用于宽带信号的光电检测器制造技术

本公开涉及半导体结构，更具体地涉及用于宽带信号的光电检测器及制造方法。该结构包括：第一光电检测器；与第一光电检测器相邻的第二光电检测器；位于第一光电检测器下方的第一尺寸的第一气隙，其被构造为检测第一波长的光；以及位于第二光电检测器下方的第二尺寸的第二气隙，其被构造为检测第二波长的光。其被构造为检测第二波长的光。其被构造为检测第二波长的光。

【技术实现步骤摘要】
用于宽带信号的光电检测器


[0001]本公开涉及半导体结构，更具体地涉及用于宽带信号的光电检测器及制造方法。

技术介绍

[0002]光电检测器是将光精确转换为电信号的器件，例如用于许多不同类型的成像、传感和通信应用。为此，通常使用光敏材料(例如，Si)来形成光电检测器，它们是优良的光吸收体。然而，在使用中，光电检测器通常不会吸收照射在其上的所有光，并且在许多情况下，大量光可以完全通过光电检测器而不会被吸收。这会导致器件的准确性和效率方面的问题。
[0003]光电检测器通常使用光敏材料(例如，Si)形成，它们是优良的光吸收体。然而，在使用中，光电检测器通常需要检测来自宽带源的特定波长。这目前需要分路器和解复用器，从而增加了制造过程的复杂性。

技术实现思路

[0004]在本公开的一方面，一种结构包括：第一光电检测器；与所述第一光电检测器相邻的第二光电检测器；位于所述第一光电检测器下方的第一尺寸的第一气隙，其被构造为检测第一波长的光；以及位于所述第二光电检测器下方的第二尺寸的第二气隙，其被构造为检测第二波长的光。
[0005]在本公开的一方面，一种结构包括：第一光电检测器，其包括第一尺寸的第一气隙结构和密封所述第一气隙结构的外延材料；第二光电检测器，其包括第二尺寸的第二气隙结构和密封所述第二气隙结构的所述外延材料；以及浅沟槽隔离结构，其使所述第一光电检测器与所述第二光电检测器隔离。
[0006]在本公开的一方面，一种方法包括：形成第一光电检测器；形成第二光电检测器；形成位于所述第一光电检测器下方的第一尺寸的第一气隙；以及形成位于所述第二光电检测器下方的第二尺寸的第二气隙。
附图说明
[0007]在下面的详细描述中，借助本公开的示例性实施例的非限制性示例，参考所提到的多个附图来描述本公开。
[0008]图1示出了根据本公开的一些方面的引入结构。
[0009]图2示出了根据本公开的一些方面的在衬垫(pad)电介质膜和衬底中图案化的多个沟槽以及相应的制造工艺。
[0010]图3示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的内衬有衬里(liner)材料的沟槽和不同尺寸的腔结构以及相应的制造工艺。
[0011]图4示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的剥离衬里材料的沟槽以及相应的制造工艺。
[0012]图5示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的不同尺寸的密封气隙结构以及相应的制造工艺。
[0013]图6示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的位于密封气隙结构之上的掺杂外延材料以及相应的制造工艺。
[0014]图7示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的到光电检测器的接触以及相应的制造工艺。
[0015]图8示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的具有内衬有外延材料的不同尺寸的密封气隙结构的光电检测器以及相应的制造工艺。
[0016]图9示出了图7或图8的结构的俯视图。
具体实施方式
[0017]本公开涉及半导体结构，更具体地涉及用于宽带信号的光电检测器及制造方法。更具体地，本公开提供了一种能够检测来自宽带源的不同波长的光电检测器。例如，在实施例中，光电检测器包括在光电检测器下方具有不同尺寸气隙结构的多个Ge光电检测器。有利地，光电检测器下方的气隙结构可以增强(amplify)所需的波长，提高镜面反射率，并且可以个体地(individually)调谐到不同的波长。此外，光电检测器下方的气隙结构充当反射镜(mirror)，允许吸收电磁辐射(例如，光)所需的Ge区域较薄，即，Ge厚度减小约10
‑
30％。
[0018]在更具体的实施例中，光电检测器包括具有特定曲率的下伏(underlying)气隙结构，其充当球面镜，并且其尺寸可以变化以放大所选波长。气隙结构可以由单个腔或联合腔组成，以在光电检测器下方形成可调气隙结构。多个尺寸的气隙结构可以在同一平面上用于检测不同的波长。并且，可以针对所需波长的相长干涉而设计(调谐(tune))气隙结构的尺寸，即，波长调谐。
[0019]例如，各个光电检测器(例如，共面Ge检测器)下方的不同尺寸的气隙结构可以检测不同波长的光，其中较小的气隙结构检测较短的波长，较大的气隙结构检测较长的波长。此外，不同的光电检测器和气隙结构可以在一个区域内混合或在同一芯片上的不同区域中隔离。并且，光电检测器可以是共面的(例如，基于Ge的光电检测器)。
[0020]本公开的光电检测器可以使用多种不同的工具，以多种方式来制造。然而，通常，使用方法和工具来形成具有微米和纳米级尺度(dimension)的结构。已经根据集成电路(IC)技术采用了用于制造本公开的光电检测器的方法(即，技术)。例如，这些结构建立在晶片上，并在晶片顶部上借助光刻工艺图案化的材料膜中实现。特别地，光电检测器的制造使用三个基本构造块：(i)在衬底上沉积材料薄膜；(ii)通过光刻成像在膜顶部上施加图案化掩模；以及(iii)对掩模有选择性地蚀刻膜。
[0021]图1示出了根据本公开的一些方面的引入结构。特别地，结构10包括包含任何体半导体材料的衬底12。例如，衬底12可由任何合适的体半导体材料构成，例如Si、SiGe、SiGeC、SiC、GaAs、InAs、InP和其他III/V或II/VI化合物半导体。在实施例中，衬底12可以是具有附加高掺杂区14的p型衬底。附加掺杂区14包括p型掺杂剂，例如硼(B)，用于p型掺杂区。未掺杂的半导体材料16可以形成在掺杂区14之上。在实施例中，未掺杂的半导体材料16可以是在掺杂区14上外延生长的本征Si材料。未掺杂的半导体材料16有效地将掺杂区14更深地埋
入衬底中。
[0022]仍参考图1，可以在未掺杂的半导体材料16上形成(例如，沉积)一个或多个衬垫膜18。作为示例，衬垫膜18可以是氧化物或氮化物。作为说明性的非限制性示例，氮化物可以通过常规沉积工艺，例如化学气相沉积(CVD)，沉积到约100nm至200nm的厚度；而氧化物可以沉积到约10nm的厚度。在实施例中，当衬底12包括Si材料时，可以在Si的炉氧化中形成氧化物。
[0023]在图2中，多个沟槽20a、20b可以在衬垫膜14中图案化并进入衬底12、16中。在实施例中，多个沟槽20a、20b可以具有不同的宽度和/或不同的深度，具体取决于要由光电检测器检测的波长，如本文更详细描述的。在实施例中，沟槽20a、20b中的每一者可以延伸到掺杂区14中，其中沟槽20a的宽度和/或深度小于沟槽20b。在说明性的非限制性示例中，沟槽20a、20b可以具有约0.1μm至0.20μm范围内的宽度和约0.5μm至0.7μm范围内的深度；尽管本文基于要由光电检测器检测的特定波长可以预期其他尺度。
[0024]沟槽20a、20b可以使用常规光刻和蚀刻工艺形成。例如，将形成在衬垫膜18之上的抗蚀剂暴露于能量(光)下以形成图案(开口)。开口可以具有不同的尺度以匹配沟槽20a、20b的不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构，包括：第一光电检测器；与所述第一光电检测器相邻的第二光电检测器；位于所述第一光电检测器下方的第一尺寸的第一气隙，其被构造为检测第一波长的光；以及位于所述第二光电检测器下方的第二尺寸的第二气隙，其被构造为检测第二波长的光。2.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一尺寸和所述第二尺寸包括不同的尺度。3.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一尺寸和所述第二尺寸包括在底部处不同的曲率。4.根据权利要求1所述的结构，还包括连接到所述第一气隙的第一尺寸的第一沟槽和连接到所述第二气隙的第二尺寸的第二沟槽。5.根据权利要求4所述的结构，其中更深或更宽的第一沟槽延伸到具有比所述第二气隙尺寸更大的所述第一气隙，并且更浅或更窄的第二沟槽延伸到比所述第一气隙尺寸更小的第二气隙。6.根据权利要求1的结构，其中所述第一气隙和所述第二气隙位于衬底的P掺杂区中，本征半导体材料位于所述第一光电检测器和所述第二光电检测器之上，并且N掺杂半导体材料位于所述本征半导体材料之上。7.根据权利要求6所述的结构，还包括延伸到不同光电检测器的所述本征半导体材料和所述N掺杂半导体材料的浅沟槽隔离结构。8.根据权利要求7所述的结构，还包括：连接到所述第一光电检测器的所述N掺杂半导体材料的第一接触；连接到所述第二光电检测器的所述N掺杂半导体材料的第二接触；以及电连接到所述衬底的所述P掺杂区的第三接触。9.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一光电检测器和所述第二光电检测器各自包括位于延伸到所述第一气隙和所述第二气隙的相应沟槽中的外延半导体材料插塞。10.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一光电检测器和所述第二光电检测器包括密封所述第一气隙和所述第二气隙的Ge材料。11.根据权利要求1所述的结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：格芯美国集成电路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：