[发明专利]一种在硅上形成锗器件的方法

权利要求书

1.一种在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，其包括对锗供体晶圆的正面进行氢离子注入以在锗供体晶圆中形成氢注入层以及锗转移层，使锗转移层面对硅目标晶圆的正面进行初次键合，剥离所述氢注入层以形成锗硅混合晶圆，对锗硅混合晶圆进行退火以完成锗转移层和硅目标晶圆的最终键合，在锗转移层中形成隔离结构和PIN光电二极管。

2.如权利要求1所述的在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，其具体包括以下步骤：

S1：提供一锗供体晶圆；

S2：对锗供体晶圆的正面进行氢离子注入以在锗供体晶圆中形成氢注入层，锗供体晶圆的正面与所述氢注入层之间的锗层构成锗转移层；

S3：提供一硅目标晶圆，并在硅目标晶圆的正面依次形成缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层；

S4：使锗转移层面对硅目标晶圆的正面进行锗转移层和硅目标晶圆的初次键合；

S5：通过切割和剥离所述氢注入层处使锗转移层从锗供体晶圆分离以形成锗硅混合晶圆，对锗硅混合晶圆进行退火以完成锗转移层和硅目标晶圆的最终键合，抛光锗转移层的表面；

S6：在锗转移层中形成隔离结构，所述隔离结构用于限定PIN光电二极管的阵列区域；

S7：在所述阵列区域中形成PIN光电二极管。

3.如权利要求2所述的在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，在步骤S7之后，进一步包括以下步骤：

S8：在锗转移层上形成第一互连层并在第一互连层上形成第一对准标记，其中第一互连层包括沟道和过孔；

S9：提供一硅电路晶圆，所述硅电路晶圆包括：用于控制和读取PIN光电二极管的电路和至少一个第二互连层，其中第二互连层包括沟道和过孔，第二互连层上形成有第二对准标记；

S10：将第一对准标记对准于第二对准标记，进行第一互连层和第二互连层的键合以连接锗硅混合晶圆和硅电路晶圆，并退火；

S11：通过抛光和刻蚀去除硅目标晶圆、缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层。

4.如权利要求2所述的在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，步骤S2中：

氢离子注入的剂量为1×10¹⁵atoms/cm²～1×10¹⁸atoms/cm²；

和/或，氢离子注入的能量范围为1keV–1MeV；

和/或，氢离子注入的执行温度范围为室温至600℃；和/或，氢注入层的深度精度为±0.03μm-±0.05μm。

5.如权利要求2所述的在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：在氢离子注入前，通过PECVD在锗供体晶圆的正面形成注入保护层，所述注入保护层为二氧化硅层；以及，完成氢离子注入后去除所述注入保护层。

6.如权利要求2所述的在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，步骤S4中通过热处理或者等离子体处理锗转移层和硅目标晶圆的待键合表面来完成初次键合。

7.如权利要求2所述的在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，步骤S4中通过对锗供体晶圆和/或硅目标晶圆施加压力以完成初次键合。

8.如权利要求2所述的在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，步骤S5中通过能量源脉冲来剥离所述氢注入层处，能量源为热源、冷源或机械力源。

9.如权利要求2所述的在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，步骤S6进一步包括：

S61：在锗转移层的正面形成隔离沟道，相邻所述隔离沟道限定PIN光电二极管的阵列区域；

S62：填充所述隔离沟道以使所述隔离沟道充满可流动电介质材料。

10.如权利要求2所述的在硅上形成锗器件的方法，其特征在于，步骤S7进一步包括：

S71：在所述阵列区域中，在锗转移层的正面形成第一掩模，未被第一掩模覆盖的区域为第一开放区域；对第一开放区域进行第一导电类型离子注入以在与第一开放区域相对应的锗转移层的正面中形成第一导电类型掺杂区域，去除第一掩模并退火；

S72：在锗转移层的正面形成第二掩模，未被第二掩模覆盖的区域为第二开放区域；对第二开放区域进行第二导电类型离子注入以在与第二开放区域相对应的锗转移层的正面中形成第二导电类型掺杂区域，去除第二掩模并退火，其中第一开放区域和第二开放区域完全不重叠，第一导电类型掺杂区域、第二导电类型掺杂区域以及介于第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域之间的本征区域共同构成PIN光电二极管。