光电二极管制造技术

本公开的实施例涉及光电二极管。光电二极管包括第一导电类型的半导体衬底；外延层，覆盖半导体衬底的顶表面；第一导电类型的基本半球形埋置区域，在半导体衬底中，基本半球形埋置第一区域具有与半导体衬底的顶面共面的顶面；第二导电类型的基本半球形核心，第二导电类型不同于第一导电类型，基本半球形核心被包含在基本半球形埋置第一区域内；以及第二导电类型的另外区域，与基本半球形核心对齐并且延伸穿过外延区域，第二导电类型的另外区域的顶面与外延层的顶面共面。利用本公开的实施例有利地最大化了感光体积同事减小了阱的尺寸。利地最大化了感光体积同事减小了阱的尺寸。利地最大化了感光体积同事减小了阱的尺寸。

【技术实现步骤摘要】
光电二极管


[0001]本公开总体上涉及光电二极管，并且具体地涉及单光子雪崩二极管(SPAD)及其制造方法。

技术介绍

[0002]光电二极管是一种半导体器件，具有捕获来自光域的辐射并将其转换为电信号的能力。SPAD光电二极管是由反向偏置到高于其雪崩电压的电压的PN结组成的光电二极管。在这些条件下，耗尽区光生的单载流子可以触发由碰撞电离效应产生的雪崩。由此产生的电流一直流动，直到雪崩熄灭为止。SPAD光电二极管可以检测非常低的光强度辐射，尤其用于单光子检测和光子计数。
[0003]除了PN结之外，SPAD光电二极管通常还包括围绕PN结的保护环。特别是，保护环防止在结的外围过早触发光电二极管。它还降低了少数载流子从结的外围进入的可能性。
[0004]在光电二极管上表面的平面内，保护环的大小决定了光电二极管的填充系数(FF)。
[0005]电子设备越来越小型化，这就需要更小的光电二极管。
[0006]需要改进SPAD光电二极管及其制造方法。

技术实现思路

[0007]本公开的目的是提供一种光电二极管，已至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
[0008]本公开的一方面提供了一种光电二极管，包括：第一导电类型的半导体衬底；外延层，覆盖所述半导体衬底的顶表面；
[0009]所述第一导电类型的基本半球形埋置区域，在所述半导体衬底所述基本半球形埋置第一区域具有与所述半导体衬底的所述顶面共面的顶面；第二导电类型的基本半球形核心，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型，所述基本半球形核心被包含在所述基本半球形埋置第一区域内；以及所述第二导电类型的另外区域，与所述基本半球形核心对齐并且延伸穿过所述外延区域，所述第二导电类型的另外区域的顶面与外延层的顶面共面。
[0010]根据一个或多个实施例，其中所述半导体衬底包括由外围绝缘沟槽界定的阱，并且其中所述基本半球形核心和所述基本半球形埋置区域被形成在所述阱中。
[0011]根据一个或多个实施例，其中所述基本半球形核心和所述基本半球形埋置区域在与所述半导体衬底的顶面平行的平面内被定位于所述阱的中心。
[0012]根据一个或多个实施例，其中所述基本半球形埋置区域和所述基本半球形核心从所述半导体衬底的顶面延伸到所述半导体衬底中。
[0013]根据一个或多个实施例，其中所述半导体衬底从顶面到与顶面相对的底面以递增方式梯度地掺杂。
[0014]根据一个或多个实施例，其中所述基本半球形核心在平行于所述半导体衬底的顶
面的平面内具有在400nm到800nm之间的直径。
[0015]根据一个或多个实施例，其中所述基本半球形埋置区域和所述基本半球形核心形成单光子雪崩二极管SPAD。
[0016]根据一个或多个实施例，其中所述外延层具有约500nm的厚度。
[0017]根据一个或多个实施例，其中所述外延层的顶面平行于所述半导体衬底的顶面延伸。
[0018]根据一个或多个实施例，光电二极管还包括：在所述外延层中的所述第一导电类型的外围区域，所述外围区域环形地围绕与所述基本半球形核心对齐的所述另外区域。
[0019]根据一个或多个实施例，其中所述半导体衬底包括由外围绝缘沟槽界定的阱，并且所述外围区域位于所述另外区域和所述外围绝缘沟槽之间。
[0020]根据一个或多个实施例，其中所述外围区域被定位为更靠近所述外围绝缘沟槽，而不是更靠近所述另外区域。
[0021]根据一个或多个实施例，其中所述外围区域具有的顶面与所述外延层的顶面共面。
[0022]根据一个或多个实施例，光电二极管还包括：第一电极，其形成位于所述另外区域上并且与所述另外区域接触的阴极；以及第二电极，其形成位于所述外围区域上并且与所述外围区域接触的阳极。
[0023]根据一个或多个实施例，其中所述基本半球形核心具有约500nm的最大高度。
[0024]根据一个或多个实施例，其中所述基本半球形埋置区域具有约1μm的最大高度。
[0025]利用本公开的实施例有利地最大化了感光体积同事减小了阱的尺寸。
附图说明
[0026]上述特征和优点以及其他将在以下以图解方式给出的特定实施例的描述中详细描述，而不限于参考附图，其中：
[0027]图1是光电二极管一个实施例的局部俯视示意图。
[0028]图2是图1平面AA中的部分横截面示意图。
[0029]图3为图1和图2光电二极管制造步骤的横截面图。
[0030]图4是图1和图2光电二极管制造中另外个步骤的横截面图。
[0031]图5是图1和图2光电二极管的另外个制造步骤的横截面图。
[0032]图6是图1和图2光电二极管的另外个制造步骤的横截面图。
[0033]图7是图1和图2光电二极管的另外个制造步骤的横截面图。
[0034]图8是图1和图2光电二极管的另外个制造步骤的横截面图。
[0035]图9是图1和图2光电二极管的另外个制造步骤的横截面图；和
[0036]图10是说明光子参与图1和图2所示光电二极管雪崩的概率的图表。
具体实施方式
[0037]相似特征已通过各种图中的相似参考来指定。具体而言，各种实施例中常见的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特性。
[0038]为了清楚起见，仅对有助于理解本文描述的实施例的操作和元件进行了详细说明
和描述。
[0039]除非另有说明，否则当参考连接在一起的两个元件时，这表示直接连接，没有除导体以外的任何中间元件；当参考耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接，或者可以通过一个或多个其他元件耦合。
[0040]在以下公开中，除非另有说明，否则当提及绝对位置限定词，如术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等，或相对位置限定词，如术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等，或方位限定词，如“水平”、“竖直”等时，参考图中所示的方向。
[0041]除非另有规定，否则“大约”、“大致”、“实质上”和“以
…
量级”的顺序表示在10％以内，最好在5％以内。
[0042]为了使单光子雪崩二极管(SPAD)型光电二极管小型化，人们可以考虑以相同的比例(成比例)减小其各种组件的尺寸，尤其是在集成该光电二极管的电路平面内。然而，为了维持其作用，有源区和光电二极管外围之间的保护环的宽度有一个临界尺寸。
[0043]此外，平面中激活区域的表面积越小，填充因子越低。然而，对于激活区域的效率问题，通常寻求高填充因子。
[0044]根据本技术，衬底中光电二极管的PN结以第一半球形区域和也为半球形的核心的形式提供，第一导电类型的第一半球形区域包括第二导电类型的半球形核心。除其他外，这允许在使光电二极管小型化的同时最大化有源区的大小。
[0045]更具体地说，可以设想，通过从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电二极管，其特征在于，包括：第一导电类型的半导体衬底；外延层，覆盖所述半导体衬底的顶表面；所述第一导电类型的基本半球形埋置区域，在所述半导体衬底中，所述基本半球形埋置第一区域具有与所述半导体衬底的所述顶面共面的顶面；第二导电类型的基本半球形核心，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型，所述基本半球形核心被包含在所述基本半球形埋置第一区域内；以及所述第二导电类型的另外区域，与所述基本半球形核心对齐并且延伸穿过所述外延区域，所述第二导电类型的另外区域的顶面与外延层的顶面共面。2.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述半导体衬底包括由外围绝缘沟槽界定的阱，并且其中所述基本半球形核心和所述基本半球形埋置区域被形成在所述阱中。3.根据权利要求2所述的光电二极管，其特征在于，所述基本半球形核心和所述基本半球形埋置区域在与所述半导体衬底的顶面平行的平面内被定位于所述阱的中心。4.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述基本半球形埋置区域和所述基本半球形核心从所述半导体衬底的顶面延伸到所述半导体衬底中。5.根据权利要求4所述的光电二极管，其特征在于，所述半导体衬底从顶面到与顶面相对的底面以递增方式梯度地掺杂。6.根据权利要求4所述的光电二极管，其特征在于，所述基本半球形核心在平行于所述半导体衬底的顶面的平面内具有在400nm到800nm之间的直径。7.根据权利要求1所述的光电二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：意法半导体克洛尔二公司，
类型：新型
国别省市：