[发明专利]一种深硅槽中选择性外延锗方法

说明书

本发明提供了一种深硅槽中选择性外延锗方法，包括：步骤1、在硅衬底表面沉积硬掩膜，并制作深硅槽；步骤2、在深硅槽的侧壁和底部同时选择性外延生长锗；步骤3、高温退火使侧壁锗材料再分布；步骤4、重复步骤2‑3使深硅槽处外延生长锗表面高于硬掩膜；步骤5、进行化学机械抛光使锗表面与硬掩膜表面齐平；步骤6、去除硬掩膜，完成深硅槽的选择性外延锗。本发明提出的方案在硅槽侧壁和底部同时外延锗/锗硅，结合高温锗再分布技术，可以在不影响形貌的情况下，实现深硅槽中锗/锗硅外延生长；并且无需在硅与锗中间插入氧化硅层，有利于提升硅波导到锗器件的耦合效率。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种深硅槽中选择性外延锗方法。

背景技术

在硅衬底的特定区域选择性生长锗的能力有利于基于锗的光电器件与基于硅的高速光电集成电路集成。潜在的应用包括集成高性能锗光电探测器、硅光调制器和各类硅光无源器件，进而形成具有高速收发功能的光收发芯片。除了锗探测器，Ge和Ge/SiGe量子阱(QW)都表现出电吸收效应(Franz效应)，即Ge中的Keldysh效应和Ge/SiGe中的量子限制斯塔克效应(QCSE)。外加电场的增加会使吸收光谱红移，这种行为允许开发紧凑、高性能、基于Ge的用于光互连应用的硅兼容光调制器。为了最小化锗结构中，在生长中直接在SOI波导中生长Ge或Ge/SiGe量子阱，将调制区域对接耦合到输入和输出波导，可以使调制器具有小占地面积和低电容，从而实现更高的速率。

锗的选择性生长通常通过使用介电掩模，如位于硅衬底上方二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)掩膜。锗的生长始于暴露的硅表面。在深硅槽中外延生长锗时，生长窗口可以有非常厚的暴露硅侧壁(取决于硅槽厚度)。因为任何暴露的晶体硅表面可以作为锗的生长区域，锗会在侧壁生长，影响外延形貌与外延质量。现有技术通过在侧壁形成一层SiO2阻挡层，来避免侧壁的锗外延。然而该方法会在硅波导与锗材料间插入SiO2阻挡层，会降低光的耦合效率。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提供了一种深硅槽中集成锗材料的制造工艺，可以在不使用侧壁SiO2阻挡层的情况下，在厚的硅槽中，实现高质量的锗材料选择性外延。

本发明采用的技术方案如下：一种深硅槽中选择性外延锗方法，包括以下步骤：

步骤1、在硅衬底表面沉积硬掩膜，并制作深硅槽；

步骤2、在深硅槽的侧壁和底部同时选择性外延生长锗；

步骤3、高温退火使侧壁锗材料再分布；

步骤4、重复步骤2-3使深硅槽处外延生长锗表面高于硬掩膜；

步骤5、进行化学机械抛光使锗表面与硬掩膜表面齐平；

步骤6、去除硬掩膜，完成深硅槽的选择性外延锗。

进一步的，所述步骤1中，制作深硅槽具体步骤为：在沉积硬掩膜的衬底表面通过光刻定义锗窗口，并刻蚀掉锗窗口部分的硬掩膜以及硅，完成深硅槽制作。

进一步的，所述深硅槽的深度为0.50-10um。

进一步的，所述步骤1中沉积的硬掩膜厚度为500nm。

进一步的，所述步骤2中，深硅槽底部外延生长的锗厚度～1um。

进一步的，所述步骤3中，高温退火环境为氢气、氮气或氩气环境，退火温度为700-900oC。

进一步的，所述步骤5中，抛光后硬掩膜厚度100nm。

进一步的，所述硬掩膜为氧化硅、氮化硅或氧化硅与氮化硅多层膜组合中的一种。

进一步的，所述锗为纯锗或锗硅。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：