專利名稱：埋置式波導檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的有關(guān)光學檢測器及制造該種檢測器的方法。
背景技術(shù)：
為了在半導體基材中建構(gòu)光學信號分布網(wǎng)絡，需要制造良好的光波導來散發(fā)所述光學信號，并且需要制造可將所述光學信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘栆耘c其他電路交流的元件。可用兩種方式來提取所述光學信號，若非從該波導中提取出光學信號本身被并傳送至可將其轉(zhuǎn)變?yōu)樗栊问降钠渌娐?，就是在波導中將光學信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有问讲⑶覍⒃撾娮有盘杺魉椭疗渌娐?。以光學信號形態(tài)提取光學信號牽涉到波導中的微鏡、光柵或耦合器，或功能與這些裝置類似的其他元件的使用?？茖W文獻有越來越多可用來建構(gòu)此種裝置的技術(shù)的實例。以電子信號型態(tài)提取光學信號牽涉到波導中的檢測器的使用，即，將光學信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有问降碾娐吩??？茖W文獻也有越來越多可用來達成此目的的檢測器設(shè)計的實例。
但是，當將準則限制在特定光學信號分布網(wǎng)絡設(shè)計，并且將任何此類設(shè)計在制造上需相對容易且經(jīng)濟的現(xiàn)實情況列入考慮時，尋找能產(chǎn)生可接受的光學分布網(wǎng)絡的元件組合的挑戰(zhàn)變得更大。
硅及硅鍺合金(例如SixGe1-x)的組合以有用的材料組合已引起注意，因為能夠輕易并且經(jīng)濟地由此制出光學信號分布網(wǎng)絡。運用硅鍺合金，要在硅基材中制造波導是可能的。硅鍺合金的折射率比硅的折射率稍微高一些。例如，具有5％鍺的硅鍺合金(即，Si0.95Ge0.05)的折射率約為3.52，而結(jié)晶硅的折射率則小于此，例如，約3.50。因此，若硅鍺合金核形成在硅基材內(nèi)，折射率的差異足以使硅鍺合金核經(jīng)由內(nèi)部反射而含有光學信號。此外，此特定材料組合可在現(xiàn)有硅基底半導體制造技術(shù)中使用，從而制造出光學電路。
當然，要使此種系統(tǒng)作用如同光學信號分布網(wǎng)絡，光學信號必須要有可穿透硅和硅鍺合金兩者的波長。因為這些材料的能隙約為1.1eV(電子伏特)，其對于波長大于1150奈米的光學波長來說是透明的。借由使用硅鍺合金而非純硅，以及高至125℃的較高溫操作所導致的能隙的進一步降低可能更進一步需要大于1200奈米或甚至1250奈米的波長，以得到非常低的吸收損失(約1db/cm或更小)。但是，這些材料對于具有這些波長的光學信號的透明度引發(fā)另一個問題。這些材料通常不適于用來建構(gòu)可將光學信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有问降臋z測器。要成為一個好的檢測器，所述材料必須要能夠以產(chǎn)生可電偵測的有效電荷的方式來吸收光線。也就是說，光學信號必須能夠在該檢測器內(nèi)產(chǎn)生從該價帶至該導帶的電子躍遷以產(chǎn)生電子輸出信號。但是大于1150奈米的波長太長，以致于無法在室溫下借由在硅內(nèi)、或在Si0.95Ge0.05合金內(nèi)的電子躍遷產(chǎn)生有效的吸收。當波長為1300奈米時，相應的光子能量約為0.95eV，遠低于硅跟Si0.95Ge0.05的室溫能隙，因此遠低于用來產(chǎn)生從價帶至導帶的躍遷的所需能量。

發(fā)明內(nèi)容
一般說來，在一觀點中，本發(fā)明的特征在于一種制造檢測器的方法。該方法包含在一具有一上表面的基材中形成一溝渠；在該基材上以及該溝渠中形成一第一摻雜半導體層；在該第一摻雜半導體層上形成一第二半導體層，并延伸至該溝渠中，該第二半導體層的導電性比該第一摻雜半導體層的導電性小；在該第二半導體層上形成一第三摻雜半導體層，并延伸至該溝渠中；去除該第一、第二和第三層在一由該基材表面所界定出的平面上的部分，以產(chǎn)生一上方的、基本上平坦的表面，并暴露出位于該溝渠內(nèi)的該第一摻雜半導體層的上端；形成連結(jié)至該第一半導體摻雜層的第一電接觸；以及成形連結(jié)至該第三半導體摻雜層的第二電接觸。
其他實施例包含一或多個如下特征。在該基材上形成該第一及第二摻雜半導體層包含沉積硅。在該第一摻雜半導體層上形成該第二半導體層包含沉積硅鍺合金。沉積該第一、第二、和第三層涉及磊晶沉積。去除涉及利用化學機械研磨來去除。
一般說來，在另一觀點中，本發(fā)明的特征在于另一種制造檢測器的方法。該方法包含在具有一上表面的基材中形成一溝渠；在該基材上以及該溝渠中形成一第一半導體層；在該第一摻雜半導體層上形成一第二半導體層，并延伸至該溝渠中；在該第二半導體層上形成一第三半導體層，并延伸至該溝渠中，其中該第二半導體層吸收波長為λ的光線，而該第一及第三半導體層傳送波長為λ的光線；去除在由該基材表面所界定出的平面上的沉積材料，因此形成一上方的、基本上平坦的表面，并暴露出位于該溝渠內(nèi)的該第一摻雜層的上端；形成連結(jié)至該第一半導體摻雜層的第一電接觸；以及形成連結(jié)至該第三半導體摻雜層的第二電接觸。
其他實施例包含一或多個如下特征。形成該第二半導體層包含選擇該第二半導體層所用的半導體材料，其中第二能隙是比該第一及第三半導體層兩者的能隙小?；蛘撸纬稍摰诙雽w層包含導入可在導帶及價帶間的能隙中產(chǎn)生深層能態(tài)的摻質(zhì)。
一般說來，在又另一觀點中，本發(fā)明的特征在于一種檢測器，包含一具有上表面及一形成在其內(nèi)的第一溝渠的基材；一與該第一溝渠的內(nèi)部輪廓符合的第一半導體層，并具有在該第一溝渠內(nèi)界定出一第二溝渠的上表面，該第一半導體層具有基本上與該基材的上表面共平面的第一端；一與該第二溝渠的內(nèi)部輪廓符合的第二半導體層，并具有在該第二及第一溝渠內(nèi)界定出一第三溝渠的上表面；一第三半導體層，填充該第三溝渠并且具有基本上與該基材的上表面共平面的上側(cè)面；一第一導電材料，在該第一端處構(gòu)成與該第一層的電接觸；以及一第二導電材料，在該第三層的上側(cè)面構(gòu)成與該第三層的電接觸。
其他實施例包含一或多個如下特征。該第一及第三半導體層是由經(jīng)摻雜的硅構(gòu)成。該第二半導體層是由硅鍺合金構(gòu)成。該硅鍺合金的特征在于具有位于價帶上方并以一能隙與其分離的導帶，并且該硅鍺合金含有一種可在該導帶和價帶間的能隙內(nèi)導入深層能態(tài)的雜質(zhì)?；蛘?，該第二半導體層吸收波長為λ的光線，而該第一及第三半導體層傳送波長為λ的光線。該第二半導體層具有比該第一及第三半導體層兩者的能隙小的能隙。
本發(fā)明的其他特征及優(yōu)勢將由于如下結(jié)合附圖的細節(jié)描述而變得更顯而易見。


圖1A示出摻雜有深層能階受體的硅的能帶結(jié)構(gòu)。
圖1B示出傳送波導、高吸收材料、以及光子能量的相對半導體能帶。
圖2A-2G示出一種制造摻雜質(zhì)基底的檢測器的方法。
圖3以圖示形式示出摻雜質(zhì)基底的硅鍺合金檢測器。
圖4A-4J示出一種在現(xiàn)成光學基材上制造半導體電路的方法。
具體實施例方式
一種摻雜質(zhì)基底的檢測器本發(fā)明的一實施例是一種摻雜質(zhì)基底檢測器，其是由硅和硅鍺合金制成，并且可令人滿意地檢測到波長比相應于硅或硅鍺合金的吸收限(absorptionedge)波長大的光信號，包含波長大于1150奈米的光信號。檢測器是經(jīng)制作在一波導中，其通常以含有約5％鍺的硅鍺合金，借由以一種可在該硅鍺合金的能隙區(qū)域產(chǎn)生深層能態(tài)的材料摻雜該核心的方式來形成該波導核心。也就是說，該摻質(zhì)的特征在于可產(chǎn)生離導帶或價帶足夠遠的能態(tài)，因此波長大于1150奈米的光學信號可使電子在此摻質(zhì)引發(fā)態(tài)和兩帶的一間躍遷，而產(chǎn)生電流的自由電荷，因而檢測到該光學信號。
周期表中有一些可在半導體中產(chǎn)生深層能態(tài)的元素。特別是，有兩種元素分享一些對可并入通常能在硅半導體制造工業(yè)中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有制造制程中的檢測器建構(gòu)來說極重要的特征。他們是鉈和銦。參見圖1，他們產(chǎn)生深層受體態(tài)2(deep acceptor states)，這表示與導帶6相比，其能態(tài)較接近價帶4，但高于價帶足夠多而使大于1200奈米的波長可以被有成果地吸收。銦在約高于價帶160meV處產(chǎn)生受體態(tài)，而鉈在高于價帶約260meV處產(chǎn)生受體態(tài)。兩個元素并且都擁有足夠慢的擴散速率，因此若使用在后來需在其內(nèi)制造其他微電子裝置的現(xiàn)成光學基材(optical ready substrate)中，在檢測器可能經(jīng)驗到的正常制造和操作溫度下，他們基本上會停留在原處。也就是說，他們不會在隨后的晶片將會經(jīng)受的熱循環(huán)期間擴散至檢測器外。
也需注意到的是，當并入硅或硅鍺合金時，該摻雜質(zhì)態(tài)可透過與能帶邊緣(band edge)的更復雜的交互作用而產(chǎn)生寬闊或平緩的深層能態(tài)分布。因此一寬闊的摻雜質(zhì)吸收光譜可在能態(tài)邊緣附近以該吸收帶的延伸或尾部之姿出現(xiàn)。此寬光譜通常有助于檢測器在該能隙中增加對已知溫度變動的容忍度，否則其會將吸收能從光量子能的共振移開，并隨著溫度改變對吸收產(chǎn)生負面影響。
在所述的硅鍺合金摻雜質(zhì)基底檢測器的實施例中，令人感興趣的躍遷可能是從價帶經(jīng)過因為摻雜質(zhì)效應而延伸或連接進入能隙的能態(tài)帶至導帶，或從多個與能帶隔離的深層受體態(tài)至導帶。電檢測信號是由這些躍遷產(chǎn)生。當以銦或鉈摻雜硅鍺合金時，許多價態(tài)被離子化而產(chǎn)生賦予p型半導體材料特征的空穴。為了增加深層受體態(tài)內(nèi)的電子數(shù)量，即，為了填充可得的受體位置，也以一供體材料來摻雜該硅鍺合金，例如砷或磷。來自供體的電子填充受體位置，因此增加可用來支援電子往上躍遷至導帶的受體位置的數(shù)量。此受體位置的填充也可經(jīng)由將在后面討論的來自PN二極體結(jié)構(gòu)內(nèi)的相鄰N型區(qū)域內(nèi)的供體的電子轉(zhuǎn)移而發(fā)生。
此共摻質(zhì)的使用也在將于后面討論的光導檢測器模式下產(chǎn)生另一種益處。填充由深層受體摻質(zhì)所產(chǎn)生的空穴會降低能促進經(jīng)由該材料的傳導的自由電子及/或空穴數(shù)量，因此增加其電阻。在光導檢測器中，該摻雜質(zhì)基底硅鍺合金是用來做為兩個相同類型(N或P)電極間的本征或低電荷區(qū)域的材料。此區(qū)域的電阻越低，由該裝置在沒有光學信號下所產(chǎn)生的暗電流(darkcurrent)就越高。較傾向于將暗電流維持盡可能低的水準。與深層態(tài)一起導入一相反類型的摻質(zhì)有助于達到此目標。若摻質(zhì)增加至多于需要使材料成為本征，或電荷平衡的數(shù)量，此時該材料可以在其他能帶中擁有相反符號的電荷。這造成光晶體管效應(photo-transistor effect)，其犧牲帶寬或速度以提供更多增益。此裝置會在后面更詳細討論。
借由共摻質(zhì)的使用而導致的空穴及電子兩者數(shù)量的增加也產(chǎn)生又另一種益處。其幫助降低自由電子的再結(jié)合時間，其是檢測器在檢測到光學信號后所需的回復時間，特別是光導型檢測器。以另一種方式來說，其增加電子和空穴的再結(jié)合速率，因此會因為有更多的電子和空穴結(jié)合在一起而增加該裝置的速度。
銦和鉈兩者的特征皆在于其在硅或硅鍺合金內(nèi)有低的固態(tài)溶解度。這表示每一種材料可被添加入硅晶格的數(shù)量有其上限，在晶格再也無法接受更多量之前。最大摻雜水準在約1016cm-3至1018cm-3范圍內(nèi)。在鉈的情況中，最高摻雜水準通常在2×1017cm-3左右。為了增加此有效密度，因而增加由這些材料制出的檢測器的效能，可以添加能增加該材料在硅晶格內(nèi)的固態(tài)溶解度的共摻質(zhì)。本質(zhì)上，該共摻質(zhì)將深層摻質(zhì)保持在晶格位置內(nèi)，并防止其從晶格內(nèi)離開。在銦的情況中，一種達到此作用的共摻質(zhì)的例子是碳。可以幫助活化銦和鉈的其他共摻質(zhì)包含濃度高于只是用來填充受體位置所需量的砷、磷及其他N型供體。
換言的，與鉈或銦一起使用一或多種適當?shù)墓矒劫|(zhì)至少有四個原因。第一，其可用來提供電子予受體雜質(zhì)，以填充空空穴，進而增加可用來吸收光學信號的電子數(shù)量(即，增加檢測器的敏感度)。第二，其可用來產(chǎn)生較高的暗電阻，借由降低自由電子的數(shù)量。第三，其可用來幫助降低自由電荷的再結(jié)合時間(即增加再結(jié)合速率)。以及第四，其可用來幫助增加深層能階受體元素占據(jù)晶格位置而非本征位置的可能性，以具有光學活性。也就是說，其可使硅晶格產(chǎn)生更好的活性。
此外，共摻質(zhì)也可在此情況中提供其他有用功能。例如，其可用來降低另一種摻質(zhì)的擴散系數(shù)，或者可用來增強深層能階受體摻質(zhì)的熱穩(wěn)定性，使其較不會因為熱循環(huán)或高溫操作而在宿主晶格內(nèi)被去活化。
有一些可提供剛才提到的一或多種效用的共摻質(zhì)。例如，在鉈的情況中，碳、一IV族元素可增加鉈在硅晶格中的固態(tài)溶解度。一些V族元素，包含廣為使用的砷和磷元素，提供多種效用。例如，砷是一種會在離導帶約14meV處產(chǎn)生能態(tài)的摻質(zhì)。當與銦或鉈一起使用時，其透過以電子填充空穴因而增加可躍遷至導帶的電子數(shù)量的方式來顯著增加銦或鉈的效能。砷在使更多銦或鉈可以進入晶格內(nèi)這方面也是有幫助的。此外，在銦的情況中，其會與銦形成更復雜的微結(jié)構(gòu)，這為該裝置產(chǎn)生更寬的光譜響應。
也有報告揭示V族元素銻(Sb)對于增加鉈的固態(tài)溶解度來說是一有效共摻質(zhì)，并且V族元素鉍(Bi)對于增加銦的固態(tài)溶解度來說是一有效共摻質(zhì)(見，例如，半導體的離子注入(Ion Implantation in Semiconductors)，Mayer，Eriksson，及Davies，1970)。
窄能隙基底檢測器另一種檢測器實施例是基于能隙比波導硅鍺合金小的半導體材料者。此種窄能隙材料可以包含鍺濃度高許多的硅鍺合金，或例如硅鍺碳或碳化鍺的其他半導體?？捎玫恼芟稑藴适窃摬牧峡闪钊藵M意地檢測到波長比相應于用在波導內(nèi)的硅或硅鍺合金的吸收限波長大的光學信號，包含波長大于1150奈米(見圖1B)的光學信號。該檢測器是經(jīng)制作于通常具有含有約5％鍺的硅鍺合金的波導內(nèi)。檢測器是借由將窄能隙材料置于波導核心中或足夠靠近該波導的鄰近區(qū)域中來形成，以與在該波導內(nèi)傳輸?shù)墓饩€發(fā)生作用。該光線會將電子從此材料的較低或價能帶傳送至此材料的較高或?qū)軒?。在這些能帶中所產(chǎn)生的過量電荷會創(chuàng)造出流動通過覆蓋此檢測器材料的電極的電流。
上升時間(rise time)小于約10皮秒(picosecond)的快速檢測器通常需要吸收光線然后在約100至300奈米厚的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電荷，其中電場很強并且電子的傳導距離短。當電子抵達摻雜量高許多的上及下電極時會被檢測到。因此用來傳導電流的摻雜可在電極中完成，而不需要摻雜該窄能隙材料。這簡化了所需的窄能隙材料特性類型。例如，該窄能隙材料可能可以在制程中某些時間點上熔化，因為其不需要有精密的摻雜結(jié)構(gòu)。
有幾種在窄能隙檢測器的建構(gòu)上特別令人感興趣的材料。一般材料是硅鍺合金。對于高于85％的鍺濃度來說，硅鍺合金的能隙快速縮小。因此，硅鍺的吸收在鍺濃度高于85％時大大增加。增加鍺濃度的一問題是鍺相對于硅的較低熔點。雖然硅在1415℃時熔化，但鍺在937℃時即熔化。在制作晶體管時使用的許多制程需要高至1050至1100℃的溫度。照此，一純鍺檢測器將會熔化，若其在這些制程完成前即形成。
另一種令人感興趣的材料是硅鍺碳(SiGeC)。雖然只有微量的碳可以并入平衡的硅鍺中，但此微量碳可幫助釋放與硅相關(guān)的應力失調(diào)(stressmismatch)。硅鍺中的微量碳也可以幫助增加硅鍺合金的熔點，以增加檢測器可承受的制造溫度。
制造檢測器的方法制造摻雜質(zhì)基底檢測器的一種例示方法在圖2A的流程圖示中描繪。在此實施例中，該檢測器是經(jīng)制造在一硅基材300中，雖然其可被制作在可在其內(nèi)制造波導的任何經(jīng)恰當選擇的基材內(nèi)，例如SOI(覆硅絕緣層)基材、絕緣材料、或低晶格指數(shù)材料(low index material)，上面只是列舉一些。制程以形成，例如借由蝕刻，一溝渠302開始，其界定出該檢測器的外部邊界(圖2A)。溝渠302的蝕刻是使用在半導體制造工業(yè)中一些廣為使用的蝕刻技術(shù)的任一種來完成，例如等離子蝕刻。
在形成溝渠302之后，將一下電極層304沉積在該基材300表面上以及溝渠302內(nèi)(圖2B)。此下電極因為低電阻而具有高傳導性。電極層304可被制作為具傳導性的，例如，利用來自高度摻雜的n型硅的電子，其中摻質(zhì)是磷、砷、銻、或鉍?；蛘撸撾姌O可被制作為具傳導性的，利用高度摻雜的p型硅的空穴，其中摻質(zhì)是硼、鋁、鎵或銦。此沉積的主要目的是形成一傳導電極層，其與該溝渠一致但不填滿該溝渠，而是留下尺寸足以沉積后面敘述的幾個其他層的較小溝渠。
必須將此層摻雜至足量水準，以使此層的電阻不會阻擋來自檢測器的電流有效流至外部檢測電路。這表示所有檢測器的串連電阻必須與檢測電流的電阻可比較或比較小。另一方面，摻雜太多可能導致自由電子分散及降低檢測器效能的吸收。有用的電極摻雜范圍是從1016cm-3至1019cm-3，最大值取決于對于損失及電阻的設(shè)計需求。此外，改良的設(shè)計會使用不均勻的電極摻雜，其在高光功率(optical power)區(qū)域使用低摻雜，而在可見的低或沒有光功率區(qū)域使用高水準電極摻雜以得到低電阻。對照之下，由雜質(zhì)摻質(zhì)導致的有用吸收最好是位于高光功率區(qū)域。此摻質(zhì)厚度的增加會加強吸收，只要其被欲檢測的光線照射，但摻質(zhì)較厚區(qū)域可能會降低檢測器速度。例如，為建構(gòu)反應快于20皮秒的檢測器，摻質(zhì)應位于大約小于300奈米厚的區(qū)域中。
在沉積低電極層304后，在其上沉積硅鍺合金的第一中間層306(圖2C)。第一中間層306是將會在隨后步驟中接收一或多種共摻質(zhì)的宿主材料，并且代表檢測器結(jié)構(gòu)中間部分的一半。此材料的折射率必須比硅電極的折射率高，以便使其作用如同容納光線的波導結(jié)構(gòu)。因此，必須適當?shù)剡x擇鍺的百分比，例如，至少高至約2％。
接著將一誘發(fā)深層能態(tài)的摻質(zhì)308，例如銦或鉈，注入第一中間層306中至不會在隨后制程期間從該中間層脫離的足夠深度(圖2D)。也將一或多種共摻質(zhì)注入第一中間層306中。這可在注入該深層能階受體摻質(zhì)之前、期間、或之后完成。若該共摻質(zhì)材料提供多種效用，則可能可以接受只使用單一種共摻質(zhì)。若該共摻質(zhì)只提供一種效用(例如增加該深層能階受體在硅晶格中的溶解度)，則使用多種共摻質(zhì)材料是恰當?shù)?。換句話說，此階段所選擇的共摻質(zhì)種類及數(shù)量取決于所想要達成的結(jié)果。
在適合的摻質(zhì)材料共注入第一中間層306后，于第一中間層306上沉積一硅或硅鍺合金的第二中間層310(圖2E)。再一次，沉積量是經(jīng)選擇以不填滿上次沉積后所留下的溝渠。這是為了替最后的電極沉積留下空間。
最后，在第二中間層310上沉積一上電極層312。與下電極304一樣，上電極312可以是高度摻雜的n型硅，其中摻質(zhì)是磷或砷、銻、或鉍?；蛘?，該電極可被制作為具傳導性的，利用高度摻雜的p型硅的空穴，其中摻質(zhì)是硼、鋁、鎵或銦。
在沉積上電極312后，以足夠高的溫度以及足夠長的時間熱處理該結(jié)構(gòu)(例如回火)，以使所述共摻質(zhì)擴散出去，進入第一和第二中間層306和310?，F(xiàn)有回火通常是在1050℃下執(zhí)行。回火所需的時間及溫度是由摻質(zhì)的擴散系數(shù)以及第一和第二中間層的厚度決定?；鼗鹂稍诔练e上電極后的任何適當時間進行，并且不需要在上電極形成后緊接著立即進行。
若該摻雜質(zhì)基底檢測器是也制作在該硅基材內(nèi)的波導結(jié)構(gòu)的一部分及/或其為從一側(cè)制造連線的現(xiàn)成光學基材的一部分的話，則將該基材平坦化(圖2G)。此平坦化工序，可利用化學機械研磨(CMP)執(zhí)行，目的在于去除高于硅基材300表面的沉積層。這會將接觸點314和316分別在下和上電極層304和312中暴露出來。
在另外一種方法中，其中窄能隙材料是該核心區(qū)域中的吸收器，圖2D及2E的工序是以另一種工序取代，如下。若能夠?qū)⒃撜芟恫牧闲纬蔀榫哂锌山邮艿牡土咳毕莸脑?，則將此材料形成為一覆蓋層(blanket layer)形式，取代步驟2D和2E。這較可能運用在有較低鍺濃度的硅鍺合金上，或是晶格結(jié)構(gòu)和間隔與硅相近的硅鍺碳合金。
有時因為該窄能隙材料相對于硅晶片的晶格常數(shù)差異以及該低鍺濃度硅鍺波導覆蓋，該窄能隙材料無法被好好地形成為具有低量缺陷的覆蓋物。此外，對于一晶格失調(diào)核心材料來說，上電極成長對于檢測器材料來說也是失調(diào)的，并且也可能產(chǎn)生大量缺陷或形成多晶體而非單一硅鍺合金晶體。在這些情況中，需要使用其他方法。改善核心和上覆蓋半導體材料品質(zhì)的一種方法是形成嵌入式窄能隙材料做為該中間層中的小島(island)。在形成下電極后，形成氧化硅或氮化硅光罩。在此光罩中利用光罩的微影圖案化及蝕刻來形成孔洞。然后作為一可能選擇，可利用選擇性成長使該窄能隙核心檢測器材料僅形成在開口內(nèi)。就鍺和硅鍺合金成長而言，有已知的僅在其他硅鍺合金上成長而不在氧化硅或氮化硅上成長的選擇性工序。可選擇性地移除該光罩材料，并將該窄能隙材料的島留在該下電極上方。在另一種方法中，該窄能隙材料可以覆蓋成長的形式在所有地方成長，然后圖案化并蝕刻以制造出吸收島。
在形成島之后，可借由從該下電極開始成長來將上電極形成在所述島周邊以及橫向地位于其上方以形成低缺陷材料。一種方法是在該下電極上利用上電極的選擇性成長，在該窄能隙材料上使用磊晶橫向成長。另一種方法是在該窄能隙材料上成長該上電極，并將上電極材料中的缺陷回火掉。高溫回火在將缺陷回火出該窄能隙材料上也是有用的。
如前所注，該摻雜質(zhì)基底檢測器可在也制作出該波導的工序期間形成在該波導內(nèi)并作為其一部份。例如，若使用硅基材，則溝渠界定出將會形成波導的位置。沉積在此溝渠內(nèi)的硅鍺主要功用如同波導，除了沿著該溝渠形成檢測器的區(qū)域或位置外。在此情況中，導入層308內(nèi)的摻質(zhì)是利用標準微影圖案化法選擇性地只注入在欲形成檢測器的區(qū)域中。此波導的圖案化選擇區(qū)域在光電路(optical curcuits)中是特別有用的，其中大部分波導是用來傳輸光線，而所選波導區(qū)域是用來吸收光線，借由選擇性注入層308至這些區(qū)域中。電極摻質(zhì)也可以只注入在該檢測器區(qū)域中，以便降低無效益的自由電子分散的光學損失及在波導傳輸區(qū)域內(nèi)的吸收。
同樣地，可如上所述般將一窄能隙材料圖案化并選擇性成長，使其存在于沿著波導的預期有吸收及檢測器的某些位置上。在另一種選擇性成長中，也可將該窄能隙材料以覆蓋成長形式形成在所有位置上，然后在不需要該材料處圖案化并利用蝕刻來將其去除掉。
吸收摻質(zhì)或?qū)щ婋姌O摻質(zhì)的導入可在如前所述般形成沉積層之后在高能量下利用注入法執(zhí)行，或者利用合并法，借由在硅或硅化鍺合金磊晶層成長期間使用這些元素的其他氣體或氣流。在第二個情況中，摻質(zhì)的選擇性圖案化可利用選擇性磊晶成長來執(zhí)行。這需要例如氧化硅或氮化硅的光罩材料在不欲成長硅或經(jīng)摻雜的硅的區(qū)域內(nèi)圖案化。然后，調(diào)整基材溫度及成長速率以使磊晶成長只在暴露的硅鍺合金表面上發(fā)生，而不會在該光罩材料上。
一窄能隙材料也可利用此相同方法來選擇性成長。
一種輔助微影圖案化及CMP研磨的改良方法是在蝕刻圖2A的溝渠前先形成氮化硅或氧化硅的光罩層。然后，在隨后步驟中，此光罩層只會存在上表面上，而不會在該溝渠內(nèi)的表面上。借由選擇性成長該下電極及檢測器材料在該溝渠材料上但不在該光罩上，該溝渠深度會減少以圖案化該檢測器。深的溝渠深度可能會造成光阻側(cè)壁覆蓋及現(xiàn)代微影機器聚焦深度等問題。因此，較淺溝渠深度改善了沿著該波導的預期地點選擇性圖案化檢測器的微影能力。在溝渠中使用選擇性成長也減少了必須用化學機械研磨(CMP)來去除的材料量。該光罩層也作用為化學機械研磨(CMP)的蝕刻終止。提供此高度選擇性的蝕刻終止的結(jié)果是，晶片的一致性、平坦性、及平滑性可被維持，并且最初的高品質(zhì)低缺陷硅表面能夠一可靠方式顯現(xiàn)在表面上。
上述波導例示了使用溝渠來形成波導以及包含在內(nèi)的摻雜質(zhì)基底檢測器的實施例。也可以使用脊狀結(jié)構(gòu)(ridge structure)代替溝渠來制造波導及檢測器。例如，一功能類似的波導檢測器是借由在基材上形成一勾勒出該光波導路徑的硅脊來實現(xiàn)。然后，該三個沉積層，在摻雜質(zhì)基底檢測器中表示該兩個電極和該中間摻雜質(zhì)區(qū)域，是經(jīng)沉積在該基材上以便覆蓋硅脊并與其形狀一致。在蝕刻掉適當?shù)牟牧虾螅撊龑有纬稍摴獠▽Р⑶?，在如上所述般將摻雜適當調(diào)整的區(qū)域中，其在該波導中形成該摻雜質(zhì)基底檢測器。在又另一實體實施例中，所述層可被成長在一平坦表面上，然后把位于將成為波導的帶狀區(qū)域兩側(cè)的材料蝕刻掉。介于蝕刻掉的兩帶狀區(qū)域間的材料代表波導，并且無論欲將檢測器安置在什么位置，組成該波導的所述層的摻雜可在制造期間據(jù)此調(diào)整，以在那些位置產(chǎn)生摻雜質(zhì)基底檢測器。也可沉積一填充材料以填滿波導兩側(cè)被蝕刻掉的部分，以界定出該波導及該摻雜質(zhì)基底檢測器的側(cè)壁。用來填充那些部分的材料的性質(zhì)取決于該材料是設(shè)計來輔助限制光學信號或是電氣連接至檢測器。例如，若其是用來輔助限制水平方向的光學信號，該填充材料平均上應該要比組成檢測器及波導的材料具有較低的折射率。
當然，若要將該檢測器當成一獨立裝置或在某些其他環(huán)境下使用，則可能不需要如上所述般平坦化該結(jié)構(gòu)以暴露下電極的接觸點。相反地，可從上方制造一個接觸至上電極，并且透過該結(jié)構(gòu)的背面從下方制造另一個接觸至下電極。又另一種選擇是從上方形成一絕緣接觸孔以接觸下電極。
在任何情況下，于一實施例中，最終步驟牽涉到在該結(jié)構(gòu)上沉積一絕緣層318，形成穿透絕緣層318的接觸介層洞320和322，并分別貫通至上和下電極上的接觸點314、316；在所述介層洞中沉積金屬，例如鋁，以在所述介層洞底部形成歐姆接觸；接著以金屬填充介層洞320及322(例如鎢插梢)，其提供電氣連接至位于所述介層洞底部的歐姆接觸。當然，極有可能有許多其他層沉積在該結(jié)構(gòu)上，取決于嵌入此裝置的電路。因此，形成所述接觸介層洞的工序可能在一個更復雜的制造工序中晚許多進行。此外，若該裝置是一現(xiàn)成光學晶片(optical ready wafer)的一部分，最終連接至該下及上電極的連線可能由另一個實體來執(zhí)行，例如在該光學層上制造半導體微電子電路的公司。
參見圖3，有一些制造適才所述的檢測器時值得銘記在心的考量。首先，若該檢測器是經(jīng)耦合至一波導，則來自該波導的光能量會需要傳播至檢測區(qū)400內(nèi)。因此小心地配合波導類型及檢測器類型是很重要的，以便最佳化此能量的耦合。
在一設(shè)計來傳送1300奈米光學信號的硅鍺合金波導的情況中，我們發(fā)現(xiàn)約1微米深及3微米寬的核心的作用良好。對于具有此設(shè)計的波導來說，良好的檢測器構(gòu)型是如圖3中所示者，其具有如下尺寸上電極的寬度″a″約等于1.0微米；上電極的深度約等于0.25微米，檢測區(qū)域的寬度″b″約等于0.75微米；檢測區(qū)域的深度″H″約等于1.0微米；并且下電極的寬度″W″約等于1.0微米。為了有高速表現(xiàn)，將檢測器的串連電阻保持盡可能低是較佳地。對于運用探針探測一50歐姆阻抗傳輸線的高速操作來說，傾向于使下電極之上半延伸部分對于位在表面上的接觸點的電阻R保持在小于約10歐姆。對于具有例如晶體管的高電阻局部感應器的高速操作來說，有效電阻可以較高，在以微米計的檢測器長度下高至1000至3000歐姆。電阻的限制是裝置電容，對于具有上述構(gòu)型的PN二極體來說約為每微米2飛法拉(femtoFarads)，以及串連電阻的產(chǎn)物，假設(shè)上述高電阻的充電時間反應為2至6皮秒。較小的串連電阻可借由將寬度″W″加大并且將高度″H″縮短來達成。此外，在光線可及的區(qū)域外的額外較高摻雜可降低串連電阻而不增加自由載體的光吸收。
另一個考量是使光學信號的光線遠離高度摻雜的電極區(qū)域304和312內(nèi)的電子。這可以在下電極304和上電極312兩者中達到，借由將摻雜以與傳播通過檢測器的光線類型距離遠近來分級的方式。在下電極304中執(zhí)行此方式的一種方法是在沉積時改變層的摻雜。例如，前半段沉積出一層經(jīng)摻雜的硅，其中ND＝1018cm-3，而第二半段則沉積出ND＝1017cm-3的層。因此，電極304最接近傳播通過檢測器中心(即，圖3的吸收區(qū)域400)的光線的區(qū)域有較低摻雜程度，因此較不可能提供透過散射而吸收到光線的電子。可使用類似方法來沉積上電極312，將上電極312較高度摻雜的部分置于接近將會形成接觸的表面。
摻雜剖面可以比簡單的二元機能還要復雜。他們可以是，例如，以更連續(xù)的方式從電極的一側(cè)至另一側(cè)逐漸改變。所產(chǎn)生的剖面完全取決于在沉積層時如何供應摻質(zhì)給系統(tǒng)。最終的摻雜剖面會進一步視摻質(zhì)在任何回火循環(huán)期間的移動或擴散而定，這必須在任何最佳化設(shè)計中考慮進去。
通常，在一摻雜質(zhì)基底檢測器的此制造工序階段期間(即，形成具有深層能態(tài)的中間層)，目標是選擇離子注入能量、劑量、時間及溫度，因此檢測器區(qū)域會被深層能態(tài)重摻雜，特別是在光線/固體反應區(qū)，以及較佳地光線強度最強處。一般將鉈或銦注入該第一中間層的能量在100kV和200kV間，這是許多商業(yè)上可得的注入系統(tǒng)運作的能量范圍。通常，需有足夠的離子能量以在該宿主硅鍺合金中達到適當?shù)耐渡浞秶?例如，至少約0.1微米)，因此使該摻質(zhì)在后段處理期間繼續(xù)留在宿主材料中。因為有經(jīng)濟效益的注入能量只容許淺注入，比硅鍺合金波導的微米厚度小，故可能需要中斷波導的成長以在波導內(nèi)的光線強度最強時進行注入。
做為注入的另一種選擇，可利用CVD(化學氣相沉積)或MBE(分子束磊晶)將雜質(zhì)并入硅鍺成長工序的一部分，但只容許在欲安置雜質(zhì)處的成長部分期間將其并入。此原位雜質(zhì)成長技術(shù)在使用硼、砷、及磷等非常相似物種來制造不同層內(nèi)的P及N區(qū)域的摻雜剖面上是廣為人知的。
實際上，注入能量可以低至幾百KeV或高至幾個MeV。若使用低注入能量，則可能必須運用其他已知技術(shù)在淺注入材料能夠擴散至宿主材料內(nèi)之前防止其在連續(xù)處理期間脫離。常用來解決此問題的熟知技術(shù)是運用一帽蓋層(capping layer)(例如SiO2或Si3N4)來將注入物保持在原位，直到進入該宿主材料的擴散發(fā)生為止。
注入期間銦或鉈的目標劑量通常介于約1012-5×1015cm-2間，并且更明確地介于約1013-1014cm-2間，至約0.1微米的深度處。當此注入摻質(zhì)后來往下擴散進入該兩中間層時，會產(chǎn)生1017-1018cm-3的摻雜范圍，這當然是取決于是否也用共摻質(zhì)來達到較高濃度。如上所注，更多摻雜會增加吸收，因而增加檢測器效能，但同時也增加光導檢測器內(nèi)的暗電流。因此最大限度會取決于注入該檢測器的系統(tǒng)的設(shè)計目標，并且會是這兩個考量點之間的妥協(xié)結(jié)果。
在現(xiàn)成光學基材上制造電子電路如上所注，該摻雜質(zhì)基底檢測器可形成在隨后將會在其上制造半導體電子電路的現(xiàn)成光學基材中。在該現(xiàn)成光學基材上制造電子電路的工序步驟順序在圖4A-4J中示出。
在運用例如CMP將圖2F所示的結(jié)構(gòu)平坦化后，所得到的結(jié)構(gòu)是如圖4A所示者。假設(shè)基材也包含其他未示出的光學構(gòu)件，例如用來從電子信號產(chǎn)生光學信號的激光元件、用來分布光學信號的光波導、以及用來將光學信號往上指引至制作在該波導上方的電路或用來接收來自上方的光學信號并將這些信號指引至波導內(nèi)的微鏡或其他反射元件。
在形成于光學電路上的經(jīng)平坦化的表面上沉積一硅層402(見圖4B)。這可利用一些不同方式來達成，包含，例如，利用化學氣相沉積工序。所得到的層提供一個可借由熟知工序?qū)⒐杈雍显谄渖系谋砻妫孕纬蒘OI(覆硅絕緣層)結(jié)構(gòu)。SOI結(jié)構(gòu)包含一絕緣層404(例如二氧化硅，SiO2)以及其上的硅層406，其提供將在其內(nèi)制造電子電路的基材(見圖4C)。
接著，在該表面上沉積一硬保護層408(例如氮化硅)，并將其圖案化以制作出形成電氣隔離的硅島412的隔離開口410(見圖4D)。在使用一適當?shù)墓庹趾?，較深的隔離開口414然后被蝕刻穿過絕緣層404和硅層402，以暴露出下方的摻雜質(zhì)基底檢測器(見圖4E)。
為了產(chǎn)生一光滑、平坦的表面以將電子電路制造在硅島中，沉積一氧化層416(例如SiO2)在晶片表面上。然后，利用化學機械研磨來平坦化所沉積的氧化層并在該工序中去除保護層408，因此暴露出硅島412的上表面(見圖4F)。
其余工序大體上包含標準半導體電路制造步驟，除了涉及與下方的摻雜質(zhì)基底檢測器電氣連接者外。換句話說，晶體管418及其他電子構(gòu)件(未示出)然后利用已知制造技術(shù)形成在硅島中，例如CMOS制造技術(shù)(見圖4G)。之后，在整個晶片上沉積一厚氧化層420并平坦化(見圖4H)。接著在該氧化物中向下蝕刻出接觸開口422至所述構(gòu)件。與現(xiàn)有蝕刻手續(xù)相較，在此階段期間所完成的蝕刻是經(jīng)過調(diào)整，以使所選區(qū)域內(nèi)的開口424往下延伸更深，抵達位在低于所述電子構(gòu)件的層處的檢測器(見第4I圖)。在形成接觸開口后，沉積金屬426并圖案化以形成所需的內(nèi)連線(見圖4J)。雖然金屬化工序被示為全部存在于單一層內(nèi)，但對于制造者傾向使用現(xiàn)成光學基材的更復雜電路來說，金屬化工序占據(jù)多個層，每層均由絕緣材料隔開，例如SiO2。
注意到上面關(guān)于在現(xiàn)成光學基材上制造電子電路的工序的描述省略了許多為熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的較不重要的步驟。此討論用意只在對于可產(chǎn)出預期結(jié)構(gòu)的一系列制造步驟的實施例的高水準描述。關(guān)于所涉及的全部工序步驟的更詳細討論，讀者可參見公開文獻中其他可得的公開資料。
在檢測器裝置中運用吸收有許多在檢測器中運用吸收的方式。取決于圍繞吸收器區(qū)域的包覆電極層的半導體摻雜相對于吸收器區(qū)域的電荷極性的關(guān)系，檢測器可以是光導檢測器、PIN二極體檢測器、或光晶體管。
光導檢測器若摻雜質(zhì)區(qū)域的包覆電極層擁有與摻雜質(zhì)區(qū)域相同的多數(shù)載體(majoritycarrier)，則檢測器是光導型。例如，若使用鉈或銦做為雜質(zhì)，其傾向于產(chǎn)生具有過量空穴的P型半導體。若上跟下包覆電極層兩者也摻雜以會產(chǎn)生空穴的P型受體，例如硼，則該裝置是一光導體(photoconductor)。具有p型摻雜以及P型電極摻雜的窄能隙材料也會是一光導體。光導體具有改變電阻的特性，當載體是由光吸收所產(chǎn)生時。若載體多少是由躍遷至雜質(zhì)或來自雜質(zhì)的躍遷所形成，則電阻將會改變。在低暗電流方面，可將中間雜質(zhì)區(qū)域共摻雜以降低凈自由電荷。例如，鉈或銦摻雜可以利用會產(chǎn)生電子的砷來共摻雜。若砷共摻雜是經(jīng)恰當平衡，而使每個空穴被填充以一個電子，但不會太多而有多余電子，則可使該摻雜質(zhì)區(qū)域具有來自電子或空穴的低過量電荷。于是這會增加電阻并降低通過該單元，或暗的，光導體的電流。
P-I-N二極管檢測器制造P-I-N二極管檢測器可以解決有賦予該光導檢測器特征傾向的相對大的暗電流的問題。P-I-N結(jié)構(gòu)基本上與上述者相同，除了一個電極是以例如硼的P型受體高度摻雜，而另一個緩沖電極是以例如砷或磷的供體來摻雜之外。當此檢測器以反向電流偏壓運作時，少量電流漏通過一品質(zhì)良好的二極管，但有效率的高速光檢測依然會發(fā)生。
光晶體管檢測器又另一種類型的檢測器是光晶體管。若吸收器區(qū)域的包覆電極層擁有與吸收器區(qū)域相反的多數(shù)載體，則檢測器是一光晶體管。例如，若使用鉈或銦做為雜質(zhì)，其傾向于產(chǎn)生具有過量空穴的P型半導體。若上跟下包覆電極層兩者是摻雜以會產(chǎn)生電子的N型受體，例如砷或磷，則該裝置是一光晶體管。光晶體管具有增強由光吸收所產(chǎn)生的電荷的特性。此增強是來自雙載子NPN晶體管廣為人知的晶體管效應，但在此情況中，該晶體管的基極電流是由該光學吸收所提供，而非第三連接線路。
雖然我們已描述過光導體、光二極管、以及光晶體管檢測器，但應該了解的是這些只是通常分別被稱為光導體檢測器和光二極管檢測器者的具體實例。換句話說，并沒有嚴格限制電極必須是N型或P型，他們也可以是金屬電極。此外，吸收區(qū)域(即，I區(qū)域)可以是一絕緣體、低度導電區(qū)域、或甚至是高度導電區(qū)域。
上述嵌入式硅鍺合金基底檢測器在制造現(xiàn)成光學基材上被認為是特別有用的，例如在2002年10月25日提出申請，題目為「現(xiàn)成光學基材(opticalready substrates)」的美國專利申請第10/280,505號，以及在2002年10月25日提出申請，題目為「現(xiàn)成光學晶片(optical ready wafers)」的美國專利申請第10/280,505號，兩者在此皆借由引用的方式并入本文中。一些提及的與現(xiàn)成光學基材有關(guān)的波導是硅鍺合金波導。在可得的公開科學文獻中有制造此種波導方法的描述，包含，例如，在2001年5月24日提出申請，題目為「制造波導的方法(Method for Fabricating Waveguide)」的美國專利申請第09/866,172號，以及在2001年11月11日提出申請，題目為「例如硅鍺碳合金波導的波導及其制造方法(Waveguides Such As SiGeC alloyWaveguides and Method of Fabricating Same)」的美國專利申請第09/866,172號，兩者在此皆借由引用的方式并入本文中。
嵌入式檢測器可在形成硅鍺合金波導之前或之后制造?；蛘?，其可以是光波導的一部分或光波導的終端。
此外，運用光學轉(zhuǎn)換的多種不同電路構(gòu)件，例如二極管、自由空間檢測器(free space detectors)、調(diào)變器、晶體管、以及更復雜的電路元件，可由此間所述的原理受惠。也就是說，本發(fā)明不限于僅只是制作于光波導內(nèi)或與其緊鄰的光檢測器。
其他實施例上述實施例使用硅鍺合金做為半導體?？墒褂闷渌硗獾陌雽w，例如，但不限于，硅、鍺及硅鍺碳IV族合金和III-V族合金，例如砷化鎵、磷化銦、及其組合物，例如磷化銦鎵砷(InGaAsP)。其他材料的可得性擴大了可使用此檢測器的波長范圍，從約650奈米至至少約1500奈米。更明確地說，上述觀念可用來制造適用于波長遠大于1500奈米的檢測器。例如，必須使用此觀念來制造在10微米及更大，即，遠紅外線波長范圍下運作的檢測器。
也需了解到可使用除了上述方法的外的其他方法來制造該中間檢測器區(qū)域。上述方法涉及成長該層的一半、注入深層能階受體材料、然后成長該層的另一半?；蛘?，可以磊晶成長整個中間層，然后使用較高能量來將該深層能階材料更深地注入在該層內(nèi)?；蛘?，可以運用中間層的原位摻雜，在利用磊晶方法或物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)或其他已知沈積方法沉積該層時。
深層注入也不限于使用銦和鉈作為摻質(zhì)。其包含可產(chǎn)生深層能態(tài)的任何材料，例如元素、同位素、分子或化學錯合物。一般來說，深層能態(tài)是那些與導帶或價帶距離至少約100meV的能態(tài)；反的，淺層摻質(zhì)是那些會產(chǎn)生與能帶邊緣距離小于約20-40meV的能態(tài)者。能夠產(chǎn)生此種深層能階受體的其他元素或同位素可能包含鋅、鐵、錫、及硫磺，在此只提出一些。當然，可用來制造這些裝置的選擇范圍可能會被對該裝置的其他要求嚴格限制。例如，若預期該裝置能夠經(jīng)受隨后運用高溫的熱循環(huán)，例如1000℃，則選擇會比較少，因為這可能會排除擴散系數(shù)高的材料，以及熱穩(wěn)定性不足的材料。
當然，深層能態(tài)可以利用除了導入摻質(zhì)至該材料的外的其他方法來產(chǎn)生。例如，可借由在該材料中制造出結(jié)晶缺陷、借由制造出周期性多層結(jié)構(gòu)、或借由在該材料中制造微結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生。需了解的是，可在能帶中產(chǎn)生深層能態(tài)的任何機制都可被接受。
此外，可與深層摻質(zhì)一起使用二或多種共注入物或共摻質(zhì)來完成前述的一或多種有益目標。例如，碳和砷兩者皆可與銦連用?；蛘呱楹土卓膳c深層能階受體摻質(zhì)連用。可使用一種或多于兩種共摻質(zhì)，取決于預期的目標何在。當然，如同其他裝置經(jīng)驗所示，導入多種共摻質(zhì)通常是有利的，以將效能最佳化。
在所述的摻雜質(zhì)基底檢測器的實施例中，我們將焦點集中在一特定躍遷，即，電子從填充的深層能階受體態(tài)至導帶的躍遷。但是，至少有兩種潛在關(guān)注的其他躍遷。第一種是電子從價帶底部躍遷至中性受體。第二種是電子從價帶躍遷至一離子化供體位置。任何這些躍遷皆會產(chǎn)生對電子信號有貢獻的過量載體。可能傾向于利用操控該深層受體態(tài)的離子化程度來加強這些躍遷的一種或另一種。
一種操控此離子化程度的方法是利用共摻質(zhì)，如前所述般。若沒有共摻質(zhì)，大約一半的銦受體會是中性的，并且多于90％的鉈受體會是中性的。另一種操控受體離子化程度的方法會是使用P-N接面(在光二極管檢測器中)。在此情況中，差不多所有在P-N接面空乏區(qū)內(nèi)的受體皆會被離子化，而促進受體-導帶躍遷。
一種改良是將摻雜質(zhì)基底檢測器置于光共振器(optical resonator)中，以使波長可以被檢測到，這會在已知或更低光功率下提供更多吸收和光電流。例如，可借由使用兩個隔開在吸收器相反側(cè)的微鏡來制造凹腔，其距離會使光線透過建設(shè)性干涉而共振。這些微鏡可沿著波導由薄金屬、介電堆疊、或周期性圖案制成，如在布拉格光柵中一般。在這方面布拉格光柵有其特殊優(yōu)勢，其可被制成具有非常窄頻的波長，甚至比共振器帶寬還要窄。因此，若光線沒有被增強，它也不會被檢測到。
其他檢測器用的共振器可以利用近距離耦合至該是列波導的波導圈(waveguide ring)來制造，其也只會檢測共振波長的光線，并傳輸其他波長的光線。共振器的限制是必須要在所有溫度下都得夠穩(wěn)定，并且不會使反射回波導的光線量多到可導致與光源產(chǎn)生干涉的地步。上述兩共振器皆可利用良好的處理來達到此任務。
最后，我們注記在圖3中所示的結(jié)構(gòu)是經(jīng)連接成為一個兩端子檢測器。但是，在此所述的觀念可落實在具有三或更多端子的檢測器上。例如，若用在三端子雙極晶體管上，摻雜質(zhì)基底區(qū)域可能是該裝置的基極區(qū)。
還有其他實施例落在如下本申請權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1.一種制造一檢測器的方法，該方法包含在一基材中形成一溝渠，該基材具有一上表面；在該基材上以及該溝渠中形成一第一摻雜半導體層；在該第一摻雜半導體層上形成一第二半導體層，并延伸至該溝渠中，該第二半導體層的導電性比該第一摻雜半導體層的導電性小；在該第二半導體層上形成一第三摻雜半導體層，并延伸至該溝渠中；移除在一由該基材表面所界定的平面上方的該第一、第二和第三層的一部分，以產(chǎn)生一較高、大致平坦的表面，并暴露出位于該溝渠內(nèi)的該第一摻雜半導體層的上端；形成一連結(jié)至該第一摻雜層的第一電接觸；及形成連結(jié)至該第三半導體摻雜層的第二電接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在該基材上形成該第一摻雜半導體層的步驟包含沉積硅。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在該第一摻雜半導體層上形成該第二半導體層的步驟包含沉積硅鍺合金。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在該第二半導體層上形成該第三摻雜半導體層的步驟包含沉積硅。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于沉積該第一、第二和第三層的步驟包含磊晶沉積。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于移除的步驟包含利用化學機械研磨來進行移除。
7.一種制造一檢測器的方法。該方法包含在一基材中形成一溝渠，該基材具有一上表面；在該基材上以及該溝渠中形成一第一半導體層；在該第一摻雜半導體層上形成一第二半導體層，并延伸至該溝渠中；在該第二半導體層上形成一第三半導體層，并延伸至該溝渠中，其中該第二半導體層吸收波長為λ的光線，而該第一及第三半導體層傳送波長為λ的光線；移除在由該基材表面所界定的平面上方的沉積材料，借以形成一較高、大致平坦的表面，并暴露出位于該溝渠內(nèi)的該第一摻雜層的上端；形成一連結(jié)至該第一半導體摻雜層的第一電接觸；及形成一連結(jié)至該第三半導體摻雜層的第二電接觸。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該第一半導體層具有一位于價帶上方并以一第一能隙與其分離的導帶，該第二半導體層具有一位于價帶上方并以一第二能隙與其分離的導帶，而該第三半導體層具有在于一位于價帶上方并以一第三能隙與其分離的導帶，且其中形成該第二半導體層的步驟包含選擇一可供該第二半導體層使用的半導體材料，其中的第二能隙較該第一及第三能隙兩者為小。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該第二半導體層具有一位于價帶上方并以一能隙與其分離的導帶，且其中形成該第二半導體層的步驟包含導入可在導帶及價帶間的能隙中產(chǎn)生深層能態(tài)的摻質(zhì)。
10.一種檢測器，包含一具有上表面及一形成在其中的第一溝渠的基材；一與該第一溝渠的內(nèi)部輪廓相符合的第一半導體層，其具有在該第一溝渠內(nèi)界定出一第二溝渠的上表面，該第一半導體層具有一大致與該基材的上表面共平面的第一端；一與該第二溝渠的內(nèi)部輪廓相符合的第二半導體層，其并具有在該第二及第一溝渠內(nèi)界定出一第三溝渠的上表面；一第三半導體層，填充該第三溝渠并且具有大致與該基材的上表面共平面的上側(cè)面；一第一導電材料，在該第一端處構(gòu)成與該第一層的電接觸；以及一第二導電材料，在該第三層的上側(cè)面構(gòu)成與該第三層的電接觸。
11.如權(quán)利要求10所述的檢測器，其特征在于該第一半導體層是由經(jīng)摻雜的硅構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求11所述的檢測器，其特征在于該第三半導體層是由經(jīng)摻雜的硅構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的檢測器，其特征在于該第二半導體層是由硅鍺合金構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求10所述的檢測器，其特征在于該硅鍺合金具有一位于價帶上方并以一能隙與其分離的導帶，且其中該硅鍺合金含有一種可在該導帶和價帶間的能隙內(nèi)導入深層能態(tài)的雜質(zhì)。
15.如權(quán)利要求10所述的檢測器，其特征在于該第二半導體層吸收波長為λ的光線，而該第一及第三半導體層傳送波長為λ的光線。
16.如權(quán)利要求15所述的檢測器，其特征在于該第一半導體層具有一位于價帶上方并以一第一能隙與其分離的導帶，該第二半導體層具有一位于價帶上方并以一第二能隙與其分離的導帶，而該第三半導體層具有一位于價帶上方并以一第三能隙與其分離的導帶，且其中第二能隙較該第一及第三能隙兩者為小。
全文摘要
一種制造檢測器的方法，包含在一基材中形成一溝渠，該基材具有一上表面；在該基材上以及該溝渠中形成一第一摻雜半導體層；在該第一摻雜半導體層上形成一第二半導體層，并延伸至該溝渠中，該第二半導體層的導電性比該第一摻雜半導體層的導電性?。辉谠摰诙雽w層上形成一第三摻雜半導體層，并延伸至該溝渠中；移除由該基材表面所界定的平面上的該第一、第二和第三層部分，以產(chǎn)生一較高、大致平坦的表面，并暴露出位于該溝渠內(nèi)的該第一摻雜半導體層的上端；形成連結(jié)至該第一半導體摻雜層的第一電接觸；以及形成連結(jié)至該第三半導體摻雜層的第二電接觸。
文檔編號H01L21/46GK1856860SQ200480014554
公開日2006年11月1日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者弗朗西斯科·A·利昂, 斯蒂芬·莫法特, 勞倫斯·C·韋斯特, 和田優(yōu)一 申請人:應用材料股份有限公司