[发明专利]一种在硅上形成锗器件的方法

说明书

本发明公开了一种在硅上形成锗器件的方法，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。该方法工艺简单且避免了锗外延可能导致产生的晶格失配。

技术领域

本发明属于半导体器件制造技术领域，具体涉及一种在硅上形成锗器件的方法。

背景技术

图像传感器被越来越多地应用至汽车工业、工程机械、农业及生命科学等领域中。相较于可见光感测图像传感器而言，短波红外(SWIR，Short-Wavelength Infrared)图像传感器在夜视、雾天等低视觉环境下具有更好的穿透性和更高的灵敏度。

目前现有的一种短波红外CMOS图像传感器是基于砷化铟镓材料制成，其结构自下而上依次包括CMOS读出集成电路、连接使用的金属凸点(bumps，例如铟凸点)、与该金属凸点相连的砷化铟镓阵列、磷化铟衬底和防反射层。由于采用了金属凸点的键合工艺，导致像素间距较大、传感器的厚度较厚，不利于实现器件的小型化。并且晶圆尺寸有限、产量低、化合物匮乏等原因，砷化铟镓的制造成本较高。在制造过程中需要芯片对芯片/芯片对晶圆键合，以及由于以磷化铟为基底，砷化铟镓外延生长制作的CMOS图像传感器降低了对可见光的吸收，所以制造工艺复杂且昂贵导致量产难度提高。再者，砷化铟镓与硅在化学上不相容，这导致了基于砷化铟镓的图像传感器在制造工艺上难以与现有的硅CMOS制造工艺相兼容。

另一种现有的传感器就是基于硅衬底制作的图像传感器。但是硅传感器的光谱响应被限制在波长1μm以内，其在近红外光谱中有着较低的光吸收效率。而锗传感器则在0.4μm-1.6μm范围内有着较好的光响应。由此产生了不少关于硅基锗(Ge-on-Si)短波红外图像传感器的研究。

外延生长法是一种现有的制作硅基锗的方法，即直接在硅衬底上生长锗层。但是由于硅和锗之间晶格失配度(lattice mismatch)为4.2％，而失配能的累积会在二者界面之间产生失配位错(misfit dislocation)和穿透位错(threading dislocation)等缺陷。为了抑制失配位错和穿透位错这类缺陷，则需要提高其制造工艺的复杂度(例如，采用狭窄孔径的选择性生长)。

发明内容

基于现有技术存在的技术问题，本发明公开一种在硅上形成锗器件的方法，其克服现有技术中外延生长法制作硅基锗会产生位错且工艺复杂度较高的缺陷，提供一种工艺简单、没有晶格失配的在硅上形成锗器件的方法。

依据本发明的技术方案，提供一种在硅上形成锗器件的方法，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。

在硅上形成锗器件的方法具体包括以下步骤：

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；