專(zhuān)利名稱(chēng)：鍺光檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
光檢測(cè)器為暴露于光源時(shí)會(huì)輸出電流的器件。先前的金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)結(jié)光檢測(cè)器包括本征鍺(Ge)層和電極對(duì)
發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種形成光檢測(cè)器器件的方法包括在襯底上形成絕緣層；在所述絕緣層和該襯底的一部分上形成鍺(Ge)層；在該Ge層上形成第二絕緣層；在該Ge層中注入η型離子；構(gòu)圖該η型Ge層；在該第二絕緣層和該第一絕緣層的一部分上形成覆蓋絕緣層；加熱該器件以結(jié)晶該η型Ge層而產(chǎn)生單晶η型Ge層以及形成電連接至該單晶η型Ge層的電極。根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例，一種形成光檢測(cè)器器件的方法包括在襯底上形成絕緣層；在該絕緣層和該襯底的一部分上形成鍺(Ge)層；在該Ge層上形成第二絕緣層；構(gòu)圖該Ge層；在該第二絕緣層和該第一絕緣層的一部分上形成覆蓋絕緣層；加熱該器件以結(jié)晶該Ge層而產(chǎn)生單晶Ge層；在該單晶Ge層中注入η型離子；加熱該器件以活化在該單晶Ge層中的η型離子以及形成電連接至該單晶η型Ge層的電極。根據(jù)本發(fā)明的另一備選實(shí)施例，一種形成光檢測(cè)器器件的方法包括在襯底上外延形成單晶η型Ge層；在該單晶η型Ge層上形成第一絕緣層；構(gòu)圖該單晶η型Ge層以及形成電連接至該單晶η型Ge層的電極。根據(jù)本發(fā)明的又一備選實(shí)施例，一種形成光檢測(cè)器器件的方法包括在襯底上外延形成單晶Ge層；在該單晶Ge層上形成第一絕緣層；在該單晶Ge層中注入η型離子以形成單晶η型Ge層；活化在該單晶Ge層中的該等η型離子以及形成電連接至該單晶η型Ge層的電極。根據(jù)本發(fā)明的又一備選實(shí)施例，一種光檢測(cè)器器件包含襯底、生長(zhǎng)在該襯底上的單晶η型摻雜鍺(Ge)層；沉積在該單晶η型摻雜Ge層上的絕緣層以及電連接至該單晶η型摻雜Ge (鍺)層的電極對(duì)。附加的特征和優(yōu)點(diǎn)經(jīng)由本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其他實(shí)施例和方面在此詳細(xì)說(shuō)明并被視為所主張發(fā)明的一部分。為了更佳了解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征，參照該說(shuō)明和附圖。


現(xiàn)在將僅通過(guò)實(shí)例并參考附圖描述
具體實(shí)施例方式圖I至5示例形成光檢測(cè)器的示例性方法的側(cè)視剖面圖。圖6至10示例形成光檢測(cè)器器件的備選示例性方法的側(cè)視剖面圖。
圖11至12示例形成光檢測(cè)器器件的另一備選示例性方法的側(cè)視剖面圖。圖13至15示例形成光檢測(cè)器器件的又一備選示例性方法的側(cè)視剖面圖。圖16示例框圖，其包括類(lèi)似于在以上圖I至5中所說(shuō)明的方法的形成器件的示例性方法。圖17示例框圖，其包括類(lèi)似于在以上圖6至10中所說(shuō)明的方法的形成器件的示例性方法。圖18示例框圖，其包括類(lèi)似于在以上圖11至12中所說(shuō)明的方法的形成器件的示例性方法。圖19示例框圖，其包括類(lèi)似于在以上圖13至15中所說(shuō)明的方法的形成器件的示例性方法。
具體實(shí)施例方式先前的光檢測(cè)器包括本征鍺層。該本征鍺在該光檢測(cè)器中產(chǎn)生增加該光檢測(cè)器的帶寬的高電場(chǎng)。在該本征鍺中的缺陷導(dǎo)致本征鍺操作為P型摻雜物質(zhì)(具有約IO14cnT3的P型材料)。本征鍺的該特性導(dǎo)致具有低空穴勢(shì)壘的作為空穴的該器件的多子，其對(duì)MSM器件產(chǎn)生不希望的高暗電流。對(duì)器件而言，希望包括有低濃度的η型摻雜(高于IO14CnT3)的η型鍺。該低濃度的η型摻雜允許增加該器件的帶寬的高電場(chǎng)。以下所說(shuō)明的該方法導(dǎo)致低濃度η型摻雜的鍺，其改變多子為具有高電子勢(shì)壘的電子并減少該器件的暗電流。在該器件中優(yōu)化鍺化物的形成亦可減少暗電流。圖I至圖5示例形成光檢測(cè)器器件的示例性方法的側(cè)視剖面圖。參照?qǐng)D1，絕緣層102諸如例如氧化物或氮化物材料在襯底100上被構(gòu)圖。該襯底可包括例如單晶硅材料諸如Si (硅)、SiGe,且可形成如硅波導(dǎo)。鍺層(Ge層)104在絕緣層102和襯底100的暴露的部分上形成。該Ge層104可包括例如非晶Ge或多晶鍺，其任一者可為例如本征、P型或反摻雜的。該Ge層104可通過(guò)例如化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝而形成。絕緣層106在Ge層104上形成。該絕緣層106可包括例如氮化硅或氧化硅材料。圖2示例在使用例如暴露該絕緣層102的部分的干蝕刻工藝構(gòu)圖和蝕刻(圖I的)該絕緣層106和Ge層104的部分后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。該Ge層104已注入η型離子諸如例如P、As或Sb產(chǎn)生η型Ge材料202。該η型Ge材料202可在形成該Ge層104后通過(guò)注入而形成。圖3示例在(圖2的)絕緣層106和該絕緣層102的暴露的部分之上形成絕緣覆蓋層302后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。該絕緣覆蓋層302可包括例如氧化硅或氮化硅材料，其可通過(guò)例如低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)工藝或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝而形成。圖4示例在加熱該器件使得在(圖4的)該η型Ge材料202中的該η型離子活化且該η型Ge材料202結(jié)晶成單晶η型Ge材料402的快速熔融成長(zhǎng)(RMG)工藝后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。該RMG工藝包括例如短時(shí)長(zhǎng)(例如少于I秒)加熱該η型Ge材料202到至少該η型Ge材料202的熔點(diǎn)(937°C )，其熔化該材料202。該加熱工藝可包括例如快速熱退火或激光退火工藝。當(dāng)在該材料202中的溫度降低時(shí)，當(dāng)該材料202冷卻并固化時(shí)該材料202的結(jié)晶取向與該單晶Si襯底100的取向?qū)?zhǔn)。在備選實(shí)施例中，該η型Ge材料202可在該外延成長(zhǎng)(epitaxial growth)工藝期間通過(guò)該η型離子的外延成長(zhǎng)和原位(in_situ)摻雜而形成。圖5示例在通過(guò)例如各向異性蝕刻工藝構(gòu)圖并去除該絕緣覆蓋層302的區(qū)域以形成暴露該單晶η型Ge材料402的部分的腔后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。鍺化物區(qū)域502在該單晶η型Ge材料402的暴露的部分中形成。鍺化物區(qū)域502通過(guò)在該單晶η型Ge材料402的該暴露的部分上形成金屬層并加熱該器件使得金屬擴(kuò)散進(jìn)入該單晶η型Ge材料402形成鍺化物而形成。可調(diào)整用于促進(jìn)擴(kuò)散和燒結(jié)的金屬材料和溫度的選擇以?xún)?yōu)化該器件的特性。例如與鈦(Ti)形成的鍺化物可在高于300°C擴(kuò)散進(jìn)入Ge并與其一起燒結(jié)。用于擴(kuò)散和燒結(jié)的較高溫度在該器件中產(chǎn)生較高電阻率，因?yàn)樵诘陀?50°C所形成的Ti鍺化物具有比Ti更高的電阻率。不同的材料諸如例如Ni、Pd、Pt、Ta、Cu、W、Co、Zr以及Mo可在各種溫度處形成鍺化物。當(dāng)形成該鍺化物時(shí)通過(guò)選擇用于擴(kuò)散和燒結(jié)的材料和溫度，在該器件中的勢(shì)壘高度和接觸電阻可優(yōu)化以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)格。一旦鍺化物區(qū)域502形成，電極504可在鍺化物區(qū)域502上和在絕緣覆蓋層302中的腔中形成。電極504可從例如鈦、銅或金屬合金形成。
圖6至10示例形成光檢測(cè)器器件的備選示例性方法的側(cè)視剖面圖。用于形成圖6的結(jié)構(gòu)的材料和方法類(lèi)似于以上在圖I中所說(shuō)明的方法和材料。參照?qǐng)D6，諸如氧化物或氮化物材料的絕緣層602在該襯底600上被構(gòu)圖。襯底可包括例如單晶硅材料諸如Si、SiGe，且可形成為硅波導(dǎo)。Ge層604在絕緣層602和襯底600的暴露的部分上形成。絕緣覆蓋層606在Ge層604和絕緣層602的暴露的部分之上形成。絕緣覆蓋層606包括例如氧化硅或氮化硅材料。圖7示例在使得Ge層604材料結(jié)晶成單晶Ge材料702的RMG工藝后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。圖8示例在通過(guò)例如各向異性蝕刻工藝去除部分絕緣覆蓋層606后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。圖9A不例在注入和活化η型尚子(圖7的)廣生單晶η型Ge材料902后所廣生的結(jié)構(gòu)。如以上所討論，在該本征鍺中的缺陷產(chǎn)生操作為P型摻雜物質(zhì)(具有約IO14CnT3的P型材料)的本征鍺。希望在該單晶本征Ge材料702中注入低濃度的η型離子，其允許該器件有高電場(chǎng)及因此增加的帶寬。然而，若該η型離子注入不足劑量，則η型離子的濃度將無(wú)法勝過(guò)P型離子的濃度?；蛘撸籀切碗x子濃度太高，則該器件可能呈現(xiàn)出不希望的特性。注入并活化低濃度的η型離子的示例性方法由在圖9Β中的框圖示例。參照?qǐng)D9Β，在框901中，低劑量的η型離子諸如例如約IO11CnT2被注入在(圖7的)單晶Ge材料702中。在框903中，該η型摻雜物通過(guò)施加熱至該結(jié)構(gòu)而活化。在框905中，該結(jié)構(gòu)可由分析器件諸如例如熱探針測(cè)量以判定該器件為η型器件還是P型器件。在框907中，若該器件為η型器件，則該注入和活化工藝結(jié)束。若該器件不是η型器件，則該工藝在框901中重復(fù)開(kāi)始。圖10示例在構(gòu)圖并去除該絕緣覆蓋層606的部分以形成暴露該單晶η型Ge材料902的部分的腔后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。鍺化物區(qū)域1002和電極材料1004為以如以上在圖5中所說(shuō)明的類(lèi)似方式形成。
圖11至12示例形成光檢測(cè)器器件的另一備選示例性方法的側(cè)視剖面圖。參照?qǐng)D11，單晶n型Ge材料1102在襯底1100上外延成長(zhǎng)。該襯底1100類(lèi)似于(圖I的)襯底100。襯底1100可包括例如單晶硅材料諸如Si、SiGe，且可形成為硅波導(dǎo)芯片。該單晶η型Ge材料1102通過(guò)該外延成長(zhǎng)而原位摻雜。絕緣覆蓋層1104在該單晶η型Ge材料的層1102之上形成。該絕緣覆蓋層1104可包括例如氧化硅或氮化硅材料。該絕緣覆蓋層1104和單晶η型Ge材料1102在該襯底1100上被構(gòu)圖。圖12示例在構(gòu)圖并去除該絕緣層1104的部分以形成暴露該單晶η型Ge材料層1102的部分的腔后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。鍺化物區(qū)域1202和電極材料1204為以如以上在圖5中所說(shuō)明的類(lèi)似方式形成。圖13至圖15示例形成光檢測(cè)器器件的又一備選示例性方法的側(cè)視剖面圖。參照?qǐng)D13，單晶Ge材料1302在襯底1300上外延成長(zhǎng)。該襯底1300系類(lèi)似于(圖I的)襯底100。圖14示例在形成在(圖13的)單晶Ge材料1302上形成的絕緣層1404后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。一旦形成該絕緣層1404，η型離子在該單晶Ge材料1302中注入并活化以形成單晶η型Ge材料1402。該注入和活化工藝可包括如以上在圖9Β中所說(shuō)明的類(lèi)似工藝。圖15示例以如以上在圖5中所說(shuō)明的類(lèi)似方式形成的鍺化物區(qū)域1502和電極材料 104。圖16示例包括類(lèi)似于以上在圖I至5中所說(shuō)明的方法的形成器件的示例性方法1600的框圖。就此點(diǎn)而言，在框1602中Ge層如在圖I中所顯示被沉積并構(gòu)圖。在框1604中，η型摻雜在成長(zhǎng)期間原位或經(jīng)由如在圖2中所示的注入中的任一者而執(zhí)行。覆蓋層如在圖3中所示在框1606中形成。在框1608中，執(zhí)行η型離子的RMG和活化，如在圖4中所示。鍺化物區(qū)域例在框1610中形成，如在圖5中所示。在框1620中，電極在該器件中形成，如在圖5中所示。圖17示例包括類(lèi)似于以上在圖6至10中所說(shuō)明的方法的形成器件的示例性方法1700的框圖。就此點(diǎn)而言，Ge層如在圖6中所示在框1702中沉積并構(gòu)圖。在框1704中，覆蓋層如在圖6中所示而形成。在框1706中，RMG如在圖7中所示而執(zhí)行。該覆蓋層如在圖8中所示例在框1708中蝕刻。N型摻雜注入和活化在框1710中執(zhí)行并在圖9Α中示例。如在圖10中所示例，鍺化物區(qū)域在框1712中形成，且電極在框1714中形成。圖18示例包括類(lèi)似于以上在圖11至圖12中所說(shuō)明的方法的形成器件的示例性方法1800的框圖。就此點(diǎn)而言，原位η型Ge材料如在圖11中所示例在框1802中外延形成。絕緣覆蓋層如在圖11中所示在框1804中形成并構(gòu)圖。如在圖12中所示，鍺化物區(qū)域在框1806中形成，且電極在框1808中形成。圖19示例包括類(lèi)似于以上在圖13至15中所說(shuō)明的方法的形成器件的示例性方法1900的框圖。就此點(diǎn)而言，Ge層如在圖13中所示例在框1902中外延形成。如在圖14中所示，在框1904中，絕緣層被形成，且η型摻雜物在該Ge層中注入并活化。如在圖15中所示，該器件在框1906中構(gòu)圖、鍺化物區(qū)域在框1908中形成，且電極在框1910中形成。在此所使用的術(shù)語(yǔ)僅用于說(shuō)明特定實(shí)施例的目的，其不旨在限制本發(fā)明。如在此所使用，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”以及“該”旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非該上下文明顯另有說(shuō)明。將更了解用語(yǔ)“包括”和/或“包含”，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，明確說(shuō)明所述特征、整體、步驟、操作、要素和/或部件的存在，但并未排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、要素部件和/或其群組的存在或附加。在以下權(quán)利要求中，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、行為及所有裝置或步驟加功能要素的等價(jià)物，旨在包括用于結(jié)合如具體所主張的其他所主張要素而執(zhí)行該功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或行為。本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)已為了示例和說(shuō)明的目的而呈現(xiàn)，但不旨在是詳盡的或限于本發(fā)明所公開(kāi)的形式。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員顯然將可察知許多修改例和變化例而未悖離本發(fā)明的范疇與精神。該實(shí)施例系選擇并說(shuō)明以最佳解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，且讓本領(lǐng)域一般技術(shù)人員了解本發(fā)明可用于具有適合于所考慮的特定用途的各種修改例的各種實(shí)施例。在此所描繪的附圖僅為實(shí)例。在其中所說(shuō)明的附圖或步驟(或操作)存在許多變化例而未悖離本發(fā)明的精神。例如，該步驟為以不同的順序執(zhí)行或步驟可被增加、刪除或修改。所有這些變化例被視為所主張發(fā)明的一部分。 雖然已說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但將了解無(wú)論現(xiàn)在或未來(lái)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可做出落于以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)的各種改善和增強(qiáng)。這些權(quán)利要求應(yīng)被理解為維持對(duì)首先說(shuō)明的本發(fā)明的適當(dāng)保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種形成光檢測(cè)器器件的方法，所述方法包括 在襯底上形成絕緣層； 在所述絕緣層和所述襯底的一部分上形成鍺(Ge)層； 在所述Ge層上形成第二絕緣層； 在所述Ge層中注入η型離子； 構(gòu)圖所述η型Ge層； 在所述第二絕緣層和所述第一絕緣層的一部分上形成覆蓋絕緣層； 加熱所述器件以結(jié)晶所述Ge層而產(chǎn)生單晶η型Ge層；以及 形成電連接至所述單晶η型Ge層的電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述方法還包括在所述電極和所述單晶η型Ge層之間形成鍺化物材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述鍺化物材料通過(guò)在所述單晶η型Ge層的暴露部分上沉積金屬層并加熱所述器件以擴(kuò)散所述金屬進(jìn)入所述單晶η型Ge層而形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述金屬層包括鈦，以及所述器件在高于300°C的溫度下被加熱。
5.一種形成光檢測(cè)器器件的方法，所述方法包括 在襯底上形成絕緣層； 在所述絕緣層和所述襯底的一部分上形成鍺(Ge)層； 在所述Ge層上形成第二絕緣層； 構(gòu)圖所述Ge層； 在所述第二絕緣層和所述第一絕緣層的一部分上形成覆蓋絕緣層； 加熱所述器件以結(jié)晶所述Ge層而產(chǎn)生單晶Ge層； 在所述單晶Ge層中注入η型離子； 加熱所述器件以活化在所述單晶Ge層中的η型離子；以及 形成電連接至所述單晶η型Ge層的電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述方法還包括 在加熱所述器件以活化在所述單晶Ge層中的η型離子之后確定所述器件是否為η型器件；以及 響應(yīng)于確定所述器件不是η型器件，在所述單晶Ge層中注入附加的η型離子并加熱所述器件以活化在所述單晶Ge層中的所述附加的η型離子。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述方法還包括在所述Ge層中注入所述η型離子之前去除所述覆蓋絕緣層的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述方法還包括在所述電極和所述單晶η型Ge層之間形成鍺化物材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述鍺化物材料為通過(guò)在所述單晶η型Ge層的暴露部分上沉積金屬層并加熱所述器件以擴(kuò)散所述金屬進(jìn)入所述單晶η型Ge層而形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述金屬層包括鈦，以及所述器件在高于300°C的溫度下被加熱。
11.一種形成光檢測(cè)器器件的方法，所述方法包括在襯底上外延形成單晶η型Ge層； 在所述單晶η型Ge層上形成第一絕緣層； 構(gòu)圖所述單晶η型Ge層；以及 形成電連接至所述單晶η型Ge層的電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述方法還包括在所述電極和所述單晶η型Ge層之間形成鍺化物材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述鍺化物材料為通過(guò)在所述單晶η型Ge層的暴露的部分上沉積金屬層并加熱所述器件以擴(kuò)散所述金屬進(jìn)入所述單晶η型Ge層而形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述金屬層包括鈦，以及所述器件在高于300°C的溫度下被加熱。
15.一種形成光檢測(cè)器器件的方法，所述方法包括 在襯底上外延形成單晶Ge層； 在所述單晶Ge層上形成第一絕緣層； 在所述單晶Ge層中注入η型離子以形成單晶η型Ge層； 活化在所述單晶Ge層中的所述η型離子；以及 形成電連接至所述單晶η型Ge層的電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述方法還包括在所述電極和所述單晶η型Ge層之間形成鍺化物材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述鍺化物材料為通過(guò)在所述單晶η型Ge層的暴露的部分上沉積金屬層并加熱所述器件以擴(kuò)散所述金屬進(jìn)入所述單晶η型Ge層中而形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述金屬層包括鈦，以及所述器件在介于300°C和500 V之間的溫度下被加熱。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述方法還包括 在所述單晶Ge層中的所述η型離子的所述活化后確定所述器件是否為η型器件；以及響應(yīng)于確定所述器件不是η型器件，在所述單晶Ge層中注入附加的η型離子并活化在所述單晶Ge層中的所述附加的η型離子。
20.一種光檢測(cè)器器件，包括 襯底； 單晶η型摻雜鍺(Ge)層，其在所述襯底上成長(zhǎng)； 絕緣層，其沉積在所述單晶η型摻雜Ge層上；以及 電極對(duì)，其電連接至所述單晶η型摻雜鍺(Ge)層。
全文摘要
一種形成光檢測(cè)器器件的方法包括在襯底上形成絕緣層；在所述絕緣層和所述襯底的一部分上形成鍺(Ge)層；在所述Ge層上形成第二絕緣層；在所述Ge層中注入n型離子；構(gòu)圖所述n型Ge層；在所述第二絕緣層和所述第一絕緣層的一部分上形成覆蓋絕緣層；加熱所述器件以結(jié)晶所述Ge層而產(chǎn)生單晶n型Ge層以及形成電連接至所述單晶n型Ge層的電極。
文檔編號(hào)H01L31/102GK102986041SQ201180033214
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者樸鎮(zhèn)弘, S·阿塞法, 金志煥, Y·弗拉索夫 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司