CN106952983A - 硅基Ge光探测器阵列及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅基Ge光探测器阵列及其制作方法，所述制作方法包括：1）于硅衬底中形成N++型掺杂层；2）于N++型掺杂层表面形成本征Ge层；3）于本征Ge层表面形成P+型掺杂区阵列；4）于各P+型掺杂区之间形成N+型掺杂区；5）于各P+型掺杂区及各N+型掺杂区表面形成上金属电极；6）于各P+型掺杂区之间刻蚀出深槽，形成隔离结构。发明通过在相邻硅基Ge光探测器之间形成深槽，切断相邻所述硅基Ge光探测器之间光电流的串扰路径，从而减小或消除相邻所述硅基Ge光探测器之间光电流的串扰，使得位于所述硅基Ge光探测器阵列结构边缘的硅基Ge光探测器的光电流可以和位于硅基光Ge探测器阵列结构中心的硅基Ge光探测器的光电流相接近。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域和光电集成领域，特别是涉及一种可以减小串扰的硅基Ge光探测器阵列及其制作方法。
背景技术
光电探测器作为可见光和近红外波段探测器件的主力军,具有效率高、功耗低、体积小、抗震动等优点,在通信、航空航天、医疗、智能控制等领域广泛应用。而光电探测器阵列由多个相同尺寸、间距相同的单元在一个封装内线性排列组成。该阵列可用于激光束探测和分光光度计等很多领域。由于光电探测器阵列之间相互元素之间的信号串扰，导致其响应度均匀性受到破坏。
现有的硅基Ge光探测器阵列结构如图1～图2所示，所述硅基Ge光探测器阵列包括多个呈阵列分布的硅基Ge光探测器1，各所述硅基Ge光探测器1之间相隔一定的间距，如图1所示。所述硅基Ge光探测器阵列的截面图如图2所示，其包括：硅衬底21；N++型掺杂层22；本征Ge层23；P+型掺杂区24阵列；N+型掺杂区25；上金属电极27。由于光电流在所述硅基Ge光探测器1之间及下方的本征半导体Ge层内产生，相邻所述硅基Ge光探测器1之间存在光电流串扰的问题：即当光均匀入射时，位于所述硅基Ge光探测器阵列结构最边缘的两个所述硅基Ge光探测器1的光电流明显小于位于中心的所述硅基Ge光探测器1的光电流，如图3所示，图3为图1所示的硅基Ge光探测器阵列结构的光电流响应图，图1以所述硅基Ge光探测器阵列结构包括16个所述硅基Ge光探测器1为例，且将16个硅基Ge光探测器1依次进行1至16的标号，由图3可知，最外侧4个像素的光电流响应度低于中间像素的光电响应度，仅为位于中心的所述硅基Ge光探测器1的光电流响应值75％。这是由于中间像素除了接收到本身的光信号响应之外，还会接收到相邻像素串扰过来的光信号，而最外侧像素由于只能接收到一侧像素串扰过来的信号，因此其光信号响应度低于中间像素，从而影响所述硅基光探测器阵列结构的性能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硅基Ge光探测器阵列及其制作方法，用于解决现有技术中的硅基Ge光探测器阵列结构中相邻硅基Ge探测器之间存在光电流串扰而导致的最边缘的硅基Ge探测器的光电流明显小于位于中心的硅基Ge探测器的光电流的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种硅基Ge光探测器阵列的制作方法，所述制作方法包括步骤：步骤1)，提供一硅衬底，采用离子注入工艺于所述硅衬底中形成 N++型掺杂层；步骤2)，于所述N++型掺杂层表面外延形成本征Ge层；步骤3)，采用离子注入工艺于本征Ge层表面形成P+型掺杂区阵列；步骤4)，于各P+型掺杂区之间的本征 Ge层中形成N+型掺杂区，且各P+型掺杂区及各N+型掺杂区之间被本征Ge层隔开；步骤5)，于各P+型掺杂区及各N+型掺杂区表面形成上金属电极；步骤6)，于各P+型掺杂区之间刻蚀出深槽，形成隔离结构。
作为本发明的硅基Ge光探测器阵列的制作方法的一种优选方案，所述深槽的深度不小于所述本征Ge层的厚度。
作为本发明的硅基Ge光探测器阵列的制作方法的一种优选方案，所述深槽的宽度小于所述N+型掺杂区的宽度。
优选地，所述深槽的宽度小于或等于所述N+型掺杂区的宽度的一半。
作为本发明的硅基Ge光探测器阵列的制作方法的一种优选方案，所述P+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N++ 型掺杂层的离子掺杂浓度为1e19～1e20/cm3。
作为本发明的硅基Ge光探测器阵列的制作方法的一种优选方案，所述深槽的截面形状包括矩形、U型及倒梯形中的一种。
本发明还提供一种硅基Ge光探测器阵列，包括：硅衬底；N++型掺杂层，形成于所述硅衬底表面；本征Ge层，形成于所述N++型掺杂层表面；P+型掺杂区阵列，形成于所述本征Ge层表面；N+型掺杂区，形成于各P+型掺杂区之间的本征Ge层中，且各P+型掺杂区及各 N+型掺杂区之间被本征Ge层隔开；上金属电极；形成于各P+型掺杂区及各N+型掺杂区表面；深槽，形成于各P+型掺杂区之间。
作为本发明的硅基Ge光探测器阵列的一种优选方案，所述深槽的深度不小于所述本征 Ge层的厚度。
作为本发明的硅基Ge光探测器阵列的一种优选方案，所述深槽的宽度小于所述N+型掺杂区的宽度。
优选地，所述深槽的宽度小于或等于所述N+型掺杂区的宽度的一半。
作为本发明的硅基Ge光探测器阵列的一种优选方案，所述P+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N++型掺杂层的离子掺杂浓度为1e19～1e20/cm3。
作为本发明的硅基Ge光探测器阵列的一种优选方案，所述深槽的截面形状包括矩形、U 型及倒梯形中的一种。
如上所述，本发明的硅基Ge光探测器阵列及其制作方法，具有以下有益效果：
本发明通过在相邻所述硅基Ge光探测器之间形成深槽，可以切断相邻所述硅基Ge光探测器之间光电流的串扰路径，从而减小或消除相邻所述硅基Ge光探测器之间光电流的串扰，使得位于所述硅基Ge光探测器阵列结构边缘的所述硅基Ge光探测器的光电流可以和位于所述硅基光Ge探测器阵列结构中心的所述硅基Ge光探测器的光电流接近。本发明方法和结构简单，在半导体领域和光电集成领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1显示为现有技术中的硅基Ge光探测器阵列的俯视结构示意图。
图2显示为现有技术中的硅基Ge光探测器阵列的截面结构示意图。
图3显示为现有技术中的硅基Ge光探测器阵列的光电流响应图。
图4～图11显示为本发明的硅基Ge光探测器阵列的制作方法各步骤所呈现的截面结构示意图。
图12显示为本发明的硅基Ge光探测器阵列的俯视结构示意图。
图13显示为本发明的硅基Ge光探测器阵列的光电流响应图。
元件标号说明
2 硅基Ge光探测器
21 硅衬底
22 N++型掺杂层
23 本征Ge层
24 P+型掺杂区
25 N+型掺杂区
26 二氧化硅层
27 上金属电极
3 深槽
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图4～图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图4～图12所示，本实施例提供一种硅基Ge光探测器2阵列的制作方法，所述制作方法包括步骤：
如图4～图5所示，首先进行步骤1)，提供一硅衬底21，采用离子注入工艺于所述硅衬底21中形成N++型掺杂层22。
作为示例，所述N++型掺杂层22的离子掺杂浓度为1e19～1e20/cm3。
如图6所示，然后进行步骤2)，于所述N++型掺杂层22表面外延形成本征Ge层23。
如图7所示，接着进行步骤3)，采用离子注入工艺于本征Ge层表面形成P+型掺杂区24阵列。
具体地，依据P+型掺杂区24阵列制备图形掩膜，然后采用离子注入工艺于所述本征Ge 层23表层区域形成P+型掺杂区24阵列，作为示例，所述P+型掺杂区24的离子掺杂浓度为 1e17～1e19/cm3，在本实施例中，所述P+型掺杂区22的离子掺杂浓度为1e18/cm3。
如图8所示，接着进行步骤4)，于各P+型掺杂区24之间的本征Ge层23中形成N+型掺杂区25，且各P+型掺杂区24及各N+型掺杂区25之间被本征Ge层23隔开。
作为示例，先制作掩膜后进行离子注入工艺，所述N+型掺杂区25的深度等于所述本征 Ge层23的厚度，且各P+型掺杂区24及各N+型掺杂区25之间被本征Ge层23隔开。
作为示例，所述N+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，在本实施例中，所述N+ 型掺杂区的离子掺杂浓度为1e18/cm3。
如图9～图10所示，然后进行步骤5)，于各P+型掺杂区24及各N+型掺杂区25表面形成上金属电极27。
具体地，首先沉积一层二氧化硅层26，通过光刻工艺形成图形掩膜，然后沉积或电镀金属形成上金属电极27。
作为示例，所述上金属电极27的材料可以为Cu、Au、W、Pt等导电性能良好且能够与Ge形成欧姆接触的金属材料。
如图11所示，接着进行步骤6)，于各P+型掺杂区之间刻蚀出深槽，形成隔离结构。
作为示例，为了切断相邻所述硅基光探测器之间的光电流串扰，所述深槽3需要达到一定的深度，例如，所述深槽3的深度不小于所述本征Ge层23的厚度。
作为示例，所述深槽3的宽度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述深槽3的宽度小于所述N+型掺杂区25的宽度。更为优选地，本实施例中，所述深槽3的宽度小于或等于所述N+型掺杂区25的宽度的一半。
作为示例，所述深槽3的边缘至最邻近的所述P+型掺杂区24的间距相等，即所述深槽3 位于相邻所述P+型掺杂区24之间的中部。所述深槽3的边缘至最邻近的所述P+型掺杂区24 的间距相等，可以确保所述深槽3两侧的所述硅基Ge光探测器2的结构完全相同，使得所述深槽3的引入并不影响各所述硅基Ge光探测器2的性能。
所述深槽3的截面形状可以根据实际需要设定，作为示例，所述深槽3的截面形状包括矩形、U型及倒梯形中的一种。
如图11～图12所示，其中，图12为本实施例的硅基Ge光探测器2阵列的俯视结构示意图，本实施例还提供一种硅基Ge光探测器阵列，包括：硅衬底21；N++型掺杂层22，形成于所述硅衬底21表面；本征Ge层23，形成于所述N++型掺杂层22表面；P+型掺杂区24 阵列，形成于所述本征Ge层23表面；N+型掺杂区25，形成于各P+型掺杂区24之间的本征 Ge层23中，且各P+型掺杂区24及各N+型掺杂区25之间被本征Ge层23隔开；上金属电极27；形成于各P+型掺杂区24及各N+型掺杂区25表面；深槽3，形成于各P+型掺杂区24 之间。
作为示例，所述深槽3的深度不小于所述本征Ge层23的厚度。
作为示例，所述深槽3的宽度小于相邻所述N+型掺杂区25的宽度。优选地，所述深槽 3的宽度小于或等于所述N+型掺杂区25的宽度的一半。
作为示例，所述P+型掺杂区24的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N+型掺杂区25 的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N++型掺杂层22的离子掺杂浓度为1e19～1e20/cm3。
作为示例，所述深槽3的截面形状包括矩形、U型及倒梯形中的一种。
如图13所示，本发明通过在相邻所述硅基Ge光探测器2之间形成深槽3，可以切断相邻所述硅基Ge光探测器2之间光电流的串扰路径，从而减小或消除相邻所述硅基Ge光探测器2之间光电流的串扰，使得位于所述硅基Ge光探测器2阵列结构边缘的所述硅基Ge光探测器2的光电流可以和位于所述硅基光Ge探测器阵列结构中心的所述硅基Ge光探测器2的光电流相接近左右。
如上所述，本发明的硅基Ge光探测器2阵列及其制作方法，具有以下有益效果：
本发明通过在相邻所述硅基Ge光探测器2之间形成深槽3，可以切断相邻所述硅基Ge 光探测器2之间光电流的串扰路径，从而减小或消除相邻所述硅基Ge光探测器2之间光电流的串扰，使得位于所述硅基Ge光探测器2阵列结构边缘的所述硅基Ge光探测器2的光电流可以达到位于所述硅基光Ge探测器阵列结构中心的所述硅基Ge光探测器2的光电流的96％左右。本发明方法和结构简单，在半导体领域和光电集成领域具有广泛的应用前景。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种硅基Ge光探测器阵列的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步骤：
步骤1)，提供一硅衬底，采用离子注入工艺于所述硅衬底中形成N++型掺杂层；
步骤2)，于所述N++型掺杂层表面外延形成本征Ge层；
步骤3)，采用离子注入工艺于本征Ge层表面形成P+型掺杂区阵列；
步骤4)，于各P+型掺杂区之间的本征Ge层中形成N+型掺杂区，且各P+型掺杂区及各N+型掺杂区之间被本征Ge层隔开；
步骤5)，于各P+型掺杂区及各N+型掺杂区表面形成上金属电极；
步骤6)，于各P+型掺杂区之间刻蚀出深槽，形成隔离结构。
2.根据权利要求1所述的硅基Ge光探测器阵列的制作方法，其特征在于：所述深槽的深度不小于所述本征Ge层的厚度。
3.根据权利要求1所述的硅基Ge光探测器阵列的制作方法，其特征在于：所述深槽的宽度小于所述N+型掺杂区的宽度。
4.根据权利要求3所述的硅基Ge光探测器阵列的制作方法，其特征在于：所述深槽的宽度小于或等于所述N+型掺杂区的宽度的一半。
5.根据权利要求1所述的硅基Ge光探测器阵列的制作方法，其特征在于：所述P+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N++型掺杂层的离子掺杂浓度为1e19～1e20/cm3。
6.根据权利要求1所述的硅基Ge光探测器阵列的制作方法，其特征在于：所述深槽的截面形状包括矩形、U型及倒梯形中的一种。
7.一种硅基Ge光探测器阵列，其特征在于，包括：
硅衬底；
N++型掺杂层，形成于所述硅衬底表面；
本征Ge层，形成于所述N++型掺杂层表面；
P+型掺杂区阵列，形成于所述本征Ge层表面；
N+型掺杂区，形成于各P+型掺杂区之间的本征Ge层中，且各P+型掺杂区及各N+ 型掺杂区之间被本征Ge层隔开；
上金属电极；形成于各P+型掺杂区及各N+型掺杂区表面；
深槽，形成于各P+型掺杂区之间。
8.根据权利要求7所述的硅基Ge光探测器阵列，其特征在于：所述深槽的深度不小于所述本征Ge层的厚度。
9.根据权利要求7所述的硅基Ge光探测器阵列，其特征在于：所述深槽的宽度小于所述N+型掺杂区的宽度。
10.根据权利要求7所述的硅基Ge光探测器阵列，其特征在于：所述深槽的宽度小于或等于所述N+型掺杂区的宽度的一半。
11.根据权利要求7所述的硅基Ge光探测器阵列，其特征在于：所述P+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e17～1e19/cm3，所述N++型掺杂层的离子掺杂浓度为1e19～1e20/cm3。
12.根据权利要求7所述的硅基Ge光探测器阵列，其特征在于：所述深槽的截面形状包括矩形、U型及倒梯形中的一种。
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|---|---|
| CN (1) | CN106952983A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109148502A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-04 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法、成像设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5721429A (en) * | 1996-07-23 | 1998-02-24 | Hughes Electronics | Self-focusing detector pixel structure having improved sensitivity |
| CN2405204Y (zh) * | 1999-12-10 | 2000-11-08 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种带微光锥的光伏探测器列阵 |
| CN104201237A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-10 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种多元红外探测器台面器件及其制作方法 |
| US20160247841A1 (en) * | 2014-11-13 | 2016-08-25 | Artilux, Inc. | Light absorption apparatus |
| CN206849844U (zh) * | 2017-02-14 | 2018-01-05 | 上海新微科技服务有限公司 | 硅基Ge光探测器阵列 |
-
2017
- 2017-02-14 CN CN201710078428.1A patent/CN106952983A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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| PB01 | Publication | ||
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