[发明专利]光侦测器方法及光侦测器结构

说明书

技术领域

本发明相关光电集成电路，且更尤指，形成光侦测器(例如，锗的光侦测器)的方法及具有极小化暗电流的光侦测器结构。

背景技术

通常来说，光电集成电路芯片一般包含除电子器件(例如，互补金属氧化半导体(CMOS)器件或其它电子器件)之外的各种光学器件。一个范例光学器件为光侦测器(本发明也称作光传感器或光学接收器)，其由光吸收材料的层及在该光吸收材料内的一或多个光二极管(例如，PN二极管或PIN二极管)所制成。该光侦测器从光波导(例如，硅波导)接收光学信号(例如，光)且转化该光学信号成用于由一或多个该电子器件的处理的电子信号(例如，电子流)。范例光吸收材料能包含，但不限于硅、锗、砷化铟镓、硫化铅及碲化汞镉。这些不同的光吸收材料吸收不同波长范围中的光。举例来说，锗吸收红外线波长谱段(例如，700nm-1mm)中的光且通常用于从光纤或其它芯片上光来源接收光并在调制频率中转化该光成电子流的硅光电组件。

不幸地，用于形成锗的光侦测器的目前技术经常导致具有缺陷的锗层，特别是破裂及/或表面凹陷的锗层。这样的技术也不允许在PIN二极管的扩散区域内对掺质轮廓选择控制。缺陷及/或不适当掺质轮廓能导致流过该光侦测器的不想要暗电流的显着量。本技术领域的技术人员将确认术语“暗电流”称作缺乏光子下流过比如光侦测器的光学器件的电子流。故用于形成具有极小化暗电流的光侦测器(例如，锗的光侦测器)的改进方法在本技术领域中是需要的。

发明内容

鉴于以上所述,本发明所揭露的为形成光侦测器(例如,锗的光侦测器)的方法及具有极小化暗电流的作为结果的光侦测器结构。在该方法中,多晶或非晶光吸收层能形成在介电层上以使其通过介电层中的开口而接触光波导的单晶半导体核心。光吸收层能接着以一个或多个应变缓解层密封且能进行快速熔化生长(RMG)工序以结晶化光吸收层。(多个)应变缓解层能对于控制应变缓解而调变，以致在RMG工序期间,光吸收层保持免于破裂。接着能移除该(多个)应变缓解层且能在光吸收层之上形成共形密封层(例如,填充在RMG工序期间所发展的任何表面凹陷)。随后,能通过密封层植入掺质以形成用于(多个)二极管(例如,(多个)PIN二极管)的多个扩散区域。既然密封层相对薄,能在多个扩散区域内达到想要的掺杂轮廓。通过避免在光吸收层中形成的破裂、通过填充光吸收层上的表面凹陷及/或通过在多个扩散区域(例如,N+及P+扩散区域)内到达想要的掺杂轮廓,极小化不想要的暗电流。

更特定来说,所揭露的是形成具有极小化暗电流的光侦测器的方法。

在该方法中,第一介电层能形成在单晶半导体层上。单晶半导体层能为光波导的半导体核心。也就是,单晶半导体层能图案化以便形成光波导的半导体核心。接着形成开口在第一介电层中，以便露出部分半导体核心。

其次,能在第一介电层上且在开口内的单晶半导体层上形成光吸收层。此光吸收层能具有非晶或多晶结构且能具有特定熔化温度。

能在光吸收层之上且尤其是在光吸收层的顶表面及侧壁上形成一个或多个应变缓解层。预定(多个)应变缓解层的(多个)材料及(多个)厚度，以便能在室温及特定熔化温度二者下极小化应变缓解层内的机械应力,且从而在后续快速熔化生长(RMG)工序期间极小化在光吸收层上的应力。

随后,能进行加热工序,特别是RMG工序。也就是,光吸收层能加热至特定熔化温度以上的温度,且接着冷却,从而导致光吸收层结晶化(例如,变为结构中的单晶)成作用为种晶层的单晶半导体层。应注意,由于(多个)应变缓解层的预定(多个)材料及(多个)厚度,避免了此RMG工序期间光吸收层的破裂。然而,表面凹陷可能仍发展在光吸收层的外表面上,从而产生光吸收层与应变缓解层之间的多个空穴。进行RMG工序之后,能移除(多个)应变缓解层的至少一个。

之后,相对薄的共形密封层能形成在光吸收层之上。若移除所有应变缓解层以便露出光吸收层的顶表面及侧壁,能形成此共形密封层以便填充在RMG工序期间在光吸收层上发展的任何表面凹陷。

接着形成共形密封层之后,进行一个或多个离子植入工序，以便能在光吸收层中形成至少一个二极管。既然共形密封层及任何留下的应变缓解层是相对薄,能在多个扩散区域内达到想要的掺杂轮廓。