[发明专利]半导体器件及其形成方法

说明书

一种半导体器件及其形成方法，所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内包含成对的P型掺杂区以及N型掺杂区，所述P型掺杂区以及N型掺杂区相互隔离；形成多个本征Ge结构，所述本征Ge结构位于各对P型掺杂区以及N型掺杂区之间的半导体衬底的表面；自所述半导体衬底的背面进行刻蚀，以在每个本征Ge结构形成一个或多个孔洞，其中，每个本征Ge结构的孔洞的截面积之和小于所述本征Ge结构的截面积，且自所述半导体衬底与所述本征Ge结构之间的界面起，所述孔洞在所述本征Ge结构内的深度小于所述本征Ge结构的深度；形成填充所述孔洞的介质层。本发明可以减少Si上外延生长Ge结构的界面缺陷。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。

背景技术

在光纤通信系统中，光电探测器是必不可少的关键器件。短距离及高密度光纤通信系统、数据传输系统常采用Si作为光电二极管(Photo Diode，PD)的材料对光线进行吸收。

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。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。

然而，在现有的光电探测器结构中，如果采用Si作为光电二极管，导致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。

锗(Ge)材料由于其具有比Si材料更高的电子和空穴迁移率，与硅工艺兼容等优点，成为研究的热点。另外，Ge的带隙宽度小于Si，吸收截止波长能达到1.6um，室温下为0.67eV，对短波红外的吸收效率明显高于Si，在近红外波段的有较高的响应性。因此在现有的一种研究方向中，在Si衬底上采用Ge作为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。

然而，在现有技术中，存在Si和Ge的晶格失配引起的失配位错，影响Ge光电器件的性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种半导体器件及其形成方法，可以减少Si上外延生长Ge结构的界面缺陷，从而降低暗电流产生的影响，提高光电二极管的性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内包含成对的P型掺杂区以及N型掺杂区，所述P型掺杂区以及N型掺杂区相互隔离；形成多个本征Ge结构，所述本征Ge结构位于各对P型掺杂区以及N型掺杂区之间的半导体衬底的表面；自所述半导体衬底的背面进行刻蚀，以在每个本征Ge结构形成一个或多个孔洞，其中，每个本征Ge结构的孔洞的截面积之和小于所述本征Ge结构的截面积，且自所述半导体衬底与所述本征Ge结构之间的界面起，所述孔洞在所述本征Ge结构内的深度小于所述本征Ge结构的深度；形成填充所述孔洞的介质层。

可选的，形成多个本征Ge结构包括：在所述半导体衬底的表面形成氧化层；对所述氧化层进行刻蚀，以在各对P型掺杂区以及N型掺杂区之间形成沟槽，所述沟槽暴露出所述半导体衬底的表面；在所述沟槽内，外延生长本征Ge材料，以形成所述本征Ge结构。

可选的，在自所述半导体衬底的背面进行刻蚀之前，所述的半导体器件的形成方法还包括：自所述半导体衬底的背面，对所述半导体衬底进行减薄。

可选的，形成填充所述孔洞的介质层包括：形成覆盖所述孔洞的底部表面与侧壁的介质薄膜；在所述介质薄膜的表面形成填充介质层，所述填充介质层填充所述孔洞，且所述填充介质层的表面超出所述半导体衬底的表面。

可选的，所述介质薄膜选自：氧化层薄膜和钝化层薄膜的堆叠层、氧化层薄膜、钝化层薄膜。