半导体结构及其形成方法技术

本发明专利技术涉及半导体结构及其形成方法。一种半导体结构包括在同一衬底上的光子调制器和场效应晶体管。该光子调制器包括调制器半导体结构和采用与场效应晶体管的栅极电极相同的半导体材料的半导体接触结构。所述调制器半导体结构包括横向p-n结，且所述半导体接触结构包括另一横向p-n结。为了形成该半导体结构，可以在半导体衬底中构图波导形状的调制器半导体结构和场效应晶体管的有源区。栅极电介质层形成在所述调制器半导体结构和所述有源区上，并且随后从所述调制器半导体结构上去除。沉积、用图形构图并掺杂半导体材料层以形成用于场效应晶体管的栅极电极和用于波导的半导体接触结构。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及半导体结构，具体地，涉及具有采用与场效应晶体管的栅极电极相同的半导体材料的接触结构的光子调制器，以及制造该光子调制器的方法。
技术介绍
半导体波导可以用在微光子器件中以实现光在微米范围或毫米范围内的距离上的高效长范围传输。半导体波导通常采用单晶半导体材料来最小化由于光吸收导致的信号损失。半导体波导中的半导体材料具有相对高的折射率。例如，硅和锗分别具有约3.45和约4.0的折射率。具有更低折射常数的电介质材料围绕半导体波导，以便对于以掠射角照射在半导体波导和所述电介质材料之间的界面上的光，在所述界面处满足全反射条件。半导体波导因此可以用来传输波长大于与半导体材料的带隙对应的波长的光。通常，在半导体波导中采用红外光。很多微光子器件以某种方式在半导体波导中操纵光。例如，半导体波导中的光可以被吸收、反射或者诱导以改变相位。在波导中操纵信号的一种方法是增加光子调制器。光子调制器的增加使得，相比于传播通过没有相位调节能力的波导的光学信号的相位，以不同的每传播距离速率传播通过调节器的光学信号的相位能够改变。将光子部件(B卩，波导和调制器)与硅衬底上的互补金属半导体氧化物(CMOS)和双极互补金属半导体氧化物技术相结合，能够实现片上和芯片到芯片的光学互连。然而，将光子部件与CMOS和BiCMOS相集成是一个挑战，这是因为需要将不同的处理步骤集成到制造工艺序列中。因此需要一种有效地集成制造步骤以使处理步骤的数量最少并且减少处理时间和成本的方法。
技术实现思路
一种半导体结构包括在同一衬底上的光子调制器和场效应晶体管。该光子调制器包括调制器半导体结构和采用与场效应晶体管的栅极电极相同的半导体材料的半导体接触结构。所述调制器半导体结构包括横向Ρ-η结，且所述半导体接触结构包括另一横向Ρ-η结。为了形成该半导体结构，可以在半导体衬底中构图波导形状的调制器半导体结构和场效应晶体管的有源区。栅极电介质层形成在所述调制器半导体结构和所述有源区上，并且随后从所述调制器半导体结构上被去除。沉积、用图形构图以及掺杂半导体材料层以形成用于场效应晶体管的栅极电极和用于波导的半导体接触结构。根据本公开的一方面，提供了一种半导体结构，该半导体结构包括位于半导体衬底上的光子调制器。该光子调制器包括:调制器半导体结构，其位于所述半导体衬底内、具有均匀的宽度和均匀的厚度、具有与至少一种电介质材料接触的侧壁和底表面、并且具有位于该调制器半导体结构的P掺杂调制器半导体部分与该调制器半导体结构的η掺杂调制器半导体部分之间的第一横向Ρ-η结；以及半导体接触结构，位于所述半导体衬底上并且具有在P掺杂的半导体接触部分与η掺杂的半导体接触部分之间的第二横向ρ-η结，其中所述P掺杂的半导体接触部分与所述P掺杂的调制器半导体部分接触，并且所述η掺杂的半导体接触部分与所述η掺杂的调制器半导体部分接触。在本公开的另一个方面中，提供了一种形成半导体结构的方法。该方法包括:形成调制器半导体结构，该调制器半导体结构具有均匀的宽度和均匀的厚度并且具有与半导体衬底中的至少一种电介质材料接触的侧壁和底表面；通过在所述调制器半导体结构中形成P掺杂的调制器半导体部分和η掺杂的调制器半导体部分，在所述调制器半导体结构中形成第一横向Ρ-η结；在所述半导体衬底上并且直接在所述调制器半导体结构上形成半导体接触结构；以及通过在所述半导体接触结构中形成P掺杂的半导体接触部分和η掺杂的半导体接触部分，在所述半导体接触结构中形成第二横向Ρ-η结，其中一旦形成所述P掺杂的半导体接触部分，所述P掺杂的半导体接触部分就与所述P掺杂的调制器半导体部分接触，并且一旦形成所述η掺杂的半导体接触部分，所述η掺杂的半导体接触部分就与所述η掺杂的调制器半导体部分接触。【附图说明】图1是根据本公开的第一实施例，在形成用于场效应晶体管的有源区、调制器半导体结构和波导半导体结构以及形成栅极电介质层之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图2是根据本公开第一实施例，在从所述调制器半导体结构之上去除栅极电介质层的一部分之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图3是根据本公开第一实施例，在沉积均厚半导体材料层之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图4是根据本公开第一实施例，在可选的退火之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图5是根据本公开第一实施例，在构图该均厚半导体材料层的半导体材料以形成栅极电极和半导体接触结构之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图6是根据本公开第一实施例，在形成电介质间隔物之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图6Α是图6的第一示例性半导体结构的自顶向下的视图。图7是根据本公开第一实施例，在用第一导电类型的掺杂剂掺杂半导体接触结构的第一端部以形成第一导电类型掺杂的端部之后的、第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图8是根据本公开第一实施例，在掺杂半导体接触结构的第二端部以形成第二导电类型掺杂的端部之后的、第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图9是根据本公开第一实施例，在用第一导电类型的掺杂剂掺杂所述半导体接触结构的中央部分以形成第一导电类型掺杂的半导体接触部分之后以及在掺杂调制器半导体结构以形成第一导电类型掺杂的调制器半导体部分之后的、第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图10是根据本公开第一实施例，在用第二导电类型的掺杂剂掺杂半导体接触结构的中央部分的子部分以形成第二导电类型掺杂的半导体接触部分之后以及在掺杂调制器半导体结构的一部分以形成第二导电类型掺杂的调制器半导体部分之后的、第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图11是根据本公开第一实施例，在去除注入掩模层之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图1lA是图11的第一示例性半导体结构的自顶向下的视图。图12是根据本公开第一实施例，在形成接触层电介质材料层以及在所述接触层电介质材料层中形成各种接触过孔之后的、第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图13是根据本公开第一实施例，在形成各种金属半导体合金部分之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图14是根据本公开第一实施例，在形成各种接触过孔结构之后的第一示例性半导体结构的垂直横截面视图。图15是根据本公开第二实施例的第二示例性半导体结构的垂直横截面视图。图16是根据本公开第三实施例的第三示例性半导体结构的垂直横截面视图。图17是根据本公开第四实施例的第四示例性半导体结构的垂直横截面视图。图18是根据本公开第五实施例的第五示例性半导体结构的垂直横截面视图。图19是根据本公开第六实施例，在形成至少一个衬垫层、第一浅沟槽和电介质沟槽间隔物之后的第六示例性半导体结构的垂直横截面视图。图20是根据本公开第六实施例，在形成局部化的掩埋氧化物层之后的第六示例性半导体结构的垂直横截面视图。图21是根据本公开第六实施例，在形成第二浅沟槽之后的第六示例性半导体结构的垂直横截面视图。图22是根据本公开第六实施例，在形成浅沟槽隔离结构之后的第六示例性半导体结构的垂直横截面视图。图23是根据本公开第六实施例，在去除至少一个衬垫层以及使所述浅沟槽隔离结构凹进之后的第六示例性半导体结构的垂直横截面视图。图24是根据本公开第六实施例，在采用与场效应晶体管的栅极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括半导体衬底上的光子调制器半导体结构，所述光子调制器包括：调制器半导体结构，其位于所述半导体衬底内、具有均匀的宽度和均匀的厚度、具有与至少一种电介质材料接触的侧壁和底表面、并且具有位于所述调制器半导体结构的p掺杂调制器半导体部分与所述调制器半导体结构的n掺杂调制器半导体部分之间的第一横向p?n结；以及半导体接触结构，位于所述半导体衬底上并且具有在所述半导体接触结构中的p掺杂的半导体接触部分与所述半导体接触结构中的n掺杂的半导体接触部分之间的第二横向p?n结，其中所述p掺杂的半导体接触部分与所述p掺杂的调制器半导体部分接触，并且所述n掺杂的半导体接触部分与所述n掺杂的调制器半导体部分接触。

【技术特征摘要】
2012.07.30 US 13/561,738;2012.08.15 US 13/586,1871.一种包括半导体衬底上的光子调制器半导体结构，所述光子调制器包括: 调制器半导体结构，其位于所述半导体衬底内、具有均匀的宽度和均匀的厚度、具有与至少一种电介质材料接触的侧壁和底表面、并且具有位于所述调制器半导体结构的P掺杂调制器半导体部分与所述调制器半导体结构的η掺杂调制器半导体部分之间的第一横向ρ-η结；以及 半导体接触结构，位于所述半导体衬底上并且具有在所述半导体接触结构中的P掺杂的半导体接触部分与所述半导体接触结构中的η掺杂的半导体接触部分之间的第二横向Ρ-η结，其中所述P掺杂的半导体接触部分与所述P掺杂的调制器半导体部分接触，并且所述η掺杂的半导体接触部分与所述η掺杂的调制器半导体部分接触。2.根据权利要求1所述的半导体结构，还包括具有栅极电极的场效应晶体管，所述栅极电极具有与所述半导体接触结构相同的半导体成分。3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述半导体接触结构和所述栅极电极包括多晶半导体材料。4.根据权利要求3所述的半导体结构，其中所述多晶半导体材料是多晶硅。5.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述调制器半导体结构包括单晶半导体材料。6.根据权利要求5所述的半导体结构，其中所述半导体接触结构包括多晶半导体材料。7.根据权利要求5所述的半导体结构，其中所述半导体接触结构包括与所述调制器半导体结构外延对准的单晶半导体材料。8.根据权利要求2所述的半导体结构，还包括: 与所述半导体接触结构的位于所述第二横向Ρ-η结一侧上的第一部分接触的第一端部金属半导体合金部分； 与所述半导体接触结构的位于所述第二横向Ρ-η结另一侧上的第二部分接触的第二端部金属半导体合金部分； 与所述栅极电极接触的栅极金属半导体合金部分，其中所述第一端部金属半导体合金部分、所述第二端部金属半导体合金部分和所述栅极金属半导体合金部分具有相同的成分。9.根据权利要求8所述的半导体结构，还包括: 位于所述半导体衬底上的接触层电介质材料层； 嵌入在所述接触层电介质层中并且与所述第一端部金属半导体合金部分接触的第一调制器接触过孔结构； 嵌入在所述接触层电介质层中并且与所述第二端部金属半导体合金部分接触的第二调制器接触过孔结构；以及 嵌入在所述接触层电介质层中并且与所述栅极金属半导体合金部分接触的栅极接触过孔结构。10.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述半导体接触结构的底表面的外围部分与浅沟槽隔离结构的顶表面接触。11.根据权利要求1所述的半导体结构，进一步包括电介质间隔物，所述电介质间隔物横向围绕并接触所述半导体接触结构的侧壁并且与浅沟槽隔离结构的顶表面接触。12.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述半导体接触结构还包括: P型掺杂端部，位于所述半导体接触结构的第一端，相比于邻近所述η掺杂的半导体接触部分而更邻近所述P掺杂的半导体接触部分；以及 η型掺杂端部，位于所述半导体接触结构的第二端，相比于邻近所述P掺杂的半导体接触部分而更邻近所述η掺杂的半导体接触部分。13.根据权利要求12所述的半导体结构，其中所述半导体接触结构还包括: 与所述P掺杂的端部和所述P掺杂的半导体接触部分横向接触的本征半导体接触部分；以及 与所述η掺杂的端部和所述η掺杂的半导体接触部分横向接触的另一本征半导体接触部分。14.根据权利要求12所述的半导体结构，其中所述P型掺杂的端部与所述P掺杂的半导体接触部分横向接触，并且所述η型掺杂的端部与所述η掺杂的半导体接触部分横向接触。15.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述调制器半导体结构的所述底表面与局部掩埋氧化物层接触，并且所述调制器半导体结构的所述侧壁与嵌入在所述半导体衬底中的至少一个不透氧电介质间隔物接触。16.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述调制器半导体结构沿着长度方向横向延伸的距离比沿着宽度方向横向延伸的距离更长，所述宽度方向垂直于所述长度方向，并且其中所述第一横向Ρ-η结在包含所述长度方向的垂直平面内。17.根据权利要求16所述的半导体结构，其中所述第二横向ρ-η结在所述垂直平面内。18.根据权利要求16所述的半导体结构，其中所述第二横向ρ-η结在从所述垂直平面横向偏移恒定间隔的另一垂直平面内。19.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述半导体衬底包括: 与所述第一横向Ρ-η结的底部接触的掩埋绝缘体层；以及 与所述调制器半导体结构横向接触的浅沟槽隔离结构，其中所述浅沟槽隔离结构与所述调制器半导体结构之间的界面与所述第一横向Ρ-η结横向间隔开均匀的间隔。20.根据权利要求1所述的半导体结构，进一步包括位于所述半导体衬底内且包含与所述调制器半导体结构相同的半导体材料的波导半导体结构，所述波导半导体结构具有与所述调制器半导体结构相同的厚度、具有与所述调制器半导体结构相同的宽度并且其中不包含ρ-η结。21.—种形成半导体结构的方法，所述方法包括: 形成调制器半导体结构，所述调制器半导体结构具有均匀的宽度和均匀的厚度并且具有与半导体衬底中的至少一种电介质材料接触的侧壁和底表面； 通过在所述调制器半导体结构中形成P掺杂的调制器半导体部分和η掺杂的调制器半导体部分，在所述调制器半导体结构中形成第一横向ρ-η结； 在所述半导体衬底之上并且直接在所述调制器半导体结构上形成半导体接触结构；以及 通过在所述半导体接触结构中形成P掺杂的半导体接触部分和η掺杂的半导体接触部分，在所述半导体接触结构中形成第二横向p-n结，其中一旦形成所述p掺杂的半导体接触部分，所述P掺杂的半导体接触部分就与所述P掺杂的调制器半导体部分接触，并且一旦形成所述n掺杂的半导体接触部分，所述n掺杂的半导体接触部分就与所述n掺杂的调制器半导体部分接触。22.根据权利要求21的方法，还包括:形成包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·阿塞法，W·M·J·格林，M·H·哈提尔，Y·A·弗拉索夫，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：