一种波导型锗探测器集成工艺方法及波导型锗探测器与流程

本发明涉及半导体工艺领域，特别涉及一种波导型锗探测器集成工艺方法及波导型锗探测器。

背景技术：

1、光子集成是下一代芯片级互联以及光子计算等诸多领域的关键技术，易于集成与通用cmos工艺集成，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。其中光收发芯片是光子集成芯片中最受关注的产品之一，通过片上集成硅波导、高速锗探测器、波分复用、电调制器等元器件，可以实现≥100g片上集成高速光收发功能。通过硅基单片集成技术，大大缩小了光收发系统的重量和体积，提高了集成度，对实现5g低成本通信系统、激光雷达、人工智能起到至关重要的作用。

2、光收发芯片的高速锗探测器由于锗材料工艺有特殊性，常规的锗探测器制备工艺由于锗材料的热稳定性较低，外延锗之后尤其是掺杂后不能承受高温，通常工艺温度不能高于500摄氏度，只能采用低温的pecvd工艺进行制备，但是该工艺容易引入氢杂质导致成品质量降低和波导的光学传输损耗大。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，提供了一种波导型锗探测器集成工艺方法及波导型锗探测器，利用lpcvd制备氮化硅和选择性锗外延工艺结合起来集成锗探测器，实现低传输损耗的lpcvd氮化硅波导和波导型探测器的结构连接并且工艺兼容，制备出集成更优性能氮化硅波导的有源器件。

2、本发明采用的技术方案如下：一种波导型锗探测器集成工艺方法，硅片热氧化后，利用lpcvd沉积氮化硅，并制作氮化硅波导，再通过选择性锗外延工艺直接在硅片上外延锗，完成氮化硅波导和锗探测器集成。

3、作为一种优选方案，具体步骤为：

4、步骤1、在硅片上热氧化出氧化硅层；

5、步骤2、在氧化硅层上利用lpcvd沉积氮化硅层；

6、步骤3、对氮化硅层进行处理，制成氮化硅波导；

7、步骤4、在氮化硅层表面做开窗处理，暴露底部硅片；

8、步骤5、在暴露的硅片上进行选择性锗外延工艺，最终形成的锗上表面高于氮化硅波导上表面；

9、步骤6、对外延锗的相关区域进行离子注入处理，得到集成氮化硅波导的有源器件。

10、作为一种优选方案，所述步骤3中，采用光刻和刻蚀方法制作氮化硅波导，刻蚀完成后做退火处理。

11、作为一种优选方案，所述步骤4中，采用光刻和刻蚀方法进行开窗。

12、作为一种优选方案，所述步骤4中，开窗位置为锗探测器区域。

13、作为一种优选方案，氮化硅层厚度为400-800nm，氧化硅厚度为2000-4000nm。

14、作为一种优选方案，所述步骤6中，在外延锗的两侧分别注入p+离子和n+离子。

15、本发明还提出了一种波导型锗探测器，包括从下至上的硅片、氧化硅层以及氮化硅层；所述氮化硅层经处理形成氮化硅波导，在叠层中间区域从上至下开有贯穿氮化硅层、氧化硅层的窗口，暴露出硅片；窗口中形成外延锗，锗上表面高于氮化硅波导上表面，其中，氮化硅层采用lpcvd沉积得到。

16、作为一种优选方案，所述氮化硅层厚度为400-800nm，氧化硅厚度为2000-4000nm。

17、作为一种优选方案，采用选择性锗外延工艺在暴露的硅片上进行锗外延。

18、作为一种优选方案，所述外延锗两侧分别注入p+离子和n+离子。

19、与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：通过在lpcvd氮化硅层中开窗暴露硅衬底和实现锗外延，解决了先锗外延、后lpcvd氮化硅制程产生的锗外延不耐受lpcvd氮化硅高温的问题。采用lpcvd工艺制备的氮化硅结合氮化硅开窗后的选择性外延锗方法，同时获得lpcvd氮化硅波导低的光传输损耗和波导型锗探测器高的外延质量，能够制备高性能的集成氮化硅波导的有源器件。

技术特征：

1.一种波导型锗探测器集成工艺方法，其特征在于，硅片热氧化后，利用lpcvd沉积氮化硅，并制作氮化硅波导，再通过选择性锗外延工艺直接在硅片上外延锗，完成氮化硅波导和锗探测器集成。

2.根据权利要求1所述的波导型锗探测器集成工艺方法，其特征在于，具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的波导型锗探测器集成工艺方法，其特征在于，所述步骤3中，采用光刻和刻蚀方法制作氮化硅波导，刻蚀完成后做退火处理。

4.根据权利要求2或3所述的波导型锗探测器集成工艺方法，其特征在于，所述步骤4中，采用光刻和刻蚀方法进行开窗，开窗位置为锗探测器区域。

5.根据权利要求2所述的波导型锗探测器集成工艺方法，其特征在于，所述氮化硅层厚度为400-800nm，氧化硅厚度为2000-4000nm。

6.根据权利要求2所述的波导型锗探测器集成工艺方法，其特征在于，所述步骤6中，在外延锗的两侧分别注入p+离子和n+离子。

7.一种波导型锗探测器，其特征在于，包括从下至上的硅片、氧化硅层以及氮化硅层；所述氮化硅层经处理形成氮化硅波导，在叠层中间区域从上至下开有贯穿氮化硅层、氧化硅层的窗口，暴露出硅片；窗口中形成外延锗，锗上表面高于氮化硅波导上表面；其中，氮化硅层采用lpcvd沉积得到。

8.根据权利要求7所述的波导型锗探测器，其特征在于，所述氮化硅层厚度为400-800nm，氧化硅厚度为2000-4000nm。

9.根据权利要求7或8所述的波导型锗探测器，其特征在于，采用选择性锗外延工艺在暴露的硅片上进行锗外延。

10.根据权利要求9所述的波导型锗探测器，其特征在于，所述外延锗两侧分别注入p+离子和n+离子。

技术总结
本发明提供了一种波导型锗探测器集成工艺方法，硅片热氧化后，利用LPCVD沉积氮化硅，并制作氮化硅波导，再通过选择性锗外延工艺直接在硅片上外延锗，完成氮化硅波导和锗探测器集成。本发明通过在LPCVD氮化硅层中开窗暴露硅衬底和实现锗外延，解决了先锗外延、后LPCVD氮化硅制程产生的锗外延不耐受LPCVD氮化硅高温的问题。采用LPCVD工艺制备的氮化硅具有更低的光损耗，结合氮化硅开窗后的选择性外延锗方法，能够制备高性能的集成氮化硅波导的有源器件。

技术研发人员：范智斌
受保护的技术使用者：苏州希卓科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13