一种光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光电探测器及其制备方法，所述光电探测器包括半导体衬底、绝缘层和电极结构，所述半导体衬底上形成有第一电极；所述绝缘层覆盖所述半导体衬底的表面和第一电极层的表面，所述绝缘层具有沟槽，所述沟槽贯穿所述绝缘层并暴露出所述第一电极层；所述电极结构填充所述沟槽。本发明专利技术通过所述电极结构填充所述沟槽使得每个光电探测器中电极结构减小了高度落差，其有利于后续工艺操作。

A photoelectric detector and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种光电探测器及其制备方法
本专利技术涉及半导体制造领域，具体涉及一种光电探测器及其制备方法。
技术介绍
光电探测器是目前光电信息产业中重要的光电子元器件，常常被用于传感、探测和成像等领域。目前传统的光电探测器材料如Si，Ge和InGaAs等存在制备工艺复杂，成本高等缺点，研究人员已经开始利用量子点材料制备高性能的光电探测器，其性能可以超过目前市面上传统光电探测器一个数量级以上。量子点是一种新型纳米光电材料，由于其粒径尺寸为几到几十纳米，小于材料自身的波尔半径，所以电子在量子点内部运动时会受到三维尺寸上的限域效果，使得其具有了吸收光谱可以调节，更高的吸光系数等优点。同时量子点还可以用溶液法制备器件，大大简化了工艺要求和制备成本，未来应用前景广阔。目前制备的光电探测器，具有易于解决的可加工性、低成本制造、可调谐带隙和灵活性等优点，但是，现有工艺的不成熟，造成光电探测器的尺寸存在较大偏差，因此，光电探测器多停留在实验室阶段，难以实现大规模的器件制造。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光电探测器及其制备方法，以解决现有工艺存在的光电探测器的尺寸存在较大偏差的问题，使得光电探测器可以实现大规模的器件制造。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种光电探测器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一电极；绝缘层，所述绝缘层覆盖所述半导体衬底的表面和第一电极层的表面，所述绝缘层具有沟槽，所述沟槽贯穿所述绝缘层并暴露出所述第一电极层；以及电极结构，所述电极结构填充所述沟槽。可选的，所述半导体衬底包括基底，以及形成于所述基底上的初始绝缘层和金属互连层，所述金属互连层嵌设在所述初始绝缘层中，所述第一电极层电性连接所述金属互连层。可选的，所述绝缘层的厚度与所述电极结构的厚度相同。进步的，所述电极结构由下至上依次包括光敏材料层和第二电极层，所述光敏材料层和第二电极层依次覆盖所述沟槽的内壁。更一进步的，所述电极结构还包括第一传输层和/或第二传输层，所述第一传输层位于所述沟槽内壁和所述光敏材料层之间，所述第二传输层位于所述光敏材料层和第二电极层之间。更一进步的，当所述第一传输层为空穴传输层，和/或，所述第二传输层为电子传输层时，所述第一电极层为阳极层；当第一传输层为电子传输层，和/或，所述第二传输层为空穴传输层时，所述第一电极层为为阴极层。另一方面，本专利技术提供了一种光电探测器的制备方法，包括以下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一电极层；在所述半导体衬底上依次形成绝缘层和图形化的光刻胶层，图形化的所述光刻胶层在所述第一电极层上方具有开口，所述绝缘层覆盖了所述半导体衬底的表面及所述第一电极层的表面；以图形化的所述光刻胶层为掩模，刻蚀所述开口处的所述绝缘层，并暴露出所述第一电极层，以形成沟槽，并去除剩余的所述光刻胶层；在所述半导体衬底上形成电极结构，所述电极结构填充了所述沟槽，还覆盖了所述绝缘层的表面；以及通过研磨工艺去除所述绝缘层的表面上的电极结构，并保留所述沟槽中的电极结构，以形成光电探测器。可选的，在所述半导体衬底上依次形成绝缘层和图形化的光刻胶层，图形化的所述光刻胶层在所述第一电极层上方具有开口，所述绝缘层覆盖了所述半导体衬底的表面及所述第一电极层的表面包括：通过化学气相沉积或物理气相沉积等方法在所述半导体衬底上沉积所述绝缘层，所述绝缘层覆盖了所述半导体衬底表面及所述第一电极层的表面，其中，所述第一电极层包括至少一个第一电极；以及通过涂覆、曝光、显影等光刻工艺在所述绝缘层上形成图形化的光刻胶层，图形化的所述光刻胶层在所述第一电极层上方具有开口，且所述开口的开口形状与所述第一电极的形状相同，所述开口的开口面积与所述第一电极的面积相同。可选的，在所述半导体衬底上形成电极结构，所述电极结构填充了所述沟槽，还覆盖了所述绝缘层的表面，具体包括：通过旋涂、刮涂、喷涂、热蒸镀或者电子束蒸发方法，在所述半导体衬底上和沟槽内依次形成第一传输层、光敏材料层、第二传输层和第二电极层，形成电极结构。可选的，通过研磨工艺去除所述绝缘层的表面的电极结构，并保留所述沟槽中的电极结构，以形成光电探测器具体包括：通过化学机械研磨工艺去除所述绝缘层的表面的电极结构，并保留所述沟槽中的电极结构，以形成光电探测器。与现有技术相比存在以下有益效果：本专利技术提供的一种光电探测器及其制备方法，所述光电探测器包括半导体衬底、绝缘层和电极结构，所述半导体衬底上形成有第一电极；所述绝缘层覆盖所述半导体衬底的表面和第一电极层的表面，所述绝缘层具有沟槽，所述沟槽贯穿所述绝缘层并暴露出所述第一电极层；所述电极结构填充所述沟槽。本专利技术通过所述电极结构填充所述沟槽使得每个光电探测器中电极结构减小了高度落差，其便于后续工艺操作。所述光电探测器的制备方法包括以下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一电极层；在所述半导体衬底上依次形成绝缘层和图形化的光刻胶层，图形化的所述光刻胶层在所述第一电极层上方具有开口，所述绝缘层覆盖了所述半导体衬底的表面及所述第一电极层的表面；以图形化的所述光刻胶层为掩模，刻蚀所述开口处的所述绝缘层，并暴露出所述第一电极层，以形成沟槽，并去除剩余的所述光刻胶层；在所述半导体衬底上形成电极结构，所述电极结构填充了所述沟槽，还覆盖了所述绝缘层的表面；以及通过研磨工艺去除所述绝缘层的表面上的电极结构，并保留所述沟槽中的电极结构，以形成光电探测器。本专利技术通过在绝缘层上图形化的光刻胶层为惯用的材料匹配，该工艺成熟，同时通过研磨工艺替代了现有的干法刻蚀工艺，使得光电探测器可以实现大规模的器件制造。附图说明图1a-1c为一种光电探测器的制备方法各步骤中的结构示意图；图2为本专利技术一实施例的光电探测器的制备方法的流程示意图；图3a-3e为本专利技术一实施例的光电探测器的制备方法各步骤中的结构示意图。附图标记说明：图1a-1c中：10-硅衬底；11-绝缘层；12-金属互连层；13-阴极层；21-电子输送层；22-量子点层；23-空穴输送层；24-阳极层；30-光刻胶层；图3a-3e中：100-半导体衬底；110-基底；120-初始绝缘层；130-金属互连层；210-第一电极层；211-第一电极；300-绝缘层；310-光刻胶层；400-电极结构；410-第一传输层；420-光敏材料层；430-第二传输层；440-第二电极层；a-开口；b-沟槽。具体实施方式传统的光电探测器的制备方法包括以下步骤：步骤S11：请参阅图1a，提供一硅衬底10，所述硅衬底10上形成有绝缘层11、金属互连层12和阴极层13，所述金属互连层12嵌设在所述绝缘层11中，且所述阴极层13至少覆盖了所述金属互连层12；步骤S12：请参阅图1b，在所述硅衬底10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：/n半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一电极；/n绝缘层，所述绝缘层覆盖所述半导体衬底的表面和第一电极层的表面，所述绝缘层具有沟槽，所述沟槽贯穿所述绝缘层并暴露出所述第一电极层；以及/n电极结构，所述电极结构填充所述沟槽。/n

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一电极；
绝缘层，所述绝缘层覆盖所述半导体衬底的表面和第一电极层的表面，所述绝缘层具有沟槽，所述沟槽贯穿所述绝缘层并暴露出所述第一电极层；以及
电极结构，所述电极结构填充所述沟槽。


2.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述半导体衬底包括基底，以及形成于所述基底上的初始绝缘层和金属互连层，所述金属互连层嵌设在所述初始绝缘层中，所述第一电极层电性连接所述金属互连层。


3.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述绝缘层的厚度与所述电极结构的厚度相同。


4.如权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述电极结构由下至上依次包括光敏材料层和第二电极层，所述光敏材料层和第二电极层依次覆盖所述沟槽的内壁。


5.如权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述电极结构还包括第一传输层和/或第二传输层，所述第一传输层位于所述沟槽内壁和所述光敏材料层之间，所述第二传输层位于所述光敏材料层和第二电极层之间。


6.如权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，
当所述第一传输层为空穴传输层，和/或，所述第二传输层为电子传输层时，所述第一电极层为阳极层，所述第二电极层为阴极层；
当第一传输层为电子传输层，和/或，所述第二传输层为空穴传输层时，所述第一电极层为阴极层，所述第二电极层为阳极层。


7.一种光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一电极层；
在所述半导体衬底上依次形成绝缘层和图形化的光刻胶层，图形化的所述光刻胶层在所述第一电极层上方具有开口，所述绝缘层覆盖了所述半导体衬底的表面及所述第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：武青青，朱建军，胡少坚，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31