包括铁电外围部分的钝化光电二极管制造技术

本发明专利技术涉及一种光电二极管，包括：具有掺杂的第一区域(11)、掺杂的第二区域(12)和中间区域(13)的检测部分(10)；介电层(30)；以及半导体外围部分(25)。光电二极管还包括铁电外围部分(26.1)，其位于中间层(13)与介电层(30)之间并与中间层和介电层接触，并且位于第一区域(11)与半导体外围部分(25)之间并在主平面中围绕第一区域(11)。围绕第一区域(11)。围绕第一区域(11)。

【技术实现步骤摘要】
包括铁电外围部分的钝化光电二极管


[0001]本专利技术的领域是被介电钝化层钝化的光电二极管领域。本专利技术尤其应用于对属于例如近红外的光辐射进行检测的领域，一个或多个光电二极管则能够基于锗。

技术介绍

[0002]光电检测器件可以包括钝化光电二极管阵列。光电二极管则是在彼此平行的第一和第二相对表面之间的同一个主平面中延伸。然后，它们每个都具有掺杂(例如n掺杂)的第一区域，并且第一区域与第一表面齐平，以及掺杂的第二区域(例如p掺杂)，并且第二区域与第二表面齐平。两个掺杂区域则通过本征中间区域或极轻微掺杂(例如p掺杂)的区域彼此分隔。由介电材料制成的钝化层覆盖第一表面，以限制暗电流对每个光电二极管测量的电流的影响。
[0003]然而，看起来介电钝化层的存在仍然可能有助于生成不可忽略的暗电流。由此，Sood等人在名为“Characterization of SiGe
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Detector Arrays for Visible
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NIR Imaging Sensor Applications”(国际光学工程学会会议记录VOL.8012,801240,2011)的文章描述了一种用于制造钝化光电二极管以限制暗电流的方法。暗电流与位于光电二极管半导体材料中与介电钝化层的界面处的耗尽区的存在有关。该制造方法则包括了在N2H2下对光电二极管进行退火的步骤，使得可以将该耗尽区转换成空穴累积区。该步骤可以降低暗电流的强度。
[0004]然而，该退火步骤用于将耗尽区改变为累积区，这看起来可能会使光电二极管的性能劣化，尤其是由于对n掺杂的第一区域的尺寸进行了不希望的更改，特别是当n型掺杂元素的横向扩散很重要时。此外，耗尽区的存在和特性可能与用于沉积介电钝化层的技术以及操作条件有关。因此，所讨论的退火则可能会无法可重复地获得期望的累积区，并且因此无法获得期望的暗电流的减小。
[0005]另外，文献EP3657556A1描述了基于锗的钝化光电二极管的一个示例，其包括p掺杂的外围区域，该外围区域围绕n+掺杂阱并且与由介电钝化层覆盖的锗面齐平。该外围区域尤其可以通过限制暗电流的表面分量来减小暗电流。
[0006]还已知文献EP3660930A1，其描述了基于锗的钝化光电二极管的另一个示例。该钝化层不是由介电材料制成的，而是基于硅的。进行退火以引起来自钝化层的硅和检测层的锗的相互扩散。由此，n+掺杂阱被基于SiGe的外围区域围绕，该外围区域形成允许限制暗电流的表面分量的“带隙开口”。
[0007]然而，存在提供可以减小钝化光电二极管中的暗电流、尤其是其表面分量的其它解决方案的需求。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于至少部分地弥补现有技术的缺陷，更具体地，在于提供一种钝化光电二极管，使其可以实现低暗电流、尤其是其表面分量。
[0009]为了该目的，本专利技术的主题是一种光电二极管，其具有彼此相对且平行于主平面的第一表面(10a)和第二表面，其包括：
[0010]‑
由半导体材料制成的检测部分，其包括：
[0011]o掺杂有第一导电类型并与第一表面齐平的第一区域，并且该第一区域用于进行电偏置；
[0012]o掺杂有与第一类型相反的第二导电类型并与第二表面齐平的第二区域；
[0013]o位于第一区域与第二区域之间的中间区域；
[0014]‑
覆盖第一表面上的检测部分并与第一区域接触的介电层；
[0015]‑
由掺杂有第二导电类型的半导体材料制成的半导体外围部分，该半导体外围部分用于进行电偏置，并在主平面中围绕检测部分且与第二区域接触外围。
[0016]根据本专利技术，该光电二极管还包括由铁电材料制成的铁电外围部分，该铁电外围部分位于中间区域与介电层之间并与它们接触，并且位于第一区域与半导体外围部分之间并在主平面中围绕第一区域。
[0017]该光电二极管的一些优选但非限制性方面如下。
[0018]铁电外围部分可以在一侧与第一区域横向接触，并在另一侧与半导体外围部分接触。
[0019]检测部分可以具有在主平面中限定被铁电外围部分围绕的凸出部分的外围凹入(外围凹部)。
[0020]检测部分可以是基于锗的，并且外围半导体部分可以是基于硅的。
[0021]铁电外围部分可以是基于选自PZT、PLZT、BT、PT、PLT、PVDF和选自HfO2、ZnO和AlN的材料的。
[0022]介电层可以被与第一区域接触的中央金属化部和与半导体外围部分接触的横向金属化部穿过。
[0023]光电二极管可以包括在介电层之上延伸并与横向金属化部接触的外围电极，其围绕第一区域并与铁电外围部分竖直对齐。
[0024]本专利技术还涉及一种光电二极管阵列，其包括多个根据前述特征中任一项所述的光电二极管，其中，与第二区域相对的第一区域的上表面是共面的，并且第二表面是共面的。
[0025]本专利技术还涉及一种光电器件，其包括根据前述特征中任一项所述的光电二极管阵列和控制芯片，该控制芯片与光电二极管阵列混合，且被设计为对光电二极管进行反向偏置。
[0026]本专利技术还涉及一种用于生成根据前述特征中任一项所述的光电二极管的方法，其包括以下步骤：
[0027]‑
生成包括覆盖有第二子层的第一子层的堆叠，该第一子层掺杂有第二导电类型并用于形成第二区域，该第二子层用于形成中间区域；
[0028]‑
在第二子层上沉积上绝缘层；
[0029]‑
生成穿过上绝缘层和第二子层延伸直至达到第一子层的半导体外围部分；
[0030]‑
通过围绕上绝缘层的中央部分的外围开口，在第二子层中生成外围凹入(即外围凹部)；
[0031]‑
生成填充外围凹入的铁电外围部分；
[0032]‑
去除中央部分；
[0033]‑
在第二子层中生成第一区域；
[0034]‑
在铁电外围部分和第一区域上并与之接触地沉积介电层。
[0035]该方法可以包括用于对铁电外围部分的材料进行结晶退火的步骤，进一步确保掺杂元素从半导体外围部分到检测部分中的扩散，由此在检测部分中形成掺杂有第二导电类型的横向区域。
[0036]检测部分可以是基于锗的，外围半导体部分可以是基于硅的。结晶退火可以进一步确保硅从半导体外围部分到检测部分的扩散，由此形成基于硅
‑
锗的横向区域。
[0037]生成第一区域的步骤可以包括通过中央部分将掺杂元素植入到第二子层中。
[0038]植入深度可以小于与由外围凹入限定的第二子层的凸出部分横向接触的铁电外围部分的厚度。该方法可以包括用于激活掺杂元素的退火，铁电外围部分横向阻挡所述掺杂元素在该退火期间的扩散。
附图说明
[0039]阅读以下作为非限制性示例并参照附图给出的对本专利技术的优选实施例的详细说明，本专利技术的其它方面、目的、优点和特征将变得更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电二极管(1)，具有彼此相对并平行于主平面的第一表面(10a)和第二表面(10b)，包括：o由半导体材料制成的检测部分(10)，其包括：
·
掺杂有第一导电类型并与所述第一表面(10a)齐平的的第一区域(11)，所述第一区域用于进行电偏置；
·
掺杂有与所述第一类型相反的第二导电类型并与所述第二表面(10b)齐平的第二区域(12)；
·
位于所述第一区域(11)与所述第二区域(12)之间的中间区域(13)；o在所述第一表面(10a)上覆盖所述检测部分(10)并与所述第一区域(11)接触的介电层(30)；o由掺杂有所述第二导电类型的半导体材料制成并用于进行电偏置的半导体外围部分(25)，所述半导体外围部分在所述主平面中围绕所述检测部分(10)并与所述第二区域(12)接触外围；o由铁电材料制成的铁电外围部分(26.1)，其中，
·
所述铁电外围部分位于所述中间区域(13)与所述介电层(30)之间并与所述中间区域和所述介电层接触，并且
·
所述铁电外围部分位于所述第一区域(11)与所述半导体外围部分(25)之间并在所述主平面中围绕所述第一区域(11)。2.根据权利要求1所述的光电二极管(1)，其中，所述铁电外围部分(26.1)在一侧与所述第一区域(11)横向接触，并在另一侧与所述半导体外围部分(25)横向接触。3.根据权利要求1所述的光电二极管(1)，其中，所述检测部分(10)具有在所述主平面中限定被所述铁电外围部分(26.1)围绕的凸出部分(13.1)的外围凹入(27)。4.根据权利要求1所述的光电二极管(1)，其中，所述检测部分(10)是基于锗的，并且所述外围半导体部分(25)是基于硅的。5.根据权利要求1所述的光电二极管(1)，其中，所述铁电外围部分(26.1)是基于选自PZT、PLZT、BT、PT、PLT、PVDF和选自HfO2、ZnO和AlN的材料的。6.根据权利要求1所述的光电二极管(1)，其中，所述介电层(30)被与所述第一区域(11)接触的中央金属化部(31.1)和与所述半导体外围部分(25)接触的横向金属化部(31.2)穿过。7.根据权利要求6所述的光电二极管(1)，包括在所述介电层(30)之上延伸并与所述横向金属化部(31.2)接触的外围电极(32.2)，所述外围电极围绕所述第一区域(11)并与所述铁电外围部分(26....

【专利技术属性】
技术研发人员：阿卜杜卡迪尔，
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：