CN110896115B - 光电晶体管、红外探测器和光电晶体管的制作方法 - Google Patents

光电晶体管、红外探测器和光电晶体管的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光电晶体管、红外探测器和光电晶体管的制作方法。该光电晶体管包括栅极堆栈；设置于栅极堆栈一侧的有源层；设置于有源层远离栅极堆栈一侧的抗反层；其中，有源层包括沟道区，以及位于沟道区两侧的源极区和漏极区；其中，有源层的材料为锗锡合金。本发明提供的技术方案通过形成上述光电晶体管结构，并设置有源层的材料为锗锡合金，可使光电晶体管具有较高的灵敏度，且光电晶体管结构简单。

Description

光电晶体管、红外探测器和光电晶体管的制作方法
技术领域
本发明实施例涉及光电子技术领域，尤其涉及一种光电晶体管、红外探测器和光电晶体管的制作方法。
背景技术
锗锡合金(GeSn)作为一种新型IV族材料，因其能带带隙可随Sn组分调节，在短波红外到中红外有较大的吸收系数，是制备红外探测器的理想材料。因此，近年来，将GeSn合金应用到红外探测器的研究广泛。
然而，传统p-i-n型光电探测器因为缺少内部光学增益，其探测灵敏度受到限制，光灵敏度较低。雪崩光电二极管可以通过雪崩倍增效应实现光电流放大，从而实现高灵敏度探测。然而，产生雪崩倍增效应需要施加较大的偏压，导致雪崩光电二极管在便携式红外探测器中的应用受到限制。Wei Wang等作者在其发表的“Floating-base germanium-tinheterojunction phototransistor for high-efficiency photodetection in short-wave infrared range”中公开了一种GeSn双极型光电晶体管。相较于传统的p-i-n型GeSn光电探测器，GeSn光电晶体管有着10倍的光电流增益，在1.55um处光响应度高达1.8A/W。
发明内容
本发明提供一种基于MOS结构的光电晶体管、红外探测器和光电晶体管的制作方法，能够通过调节栅极电压实现较大的光电增益，从而可实现光电晶体管具有较高的灵敏度以及结构较简单，进而实现红外探测器的便携式应用。
第一方面，本发明实施例提供一种光电晶体管，该光电晶体管包括：
栅极堆栈；
设置于所述栅极堆栈一侧的有源层；
设置于所述有源层远离所述栅极堆栈一侧的抗反层；
其中，所述有源层包括沟道区，以及位于所述沟道区两侧的源极区和漏极区；
其中，所述有源层的材料为锗锡合金。
进一步地，所述锗锡合金的化学式为Ge1-xSnx，其中，x的取值范围为0＜x≤0.4。
进一步地，所述有源层的所述源极区和所述漏极区采用掺杂锗锡合金材料，所述沟道区采用本征锗锡合金材料；
其中，所述掺杂锗锡合金材料的掺杂类型为P型或N型。
进一步地，所述栅极堆栈包括重掺杂硅衬底和介电层，所述介电层位于所述重掺杂硅衬底与所述有源层之间；
其中，所述重掺杂硅衬底的掺杂浓度D的取值范围为2×1018cm-3≤D≤5×1019cm-3，所述重掺杂硅衬底的掺杂类型为P型或N型。
进一步地，所述介电层的材料为二氧化硅或高介电常数的电介质；
其中，所述高介电常数的电介质的相对介电常数k的取值范围为8≤k≤100。
进一步地，所述抗反层的材料为二氧化硅。
进一步地，所述有源层的厚度T1的取值范围为10nm≤T1≤80nm。
进一步地，所述抗反层的厚度T2的取值范围为300nm≤T2≤800nm。
第二方面，本发明实施例提供一种红外探测器，该红外探测器包括第一方面提供的任一种光电晶体管，还包括源电极和漏电极；
所述抗反层设置有源极过孔和漏极过孔，所述源极过孔暴露出至少部分所述源极区，所述漏极过孔暴露出至少部分所述漏极区；
所述源电极穿过所述抗反层的源极过孔，且与所述有源层的所述源极区电连接；所述漏电极穿过所述抗反层的漏极过孔，且与所述有源层的所述漏极区电连接。
第三方面，本发明实施例还提供一种光电晶体管的制作方法，用于制备第一方面提供的任一种光电晶体管，该制作方法包括：
形成所述栅极堆栈和位于所述栅极堆栈一侧的所述预置层；
其中，所述预置层的材料为锗锡合金；
在所述预置层中，定义并形成包括源极区、漏极区和沟道区的所述有源层；
在所述有源层远离所述栅极堆栈的一侧形成抗反层。
进一步地，所述形成所述栅极堆栈和位于所述栅极堆栈一侧的所述预置层，包括：
提供硅衬底；
在所述硅衬底一侧外延形成锗缓冲层；
在所述锗缓冲层远离所述硅衬底一侧外延形成锗锡合金层，即形成所述预置层；
在所述预置层远离所述硅衬底一侧形成第一二氧化硅层；
提供重掺杂硅衬底；
其中，所述重掺杂硅衬底的掺杂浓度D的取值范围为2×1018cm-3≤D≤5×1019cm-3；
在所述重掺杂硅衬底一侧外延形成第二二氧化硅层；
将所述第一二氧化硅层与所述第二二氧化硅层键合，所述第一二氧化硅层与所述第二二氧化硅层共同构成介电层；
采用选择刻蚀工艺，去除所述硅衬底和所述锗缓冲层，直至暴露出所述预置层为止。
进一步地，所述采用选择刻蚀工艺，去除所述硅衬底和所述锗缓冲层，直至暴露出所述预置层为止，包括：
采用四甲基氢氧化铵溶液，选择性刻蚀所述硅衬底，停留在所述锗缓冲层；
采用干法刻蚀工艺，选择性刻蚀锗缓冲层，停留在所述预置层。
进一步地，所述在所述预置层中，定义并形成包括源极区、漏极区和沟道区的所述有源层，包括：
采用光刻工艺，图案化预置层，以形成光电晶体管区域；
采用光刻工艺，在所述光电晶体管区域定义所述源极区和所述漏极区；
采用离子注入工艺和高温退火工艺，形成掺杂锗锡合金，即形成所述源极区和所述漏极区，位于所述掺杂锗锡合金之间的未掺杂的本征锗锡合金即形成所述沟道区。
进一步地，所述离子注入工艺的工艺条件为：注入能量为20KeV，注入剂量为1015cm-2；
所述高温退火工艺的工艺条件为：退火温度为400℃，退火时间为5分钟。
进一步地，所述在所述有源层远离所述栅极堆栈的一侧形成抗反层，包括：
采用磁控溅射工艺，在所述有源层远离所述栅极堆栈的一侧形成二氧化硅层。
本发明实施例提供光电晶体管包括栅极堆栈；设置于栅极堆栈一侧的有源层；设置于有源层远离栅极堆栈一侧的抗反层；其中，有源层包括沟道区，以及位于沟道区两侧的源极区和漏极区；其中，有源层的材料为锗锡合金。首先，锗锡合金材料具有光电特性，应用于光电晶体管，可实现光电流的放大；通过调整栅极堆栈处施加的电压，可以调节载流子的注入效率，从而实现不同程度的光增益，即相同强度的光线照射到沟道区时，通过调节栅极堆栈处施加的电压，可使该光电晶体管反馈的光电流大小不同；又因为光增益越高，光电晶体管的灵敏度越高，从而红外探测器的探测灵敏度越高，因此，通过调高该光电晶体管栅极堆栈处施加的电压，可提高红外探测器的探测灵敏度。其次，通过栅极堆栈处的电压的高低变化，可实现对光电晶体管的灵敏度高低调节，从而实现对红外探测器的灵敏度的高低调节，从而使该红外探测器适用于不同的灵敏度需求。再次，光线通过抗反层入射到沟道区，由于抗反层具有减少反射光线、增加透射光线的作用，因此，可增加入射到沟道区的光线强度，从而可增加红外探测器的探测准确性。最后，该光电晶体管的结构简单，整体重量较轻，便于实现红外探测器的便携式应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种光电晶体管的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种光电晶体管的制作方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种红外探测器的制作方法的流程示意图；
图4是图3中步骤S313前的膜层结构示意图；
图5是图3中步骤S313后的膜层结构示意图；
图6是图3中步骤S314后的膜层结构示意图；
图7是图3中步骤S323后的膜层结构示意图；
图8是图3中步骤341后的膜层结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种光电晶体管的结构示意图。参照图1，该光电晶体管10包括：栅极堆栈11；设置于栅极堆栈11一侧的有源层12；设置于有源层12远离栅极堆栈11一侧的抗反层13；其中，有源层12包括沟道区122，以及位于沟道区122两侧的源极区121和漏极区123；其中，有源层12的材料为锗锡合金。
为形成应用该光电晶体管的红外探测器，进一步在抗反层13设置有源极过孔131和漏极过孔132，源极过孔131暴露出至少部分源极区121，漏极过孔132暴露出至少部分漏极区123；还包括源电极141和漏电极142，源电极141穿过抗反层13的源极过孔131，且与有源层12的源极区121电连接；漏电极142穿过抗反层13的漏极过孔132，且与有源层12的漏极区123电连接；
其中，锗锡合金材料具有光电特性，当光线(示例性的，可为红外线)照射到有源层12的沟道区122时，由于沟道区122存在光电效应，可产生光生载流子，该光生载流子的产生，使得栅极堆栈11与源极区121之间的势垒降低，载流子从源电极141注入，从而实现光电流的放大。通过调整栅极堆栈11处施加的电压，可以调节载流子的注入效率，从而实现不同程度的光增益，即相同强度的光线照射到沟道区122时，通过调节栅极堆栈11处施加的电压，可使该光电晶体管10反馈的光电流大小不同。示例性的，栅极堆栈11处施加的电压越大，该光电晶体管10反馈的光电流越大，即光电晶体管10的光增益越高。又因为光电晶体管10的光增益越高，光电晶体管10的灵敏度越高，红外探测器的探测灵敏度越高，因此，通过调高该光电晶体管10的栅极堆栈11处施加的电压，可提高红外探测器的探测灵敏度。
其次，通过栅极堆栈11处的电压的高低变化，可实现对光电晶体管10的灵敏度高低调节，从而实现对红外探测器的灵敏度的高低调节，从而使该红外探测器适用于不同的灵敏度需求。
再次，光线通过抗反层13入射到沟道区122，由于抗反层13具有减少反射光线、增加透射光线的作用，因此，可增加入射到沟道区122的光线强度，从而可增加红外探测器的探测准确性。
最后，该光电晶体管10的结构简单，整体重量较轻，将其应用于红外探测器时，可使红外探测器的整体重量较轻，便于实现红外探测器的便携式应用。
可选的，锗锡合金的化学式为Ge1-xSnx，其中，x的取值范围为0＜x≤0.4。
其中，锗为IV族间接带隙材料，锡为IV族半金属材料，通过在材料锗中引入材料锡，而形成锗锡合金，使得可通过调节两种元素在锗锡合金中的比例，实现锗锡合金的带隙的调节，从而，可实现不同波长范围的光线的探测。
需要说明的是，锗锡合金中锗元素和锡元素的比例可根据光电晶体管和红外探测器的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
可选的，有源层12的源极区121和漏极区123采用掺杂锗锡合金材料，沟道区122采用本征锗锡合金材料；其中，掺杂锗锡合金材料的掺杂类型为P型或N型。
其中，源极区121和漏极区123的掺杂类型同为P型，或者源极区121和漏极区123的掺杂类型同为N型。
示例性的，P型掺杂可采用硼(B)元素对本征锗锡合金材料进行掺杂实现，N型掺杂可采用磷(P)元素对本征锗锡合金材料进行掺杂实现。或者，还可以采用本领域技术人员可知的其他元素对本征锗锡合金材料进行掺杂，以实现P型掺杂或N型掺杂，本发明实施例对此不作限定。
如此设置，可在同一工艺步骤中形成本征锗锡合金材料，后通过在源极区121和漏极区123对应位置处进行掺杂，形成掺杂锗锡合金材料，即形成源极区121和漏极区123，以完成有源层12的制作，因此，工艺步骤简单。
可选的，栅极堆栈11包括重掺杂硅衬底111和介电层112，介电层112位于重掺杂硅衬底111与有源层12之间；其中，重掺杂硅衬底111的掺杂浓度D的取值范围为2×1018cm-3≤D≤5×1019cm-3，重掺杂硅衬底111的掺杂类型为P型或N型。
如此设置，即采用同为IV族元素的硅材料衬底作为上述光电晶体管10的衬底，使得本发明的光电晶体管的制作工艺可与传统的金属互补氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺相兼容，从而本发明的光电晶体管可采用现有的广泛应用的主流CMOS工艺进行制备，有利于降低光电晶体管的制作成本，从而有利于降低红外探测器的制作成本。
需要说明的是，还可以采用其他导电材料形成衬底，来替代重掺杂硅衬底，本发明实施例对此不作限定。
可选的，介电层112的材料为二氧化硅或高介电常数的电介质；其中，高介电常数的电介质的相对介电常数k的取值范围为8≤k≤100。
其中，二氧化硅的介电常数介于3～8之间，其作为介电层112的材料，工艺成熟，因此，工艺难度较小。
其中，介电层112的材料采用高介电常数的电介质，可以在不提高工艺成本且满足介电层厚度的前提条件下，显著提高介电层112的物理厚度，降低栅极堆栈11的漏电流，减小静态功耗，从而提升光电晶体管10的整体性能。
示例性的，高介电常数的电介质的材料可包括三氧化二镧(La2O3)、铝酸镧(LaAlO3)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、钛酸锶(SrTiO3)、铝酸钛(TiAlO3)、氧化镓(Ga2O3)或本领域技术人员可知的其他高介电常数的电介质材料，本发明实施例对此不作限定。
可选的，抗反层13的材料为二氧化硅。
如此设置，可利用二氧化硅形成抗反层13，从而增加照射到沟道区122的光线的强度，从而增加光吸收效率，提升红外探测器的探测准确性。同时，二氧化硅材料在现有技术中应用广泛，其制备技术成熟，成本较低，因此，可降低光电晶体管的制作成本，从而可降低红外探测器的制作成本。
示例性的，抗反层13可为具有囊泡结构的二氧化硅涂层。
需要说明的是，抗反层13的材料还可为本领域技术人员可知的其他材料，抗反层13的结构也可为本领域技术人员可知的其他结构，本发明实施例对此均不作限定。
可选的，源电极141和漏电极142的材料为导电金属。
如此设置，可降低光电晶体管10内部的电阻，便于载流子传输，从而保证光电晶体管10具有较高的光增益。
示例性的，导电金属可为铝(Al)、银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、导电金属合金或本领域技术人员可知的其他导电金属或合金，本发明实施例对此不作限定。
可选的，有源层12的厚度T1的取值范围为10nm≤T1≤80nm。
其中，有源层12的厚度通常影响光电晶体管10的开启电压和场效应迁移率。通过设置上述有源层12的厚度范围，可使光电晶体管10具有较小的开启电压，且场效应迁移率较大，从而便于载流子传输，利于实现光电晶体管10的较大的光增益，从而利于实现红外探测器具有较高的光灵敏度。
可选的，抗反层13的厚度T2的取值范围为300nm≤T2≤800nm。
如此设置，可使抗反层13的抗反增透(即减少反射光线，增加透射光线)效果较好，从而较多的光线照射到沟道区122，有利于提高红外探测器的探测准确性。
在上述实施方式的基础上，本发明实施例还提供一种红外探测器，该红外探测器包括上述实施方式提供的光电晶体管，因此，本发明实施例提供的红外探测器也具有探测灵敏度较高且可调，探测准确性较高，且重量轻，便于携带等优势，此处未详尽解释指出可参照上文，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种光电晶体管的制作方法，该制作方法用于制备上述实施方式提供的任一种光电晶体管，该制作方法中未详尽解释之处可参照本文对光电晶体管的说明。示例性的，图2是本发明实施例提供的一种光电晶体管的制作方法的流程示意图。参照图2，该制作方法包括：
S21、形成栅极堆栈和位于栅极堆栈一侧的预置层。
其中，预置层的材料为锗锡合金，锗锡合金中锗元素和锡元素的比例可根据光电晶体管的实际需求设置。
S22、在预置层中，定义并形成包括源极区、漏极区和沟道区的有源层。
S23、在有源层远离栅极堆栈的一侧形成抗反层。
其中，抗反层设置有源极过孔和漏极过孔，源极过孔暴露出至少部分源极区，漏极过孔暴露出至少部分漏极区，为后续形成源电极和漏电极做准备。
至此，完成光电晶体管的制备，该光电晶体管可用于红外探测器中，因此，上述方法制成的光电晶体管以及包括该光电晶体管的红外探测器同样具有上述实施方式提供光电晶体管和红外探测器所具有的有益效果，在此不再赘述。
此外，该光电晶体管的制作方法工艺步骤较少，方法简单。
为形成应用该光电晶体管的红外探测器，还可执行以下步骤，在抗反层的源极过孔中形成源电极，在抗反层的漏极过孔中形成漏电极。其中，源电极与源极区电连接，漏电极与漏极区电连接。可选的，图3是本发明实施例提供的一种红外探测器的制作方法的流程示意图，其中包括了光电晶体管的制作流程。参照图3，该制作方法可包括4个步骤，其中，步骤S31可包括：
S3111、提供硅衬底。
其中，硅衬底可采用本领域技术人员可知的任一种方法形成，本发明实施例对此不再赘述，也不作限定。
S3112、在硅衬底一侧外延形成锗缓冲层。
其中，锗缓冲层的厚度可为1μm。该步骤的外延工艺参数可根据光电晶体管和红外探测器的制作方法的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
S3113、在锗缓冲层远离硅衬底一侧外延形成锗锡合金层，即形成预置层。
其中，预置层的厚度可为50nm，锗锡合金层中锡元素的比例可为8％。该步骤的外延参数也可根据光电晶体管和红外探测器的制作方法的实际需求设置，本发明实施例对此同样不作限定。
S3114、在预置层远离硅衬底一侧形成第一二氧化硅层。
其中，第一二氧化硅层的厚度可为10nm，其形成方式可为本领域技术人员可知的任一种物理形成方式或化学形成方式，本发明实施例对此不再赘述，也不作限定。
S3121、提供重掺杂硅衬底。
其中，重掺杂硅衬底的掺杂类型可为P型或N型，其掺杂浓度D的取值范围可为2×1018cm-3≤D≤5×1019cm-3；重掺杂硅衬底可采用本领域技术人员可知的任一种方法形成，本发明实施例对此不再赘述，也不作限定。
S3122、在重掺杂硅衬底一侧外延形成第二二氧化硅层。
其中，第二二氧化硅层的厚度可为10nm，其形成方式可为本领域技术人员可知的任一种物理形成方式或化学形成方式，本发明实施例对此不再赘述，也不作限定。
示例性的，图4是图3中步骤S313前的膜层结构示意图。此时在两个衬底(为重掺杂硅衬底111和硅衬底011)上分别形成对应膜层，具体为：在重掺杂硅衬底111的一侧形成第二二氧化硅层1122；在硅衬底011一侧依次形成锗缓冲层012、预置层120和第一二氧化硅层1121。将第一二氧化硅层1121与第二二氧化硅层1122相对设置，为后续二者键合(Waferbonding)做准备。
需要说明的是，步骤S3111、步骤S3112、步骤S3113和步骤S3114依序执行，构成步骤S311；步骤S3121和步骤S3122依序执行，构成步骤S312；实际制作过程中，可先执行步骤S311，也可先执行步骤S312，也可以步骤S311和步骤S312同时执行，本发明实施例对步骤S311和步骤S312的执行先后顺序不作限定。
S313、将第一二氧化硅层与第二二氧化硅层键合，第一二氧化硅层与第二二氧化硅层共同构成介电层。
其中，键合是指将第一二氧化硅层与第二二氧化硅层在键合条件下直接结合，通过范德华力、分子力或原子力使第一二氧化硅层和第二二氧化硅层成为一体的技术。其中的键合条件可根据光电晶体管和红外探测器的制作方法的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
示例性的，图5是图3中步骤S313后的膜层结构示意图。参照图5，步骤S313后，第一二氧化硅层1121和第二二氧化硅层1122成为一体，即形成介电层112。
需要说明的是，图5中仅示例性的以虚线对第一二氧化硅层1121和第二二氧化硅层1122进行区分，在实际结构中，该虚线不存在，第一二氧化硅层1121和第二二氧化硅层1122共同形成了单层完整的介电层112。
S314、采用选择刻蚀工艺，去除硅衬底和锗缓冲层，直至暴露出预置层为止。
其中，选择刻蚀可理解为仅刻蚀掉硅衬底和锗缓冲层，但不会刻蚀预置层。
可选的，步骤S314可包括两个步骤，依次为：
步骤一，采用四甲基氢氧化铵溶液，选择性刻蚀硅衬底，停留在锗缓冲层。
其中，四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液仅与硅衬底反应，而不与锗缓冲层反应，其浓度和刻蚀时间可根据光电晶体管和红外探测器的制作方法的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
需要说明的是，该步骤还可以采用本领域技术人员可知的仅刻蚀硅衬底，而不刻蚀锗缓冲层的其他方式执行，本发明实施例对此不作限定。
步骤二，采用干法刻蚀工艺，选择性刻蚀锗缓冲层，停留在预置层。
其中，干法刻蚀工艺可包括采用氟(F)基气体对锗缓冲层进行刻蚀，氟基气体不与预置层反应，从而可仅刻蚀锗缓冲层。
需要说明的是，该步骤还可以采用本领域技术人员可知的仅刻蚀锗缓冲层，而不刻蚀预置层的其他方式执行，本发明实施例对此不作限定。
示例性的，图6是图3中步骤S314后的膜层结构示意图。参照图6，步骤S314后，形成GeSnOI(GeSn-on-insulator)衬底，即在重掺杂硅衬底111的一侧依次形成介电层112和预置层120，预置层120即为锗锡合金层。
可选的，步骤S32可包括：
S321、采用光刻工艺，图案化预置层，以形成光电晶体管区域。
其中，光刻工艺可包括，在预置层120远离介电层112的一侧形成光阻层；通过一掩模板光照该光阻层，仅保留光电晶体管区域对应位置处的光阻层，去除其他位置处的光阻层；通过湿法刻蚀或干法刻蚀去除未被光阻层覆盖的预置层；去除光电晶体管区域对应位置处的光阻层，由此，仅保留光电晶体管区域的预置层。
需要说明的是，该步骤中，形成光阻层、照射光阻层、去除光阻层、湿法刻蚀以及干法刻蚀去除预置层的工艺参数均可根据光电晶体管和红外探测器的制作方法的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
S322、采用光刻工艺，在光电晶体管区域定义源极区和漏极区。
其中，光刻工艺可包括，在光电晶体管区域(保留的预置层)远离介电层112的一侧形成光阻层；通过另一掩模板光照该光阻层，仅去除源极区和漏极区对应位置处的光阻层，保留其他位置处的光阻层。
需要说明的是，步骤S321和步骤S322中的光阻层可采用相同的光阻层材料，也可采用不同的光阻层材料，本发明实施例对此不作限定。此外，步骤S321和步骤S322中的掩模板开口不同，其开口设置的位置均可根据光电晶体管和红外探测器的制作方法的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
S323、采用离子注入工艺和高温退火工艺，形成掺杂锗锡合金，即形成源极区和漏极区，位于掺杂锗锡合金之间的未掺杂的本征锗锡合金即形成沟道区。
可选的，离子注入工艺的工艺条件为：注入能量为20KeV，注入剂量为1015cm-2；高温退火工艺的工艺条件为：退火温度为400℃，退火时间为5分钟。此仅为示例性的说明，在其他实施方式中，还可以根据光电晶体管和红外探测器的制作方法的实际需求，设置离子注入工艺和高温退火工艺的工艺参数，本发明实施例对此不作限定。
此外，步骤S323还可以采用本领域技术人员可知的其他工艺，形成掺杂锗锡合金，本发明实施例对此不作限定。
示例性的，图7是图3中步骤S323后的膜层结构示意图。参照图7，通过上述步骤S32，形成了有源层12(包括源极区121、沟道区122和漏极区123)。
S33、采用磁控溅射工艺，在有源层远离栅极堆栈的一侧形成二氧化硅层。
其中，二氧化硅层的厚度可为400nm，磁控溅射的工艺参数可根据光电晶体管和红外探测器的制作方法的实际需求设置；此外，该步骤还可采用本领域技术人员可知的其他方式形成二氧化硅层，本发明实施例对此均不作限定。
至此，形成光电晶体管结构。为形成红外探测器，还包括执行步骤S34。
可选的，步骤S34可包括：
S341、采用光刻工艺，刻蚀二氧化硅层，以形成源极过孔和漏极过孔。
其中，该光刻工艺可包括，在二氧化硅层远离有源层的一侧形成光阻层；通过又一掩模板光照该光阻层，仅去除源极过孔和漏极过孔对应位置处的光阻层，保留其他位置处的光阻层；通过湿法刻蚀或干法刻蚀去除未被光阻层覆盖的二氧化硅层；去除其他位置处的光阻层，由此，在二氧化硅层中形成了源极过孔和漏极过孔。
示例性的，图8是图3中步骤341后的膜层结构示意图。参照图8，源极过孔131暴露出源极区121的部分表面，漏极过孔132暴露出漏极区123的部分表面。
需要说明的是，源极过孔和漏极过孔的位置和大小可根据红外探测器的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
S342、采用磁控溅射工艺，在抗反层远离栅极堆栈的一侧形成导电金属层。
其中，磁控溅射的工艺参数可根据红外探测器的制作方法的实际需求设置；此外，该步骤还可采用本领域技术人员可知的其他方式形成导电金属层，本发明实施例对此均不作限定。
S343、采用光刻工艺刻蚀导电金属层，保留位于抗反层的源极过孔和漏极过孔中的导电金属层，去除其他位置处的导电金属层，以形成源电极和漏电极。
其中，该光刻工艺可包括，在导电金属层远离有源层的一侧形成光阻层；通过又一掩模板光照该光阻层，仅保留源极过孔和漏极过孔对应位置处的光阻层，去除其他位置处的光阻层；通过湿法刻蚀或干法刻蚀去除未被光阻层覆盖的导电金属层；去除源极过孔和漏极过孔对应位置处的光阻层，由此，形成源电极和漏电极。
至此，形成红外探测器结构，可参见图1。
需要说明的是，步骤S321、步骤S322、步骤341和步骤S342中的光阻层可采用相同的光阻层材料，也可采用不同的光阻层材料，本发明实施例对此不作限定。此外，步骤S321、步骤S322、步骤341和步骤S342中的掩模板开口各不相同，其开口设置的位置均可根据光电晶体管的制作方法的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、任意组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种光电晶体管，其特征在于，包括：
栅极堆栈；
设置于所述栅极堆栈一侧的有源层；
设置于所述有源层远离所述栅极堆栈一侧的抗反层；
其中，所述有源层包括沟道区，以及位于所述沟道区两侧的源极区和漏极区；其中，所述有源层的材料为锗锡合金；采用离子注入工艺和高温退火工艺，形成掺杂锗锡合金，从而形成所述源极区和所述漏极区，位于所述掺杂锗锡合金之间的未掺杂的本征锗锡合金形成所述沟道区；当光线照射到所述沟道区时，所述沟道区存在光电效应，所述沟道区产生光生载流子；
所述栅极堆栈包括重掺杂硅衬底和介电层，所述介电层位于所述重掺杂硅衬底与所述有源层之间。
2.根据权利要求1所述的光电晶体管，其特征在于，所述锗锡合金的化学式为Ge1-xSnx，其中x的取值范围为0＜x≤0.4。
3.根据权利要求1所述的光电晶体管，其特征在于，所述有源层的所述源极区和所述漏极区采用掺杂锗锡合金材料，所述沟道区采用本征锗锡合金材料；
其中，所述掺杂锗锡合金材料的掺杂类型为P型或N型。
4.根据权利要求1所述的光电晶体管，其特征在于，所述重掺杂硅衬底的掺杂浓度D的取值范围为2×1018cm-3≤D≤5×1019cm-3，所述重掺杂硅衬底的掺杂类型为P型或N型。
5.根据权利要求4所述的光电晶体管，其特征在于，所述介电层的材料为二氧化硅或高介电常数的电介质；
其中，所述高介电常数的电介质的相对介电常数k的取值范围为8≤k≤100。
6.根据权利要求1所述的光电晶体管，其特征在于，所述抗反层的材料为二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的光电晶体管，其特征在于，所述有源层的厚度T1的取值范围为10nm≤T1≤80nm。
8.根据权利要求1所述的光电晶体管，其特征在于，所述抗反层的厚度T2的取值范围为300nm≤T2≤800nm。
9.一种红外探测器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的光电晶体管,还包括源电极和漏电极；
所述抗反层设置有源极过孔和漏极过孔，所述源极过孔暴露出至少部分所述源极区，所述漏极过孔暴露出至少部分所述漏极区；
所述源电极穿过所述抗反层的源极过孔，且与所述有源层的所述源极区电连接；所述漏电极穿过所述抗反层的漏极过孔，且与所述有源层的所述漏极区电连接。
10.一种光电晶体管的制作方法，用于制备权利要求1-8任一项所述的光电晶体管，其特征在于，包括：
形成所述栅极堆栈和位于所述栅极堆栈一侧的预置层；
其中，所述预置层的材料为锗锡合金；
在所述预置层中，定义并形成包括源极区、漏极区和沟道区的所述有源层；
在所述有源层远离所述栅极堆栈的一侧形成抗反层；
采用离子注入工艺和高温退火工艺，形成掺杂锗锡合金，从而形成所述源极区和所述漏极区，位于所述掺杂锗锡合金之间的未掺杂的本征锗锡合金形成所述沟道区；当光线照射到所述沟道区时，所述沟道区存在光电效应，所述沟道区产生光生载流子；
所述栅极堆栈包括重掺杂硅衬底和介电层，所述介电层位于所述重掺杂硅衬底与所述有源层之间。
11.根据权利要求10所述的光电晶体管的制作方法，其特征在于，所述形成所述栅极堆栈和位于所述栅极堆栈一侧的所述预置层，包括：
提供硅衬底；
在所述硅衬底一侧外延形成锗缓冲层；
在所述锗缓冲层远离所述硅衬底一侧外延形成锗锡合金层，即形成所述预置层；
在所述预置层远离所述硅衬底一侧形成第一二氧化硅层；
提供重掺杂硅衬底；
其中，所述重掺杂硅衬底的掺杂浓度D的取值范围为2×1018-5×1019cm-3；
在所述重掺杂硅衬底一侧外延形成第二二氧化硅层；
将所述第一二氧化硅层与所述第二二氧化硅层键合，所述第一二氧化硅层与所述第二二氧化硅层共同构成介电层；
采用选择刻蚀工艺，去除所述硅衬底和所述锗缓冲层，直至暴露出所述预置层为止。
12.根据权利要求11所述的光电晶体管的制作方法，其特征在于，所述采用选择刻蚀工艺，去除所述硅衬底和所述锗缓冲层，直至暴露出所述预置层为止，包括：
采用四甲基氢氧化铵溶液，选择性刻蚀所述硅衬底，停留在所述锗缓冲层；
采用干法刻蚀工艺，选择性刻蚀锗缓冲层，停留在所述预置层。
13.根据权利要求10所述的光电晶体管的制作方法，其特征在于，所述在所述预置层中，定义并形成包括源极区、漏极区和沟道区的所述有源层，包括：
采用光刻工艺，图案化预置层，以形成光电晶体管区域；
采用光刻工艺，在所述光电晶体管区域定义所述源极区和所述漏极区；
采用离子注入工艺和高温退火工艺，形成掺杂锗锡合金，即形成所述源极区和所述漏极区，位于所述掺杂锗锡合金之间的未掺杂的本征锗锡合金即形成所述沟道区。
14.根据权利要求13所述的光电晶体管的制作方法，其特征在于，所述离子注入工艺的工艺条件为：注入能量为20KeV，注入剂量为1015cm-2；
所述高温退火工艺的工艺条件为：退火温度为400℃，退火时间为5分钟。
15.根据权利要求10所述的光电晶体管的制作方法，其特征在于，所述在所述有源层远离所述栅极堆栈的一侧形成抗反层，包括：
采用磁控溅射工艺，在所述有源层远离所述栅极堆栈的一侧形成二氧化硅层。
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