[发明专利]一种光电探测器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种光电探测器的制造方法，包括步骤：第一步，于晶圆硅正面形成绝缘层（2），绝缘层下晶圆硅为硅衬底层（1）；第二步，按照预设的图案，刻蚀出贯穿于绝缘层层（2）、伸入硅衬底层（1）的凹槽（3）；第三步，在凹槽（3）内填充材料锗，生长出锗探测层（4）；对晶元硅背面进行整体减薄，直到界面处有缺陷（5）的锗探测层也被去除。本发明还涉及上述制造方法制造的光电探测器。本发明主要是通过工艺和结构的改进，以获得优质的光电二极管的探测层，并且使得光电探测器表面的暗电流得以降低，提高光电探测器的质量和探测性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种光电探测器及其制造方法。

背景技术

短波红外是指波长在1～2.5um之间的红外波段，所有的物体都能够反射环境中普遍存在的短波红外辐射。相较可见光成像而言，采用短波红外成像具有以下几方面优势：1、具有微光夜视功能；2、穿透烟、雨、雾、霾能力强，能更好的分辨细节；3、穿透生物体较深，能够进行医疗诊断；4、能通过材料的吸收峰值判断矿藏及材料分选等等。此外，光纤通信中通常采用短波红外进行信息传输，因此性能优异的短波红外探测器具有广泛的应用价值。

硅基光电探测器是短波红外探测的核心器件之一，也是硅基光通信系统的关键器件之一。采用硅Si材料作为光电二极管(PD)对红外吸收的量子效率低下，特别是对于1um以上的波段几乎没有吸收，随着近年来硅基锗材料外延技术的突破性进展，以锗为探测层的光电探测器，成为了当今研究的一大热点，因为锗Ge的带隙比Si更小，吸收截止波长能达到1.6um，且对短波红外的吸收效率明显高于Si，因此采用在Si衬底上采用锗Ge制作光电二极管(PD)，一方面可吸收短波红外，另一方面可依托于Si集成电路的优势进行生产制造，兼顾了硅基光电子集成和对光通讯波段的高效探测。

然而现有技术中，常规的光电探测器的制造工艺过程如图1所示，根据图1的制造工艺流程得到的光电探测器的结构如图2所示。现有技术的光电探测器的主要制造步骤经简单的概括包括：

在Si衬底层1正面进行离子注入形成P型和N型电极区域、生长二氧化硅(SiO₂)层2；，根据预设的图案，从正面刻蚀生成凹槽3，所述的凹槽3底部止于Si衬底1与SiO₂层2的界面；凹槽3内，进行光电二极管(PD)的生长，即在所述凹槽3内填充探测层4。

根据图1的制造工艺流程得到的光电探测器的结构如图2所示，所述的光电探测器包括了Si片，位于正面的SiO₂层2和背面的Si衬底层1，穿过SiO₂层2并止于Si衬底层1的凹槽3，所述凹槽3内生长有填充材料的探测层4，但是很显然的，在探测层4与Si衬底层1之间有界面存在，界面处会有缺陷5存在，该缺陷比如悬挂键等等。

发明内容

本发明一方面所涉及的一种光电探测器的制造方法，包括了如下的步骤：

第一步，对晶圆硅正面进行离子注入形成电极区域、生长绝缘层例如二氧化硅层，绝缘层下的晶圆硅材料成为硅衬底层。

第二步，按照预设的图案，刻蚀出贯穿绝缘层，伸入硅衬底层的凹槽。

第三步，在凹槽内填充材料锗，生长出锗探测层；对晶圆硅背面进行整体减薄直到界面处有缺陷的锗探测层也被去除。

本发明采用锗作为探测层，利用大规模集成电路制造优势进行生产制造，同时兼顾了硅基光电子集成和对光通讯波段的高效探测，提高了短波红外的吸收效率；同时由于锗层直接生长在Si衬底层上，由于硅Si和锗Ge的接触面具有约4.2％的晶格失配度，使得锗Ge在硅Si表面外延时，会在界面处产生大量的位错和缺陷，导致锗Ge探测器的暗电流较大，影响探测器的性能，通过除去缺陷的锗探测层进行工艺上的改进。