述锗栅极延伸和金属或多晶硅栅极延伸接合在一起以形成公共栅极；仅在所述锗栅极上形成的氮化物包封；以及在所述光子器件部分和所述CMOS器件部分之间的隔离区域，以便所述公共栅极在所述隔离区域上。

附图说明

示范性实施例的特征是新颖的并且通过附加权利要求详细列出了示范性实施例的元件特征。附图仅用于说明目的并且没有按比例绘出。通过参考随后联系附图的详细说明，可以最好地理解示范性实施例的组织和操作方法：

图1示出了光子器件和CMOS器件的中间半导体结构的顶视图；

图2示出了图1中的结构沿图1中的线2-2方向的截面图；

图3A到10A和3B到10B示出了用于制备图1中的结构的示范性方法，其中“A”图为沿图1中的A-A方向获得的光子器件的截面图并且“B”图为沿图1中的B-B方向获得的CMOS器件部分的截面图并且其中：