[发明专利]硅光子集成方法和结构

说明书

提供了硅光子集成方法和结构。该方法包括：在光电探测器上方和周围形成至少一个包裹层；在形成所述至少一个包裹层之后，对所述光电探测器材料进行热结晶；以及在热结晶所述光电探测器材料之后，在至少一个器件的上方，在所述至少一个包裹层上形成共形的密封层。所述共形的密封层被配置为密封所述至少一个包裹层中的缝隙。所述光电探测器和所述至少一个器件位于同一衬底上。所述至少一个器件包括互补金属氧化物半导体器件或被动光子器件。

技术领域

本发明涉及半导体器件及其形成方法，更具体地说，涉及集成化的光子半导体器件。

背景技术

互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路越来越多地使用光学传输结构来超越铜的带宽限制。在数据通信的高速切换和收发设备中使用光子器件仅仅是体现在单个集成器件中既处理光学信号又处理电学信号的好处的若干示例。例如，集成光子器件可以包括制造在单个硅衬底上的光电探测器和CMOS类型器件。然而，在制造工艺中，某些工艺，虽然对于某一类型的器件(例如CMOS FET)的形成和/或操作有好处或者是必要的，但是却对其他类型的器件(例如光电探测器)的形成和/或操作是有害的。

例如，使用单个氮化物来在光学器件和CMOS器件上锁住硅化物导致低性能和低产率。此外，包裹剂中的锗再结晶将在包裹剂中产生缝隙，从而使得后续的湿法化学处理(例如，在硅化物工艺中)将锗蚀刻掉。在被动光子上用于硅化物保护的电介质可能是不均匀的(即在某些位置太厚或者太薄)，这导致过度的光学损失或者串扰。

因此，除了别的以外，在集成光子器件内部，维持制造工艺中光子类型器件和非光子类型器件的一致性，是有利的。

发明内容

在本发明的第一方面是一种用于形成半导体结构的方法。该方法包括：在光电探测器上方和周围形成至少一个包裹层；在形成所述至少一个包裹层之后，对所述光电探测器材料进行热结晶；以及在热结晶所述光电探测器材料之后，在至少一个器件的上方，在所述至少一个包裹层上形成共形的密封层，所述共形的密封层被配置为密封所述至少一个包裹层中的缝隙。所述光电探测器和所述至少一个器件位于同一衬底上。所述至少一个器件包括互补金属氧化物半导体器件或被动光子器件。

本发明的另一方面是一种形成半导体结构的方法。该方法包括：在衬底上形成互补金属氧化物半导体(CMOS)器件、被动光子器件和光电探测器材料；在CMOS器件、被动光子器件和光电探测器材料上方形成包裹层；移除在CMOS器件和被动光子器件上方的一部分包裹层；结晶所述光电探测器材料；以及在CMOS器件、被动光子器件上方以及光电探测器材料上方的包裹层的一部分上形成共形密封层。

本发明另一方面是一种半导体结构，该结构包括：衬底上的第一器件、第二器件以及光电探测器；在光电探测器上方和周围的包裹层；在第一器件上，以及在光电探测器上方的包裹层上的共形氮化物密封层；以及在第二器件上，以及在光电探测器上方的包裹层上的氮化物壁垒层。

本发明的另一方面是一种半导体结构，包括：衬底上的光电探测器材料；光电探测器材料上的第一硅氮化物层；第一硅氮化物层上，以及光电探测器材料上方的第二硅氮化物层；第二硅氮化物层上，以及光电探测器材料上方的氧化物层；氧化物层上，以及光电探测器材料上方的第三硅氮化物层；第三硅氮化物层上，以及光电探测器材料上方的第四硅氮化物层；第四硅氮化物层上，以及光电探测器材料上方的共形硅氮化物密封层；以及共形硅氮化物密封层上，以及光电探测器材料上方的硅氮化物壁垒层。

附图说明

下面参照所给出的多幅附图，通过本发明的示例性实施例的非限定性的例子，对本发明进行详细的描述。

图1-14示出根据本发明的方面的结构和相应处理步骤；以及

图15示出根据本发明方面的实施。

具体实施方式