專(zhuān)利名稱(chēng)：具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)及其制作方法，特別涉及一種具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于普通晶體硅而言，一方面由于其禁帶寬度為1. lkv，無(wú)法吸收波長(zhǎng)大于 1. Iym波長(zhǎng)的光，限制了硅光電器件的可用波段和靈敏度；另一方面，雖然利用普通晶體硅制作的p-n和p-i-n型光電探測(cè)器早已實(shí)現(xiàn)，但這種探測(cè)器的峰值響應(yīng)大約在900nm左右，只能適合用于光通信中的850nm波段的探測(cè)，無(wú)法應(yīng)用于光通信中的1310nm和1550nm 兩個(gè)重要窗口。而III-V族材料雖然在這方面的工藝已經(jīng)成熟并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，但其價(jià)格昂貴、熱學(xué)機(jī)械性能較差，并且不能與現(xiàn)有成熟的硅基工藝兼容。1998年美國(guó)哈佛大學(xué)教授艾瑞克·馬茲爾和他的研究團(tuán)隊(duì)利用超強(qiáng)飛秒激光掃描置于六氟化硫氣體中的硅片表面，獲得了一種森林狀微結(jié)構(gòu)錐體表面材料，其在 0. 25-2. 5μπι的光譜范圍內(nèi)具有> 90%的光吸收率，極大地拓展了硅基材料的光譜吸收范圍[App 1. Phys. Lett. 73，1673 (1998)]。由于這種新材料對(duì)太陽(yáng)光具有幾乎黑體吸收的效果，所以亦稱(chēng)之為“黑硅”。然而，由于黑硅材料的遷移率低、載流子壽命短、重?fù)诫s表層俄歇復(fù)合嚴(yán)重等不足，極大地制約了黑硅探測(cè)器紅外光譜響應(yīng)度的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提出一種具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法，以解決傳統(tǒng)硅光電探測(cè)器對(duì)1.1微米以上波長(zhǎng)的光無(wú)響應(yīng)的難題，拓寬硅光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括步驟1 在ρ型硅基襯底的一面制作二氧化硅掩蔽層；步驟2 光刻二氧化硅掩蔽層，在二氧化硅掩蔽層的中間形成一環(huán)形和圓形η型摻雜窗口 ；步驟3 在環(huán)形和圓形η型摻雜窗口采用磷離子注入或磷擴(kuò)散的方法，形成η型摻雜層，環(huán)形η型摻雜層形成PN結(jié)保護(hù)環(huán)，圓形η型摻雜層形成PN結(jié)光敏區(qū)；步驟4 在硫系環(huán)境下，采用超快激光脈沖輻照η型硅靶材表面的方法，在圓形PN 結(jié)光敏區(qū)的表面形成硅納米點(diǎn)層；步驟5 在硅納米點(diǎn)層上面淀積一層增透膜層；步驟6 光刻增透膜層，在增透膜層的表面形成環(huán)形電極窗口 ；步驟7 在環(huán)形電極窗口上制備光敏區(qū)正面接觸電極；步驟8 在保護(hù)環(huán)上制備正面接觸電極；步驟9 在ρ型硅基襯底的背面制備背面接觸電極，完成器件的制作。
其中所述硅納米點(diǎn)層為摻有硫系元素的硅材料，其表面納米顆粒間隔為 0. 1-20 μ m，顆粒尺度為 IO-IOOnm0其中摻有硫系元素的硅材料對(duì)1μπι-2. 5μπι波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光具有> 30%的光吸收率。其中所述ρ型硅基襯底采用ρ型(100)單晶硅，厚度為100至500 μ m，電阻率為1 至 1000 Ω · cm。其中所述增透膜層的材料是二氧化硅或氮化硅或及其組合，其中所述增透膜層的厚度為 100-200nm。其中所述二氧化硅掩蔽層是采用熱氧化或淀積的方法生長(zhǎng)，其中所述二氧化硅掩蔽層的厚度為300nm-lym。其中PN結(jié)保護(hù)環(huán)和PN結(jié)光敏區(qū)的η型摻雜深度為0. 15微米至1微米，表面濃度為 IO17 至 IO20Cm3。其中所述超快激光脈沖輻照時(shí)的硫系環(huán)境為硫系氣體、硫系粉末或硫系液體。其中所述超快激光脈沖輻照時(shí)的激光脈沖為納秒激光脈沖、皮秒激光脈沖或飛秒激光脈沖。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提出的這種具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可充分利用黑硅材料對(duì)紅外光高吸收率的特點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)表面納米點(diǎn)的方式避免了該材料的不足之處，解決了傳統(tǒng)硅光電探測(cè)器對(duì)1.1微米以上波長(zhǎng)的光譜無(wú)響應(yīng)的難題，拓寬了硅光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍，有效提高了硅光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)度。2、采用磷離子注入或磷擴(kuò)散的方式形成η型摻雜層，該摻雜層與ρ型硅基襯底層形成PN結(jié)光敏區(qū)和保護(hù)環(huán)。保護(hù)環(huán)有效降低了探測(cè)器噪聲，圓形光敏區(qū)有效防止了 ρη結(jié)的邊緣擊穿。3、本發(fā)明提出的一種具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法， 其工藝與標(biāo)準(zhǔn)硅工藝兼容，有利于探測(cè)器和微電子器件的集成。


為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，其中圖Ia-圖If為本發(fā)明提供的制作具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的流程示意圖；圖2為本發(fā)明提供的具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)(圖If)俯視圖，。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1至圖2所示，本發(fā)明提供一種具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括步驟1:在ρ型硅基襯底1的一面制作二氧化硅掩蔽層2 (參閱圖la)；其中，所述ρ型硅基襯底1采用ρ型(100)單晶硅，厚度為100至500 μ m，電阻率為 1 至 1000 Ω · cm ；其中，所述二氧化硅掩蔽層2是采用熱氧化或淀積方法生長(zhǎng)，所述二氧化硅掩蔽層2的厚度為300nm-l μ m ；步驟2 光刻二氧化硅掩蔽層2，在二氧化硅掩蔽層2的中間形成一環(huán)形和圓形η 型摻雜窗口(參閱圖2)；步驟3 在環(huán)形和圓形η型摻雜窗口采用磷離子注入或磷擴(kuò)散的方法，形成η型摻雜層，環(huán)形η型摻雜層形成PN結(jié)保護(hù)環(huán)3，圓形η型摻雜層形成PN結(jié)光敏區(qū)4 (參閱圖lb)；其中，所述PN結(jié)保護(hù)環(huán)3和PN結(jié)光譜響應(yīng)區(qū)4的η型摻雜深度為0. 15微米至1 微米，表面濃度為IO17至IO2ciCnT3 ；其中，保護(hù)環(huán)有效降低了探測(cè)器噪聲，圓形光敏區(qū)有效防止了 ρη結(jié)的邊緣擊穿；步驟4 在硫系環(huán)境下，采用超快激光脈沖輻照η型硅靶材表面的方法，在圓形PN 結(jié)光敏區(qū)4的表面形成硅納米點(diǎn)層5 (參閱圖Ic)；其中，所述硅納米點(diǎn)層5為摻有硫系元素的硅材料，其表面納米顆粒間隔為 0. 1-20 μ m，顆粒尺度為10-100nm。所述摻有硫系元素的硅材料對(duì)1 μ m-2. 5 μ m波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光具有> 30%的光吸收率；其中，所述超快激光脈沖輻照時(shí)的硫系環(huán)境為硫系氣體、硫系粉末或硫系液體。所述超快激光脈沖輻照時(shí)的激光脈沖為納秒激光脈沖、皮秒激光脈沖或飛秒激光脈沖；步驟5 在硅納米點(diǎn)層5上面淀積一層增透膜層6 (參閱圖Id)；其中，所述增透膜層6的材料是二氧化硅或氮化硅或及其組合，所述增透膜層6的厚度為 100-200nm ；步驟6 光刻增透膜層6，在增透膜層6的表面形成環(huán)形電極窗口 ；步驟7 在環(huán)形電極窗口上制備光敏區(qū)正面接觸電極7 (參閱圖Ie)；步驟8 在保護(hù)環(huán)3上制備正面接觸電極8 (參閱圖Ie)；步驟9 在ρ型硅基襯底1的背面制備背面接觸電極9 (參閱圖If)，完成器件的制作。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括步驟1 在P型硅基襯底的一面制作二氧化硅掩蔽層；步驟2 光刻二氧化硅掩蔽層，在二氧化硅掩蔽層的中間形成一環(huán)形和圓形η型摻雜窗Π ；步驟3 在環(huán)形和圓形η型摻雜窗口采用磷離子注入或磷擴(kuò)散的方法，形成η型摻雜層，環(huán)形η型摻雜層形成PN結(jié)保護(hù)環(huán)，圓形η型摻雜層形成PN結(jié)光敏區(qū)；步驟4 在硫系環(huán)境下，采用超快激光脈沖輻照η型硅靶材表面的方法，在圓形PN結(jié)光敏區(qū)的表面形成硅納米點(diǎn)層；步驟5 在硅納米點(diǎn)層上面淀積一層增透膜層；步驟6 光刻增透膜層，在增透膜層的表面形成環(huán)形電極窗口 ；步驟7 在環(huán)形電極窗口上制備光敏區(qū)正面接觸電極；步驟8 在保護(hù)環(huán)上制備正面接觸電極；步驟9 在ρ型硅基襯底的背面制備背面接觸電極，完成器件的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法， 其中所述硅納米點(diǎn)層為摻有硫系元素的硅材料，其表面納米顆粒間隔為0. 1-20 μ m，顆粒尺度為 10-100nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法， 其中摻有硫系元素的硅材料對(duì)1μπι-2. 5μπι波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光具有> 30%的光吸收率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法，其中所述P型硅基襯底采用P型(100)單晶硅，厚度為100至500 μ m，電阻率為1至 1000 Ω · cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法， 其中所述增透膜層的材料是二氧化硅或氮化硅或及其組合，其中所述增透膜層的厚度為 100-200nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法， 其中所述二氧化硅掩蔽層是采用熱氧化或淀積的方法生長(zhǎng)，其中所述二氧化硅掩蔽層的厚度為 300nm-l μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法， 其中PN結(jié)保護(hù)環(huán)和PN結(jié)光敏區(qū)的η型摻雜深度為0. 15微米至1微米，表面濃度為IO17至 ΙΟ^πΓ3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法， 其中所述超快激光脈沖輻照時(shí)的硫系環(huán)境為硫系氣體、硫系粉末或硫系液體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法， 其中所述超快激光脈沖輻照時(shí)的激光脈沖為納秒激光脈沖、皮秒激光脈沖或飛秒激光脈沖。
全文摘要
一種具有紅外響應(yīng)的表面納米點(diǎn)硅光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法，包括在p型硅基襯底的一面制作二氧化硅掩蔽層；光刻二氧化硅掩蔽層，在二氧化硅掩蔽層的中間形成一環(huán)形和圓形n型摻雜窗口；在環(huán)形和圓形n型摻雜窗口采用磷離子注入或磷擴(kuò)散的方法，形成n型摻雜層，環(huán)形n型摻雜層形成PN結(jié)保護(hù)環(huán)，圓形n型摻雜層形成PN結(jié)光敏區(qū)；在硫系環(huán)境下，采用超快激光脈沖輻照n型硅靶材表面的方法，在圓形PN結(jié)光敏區(qū)的表面形成硅納米點(diǎn)層；在硅納米點(diǎn)層上面淀積一層增透膜層；光刻增透膜層，在增透膜層的表面形成環(huán)形電極窗口；在環(huán)形電極窗口上制備光敏區(qū)正面接觸電極；在保護(hù)環(huán)上制備正面接觸電極；在p型硅基襯底的背面制備背面接觸電極，完成器件的制作。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102227005SQ20111015546
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者劉德偉, 朱小寧, 朱洪亮, 王熙元, 馬麗, 黃永光 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所