[发明专利]波导锗探测器制作工艺中选择性锗外延的前处理方法

说明书

本发明公开了一种波导锗探测器制作工艺中选择性锗外延的前处理方法，在硅衬底上生长一层SiO₂掩膜；在SiO₂掩膜上光刻出硅槽区域并向下刻蚀出硅槽；去除SiO₂掩膜并在硅衬底上再次生长一层SiO₂掩膜；在SiO₂掩膜上光刻出硅槽区域及硅槽外沿的区域，刻蚀去除光刻区域上的SiO₂掩膜，在硅槽边沿形成硅台阶；在硅槽中外延生长纯锗层。本发明中，在选择性外延锗之前先刻蚀掉硅槽外沿的部分SiO₂掩模露出硅表面，减小外延锗的边缘处出现的凹坑，并使之位于SiO₂掩膜和硅台阶处，从而使硅槽范围内的锗表面较为平坦；另外，硅槽范围内生长的锗均为晶态，没有非晶态与晶态的过渡区，从而提高制作出的波导锗探测器的性能。

技术领域

本发明涉及波导锗探测器领域，特别涉及一种波导锗探测器制作工艺中选择性锗外延的前处理方法。

背景技术

光子集成是下一代芯片级互联以及光子计算等诸多领域的关键技术，易于集成与通用CMOS工艺集成，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。其中光收发芯片是光子集成芯片中最受关注的产品之一，通过片上集成硅波导、高速锗探测器、波分复用、电调制器等元器件，可以实现≥100G片上集成高速光收发功能。通过硅基单片集成技术，大大缩小了光收发系统的重量和体积，提高了集成度，对实现5G低成本通信系统、激光雷达、人工智能起到至关重要的作用。

光收发芯片的高速锗探测器由于锗材料工艺有特殊性，制备工艺与传统硅工艺有一定差异。根据不同器件的需求，可以分为全局外延和选择性外延两种，由于选择性外延生长的锗材料缺陷密度低、器件暗电流低，因而被大量的应用。选择性外延的传统做法是在硅衬底上生长二氧化硅，通过光刻、刻蚀留出锗生长的区域，然后在定义区域之内外延生长锗材料。如图1所示，现有技术选取外延锗在氧化硅掩模边缘出现了锗的凸起，靠近边缘处会出现锗的凹坑，而且锗边缘处的凹坑高度经常会低于氧化硅，甚至可能会低于硅表面。这种不平整将导致后续采用CMP平坦化工艺很难得到平整的锗表面，因此，传统方法选择性外延锗时，锗材料的不平整度会增大CMP平坦化工艺的难度，甚至得不到平整的锗表面，降低器件性能。另外，氧化硅表面生长的锗是非晶态，会在边缘产生非晶态与晶态的过渡区，导致边缘锗的质量降低，会使制成的探测器件暗电流增大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种波导锗探测器制作工艺中选择性锗外延的前处理方法。

本发明的技术方案如下：

一种波导锗探测器制作工艺中选择性锗外延的前处理方法,包括以下步骤：

步骤S1、在硅衬底上生长一层SiO₂掩膜；

步骤S2、在SiO₂掩膜上光刻出硅槽区域，并在硅槽区域向下刻蚀出硅槽；

步骤S3、去除硅衬底上的SiO₂掩膜，并在硅衬底上再次生长一层SiO₂掩膜；

步骤S4、在再次生长的SiO₂掩膜上光刻出硅槽区域及硅槽外沿的区域，刻蚀去除光刻区域的SiO₂掩膜，在硅槽边沿形成硅台阶；

步骤S5、在硅槽中外延生长纯锗层。

进一步的，所述硅衬底为普通硅片或SOI基片。

进一步的，在所述步骤S2中，刻蚀方法为干法刻蚀、湿法刻蚀或干湿法混合刻蚀。

进一步的，在所述步骤S1和步骤S3中，生长SiO₂掩膜的方法为热氧化、PECVD或LPCVD。

进一步的，在所述步骤S1和步骤S3中，生长的SiO₂掩膜的厚度为100～1000nm。