用于制造具有低暗电流的基于锗的二极管阵列的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造包括基于锗的光电二极管阵列的光电器件(1)的方法，其包括以下步骤：制造由锗制成的半导体层(11、12)的堆叠；制造沟槽(13)；沉积由硅制成的钝化本征半导体层(30)；退火，针对每个光电二极管(2)确保钝化半导体层(30)的硅和半导体部分(20)的锗的互扩散，由此形成半导体部分(20)的由硅锗制成的外围区(24)。

A method for fabricating germanium based diode arrays with low dark current

【技术实现步骤摘要】
用于制造具有低暗电流的基于锗的二极管阵列的方法
本专利技术的领域是由锗制成的光电二极管的领域。本专利技术尤其地适用于检测属于短波长红外范围的光辐射的领域。
技术介绍
基于锗的光电二极管适合于检测短波长红外(SWIR)中的光辐射。当需要检测光谱特征位于SWIR范围内的化学元素的存在时，所述光电二极管的使用是尤其有利的。这些物质因此可以是水、脂质、生物组织中存在的化学元素等。所述光电二极管还用在电信领域以及数据通信领域。基于锗的光电二极管通常具有台面结构，其中二极管由半导体层的堆叠制成，所述半导体层的堆叠包括置于生长衬底上的p掺杂下层、本征中间层、以及n掺杂上层。光电二极管之间的像素化通过局部蚀刻来获得，以使每个光电二极管的侧边缘然后能够由半导体层中的每个限定。n掺杂层的上表面和侧边缘然后用由例如氧化硅的介电材料制成的钝化层涂覆。因为台面型的结构，介电钝化层三维地而不是基本上平面地延伸，以覆盖光电二极管。填充因子大于台面光电二极管的情况的、具有小间距的光电二极管阵列是一直需要的，填充因子定义为检测表面积与光电二极管总表面积之比。确保光电二极管的上表面和侧边缘的良好钝化然后是重要的，致使暗电流的表面分量然后能够是显著的。然而，介电钝化层似乎可以存在，但是一切都有助于生成相当大的暗电流。在这方面，Sood等人的文章“CharacterizationofSiGe-DetectorArraysforVisible-NIRImagingSensorApplications,SPIEProc.,第8012卷,801240,2011”描述了一种用于制造可以限制暗电流的光电二极管的方法。暗电流与位于光电二极管的半导体材料中的在与介电钝化层的界面处的耗尽区的存在有关。所述制造方法然后包括在N2H2下对光电二极管进行退火的步骤，所述步骤可以将该耗尽区转换成空穴累积区。该步骤似乎可以减小暗电流的强度。然而，旨在将耗尽区改变成累积区的该退火步骤可以导致光电二极管性能的下降，尤其是由于不期望的n掺杂层的尺寸的修改，致使n型掺杂元素在锗(例如，磷)中的扩散系数可以是相当大的。此外，耗尽区的存在和特性可以与用于沉积介电钝化层的技术以及操作条件相关。结果，所讨论的退火可能不可再现地获得期望的累积区并因此无法获得期望的暗电流的减小。
技术实现思路
本专利技术的目的是至少部分克服现有技术的缺点，并且更具体地提出一种用于制造基于锗的平面光电二极管阵列的方法，所述阵列因此具有高填充因子并可以获得低的暗电流，同时保持光电二极管的特性，尤其是n掺杂区域的尺寸。为此，本专利技术的一个主题是一种用于制造包括由锗制成的平面光电二极管阵列的光电器件的方法，包括以下步骤：i)制造由锗制成的半导体层的堆叠，所述堆叠具有彼此相对并且平行于光电二极管的主平面的第一表面和第二表面，并且包括：ο限定第一表面的p掺杂第一层，ο覆盖第一层并限定第二表面的第二层，ii)制造沟槽，所述沟槽从第二表面朝向第一表面延伸穿过所述堆叠，针对每个光电二极管限定所述堆叠的半导体部分；iii)沉积由硅制成、覆盖第二表面并填充沟槽的钝化本征半导体层；iv)退火，针对每个光电二极管确保钝化半导体层的硅和半导体部分的锗的互扩散，由此形成半导体部分的由硅锗制成并且与钝化半导体层接触的所谓的外围区。以下是该制造方法的某些优选但非限制性方面。所述方法可以在互扩散退火步骤之后包括：对于每个光电二极管经由以下子步骤制造半导体部分的所谓n掺杂的上部区域的步骤，所述上部区域与第二表面齐平并且与半导体部分的将第一表面和第二表面相互连接的侧边缘相距一距离：-在钝化半导体层的所谓的中心部分进行n型掺杂元素的局部离子注入，-退火，确保n型掺杂元素从中心部分扩散到半导体部分，由此形成n掺杂的上部区域。所述方法可以包括通过p型掺杂元素的局部离子注入来掺杂钝化半导体层的位于沟槽中的所谓的侧向部分，由此针对每个光电二极管形成p型掺杂的侧向部分的步骤，以及随后的确保p型掺杂元素从侧向部分扩散到半导体部分，由此在每个半导体部分中形成与半导体部分的侧边缘齐平的p掺杂侧向区域的退火步骤。p型掺杂元素的扩散退火步骤在n型掺杂元素的扩散退火步骤之前或期间执行。所述方法可以包括制造电互连层的步骤，包括：-沉积由介电材料制成的覆盖钝化半导体层的上绝缘层，然后-穿过上绝缘层形成导电部分，针对每个光电二极管，所述导电部分一方面与钝化半导体层的位于沟槽中的所谓p掺杂的侧向部分接触，另一方面与钝化半导体层的所谓的n掺杂的中心部分接触，所述n掺杂的中心部分位于第二表面上并且与半导体部分的所谓的n掺杂的上部区域接触。本专利技术还涉及一种包括由锗制成的平面光电二极管阵列的光电器件，所述光电二极管具有彼此相对并且平行于光电二极管主平面的第一表面和第二表面，每个光电二极管包括：ο半导体部分，包括：·与第一表面齐平的所谓的p掺杂的下部第一区域，·与第二表面齐平的所谓的n掺杂的上部第二区域，·位于第一和第二区域之间并在主平面中围绕第二区域的中间区域，ο沟槽，其从第二表面朝向第一表面延伸，并且限定半导体部分的将第一表面和第二表面连接的侧边缘；ο钝化半导体层，其由硅制成，覆盖第二表面并填充沟槽；ο由硅锗制成的所谓的外围区，其位于半导体部分中，在第二表面和侧边缘处与钝化半导体层接触。所述钝化半导体层可以包括与第二表面接触延伸的所谓的上部分和填充沟槽并与侧边缘接触延伸的所谓的侧向部分，所述上部分包括与n掺杂的第二区域接触的所谓的n掺杂的中心部分和在主平面中围绕中心部分的所谓的外围部分。侧向部分可以是p掺杂的，并且与p掺杂的第一区域接触。每个半导体部分可以包括与p掺杂的侧向部分接触的p掺杂的侧向区域。所述光电器件可以包括适合于偏置光电二极管的控制芯片，所述控制芯片被组装并电连接到光电二极管阵列的第二表面。附图说明通过阅读以下对本专利技术的优选实施例的详细描述，本专利技术的其他方面、目的、优点以及特征将变得显而易见，该描述以非限制性示例的方式并参考附图提供，其中：图1是根据一个实施例的平面光电二极管阵列的光电二极管的示意性局部横截面图。图2A至2L示意性并局部地示出了根据图1中所示的实施例的用于制造光电二极管阵列的方法的各个步骤。具体实施方式在附图和说明书的其余部分中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。此外，各种元件没有按比例表示，以增强附图的清晰度。此外，各种实施例和变型不是互相排斥的并且可以彼此组合。除非另有说明，否则术语“基本上”，“大约”和“约”是指在10％以内，优选在5％以内。本专利技术总体上涉及一种用于制造包括由锗制成的光电二极管阵列的光电器件的方法。因此，每个光电二极管适合于检测对应于从大约0.8μm延伸到1.7μm、甚至大约2.5μm的光谱范围的短波长红外(SWIR)光辐射。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造包括由锗制成的平面光电二极管(2)阵列的光电器件(1)的方法，包括以下步骤：/ni)制造由锗制成的半导体层(11、12)的堆叠，所述堆叠具有彼此相对并且平行于光电二极管(2)的主平面的第一表面(10a)和第二表面(10b)，并且包括：/no限定第一表面(10a)的p掺杂的第一层(11)，/no覆盖第一层(11)并限定第二表面(10b)的第二层(12)，/nii)制造沟槽(13)，所述沟槽从第二表面(10b)朝向第一表面(10a)延伸穿过所述堆叠，针对每个光电二极管(2)限定所述堆叠的半导体部分(20)；/niii)沉积由硅制成、覆盖第二表面(10b)并填充沟槽(13)的钝化本征半导体层(30)；/niv)退火，针对每个光电二极管(2)确保钝化半导体层(30)的硅和半导体部分(20)的锗的互扩散，由此形成半导体部分(20)的由硅锗制成并且与钝化半导体层(30)接触的外围区(24)。/n

【技术特征摘要】
20181130 FR 18721061.一种用于制造包括由锗制成的平面光电二极管(2)阵列的光电器件(1)的方法，包括以下步骤：
i)制造由锗制成的半导体层(11、12)的堆叠，所述堆叠具有彼此相对并且平行于光电二极管(2)的主平面的第一表面(10a)和第二表面(10b)，并且包括：
o限定第一表面(10a)的p掺杂的第一层(11)，
o覆盖第一层(11)并限定第二表面(10b)的第二层(12)，
ii)制造沟槽(13)，所述沟槽从第二表面(10b)朝向第一表面(10a)延伸穿过所述堆叠，针对每个光电二极管(2)限定所述堆叠的半导体部分(20)；
iii)沉积由硅制成、覆盖第二表面(10b)并填充沟槽(13)的钝化本征半导体层(30)；
iv)退火，针对每个光电二极管(2)确保钝化半导体层(30)的硅和半导体部分(20)的锗的互扩散，由此形成半导体部分(20)的由硅锗制成并且与钝化半导体层(30)接触的外围区(24)。


2.根据权利要求1的方法，在互扩散退火步骤之后包括，对于每个光电二极管(2)经由以下子步骤制造半导体部分(20)的n掺杂的上部区域(22)的步骤，所述上部区域(22)与第二表面(10b)齐平并且与半导体部分(20)的将第一表面(10a)和第二表面(10b)相互连接的侧边缘(20c)相距一距离：
o在钝化半导体层(30)的中心部分(32.1)中进行n型掺杂元素的局部离子注入，
o退火，确保n型掺杂元素从中心部分(32.1)扩散到半导体部分(20)，由此形成n掺杂的上部区域(22)。


3.根据权利要求1所述的方法，包括通过p型掺杂元素的局部离子注入来掺杂钝化半导体层(30)的位于沟槽(13)中的所谓侧向部分(31)，由此针对每个光电二极管(2)形成p掺杂的侧向部分(31)的步骤，以及随后的确保p型掺杂元素从侧向部分(31)扩散到半导体部分(20)，由此在每个半导体部分(20)中形成与半导体部分(20)的侧边缘(20c)齐平的p掺杂侧向区域(25)的退火步骤。


4.根据权利要求2和3所述的方法，其中，所述p型掺杂元素的扩散退火步骤在n型掺杂元素的扩散退火步骤之前或期间执行。


5.根据权利要求1所述的方法，包括制造电互连层的步骤，包括：
-沉积由介电材料制成的覆盖钝...

【专利技术属性】
技术研发人员：让路易斯·乌夫里耶比费，阿卜杜卡迪尔·阿利亚内，让米歇尔·哈特曼，朱莉·维迪耶，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR