專利名稱：用于光子檢測的半導體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I的前序部分的用于光子檢測的半導體結(jié)構(gòu)。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，例如根據(jù)美國專利US5，786，609A，公開了一種半導體檢測器，其具有單極結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)為在底側(cè)處的層的“返回電極”，該電極被設計為從耗盡區(qū)提取導電載流子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供能夠節(jié)約生產(chǎn)成本的用于光子檢測的半導體結(jié)構(gòu)。從在介紹中提到的半導體結(jié)構(gòu)的類型出發(fā)，借由權(quán)利要求I的特征技術達到這個目的。根據(jù)從屬權(quán)利要求中提到的方法，可以得到本發(fā)明的有益的開發(fā)和實施例。因此，根據(jù)本發(fā)明的用于光子檢測的半導體結(jié)構(gòu)，包括由具有第一摻雜的半導體材料形成的襯底、設置在該襯底的前側(cè)的接觸區(qū)、由具有第二摻雜的半導體材料形成的偏置層，該偏置層設置在距離該接觸區(qū)一距離的該半導體襯底的背側(cè)上，其中該接觸區(qū)至少部分地與該偏置層相對，以便在橫向方向出現(xiàn)重疊區(qū)，保護環(huán)，其設置在該襯底的前側(cè)上并圍繞該接觸區(qū)，其中在該接觸區(qū)和該保護環(huán)之間可以施加反向電壓，其特征在于該重疊區(qū)域具有至少達到該接觸區(qū)和該偏置層之間距離的四分之一的橫向范圍。保護環(huán)是一種保護性結(jié)構(gòu)，通過施加到其的電勢，可以將接觸區(qū)與其周圍或其他的半導體結(jié)構(gòu)相屏蔽。除其他之外，特別地可以攔截雜散電荷載流子；這也就使得能夠減少寄生電阻。在根據(jù)本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的情況下，該保護環(huán)使得相對于保護環(huán)在橫向上能夠形成耗盡，也就是說可以形成耗盡區(qū)，以便該接觸區(qū)與其它區(qū)域諸如，如果需要，CMOS結(jié)構(gòu)或傳感器結(jié)構(gòu)相屏蔽。如果接觸區(qū)例如僅僅通過施加到襯底上的金屬接觸形成，該接觸區(qū)和該偏置層之間的距離可以對應于該襯底的厚度。該偏置層對應地形成在該襯底的背側(cè)上。本發(fā)明的意義內(nèi)的重疊區(qū)域是其中接觸區(qū)在橫向范圍上延伸在偏置層上的區(qū)域。該半導體結(jié)構(gòu)優(yōu)選地可以用作光檢測器。特別的，它可以用作紅外范圍的光檢測器。在背側(cè)上的偏置層可以用于在具有第一類型摻雜的前側(cè)上的區(qū)域(襯底接觸)和偏置層之間產(chǎn)生耗盡區(qū)。如果由于在耗盡區(qū)中吸收光子而產(chǎn)生電子-空穴對，那么由于耗盡區(qū)中的電場他們會分離。特別地，在襯底前側(cè)上的襯底接觸中可以檢測到這些電子。特別的，通過根據(jù)本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)，由于在背側(cè)上的偏置層并不需要進行特別地接觸連接，可以達到節(jié)省成本的目的。通常，對于商業(yè)上可獲得的半導體結(jié)構(gòu)的情況，在背側(cè)上的這種層的接觸連接可以由金屬形成，特別地，線接合或形成硅通孔(TSV)。然而，該制造會導致高成本。然而，在根據(jù)本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的情況下，可以避免形成這種類型的接觸連接。由于形成重疊區(qū)域所達到的最小橫向范圍大于襯底厚度或接觸區(qū)和背側(cè)上的偏置層之間的距離的四分之一，偏置層可以被影響。原則上，在制作這種類型的半導體結(jié)構(gòu)期間，半導體材料常規(guī)的用于相應的襯底(例如儲或硅)，而在制作工藝期間在不同的區(qū)域中可以形成不同的摻雜，例如重或輕摻雜以及相同符號或相反符號的摻雜。根據(jù)本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的更進一步基本優(yōu)勢是在半導體制造期間背側(cè)處理可以被減少，例如在工藝線中。根據(jù)本發(fā)明的用于光子檢測的半導體結(jié)構(gòu)的一個更進一步優(yōu)勢是為了能夠得到相對應的、足夠的用于檢測目的的耗盡區(qū)，可以采用減小的電壓。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的發(fā)展中，接觸區(qū)被設計成可以達到這樣的效果，即施加到所述接觸區(qū)的電勢可影響偏置層的電勢。接觸區(qū)本身被保護環(huán)圍繞，保護環(huán)被同樣的設置在襯底的前側(cè)上，并由此被屏蔽。反向電壓自身被同時施加到接觸區(qū)和保護環(huán)之間，也就是說對應電壓的一個極施加到接觸區(qū)，另一個施加到保護環(huán)。除其他之外，電壓的極性取決于襯底或半導體材料的其余部分的摻雜。如果橫向范圍選擇為小于襯底厚度的四分之一，那么保護環(huán)電壓將會充分地影響在接觸區(qū)和背側(cè)上的偏置層之間的襯底的體材料的區(qū)域中的電勢。然而，由于橫向范圍選擇為大于厚度的四分之一，也就是說達到襯底厚度的量級，電勢會隨著橫向范圍的增加變得越來越獨立于保護環(huán)的電壓。最終，不僅體材料中的電勢 受施加到接觸區(qū)中的電勢影響，并且偏置層的電勢同樣受影響。產(chǎn)生電勢溝道，即在接觸區(qū)和相對的偏置層之間的導電溝道。接觸區(qū)可以通過襯底表面上的金屬連接形成。此外，然而，接觸區(qū)也可以包括形成在襯底中的阱。該阱可以對應地具有與第一摻雜相比(也就是與襯底相比)相反符號的摻雜。這也使得實現(xiàn)為阱的接觸區(qū)能夠向襯底中更深地延伸并因此，舉例來說，可以更大程度的影響偏置層的電勢。特別地，在本發(fā)明的一個實施例中，具有第一類型的摻雜的半導體材料(即特別是襯底)可以被輕摻雜，也就是說實現(xiàn)為具有高的阻抗。該材料特別對于光子檢測來說是具有優(yōu)勢的，也就是說用于光子吸收期間的電荷載流子分離。進一步，在本發(fā)明的一個優(yōu)選的改進中，與第一類型的摻雜相比，相反地摻雜了第二類型的摻雜。通過施加對應的反向電壓，由于多數(shù)載流子被電勢提取，實現(xiàn)了偏置層的影響。因此，形成了二極管。在這個情況下，偏置層具有與襯底相比的相反符號的摻雜類型。在本發(fā)明的一個實施例中，保護環(huán)可以具有與襯底相同符號的摻雜，即該半導體材料具有第一類型的摻雜。由于與反向電壓的接觸連接，進而提取了保護環(huán)的多數(shù)載流子。進一步，在本發(fā)明的一個實施例中，保護環(huán)可以比襯底更重地摻雜。該更重的摻雜產(chǎn)生了特別的屏蔽功能，保護環(huán)傾向于相對于其他區(qū)域關于接觸區(qū)域進行屏蔽。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的改進中，半導體結(jié)構(gòu)被制造成可以從背側(cè)照射的形式。該背側(cè)照射首先使得光子可以盡可能有利地穿透到耗盡區(qū)的區(qū)域中。如果，此外，背側(cè)沒有接觸連接或其他的部件，光可以更少阻礙地射入襯底，因為沒有干擾接觸等在光線的路徑上。因此，特別地，也能夠增加半導體結(jié)構(gòu)的光子檢測效率。在本發(fā)明的進一步實施例中，包括至少一個由具有與接觸區(qū)相同符號的摻雜的材料組成的阱的至少一個其他區(qū)域以相對于該接觸區(qū)橫向偏移的方式配置。特別地，至少一個其他區(qū)域可以實現(xiàn)為用于檢測的傳感器部件，更具體地用于光子檢測。由于這些區(qū)域相對于接觸區(qū)以橫向偏移的方式配置，也就是說位于半導體結(jié)構(gòu)的前側(cè)上，在背側(cè)照射(如果適合)的情況下它們并不在光照的路徑上，因此可以達到更高的光子產(chǎn)率。此外，然而相對于接觸區(qū)下面的區(qū)域橫向偏移的區(qū)域也可以用作耗盡區(qū)并由此用于光子檢測。因此，體材料的該部分也可以用作吸收區(qū)并成為耗盡區(qū)。在本發(fā)明的一個有利的實施例中，當存在反向電壓時該吸收區(qū)會變成耗盡區(qū)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的改進中，半導體結(jié)構(gòu)的襯底通過浮區(qū)熔硅制造。這種材料的顯著特征是非常低的缺陷和特別的均勻性。導電率從幾百歐姆X厘米(Qcm)到幾k Ω cm。特別地，在本發(fā)明的一個改進中，具有第一類型摻雜的半導體材料或襯底是輕η摻雜的。相應的輕摻雜導致了材料的高電阻和多數(shù)載流子的低密度。 在本發(fā)明的一個有利實施例中，淺溝槽隔離(STI)部分地設置在接觸區(qū)和保護環(huán)之間和/或在接觸區(qū)和至少一個其他區(qū)域之間。相應的隔離導致了關于對應電勢的更進一步分隔，如果有必要的話。根據(jù)本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一個特別的優(yōu)勢是能夠得到特別好的量子效率，特別是在近紅外范圍。這通常需要提供幾微米(ym)量級的對應范圍的耗盡區(qū)，因為硅材料中的吸收長度在750nm的波長光的4 μ m到IOOOnm波長光的200 μ m之間。在商業(yè)上可得到光二極管的情況中，這可以通過所謂的pin結(jié)構(gòu)(正-本征-負的簡稱)來實現(xiàn)。然而，這種方法對于具有集成檢測電子部件的光檢測器來說是不適合的。耗盡區(qū)在襯底中的范圍主要受到襯底的摻雜的影響。此外，應該考慮到可以施加到前側(cè)的反向電壓是受限制的并且通常為幾伏特的量級。這種類型的光檢測器的優(yōu)點是吸收長度可以顯著大于耗盡區(qū)的范圍。因此，可以出現(xiàn)這種情況，在體材料的耗盡區(qū)之外在光子吸收期間產(chǎn)生了大量的電荷載流子。在那里，少數(shù)電荷載流子僅具有較短的壽命并且不暴露到電場，以便在電荷載流子分離后，后者不能足夠快速的相互分離從而再次復合。當相應的電場并不足夠高到可以維持電荷載流子的充分分離或者能夠快速提取電荷載流子以抵消這種復合時，就會產(chǎn)生復合效應，由于這種復合效應，因此分離的電荷載流子的相應的部分就會再次復合并且因此失去了檢測的能力。由于沒有電場，產(chǎn)生的電荷載流子的另一部分就會經(jīng)歷橫向的擴散并且因此最終在其他地方被檢測到，即不是實際吸收導致電荷載流子(圖象藍色)分離的相應的光子的地方。此外，基本上，電荷載流子的相應的擴散過程進展的相對緩慢，從而失去檢測中的相應的時間相關性，因為相應的電荷載流子擴散很慢，以及因此在電荷載流子分離和實際的檢測之間經(jīng)過了相應的時間。所述的這些缺點可以通過根據(jù)本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)來避免或減少。通過提供具有相應的輕摻雜的襯底可以實現(xiàn)耗盡區(qū)具有相當?shù)姆秶?。由于上面已?jīng)提到，用于檢測目的的相應的電子部件可以配置在前側(cè)上。這可以包括典型的CMOS結(jié)構(gòu)。特別的通過圍繞接觸區(qū)的保護環(huán)，可以特別有利地相應屏蔽這些結(jié)構(gòu)。該保護環(huán)也用于施加反向電壓。對應的屏蔽也帶來對噪聲或由于接觸區(qū)的接觸連接關于其他區(qū)域比如CMOS結(jié)構(gòu)的可能的接觸連接而產(chǎn)生的其他效應的屏蔽。實踐上耗盡區(qū)可以在整個體材料中制造。為了有助于耗盡區(qū)或位于接觸區(qū)下面的對應導電溝道的形成，偏置層可以配置在背側(cè)上，其具有與具有第一類型的摻雜的半導體材料相反符號的摻雜，第一類型摻雜的半導體材料即襯底的半導體材料。例如，如果半導體材料具有第一類型摻雜的輕η摻雜，那么偏置層是P摻雜的。所述偏置層不必需要被接觸連接。然而，可以想象的是，基本上，附加地也可以在那里提供例如金屬接觸，如何適合，也可以穿過體材料。然而，根據(jù)本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)可以避免該接觸連接。特別地，有利的是可以使用用于晶片制造的傳統(tǒng)的工藝線，其可以進行前側(cè)處理、晶片減薄、以及可能的背側(cè)處理。這種情況下，所謂的“前側(cè)處理”可以根據(jù)商業(yè)上可得到的方式通過摻雜的形成，例如通過離子注入、氧化工藝、金屬化、STI、鈍化等等來實施。因此可以制作電阻器、晶體管等。不同的區(qū)域可以通過制作有源結(jié)構(gòu)和所謂的STI來形成。接觸區(qū)可以通過保護環(huán)與這些區(qū)域在各自的電勢上相屏蔽。該接觸區(qū)可以具有矩形形狀或可以以環(huán)形形狀實施。
保護環(huán)可以通過例如深度地延伸注入的結(jié)構(gòu)例如通阱結(jié)構(gòu)來形成。標準的CMOS制作工藝也可以用于更進一步的制作方法?！熬瑴p薄工藝”同樣可以通過各種方法實現(xiàn)。下面描述的示意性實施例中，襯底通過例如浮區(qū)法得到的輕摻雜的η型材料形成。保護環(huán)通過η摻雜的阱形成。保護環(huán)中的區(qū)域外部的區(qū)域的電勢應該為0(接地)。施加反向電壓，以便為保護環(huán)提供正偏置電壓。從而在襯底中形成耗盡區(qū)。接觸區(qū)進而連接到負電勢。通過保護環(huán)的正偏壓電壓而得到的勢壘，實際上在襯底的兩個不同摻雜類型的區(qū)域之間沒有產(chǎn)生泄漏電流。另一方面，襯底本身是僅僅輕摻雜的，以便僅承受關于背側(cè)ρη結(jié)的很小的勢壘。因此，偏置層的多數(shù)載流子，也就是空穴，可以流入施加在接觸區(qū)的負極。因此接觸區(qū)的負偏壓同樣影響偏置層。實際上形成了 “虛擬(virtual)”的背側(cè)接觸?；旧希雽w材料中的這種操作模式可以保持不變，即使由于光子的吸收，產(chǎn)生了載流子的分離，也就是說產(chǎn)生少數(shù)載流子。具體地，在相應的導電溝道的外部，空穴寧愿沿背側(cè)的方向流動，因為這里與襯底的其他地方相比處于負電勢。因此，半導體結(jié)構(gòu)的背側(cè)的電勢增加，即從負朝向零，這又會降低關于偏置層和接觸區(qū)之間的結(jié)的勢壘。最終，建立了動態(tài)的平衡，以致于背側(cè)保持在一個基本恒定的電勢。由于背側(cè)即在偏置層處的負電勢，特別是空穴被吸引或從襯底除去。此外，增加關于體材料的電場，以便于電子的流動時間可以大大縮短。因此，根據(jù)本發(fā)明的對應半導體結(jié)構(gòu)可以用于時間相關性特別重要的應用中，也就是說那些檢測必須盡可能接近光子吸收的應用。


示意性實施例本發(fā)明的示意性實施例在圖中展示并在下面詳細解釋其更多的優(yōu)點和細節(jié)。具體地，在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的光檢測器的設計的剖面示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的光檢測器的設計的剖面示意圖(具有示意性的等效電路圖)；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的具有包括P型阱的接觸區(qū)的光檢測器的設計的剖面示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的光檢測器的進一步設計的剖面示意圖；圖5示出了根 據(jù)本發(fā)明的光檢測器的設計(對照圖3)的剖面示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的具有示意性等效電路圖的光檢測器的設計(對照圖3，4)的剖面示意圖；圖7示出了在襯底上的接觸區(qū)的設置的示意圖；圖8示出了在襯底上的多個接觸區(qū)的設置的示意圖；以及圖9示出了在襯底上的環(huán)形接觸區(qū)的示意圖。
具體實施例方式圖I示出了半導體結(jié)構(gòu)I的剖面示意圖。半導體結(jié)構(gòu)I包括襯底2，其上設置有接觸區(qū)3。偏置層4位于該襯底的背側(cè)上。保護環(huán)5進而圍繞該接觸3設置。CXD傳感器6和進一步的CMOS區(qū)7關于該接觸區(qū)3橫向偏移。反向電壓通過連接到該負極8的接觸3施加到該半導體結(jié)構(gòu)I上，而該保護環(huán)5連接到該正極9。最終施加的反向電壓的極性，除其他方面外，取決于該半導體結(jié)構(gòu)的摻雜。該襯底2是輕摻雜的。襯底2由浮區(qū)娃構(gòu)成。該保護環(huán)由η型摻雜材料構(gòu)成，該η型摻雜材料比襯底的摻雜更重。在背側(cè)上的偏置層為P型摻雜。一旦以上述的方式施加反向電壓，就會在襯底中形成耗盡區(qū)。通過該接觸區(qū)的橫向范圍大于襯底厚度的四分之一這一事實，接觸區(qū)處存在的電勢可以影響偏置層的電勢。一種導電溝道類型出現(xiàn)，其路線由輪廓10表示。由于負極被設置在該接觸區(qū)，產(chǎn)生于例如P型摻雜的偏置層4或由光子吸收帶來的電荷載流子分離的空穴向負極的方向遷移。該半導體結(jié)構(gòu)更進一步實現(xiàn)為襯底和偏置層之間的ρη結(jié)具有相對低的勢壘，以便這里，空穴也可以沿負極的方向遷移。因為正極被設置在該η型摻雜的保護環(huán)，多數(shù)電荷載流子，電子，從正極被提取。該保護環(huán)進而使得接觸區(qū)3分別與CCD區(qū)6和CMOS區(qū)7相隔離。如果光子通過背側(cè)輻射進入光檢測器1，光子可以在襯底2中的耗盡區(qū)中被吸收，并且分離電子-空穴對，其中空穴通過導電溝道10’被提取，而電子用于信號檢測。圖2示出了與圖I相似的帶有示意性的等效電路圖的對應示例，僅僅用于便于理解的目的該構(gòu)造可以以類似的方式比作是二極管電路11和晶體管電路12。圖3示出了類似的構(gòu)造，其中，然而，接觸區(qū)103包括設置到襯底102的金屬接觸103a和高摻雜的P型阱103b和位于下面的同樣的重摻雜(p+)層103c。襯底102由以浮區(qū)法得到的輕η摻雜的η型材料構(gòu)成。保護環(huán)105進而包括重η摻雜層105a和更進一步的位于下面的掩埋η摻雜層105b。在背側(cè)的偏置層是重P摻雜的(標記為104)。偏置層又具有設置在其上的鈍化層113，用于密封該表面。舉例來說，可以使用硅酸鹽玻璃用于鈍化。由于負極108設置在接觸區(qū)103，位于那里的空穴，即P型阱材料的多數(shù)載流子電荷，被提取。類似的情況，也就是由于設置在保護環(huán)105的正極109，也出現(xiàn)電子的提取。由于相較于接觸區(qū)103和偏置層104之間的距離，接觸區(qū)103具有寬的橫向范圍，導電溝道110’形成，其分別由線110表示。更進一步，CXD電子單元106和進一步的CMOS區(qū)107同樣關于該接觸區(qū)103橫向偏尚。相應光檢測器201的更進一步結(jié)構(gòu)在圖4-6中示出。該光檢測器同樣包括接觸區(qū)203，其具有金屬化接觸203a和位于下面的重摻雜p型阱203b以及更下面的p摻雜層203c。實際襯底202是輕η摻雜的。接觸區(qū)203被保護環(huán)205圍繞。保護環(huán)205包括金屬接觸-連接以及重η摻雜的阱205a和位于該阱下面的η摻雜層205b。進一步，偏置層204，其是重P摻雜的，設置在背側(cè)上，并且還設置有鈍化層213。同樣存在對應的CMOS結(jié)構(gòu)207，其具有位于下面的屏蔽，P摻雜層207’。與之前的結(jié)構(gòu)相比，特別是保護環(huán)在內(nèi)側(cè)(也就是朝向接觸區(qū))和外側(cè)(也就是朝向其他區(qū)域，例如在CMOS區(qū)中)被淺溝槽隔離(STI)214圍繞。該STI結(jié)構(gòu)用于更好的界定各個區(qū)域。該結(jié)構(gòu)是以通常的方式接觸連接的，也就是說負極208施加到接觸區(qū)203，而正極209施加到保護環(huán)205。示意性的等效電路圖215和216插入到圖6中，僅僅用于更好的說明。背靠背連接的二極管215相應地說明耗盡區(qū)的形成。更進一步，圖7、8和9示出了接觸區(qū)303、403、503如何設置和關于其形式的體現(xiàn) 的實例。圖7示出了半導體結(jié)構(gòu)的襯底302的平面圖，具有單獨的接觸區(qū)303，其以點狀的方式實現(xiàn)并設置在前側(cè)處。圖8示出了在襯底402上的多個點狀接觸區(qū)403。圖9示出了在襯底502上的環(huán)狀接觸區(qū)503。綜上，特別優(yōu)選的用于光子檢測的半導體結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為如下該結(jié)構(gòu)具有高阻抗的襯底，由浮區(qū)娃制成并具有電導率P > 2000 Ω cm。該半本征(semi-intrinsic)半導體材料是例如相應的(η—)摻雜的。該襯底被減薄到約50 μ m的厚度。此外，該半導體在襯底的前側(cè)具有接觸區(qū)。特別地，考慮50μπιΧ200μπι的形式。如果，如當前的情況，選擇輕η摻雜的襯底，該接觸區(qū)包括所謂的P-源極/漏極注入，其由ρ(++)摻雜材料(表面電阻率約為100 Ω或100 Ω/方塊，位于從Onm到約IOOnm的范圍內(nèi))構(gòu)成、另外的P型阱注入，其具有(Ρ+)摻雜層(表面電阻率約1000 Ω/方塊，位于從約O. I μ m到I. O μ m的深度范圍內(nèi))。該ρ型阱被設計為使得可以施加-IV到-5V的電勢。此外，提供P型子注入，形成(Ρ+)摻雜區(qū)(表面電阻率約1000Ω/方塊，位于從約0.7μπι到1.5μπι的深度范圍內(nèi))。保護環(huán)同樣形成在襯底的前側(cè)上并且圍繞接觸區(qū)。保護環(huán)的寬度優(yōu)選為約10 μ m，并且到接觸區(qū)的距離同樣約為ΙΟμπ 。此外，在保護環(huán)的內(nèi)部和外部提供具有ΙΟμπ 的寬度的淺溝槽隔離(STI)。保護環(huán)相應地包括由具有小于100Ω/方塊的表面電阻率和距離表面的IOOnm深度的(η++)摻雜材料形成的η型源極/漏極注入。此外，保護環(huán)結(jié)構(gòu)包括由(η+)摻雜材料(表面電阻率約800 Ω /方塊，深度約O. 7 μ m到I. 5 μ m,位于IOOnm到IOOOnm深度的范圍內(nèi))形成的η型阱注入。該η型阱注入被實現(xiàn)為可以施加+5V到+IOV的隔離電壓。進一步，提供由(η+)摻雜材料(表面電阻率約1300Ω/方塊，深度約O. 5μπι到I. O μ m，位于500nm到700nm的深度范圍內(nèi))形成的η-掩埋層注入。下面沒有提供其他的層，更特別地，沒有η型保護環(huán)到襯底的直接接觸連接。進一步，提供背側(cè)層，其距離接觸區(qū)一距離，但是與接觸區(qū)形成橫向重疊。它包括從背側(cè)表面延伸到200nm深度的ρ型阱注入((ρ+)摻雜，具有小于1000 Ω /方塊的表面電阻率)。在該表面處，由氮化物、ZbSiO或ZbSiNi形成的抗反射涂層(ARC層)覆蓋背側(cè)層。背側(cè)層常規(guī)地均勻?qū)崿F(xiàn)，即沒有結(jié)構(gòu)化(structuring)，并在整個晶片區(qū)域之上延伸，如果需要，遠離例如沒有減薄的窄邊緣區(qū)域，并裝配在背側(cè)上。
參考標號列表I光檢測器2襯底3接觸4偏置層 5保護環(huán)6CCD 環(huán)7CMOS 區(qū)8負極9極10電勢線10’導電溝道11二極管等效電路圖12晶體管等效電路圖101光檢測器102襯底103接觸區(qū)103a金屬接觸10 ρ 型阱103c(ρ+)型層104偏置層105保護環(huán)105a(η+)型阱105b(η+)型層106CCD 區(qū)107CMOS 區(qū)108負極109正極110電勢線100’導電溝道113鈍化層201光檢測器202襯底203接觸區(qū)203a金屬接觸203bρ 型阱203cρ 型層204偏置層205保護環(huán)
205a(n+)型阱205b(η+)型層207CMOS 區(qū)207’p 型層208負極209正極213鈍化214淺溝槽隔離
·
215二極管等效電路圖216晶體管等效電路圖302襯底303接觸區(qū)402襯底403接觸區(qū)502襯底503接觸區(qū)
權(quán)利要求
1.一種用于光子檢測的半導體結(jié)構(gòu)(1，101，201)，包括 襯底(2，102，202，302，402，502)，由具有第一類型的摻雜的半導體材料構(gòu)成， 接觸區(qū)(3，103，203，303，403，503)，設置在所述襯底的前側(cè)， 偏置層(4，104，204)，由具有第二摻雜的半導體材料構(gòu)成，設置在距離所述接觸區(qū)一距離的所述襯底的背側(cè)上，其中所述接觸區(qū)至少部分地與所述偏置層相對，以便在橫向方向上存在重疊區(qū)域， 保護環(huán)(5，105，205)，設置在所述襯底的前側(cè)并圍繞所述接觸區(qū)， 其中在所述接觸區(qū)和所述保護環(huán)之間施加反向電壓，其中所述重疊區(qū)域具有至少達到所述接觸區(qū)和所述偏置層之間距離的四分之一的橫向范圍。
2.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述接觸區(qū)被設計為通過施加到所述接觸區(qū)的電勢影響偏置層的電勢。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述接觸區(qū)和偏置層之間的距離對應于所述襯底的厚度。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述接觸區(qū)包括形成在所述襯底中的阱(103b，203b)，所述阱具有與所述第一類型的摻雜相反符號的摻雜。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述襯底具有高阻抗，特別地被輕摻雜。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述接觸區(qū)具有與所述襯底相反符號的摻雜。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述偏置層具有與所述襯底相反符號的摻雜。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述保護環(huán)具有與所述襯底相同符號的摻雜類型。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述保護環(huán)與所述襯底相比被更重地摻雜。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述半導體結(jié)構(gòu)被設計為從所述背側(cè)照射。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中包括由具有與所述接觸區(qū)相同符號的摻雜的材料構(gòu)成的至少一個阱的至少一個其他區(qū)域(6，7 ；106,107 ；207)以關于所述接觸區(qū)橫向偏移的方式設置。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個其他區(qū)域(6，106)被實現(xiàn)為用于檢測光子的傳感器部件。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述半導體結(jié)構(gòu)被設計為能夠使光子至少部分地穿透到用于吸收光子的所述襯底的吸收區(qū)中，所述吸收區(qū)關于所述重疊區(qū)域橫向偏移。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述半導體結(jié)構(gòu)被設計為當施加所述反向電壓時所述吸收區(qū)形成耗盡區(qū)。
15.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中所述襯底通過浮區(qū)硅制造。
16.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的半導體結(jié)構(gòu)，其中淺溝槽隔離(STI)(214)被部分地設置在所述接觸區(qū)和所述 保護環(huán)之間和/或在所述接觸區(qū)和至少一個其他區(qū)域之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于光子檢測的半導體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出了用于光子檢測的半導體結(jié)構(gòu)(1，101，201)，包括襯底(2，102，202)，其由具有第一類型的摻雜的半導體材料構(gòu)成，接觸區(qū)(3，103，203)，其設置在所述襯底的前側(cè)，偏置層(4，104，204)，由具有第二摻雜的半導體材料構(gòu)成，設置在距離所述接觸區(qū)一距離的襯底的背側(cè)，其中接觸區(qū)至少部分地與偏置層相對，以便在橫向方向出現(xiàn)重疊區(qū)域，保護環(huán)(5，105，205)，設置在所述襯底的前側(cè)并圍繞所述接觸區(qū)，其中在接觸區(qū)和保護環(huán)之間施加反向偏壓。為了實現(xiàn)更加成本有效的制造，所述重疊區(qū)域具有至少達到接觸區(qū)和偏置層之間距離的四分之一的橫向范圍。
文檔編號H01L27/146GK102891154SQ20121031947
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者M·波普, B·德科伊, M·安尼斯 申請人:埃斯普羅光電股份公司