[发明专利]一种锗基探测器的集成方法

说明书

本发明提供一种锗基探测器的集成方法，包括以下步骤：提供第一衬底，在第一衬底上形成氮化硅波导结构；提供第二衬底，在第二衬底上外延锗以形成锗薄膜层，在锗薄膜层上继续外延锗以形成锗基外延层，并化学机械抛光；在锗基外延层上沉积高k金属氧化物以形成高k金属氧化物层；将第二衬底的高k金属氧化物层与第一衬底键合；减薄第二衬底至第一厚度，腐蚀掉第一厚度的第二衬底；化学机械抛光以去除锗薄膜层；在锗基外延层上制备形成锗基探测器。本发明因为去除了低质量的锗薄膜层，因此提高了后续形成的光电器件的性能。

技术领域

本发明涉及半导体集成技术领域，特别是涉及一种锗基探测器的集成方法。

背景技术

硅基材料为实现光子组件（如硅波导光栅、氮化硅波导光栅）和电子器件（如硅基光电探测器、锗基光电探测器）单片集成提供了基础。目前在CMOS工艺线上已经实现了波导光栅和光电探测器的单片集成，通常是采用选择性外延技术在单晶硅上外延形成锗基外延层，然后进行选择性刻蚀、离子注入及退火，以形成锗基光电探测器。外延锗前需要在单晶硅上提前生长一层低温低质量的锗薄膜层，以确保在此基础上外延出高质量的锗基外延层。但是，低温低质量的锗薄膜层对于在锗基外延层上经选择性刻蚀、离子注入及退火形成的锗基探测器的性能具有不利影响。

因此，亟待提出一种能够避免锗基外延层在生长过程中存在的缺陷的锗基探测器的集成方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高锗基光电探测器性能的锗基探测器的集成方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种锗基探测器的集成方法，包括以下步骤：

提供第一衬底，在第一衬底上形成氮化硅波导结构；

提供第二衬底，在第二衬底上外延锗以形成锗薄膜层，在锗薄膜层上继续外延锗以形成锗基外延层，并化学机械抛光；

在锗基外延层上沉积高k金属氧化物以形成高k金属氧化物层；

将第二衬底的高k金属氧化物层与第一衬底键合；

减薄第二衬底至第一厚度，腐蚀掉第一厚度的第二衬底；

化学机械抛光以去除锗薄膜层；

在锗基外延层上制备形成锗基探测器。

优选地，在第一衬底上形成氮化硅波导结构的步骤包括：

依次在第一衬底上形成第一介质层和氮化硅层；

采用光刻、刻蚀工艺自氮化硅层的顶层向下刻蚀，以形成氮化硅波导结构；

在具有第一介质层和氮化硅波导结构的第一衬底上沉积第二介质层，并化学机械抛光。

优选地，在第一衬底上形成氮化硅波导结构的步骤包括：

在第一衬底上沉积形成第一介质层，采用光刻、刻蚀工艺自第一介质层的顶层形成若干凹槽；

在上述已形成的结构上第一次沉积氮化硅；

在上述已形成的结构上第二次沉积氮化硅，并化学机械抛光，以去除沉积在第一介质层上的氮化硅，以形成氮化硅波导结构；

在具有第一介质层和氮化硅波导结构的第一衬底上沉积形成第二介质层，并化学机械抛光。

优选地，采用等离子增强化学的气相沉积法形成第一介质层、第二介质层和氮化硅层。

优选地，采用原子层沉积法沉积以形成高k金属氧化物层。

优选地，高k金属氧化物层为Al₂O₃层

优选地，第一厚度为20-30微米。