对接耦合的埋设波导光电探测器制造技术

本发明专利技术涉及对接耦合的埋设波导光电探测器。一种形成具有光电探测器和CMOS设备的集成光子半导体结构的方法，其可以包括：在第一绝缘体上硅区上形成CMOS设备；在第二绝缘体上硅区上形成硅光波导；以及形成围绕硅光波导的浅槽隔离(STI)区，从而使得所述浅槽隔离将第一和第二绝缘体上硅区电隔离。在STI区内，邻近半导体光波导的端面沉积锗材料。所述锗材料形成一个活性区，其接收来自半导体光波导的端面的传播光学信号。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及对接耦合的埋设波导光电探测器。一种形成具有光电探测器和CMOS设备的集成光子半导体结构的方法，其可以包括：在第一绝缘体上硅区上形成CMOS设备；在第二绝缘体上硅区上形成硅光波导；以及形成围绕硅光波导的浅槽隔离(STI)区，从而使得所述浅槽隔离将第一和第二绝缘体上硅区电隔离。在STI区内，邻近半导体光波导的端面沉积锗材料。所述锗材料形成一个活性区，其接收来自半导体光波导的端面的传播光学信号。【专利说明】对接耦合的埋设波导光电探测器
本专利技术总体上涉及半导体设备，并且特别涉及集成光子半导体设备。
技术介绍
既在高速开关中使用光子设备又在数据通信中使用收发器设备仅仅是强调在单 一集成设备内处理光学信号和电信号二者的优点的几个实例。举例来说，集成光子设备可 以包括被制作在单一衬底上的光电探测器和CMOS类型设备二者。因此，在从事一种类型的 设备（即光子设备）的制作时；其他设备类型（即CMOS设备）可能会受到影响。除了减轻 与对应于每一种设备类型（即光子/CMOS设备）的不同制作处理相关联的负面影响之外， 在集成光子半导体设备结构内可能还希望促进提高设备性能。 因此，可能特别有利的是在集成光子设备内制作具有增强的性能特性的光电探测 器设备结构。
技术实现思路
根据至少一个示例性实施例，提供一种形成具有光电探测器设备和CMOS设备的 集成光子半导体结构的方法。所述方法可以包括：形成用于CMOS设备的阱区，形成用于把 光电探测器设备与阱区电隔离的隔离区，以及形成用于传播光学信号的半导体光波导。在 隔离区内，邻近半导体光波导的端面沉积锗材料，从而使得所沉积的锗材料形成光电探测 器设备的活性区，以用于接收来自半导体光波导结构的端面的传播光学信号。 根据至少另一个示例性实施例，提供一种形成具有光电探测器设备和CMOS设备 的集成光子半导体结构的方法。所述方法可以包括：在第一绝缘体上硅区上形成CMOS设 备，以及在第二绝缘体上硅区上形成硅光波导。此外还形成围绕硅光波导的浅槽隔离区，从 而使得所述浅槽隔离将第一和第二绝缘体上硅区电隔离。在所述浅槽隔离区的一个区内， 邻近半导体光波导的端面沉积锗材料，从而使得所沉积的锗材料形成光电探测器设备的活 性区，以用于接收来自半导体光波导的端面的传播光学信号。 根据至少另一个示例性实施例，一种集成光子半导体结构可以包括衬底、隔离区、 位于衬底上的CMOS设备以及位于衬底上并且通过隔离区与CMOS设备电隔离的半导体光波 导结构，其中半导体光波导结构具有端面。所述集成光子半导体结构还包括位于隔离区内 的光电探测器，从而使得所述光电探测器具有位于波导结构的端面附近的锗活性区。所述 锗活性区接收来自半导体光波导的端面的传播光学信号。 根据至少另一个示例性实施例，提供一种有形地具体实现在机器可读介质中的用 于设计、制造或测试集成电路的设计结构。所述设计结构可以包括衬底、隔离区、位于衬底 上的CMOS设备以及位于衬底上并且通过隔离区与CMOS设备电隔离的半导体光波导结构， 其中半导体光波导结构具有端面。所述集成光子半导体结构还包括位于隔离区内的光电探 测器，从而使得所述光电探测器具有位于波导结构的端面附近的锗活性区。所述锗活性区 接收来自半导体光波导的端面的传播光学信号。 【专利附图】【附图说明】 图1是根据示例性实施例的包括种子窗口的集成光子半导体设备结构的平面图； 图2A-2J'是根据示例性实施例的对应于图1的集成光子半导体设备结构的制作 的剖面图；以及 图3是根据示例性实施例的用在半导体设计、制造和/或测试中的设计处理的流 程图。 附图不一定是按比例绘制的。附图仅仅是示意性表示，而不意图描绘本专利技术的具 体参数。附图仅仅意图描绘出本专利技术的典型实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同 的元件。 【具体实施方式】 后面将描述集成光子半导体设备结构和相应的制作处理的一个示例性实施例，其 中所述集成光子半导体设备结构包括在浅槽隔离（STI)区内创建的对接耦合的埋设波导 光电探测器设备，所述浅槽隔离区将光电探测器设备与一个或多个邻近的CMOS设备电隔 离。 具体来说，后面的结构和处理可以提供例如包括锗（Ge)光电探测器之类的光子 设备和FET之类的CMOS设备的CMOS集成纳米光子设备的一个示例性实施例。在CMOS集成 纳米光子电路内，基于其高量子效率可以把例如锗或III-V化合物之类的结晶材料利用为 光电探测器组件的活性元件。利用快速熔融生长技术，可以利用例如物理气相沉积（PVD)、 减压化学气相沉积（RPCVD)、等离子体增强化学气相沉积（PECVD)以及快速热化学气相沉 积（RTCVD)之类的技术在低温下以无定形状态沉积各种膜（例如锗），并且随后将其热结晶 化。为了产生单一结晶锗（Ge)活性区，例如可以通过把所述锗膜被沉积在其上的半导体晶 片加热到大约1100摄氏度（°C )而将所沉积的无定形状态锗膜结晶化。在大约940°C下， 所述锗膜从固态转变为液态。在随后的冷却阶段期间，液体锗作为单一结晶锗材料被转变 回固体，以便例如形成光电探测器活性区。 图1是根据一个示例性实施例的包括种子窗口 102的集成光子半导体设备结构 100的平面图。如图所示，光电探测器结构104可以包括邻近半导体波导结构108的端面 107形成的一个基本上矩形的区段105。随着光学信号（例如1310nm或1550nm波长）在 波导108内沿着箭头X的方向传播，所述光学信号经由波导结构108的端面107被直接耦 合到光电探测器104中。光电探测器104的矩形区105形成所述活性区，其被制作在集成 光子半导体设备结构1〇〇的STI区114内。如图所示，活性区116a和116b可以被利用来 制作例如一个或多个FET晶体管设备（未示出）之类的CMOS设备，其中活性区116a、116b 通过STI区114与光电探测器104和波导结构108电隔离。 在光电探测器104锗活性区的形成期间，种子窗口 102促进在所沉积的锗膜材料 与光波导108的硅材料之间建立接触。这一接触允许锗膜在前面描述的结晶化处理期间把 光波导108的硅材料利用为种子层。因此，在结晶化时形成包括区105的锗活性区。 可以基于充当具有第一折射率的核芯的波导结构108以及充当具有第二折射率 的覆层的由Cd定义的周围STI材料来提供光波导。这样，光在波导结构108内被内部引 导，并且随后直接耦合到光电探测器104的矩形活性区105。通过邻近半导体波导结构108 的端面107形成光电探测器104,作为光电探测器104与半导体波导结构108之间的直接耦 合（即对接耦合）的结果，所引导的光可以被光电探测器104的矩形活性区105高效地接 收。此外，作为这一效率的结果，可以减小光电探测器104的覆盖面积或尺寸以支持更高的 操作速度。 图2A-2J'是根据一个示例性实施例的对应于图1的集成光子半导体设备结构100 的制作的剖面图。具体来说，图2A-2J'示出了用于在STI区内形成例如光电探测器之类的 光子设备的集成光子半导体设备处理，其中所述STI区被利用来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成具有光电探测器设备和CMOS设备的集成光子半导体结构的方法，其包括：形成用于CMOS设备的阱区；形成用于把光电探测器设备与阱区电隔离的隔离区；形成用于传播光学信号的半导体光波导；以及在隔离区内邻近半导体光波导的端面沉积锗材料，其中，所沉积的锗材料形成光电探测器设备的活性区，以用于接收来自半导体光波导结构的端面的传播光学信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·阿瑟法，W·M·格林，S·M·尚克，Y·A·维拉索，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US