硅锗集成光探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硅锗集成光探测器及其制备方法，在硅衬底的同一侧分别生长单晶硅和生长单晶锗，得到对应的硅光探测单元和锗光探测单元，在硅衬底生长有单晶硅和单晶锗的一侧，对应于硅光探测单元和锗光探测单元的位置进行与硅衬底相反的掺杂，在硅衬底形成掺杂的一侧形成与硅光探测单元和锗光探测单元电连接的电连接通路单元，在硅衬底形成有电连接通路单元的一侧沉积金属层，对金属层进行干法刻蚀处理后形成导电图案，导电图案覆盖电连接通路单元、硅光探测单元和锗光探测单元。锗与硅同属一族，锗材料可以很好地外延生长在硅衬底上，将硅锗集成在同一硅衬底上，增强了探测器的性能，扩大了探测器探测光的范围。

Silicon-Germanium Integrated Photodetector and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
硅锗集成光探测器及其制备方法
本专利技术涉及半导体制备领域，特别是涉及一种硅锗集成光探测器及其制备方法。
技术介绍
光探测器，又名“光检测器”，是光接收机的首要部分，是光纤传感器构成的一个重要部分，它的性能指标将直接影响传感器的性能。目前已成熟的方法是在硅衬底上制备硅光探测器，或者在锗衬底上制备锗光探测器，或者在硅衬底上制备锗光探测器，其中多用到非选择性生长，传统的硅材料光探测器由于在硅衬底上非选择性生长单一材料，使探测光信号的范围受到局限，传统的光探测器探测光信号的范围窄。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可扩大探测光信号的范围的硅锗集成光探测器及其制备方法。一种硅锗集成光探测器制备方法，包括以下步骤：在硅衬底的同一侧分别生长单晶硅和生长单晶锗，得到对应的硅光探测单元和锗光探测单元；在所述硅衬底生长有单晶硅和单晶锗的一侧，对应于所述硅光探测单元和所述锗光探测单元的位置进行与所述硅衬底相反的掺杂；在所述硅衬底形成掺杂的一侧形成与所述硅光探测单元和所述锗光探测单元电连接的电连接通路单元；在所述硅衬底形成有所述电连接通路单元的一侧沉积金属层，对所述金属层进行干法刻蚀处理后形成导电图案，所述导电图案覆盖所述电连接通路单元、所述硅光探测单元和所述锗光探测单元。一种硅锗集成光探测器，根据上述任意一项所述的方法制成。上述硅锗集成光探测器及其制备方法，在硅衬底的同一侧分别生长单晶硅和生长单晶锗，得到对应的硅光探测单元和锗光探测单元；在硅衬底生长有单晶硅和单晶锗的一侧，对应于硅光探测单元和锗光探测单元的位置进行与硅衬底相反的掺杂；在硅衬底形成掺杂的一侧形成与硅光探测单元和锗光探测单元电连接的电连接通路单元；在硅衬底形成有电连接通路单元的一侧沉积金属层，对金属层进行干法刻蚀处理后形成导电图案，导电图案覆盖电连接通路单元、硅光探测单元和锗光探测单元。锗与硅同属一族，锗材料可以很好地外延生长在硅衬底上，在硅衬底上外延生长单晶硅和单晶锗，通过以上制作方法制作形成硅锗集成光探测器，增强了探测器的性能，扩大了探测器探测光的范围。附图说明图1为一实施例中硅锗集成光探测器制备方法流程图；图2为一实施例中硅衬底生长硅的示意图；图3为一实施例中硅衬底生长锗的示意图；图4为一实施例中掺杂窗口形成示意图；图5为一实施例中电连接通路单元形成示意图；图6为一实施例中金属层图案形成示意图；图7为另一实施例中硅锗集成光探测器制备方法流程图；图8为一实施例中导电图案形成示意图。具体实施方式在一个实施例中，如图1所示，一种硅锗集成光探测器制备方法，包括以下步骤：步骤S110：在硅衬底的同一侧分别生长单晶硅和生长单晶锗，得到对应的硅光探测单元和锗光探测单元。具体地，硅衬底为高掺杂硅，高掺杂硅是一种硅晶圆材料，具有较好的导电性。在本实施例中，步骤S110包括步骤112和步骤114。步骤112：将印有与硅光探测单元对应的图案的掩膜板放置于生长有掩蔽层的硅衬底进行光刻形成硅生长区域，在硅生长区域内生长单晶硅，得到对应的硅光探测单元，去除硅衬底除硅光探测单元外的其余位置的掩蔽层，并在硅衬底生长有单晶硅的一侧生长掩蔽层。具体地，如图2所示，掩膜板为曝光过程中的原始图形的载体，通过曝光过程，这些图形的信息将被传递到芯片上，制造芯片时用。在本实施例中，掩蔽层为硅化物掩蔽层，进一步地，硅化物掩蔽层为二氧化硅或氮化硅掩蔽层。掩蔽层是在晶圆上制作器件结构过程中用到的一个过程，掩膜板上的图形结构从掩膜板到掩蔽层，在掩蔽层上形成需要的图形结构(如硅光探测单元)，有的地方覆盖硅衬底，有的地方暴露硅衬底，覆盖硅衬底的地方防止下步工艺对硅衬底发生改变(可以是刻蚀，生长，掺杂…)，暴露硅衬底的地方不阻止下步工艺对硅衬底发生改变，工艺完成后，去除掩蔽层，就在硅衬底上得到需要的一层结构，再重新生长一层完整的掩蔽层进行下一步的工艺操作。去除掩蔽层的方法是根据材料特性而选用，用湿法溶剂(比如，IPA用于去除光刻胶掩蔽层，稀释的氢氟酸用于去除硅化物掩蔽层)，在本实施例中，用到的是硅化物掩蔽层，即可用稀释的氢氟酸去除。在硅生长区域内外延生长单晶硅，外延生长是指在单晶衬底(基片)上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。步骤114：将印有与锗光探测单元对应的图案的掩膜板放置于生长有掩蔽层的硅衬底进行光刻形成锗生长区域，在锗生长区域内生长单晶锗，得到对应的锗光探测单元，去除硅衬底除锗光探测单元外的其余位置的掩蔽层。具体地，如图3所示，硅生长区域和锗生长区域分别位于硅衬底上任意不同的位置，即选择性生长单晶硅和单晶锗可以在硅衬底上任意的位置，制作者可以根据具体功能需要，在特定的位置分别生长单晶硅和单晶锗，且生长单硅和单晶锗的数量不限制，可以根据需求任意排列。步骤S120：在硅衬底生长有单晶硅和单晶锗的一侧，对应于硅光探测单元和锗光探测单元的位置进行与硅衬底相反的掺杂。具体地，如图4所示，如果硅衬底是N掺杂，即在对应于硅光探测单元和锗光探测单元内做P掺杂，如果硅衬底是P掺杂，即在对应于硅光探测单元和锗光探测单元内做N掺杂。采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。在一个实施例中，步骤S120包括步骤122和步骤124。步骤122：在硅衬底生长有单晶硅和单晶锗的一侧生长掩蔽层，将印有与硅光探测单元和与锗光探测单元对应的图案的掩膜板放置于掩蔽层上。步骤124：在掩蔽层上对应于硅光探测单元和锗光探测单元的位置进行光刻后进行与硅衬底相反的掺杂，去除硅衬底除对应于硅光探测单元和锗光探测单元的位置外的其余位置的掩蔽层。具体地，将印有与硅光探测单元和与锗光探测单元对应的图案的掩膜板放置于掩蔽层对应于硅光探测单元和锗光探测单元的位置进行光刻，即将掩膜板上的与硅光探测单元和与锗光探测单元对应的图案转移至硅衬底上，在与硅光探测单元和与锗光探测单元对应的图案内进行与硅衬底相反的掺杂。步骤S130：在硅衬底形成掺杂的一侧形成与硅光探测单元和锗光探测单元电连接的电连接通路单元。在一个实施例中，步骤S130包括步骤132和步骤134。步骤132：在硅衬底形成掺杂的一侧生长掩蔽层。具体地，生长掩蔽层是为了将掩膜板上的图形信息传递至硅衬底上的一个常用的过程。步骤134：将印有电连接通路图案的掩膜板放置于掩蔽层对应于硅光探测单元和锗光探测单元的位置进行光刻，形成与硅光探测单元和锗光探测单元电连接的电连接通路单元。具体地，如图5所示，将印有电连接通路图案的掩膜板放置于掩蔽层对应于硅光探测单元和锗光探测单元的位置进行光刻，即将掩膜板上的电连接通路图案转移至硅衬底上，形成电连接通路单元，电路连接通路单元与硅光探测单元和锗光探测单元电连接。步骤S140：在硅衬底形成有电连接通路单元的一侧沉积金属层，对金属层进行干法刻蚀处理后形成导电图案，导电图案覆盖电连接通路单元、硅光探测单元和锗光探测单元。在一个实施例中，步骤S140包括步骤142至步骤146。步骤142：在硅衬底形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅锗集成光探测器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在硅衬底的同一侧分别生长单晶硅和生长单晶锗，得到对应的硅光探测单元和锗光探测单元；在所述硅衬底生长有单晶硅和单晶锗的一侧，对应于所述硅光探测单元和所述锗光探测单元的位置进行与所述硅衬底相反的掺杂；在所述硅衬底形成掺杂的一侧形成与所述硅光探测单元和所述锗光探测单元电连接的电连接通路单元；在所述硅衬底形成有所述电连接通路单元的一侧沉积金属层，对所述金属层进行干法刻蚀处理后形成导电图案，所述导电图案覆盖所述电连接通路单元、所述硅光探测单元和所述锗光探测单元。

【技术特征摘要】
1.一种硅锗集成光探测器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在硅衬底的同一侧分别生长单晶硅和生长单晶锗，得到对应的硅光探测单元和锗光探测单元；在所述硅衬底生长有单晶硅和单晶锗的一侧，对应于所述硅光探测单元和所述锗光探测单元的位置进行与所述硅衬底相反的掺杂；在所述硅衬底形成掺杂的一侧形成与所述硅光探测单元和所述锗光探测单元电连接的电连接通路单元；在所述硅衬底形成有所述电连接通路单元的一侧沉积金属层，对所述金属层进行干法刻蚀处理后形成导电图案，所述导电图案覆盖所述电连接通路单元、所述硅光探测单元和所述锗光探测单元。2.根据权利要求1所述的硅锗集成光探测器制备方法，其特征在于，所述在硅衬底的同一侧分别生长单晶硅和生长单晶锗，得到对应的硅光探测单元和锗光探测单元的步骤，包括：将印有与硅光探测单元对应的图案的掩膜板放置于生长有掩蔽层的硅衬底进行光刻形成硅生长区域，在所述硅生长区域内生长单晶硅，得到对应的硅光探测单元，去除所述硅衬底除所述硅光探测单元外的其余位置的掩蔽层，并在所述硅衬底生长有单晶硅的一侧生长掩蔽层；将印有与锗光探测单元对应的图案的掩膜板放置于生长有掩蔽层的所述硅衬底进行光刻形成锗生长区域，在所述锗生长区域内生长单晶锗，得到对应的锗光探测单元，去除所述硅衬底除所述锗光探测单元外的其余位置的掩蔽层。3.根据权利要求1所述的硅锗集成光探测器制备方法，其特征在于，所述在所述硅衬底生长有单晶硅和单晶锗的一侧，对应于所述硅光探测单元和所述锗光探测单元的位置进行与所述硅衬底相反的掺杂的步骤，包括：在所述硅衬底生长有单晶硅和单晶锗的一侧生长掩蔽层，将印有与硅光探测单元和与锗光探测单元对应的图案的掩膜板放置于所述掩蔽层上；在所述掩蔽层上对应于所述硅光探测单元和所述锗光探测单元的位置进行光刻后进行与所述硅衬底相反的掺杂，去除所述硅衬底除对应于所述硅光探测单元和所述锗光探测单元的位置外的其余位置的掩蔽层。4.根据权利要求1所述的硅锗集成光探测器制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝晓昆，
申请(专利权)人：深圳市中新硅光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44