[发明专利]基于LRC工艺的横向PiNGe光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种基于LRC工艺的横向PiN Ge光电探测器及其制备方法。

背景技术

近年来，随着光通信技术的发展，高速光纤通信系统要求半导体光探测器也具有更高的速率，集成化的发展趋势要求半导体光探测与其他光电器件集成。所以高性能光探测器的研究有着非常重要的意义。

以现有的工艺技术，Si基光电集成接收芯片一直是人们追求的目标。目前，市场上大部分的半导体探测器都是使用直接带隙的III-V族材料制作的，如InGaAs和InSb等材料。其具有探测器量子效率高、暗电流小并等优点并已进入产业化阶段，但其价格昂贵、导热性能和机械性能较差以及与现有的成熟的Si工艺兼容性差等缺点限制了其在Si基光电集成技术中的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于LRC工艺的横向PiN Ge光电探测器及其制备方法。

本发明的一个实施例提供了一种基于LRC工艺的横向PiN Ge光电探测器的制备方法，包括：

制作SOI衬底；

利用离子注入工艺在所述SOI衬底的顶层Si层中分别形成P型掺杂区和N型掺杂区从而形成P-i-N结构；

在所述顶层Si层的未掺杂区域表面形成Ge材料，并在所述Ge材料表面形成保护层；

对整个衬底进行加热，并采用激光工艺晶化整个衬底，冷却后使所述 Ge材料形成晶化Ge层；

去除所述保护层，在整个衬底表面形成钝化层；

刻蚀所述钝化层形成接触孔，在所述接触孔中淀积金属材料形成接触区以形成所述横向PiN Ge光电探测器。

在本发明的一个实施例中，在制作SOI衬底，包括：

选取单晶Si衬底片；

选用剂量为1.8×10¹⁸cm^-2的O⁺对所述单晶Si衬底片进行注氧隔离，高温退火后形成所述SOI衬底。

在本发明的一个实施例中，利用离子注入工艺在所述SOI衬底的顶层 Si层中分别形成P型掺杂区和N型掺杂区，包括：

利用CVD工艺，在所述SOI衬底表面淀积SiO₂材料；

采用第一掩膜版，利用各向异性刻蚀工艺刻蚀掉第一指定区域的SiO₂材料；

利用离子注入工艺对所述第一指定区域进行B离子注入以在所述顶层 Si中形成所述P型掺杂区；

采用第二掩膜板，利用各向异性刻蚀工艺刻蚀掉第二指定区域的SiO₂材料；

利用离子注入工艺对所述第二指定区域进行P离子注入以在所述顶层 Si中形成所述N型掺杂区。

在本发明的一个实施例中，在所述顶层Si层的未掺杂区域表面形成Ge 材料，包括：

采用第三掩膜版，在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述顶层 Si层表面生长厚度为40～50nm的Ge籽晶层；

在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在所述Ge籽晶层表面生长厚度为150～250nm的Ge主体层。

在本发明的一个实施例中，在所述Ge材料表面形成保护层，包括：

采用第三掩膜版，利用CVD工艺，在所述Ge材料表面淀积SiO₂材料形成所述保护层。

在本发明的一个实施例中，对整个衬底进行加热，并采用激光工艺晶化整个衬底，冷却后使所述Ge材料形成晶化Ge层，包括：

将包括所述SOI衬底、所述Ge材料及所述保护层的整个衬底加热至 650℃-750℃；

采用激光波长为808nm，激光光斑尺寸100μm×100μm，激光功率为 1.5kW/cm²，曝光40ms，自然冷却后使所述Ge材料形成所述晶化Ge层。

在本发明的一个实施例中，在整个衬底表面形成钝化层，包括：

利用CVD工艺，在包括所述SOI衬底、所述晶化Ge层的整个衬底表面淀积SiO₂材料形成所述钝化层。

在本发明的一个实施例中，刻蚀所述钝化层形成接触孔，在所述接触孔中淀积金属材料形成接触区，包括：

采用第四掩膜版，利用各向异性刻蚀工艺刻蚀掉所述P型掺杂区和所述N型掺杂区表面部分位置处的所述钝化层以形成所述接触孔；

利用电子束淀积工艺在所述接触孔内淀积所述金属材料；

利用CMP工艺去除所述晶化Ge层表面多余的所述金属材料以形成所述接触区。