半导体器件及其制造方法技术

本公开涉及半导体器件及其制造方法，例如，提供了一种半导体器件，其包括能够降低光接收元件的制造成本并改进光接收元件的光学性能的光接收元件。例如，形成Ge光电二极管的结构本体的p型锗层、本征锗层和n型锗层根据连续选择性外延生长来形成。具有开口部分的绝缘膜形成在SOI衬底的硅层上，并且本征锗层形成为从开口部分突出到绝缘膜上方。简而言之，通过使用具有开口部分的绝缘膜，本征锗层的截面形成为蘑菇形状。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法相关申请的交叉参考2016年5月2日提交的日本专利申请第2016-092400号的包括说明书、附图和摘要的公开结合于此作为参考。
本专利技术涉及一种半导体器件及其制造技术，尤其涉及有效地应用于半导体器件的技术及其制造技术，例如，包括具有光电转换功能的光接收元件(光接收器)。
技术介绍
日本未审查专利申请公开第Hei10(1998)-290023号描述了一种用于在N型外延层中形成的凹槽内形成N型锗层、锗单晶层、P型锗层和P型硅层的技术。在由J.Fujikata、M.Noguchi、M.Miura、D.Okamoto、T.Horikawa和Y.Arakawa撰写的“HighPerformanceSiliconWaveguide-IntegratedPINandSchottkyGePhotodiodesandtheirLinkwithInverter-TypeCMOSTIACircuits”扩展摘要(2013年福冈固态器件和材料国际会议，pp980-981)中，描述了一种PINGe光电二极管和肖特基Ge光电二极管，其包括穿过嵌入式绝缘层形成在硅衬底上的p+型硅层、形成在p+型硅层上的锗层、形成在锗层上的n+型硅锗层(或者非掺杂硅锗层)。
技术实现思路
具有光电转换功能的光接收元件是硅光电技术中不可缺少的，以合并光学电路和电子电路。尤其地，在将硅层用作光波导层的硅光电技术中，例如使用锗(其具有的带隙小于硅的带隙)的光电二极管被用作光接收元件来吸收通过硅层传输的光。然而，专利技术人发现了使用锗的光电二极管难以同时降低制造成本和提高光学性能。简而言之，从制造成本的降低和光学性能的提高的观点来看，在硅光电技术中使用的光接收元件具有改进空间。其他目的和新颖特征将从说明书和附图的描述中变得明显。使用具有第一表面和与第一表面相交的第二表面的绝缘膜，根据一个实施例的半导体器件形成堆叠结构，该堆叠结构包括与第一表面接触的第一半导体层、与第一表面和第二表面均接触的本征半导体层以及与第二表面接触的第二半导体层。根据一个实施例，一种包括光接收元件的半导体器件可以降低制造成本并且提高光接收元件的光学性能。附图说明图1是示出现有技术的包括Ge光电二极管的半导体器件的示意性结构的截面图。图2是示出聚焦于制造成本的考虑技术的示意性结构的截面图。图3是示出根据第一实施例的Ge光电二极管的示意性结构的顶视平面图。图4是沿着图3中的线A-A截取的截面图。图5是示出根据第一实施例的半导体器件的制造工艺的截面图。图6是示出跟在图5之后的半导体器件的制造工艺的截面图。图7是示出跟在图6之后的半导体器件的制造工艺的截面图。图8是示出跟在图7之后的半导体器件的制造工艺的截面图。图9是示出根据第二实施例的Ge光电二极管的结构的截面图。图10是示出根据第二实施例的半导体器件的制造工艺的截面图。图11是示出跟在图10之后的半导体器件的制造工艺的截面图。图12是示出跟在图11之后的半导体器件的制造工艺的截面图。图13是示出根据第三实施例的Ge光电二极管的结构的截面图。图14是示出根据第三实施例的半导体器件的制造工艺的截面图。图15是示出跟在图14之后的半导体器件的制造工艺的截面图。图16是示出跟在图15之后的半导体器件的制造工艺的截面图。图17是示出根据第四实施例的Ge光电二极管的结构的截面图。图18是示出根据第四实施例的半导体器件的制造工艺的截面图。图19是示出跟在图18之后的半导体器件的制造工艺的截面图。图20是示出根据第五实施例的Ge光电二极管的结构的截面图。图21是示出根据第五实施例的半导体器件的制造工艺的截面图。图22是示出跟在图21之后的半导体器件的制造工艺的截面图。具体实施方式如果为了方便需要的话，以下实施例将被划分为多个部分或形式来进行描述；除非另有指定，否则它们相互是相关的，并且一个实施例在修改示例、详细或补充描述的一部分或整体中与另一个实施例相关。此外，在提到元件的数字(包括块数、数值、量和范围)的情况下，在以下实施例中，数字不限于具体数字，但是可以大于或小于特定数字，除非特别指定或者除非原理上限于具体数字。此外，在以下实施例中，部件(包括操作步骤)不总是必要的，除非特别指定以及除非原理上明确需要考虑。类似地，在以下实施例中，当提到部件的形状和位置关系时，包括它们的类似性或近似，除非明确指定以及除非原理上明显具有不同的形状和位置关系。这适用于上述数字和范围。在用于描述实施例的所有附图中，原则上相同的部件具有相同的参考符号，并且省略它们的重复描述。为了易于理解附图，即使对于顶视平面图也可以偶尔添加阴影。第一实施例近来，积极地开发作为用于实现光学通信的模块的技术的硅光电技术，其中由硅(Si)制成的用于光学信号的传输线(光波导)形成在衬底中作为光学电路，并且光学电路被用作集成各种光学器件和电子器件的平台。基本使用形成在由硅制成的衬底上的光波导的光学电路主要使用硅波导，其具有由硅制成的核心层，该核心层被由氧化硅制成的覆层所覆盖，其中氧化硅的折射率小于硅的折射率。硅被广泛用于电子电路的材料，并且通过使用硅波导，光学电路和电子电路可以形成在相同的衬底上。为了合并光学电路和电子电路，要求用于将光学信号转换为电信号的光接收元件(光接收器)；作为在硅光电技术中使用的光接收元件，考虑使用锗(Ge)的光接收元件，锗具有的带隙(禁带宽度)小于硅的带隙。这是因为：为了在约1.6μm的近红外通信波长带上执行光电转换，带隙必须小于近红外能量。此外，锗具有与硅的高亲和性，所以使用锗的光接收元件可以整体形成在硅波导上。假设使用锗的光电二极管(以下称为Ge光电二极管)被用作光接收元件，第一实施例有助于降低制造成本以及提高Ge光电二极管中的光学性能。以下，首先将使用现有技术描述由专利技术人等人新发现的改进空间，然后第一实施例中的技术精神将被描述为用于改进的设备。<现有技术的描述>在该说明书中，“现有技术”是指具有由专利技术人等人新发现的问题的技术，不是传统技术中众所周知的，而是参照新颖的技术精神(不是公知的)进行描述的技术。图1是示出现有技术中的包括Ge光电二极管的半导体器件的示意性结构的截面图。在图1中，例如，现有技术中的半导体器件包括由单晶硅形成的支持衬底SUB、形成在支持衬底SUB上的嵌入式绝缘层BOX以及由形成在嵌入式绝缘层BOX上的硅层SL制成的绝绝缘体上硅(SOI)衬底1S。SOI衬底1S的硅层SL被图案化，并且该图案化硅层SL用作光波导。在图1所示的现有技术中，Ge光电二极管PD被形成为光接收元件，其与硅层SL接触。具体地，如图1所示，Ge光电二极管PD包括形成在硅层SL内的p型硅层PSL以及形成在硅层SL上的结构本体。结构本体形成在p型硅层PSL上，包括本征锗层IGL、形成在本征锗层IGL上的n型锗层NGL以及形成在n型锗层NGL上的盖层CAP。据此，Ge光电二极管PD形成PIN型光电二极管。此外，如图1所示，层间绝缘膜IL被形成为覆盖具有布置于此的Ge光电二极管的硅层SL，并且穿过层间绝缘膜IL的插塞PLG1A和插塞PLG1B形成在层间绝缘膜IL中。例如，插塞PLG1A耦合至硅层SL，并且插塞PLG1B耦合至Ge光电二极管PD的最上层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，设置有包括光电转换功能的光接收元件，其中所述光接收元件包括：绝缘膜，包括第一表面和与所述第一表面相交的第二表面，第一导电类型的第一半导体层，与所述绝缘膜的所述第一表面接触，本征半导体层，形成在所述第一半导体层之上，与所述绝缘膜的所述第一表面和所述第二表面接触，以及第二导电类型的第二半导体层，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反，所述第二半导体层形成在所述本征半导体层之上并且与所述绝缘膜的所述第二表面接触。

【技术特征摘要】
2016.05.02 JP 2016-0924001.一种半导体器件，设置有包括光电转换功能的光接收元件，其中所述光接收元件包括：绝缘膜，包括第一表面和与所述第一表面相交的第二表面，第一导电类型的第一半导体层，与所述绝缘膜的所述第一表面接触，本征半导体层，形成在所述第一半导体层之上，与所述绝缘膜的所述第一表面和所述第二表面接触，以及第二导电类型的第二半导体层，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反，所述第二半导体层形成在所述本征半导体层之上并且与所述绝缘膜的所述第二表面接触。2.根据权利要求1所述的器件，其中穿透所述绝缘膜的开口部分形成在所述绝缘膜中，其中所述绝缘膜的所述第一表面是所述开口部分的内壁表面，并且其中所述绝缘膜的所述第二表面是所述绝缘膜的上表面。3.根据权利要求2所述的器件，其中所述半导体器件包括半导体层，其中穿透所述绝缘膜的所述开口部分形成在所述半导体层之上，并且其中所述第一半导体层形成在从所述开口部分暴露的所述半导体层之上。4.根据权利要求3所述的器件，其中所述半导体层是光波导层。5.根据权利要求4所述的器件，其中所述半导体层的带隙大于所述第一半导体层、所述本征半导体层和所述第二半导体层中的任一层的带隙。6.根据权利要求1所述的器件，其中所述半导体器件包括：半导体层，形成在所述绝缘膜下方，以及开口部分，穿透所述绝缘膜和所述半导体层，并且其中所述第一半导体层与从所述开口部分的内壁表面暴露的所述半导体层接触。7.根据权利要求1所述的器件，其中所述半导体器件包括：半导体层，形成在所述绝缘膜下方，第一开口部分，穿透所述绝缘膜，以及第二开口部分，穿透所述半导体层，与所述第一开口部分连通并且在平面图中覆盖所述第一开口部分，其中所述第一半导体层与从所述第二开口部分的内壁表面暴露的所述半导体层以及从所述第二开口部分暴露的所述绝缘膜的下表面接触，其中所述第二半导体层与所述第一开口部分的内壁表面接触，其中所述绝缘膜的所述第一表面是所述绝缘膜的所述下表面，并且其中所述绝缘膜的所述第二表面是所述第一开口部分的所述内壁表面。8.根据权利要求7所述的器件，其中所述第二半导体层的高度低于所述绝缘膜的上表面。9.根据权利要求1所述的器件，其中所述半导体器件包括：半导体层，形成在所述绝缘膜下方，以及开口部分，穿透所述绝缘膜以到达所述半导体层的内部，其中所述第一半导体层与所述开口部分的内壁表面和所述开口部分的底面接触，其中所述第二半导体层与所述绝缘膜的上表面接触，其中所述绝缘膜的所述第一表面是所述开口部分的所述内壁表面，并且其中所述绝缘膜的所述第二表面是所述绝缘膜的所述上表面。10.根据权利要求1所述的器件，其中所述半导体器件包括：半导体层，形成在所述绝缘膜下方，第一开口部分，穿透所述绝缘膜，以及第二开口部分，形成在所述半导体层中，与所述第一开口部分连通并且在平面图中覆盖所述第一开口部分，其中所述第一半导体层与所述第二开口部分的内壁表面、所述第二开口部分的底面...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇佐美达矢，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP