DE19752193A1

DE19752193A1 - Photodetektor

Info

Publication number: DE19752193A1
Application number: DE19752193A
Authority: DE
Inventors: Takenori Morikawa
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 1998-06-04
Also published as: JPH10163515A; KR100306414B1; KR19980063584A; US5994724A; JP2867983B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photodetektor gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.

Im allgemeinen ist der in einem optischen Kommunikationssystem zu verwendende Photodetektor aus einem Verbindungshalbleiter, wie z. B. InGaAsP, ausgebildet. Angesichts der guten Überein stimmung mit dem Siliziumverfahren ist jedoch ein Photodetek tor, bei dem Silizium oder SiGe als Material einer lichtabsor bierenden Schicht verwendet wird, zu bevorzugen. In letzter Zeit wurden OEIC (Optoelektronische Integrierte Schaltkreise) entwickelt, bei denen ein Photodetektor und ein Silizumtransi stor auf einem einzigen Substrat ausgebildet sind.

Es gibt im allgemeinen zwei Arten des Photodetektors, eine Art mit Oberflächeneinfall und eine Wellenleiterart. Im Falle der Photodetektorart mit Oberflächeneinfall ist eine Einfallrich tung des Lichts parallel zu einer Richtung der Dicke eines Substrat s des Photodetektors und im Falle des Photodetektors der Wellenleiterart ist eine Einfallrichtung des Lichts paral lel zu einer Oberfläche eines Substrats des Photodetektors. Als ein Verfahren zur effektiven Verbesserung der Lichtemp findlichkeit des Photodetektors entweder der Art mit Oberflä cheneinfall oder der Wellenleiterart wird die Dicke der licht absorbierenden Schicht vergrößert.

D.h., im Falle der Photodetektorart mit Oberflächeneinfall wird deren Lichtempfindlichkeit durch Vergrößerung der Dicke der lichtabsorbierenden Schicht verbessert, da in der lichtab sorbierenden Schicht ein Weg des einfallenden Lichts länger wird und dementsprechend mehr Licht absorbiert werden kann. Andererseits wird im Falle des Photodetektors der Wellenlei terart eine lichtaufnehmende Querschnittsfläche zur Aufnahme von Licht aus einem Lichtwellenleiter verbreitert und Licht wird leicht absorbiert, so daß die Lichtempfindlichkeit des Photodetektors verbessert wird.

Zum Beispiel beschrieben Sugiyama et al. in "IEDM Tech. Dig.", S. 583-586, 1995, einen Photodetektor, bei dem SiGe verwendet wird. Fig. 19 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau des beschriebenen Photodetektors zeigt, und Fig. 20 zeigt ei nen Seitenflächenabschnitt B in Fig. 1 in vergrößertem Maß stab.

Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen herkömmlichen Pho todetektors wird beschrieben. Zuerst wird eine N-leitende Dif fusionsschicht 22 auf einem Siliziumsubstrat 21 ausgebildet, und ein Abschnitt der N-leitenden Diffusionsschicht, in dem eine lichtabsorbierende Schicht ausgebildet werden soll, wird zur Ausbildung einer Öffnung weggeätzt. Dann wird auf der Öff nung ein Silizium-Oxidfilm ausgebildet und durch Rückätzen des Silizum-Oxidfilms wird ein Seitenwand-Oxidfilm 24 ausgebildet. Dann werden die epitaxialen Si-Schichten 25a und die epitaxia len SiGe-Schichten 26a wahlweise abwechselnd ausgebildet, um einen laminierten Schichtaufbau als die lichtabsorbierende Schicht auszubilden. Danach werden eine Si-Pufferschicht 27 und eine P⁺-leitende Kontaktschicht 28 wahlweise kontinuier lich auf dem laminierten Schichtaufbau ausgebildet, und auf der P⁺-leitenden Kontaktschicht 28 wird ein Überzugs-Oxidfilm 29 ausgebildet, bei dem auf einer Oberfläche ein Anodenkontakt 30 und ein Kathodenkontakt ausgebildet werden. Dann werden ei ne Anodenelektrode 32 und eine Kathodenelektrode 33 auf den jeweiligen Kontakten ausgebildet.

Bei der Ausbildung der epitaxialen SiGe-Schichten 26a als die lichtabsorbierende Schicht erscheint um einen Umfangsabschnitt der epitaxialen Ausbildungsebene herum eine andere Kristall fläche als (100), da sich ein mittlerer Abschnitt und der Um fangsabschnitt der auf einer Fläche (100) des Substrats ausge bildeten epitaxialen Schicht in der Energiestabilität vonein ander unterscheiden. Da die Ausbildungsgeschwindigkeit auf der Fläche (100) des Umfangsabschnitts geringer als diejenige auf der Fläche (100) des mittleren Abschnitts ist, werden solche Seitenflächen erzeugt, wie sie in Fig. 20 gezeigt sind, durch welche die Ausbildungsfläche schräg wird. Mit Zunahme der Dicke der lichtabsorbierenden Schicht wird die Seitenfläche sehr groß. Wie es in Fig. 20 gezeigt ist, wird, wenn die Dicke des epitaxial ausgebildeten Films gleich der Tiefe des Öff nungsabschnitts ist, die Seitenfläche erzeugt und durch Ver binden der Anodenelektrode 32 mit dem Anodenkontakt 30 kann der Fall auftreten, daß die Anodenelektrode 32 aufgrund einer sich aus der Seitenfläche ergebenden Stufe zerstört wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Photode tektor mit einer oberen Elektrode zu schaffen, die nicht zer stört wird, selbst wenn durch Vergrößerung der Dicke einer lichtabsorbierenden Schicht des Photodetektors eine Seitenflä che erzeugt wird, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Photodetektors.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Photodetektor mit einer verbesserten Lichtempfindlichkeit zu schaffen, die durch Vergrößerung der Dicke einer lichtabsor bierenden Schicht des Photodetektors verbessert wird, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Photodetektors.

Ein erfindungsgemäßer Photodetektor weist ein Halbleiter-Sub strat, einen im Halbleitersubstrat ausgebildeten Ausnehmungs abschnitt, eine im Ausnehmungsabschnitt ausgebildete lichtab sorbierende Schicht, eine auf der lichtabsorbierenden Schicht ausgebildete Pufferschicht und eine auf der Pufferschicht aus gebildete Kontaktschicht auf, welcher Ausnehmungsabschnitt durch die lichtabsorbierende Schicht, die Pufferschicht und die Kontaktschicht gefüllt ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an hand der beigefügten Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Photodetektor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-B in Fig. 1;

Fig. 3 bis 6 Querschnittsansichten, die die Herstellungs schritte des in Fig. 1 gezeigten Photodetektors zei gen;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Photodetektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie C-D in Fig. 7;

Fig. 9 bis 12 Querschnittsansichten, die die Herstellungs schritte des in Fig. 7 gezeigten Photodetektors zei gen;

Fig. 13 eine Draufsicht auf den Photodetektor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie E-F in Fig. 13;

Fig. 15 bis 18 Querschnittsansichten, die die Herstellungs schritte des in Fig. 13 gezeigten Photodetektors zei gen;

Fig. 19 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Photode tektors; und

Fig. 20 einen vergrößerten Querschnitt eines Abschnitts B in Fig. 19.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein in Fig. 1 und 2 gezeigter Photodetektor ist von der Art mit Oberflächeneinfall, die in einem Abschnitt eines Silizium substrats 1 ausgebildet ist, und erfaßt auf dem Photodetektor einfallendes Licht durch eine Oberfläche des Siliziumsubstrats 1. In anderen Abschnitten des Siliziumsubstrats 1 sind ver schiedene (nicht gezeigte) Schaltkreise, die einen Transistor, etc. aufweisen, ausgebildet.

Der Photodetektor ist in einer N-leitenden Diffusionsschicht 2 mit hoher Verunreinigungsdichte ausgebildet, die in einem P-lei tenden Siliziumsubstrat 1 ausgebildet ist. Der Photodetek tor kann direkt im P-leitenden Bereich des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet sein. D.h., in einer in der N-leitenden Diffu sionsschicht 2 ausgebildeten Ausnehmung werden epitaxiale Siliziumschichten 5a und epitaxiale SiGe-Schichten 6a abwech selnd laminiert, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Auf diesen Schichten werden eine Silizium-Pufferschicht 7 und eine P⁺-lei tende Kontaktschicht 8 in dieser Reihenfolge ausgebildet.

Eine Entwurfsform der Ausnehmung ist quadratisch mit einer Fläche von zum Beispiel 70∼80 µm und ist 1∼3 µm tief. Da die Verunreinigungskonzentration der Schichten 5a und 6a bezogen auf die Lichtabsorption sehr niedrig ist (nicht höher als 1 × 10¹⁵ cm^-3), sind die epitaxiale SiGe-Schicht 6a bzw. die Siliziumschicht 5a 200-400 µm dick. D. h., diese Schich ten sind aus eigenleitenden Sperrschichten oder P-leitenden Schichten mit geringer Verunreinigungsdichte zusammengesetzt. Die Verunreinigungskonzentration der N-leitenden Diffusions schicht 2 beträgt nicht weniger als 1 × 10¹⁹cm^-3, die Sili zium-Pufferschicht 7 ist 200-500 nm dick und weist die Ver unreinigungskonzentration von nicht weniger als 1 × 10¹⁵cm^-3 auf und die P-leitende Silizium-Kontaktschicht 8 ist 100-200 nm dick und weist die Verunreinigungskonzentration von nicht weniger als 1 × 10¹⁹cm^-3 auf.

Ein Überzugs-Oxidfilm 9 und ein Masken-Oxidfilm 3, der diesel be Dicke aufweist wie der Überzugs-Oxidfilm 9, sind auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet. Weiterhin sind eine Anoden-Elektrode 12 und eine Kathoden-Elektrode 13 des Photodetektors durch einen im Überzugs-Oxidfilm 9 vorgesehenen Anodenkontakt 10 und einen im Masken-Oxidfilm 3 vorgesehenen Kathodenkontakt 11 vorgesehen.

Es werden nun die Herstellungsschritte des Photodetektors un ter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 6 beschrieben.

Zuerst wird, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, die N-leitende Schicht 2 im zum Beispiel P-leitenden Siliziumsubstrat 1 aus gebildet, indem auf dem Substrat 1 eine (nicht gezeigte) Ab deckungs-Maske ausgebildet wird, wahlweise Arsenidionen in ei ner Dosis von etwa 1 × 10¹⁵cm^-2 durch die Abdeckungs-Maske fest in das Siliziumsubstrat 1 eingesetzt werden und durch eine anschließende Wärmebehandlung dieses bei einer Temperatur von nicht weniger als 1000°C. Danach wird der Masken-Oxidfilm 3 auf der gesamten Oberfläche des Wafers ausgebildet.

Dann wird ein Abschnitt des Masken-Oxidfilms 3, in dem der Photodetektor ausgebildet werden soll, durch Einsatz von Pho tolithographie weggeätzt und anschließend wird das Silizium der N-leitenden Diffusionsschicht 2 durch Verwendung des Mas ken-Oxidfilms 3 als eine Maske weggeätzt, um eine etwa 1∼3 µm tiefe Ausnehmung 14 in der N-leitenden Diffusions schicht 2 auszubilden. Somit erhält man einen in Fig. 4 ge zeigten Aufbau.

Dann wird auf der gesamten Oberfläche der Ausnehmung 14 ein Silizium-Oxidfilm aufgebracht und dann wird der Silizium-Oxid film auf einer Bodenfläche der Ausnehmung 14 durch Zurückätzen entfernt, um die N-leitende Diffusionsschicht 2 freizulegen, während der Silizium-Oxidfilm auf einer Seitenfläche der Aus nehmung 14 als ein Seitenwand-Oxidfilm 4 belassen wird, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

Dann werden die epitaxialen Siliziumschichten 5a und die expi taxialen SiGe-Schichten 6a auf der freigelegten N-leitenden Diffusionsschicht 2 am Boden der Ausnehmung 14 durch wahlweise epitaxiale Wachstumstechnik abwechselnd ausgebildet und dann werden die Silizium-Pufferschicht 7 und die P⁺-leitende Kon taktschicht 8 auf der obersten epitaxialen SiGe-Schicht 6a in der Reihenfolge, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, ausgebildet.

Weiterhin werden, nachdem der Überzugs-Oxidfilm 9, der im we sentlichen dieselbe Dicke wie der Masken-Oxidfilm 3 aufweist, auf der Oberfläche des Wafers ausgebildet ist, das Anoden-Kon taktloch 10 und das Kathoden-Kontaktloch 11 im Überzugs-Oxid film 9 und die Anoden-Elektrode 12 und die Kathoden-Elektrode 13 ausgebildet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Durch die oben erwähnten Schritte wird der Photodetektor, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, hergestellt.

Da die Oberflächen-Energiestabilität bei der epitaxialen Aus bildung der SiGe-Schicht im Vergleich mit dem Fall, in dem die Siliziumschicht epitaxial ausgebildet wird, gering ist, wird die Seitenfläche hauptsächlich aufgrund der Gitterversetzung beachtlich. Obgleich es in der Siliziumschicht natürlich eine Seitenfläche gibt, ist sie im Vergleich mit der Seitenfläche in der SiGe-Schicht vernachlässigbar.

Deshalb ist der durch die Seitenflächenausbildung verursachte Schritt im wesentlichen proportional zu einer Summe der Dicken der epitaxialen SiGe-Schichten 6a. Wenn alle epitaxialen SiGe-Schich ten 6a dieselbe Dicke aufweisen, beträgt die Dicke der epitaxialen SiGe-Schichten 6a in mittleren Abschnitten dieser bei dieser Ausführungsform T_SiGe × 3, und die Dicke der epi taxialen SiGe-Schichten 6a in Umfangsabschnitten dieser be trägt bei dieser Ausführungsform T_SiGe × α × 3, wobei T_SiGe die Dicke der epitaxialen SiGe-Schicht 6a und α < 1 ist, da die epitaxialen SiGe-Schichten 6a aus drei Schichten aufgebaut sind.

Dementsprechend ist es möglich, durch Erstellung des folgenden Verhältnisses den Schritt wegzulassen:

d = T_Si × 3 + T_B + Tp₊ + 3αT_SiGe,

wobei d die Tiefe der Ausnehmung 14, T_Si die Dicke der epi taxialen Siliziumschicht 5a, T_B die Dicke der Silizium-Puffer schicht 7 und Tp₊ die Dicke der P⁺-leitenden Kontaktschicht ist.

Weiterhin wird in dem Fall, in dem T_Si = T_SiGe, die folgende Gleichung von der obigen Gleichung abgeleitet:

d = 3T_SiGe + T_B + Tp₊ + 3αT_SiGe, = 3(1 + α)T_Si + T_B + Tp₊.

Deshalb ist es ausreichend, die Silizium-Pufferschicht 7 so auszubilden, daß die folgende Gleichung erfüllt wird:

T_B = d - 3(1 + α)T_Si - Tp₊

Zur Verbesserung der Lichtempfindlichkeit des Photodetektors muß die Dicke der lichtabsorbierenden Schicht vergrößert wer den. Wie es oben erwähnt ist, ist beim herkömmlichen Photode tektor, wie er in Fig. 19 gezeigt ist, die große Seitenfläche im Umfangsabschnitt der Ausbildungsebene durch Ausbildung der wahlweisen epitaxialen Schicht ausgebildet, und im Umfangsab schnitt der Ausnehmung wird eine große Stufe ausgebildet, in welcher Ausnehmung der Photodetektor ausgebildet wird. Deshalb wird die Anoden-Elektrode 32 an der sich von der Seitenfläche ergebenden Stufe zerstört.

Bei dem Photodetektor gemäß dieser Ausführungsform kann jedoch die aufgrund der Seitenflächenausbildung erzeugte Stufe ver mindert werden, indem die gesamte Dicke der Siliziumschichten 5a, der SiGe-Schichten 6a, der Silizium-Pufferschicht 7 und der P⁺-leitenden Kontaktschicht 8 größer gemacht wird als die Tiefe der Ausnehmung, indem die Siliziumschichten 5a und die SiGe-Schichten 6a abwechselnd als die lichtabsorbierende Schicht, die Silizium-Pufferschicht 7 und die P⁺-leitende Kontaktschicht 8 kontinuierlich zur lichtabsorbierenden Schicht in der Ausnehmung durch wahlweise epitaxiale Ausbil dungstechnik ausgebildet werden. Deshalb wird es möglich, ei nen vorderen Abschnitt der Anoden-Elektrode 12 sanft nach außen verlaufen zu lassen, und das Problem einer Beschädigung des vorderen Abschnitts wird beseitigt und dementsprechend die Zuverlässigkeit wesentlich verbessert.

Weiterhin wird, da in einem solchen Fall die Dicke der licht absorbierenden Schicht größer gemacht wird als die Tiefe der Ausnehmung verglichen mit dem Fall, in dem die gesamte Dicke der epitaxial ausgebildeten Schichten gleich der Tiefe der Ausnehmung ist, die Quantenausbeute des Photodetektors ver bessert.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es sehr bevorzugt, die ge samte Dicke der epitaxial ausgebildeten Schichten im Umfangs abschnitt in der Ausnehmung genauso groß wie die Tiefe der Ausnehmung herzustellen, indem die (gesamte Dicke der epita xial ausgebildeten Schichten (im mittleren Abschnitt der Aus nehmung)) < (der Tiefe der Ausnehmung) hergestellt wird.

Da es jedoch ausreicht, daß selbst dann keine Beschädigung der Elektrodenverdrahtung stattfindet, wenn gelegentlich eine kleine Stufe erzeugt wird, reicht es aus, die gesamte Dicke der epitaxial ausgebildeten Schichten im Umfangsabschnitt in der Ausnehmung im wesentlichen gleich der Tiefe der Ausnehmung herzustellen. Genauer gesagt sollte, da gewöhnlich die 500 ∼ 800 nm dicke Elektrodenverdrahtung (Aluminium-Elektro denverdrahtung) verwendet wird, die Höhe der erzeugten Stufe weniger als dies betragen, und die Laminierung der wahlweise ausgebildeten epitaxialen Schichten ragt vorzugsweise nicht vom Umfangsabschnitt der Ausnehmung vor. Deshalb ist es bevor zugt, daß die gesamte Dicke der epitaxial ausgebildeten Schichten im Umfangsabschnitt in der Ausnehmung im Hinblick auf die Tiefe der Ausnehmung in einem Bereich von -500 nm bis 0 nm liegt. Die gesamte Dicke der Schichten beträgt im bevor zugtesten Fall 0, wie es oben erwähnt ist.

Fig. 7 und 8 zeigen einen Photodetektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und dieselben Bau teile wie diejenigen der ersten Ausführungsform sind jeweils durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.

Ein Unterschied der zweiten Ausführungsform zur ersten Ausfüh rungsform liegt darin, daß die lichtabsorbierende Schicht der zweiten Ausführungsform eine einzige epitaxiale SiGe-Schicht 6b aufweist.

Die Herstellungsschritte des Photodetektors gemäß der zweiten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf Fig. 9 bis 12 be schrieben.

Zuerst wird, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, eine N-leitende Diffusionsschicht 2 in einem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, indem auf dem Substrat 1 eine (nicht gezeigte) Abdeckungs-Mas ke ausgebildet wird, wahlweise Arsenidionen in einer Dosis von etwa 1 × 10¹⁵cm^-2 durch die Abdeckungs-Maske in das Silizium substrat 1 eingebracht werden und durch eine anschließende Wärmebehandlung dieses bei einer Temperatur von nicht weniger als 1000°C. Danach wird ein Masken-Oxidfilm 3 auf der gesamten Oberfläche des Wafers ausgebildet.

Anschließend wird ein Abschnitt des Masken-Oxidfilms 3, in dem der Photodetektor ausgebildet werden soll, durch Einsatz von Photolithographie weggeätzt und danach wird das Silizium der N-leitenden Diffusionsschicht 2 durch Verwendung des Masken-Oxid films 3 als eine Maske weggeätzt, um eine etwa 1∼3 µm tiefe Ausnehmung 14 mit einem flachen Boden in der N-leitenden Diffusionsschicht 2 auszubilden, was zu einem in Fig. 10 ge zeigten Aufbau führt.

Danach wird auf der gesamten Oberfläche der Ausnehmung 14 ein Silizium-Oxidfilm aufgebracht und dann wird der Silizium-Oxid film auf einer Bodenfläche der Ausnehmung 14 durch Zurückätzen entfernt, um die N-leitende Diffusionsschicht 2 freizulegen, während der Silizium-Oxidfilm auf einer Seitenfläche der Aus nehmung 14 als ein Seitenwand-Oxidfilm 4 belassen wird, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Die bisherigen Schritte sind dieselben wie diejenigen bei der ersten Ausführungsform.

Dann wird die epitaxiale SiGe-Schicht 6b auf der freigelegten N-leitenden Diffusionsschicht 2 am Boden der Ausnehmung 14 durch wahlweise epitaxiale Wachstumstechnik ausgebildet, dann werden eine Silizium-Pufferschicht 7 und eine P⁺-leitende Kontaktschicht 8 auf der epitaxialen SiGe-Schicht 6b in der Reihenfolge, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, ausgebildet.

Weiterhin werden, nachdem ein Überzugs-Oxidfilm 9 auf der Oberfläche des Wafers ausgebildet ist, ein Anoden-Kontaktloch 10 und ein Kathoden-Kontaktloch 11 im Überzugs-Oxidfilm 9 und eine Anoden-Elektrode 12 und eine Kathoden-Elektrode 13 ausge bildet.

Durch die oben erwähnten Schritte wird der Photodetektor, wie er in Fig. 8 gezeigt ist, hergestellt.

Da die lichtabsorbierende Schicht des Photodetektors gemäß der zweiten Ausführungsform die einzelne epitaxiale SiGe-Schicht 6b aufweist, ist eine durch die Seitenflächenausbildung er zeugte Stufe im wesentlichen proportional zur Dicke der epi taxialen SiGe-Schicht 6b.

Deshalb ist es möglich, die Stufe im wesentlichen vollständig zu beseitigen, indem ((die Dicke der Silizium-Pufferschicht 7) + (die Dicke der P⁺-leitenden Kontaktschicht)) = ((der Dicke der epitaxialen SiGe-Schicht 6b) × α (<1)) hergestellt wird. Deshalb ist die zweite Ausführungsform dadurch, daß die Kon struktion der optimalen Dicke der lichtabsorbierenden Schicht erleichtert wird, besser als die erste Ausführungsform, bei der die lichtabsorbierende Schicht aus einer Vielzahl von epi taxialen Schichten zusammengesetzt ist.

Fig. 13 und 14 zeigen eine Lichterfassung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von der ersten Ausführungsform, daß ein Siliziumsubstrat 1 mit einem P-leitenden Siliziumsubstrat 1A hergestellt wird, auf dem eine N-leitende Diffusionsschicht 2 ausgebildet wird, und eine N-lei tende epitaxiale Schicht 15, die auf dem P-leitenden Sili ziumsubstrat 1A ausgebildet wird.

Der Photodetektor gemäß der dritten Ausführungsform weist die N-leitende epitaxiale Siliziumschicht 15 mit einer Dicke von 1 µm und eine Ausnehmung mit einem Boden auf, der bis zu einer Innenseite der N-leitenden Diffusionsschicht 2 reicht. In der Ausnehmung sind epitaxiale Siliziumschichten 5a und epitaxiale SiGe-Schichten 6a abwechselnd als eine lichtabsorbierende Schicht ausgebildet, auf der eine Silizium-Pufferschicht 7 und eine P⁺-leitende Kontaktschicht 8 in der Reihenfolge ausgebil det sind.

Eine Oberfläche der N-leitenden epitaxialen Schicht 15 wird mit einem Masken-Oxidfilm 3 überzogen und eine Oberfläche der Silizium-Pufferschicht 7 wird mit einem Überzugs-Oxidfilm 9 überzogen. Weiterhin wird eine Kathodenelektrode 13 des Photo detektors durch einen im Masken-Oxidfilm 3 ausgebildeten Ka thodenkontakt 11 mit einer N⁺-leitenden Kontaktschicht 16 mit hoher Verunreinigungskonzentration verbunden, und eine Anoden elektrode 12 wird durch einen im Überzugs-Oxidfilm 9 ausgebil deten Anodenkontakt 10 mit der P⁺-leitenden Silizium-Kontakt schicht 8 verbunden.

Die Herstellungsschritte des in Fig. 14 gezeigten Photodetek tors werden unter Bezugnahme auf Fig. 15 bis 18 beschrieben.

Zuerst wird, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, eine N-leitende Diffusionsschicht 2 in einem P-leitenden Siliziumsubstrat 1A oder in einem P-leitenden Bereich des Siliziumsubstrats 1A ausgebildet, indem wahlweise Arsenidionen in einer Dosis von etwa 1 × 10¹⁵cm^-2 zum Beispiel durch eine (nicht gezeigte) Abdeckungs-Maske in das Siliziumsubstrat 1A eingebracht werden und durch eine anschließende Wärmebehandlung dieses bei einer Temperatur von nicht weniger als 1000°C. Danach wird, nachdem das Siliziumsubstrat 1, das das Siliziumsubstrat 1A und die N-lei tende epitaxiale Schicht 15 aufweist, durch Ausbilden von etwa 1 µm der N-leitenden epitaxialen Schicht 15 hergestellt ist, der Masken-Oxidfilm 3 des Siliziumoxids auf der gesamten Oberfläche des Wafers ausgebildet.

Anschließend wird ein Abschnitt des Masken-Oxidfilms 3, in dem der Photodetektor ausgebildet werden soll, durch Einsatz von Photolithographie weggeätzt und danach wird das Silizium der N-leitenden epitaxialen Schicht 15 und der N-leitenden Diffu sionsschicht 2 durch Verwendung des Masken-Oxidfilms 3 als eine Maske weggeätzt, um eine etwa 1∼3 µm tiefe Ausnehmung 14 in der N-leitenden Diffusionsschicht 2 auszubilden, wie es in Fig. 16 gezeigt ist.

Danach wird auf der gesamten Oberfläche der Ausnehmung 14 ein Silizium-Oxidfilm aufgebracht und dann wird der Silizium-Oxid film auf einer Bodenfläche der Ausnehmung 14 durch Zurückätzen entfernt, um die N-leitende Diffusionsschicht 2 freizulegen, während der Silizium-Oxidfilm auf einer Seitenfläche der Aus nehmung 14 als ein Seitenwand-Oxidfilm 4 belassen wird, was zu einem Aufbau führt, wie er in Fig. 17 gezeigt ist.

Dann wird die N⁺-leitende Kontaktschicht 16 mit hoher Verun reinigungskonzentration durch Einbringen von zum Beispiel Phosphorionen in einen Abschnitt, in dem der Kathodenkontakt 11 ausgebildet werden soll, und Wärmebehandlung dieses, ausge bildet, wie es in Fig. 18 gezeigt ist.

Weiterhin werden, nachdem der Überzugs-Oxidfilm 9 auf der Oberfläche des Wafers ausgebildet ist, das Anoden-Kontaktloch 10 und das Kathoden-Kontaktloch 11 im Überzugs-Oxidfilm 9 und die Anoden-Elektrode 12 und die Kathoden-Elektrode 13 ausge bildet.

Durch die oben erwähnten Schritte wird der Photodetektor, wie er in Fig. 14 gezeigt ist, hergestellt.

Obgleich das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform, die durch die Seitenflächenausbildung verursachte Stufe gleich Null zu machen, dasselbe wie das bei der ersten Ausführungs form ist, ist die dritte Ausführungsform dadurch, daß es leicht möglich ist, einen bipolaren Transistor in einem ande ren Abschnitt desselben Substrats auszubilden, da bei der dritten Ausführungsform die N-leitende Diffusionsschicht 2 aufgrund des Vorhandenseins der N-leitenden epitaxialen Schicht 15 gleichzeitig als eine Verbesserungsschicht des bipolaren Transistors verwendet werden kann, besser als die erste Ausführungsform.

Wie es oben beschrieben ist, ist eine erste Auswirkung der vorliegenden Erfindung, daß die Möglichkeit der Beschädigung oder Zerstörung der Leitungsverdrahtung der Anodenelektrode des Photodetektors aufgehoben wird und somit die Zuverlässig keit des Photodetektors verbessert wird, selbst wenn die Stufe aufgrund der Seitenflächenausbildung durch Vergrößerung der Dicke der lichtabsorbierenden Schicht zur Verbesserung der Lichtempfindlichkeit des Photodetektors beachtlich wird.

Der Grund hierfür liegt darin, daß die Stufe aufgrund der Sei tenflächenausbildung im Umfangsabschnitt in der Ausnehmung entsprechend der zunehmenden Dicke der Schichten vermindert oder beseitigt werden kann, da die lichtabsorbierende Schicht und die Kontaktschicht in der Ausnehmung auf die Dicke ausge bildet werden, die die Tiefe der Ausnehmung übersteigt.

Eine zweite Auswirkung der vorliegenden Erfindung ist, daß es möglich ist, die Quantenausbeute ohne Änderung der Tiefe der Ausnehmung zu verbessern.

Dies liegt daran, daß die Dicke der lichtabsorbierenden Schicht vergrößert wird, da die gesamte Dicke der lichtabsor bierenden Schicht und der Kontaktschicht größer ist als die Tiefe der Ausnehmung.

Claims

1. Ein Photodetektor, der folgendes aufweist:
ein Halbleiter-Substrat;
einen im Halbleitersubstrat ausgebildeten Ausnehmungsab schnitt;
eine im Ausnehmungsabschnitt ausgebildete lichtabsorbierende Schicht;
eine auf der lichtabsorbierenden Schicht ausgebildete Puffer schicht; und
eine auf der Pufferschicht ausgebildete Kontaktschicht,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausnehmungs abschnitt durch die lichtabsorbierende Schicht, die Puffer schicht und die Kontaktschicht gefüllt ist.

2. Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht eine epitaxiale SiGe-Schicht aufweist.

3. Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht aus mindestens einer ersten Epitaxialschicht und mindestens einer zweiten Epitaxialschicht besteht, wobei die erste und zweite Epitaxialschicht abwech selnd laminiert werden.

4. Photodetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Epitaxialschicht eine epitaxiale Siliziumschicht ist, und die zweite Epitaxialschicht eine epitaxiale SiGe-Schicht ist.

5. Photodetektor, der folgendes aufweist:
ein Halbleiter-Substrat mit einer Hauptoberfläche;
eine auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ausgebil dete erste Isolierschicht;
einen im Halbleiter-Substrat ausgebildeten Ausnehmungsab schnitt, wobei der Ausnehmungsabschnitt durch eine Seiten fläche und eine Bodenfläche des Halbleiter-Substrats festge legt ist;
eine auf der Seitenfläche des Halbleiter-Substrats ausgebil dete zweite Isolierschicht;
eine auf der Bodenfläche des Halbleiter-Substrats ausgebildete lichtabsorbierende Schicht, wobei die lichtabsorbierende Schicht aus mindestens einer ersten Epitaxialschicht und min destens einer zweiten Epitaxialschicht besteht, wobei die er ste und zweite Epitaxialschicht abwechselnd laminiert werden;
eine auf der lichtabsorbierenden Schicht ausgebildete Puffer schicht;
eine auf der Pufferschicht ausgebildete Kontaktschicht;
eine auf der Kontaktschicht ausgebildete dritte Isolier schicht;
ein auf der ersten Isolierschicht ausgebildetes erstes Kon taktloch;
ein auf der dritten Isolierschicht ausgebildetes und außerhalb des Ausnehmungsabschnitts angeordnetes zweites Kontaktloch;
eine auf der ersten Isolierschicht ausgebildete und durch das erste Kontaktloch mit dem Halbleiter-Substrat elektrisch ver bundene erste Elektrode; und
eine auf der dritten Isolierschicht ausgebildete und durch das zweite Kontaktloch mit der Kontaktschicht elektrisch verbunde ne zweite Elektrode.

6. Photodetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Epitaxialschicht eine epitaxiale Siliziumschicht ist, und die zweite Epitaxialschicht eine epitaxiale SiGe-Schicht ist.

7. Photodetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Isolierschicht einen mittleren Abschnitt und einen Umfangsabschnitt aufweist, wobei das zweite Kontaktloch auf dem Umfangsabschnitt der dritten Isolierschicht ausgebildet ist.

8. Photodetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kontaktloch um den Umfangsabschnitt der dritten Isolierschicht herum ausgebildet ist.

9. Photodetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht einen mittleren Abschnitt und einen Umfangsabschnitt aufweist, der dünner als der mittlere Abschnitt dieser ist, wobei die Pufferschicht einen auf dem mittleren Abschnitt der lichtabsorbierenden Schicht ausgebil deten mittleren Abschnitt und einen auf dem Umfangsabschnitt der lichtabsorbierenden Schicht ausgebildeten Umfangsabschnitt aufweist, wobei die Kontaktschicht einen auf dem mittleren Ab schnitt der Pufferschicht ausgebildeten mittleren Abschnitt und einen auf dem Umfangsabschnitt der Pufferschicht ausgebil deten Umfangsabschnitt aufweist, wobei die dritte Isolier schicht einen auf dem mittleren Abschnitt der Kontaktschicht ausgebildeten mittleren Abschnitt und einen auf dem Umfangs ab schnitt der Kontaktschicht ausgebildeten Umfangsabschnitt auf weist, wobei der Umfangsabschnitt der dritten Isolierschicht außerhalb des Ausnehmungsabschnitts angeordnet ist.

10. Photodetektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kontaktloch auf dem Umfangsabschnitt der dritten Isolierschicht ausgebildet ist.