具有高响应度的光电二极管器件制造技术

一种光电二极管器件(1)包括具有主表面(3)的半导体衬底(2)，半导体衬底(2)具有第一导电类型。在衬底(2)的主表面(3)处布置有第二导电类型的至少一个掺杂阱(6)，第二导电类型与第一导电类型相反。至少一个掺杂阱(6)和衬底(2)是可电接触的。覆盖层(10)布置在衬底(2)的主表面(3)上。覆盖层(10)是第一导电类型的外延层(11)和包括多个空间电荷的介电表面钝化层(15)中的至少一个或者外延层(11)和介电表面钝化层(15)的组合。表面钝化层(15)的组合。表面钝化层(15)的组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高响应度的光电二极管器件
[0001]本专利技术涉及一种光电二极管器件和一种光电系统。

技术介绍

[0002]对具有高灵敏度和光谱响应度的光电检测器的需求不断增加。特别是对于根据标准CMOS技术制造的光电检测器，其工作原理是使用光电二极管将光强度转换为光电流或电压。电磁辐射进入光电二极管衬底并产生电荷载流子，即电子
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空穴对。然而，电磁辐射的穿透深度取决于其波长。短波长的光，特别是蓝色波长范围内的光，仅穿透衬底几纳米。所产生的电荷载流子以及朝向表面扩散的电荷载流子可以容易地重新结合，因此对光电流没有贡献。因此，常规的光电二极管器件响应度低，尤其是在蓝色光谱波长范围内。
[0003]此外，光电二极管能够通过晶片对晶片键合、通过半导体芯片的倒装芯片组装或通过CMOS部件和光电二极管在同一半导体器件中的单片集成来与CMOS电路连接。除了是一种极具成本效益的解决方案之外，单片集成还提供了光电二极管和CMOS电路之间的最佳互连。然而，关于泄漏、电容、灵敏度、光谱响应度、响应时间和辐射硬度，适于CMOS电路的半导体材料可能会导致难以集成光电二极管。
[0004]本专利技术的目的在于针对具有高响应度并克服上述缺点的光电二极管器件提供一种改进构思。另外的目的是提供一种包括具有高响应度的光电二极管器件的电子系统。
[0005]该目的通过根据独立权利要求的光电二极管器件来实现。实施例源自从属权利要求。

技术实现思路

[0006]在一个实施例中，光电二极管器件包括具有主表面的半导体衬底，该半导体衬底具有第一导电类型。第二导电类型的至少一个掺杂阱布置在衬底的主表面处，第二导电类型与第一导电类型相反。掺杂阱和衬底是可电接触的。光电二极管器件还包括布置在衬底的主表面上的覆盖层。覆盖层是第一导电类型的外延层和包括多个空间电荷的介电表面钝化层中的至少一者，或该外延层和该介电表面钝化层的组合。
[0007]这意味着覆盖层是具有第一导电类型的外延层。替代地，覆盖层是包括多个空间电荷的介电表面钝化层。替代地，覆盖层是外延层和介电表面钝化层的组合。
[0008]半导体衬底具有主延伸平面。半导体衬底的主表面平行于主延伸平面延伸。半导体衬底包括例如硅。半导体衬底可以具有基区掺杂，特别是第一导电类型的基区掺杂。例如，第一导电类型是p型，并且第二导电类型为n型，反之亦然。
[0009]在优选实施例中，半导体衬底包括较高掺杂的半导体主体和在半导体主体上外延生长的较低掺杂的器件层。主表面可以由器件层形成。这意味着在横向方向上，器件层布置在半导体主体上方。横向方向垂直于衬底的主延伸平面延伸。
[0010]至少一个掺杂阱布置在衬底的主表面处。掺杂阱与衬底形成pn结。特别地，掺杂阱可以形成在器件层内。掺杂阱在侧向方向上具有一定的范围，其中，侧向方向平行于衬底的主延伸平面延伸。掺杂阱在横向方向上也具有一定的范围。掺杂阱包括布置在衬底的主表
面处的上表面。这意味着掺杂阱的上表面与主表面处于同一水平并形成主表面的一部分。掺杂阱从衬底的主表面到达衬底中的一定深度。这可能意味着掺杂阱嵌入半导体衬底的器件层中。光电二极管器件可以包括多于一个掺杂阱。在那种情况下，掺杂阱在衬底的主表面处彼此间隔开。
[0011]至少一个掺杂阱和衬底能够是电接触的。在掺杂阱是n型的情况下，接触掺杂阱的电接触件形成阴极端子。因此，接触衬底的电接触件(在这种情况下是p型的)形成阳极端子。如上所述，掺杂阱和衬底的导电类型能够相反。在存在多于一个掺杂阱的情况下，掺杂阱能够彼此并联地电连接。例如，掺杂阱中的至少一些彼此并联地电连接。
[0012]接触区可以布置在掺杂阱的上表面处。接触区与掺杂阱具有相同的导电类型，但接触区的掺杂浓度更高。接触区使得能够形成与相应的掺杂阱的欧姆接触。
[0013]相应地，可以在衬底的主表面上布置另一接触区。另一接触区与衬底具有相同的导电类型，但该另一接触区的掺杂浓度更高。另一接触区使得能够形成与衬底的欧姆接触。替代地，可以从衬底的后侧电接触衬底。
[0014]覆盖层至少在一些位置布置在衬底的主表面上。在覆盖层是外延层的情况下，外延层可以在衬底的主表面上外延生长。外延层能够覆盖没有被至少一个掺杂阱覆盖的整个主表面。这意味着在横向方向上至少一个掺杂阱上方的区域没有外延层。在侧向方向上，外延层可以与至少一个掺杂阱相距一定距离。然而，外延层也可以在侧向方向上与至少一个掺杂阱相邻。外延层与至少一个掺杂阱略微重叠同样是可能的。
[0015]在覆盖层是介电表面钝化层的情况下，介电表面钝化层可以覆盖包括至少一个掺杂阱的整个主表面。然而，介电表面钝化层不覆盖掺杂阱同样是可能的。在这种情况下，至少一个掺杂阱上方的区域没有介电表面钝化层。介电表面钝化层可以在侧向方向上与至少一个掺杂阱间隔开。在主表面和介电表面钝化层之间可以布置薄自然氧化膜。
[0016]外延层和介电表面钝化层还可能都包括在覆盖层中。这意味着覆盖层可以至少在掺杂阱之外的位置布置在主表面上。外延层和介电表面钝化层能够在横向方向上布置在彼此顶部上。介电表面钝化层能够布置在外延层的顶部上。上述布置，特别是关于掺杂阱的布置，也适用于该特定配置。例如，下方的外延层可以与掺杂阱间隔开，而上方的介电表面钝化覆盖掺杂阱。这意味着在一些位置覆盖层可以形成为外延层和介电表面钝化层的堆叠，而在其他位置覆盖层可以仅由这两个层中的一者形成。
[0017]光电二极管器件被设置为将电磁辐射转换成电信号。当足够能量的光子撞击光电二极管器件的主表面时，会产生电荷载流子，即电子
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空穴对。电荷载流子朝向相应的电端子漂移。这会导致光电流。光电二极管器件能够单片集成到CMOS集成电路中。与由离散光电二极管阵列和离散ASIC组成的离散解决方案相比，单片集成在产量、成本和性能方面具有巨大优势。
[0018]由于以下原因，外延层和/或介电表面钝化层导致光电二极管器件的光谱响应度增加：
[0019]外延层的掺杂浓度能够高于衬底的器件层的掺杂浓度。由于掺杂梯度，光致少数电荷载流子被排斥离开界面。因此，可以防止光致电荷载流子在主表面处复合，并且可以有助于产生光电流。因此增强了光电二极管器件的光谱响应度。
[0020]介电表面钝化层包括的空间电荷在衬底的主表面处产生电场。由于电场，光致少
数电荷载流子被排斥离开界面，使得防止了复合过程。此外，由于介电表面钝化层，表面复合速度降低。因此，少数电荷载流子能够对光电流产生贡献。因此增强了光电二极管器件的光谱响应度。附加地，介电表面钝化层还能够用作抗反射涂层(ARC)，使得避免入射电磁辐射的反射。
[0021]附加地，外延层能够被配置为保护下方的层。外延层能够被设置用于光电二极管器件的辐射硬度。例如，如果暴露于X辐射，外延层防止光电二极管器件退化。
[0022]在一些实施例中，衬底包括半导体主体和布置在半导体主体上的器件层，使得主表面由器件层的表面形成。如上所述，半导体主体可以具有比器件层尚未本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电二极管器件(1)，包括：
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具有主表面(3)的半导体衬底(2)，所述半导体衬底(2)具有第一导电类型，
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位于所述衬底(2)的所述主表面(3)处的第二导电类型的至少一个掺杂阱(6)，第二导电类型与第一导电类型相反，其中，所述掺杂阱的上表面形成所述衬底的所述主表面的一部分，其中，所述至少一个掺杂阱(6)和所述衬底(2)是可电接触的，
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覆盖层(10)，其至少在所述掺杂阱(6)之外的位置布置在所述衬底(2)的所述主表面(3)上，其中，所述覆盖层(10)是第一导电类型的外延层(11)和包括多个空间电荷的介电表面钝化层(15)中的至少一个或者所述外延层(11)和所述介电表面钝化层(15)的组合。2.根据前一权利要求所述的光电二极管器件(1)，其中，所述衬底(2)包括半导体主体(4)和布置在所述半导体主体(4)上的器件层(5)，使得所述主表面(3)由所述器件层(5)的表面形成。3.根据前一权利要求所述的光电二极管器件(1)，其中，所述外延层(11)被原位掺杂成第一导电类型，使得所述外延层(11)具有高于所述器件层(5)的掺杂浓度的掺杂浓度。4.根据前述权利要求之一所述的光电二极管器件(1)，其中，所述外延层(11)具有最多100nm、最多50nm、或最多10nm的厚度。5.根据前述权利要求之一所述的光电二极管器件(1)，其中，所述介电表面钝化层(15)包括正空间电荷或负空间电荷，使得在所述衬底(2)的所述主表面(3)处建立电场。6.根据前述权利要求之一所述的光电二极管器件(1)，其中，所述介电表面钝化层(15)包括氮化硅、氧化铝和/或氧化铪。7.根据前述权利要求之一所述的光电二极管器件(1)，其中，所述外延层(11)被布置成使得在横向方向(z)上，所述至少一个掺杂阱(6)上方的区域没有所述外延层(11)，其中，所述横向方向(z)垂直于所述衬底(2)的所述主表面(3)延伸。8.根据前述权利要求之一所述的光电二极管器件(1)，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔德，
申请(专利权)人：AMS欧司朗有限公司，
类型：发明
国别省市：