近红外光电检测器半导体器件制造技术

近红外光电检测器半导体器件包括具有主表面(10)的第一类型电导性的半导体层(1)、在半导体层中的主表面处的沟槽或多个沟槽(2)、在沟槽或多个沟槽中的SiGe合金层(3)、以及在沟槽或多个沟槽中的第二类型电导性的导电填充材料，其中，第二类型电导性与第一类型电导性相反。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】近红外光电检测器半导体器件本公开应用于集成的近红外光电检测器半导体器件的领域。用于近红外(NIR)波长的半导体光电检测器器件可被应用于例如光学通信、计量、成像和光谱学，并且可以包括硅(Si)、锗(Ge)和SiGe合金。考虑到系统性能和小尺寸，需要光学和电子部件的单片集成。本专利技术的目的是提供一种用于近红外应用的单片集成的光学检测器半导体器件。这个目的由根据权利要求1的近红外光电检测器半导体器件实现。实施例源于从属权利要求。除非另有说明，如上所述的定义也应用于以下描述。术语“沟槽”将用于表示任意形状的任何合适的开口或凹槽，其能够蚀刻到半导体层中。近红外光电检测器半导体器件包括具有主表面的第一类型电导性的半导体层、在半导体层中的主表面处的沟槽或多个沟槽、在沟槽或多个沟槽中的SiGe合金层、以及在沟槽或多个沟槽中的第二类型电导性的导电填充材料，第二类型电导性与第一类型电导性相反。例如，第一类型电导性可以是n型电导性，并且第二类型电导性可以是p型电导性，反之亦然。在近红外光电检测器半导体器件的实施例中，SiGe合金层掺杂为第二类型电导性，并且填充材料包括SiGe合金层的一部分。SiGe合金层可以填充沟槽或多个沟槽。另外的实施例包括在沟槽或多个沟槽中的硅层。硅层尤其可以包括多晶硅。SiGe合金层和硅层可以填充沟槽或多个沟槽。在另外的实施例中，硅层掺杂为第二类型电导性，并且填充材料包括硅层的一部分。在这种情况下，SiGe合金层可以是未掺杂的或本征掺杂的。在另外的实施例中，SiGe合金层掺杂为第二类型电导性，硅层是未掺杂的或本征掺杂的，并且填充材料包括SiGe合金层的一部分。另外的实施例包括在半导体层中的主表面处的第一类型电导性的接触区，其中，接触区与沟槽或多个沟槽相距一定距离。导电接触连接件与填充材料导电地连接，并且另外的导电接触连接件与接触区导电地连接。在另外的实施例中，沟槽或多个沟槽中的至少一个沟槽具有光滑的或带凹槽的侧壁。在另外的实施例中，第一类型电导性的半导体层是硅，并且SiGe合金层在硅上外延生长。SiGe合金层的有差别的或选择性的外延使得能够在SiGe合金层的沉积期间改变和调整锗含量。在沟槽或多个沟槽中的SiGe合金层的布置增加了吸收长度，并因此提高了光电检测器半导体器件在红光和近红外光的光谱范围中的光敏度。以下是结合附图对光电检测器半导体器件的示例的更详细的描述。图1是包括具有光滑的侧壁的沟槽的光电检测器半导体器件的横截面。图2是包括具有光滑的侧壁的沟槽的另外的光电检测器半导体器件的横截面。图3是沟槽的布置的俯视图。图4是沟槽的另外的布置的俯视图。图5是包括具有带凹槽的侧壁的沟槽的光电检测器半导体器件的横截面。图6是包括具有带凹槽的侧壁的沟槽的另外的光电检测器半导体器件的横截面。图7是示出相对锗含量x随硅表面之上的水平h变化的示例的图。图1是光电检测器半导体器件的横截面。在半导体层1的主表面10处形成至少一个沟槽2，该半导体层尤其可以是硅。半导体层1具有第一类型电导性。沟槽的数量是任意的；图1通过示例示出多个三个沟槽2。SiGe合金层3布置在每个沟槽2中和主表面10上。如果半导体层1是硅，则SiGe合金层3能够在硅上外延生长。SiGe合金层3包括硅和锗，并且它还可以包括例如像碳一样的可选添加剂。沟槽2的形状能够适应于外延生长。沟槽2的侧壁能够相对于主表面10垂直或倾斜。侧壁能够如图1所示是光滑的，或是粗糙的。沟槽2的底部区域能够是平坦的或弯曲的。SiGe合金层3具有与第一类型电导性相反的第二类型电导性。第一类型电导性可以是n型电导性，并且第二类型电导性可以是p型电导性，反之亦然。如图1所示，SiGe合金层3可以完全填充沟槽2。在这种情况下，大量的SiGe合金层3增强了近红外光的吸收。第一类型电导性的接触区4可以布置在半导体层1的主表面10处，并且与沟槽2相距一定距离。接触区4包括高于半导体层1的掺杂浓度的掺杂浓度，以便允许欧姆接触的形成。包括导电材料的接触连接件6布置成接触SiGe合金层3，并且包括导电材料的另外的接触连接件8布置成接触区4。例如，接触连接件6、8可以由金属间电介质中的插头形成，并且可以将SiGe合金层3和接触区4与布线的金属层中的导体轨7、9连接。任意的布线的细节没有在图1中示出。图2是另外的光电检测器半导体器件的横截面。与根据图1的光电检测器半导体器件的元件对应的根据图2的光电检测器半导体器件的元件，用相同的附图标记表示。根据图2的光电检测器半导体器件包括沟槽2中的硅层5。硅层5尤其可以包括多晶硅。SiGe合金层3和硅层5可以完全填充沟槽2。如图2所示，硅层5也可以涂覆在主表面10之上的SiGe合金层3上。如果将SiGe合金层3掺杂为第二类型电导性，则硅层5可以是未掺杂的或本征掺杂的。在这种情况下，接触连接件6以这种方式布置为使得其接触SiGe合金层3。由于硅的折射率低于SiGe的折射率，因此光在硅层5与SiGe合金层3之间的边缘处的全反射产生了更长的光路和增强的光吸收。硅层5可以掺杂为第二类型电导性，尤其是在其沉积期间原位掺杂。如果硅层5掺杂为第二类型电导性，则SiGe合金层3可以是未掺杂的或本征掺杂的。在这种情况下，接触连接件6以这种方式布置为使得其接触硅层5。如果SiGe合金层3是未掺杂的，则空间电荷区延伸到布置在沟槽2内的SiGe合金层3的整个部分，并且这导致更好的载流子收集效率。图3是作为示例的沟槽2的布置的俯视图，其中，沟槽2是圆柱形的。为了便于与图1所示的横截面进行比较，在图3中示出了SiGe合金层3和导体轨7。图4是作为示例的沟槽2的另外的布置的俯视图，其中，沟槽2具有纵向延伸并且彼此平行。沟槽2的形状和布置不限于这些示例，而是可以根据各个要求变化。更长的光路能够由包括带凹槽的或波纹状的侧壁的沟槽2实现。沟槽2能够蚀刻到半导体层1中，并且蚀刻工艺能够以其产生侧壁的带凹槽的或波纹状的表面的方式进行。这种蚀刻工艺本身在半导体技术中是已知的，并且不需要在此描述。图5是包括具有带凹槽的侧壁的沟槽2的光电检测器半导体器件的横截面。与根据图1的光电检测器半导体器件的元件对应的根据图5的光电检测器半导体器件的元件，用相同的附图标记表示。侧壁的形状在根据图1和5的器件之间产生差异。图6是包括具有带凹槽的侧壁的沟槽2的另外的光电检测器半导体器件的横截面。与根据图2的光电检测器半导体器件的元件对应的根据图6的光电检测器半导体器件的元件，用相同的附图标记表示。侧壁的形状在根据图2和6的器件之间产生差异。图7是示出在SiGe合金层3中的Si1-xGex合金的相对锗含量x随着生长SiGe合金的表面之上的水平h变化的一些示例的图表。如图的右侧所示，Si1-xGex合金尤其可以在硅表面上外延生长。合金Si1-xGex的相对锗含量x能够在SiGe合金层3的沉积期间改变，使得SiGe合金层3的性能能够适应于各个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近红外光电检测器半导体器件，包括：/n具有主表面(10)的第一类型电导性的半导体层(1)，/n在所述半导体层(1)中的主表面(10)处的沟槽或多个沟槽(2)，/n在所述沟槽或所述多个沟槽(2)中的SiGe合金层(3)，以及/n在所述沟槽或所述多个沟槽(2)中的第二类型电导性的导电填充材料(3、5)，其中，所述第二类型电导性与所述第一类型电导性相反。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171124 EP 17203572.71.一种近红外光电检测器半导体器件，包括：
具有主表面(10)的第一类型电导性的半导体层(1)，
在所述半导体层(1)中的主表面(10)处的沟槽或多个沟槽(2)，
在所述沟槽或所述多个沟槽(2)中的SiGe合金层(3)，以及
在所述沟槽或所述多个沟槽(2)中的第二类型电导性的导电填充材料(3、5)，其中，所述第二类型电导性与所述第一类型电导性相反。


2.根据权利要求1所述的近红外光电检测器半导体器件，还包括：
在所述沟槽或所述多个沟槽(2)中的硅层(5)。


3.根据权利要求2所述的近红外光电检测器半导体器件，其中，所述硅层(5)掺杂为所述第二类型电导性，并且所述填充材料包括所述硅层(5)的一部分。


4.根据权利要求3所述的近红外光电检测器半导体器件，其中，所述SiGe合金层(3)是未掺杂的或本征掺杂的。


5.根据权利要求2所述的近红外光电检测器半导体器件，其中，所述SiGe合金层(3)掺杂为所述第二类型电导性，所述硅层(5)是未掺杂的或本征掺杂的，并且所述填充材料包括所述SiGe合金层(3)的一部分。


6.根据权利要求2至5之一所述的近红外光电检测器半导体器件，其中，所述硅层(5)包括多晶硅。


7.根据权利要求2至6之一所述的近红外光电检测器半导体器件，其中，所述SiGe合金层(3)和所述硅层(5)填充所述沟槽或所述多个沟槽(2)。


8.根据权利要求1至3之一所述的近红外光电检测器半导体器件，其中，所述SiGe合金层(3)掺杂为所述第二类型电导性，并且所述填充材料包括所述SiGe合金层(3)的一部分。

【专利技术属性】
技术研发人员：英格丽·约纳克奥尔，杰拉尔德·迈因哈特，伯恩哈德·勒夫勒，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT