雪崩光电二极管和用于制造雪崩光电二极管的方法技术

一种半导体主体，包括第一导电类型的掩埋层(25)、第一导电类型的第一区(26)、在半导体主体(11)的第一表面(13)处的第二导电类型的浅区(27)、位于半导体主体(11)的第一表面(13)处的第一导电类型的沉降部(35)、以及环绕沉降部(35)和掩埋层(25)中至少之一的第一导电类型的分离区(60、60')。第一区(26)位于掩埋层(25)与浅区(27)之间。(25)与浅区(27)之间。(25)与浅区(27)之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】雪崩光电二极管和用于制造雪崩光电二极管的方法
[0001]半导体主体、雪崩光电二极管和用于制造半导体主体的方法
[0002]本公开内容涉及半导体主体、雪崩光电二极管和用于制造半导体主体的方法。
[0003]雪崩光电二极管可以被实现为单光子雪崩二极管，其可以缩写为SPAD并且也被称为“盖革模式(Geiger
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mode)雪崩光电二极管”。雪崩光电二极管包括半导体主体和叠层，该叠层具有用于电接触半导体主体的不同区的一个或多于一个隔离层和一个或多于一个金属化层。
[0004]半导体主体包括第一导电类型的第一区和布置在第一区处的第二导电类型的浅区。电压提供给浅区和第一区，使得在第一区与浅区之间生成空间电荷区。在第一区到浅区的边界处有雪崩倍增区。在雪崩倍增区吸收光子导致生成根据雪崩倍增效应倍增的电子。来自耗尽区的电子向雪崩倍增区漂移。然而，在耗尽区之外生成的电子也能够向耗尽区扩散。由于这种扩散是一个缓慢的过程，光脉冲与雪崩倍增之间的定时抖动会增加。
[0005]一个目的是提供能够提供具有减少的定时抖动的结构的半导体主体、雪崩光电二极管和用于制造半导体主体的方法。
[0006]这些目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了进一步的改进方案和实施例。
[0007]在一个实施例中，半导体主体包括第一导电类型的掩埋层、第一导电类型的第一区、在半导体主体的第一表面处的第二导电类型的浅区、位于半导体主体的第一表面处的第一导电类型的沉降部和第一导电类型的分离区。分离区环绕沉降部和掩埋层中的至少一者。第一区位于掩埋层与浅区之间。
[0008]有利地，分离区阻碍电子到达雪崩倍增区。雪崩倍增区位于浅区的边界处。因此，通过分离区减少了定时抖动。
[0009]第一导电类型与第二导电类型相反。第一导电类型可以是p型(第一导电类型的区和层是p掺杂的)。第二导电类型可以是n型(第二导电类型的区和层是n掺杂的)。
[0010]替代地，第一导电类型可以是n型(第一导电类型的区和层是n掺杂的)。第二导电类型可以是p型(第二导电类型的区和层是p掺杂的)。
[0011]词语“环绕”是指围绕或包围在半导体主体的平面内，例如在半导体主体的第一表面或平行于第一表面的另一平面处。在半导体主体的与第一表面不同的平面中，尤其是在第一表面下方，分离区围绕沉降部和掩埋层中的至少一者。
[0012]在一个实施例中，分离区的掺杂浓度低于沉降部和/或掩埋层的掺杂浓度。分离区与沉降部之间以及分离区与掩埋层之间存在掺杂浓度梯度。有利地，该梯度导致阻碍电子到达雪崩倍增区的电场。
[0013]在一个实施例中，半导体主体包括位于第一区与浅区之间的第一导电类型的增强区。增强区的掺杂浓度可以高于第一区的掺杂浓度。增强区的掺杂浓度低于掩埋层的掺杂浓度。增强区可以称为增强层。增强层调整击穿电压。通常较低的击穿电压会降低功耗。
[0014]在一个实施例中，半导体主体包括位于半导体主体的第一表面处的隔离区。隔离区在第一表面环绕沉降部。隔离区可以实现为浅沟槽隔离。有利地，隔离区将一个雪崩光电
二极管与相邻的雪崩光电二极管隔离开。
[0015]在一个实施例中，沉降部环绕第一区。有利地，第一区和增强区在每个边界处或几乎每个边界处都被沉降部、掩埋层和浅区包围。因此，第一区和增强区被晶体材料包围。有利地，在掩埋层和浅区的边界处避免了干扰和不期望的电荷携带的生成。沉降部的掺杂浓度高于第一区的最小掺杂浓度。
[0016]在一个实施例中，沉降部从半导体主体的第一表面延伸到掩埋层。有利地，掩埋层经由沉降部通过低电阻连接进行电连接。
[0017]在一个实施例中，沉降部在半导体主体的第一表面处具有第一掺杂浓度。该区可以通过沉降部的沉降部接触区来实现。沉降部在半导体主体的第一表面与掩埋层之间的区中具有第二掺杂浓度。第二掺杂浓度低于第一掺杂浓度且低于掩埋层的最大掺杂浓度。第二掺杂浓度可以高于第一区的最小掺杂浓度。
[0018]在一个实施例中，在掩埋层的制造期间，至少部分地使用阱邻近效应(缩写为WPE)来制造沉降部。上一段中描述的沉降部能够使用WPE来制造。有利地，离子注入步骤的数量能够保持较低。通过WPE制造的沉降部与使用掩模、离子注入步骤和退火步骤制造的沉降部不同。能够通过确定穿过沉降部的横截面的掺杂浓度来检测差异。
[0019]在一个实施例中，分离区环绕沉降部。
[0020]在一个实施例中，半导体主体包括深沟槽。深沟槽包括至少一个隔离层。有利地，深沟槽在相邻的雪崩光电二极管之间提供良好的隔离。
[0021]在一个实施例中，深沟槽环绕分离区。有利地，分离区位于沉降部与深沟槽之间。因此，能够阻止在深沟槽的隔离层与晶体之间的界面处生成的电子向雪崩倍增区漂移。
[0022]在一个实施例中，分离区环绕掩埋层。掩埋层可以称为掩埋区。
[0023]在一个实施例中，分离区位于沉降部与掩埋层之间。
[0024]沉降部可以使用WPE制造。
[0025]在一个实施例中，半导体主体包括位于半导体主体的第一表面处并环绕浅区的第二导电类型的保护环。保护环的掺杂浓度低于浅区的掺杂浓度。
[0026]在一个实施例中，半导体主体包括第一导电类型的屏蔽环。屏蔽环设置在保护环与掩埋层之间。屏蔽环的掺杂浓度低于掩埋层的掺杂浓度，并且可以高于第一区的最小掺杂浓度。屏蔽环可以通过WPE来制造。
[0027]在一个实施例中，半导体主体包括衬底。衬底可以在半导体主体的第二表面处。掩埋层设置于衬底与第一区之间。衬底可以具有第一导电类型。衬底的掺杂浓度低于掩埋层的掺杂浓度。
[0028]至少在第一区的某些区域处，第一区的掺杂浓度可以等于或近似等于衬底的掺杂浓度。
[0029]至少在分离区的某些区域处，分离区的掺杂浓度可以等于或近似等于衬底的掺杂浓度。
[0030]在一个实施例中，雪崩光电二极管包括半导体主体以及至少一个隔离层和至少一个金属化层的叠层。叠层位于半导体主体的第一表面处。雪崩光电二极管可以实现为单光子雪崩光电二极管，缩写为SPAD。雪崩光电二极管可以是背面照明(在这种情况下，光穿过掩埋层到达第一区)或正面照明(在这种情况下，光穿过叠层到达浅区)。
[0031]器件可包括雪崩光电二极管的阵列。该器件包括半导体主体和叠层。该器件可以包括像素的阵列。每个像素包括一个雪崩光电二极管。
[0032]飞行时间装置可以包括雪崩光电二极管。在这种应用中，低抖动是有利的。
[0033]雪崩光电二极管(例如SPAD)或雪崩光电二极管的阵列(例如多个SPAD)可以用于例如飞行时间测量、用于自适应光学的四象限SPAD检测器、量子密钥分布、单分子光谱学、单分子构象动力学、毛细管电泳的DNA分析、微芯片中的DNA片段分离、用于蛋白质微阵列分析的矩阵检测器、荧光相关光谱学、荧光寿命光谱学和/或荧光寿命成像。
[0034]在一个实施例中，一种用于制造半导体主体的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体主体，包括：
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第一导电类型的掩埋层(25)，
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第一导电类型的第一区(26)，
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在所述半导体主体(11)的第一表面(13)处的第二导电类型的浅区(27)，其中，所述第一区(26)在所述掩埋层(25)与所述浅区(27)之间，
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位于所述半导体主体(11)的第一表面(13)处的第一导电类型的沉降部(35)，以及
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环绕所述沉降部(35)和所述掩埋层(25)中至少之一的第一导电类型的分离区(60、60')。2.根据权利要求1所述的半导体主体，其中，所述分离区(60、60
’
)的掺杂浓度低于所述沉降部(35)和/或所述掩埋层(25)的掺杂浓度。3.根据权利要求1或2所述的半导体主体，其中，所述第一导电类型的分离区(60、60')环绕所述掩埋层(25)，并且其中，所述分离区(60、60')的掺杂浓度低于所述沉降部(35)和/或所述掩埋层(25)的掺杂浓度。4.根据权利要求1至3之一所述的半导体主体，包括位于所述第一区(26)与所述浅区(27)之间的第一导电类型的增强区(28)。5.根据权利要求1至4之一所述的半导体主体，包括隔离区(38)，所述隔离区尤其实现为浅沟槽隔离，其中，所述隔离区(38)位于所述半导体主体(11)的第一表面(13)处，并在所述半导体主体(11)的第一表面(13)处环绕所述沉降部(35)。6.根据权利要求1至5之一所述的半导体主体，其中，所述沉降部(35)环绕所述第一区(26)并从所述半导体主体(11)的第一表面(13)延伸到所述掩埋层(25)。7.根据权利要求1至6之一所述的半导体主体，其中，所述沉降部(35)在所述半导体主体(11)的第一表面(13)处具有第一掺杂浓度，其中，所述沉降部(35)在所述半导体主体(11)的第一表面(13)与所述掩埋层(25)之间的区中具有第二掺杂浓度，并且其中，所述第二掺杂浓度低于所述第一掺杂浓度并且低于所述掩埋层(25)的最大掺杂浓度。8.根据权利要求1至7之一所述的半导体主体，其中，所述沉降部(35)的掺杂浓度总是低于所述掩埋层(25)的最高掺杂浓度，并且所述沉降部(35)的横向尺寸随着距所述第一表面(13)的距离的增加而减小。9.根据权利要求1至8...

【专利技术属性】
技术研发人员：格奥尔格，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：