用于光子检测的半导体结构制造技术

本发明专利技术涉及用于光子检测的半导体结构。本发明专利技术提出了用于光子检测的半导体结构(1，101，201)，包括：衬底(2，102，202)，其由具有第一类型的掺杂的半导体材料构成，接触区(3，103，203)，其设置在所述衬底的前侧，偏置层(4，104，204)，由具有第二掺杂的半导体材料构成，设置在距离所述接触区一距离的衬底的背侧，其中接触区至少部分地与偏置层相对，以便在横向方向出现重叠区域，保护环(5，105，205)，设置在所述衬底的前侧并围绕所述接触区，其中在接触区和保护环之间施加反向偏压。为了实现更加成本有效的制造，所述重叠区域具有至少达到接触区和偏置层之间距离的四分之一的横向范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求I的前序部分的用于光子检测的半导体结构。
技术介绍
现有技术中，例如根据美国专利US5，786，609A，公开了一种半导体检测器，其具有单极结构和实现为在底侧处的层的“返回电极”，该电极被设计为从耗尽区提取导电载流子。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供能够节约生产成本的用于光子检测的半导体结构。从在介绍中提到的半导体结构的类型出发，借由权利要求I的特征技术达到这个目的。根据从属权利要求中提到的方法，可以得到本专利技术的有益的开发和实施例。因此，根据本专利技术的用于光子检测的半导体结构，包括由具有第一掺杂的半导体材料形成的衬底、设置在该衬底的前侧的接触区、由具有第二掺杂的半导体材料形成的偏置层，该偏置层设置在距离该接触区一距离的该半导体衬底的背侧上，其中该接触区至少部分地与该偏置层相对，以便在横向方向出现重叠区，保护环，其设置在该衬底的前侧上并围绕该接触区，其中在该接触区和该保护环之间可以施加反向电压，其特征在于该重叠区域具有至少达到该接触区和该偏置层之间距离的四分之一的横向范围。保护环是一种保护性结构，通过施加到其的电势，可以将接触区与其周围或其他的半导体结构相屏蔽。除其他之外，特别地可以拦截杂散电荷载流子；这也就使得能够减少寄生电阻。在根据本专利技术的半导体结构的情况下，该保护环使得相对于保护环在横向上能够形成耗尽，也就是说可以形成耗尽区，以便该接触区与其它区域诸如，如果需要，CMOS结构或传感器结构相屏蔽。如果接触区例如仅仅通过施加到衬底上的金属接触形成，该接触区和该偏置层之间的距离可以对应于该衬底的厚度。该偏置层对应地形成在该衬底的背侧上。本专利技术的意义内的重叠区域是其中接触区在横向范围上延伸在偏置层上的区域。该半导体结构优选地可以用作光检测器。特别的，它可以用作红外范围的光检测器。在背侧上的偏置层可以用于在具有第一类型掺杂的前侧上的区域(衬底接触)和偏置层之间产生耗尽区。如果由于在耗尽区中吸收光子而产生电子-空穴对，那么由于耗尽区中的电场他们会分离。特别地，在衬底前侧上的衬底接触中可以检测到这些电子。特别的，通过根据本专利技术的半导体结构，由于在背侧上的偏置层并不需要进行特别地接触连接，可以达到节省成本的目的。通常，对于商业上可获得的半导体结构的情况，在背侧上的这种层的接触连接可以由金属形成，特别地，线接合或形成硅通孔(TSV)。然而，该制造会导致高成本。然而，在根据本专利技术的半导体结构的情况下，可以避免形成这种类型的接触连接。由于形成重叠区域所达到的最小横向范围大于衬底厚度或接触区和背侧上的偏置层之间的距离的四分之一，偏置层可以被影响。原则上，在制作这种类型的半导体结构期间，半导体材料常规的用于相应的衬底(例如储或硅)，而在制作工艺期间在不同的区域中可以形成不同的掺杂，例如重或轻掺杂以及相同符号或相反符号的掺杂。根据本专利技术的半导体结构的更进一步基本优势是在半导体制造期间背侧处理可以被减少，例如在工艺线中。根据本专利技术的用于光子检测的半导体结构的一个更进一步优势是为了能够得到相对应的、足够的用于检测目的的耗尽区，可以采用减小的电压。在本专利技术的一个优选的发展中，接触区被设计成可以达到这样的效果，即施加到所述接触区的电势可影响偏置层的电势。接触区本身被保护环围绕，保护环被同样的设置在衬底的前侧上，并由此被屏蔽。反向电压自身被同时施加到接触区和保护环之间，也就是说对应电压的一个极施加到接触区，另一个施加到保护环。除其他之外，电压的极性取决于衬底或半导体材料的其余部分的掺杂。如果横向范围选择为小于衬底厚度的四分之一，那么保护环电压将会充分地影响在接触区和背侧上的偏置层之间的衬底的体材料的区域中的电势。然而，由于横向范围选择为大于厚度的四分之一，也就是说达到衬底厚度的量级，电势会随着横向范围的增加变得越来越独立于保护环的电压。最终，不仅体材料中的电势 受施加到接触区中的电势影响，并且偏置层的电势同样受影响。产生电势沟道，即在接触区和相对的偏置层之间的导电沟道。接触区可以通过衬底表面上的金属连接形成。此外，然而，接触区也可以包括形成在衬底中的阱。该阱可以对应地具有与第一掺杂相比(也就是与衬底相比)相反符号的掺杂。这也使得实现为阱的接触区能够向衬底中更深地延伸并因此，举例来说，可以更大程度的影响偏置层的电势。特别地，在本专利技术的一个实施例中，具有第一类型的掺杂的半导体材料(即特别是衬底)可以被轻掺杂，也就是说实现为具有高的阻抗。该材料特别对于光子检测来说是具有优势的，也就是说用于光子吸收期间的电荷载流子分离。进一步，在本专利技术的一个优选的改进中，与第一类型的掺杂相比，相反地掺杂了第二类型的掺杂。通过施加对应的反向电压，由于多数载流子被电势提取，实现了偏置层的影响。因此，形成了二极管。在这个情况下，偏置层具有与衬底相比的相反符号的掺杂类型。在本专利技术的一个实施例中，保护环可以具有与衬底相同符号的掺杂，即该半导体材料具有第一类型的掺杂。由于与反向电压的接触连接，进而提取了保护环的多数载流子。进一步，在本专利技术的一个实施例中，保护环可以比衬底更重地掺杂。该更重的掺杂产生了特别的屏蔽功能，保护环倾向于相对于其他区域关于接触区域进行屏蔽。在本专利技术的一个优选的改进中，半导体结构被制造成可以从背侧照射的形式。该背侧照射首先使得光子可以尽可能有利地穿透到耗尽区的区域中。如果，此外，背侧没有接触连接或其他的部件，光可以更少阻碍地射入衬底，因为没有干扰接触等在光线的路径上。因此，特别地，也能够增加半导体结构的光子检测效率。在本专利技术的进一步实施例中，包括至少一个由具有与接触区相同符号的掺杂的材料组成的阱的至少一个其他区域以相对于该接触区横向偏移的方式配置。特别地，至少一个其他区域可以实现为用于检测的传感器部件，更具体地用于光子检测。由于这些区域相对于接触区以横向偏移的方式配置，也就是说位于半导体结构的前侧上，在背侧照射(如果适合)的情况下它们并不在光照的路径上，因此可以达到更高的光子产率。此外，然而相对于接触区下面的区域横向偏移的区域也可以用作耗尽区并由此用于光子检测。因此，体材料的该部分也可以用作吸收区并成为耗尽区。在本专利技术的一个有利的实施例中，当存在反向电压时该吸收区会变成耗尽区。在本专利技术的一个优选的改进中，半导体结构的衬底通过浮区熔硅制造。这种材料的显著特征是非常低的缺陷和特别的均匀性。导电率从几百欧姆X厘米(Qcm)到几k Ω cm。特别地，在本专利技术的一个改进中，具有第一类型掺杂的半导体材料或衬底是轻η掺杂的。相应的轻掺杂导致了材料的高电阻和多数载流子的低密度。 在本专利技术的一个有利实施例中，浅沟槽隔离(STI)部分地设置在接触区和保护环之间和/或在接触区和至少一个其他区域之间。相应的隔离导致了关于对应电势的更进一步分隔，如果有必要的话。根据本专利技术的半导体结构的一个特别的优势是能够得到特别好的量子效率，特别是在近红外范围。这通常需要提供几微米(ym)量级的对应范围的耗尽区，因为硅材料中的吸收长度在750nm的波长光的4 μ m到IOOOnm波长光的200 μ m之间。在商业上可得到光二极管的情况中，这可以通过所谓的pin结构(正-本征-负的简称)来实现。然而，这种方法对于具有集成检测电子部件的光检测器来说是不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光子检测的半导体结构(1，101，201)，包括：衬底(2，102，202，302，402，502)，由具有第一类型的掺杂的半导体材料构成，接触区(3，103，203，303，403，503)，设置在所述衬底的前侧，偏置层(4，104，204)，由具有第二掺杂的半导体材料构成，设置在距离所述接触区一距离的所述衬底的背侧上，其中所述接触区至少部分地与所述偏置层相对，以便在横向方向上存在重叠区域，保护环(5，105，205)，设置在所述衬底的前侧并围绕所述接触区，其中在所述接触区和所述保护环之间施加反向电压，其中所述重叠区域具有至少达到所述接触区和所述偏置层之间距离的四分之一的横向范围。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M·波普，B·德科伊，M·安尼斯，
申请(专利权)人：埃斯普罗光电股份公司，
类型：发明
国别省市：