一种硅基光电子系统的制备方法与流程

本发明涉及硅基光电子技术，尤其涉及一种硅基光电子系统的制备方法。

背景技术：

硅材料的光电子技术，也即硅基光电子技术是未来实现光互联、光通信的重要发展方向。这里，硅基光电子技术主要涉及到硅基光电子系统，所述硅基光电子系统主要包括光波导、光源、调制器和探测器。从目前技术而言，波导、调制器和探测器都均可以兼容在硅基集成电路(IC，Integrated Circuit)前道工艺中，而光源需要利用贴片技术进行集成。

在所述硅基光电子系统的集成工艺中，由于探测器需要特殊的外延工艺，一般将探测器的制备放在最后环节，即在最后环节对探测器进行高温退火处理；但是，高温退火工艺使得之前制备的光波导和调制器中的离子扩散严重，导致部分器件失效，进而影响所述硅基光电子系统的整体可靠性和稳定性。

为了解决高温退火的离子扩散问题，现有技术中通常使用激光退火技术代替高温退火工艺，但是，由于激光退火是局部加热，耗时是激光退火的显著问题，耗时的增加意味着制备成本的增加。另外，激光退火设备相比于其他退火设备的成本也高出很多；因此，亟需一种新型制备方法以解决上述问题。

技术实现要素：

为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供了一种硅基光电子系统的制备方法，能够避免离子扩散的问题，提升所述硅基光电子系统的整体可靠性和稳定性。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种硅基光电子系统的制备方法，所述硅基光电子系统包括第一基底；所述方法包括：

在所述第一基底的第一区域上形成光波导子区域以及调制器子区域；

在所述第一基底的第二区域上形成探测器子区域；

在具有所述光波导子区域、所述调制器子区域以及所述探测器子区域的第一基底上形成介质层；

至少对具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域，或者至少对具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理。

较佳地，所述至少对具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域，或者至少对具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理，包括：

对具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域，以及对具有所述介质层和所述探测器子区域对应的第二区域均进行微波退火处理。

较佳地，所述在所述第一基底的第一区域中形成光波导子区域以及调制器子区域，包括：

采用离子注入工艺以及刻蚀工艺在所述第一基底的第一区域上形成光波导子区域以及调制器子区域。

较佳地，所述在所述第一基底的第二区域中形成探测器子区域，包括：

在所述第一基底的第二区域中形成凸台子区域；

在所述凸台子区域中依次形成锗层、以及第一型离子注入子区域；

在所述第一基底中除所述凸台子区域以外的至少部分区域中形成第二型离子注入子区域，以形成探测器子区域。

较佳地，所述方法还包括：

至少在具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域上形成金属层；

对应地，所述至少对具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域进行微波退火处理，包括：

至少对具有所述金属层、介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域进行微波退火处理。

较佳地，所述方法还包括：

至少在具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域上形成金属层；

对应地，所述至少对具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理，包括：

至少对具有所述金属层、所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理。

较佳地，所述方法还包括：

在具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域上，以及在具有所述介质层和所述探测器子区域对应的第二区域上形成金属层；

对应地，至少对具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域，或者至少对具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理，包括：

至少对具有所述金属层、所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域，或者至少对具有所述金属层、所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理。

较佳地，所述金属层采用的金属材料为以下材料中的一种或多种：铝、镍、钴、铜以及钼。

较佳地，所述金属层的厚度为1-100nm。

较佳地，所述方法还包括：

对所述金属层进行腐蚀，以去除所述金属层。

本发明实施例所述的硅基光电子系统的制备方法，在制备过程中采用微波退火技术替代现有技术中的高温退火或激光退火技术，由于微波退火对缺陷位 置具有选择性加热的特性，因此，与现有高温退火或激光退火技术相比，本发明实施例在制备过程中采用微波退火技术能够实现对离子注入的探测器和/或调制器的局部进行高温加热，而使其他区域温度保持较低的目的，避免了离子扩散的问题，提升了硅基光电子系统的整体可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例硅基光电子系统的制备方法的实现流程示意图；

图2(a)至图2(c)为本发明实施例第一区域对应的制备过程中的结构示意图；

图3(a)至图3(c)为本发明实施例第二区域对应的制备过程中的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例的基本思想是：

为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。

实施例

图1为本发明实施例硅基光电子系统的制备方法的实现流程示意图；所述硅基光电子系统包括第一基底；如图1所示，所述方法包括：

步骤101：在所述第一基底的第一区域上形成光波导子区域以及调制器子区域；

本实施例中，所述硅基光电子系统包括：光波导、调制器和探测器等；本实施例以下所述的光波导子区域即为形成所述硅基光电子系统中的光波导所对应的区域；同理，所述调制器子区域即为形成所述硅基光电子系统中的调制器所涉及到的区域；所述探测器子区域即为形成所述硅基光电子系统中的探测器所涉及到的区域。

本实施例中，所述在所述第一基底的第一区域中形成光波导子区域以及调制器子区域，包括：

采用离子注入工艺以及刻蚀工艺在所述第一基底的第一区域上形成光波导子区域以及调制器子区域。

步骤102：在所述第一基底的第二区域上形成探测器子区域；

本实施例中，所述在所述第一基底的第二区域中形成探测器子区域，包括：

在所述第一基底的第二区域中形成凸台子区域；

在所述凸台子区域中依次形成锗层、以及第一型离子注入子区域；

在所述第一基底中除所述凸台子区域以外的至少部分区域中形成第二型离子注入子区域，以形成探测器子区域。

步骤103：在具有所述光波导子区域、所述调制器子区域以及所述探测器子区域的第一基底上形成介质层；

步骤104：至少对具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域，或者至少对具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理。

上述方案中，所述至少对具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域，或者至少对具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理，包括：

对具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域，以及对具有所述介质层和所述探测器子区域对应的所述第二区域均进行微波退火处理。

本实施例中，可以选择对具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域进行微波退火处理，也可以选择对具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理，还可以选择对具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域、以及对具有所述介质层和所述探测器子区域对应的第二区域均进行微波退火处理。

上述方案中，所述方法还包括：

至少在具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域上形成金属层；

对应地，所述至少对具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域进行微波退火处理，包括：

至少对具有所述金属层、介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域进行微波退火处理。

上述方案中，所述方法还包括：

至少在具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域上形成金属层；

对应地，所述至少对具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理，包括：

至少对具有所述金属层、所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理。

上述方案中，所述方法还包括：

在具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域上，以及在具有所述介质层和所述探测器子区域对应的第二区域上形成金属层；

对应地，至少对具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域，或者至少对具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理，包括：

至少对具有所述金属层、所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域，或者至少对具有所述金属层、所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域进行微波退火处理。

本实施例中，可以选择在具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域上形成金属层；也可以选择在具有所述介质层和所述探测器子区域对应的第二区域上形成金属层；还可以选择在具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域上，以及在具有所述介质层和所述探测器子区域对应的第二区域上均形成金属层。

上述方案中，所述金属层采用的金属材料为以下材料中的一种或多种：铝、镍、钴、铜以及钼。

上述方案中，所述金属层的厚度为1-100nm。

上述方案中，所述方法还包括：

对所述金属层进行腐蚀，以去除所述金属层。

本实施例中，当在具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域上形成金属层，且微波退火处理结束后，或者，当在具有所述介质层和所述探测器子区域对应的第二区域上形成金属层，且微波退火处理结束后，或者，当在具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域上，以及在具有所述介质层和所述探测器子区域对应的第二区域上形成金属层，且微波退火处理结束后，三种条件下均需要对所述金属层进行腐蚀，如此，以去除所述金属层。

以下结合具体附图对本发明实施例做进行详细说明；

图2(a)至图2(c)为本发明实施例第一区域对应的制备过程中的结构示意图；图3(a)至图3(c)为本发明实施例第二区域对应的制备过程中的结构示意图；

如图2(a)至图2(c)所示，所述第一基底的第一区域21包括第一层211、第二层212和第三层213；其中，所述第一层211和第三层213均为第一型硅区域；所述第二层212为介质层；利用光刻和刻蚀工艺在所述第一区域中形成凸台子区域214，即在所述第三层213中形成凸台子区域214，如图2(b)所示，虚线为PN结的位置所在区域；在所述第三层213的第一子部分区域2311中进行离子注入处理，使所述第一子部分区域2311成为第二型硅区域；此时，所述第二子部分区域2312不变，依然为第一型硅区域；如此，形成光波导子区域，图2(b)中虚线所示；在图2(b)所示结构的基础上依次沉积第四层216和金属层217，所述第四层216也为介质层；如此，形成光波导以及调制器。

所述第一基底的第二区域同样包括第一层211、第二层212和第三层213，与图2(a)结构相同，其中，所述第一层211和第三层213均为第一型硅区域； 所述第二层212为介质层；如图3(a)所示，在所述的第一基板的第二区域上，通过光刻和刻蚀技术形成凸台子区域214，即在所述第三层213中形成凸台子区域214；进一步地，在所述凸台子区域214上形成第一型锗(Ge)层218，以及在图3(b)所示的第一型锗层218上形成第一型离子注入子区域219；且在除所述凸台子区域214以外的至少部分区域中形成第二型离子注入区域210，进而形成探测器子区域；进一步地，在具有图3(b)所示的结构中依次形成第四层216和金属层217，如此，形成探测器。

本实施例中，所述介质可以具体为二氧化硅、氮化硅中的一种或两种的混合。

这里，值得注意的是，所述第一区域和所述第二区域对应的金属层为可选层，也就是说，在所述第一区域上形成光波导以及调制器的过程中可以选择在图2(c)中第四层216上形成金属层217，也可以选择在所述第四层216上不形成金属层217；同理，在所述第二区域上形成调制器的过程中可以选择在图3(c)中第四层216上形成金属层217，也可以选择在所述第四层216上不形成金属层217，在实际应用中可以根据实际需求而任意设置。进一步地，当在所述图2(c)和/或图3(c)所示的第四层216上形成金属层后，在后续工艺中能更有效地提高加热效率。

本实施例中，当在第一区域上形成光波导和调制器、以及在所述第二区域上形成探测器后，需要对图2(c)和图3(c)所述的结构进行微波退火处理，且待所述微波退火处理结束后，对形成的金属层217进行腐蚀，以去除所属金属层。

本发明实施例所述的硅基光电子系统的制备方法，在制备过程中采用微波退火技术替代现有技术中的高温退火或激光退火技术，由于微波退火对缺陷位置具有选择性加热的特性，因此，与现有高温退火或激光退火技术相比，本发明实施例在制备过程中采用微波退火技术能够实现对离子注入的探测器和/或调制器的局部进行高温加热，而使其他区域温度保持较低的目的，避免了离子扩散的问题。

具体地，由于调制器子区域对应的凸台子区域是通过刻蚀工艺形成的，而刻蚀工艺引起的表面缺陷和离子注入后形成的缺陷对微波的吸收较高，所以，与其他区域相比，调制器子区域的加热效率高；同理，由于锗内部自身的缺陷和离子注入后形成的缺陷对微波的吸收较高，所以，与其他区域相比，探测器子区域的加热效率较高；

另外，当在具有所述介质层、光波导子区域以及调制器子区域对应的所述第一区域上形成金属层，或者在具有所述介质层以及所述探测器子区域对应的第二区域上形成金属层，或者在具有所述介质层、光波导子区域和调制器子区域对应的所述第一区域上，以及在具有所述介质层和所述探测器子区域对应的第二区域上形成金属层后，进行微波退火处理时，由于所述金属层能够有效地吸收微波，所以能够使金属层所覆盖的调制器子区域、探测器子区域、或者调制器子区域和探测器子区域的温度显著增高，进而能够在其他区域温度较低的情况下，提高调制器子区域、探测器子区域、或者调制器子区域和探测器子区域的温度，进而避免了离子扩散问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。