半导体装置和光电探测系统制造方法及图纸

本申请公开了一种半导体装置和光电探测系统，该半导体装置可以包括：外延层，其包括呈第一导电类型的第一部分和第二部分，并且在第一部分中的远离第二部分的一侧形成有呈与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第一掺杂区、第二掺杂区、以及呈第一导电类型的第三掺杂区，其中，第二掺杂区位于第一掺杂区与第三掺杂区之间，并且第二部分、第一掺杂区、第二掺杂区以及第三掺杂区的掺杂浓度均大于第一部分的掺杂浓度，并且通过第一掺杂区形成该半导体装置的输出端；钝化层，其位于第一部分的一侧上方，并且其内部形成有与第一掺杂区对应的反射区。通过利用本申请提供的技术方案，可以提高对波长较长的光子的探测效率。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置和光电探测系统
本申请涉及半导体
，特别涉及一种半导体装置和光电探测系统。
技术介绍
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。低通量光子探测技术是一种可探测较低光通量密度(例如，10-19～10-6W/mm2)的光信号的光子探测技术，其可应用于许多领域，例如，医学成像(特别是，正电子发射断层成像(PET))、国土安全、高能物理实验和其它成像等关键领域。在低通量光子探测
中，硅光电倍增器(SiliconPhotomultiplier,简称SiPM)由于具有较高的探测效率、卓越的单光子响应和分辨能力、体积小、易于集成、工作电压低、不受磁场干扰、可靠性好、成本低廉等诸多优点而在近年来受到很大关注。现有的硅光电倍增器的截面结构如图1所示，其主要包括：P型衬底或外延层，其上形成有深N阱(DNW)，在DNW中间形成有若干N阱(NWELL)，在NWELL上方形成有P+型掺杂区，各个P+型掺杂区通过浅沟槽隔离(STI)区间隔开，在DNW边缘处形成有NWELL以及N+型掺杂区；以及衬底电极，其由在P型衬底/外延层的外侧形成的P阱(PWELL)以及P+型掺杂区构成。在SiPM处于工作状态时，P+/NWELL结的反向偏置电压大于其击穿电压，从而形成耗尽区，当光子从上方入射时，主要在耗尽区吸收形成光生载流子，触发耗尽区中高电场区域发生雪崩击穿效应并被外部淬灭电阻淬灭，从而产生响应于单光子的电流脉冲信号。在实现本申请过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：现有硅光电倍增器中的PN结一般由靠近硅材料表面的高浓度P(或N)型掺杂区和位于其下方的较低掺杂的N(或P)阱构成，结深较浅，耗尽区宽度较窄，因此对波长较短的蓝紫光探测效率较高，但是对波长较长的光子(例如，红光及近红外光)的探测效率较低。
技术实现思路
本申请实施例的目的是提供一种半导体装置和光电探测系统，以提高对波长较长的光子的探测效率。为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种半导体装置，该半导体装置可以包括：外延层，其包括呈第一导电类型的第一部分和第二部分，并且在所述第一部分中的远离所述第二部分的一侧形成有呈与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第一掺杂区、第二掺杂区、以及呈所述第一导电类型的第三掺杂区，其中，所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区与所述第三掺杂区之间，并且所述第二部分、所述第一掺杂区、所述第二掺杂区以及所述第三掺杂区的掺杂浓度均大于所述第一部分的掺杂浓度，并且通过所述第一掺杂区形成所述半导体装置的输出端；钝化层，其位于所述第一部分的所述一侧上方，并且其内部形成有与所述第一掺杂区对应的反射区。可选地，所述半导体装置还包括：防护层，其设置在所述钝化层中的与所述外延层相对的一侧。可选地，所述第二部分通过在所述第一部分中的远离所述钝化层的一侧掺入第一掺杂材料来制备。可选地，所述第三掺杂区位于所述外延层的两侧边缘处。可选地，所述反射区内填充有金属材料或多层结构的介电材料。可选地，当所述半导体装置处于工作状态时，在所述第一掺杂区与所述外延层内的位于所述第一掺杂区下方的对应区域之间形成的第一PN结中的第一耗尽区和/或在所述第二掺杂区与所述外延层内的位于所述第二掺杂区下方的对应区域之间形成的第二PN结中的第二耗尽区至少覆盖所述外延层的一部分。可选地，所述第一耗尽区和所述第二耗尽区覆盖至所述第一部分的底部。可选地，在所述第一部分的所述一侧上还形成有隔离区，以将所述第一掺杂区、所述第二掺杂区以及所述第三掺杂区间隔开。可选地，每个所述隔离区与其侧面的所述第一掺杂区、所述第二掺杂区或所述第三掺杂区分离或耦接。可选地，在所述第一部分中在至少一个所述第一掺杂区和/或至少一个所述第二掺杂区的下方形成有呈所述第一导电类型的掩埋层，所述掩埋层的掺杂浓度大于所述第一部分的掺杂浓度且小于所述第二部分和所述第二掺杂区的掺杂浓度。可选地，每个所述掩埋层与对应的所述第一掺杂区分离或耦接。可选地，在所述第一部分内在所述第一掺杂区、所述第二掺杂区以及所述第三掺杂区中的至少一个掺杂区的外侧形成有对应的阱区，以将对应掺杂区的至少一部分包围在内，并且所述阱区的掺杂浓度低于所述对应掺杂区的掺杂浓度。可选地，所述外延层包括ⅣA族元素的单质或化合物半导体材料。可选地，所述单质或化合物半导体材料包括硅、锗或碳化硅。可选地，所述第一部分的厚度为1～10微米。本申请实施例还提供了一种光电探测系统，该光电探测系统可以包括上述半导体装置。由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例提供的半导体装置通过在外延层的第一部分中的远离第二部分的一侧形成呈第二导电类型的第一掺杂区、第二掺杂区以及呈第一导电类型的第三掺杂区，通过第一掺杂区形成该半导体装置的输出端并且第一掺杂区与第三掺杂区被第二掺杂区间隔开，这可以增大在该半导体装置处于工作状态时在第一掺杂区与外延层和衬底中的对应区域之间形成的第一PN结中的第一耗尽区的宽度，并且可以减小器件内部噪声对第一PN结的影响，从而可以提高对波长较长的光子的探测效率。另外，通过在钝化层中设置与第一掺杂区对应的反射区，这可以对穿过第一掺杂区的光线进行反射，从而进一步提高光子探测效率。附图说明为了更清楚地说明本申请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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术中的一种硅光电倍增器的结构示意图；图2是本申请的一实施例提供的半导体装置的结构示意图；图3是本申请的另一实施例提供的半导体装置的结构示意图；图4是本申请的另一实施例提供的半导体装置的结构示意图；图5是本申请的又一实施例提供的半导体装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是用于解释说明本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本申请的范围或权利要求书。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/耦接”至另一个元件，它可以是直接连接/耦接至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“连接/耦接”可以包括电气和/或机械物理连接/耦接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或元件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或元件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置包括：/n外延层，其包括呈第一导电类型的第一部分和第二部分，并且在所述第一部分中的远离所述第二部分的一侧形成有呈与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第一掺杂区、第二掺杂区、以及呈所述第一导电类型的第三掺杂区，其中，所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区与所述第三掺杂区之间，并且所述第二部分、所述第一掺杂区、所述第二掺杂区以及所述第三掺杂区的掺杂浓度均大于所述第一部分的掺杂浓度，并且通过所述第一掺杂区形成所述半导体装置的输出端；/n钝化层，其位于所述第一部分的所述一侧上方，并且其内部形成有与所述第一掺杂区对应的反射区。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置包括：
外延层，其包括呈第一导电类型的第一部分和第二部分，并且在所述第一部分中的远离所述第二部分的一侧形成有呈与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第一掺杂区、第二掺杂区、以及呈所述第一导电类型的第三掺杂区，其中，所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区与所述第三掺杂区之间，并且所述第二部分、所述第一掺杂区、所述第二掺杂区以及所述第三掺杂区的掺杂浓度均大于所述第一部分的掺杂浓度，并且通过所述第一掺杂区形成所述半导体装置的输出端；
钝化层，其位于所述第一部分的所述一侧上方，并且其内部形成有与所述第一掺杂区对应的反射区。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还包括：
防护层，其设置在所述钝化层中的与所述外延层相对的一侧。


3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述第二部分通过在所述第一部分中的远离所述钝化层的一侧掺入第一掺杂材料来制备。


4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述第三掺杂区位于所述外延层的两侧边缘处。


5.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述反射区内填充有金属材料或多层结构的介电材料。


6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，当所述半导体装置处于工作状态时，在所述第一掺杂区与所述外延层内的位于所述第一掺杂区下方的对应区域之间形成的第一PN结中的第一耗尽区和/或在所述第二掺杂区与所述外延层内的位于所述第二掺杂区下方的对应区域之间形成的第二PN结中的第二耗尽区至少覆盖所述外延层的一部分。


7.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玺，徐青，王麟，
申请(专利权)人：湖北京邦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42