CN110676340B - 一种紫外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于半导体技术领域，提供了一种紫外探测器，所述紫外探测器包括：隔离台面，所述隔离台面包括侧壁为倾斜结构的上部分和侧壁为垂直结构的下部分。其中，所述上部分包括所述紫外探测器的全部的欧姆接触层，所述上部分的最大横截面的直径不大于所述下部分的横截面的直径；其中，所述上部分的纵向剖面为梯形，该梯形的下内角为锐角。本发明能够有效地抑制紫外探测器的侧壁表面的提前击穿，同时提高芯片的填充因子，节约成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种紫外探测器。
背景技术
紫外探测器具有自然光辐射背景干扰小、虚假预警率低等优点，在紫外预警、紫外通信、紫外天文等领域有着重要的应用前景。4H-SiC雪崩光电二极管紫外探测器具有高增益、高响应度、低暗电流等优点，能够实现微弱紫外信号甚至紫外单光子的探测，4H-SiC雪崩光电二极管多应用在紫外成像中。
紫外探测器可以采用台面结构实现探测器阵列中的各个探测器的隔离，称为隔离台面，现有技术中紫外探测器的隔离台面通常采用垂直侧壁；然而，由于垂直侧壁的表面电场强度远大于其内部电场强度，故侧壁表面容易发生提前击穿。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种紫外探测器，旨在解决现有技术中的紫外探测器侧壁表面容易发生提前击穿的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种紫外探测器，所述紫外探测器包括隔离台面，所述隔离台面包括侧壁为倾斜结构的上部分和侧壁为垂直结构的下部分：
其中，所述上部分包括所述紫外探测器的全部的欧姆接触层，所述上部分的最大横截面的直径不大于所述下部分的横截面的直径；
其中，所述上部分的纵向剖面为梯形，该梯形的下内角为锐角。
可选的，所述上部分与所述下部分的结合部与所述下部分的顶面重合。
可选的，所述上部分与所述下部分的结合部位于所述下部分的顶面的内部。
可选的，所述下内角为2°～15°。
可选的，所述紫外探测器还包括钝化层和上金属电极，所述上金属电极设置于所述上部分的上表面；
所述钝化层覆盖所述上部分的外表面上的除所述上金属电极之外的区域，且，所述钝化层覆盖所述下部分的外表面。
可选的，所述隔离台面由上至下依次包括欧姆接触层和吸收倍增层，所述上部分还包括部分的所述吸收倍增层。
可选的，所述隔离台面由上至下依次包括欧姆接触层、倍增层和吸收层，所述上部分还包括全部的所述倍增层和部分的所述吸收层。
可选的，所述隔离台面由上至下依次包括欧姆接触层、倍增层、电荷层和吸收层，所述上部分还包括全部的所述倍增层、全部的所述电荷层和部分的所述吸收层。
本发明实施例的第二方面提供了一种紫外探测器阵列，所述紫外探测器阵列包括两个以上的如任一项所述的紫外探测器。
本发明实施例的第三方面提供了一种紫外探测器的制备方法，所述制备方法包括：
制备半导体外延晶片，所述半导体外延晶片包括垂直台面；
在所述垂直台面的上部分的外表面涂覆光刻胶，并进行光刻、显影，使所述光刻胶图形化；
对图形化的光刻胶进行加热，使所述图形化的光刻胶回流形成倾斜侧壁；
对具有倾斜侧壁图形化光刻胶的外延晶片进行刻蚀，使所述垂直台面的上部分形成倾斜台面，其中，所述倾斜台面包括所述紫外探测器的全部的欧姆接触层，所述倾斜台面的最大横截面的直径不大于所述垂直台面的横截面的直径；
其中，所述倾斜台面的纵向剖面为梯形，该梯形的下内角为锐角。
本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明的紫外探测器的隔离台面包括上部分和下部分，上部分的侧壁为倾斜结构，下部分的侧壁为垂直结构，其中，上部分包括该紫外探测器的全部的欧姆接触层，且，上部分最大横截面的直径不大于下部分横截面的直径；其中，上部分的剖面为梯形，该梯形的下内角为锐角。通过侧壁为倾斜结构的上部分减小该隔离台面的电场强度，可以有效抑制紫外探测器的侧壁表面的提前击穿问题；而侧壁为垂直结构的下部分隔离台面，可以实现相邻探测器的彻底隔离，从而有利于降低信号串扰，提高探测器阵列的成像质量，同时提高芯片的填充因子，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的紫外探测器的隔离台面的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的紫外探测器的隔离台面的结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的紫外探测器的隔离台面的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的紫外探测器的结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的紫外探测器的结构示意图；
图6是本发明再一实施例提供的紫外探测器的结构示意图；
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
现有技术中，紫外探测器的隔离台面为垂直侧壁，参见图1，图1为剖视图，在将紫外探测器加上反向偏压后，在垂直侧壁11的表面产生侧壁电场，同时在垂直侧壁11的内部产生内建电场，侧壁电场的电场强度远大于内建电场的强度，容易发生表面提前击穿现象，隔离台面1的垂直侧壁11的表面易发生提前击穿。
本发明实施例提供的紫外探测器，其隔离台面包括侧壁为倾斜结构的上部分和侧壁为垂直结构的下部分，侧壁为倾斜结构的上部分隔离台面，可以减少隔离台面的电场强度，抑制紫外探测器的侧壁表面的提前击穿问题，而侧壁为垂直结构的下部分隔离台面，可以实现相邻探测器的彻底隔离，从而利于降低信号串扰。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的紫外探测器的隔离台面的结构示意图，详述如下：
所述紫外探测器包括隔离台面2，隔离台面2包括侧壁为倾斜结构的上部分21和侧壁为垂直结构的下部分22：
其中，上部分21包括所述紫外探测器的全部的欧姆接触层，上部分21的最大横截面的直径不大于下部分22的横截面的直径；
其中，上部分21的纵向剖面为梯形，该梯形的下内角θ为锐角。
在本发明实施例中，紫外探测器的隔离台面2包括侧壁为倾斜结构的上部分21和侧壁为垂直结构的下部分22，上部分21的倾斜结构使侧壁的耗尽区域比台面内部的耗尽区域宽，从而能够减弱探测器倾斜结构侧壁的侧壁电场强度，可以使实际击穿场强值接近理想的理论击穿值，抑制了紫外探测器的侧壁表面的提前击穿问题。
同时，与侧壁全部为倾斜结构的隔离台面相比，本发明实施例的隔离台面的上部分21为倾斜结构，下部分22为垂直结构，上部分21的厚度可以小于下部分22的厚度，下部分22的垂直结构可以使相邻的紫外探测器之间保持一定的距离，进而对相邻紫外探测器进行有效的隔离，防止相邻紫外探测器之间发生信号的串扰，保证每个紫外探测器的信号的准确度，同时提高芯片的填充因子，降低成本。
此外，与侧壁全部为倾斜结构的隔离台面相比，本发明实施例的隔离台面由于下部分22的垂直结构的存在，还能够在保证整个台面底部面积和上部分21的下倾角不变的情况下增加上部分21的顶面的面积，而紫外探测器的有源区在上部分21的顶面，紫外探测器的有源区为接收紫外光的区域，故，增加了有源区接收紫外光的面积，在紫外探测器的总面积不变的前提下，提高了芯片的有源区的面积与总面积之比得到的填充因子，将紫外探测器用于成像时，提高了紫外探测器的成像质量。隔离台面2的横向剖面可以是圆形，也可以是正方形。
本发明的紫外探测器的隔离台面包括上部分和下部分，上部分的侧壁为倾斜结构，下部分的侧壁为垂直结构，其中，上部分包括该紫外探测器的全部的欧姆接触层，且，上部分最大横截面的直径不大于下部分横截面的直径；其中，上部分的剖面为梯形，该梯形的下内角为锐角。通过侧壁为倾斜结构的上部分减小该隔离台面的电场强度，可以有效抑制紫外探测器的侧壁表面的提前击穿问题；而侧壁为垂直结构的下部分隔离台面，可以实现相邻探测器的彻底隔离，从而有利于降低信号串扰，提高探测器阵列的成像质量，同时提高芯片的填充因子，降低成本。
参见图2，上部分21与下部分22的结合部与下部分22的顶面重合。
在本发明实施例中，紫外探测器的隔离台面2中的上部分21与下部分22的结合部与下部分22的顶面重合，上部分21的最大横截面的直径等于下部分22的横截面的直径。
参见图3，其示出了本发明另一实施例提供的紫外探测器的隔离台面的结构示意图，详述如下：
上部分31与下部分32的结合部位于下部分32的顶面的内部。
在本发明实施例中，紫外探测器的隔离台面3中的上部分31与下部分32的结合部位于下部分32的顶面的内部。上部分31的最大横截面的直径小于下部分32的横截面的直径。
参见图2，下内角θ为2°～15°。
在本发明实施例中，上部分21的下内角θ影响倾斜结构的侧壁的电场强度，一般下内角θ越小，倾斜结构的侧部的侧壁电场强度越小，但是下内角θ的减少，会减少有源区的面积，进而减少紫外探测器对紫外线的接收量，紫外探测器的紫外线接收量的减少，影响紫外探测器的成像质量，将下内角θ设置为2°～15°，即能解决隔离台面2的提前击穿问题，又能满足紫外探测器对紫外线的接收量，能够保证紫外探测器的成像质量。
参见图2和图4，图4示出了本发明实施例提供的紫外探测器的结构示意图，详述如下：
隔离台面2由上至下依次包括欧姆接触层211和吸收倍增层212，上部分21还包括部分的吸收倍增层212。
在本发明实施例中，隔离台面2还包括在吸收倍增层212的下部设置的紫外探测器的外延层221，下部分22包括剩余部分的吸收倍增层212和部分的外延层221。上部分21中的部分吸收倍增层212的厚度的范围为0.2μm～0.5μm。下部分22的部分的外延层221的厚度的范围为0.2μm～1μm。
示例性的，欧姆接触层211为重掺杂浓度P型欧姆接触层，重掺杂P型欧姆接触层211的掺杂浓度范围为1×1018cm-3～1×1020cm-3，厚度范围为0.05μm～0.3μm，吸收倍增层212为轻掺杂浓度N型吸收倍增层。欧姆接触层211和吸收倍增层可以为碳化硅(SiC)。
紫外探测器还包括衬底23、衬底23设置在下部分22的底部，衬底23可以为衬底为硅、蓝宝石、氮化镓、氧化镓、金刚石以及碳化硅材料中的任意一种。
参见图2和图5，图5示出了本发明另一实施例提供的紫外探测器的结构示意图，详述如下：
隔离台面2由上至下依次包括欧姆接触层211、倍增层213和吸收层214，上部分21还包括全部的倍增层213和部分的吸收层214。
在本发明实施例中，将倍增层213和吸收层214分离，下部分22包括剩余部分的吸收层214和部分的外延层221，上部分21中部分的吸收层214的厚度的范围为0.2μm～0.5μm。下部分22中部分的外延层221的厚度的范围为0.2μm～1μm。
示例性的，欧姆接触层211为重掺杂浓度P型欧姆接触层，重掺杂P型欧姆接触层211的掺杂浓度范围为1×1018cm-3～1×1020cm-3，厚度范围为0.05μm～0.3μm，倍增层213为轻掺杂浓度的N型倍增层，吸收层214为轻掺杂浓度的N型吸收层，倍增层213和吸收层214的掺杂浓度的范围为1×1015cm-3～1×1017cm-3，厚度范围为0.1～50μm。欧姆接触层211、倍增层213和吸收层214可以为SiC材料。
参见图2和图6，图6示出了本发明再一实施例提供的紫外探测器的结构示意图，详述如下：
隔离台面2由上至下依次包括欧姆接触层211、倍增层213、电荷层215和吸收层214，上部分21还包括全部的欧姆接触层211、全部的倍增层213、全部的电荷层215和部分的吸收层214。
在本发明实施例中，在上部分21的倍增层213和吸收层214之间加入电荷层215，下部分22包括所述紫外探测器中的剩余部分的吸收层214和部分外延层221。上部分21中部分的吸收层214的厚度的范围为0.2μm～0.5μm。下部分22中部分的外延层221的厚度的范围为0.2μm～1μm。
示例性的，欧姆接触层211为重掺杂浓度P型欧姆接触层，重掺杂P型欧姆接触层211的掺杂浓度范围为1×1018cm-3～1×1020cm-3，厚度范围为0.05μm～0.3μm，倍增层213为轻掺杂浓度的N型倍增层，吸收层214为轻掺杂浓度的N型吸收层，倍增层213和吸收层214的掺杂浓度的范围为1×1015cm-3～1×1017cm-3，厚度范围为0.1～50μm。电荷层215为重掺杂浓度的N型电荷层，电荷层215的掺杂浓度的范围为1×1018cm-3～1×1019cm-3，电荷层215的厚度为0.05μm～0.3μm，上部分21中部分的吸收层214的厚度的范围为0.2μm～0.5μm。下部分22中部分的外延层221的厚度的范围为0.2μm～1μm。
欧姆接触层211、倍增层213、电荷层215和吸收层214可以为碳化硅(SiC)材料，也可以是硅、砷化镓材料、磷化铟材料、氮化镓材料、氧化镓、金刚石中的任意一种。
紫外探测器还包括钝化层26和上金属电极25，上金属电极25设置于上部分21的上表面；
钝化层26覆盖上部分21的外表面上的除上金属电极25之外的区域，且，钝化层26覆盖下部分22的外表面。
在本发明实施例中，上金属电极25为阳极金属电极25，钝化层26为SiO2、Al2O3、HfO2、Y2O3、SiNx材料中的一种或任意几种组合，厚度在50nm～10μm之间。用于抑制隔离台面2的表面漏电。所述紫外探测器还包括阴极金属电极层24，阴极金属电极层24设置在衬底23的底面，用于和下部分22形成电连接。阳极金属电极25用于和上部分21的欧姆接触层211形成电连接。
阳极金属电极25和阴极金属电极层24的金属材料可以为单一种类的金属，也可以为多种金属组合构成的合金。
阳极金属电极25和阴极金属电极24的金属材料可以相同，也可以不同。
本发明实施例提供了一种紫外探测器阵列，该紫外探测器阵列可以包括两个以上的如上任一实施例所述的紫外探测器。
本发明实施例提供了一种紫外探测器的制备方法，所述制备方法包括：
制备半导体外延晶片，所述半导体外延晶片包括垂直台面；
在所述垂直台面的上部分的外表面涂覆光刻胶，并进行光刻、显影，使所述光刻胶图形化；
对图形化的光刻胶进行加热，使所述图形化的光刻胶回流形成倾斜侧壁；
对具有倾斜侧壁图形化光刻胶的外延晶片进行刻蚀，使所述垂直台面的上部分形成倾斜台面，其中，所述倾斜台面包括所述紫外探测器的全部的欧姆接触层，所述倾斜台面的最大横截面的直径不大于所述垂直台面的横截面的直径；
其中，所述倾斜台面的纵向剖面为梯形，该梯形的下内角为锐角。
在本发明实施例中，所述半导体外延晶片还包括衬底，所述垂直台面设置在所述衬底的上面。
在所述垂直台面的上部分形成倾斜台面之后，所述紫外探测器的制备方法还包括：
在形成倾斜台面的晶片的表面区域涂覆光刻胶，并进行光刻、显影，实现第二次光刻胶图形化；
在第二次图形化的光刻胶上蒸镀金属，并进行剥离，退火，形成阳极欧姆接触；
在形成阳极欧姆接触的晶片的表面区域涂覆光刻胶，并进行光刻，显影，形成第三次光刻胶图形化，对第三次图形化的光刻胶进行蒸镀金属、剥离和退火，形成阴极欧姆接触；
在具有阳极欧姆接触和阴极欧姆接触的晶片的表面区域生长钝化层；
在生长钝化层的晶片的表面区域涂覆光刻胶，并进行光刻、显影和刻蚀，对阳极金属电极和阴极金属电极进行开窗，露出阳极和阴极金属电极。
或者，在具有阳极欧姆接触的晶片的表面区域生长钝化层；
在生长钝化层的晶片的表面区域涂覆光刻胶，并进行光刻、显影和刻蚀，对阳极金属电极进行开窗，露出阳极金属电极；
在衬底的背面溅射金属，并进行退火，形成阴极金属电极层。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种紫外探测器，其特征在于，所述紫外探测器包括隔离台面，所述隔离台面包括侧壁为倾斜结构的上部分和侧壁为垂直结构的下部分；
其中，所述上部分包括所述紫外探测器的全部的欧姆接触层，所述上部分的最大横截面的直径不大于所述下部分的横截面的直径；
其中，所述上部分的纵向剖面为梯形，该梯形的下内角为锐角；
其中，所述隔离台面由上至下依次包括欧姆接触层和吸收倍增层，所述上部分还包括部分的所述吸收倍增层；
或者，所述隔离台面由上至下依次包括欧姆接触层、倍增层和吸收层，所述上部分还包括全部的所述倍增层和部分的所述吸收层；
或者，所述隔离台面由上至下依次包括欧姆接触层、倍增层、电荷层和吸收层，所述上部分还包括全部的所述倍增层、全部的所述电荷层和部分的所述吸收层。
2.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述上部分与所述下部分的结合部与所述下部分的顶面重合。
3.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述上部分与所述下部分的结合部位于所述下部分的顶面的内部。
4.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述下内角为2°～15°。
5.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述紫外探测器还包括钝化层和上金属电极，所述上金属电极设置于所述上部分的上表面；
所述钝化层覆盖所述上部分的外表面上的除所述上金属电极之外的区域，且，所述钝化层覆盖所述下部分的外表面。
6.一种紫外探测器阵列，其特征在于，所述紫外探测器阵列包括两个以上的如上的权利要求1至5中任一项所述的紫外探测器。
7.一种紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1所述的紫外探测器，所述制备方法包括：
制备半导体外延晶片，所述半导体外延晶片包括垂直台面；
在所述垂直台面的上部分的外表面涂覆光刻胶，并进行光刻、显影，使所述光刻胶图形化；
对图形化的光刻胶进行加热，使所述图形化的光刻胶回流形成倾斜侧壁；
对具有倾斜侧壁图形化光刻胶的外延晶片进行刻蚀，使所述垂直台面的上部分形成倾斜台面，其中，所述倾斜台面包括所述紫外探测器的全部的欧姆接触层，所述倾斜台面的最大横截面的直径不大于所述垂直台面的横截面的直径；
其中，所述倾斜台面的纵向剖面为梯形，该梯形的下内角为锐角。
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