[发明专利]一种光电探测器结构及其形成方法

说明书

本申请提供一种光电探测器结构及其形成方法，所述结构包括：绝缘体上硅衬底，所述绝缘体上硅衬底包括顶层硅，所述顶层硅包括生长区和位于所述生长区两侧的掺杂区，所述顶层硅表面形成有介质层；所述生长区的介质层中形成有外延层，所述生长区中的外延层的宽度与所述生长区的宽度相等，所述外延层延伸至所述顶层硅中，所述外延层表面高于所述介质层表面；所述介质层中的外延层侧壁形成有保护层。本申请提供一种光电探测器结构及其形成方法，利用所述保护层保护所述介质层不被横向刻蚀，提高外延层以及介质层的准直性，进而减少外延层的应力集中和穿透位错密度，提高光电探测器结构的可靠性。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种光电探测器结构及其形成方法。

背景技术

波导集成型光电探测器的工作原理是：当能量大于带隙的光子入射进入半导体后，其能量释放给价带的电子并使其跃迁至导带，同时在价带中产生空穴；产生的电子空穴对在外电场的作用下被分离开最终被电极收集从而在外电路产生光电流。

锗由于其带隙小、迁移率高和易于和标准CMOS工艺兼容的优势，成为硅基集成近红外光电探测器的主要材料。按照光波导与探测器间的光耦合方式，光电探测器又可分为对接耦合光电探测器以及倏逝耦合光电探测器。其中采用对接耦合结构时，波导与探测器间的耦合效率较高(通常高达90％以上)，其光响应度通常都能达到1.0A/W以上。

然而目前的光电探测器结构仍然存在缺陷。因此，有必要提供一种更有效、更可靠的技术方案，提高光电探测器结构的可靠性。

发明内容

本申请提供一种光电探测器结构及其形成方法，能够提高光电探测器结构的可靠性。

本申请的一个方面提供一种光电探测器结构的形成方法，包括：提供绝缘体上硅衬底，所述绝缘体上硅衬底包括顶层硅，所述顶层硅包括生长区和位于所述生长区两侧的掺杂区，所述顶层硅表面形成有介质层；在所述介质层中形成暴露所述顶层硅的开口，所述开口完全暴露所述生长区，并暴露所述生长区两侧的部分所述掺杂区；在所述开口侧壁形成保护层，所述开口侧壁的保护层正好覆盖暴露的所述掺杂区表面；沿所述开口继续刻蚀部分所述顶层硅；在所述开口中形成外延层，所述外延层表面高于所述介质层表面。

在本申请的一些实施例中，在所述开口侧壁形成所述保护层的方法包括：在所述开口侧壁和底部以及所述介质层表面形成保护材料层；刻蚀去除所述介质层表面以及所述开口底部的保护材料层，所述开口侧壁剩余的保护材料层形成所述保护层。

在本申请的一些实施例中，刻蚀去除所述介质层表面以及所述开口底部的保护材料层的方法包括各向异性刻蚀工艺。

在本申请的一些实施例中，沿所述开口继续刻蚀部分所述顶层硅之后，在所述开口中形成外延层之前，还包括：使用酸洗工艺清洗所述开口暴露的顶层硅表面、所述保护层表面和所述介质层表面。

在本申请的一些实施例中，使用酸洗工艺清洗所述顶层硅表面、所述保护层表面和所述介质层表面之后，在所述开口中形成外延层之前，还包括：去除所述顶层硅表面和所述保护层表面的自然氧化层。

在本申请的一些实施例中，去除所述顶层硅表面和所述保护层表面的自然氧化层的方法包括：ALC刻蚀工艺或者SiConi刻蚀工艺。

在本申请的一些实施例中，去除所述顶层硅表面和所述保护层表面的自然介质层之后，在所述开口中形成外延层之前，还包括：使用前烘工艺还原所述顶层硅表面和所述保护层表面的自然氧化层。

在本申请的一些实施例中，所述前烘工艺的工艺参数包括：反应气体包括H₂、N₂、SiH₂CL₂、HCL、H₂O；反应温度为600至1100摄氏度；反应时间为10至7200秒。

在本申请的一些实施例中，所述开口的宽度与所述生长区的宽度之比为(5：1)至(1：5)。