[发明专利]包含整合于波导上的光侦测器的半导体设备及其制造方法

说明书

技术领域

技术领域大致涉及半导体设备及用于制造半导体设备的方法，且尤涉及包括整合于波导上的光侦测器的半导体设备及此类半导体设备的制造方法。

背景技术

硅光子学使用硅作为光学媒体，并且近年来一直是一门发展活跃的领域，原因在于其与互补式金属氧化物半导体(CMOS)微电子电路整合成一体的潜在能力。硅对于波长高于约1.1微米(μm)的红外光呈透明，同时也有非常高的折射率，例如约3.5。此高折射率所提供的严格光学限制顾及到光学波导。

为了让例如波导等等的硅光子组件与硅光子组件制造于其上的半导体晶圆的主体硅维持光学独立，必需具有一层中介材料。通常，硅土作为中介材料，原因在于其比硅低很多的折射率(在所关注的波长区内大约是1.44)，因此硅-硅土界面处的光将经受全内反射并且留在硅中。此构造已知为绝缘体上硅(SOI)，并且经由此构造形成的波导常称为SOI波导。正因如此，硅光子设备可使用现有的半导体制造技术予以制成，并且，由于硅对于大部分积体电路当作基底(substrate)使用，故有可能产生让光学与电子组件整合在单一微晶片上的混合设备。

由于其与CMOS技术的相容性，p-i-n锗(Ge)基础的光侦测器也已广受注意。P-i-n锗光侦测器对于光学吸收呈现出良好的响应度及量子效率。将p-i-n锗光侦测器整合到SOI波导上，有利于获得低接面电容、自波导至锗光侦测器的有效功率转移以及简单的制程整合。不幸的是，目前整合到SOI波导上的p-i-n锗光侦测器通常对p-i-n电极以及相关接触件造成大的形貌变异(topographical variation)与光模邻近(optical mode proximity)，导致程序复杂、高损耗、以及光学敏感度降低。

因此，希望提供包括整合于波导上具有形貌变异降低的光侦测器的半导体设备以及用于制造此类半导体设备的方法。再者，希望提供包括整合于波导上具有损耗减少并且光学敏感度提升的光侦测器的半导体设备。此外，本发明的其它期望特征及特性经由后续本发明的实施方式及所附权利要求书，搭配附图以及背景技术，将变得显而易知。

发明内容

本文提供半导体设备及用于制造半导体设备的方法。根据一示例性具体实施例，用于制造半导体设备的方法包括在半导体基底的侦测器区域中蚀刻波导层以形成凹陷式波导层区段。脊部结构锗(Ge)光侦测器覆于凹陷式波导层区段的一部分上而形成。

根据另一示例性具体实施例，提供用于制造半导体设备的方法。本方法包括形成覆于半导体基底的侦测器区域中的波导层上的第一场式氧化物层区段及第二场式氧化物层区段。第一与第二场式氧化物层区段隔开以曝露波导层的中间区段。等向性(isotropically)蚀刻凹槽至波导层的中间区段中以形成凹陷式波导层区段。凹槽在第一场式氧化物层区段底下形成第一底切(undercut)，并且在第二场式氧化物层区段底下形成第二底切。含第一与第二底切的凹槽用锗(Ge)填充以形成锗填部。选择性地蚀刻锗填部以形成第一凹陷式锗层区段、第二凹陷式锗层区段、以及设置于第一与第二凹陷式锗层区段之间的锗脊部结构。互相毗连的第一凹陷式锗层区段及锗脊部结构的第一侧壁部位透过P+掺杂以形成P+电极。互相毗连的第二凹陷式锗层区段及锗脊部结构的第二侧壁部位透过N+掺杂以形成N+电极。

根据另一示例性具体实施例，提供半导体设备。半导体设备包括覆于半导体基底的埋置型氧化物层上的波导。波导包括波导层，该波导层具有设置于半导体基底的侦测器区域中的凹陷式波导层区段。脊部结构锗(Ge)光侦测器覆于凹陷式波导层区段的一部分上。

附图说明

将在后文搭配底下图式说明各个具体实施例，其中相同的元件符号代表相称的元件，以及其中：

图1至图9根据示例性具体实施例描述半导体设备及用于制造半导体设备的方法。图1以俯视图描述早期制造阶段时的半导体设备。图2至图9以剖面图描述进一步制造阶段时的半导体设备。

符号说明

2  线条             10 半导体设备

11 硅层             12 半导体基底

13 埋置型氧化物层   14 波导层

15 凹槽             16 波导

18 中介材料         20 侦测器区域

22 场式氧化物层区段 24 场式氧化物层区段

26 中间区段         28 凹槽

30 凹陷式波导层区段 32 底部截槽