CN111916525A - 锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺，先在锗波导上光刻出N型侧壁注入区和第一接触区，然后采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备分别对N型侧壁和第一接触区进行N型注入，之后在锗波导上光刻出P型侧壁注入区和第一接触区，再采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备分别对P型侧壁和第一接触区进行P型注入。本发明中，通过调整注入设备的注入倾角和旋转角，分别对侧壁和接触区进行小偏角注入，从而大大降低了对设备的注入剂量要求，使用普通的固定靶盘倾角的大束流离子注入设备即可完成侧壁浅结离子注入工艺，降低了工艺设备的成本，且注入效果和大偏角一体注入的效果相当。
Description
技术领域
本发明涉及锗波导探测器领域，特别涉及一种锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺。
背景技术
根据GeSi调制器和Ge探测器设计要求，需要在Ge脊波导侧壁注入形成PIN探测器，在台面离子注入形成欧姆接触实现电极连接。因波导宽度仅有0.8μm，因此对侧壁注入结深提出很高的要求，需要浅结离子注入以减少杂质对光的吸收，同时离子注入必须陡峭，以避免对本征层的掺杂；台面注入浓度要足够高以形成好的欧姆接触，因此侧壁浅结离子注入技术是高性能GeSi调制器和Ge探测器研制的关键。对于硅基光子集成，常用的方法是调整注入倾角Tilt实现大偏角(≥45°)侧壁注入。
如图1所示，为现有技术中对锗波导进行大偏角侧壁浅结离子的示意图。如图2所示，为现有技术锗波导探测器大偏角侧壁浅结离子注入工艺的流程图，先在锗表面淀积有二氧化硅掩膜的锗波导上光刻形成P型侧壁注入区域；然后调整注入设备的倾角实现侧壁和接触区45°P型大剂量注入；接着在锗硅波导上光刻形成N型侧壁注入区域；再调整注入设备的倾角实现侧壁和接触区45°N型大剂量注入；最后进行激光退火激活杂质。该制作流程对工艺平台制作能力要求较高，必须采用可以调整倾角至45°，且低能量大剂量注入设备，才能进行该类工艺制作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种可采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备进行制作的锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺。
本发明的技术方案如下：
一种锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺,包括以下步骤：
取制作有锗波导的硅晶圆，所述锗波导的锗表面淀积有二氧化硅掩膜；
在锗波导上涂履光刻胶，并光刻出N型侧壁注入区和第一接触区；
将硅晶圆放置在固定靶盘倾角的大束流离子注入设备的靶盘上，并使锗波导的N型侧壁朝向靶盘旋转的中心点；靶盘装载硅晶圆位置的倾角tilt为5～10°；
采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导N型侧壁注入杂质；
将硅晶圆顺时针旋转90°或逆时针旋转90°，采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导的第一接触区注入杂质，同时对N型侧壁浅结进行叠加注入；
在锗波导上涂履光刻胶，并光刻出P型侧壁注入区和第二接触区；
将硅晶圆放置在固定靶盘倾角的大束流离子注入设备的靶盘上，使锗波导的P型侧壁朝向靶盘旋转的中心点；
采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导P型侧壁注入杂质；
将硅晶圆顺时针旋转90°或逆时针旋转90°，采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导的第二接触区注入杂质，同时对P型侧壁浅结进行叠加注入；
激光退火激活注入的杂质。
进一步的，所述锗波导的锗表面淀积的二氧化硅掩膜的厚度为200～400nm。
进一步的，所述硅晶圆的一侧设有平边，该硅晶圆上锗波导的传输方向与其平边相互平行，且锗波导的N型侧壁朝向平边。
进一步的，在注入杂质的过程中，所述靶盘围绕靶盘中心旋转，旋转速度为900rpm。
进一步的，在锗波导的N型侧壁注入的杂质为磷离子，注入能量为30～50kev，剂量为2×1015Atoms/cm2。
进一步的，在锗波导的第一接触区注入的杂质为磷离子，注入能量为70～90keV，剂量为2×1015Atoms/cm2。
进一步的，在锗波导的P型侧壁注入的杂质为二氟化硼离子，注入能量为30～50kev，剂量为2×1015Atoms/cm2。
进一步的，在锗波导的第二接触区注入的杂质为二氟化硼离子，注入能量为70～90keV，剂量为2×1015Atoms/cm2。
有益效果：本发明中，通过调整注入设备的注入倾角和旋转角，并将侧壁和对应接触区的大偏角一体注入更改为分别对侧壁和接触区进行小偏角注入，从而大大降低了对设备的注入剂量要求，无需采用大偏角注入设备，使用普通的固定靶盘倾角的大束流离子注入设备即可完成侧壁浅结离子注入工艺，降低了工艺设备的成本，且注入效果和大偏角一体注入的效果相当。另外，固定靶盘上可同时放置八个硅晶圆，从而可以同时对八个硅晶圆上的锗波导进行注入，提升了注入效率。
附图说明
图1为现有技术锗波导探测器大偏角侧壁浅结离子注入工艺的流程图；
图2为现有技术中对锗波导进行大偏角侧壁浅结离子注入的示意图；
图3为本发明的实施例1中锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺的流程图；
图4为将锗波导放置在硅晶圆上的示意图；
图5为对N型侧壁进行注入时，硅晶圆放置在靶盘上的示意图；
图6为本发明的优选实施例中对锗波导进行侧壁浅结离子注入的示意图；
图7为对P型侧壁进行注入时，硅晶圆放置在靶盘上的示意图；
图8为本发明的实施例2中锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
如图3所示，本发明锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺的一个优选实施例包括以下步骤：
步骤S1、取制作有锗波导的硅晶圆，所述锗波导的锗表面淀积有二氧化硅掩膜，所述二氧化硅掩膜的厚度为200～400nm。如图4所示，为便于定位，可在硅晶圆的一侧设置平边，将制作锗波导时，使锗波导的传输方向与平边相互平行，且锗波导的N型侧壁朝向平边。
步骤S2、在锗波导上涂履光刻胶，并光刻出N型侧壁注入区和第一接触区，从而在注入过程中利用光刻胶对其余区域进行保护。
步骤S3、如图5所示，将硅晶圆放置在固定靶盘倾角的大束流离子注入设备的靶盘上，并使硅晶圆的平边朝向靶盘旋转的中心点，定义此时硅晶圆的旋转角twist＝180°，并定义旋转角twist增大表示硅晶圆沿顺时针方向旋转，旋转角twist减小表示硅晶圆沿逆时针方向旋转。靶盘装载硅晶圆位置的倾角tilt(即硅晶圆与水平面的夹角)为5～10°，优选为tilt＝7°。
步骤S4、如图6所示，采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导N型侧壁注入杂质，注入的杂质优选为P31+(磷离子)；注入杂质的过程中，所述靶盘围绕靶盘中心旋转，旋转速度为900rpm(转/分)，注入能量为30～50kev(千电子伏特)，剂量为2×1015Atoms/cm2(表示每平方厘米含有的特定原子个数)。由于锗波导的侧壁有83～90°的倾角，因此锗波导侧壁与注入离子束夹角为7～14°，在N型侧壁注入过程中也会在第一接触区注入部分P31+。
步骤S5、调整硅晶圆的旋转角twist为270°或90°(即将硅晶圆顺时针旋转90°或逆时针旋转90°)，优选为twist＝270°，采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导的第一接触区注入杂质，注入的杂质与N型侧壁相同；注入杂质的过程中，靶盘旋转速度为900rpm，注入能量为70～90keV，剂量为2×1015Atoms/cm2，该注入实现欧姆接触；此时锗波导的注入倾角约为2°～7°，可同时对N型侧壁浅结进行叠加注入。
步骤S6、在锗波导上涂履光刻胶，并光刻出P型侧壁注入区和第二接触区，在注入过程中光刻胶对其余区域形成保护。
步骤S7、如图7所示，将硅晶圆放置在固定靶盘倾角的大束流离子注入设备的靶盘上，调整硅晶圆的旋转角twist为0°(即硅晶圆的平边朝向靶盘的外沿)。
步骤S8、采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导P型侧壁注入杂质，注入的杂质优选为BF2(49)(二氟化硼离子)；注入杂质的过程中，靶盘旋转速度为900rpm，注入能量为30～50kev，剂量为2×1015Atoms/cm2。由于锗波导的P型侧壁有83～90°的倾角，因此锗波导P型侧壁与注入离子束夹角为7～14°，在P型侧壁注入过程中也会在第二接触区注入部分BF2(49)。
步骤S9、调整硅晶圆的旋转角twist为90°或270°，优选为twist＝90°，采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导的第二接触区注入杂质，注入的杂质与P型侧壁相同；注入杂质的过程中，靶盘旋转速度为900rpm，注入能量为70～90keV，剂量为2×1015Atoms/cm2，该注入实现欧姆接触；此时锗波导的注入倾角约为2°～7°，可同时对P型侧壁浅结进行叠加注入。
步骤S10、激光退火激活注入的杂质，即可进行后续制作过程。
通过调整注入设备的注入倾角和旋转角，并将侧壁和对应接触区的大偏角一体注入更改为分别对侧壁和接触区进行小偏角注入，从而大大降低了对设备的注入剂量要求，无需采用大偏角注入设备，使用普通的固定靶盘倾角的大束流离子注入设备即可完成侧壁浅结离子注入工艺，降低了工艺设备的成本，且注入效果和大偏角一体注入的效果相当。另外，固定靶盘上可同时放置八个硅晶圆，从而可以同时对八个硅晶圆上的锗波导进行注入，提升了注入效率。
实施例2
如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于，在执行完实施例1的步骤S1后，先依次执行实施例1的步骤S6、步骤S7、步骤S8、步骤S9，再依次执行实施例1的步骤S2、步骤S3、步骤S4、步骤S5，最后执行实施例1的步骤S10，其工作原理及每一步骤的内容均与实施例1相同。
本发明未描述部分与现有技术一致，在此不做赘述。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺,其特征在于，包括以下步骤：
取制作有锗波导的硅晶圆，所述锗波导的锗表面淀积有二氧化硅掩膜；
在锗波导上涂履光刻胶，并光刻出N型侧壁注入区和第一接触区；
将硅晶圆放置在固定靶盘倾角的大束流离子注入设备的靶盘上，并使锗波导的N型侧壁朝向靶盘旋转的中心点；靶盘装载硅晶圆位置的倾角tilt为5～10°；
采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导N型侧壁注入杂质；
将硅晶圆顺时针旋转90°或逆时针旋转90°，采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导的第一接触区注入杂质，同时对N型侧壁浅结进行叠加注入；
在锗波导上涂履光刻胶，并光刻出P型侧壁注入区和第二接触区；
将硅晶圆放置在固定靶盘倾角的大束流离子注入设备的靶盘上，使锗波导的P型侧壁朝向靶盘旋转的中心点；
采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导P型侧壁注入杂质；
将硅晶圆顺时针旋转90°或逆时针旋转90°，采用固定靶盘倾角的大束流离子注入设备在锗波导的第二接触区注入杂质，同时对P型侧壁浅结进行叠加注入；
激光退火激活注入的杂质。
2.根据权利要求1所述的锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺，其特征在于，所述锗波导的锗表面淀积的二氧化硅掩膜的厚度为200～400nm。
3.根据权利要求1所述的锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺，其特征在于，所述硅晶圆的一侧设有平边，该硅晶圆上锗波导的传输方向与其平边相互平行，且锗波导的N型侧壁朝向平边。
4.根据权利要求1所述的锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺，其特征在于，在注入杂质的过程中，所述靶盘围绕靶盘中心旋转，旋转速度为900rpm。
5.根据权利要求1所述的锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺，其特征在于，在锗波导的N型侧壁注入的杂质为磷离子，注入能量为30～50kev，剂量为2×1015Atoms/cm2。
6.根据权利要求1所述的锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺，其特征在于，在锗波导的第一接触区注入的杂质为磷离子，注入能量为70～90keV，剂量为2×1015Atoms/cm2。
7.根据权利要求1所述的锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺，其特征在于，在锗波导的P型侧壁注入的杂质为二氟化硼离子，注入能量为30～50kev，剂量为2×1015Atoms/cm2。
8.根据权利要求1所述的锗波导探测器侧壁浅结离子注入工艺，其特征在于，在锗波导的第二接触区注入的杂质为二氟化硼离子，注入能量为70～90keV，剂量为2×1015Atoms/cm2。
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