低暗電流高速pin探測器及其加工方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種低暗電流高速PIN探測器，包括襯底，所述襯底上生長有P型歐姆接觸層，所述P型歐姆接觸層上覆蓋有增透膜，所述增透膜上設(shè)置有至少一個P型歐姆接觸電極，所述襯底上端面除P型歐姆接觸層外的區(qū)域均覆蓋有阻隔層，所述阻隔層上覆蓋有增透膜，所述襯底下端面由上至下依次覆蓋生長有N型歐姆接觸層及N型歐姆接觸電極，所述襯底上端面開設(shè)有第一隔離溝槽，所述襯底下端面開設(shè)有第二隔離溝槽，所述第一隔離溝槽與第二隔離溝槽內(nèi)均填充有阻隔材料，所述第一隔離溝槽位于所述P型歐姆接觸層的外周側(cè)，所述第一隔離溝槽與第二隔離溝槽上下對應(yīng)。本發(fā)明能夠有效減少器件內(nèi)部的暗電流，效果優(yōu)異，具有很高的使用及推廣價值。
【專利說明】
低暗電流高速PIN探測器及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種光電探測器，具體涉及低暗電流高速PIN探測器，屬于半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]PIN探測器作為實現(xiàn)光信號探測的重要“載體”，具有工藝簡單、探測效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在遙控傳感、工業(yè)、軍事國防、醫(yī)療、航空航天、深空探測等應(yīng)用領(lǐng)域里起到重要支撐作用，是各個國家搶占的制高點。例如在安檢、醫(yī)療等高能射線成像中，PIN光電探測器與閃爍體配合，實現(xiàn)將弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號并輸出成像的過程。
[0003]PIN探測器的暗電流，根據(jù)與器件尺寸的關(guān)系可以分為:與周長相關(guān)的線暗電流和與面積相關(guān)的面暗電流，以及與尺寸無關(guān)的暗電流補償。線暗電流主要由側(cè)壁漏電流決定，面暗電流則由器件內(nèi)部的擴散電流、熱激發(fā)電流、產(chǎn)生一復(fù)合電流等因素決定。隨著集成度的提高，光電探測器的尺寸在不斷縮小，集成度不斷提高，同時降低了系統(tǒng)的功率損耗和成本。但是實驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)器件總面積小于I 時，其線暗電流是面暗電流的25倍以上。
[0004]具體而言，線暗電流主要來源于側(cè)壁漏電，劃片工藝或側(cè)壁鈍化不良等因素均會提高器件的線暗電流。由于PIN探測器一般工作在低偏壓甚至零偏壓下，因此由其內(nèi)部電場引起的側(cè)壁漏電在線暗電流中占主要部分。又因為PIN探測器的結(jié)構(gòu)較深，因此傳統(tǒng)的離子注入工藝難以直接適用于PIN探測器的生產(chǎn)加工。
[0005]綜上所述，如何設(shè)計出一種新型的PIN探測器，從結(jié)構(gòu)上減小器件的暗電流，同時盡可能地隔離與電場相關(guān)的線暗電流，就成為了本領(lǐng)域內(nèi)的工作人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在上述缺陷，本發(fā)明的目的是提出低暗電流高速PIN探測器。
[0007]本發(fā)明的目的，將通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn):
低暗電流高速PIN探測器，可用于紅外、可見光、紫外或太赫茲波段范圍內(nèi)的光線探測，包括襯底，所述襯底上生長有P型歐姆接觸層，所述P型歐姆接觸層上覆蓋有增透膜，所述增透膜上設(shè)置有至少一個與所述P型歐姆接觸層觸接的P型歐姆接觸電極，所述襯底上端面除所述P型歐姆接觸層外的區(qū)域均覆蓋有阻隔層，所述阻隔層上覆蓋有增透膜，所述襯底的下端面由上至下依次覆蓋生長有N型歐姆接觸層及N型歐姆接觸電極，所述襯底的上端面開設(shè)有一圈第一隔離溝槽，所述襯底的下端面開設(shè)有一圈第二隔離溝槽，所述第一隔離溝槽與第二隔離溝槽內(nèi)均填充有阻隔材料，所述第一隔離溝槽位于所述P型歐姆接觸層的外周側(cè)，所述第一隔離溝槽與第二隔離溝槽上下對應(yīng)。
[0008]優(yōu)選地，所述襯底的下端面開設(shè)有一凹槽，所述凹槽的內(nèi)徑與所述第一隔離溝槽的外徑相匹配，所述凹槽的深度為100~300μπι。
[0009]優(yōu)選地，所述第二隔離溝槽開設(shè)于所述凹槽內(nèi)，所述第二隔離溝槽的外徑與所述凹槽的內(nèi)徑相匹配。
[0010]優(yōu)選地，所述襯底的材質(zhì)為 S1、GaAs、GaN、InP、Ge、SiC、SOI 或 GOI。
[0011]優(yōu)選地，所述增透膜上開設(shè)有至少一個用于將所述P型歐姆接觸層裸露出來的電極通孔，所述P型歐姆接觸電極借助所述電極通孔與所述P型歐姆接觸層觸接。
[0012]優(yōu)選地，所述增透膜上設(shè)置有P型歐姆接觸電極，所述P型歐姆接觸電極設(shè)置于所述P型歐姆接觸層上端面的兩側(cè)端部位置。
[0013]優(yōu)選地，所述低暗電流高速PIN探測器包括一用于感光的有源區(qū)，所述有源區(qū)位于所述P型歐姆接觸電極之間；還包括一用于傳遞光源的吸收區(qū)，所述吸收區(qū)位于所述P型歐姆接觸層及N型歐姆接觸層之間。
[0014]優(yōu)選地，所述第一隔離溝槽的深度大于所述P型歐姆接觸層的厚度，所述第一隔離溝槽下端面所在平面低于所述P型歐姆接觸層下端面所在平面。
[0015]優(yōu)選地，所述第二隔離溝槽的深度大于所述N型歐姆接觸層的厚度，所述第二隔離溝槽上端面所在的平面高于所述凹槽內(nèi)的N型歐姆接觸層上端面所在的平面。
[0016]優(yōu)選地，所述第一隔離溝槽與第二隔離溝槽均為環(huán)形結(jié)構(gòu)且二者上下對應(yīng)，所述第一隔離溝槽的深度為2?6ym，所述第二隔離溝槽的深度為0.1 -6mi。
[0017]優(yōu)選地，所述增透膜的材質(zhì)為SiNx或Si〇2,所述增透膜的厚度為60?160nm。
[0018]優(yōu)選地，所述阻隔材料的材質(zhì)為Si02,所述阻隔層的材質(zhì)為Si02,所述阻隔層的厚度為400~600nm。
[0019]本發(fā)明還揭示了一種用于制備上述低暗電流高速PIN探測器的加工方法，其特征在于，包括如下步驟:步驟1、根據(jù)加工需要對電阻率2000 n/cm以上襯底的材質(zhì)進行選擇，并對所述襯底進行化學(xué)清洗，保證所述襯底的潔凈度以免影響后期工藝，在所述襯底的上端面淀積一層400 ?600nm的Si02,隨后在所述襯底的上端面進行光刻，之后在光刻區(qū)域刻蝕出一圈第一隔離溝槽，刻蝕深度為2?6mi ;步驟2、對所述襯底的上端面進行熱氧化處理，使所述襯底的上端面形成一層致密的 Si02層，隨后在所述襯底的上端面淀積一層2?6wii的Si02,以保證所述第一隔離溝槽被完全填充，之后對所述襯底的上端面進行化學(xué)機械拋光，去除多余的氧化物；步驟3、在所述襯底的上端面淀積一層400?600nm的Si02,隨后在所述襯底的上端面進行光刻，并向所述光刻區(qū)域離子注入B，使所述襯底的上端面形成P型歐姆接觸層，并保證其摻雜濃度為1X1019?1X102Q cm—3;步驟4、對所述襯底進行高溫退火處理，以將注入的雜質(zhì)離子激活，退火溫度為900? 1100°C，退火時間為30?60min;步驟5、在所述襯底的上端面淀積一層60?100nm的SiN或Si〇2作為增透膜；步驟6、在所述襯底的上端面進行光刻并在所述增透膜上刻蝕出兩個電極通孔，隨后在所述電極通孔的上方淀積500nm?2wii的A1以形成P型歐姆接觸電極，并進行光刻，腐蝕電極， 露出用于感光的有源區(qū)；步驟7、將所述襯底倒扣，使所述襯底的下端面向上，在所述襯底的下端面進行光刻并刻蝕出一個深度為100~300mi的凹槽；步驟8、在所述襯底的下端面淀積一層400?600nm的Si02,隨后對所述凹槽區(qū)域進行光亥IJ，并在所述凹槽內(nèi)刻蝕出一圈第二隔離溝槽，刻蝕深度為0.1-6μπι，并保證所述第二隔離溝槽與所述第一隔離溝槽上下對應(yīng)；
步驟9、對所述襯底的下端面進行熱氧化處理，使所述襯底的下端面形成一層致密的S12層，隨后在所述襯底的下端面淀積一層0.1-6μπι的S12,以保證所述第二隔離溝槽被完全填充，之后對所述襯底的下端面進行化學(xué)機械拋光，去除多余的氧化物；
步驟10、對所述襯底下端面進行光刻，光刻完成后，向光刻區(qū)域內(nèi)離子注入P，形成η型歐姆接觸層，并保證其摻雜濃度為I X 119 -1XlO20 cm—3，隨后對所述襯底進行低溫退火處理；
步驟11、在所述η型歐姆接觸層上再淀積一層500nm?2μηι的Al，形成η型歐姆接觸電極，進而完成器件加工。
[0020]優(yōu)選地，所述淀積加工方法包括磁控濺射或PECVD生長;所述刻蝕加工方法包括干法刻蝕工藝或濕法腐蝕工藝。
[0021]本發(fā)明的突出效果為:與傳統(tǒng)PIN探測器相比，本發(fā)明的探測波長范圍更廣，可廣泛適用于紅外、可見光、紫外或太赫茲波段，適用性和實用性更強。本發(fā)明能夠有效避免傳統(tǒng)加工過程中離子注入引入的雜質(zhì)缺陷及晶格損傷，減小了器件的暗電流。同時，本發(fā)明上下兩個端面的溝槽結(jié)構(gòu)能夠充分地將器件邊緣與器件有源區(qū)的隔離，實現(xiàn)了器件邊緣與有源區(qū)電場的阻斷，削弱了少子的擴散，減小了器件的暗電流。此外，本發(fā)明通過背面蝕刻或腐蝕的方式對器件吸收區(qū)的厚度進行了縮減，減小了器件的串聯(lián)電阻，使得器件對于入射光信號能夠迅速作出響應(yīng)，進一步提升了本發(fā)明的使用效果。
[0022]綜上所述，本發(fā)明能夠有效減少器件內(nèi)部的暗電流，使用效果優(yōu)異，具有很高的使用及推廣價值。
[0023]以下便結(jié)合實施例附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的截面示意圖及零偏壓下電場分布示意圖；
圖2是本發(fā)明加工方法中步驟I的示意圖；
圖3是本發(fā)明加工方法中步驟2的示意圖；
圖4是本發(fā)明加工方法中步驟3的示意圖；
圖5是本發(fā)明加工方法中步驟5的示意圖；
圖6是本發(fā)明加工方法中步驟6的示意圖；
圖7是本發(fā)明加工方法中步驟7的示意圖；
圖8是本發(fā)明加工方法中步驟8的示意圖；
圖9是本發(fā)明加工方法中步驟9的示意圖；
圖1O是本發(fā)明加工方法中步驟1的示意圖；
其中:101、襯底，102、增透膜，103、ρ型歐姆接觸層，104、第一隔離溝槽，105、η型歐姆接觸層，106、ρ型歐姆接觸電極，107、η型歐姆接觸電極，108、阻隔層，109、第二隔離溝槽。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明揭示了一種低暗電流高速PIN探測器。
[0026]如圖所示，低暗電流高速PIN探測器，可用于紅外、可見光、紫外或太赫茲波段范圍內(nèi)的光線探測，包括襯底101，所述襯底101上生長有P型歐姆接觸層103,所述P型歐姆接觸層103上覆蓋有增透膜102,所述增透膜102上設(shè)置有至少一個與所述P型歐姆接觸層103觸接的P型歐姆接觸電極106,所述襯底101上端面除所述P型歐姆接觸層103外的區(qū)域均覆蓋有阻隔層108,所述阻隔層108上覆蓋有增透膜102,所述襯底101的下端面由上至下依次覆蓋生長有N型歐姆接觸層105及N型歐姆接觸電極106,所述襯底101的上端面開設(shè)有一圈第一隔離溝槽104,所述襯底101的下端面開設(shè)有一圈第二隔離溝槽109,所述第一隔離溝槽 104與第二隔離溝槽109內(nèi)均填充有阻隔材料，所述第一隔離溝槽104位于所述P型歐姆接觸層103的外周側(cè)，所述第一隔離溝槽104與第二隔離溝槽109上下對應(yīng)。[〇〇27]所述襯底101的下端面開設(shè)有一凹槽，所述凹槽的內(nèi)徑(即所述凹槽的內(nèi)側(cè)徑向?qū)挾?與所述第一隔離溝槽104的外徑(即所述第一隔離溝槽104的外側(cè)徑向?qū)挾?相匹配，所述凹槽的深度為100?300wii。在本實施例中，所述凹槽的內(nèi)徑與所述第一隔離溝槽104的外徑相等，所述凹槽的深度為200mi。[〇〇28]所述第二隔離溝槽109開設(shè)于所述凹槽內(nèi)，所述第二隔離溝槽109的外徑(即所述第二隔離溝槽109的外側(cè)徑向?qū)挾?與所述凹槽的內(nèi)徑(即所述凹槽的內(nèi)側(cè)徑向?qū)挾?相匹配。在本實施例中，所述第二隔離溝槽109的外徑與所述凹槽的內(nèi)徑相等。[〇〇29] 所述襯底101的材質(zhì)為31、6&48、6&111^、66、31(:、301(新型硅基集成電路材料)或 G0I(新型鍺基集成電路材料)。在本實施例中，所述襯底101選用Si制成。
[0030]所述增透膜102上開設(shè)有至少一個用于將所述P型歐姆接觸層103裸露出來的電極通孔，所述P型歐姆接觸電極106借助所述電極通孔與所述P型歐姆接觸層103觸接。
[0031]所述增透膜102由于電極的存在效果不同，位于所述P型歐姆接觸層103上的所述增透膜102能夠增強光的透射率，位于所述阻隔層108上的所述增透膜102能夠起到很好的鈍化效果。
[0032]所述增透膜102上設(shè)置有P型歐姆接觸電極106,所述P型歐姆接觸電極106設(shè)置于所述P型歐姆接觸層103上端面的兩側(cè)端部位置。
[0033]所述低暗電流高速PIN探測器包括一用于感光的有源區(qū)，所述有源區(qū)位于所述P型歐姆接觸電極106之間；還包括一用于傳遞光源的吸收區(qū)，所述吸收區(qū)位于所述P型歐姆接觸層103及N型歐姆接觸層105之間。在本發(fā)明的使用過程中，探測光線均可從所述有源區(qū)射入。
[0034]所述第一隔離溝槽104的深度大于所述P型歐姆接觸層103的厚度，所述第一隔離溝槽104下端面所在平面低于所述P型歐姆接觸層103下端面所在平面。
[0035]具體而言，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置是因為在本發(fā)明的使用過程中，器件上端面產(chǎn)生的零偏壓電場在所述P型歐姆接觸層103的下端面位置(即所述P型歐姆接觸層103與所述襯底 101的交界位置處)存在一個波峰，使所述第一隔離溝槽104的深度超過這一交界位置即可以進一步保證器件上端面外側(cè)邊緣與器件有源區(qū)的隔離，從而確保本發(fā)明的使用效果。
[0036]所述第二隔離溝槽109的深度大于所述N型歐姆接觸層105的厚度，所述第二隔離溝槽109上端面所在的平面高于所述凹槽內(nèi)的N型歐姆接觸層105上端面所在的平面。
[0037]具體而言，在本實施例中，所述第二隔離溝槽109槽口所在的平面與所述凹槽內(nèi)的N型歐姆接觸層105下端面所在的平面共面。這樣的設(shè)置是因為在本發(fā)明的使用過程中，器件下端面產(chǎn)生的零偏壓電場在所述N型歐姆接觸層105的上端面位置(即所述N型歐姆接觸層105與所述襯底101的交界位置處)存在一個波峰，使所述第二隔離溝槽109的深度超過這一交界位置，同時使所述第二隔離溝槽109槽口所在的平面與所述凹槽內(nèi)的N型歐姆接觸層105下端面所在的平面共面可以充分保證器件下端外側(cè)邊緣與器件下端中心位置的隔離，從而確保本發(fā)明的使用效果。
[0038]所述第一隔離溝槽104與第二隔離溝槽109均為環(huán)形結(jié)構(gòu)且二者上下對應(yīng)，所述第一隔離溝槽的深度為2?6μ??，所述第二隔離溝槽109的深度為0.1-6μ??。
[0039]更進一步優(yōu)選地，所述第二隔離溝槽109的深度可優(yōu)選為0.1-1μπι，具體而言，所述第一隔離溝槽的深度可以為4μηι，所述第二隔離溝槽109的深度可以為Ιμπι。這樣的設(shè)置是因為在本發(fā)明的加工過程中，所述襯底101的下表面不會經(jīng)過退火處理，其結(jié)深會小于上表面，因此所述第二隔離溝槽109的深度會小于所述第一隔離溝槽104的深度。此處還需要說明的是，所述P型歐姆接觸層103及η型歐姆接觸層105的厚度需要根據(jù)所述第一隔離溝槽104與第二隔離溝槽109的深度進行調(diào)整，但需要滿足所述第一隔離溝槽104的深度大于所述P型歐姆接觸層103的厚度、所述第二隔離溝槽109的深度大于所述η型歐姆接觸層105的厚度。
[0040]此外，上下對應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置也是為了保證本發(fā)明的隔離效果，進一步提升本發(fā)明的功能。
[0041 ] 所述增透膜102的材質(zhì)為SiNx或S12,所述增透膜102的厚度為60?160nm。
[0042]具體而言，由于所述增透膜102所選用材質(zhì)的特性不同以及所針對光源的波長不同，其厚度也隨之變化，在本實施例中，所述增透膜102選用SiN材質(zhì)時的厚度小于選用S12時的厚度。更具體的來說，在本實施例中，所述增透膜102可以選用70nm厚度的SiN或93nm厚度的S12,這兩種不同的規(guī)格和材質(zhì)在使用時的效果相同。此外，還需要說明的是，所述增透膜102不僅可以增加器件的表面透光，還可以起到鈍化界面、減小表面漏電流的作用。
[0043]所述阻隔材料的材質(zhì)為金屬或S12,所述阻隔層108的材質(zhì)為金屬或S12,所述阻隔層108的厚度為400?600nmo
[0044]在本實施例中，所述阻隔材料的材質(zhì)與所述阻隔層108的材質(zhì)相同，二者均優(yōu)選為S12,所述阻隔層108的厚度為500nm。
[0045]本發(fā)明還揭示了一種用于制備上述低暗電流高速PIN探測器的加工方法，包括如下步驟:
步驟1、根據(jù)加工需要對電阻率2000 Ω/cm以上襯底101的材質(zhì)進行選擇，并對所述襯底101進行化學(xué)清洗，保證所述襯底101的潔凈度以免影響后期工藝，在所述襯底101的上端面淀積一層400?600nm的S12,在本實施例中厚度為500nm，隨后在所述襯底101的上端面進行光刻，之后在光刻區(qū)域刻蝕出一圈第一隔離溝槽104，刻蝕深度為2?6μπι，在本實施例刻蝕深度為4μηι;
步驟2、對所述襯底101的上端面進行熱氧化處理，使所述襯底101的上端面形成一層致密的S12層，隨后在所述襯底101的上端面淀積一層2?6μπι的S12，在本實施例中厚度為4μπι，此處需要保證的是所淀積的S12的厚度與步驟I中的刻蝕深度相同，以保證所述第一隔離溝槽104被完全填充，之后對所述襯底101的上端面進行化學(xué)機械拋光，去除多余的氧化物；步驟3、在所述襯底101的上端面淀積一層400?600nm的Si02,在本實施例中厚度為 500nm，隨后在所述襯底101的上端面進行光刻，并向所述光刻區(qū)域離子注入B，使所述襯底 101的上端面形成P型歐姆接觸層103,并保證其摻雜濃度為IX 1019?IX 102() cnf3,在本實施例中摻雜濃度優(yōu)選為IX 1019 cm3;步驟4、對所述襯底101進行高溫退火處理，以將注入的雜質(zhì)離子激活，退火溫度為900? 1100 °C，退火時間為30?60min，在本實施例中的退火溫度為1100 °C，退火時間為30min;步驟5、在所述襯底101的上端面淀積一層60?100nm的SiN或Si02作為增透膜102,在本實施例中可在所述襯底101的上端面淀積一層70nm SiN或93nmSi〇2;步驟6、在所述襯底101的上端面進行光刻并在所述增透膜102上刻蝕出兩個電極通孔， 隨后在所述電極通孔的上方淀積500nm?2mi的A1以形成P型歐姆接觸電極106,并進行光刻， 腐蝕電極，露出用于感光的有源區(qū)，在本實施例中可采用濺射的方法淀積1.5wii的A1以形成 P型歐姆接觸電極106;步驟7、將所述襯底101倒扣，使所述襯底101的下端面向上，在所述襯底101的下端面進行光刻并刻蝕出一個深度為1〇〇~300mi的凹槽，在本實施例中，所述凹槽的深度為200nm;步驟8、在所述襯底101的下端面淀積一層400?600nm的Si02,在本實施例中厚度為 500nm，隨后對所述凹槽區(qū)域進行光刻，并在所述凹槽內(nèi)刻蝕出一圈第二隔離溝槽109,刻蝕深度為0.1-6M1，在本實施例刻蝕深度為0.5mi，并保證所述第二隔離溝槽109與所述第一隔離溝槽104上下對應(yīng)；步驟9、對所述襯底101的下端面進行熱氧化處理，使所述襯底101的下端面形成一層致密的Si02層，隨后在所述襯底101的下端面淀積一層0.1-6wii的Si02,在本實施例中厚度為4y m，此處需要保證的是所淀積的Si02的厚度與步驟8中的刻蝕深度相同，以保證所述第二隔離溝槽109被完全填充，之后對所述襯底101的下端面進行化學(xué)機械拋光，去除多余的氧化物；步驟10、對所述襯底101下端面進行光刻，光刻完成后，向光刻區(qū)域內(nèi)離子注入P，形成n 型歐姆接觸層105,并保證其摻雜濃度為IX 1019?IX 102() cnf3,在本實施例中摻雜濃度優(yōu)選為1 X 102() cm 3，隨后對所述襯底101進行低溫退火處理；步驟11、在所述n型歐姆接觸層105上再淀積一層500nm?2wii的A1，形成n型歐姆接觸電極107,進而完成器件加工，在本實施例中可采用濺射的方法淀積500nm的AL以形成n型歐姆接觸電極107。
[0046]所述淀積加工方法包括磁控濺射或PECVD生長(等離子體增強化學(xué)氣相沉積法)； 所述刻蝕加工方法包括干法刻蝕工藝或濕法腐蝕工藝。
[0047]還需要說明的是，本發(fā)明中的所述隔離溝槽104填充，既可以采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法形成，也可以利用各種氧化物化學(xué)氣相淀積設(shè)備完成。另外，本發(fā)明中的材質(zhì)選擇及涂層厚度均為發(fā)明人經(jīng)過多次試驗論證得出的最優(yōu)方案，如采用其他材質(zhì)或涂層厚度， 可能會直接導(dǎo)致本發(fā)明的技術(shù)方案不能夠?qū)崿F(xiàn)降低器件暗電流的效果。[〇〇48]本發(fā)明能夠降低暗電流的原理在于，避免了溝槽處離子注入引入的雜質(zhì)缺陷(這是由于傳統(tǒng)加工過程中，離子注入后退火不充分，容易導(dǎo)致注入后的雜質(zhì)不能由間隙式雜質(zhì)轉(zhuǎn)換為替位式雜質(zhì))及晶格損傷，進而減小器件暗電流。此外，器件邊緣由于劃片工藝引起的缺陷或是損傷都會增加器件的暗電流；另外由于少子擴散進入電場區(qū)，在電場的作用下被收集，這一過程也會產(chǎn)生暗電流，而本發(fā)明的溝槽結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑵骷吘壟c有源區(qū)隔離開，實現(xiàn)了器件邊緣與有源區(qū)電場的阻斷，削弱了少子的擴散，從而減小了器件的暗電流。
[0049]與傳統(tǒng)PIN探測器相比，本發(fā)明的探測波長范圍更廣，可廣泛適用于紅外、可見光、紫外或太赫茲波段，適用性和實用性更強。本發(fā)明能夠有效避免傳統(tǒng)加工過程中離子注入引入的雜質(zhì)缺陷及晶格損傷，減小了器件的暗電流。同時，本發(fā)明上下兩個端面的溝槽結(jié)構(gòu)能夠充分地將器件邊緣與器件有源區(qū)的隔離，實現(xiàn)了器件邊緣與有源區(qū)電場的阻斷，削弱了少子的擴散，減小了器件的暗電流。此外，本發(fā)明通過背面蝕刻或腐蝕的方式對器件吸收區(qū)的厚度進行了縮減，減小了器件的串聯(lián)電阻，使得器件對于入射光信號能夠迅速作出響應(yīng)，進一步提升了本發(fā)明的使用效果。
[0050]綜上所述，本發(fā)明能夠有效減少器件內(nèi)部的暗電流，使用效果優(yōu)異，可以減小串聯(lián)電阻，使得器件對于入射光信號迅速做出響應(yīng)，具有很高的使用及推廣價值。
[0051]本發(fā)明尚有多種實施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.低暗電流高速PIN探測器，可用于紅外、可見光、紫外或太赫茲波段范圍內(nèi)的光線探測，其特征在于:包括襯底(101)，所述襯底(101)上生長有P型歐姆接觸層(103)，所述P型歐姆接觸層(103)上覆蓋有增透膜(102)，所述增透膜(102)上設(shè)置有至少一個與所述P型歐姆接觸層(103)觸接的P型歐姆接觸電極(106)，所述襯底(101)上端面除所述P型歐姆接觸層(103)外的區(qū)域均覆蓋有阻隔層(108)，所述阻隔層(108)上覆蓋有增透膜(102)，所述襯底(101)的下端面由上至下依次覆蓋生長有N型歐姆接觸層(105)及N型歐姆接觸電極(106)，所述襯底(101)的上端面開設(shè)有一圈第一隔離溝槽(104)，所述襯底(101)的下端面開設(shè)有一圈第二隔離溝槽(109)，所述第一隔離溝槽(104)與第二隔離溝槽(109)內(nèi)均填充有阻隔材料，所述第一隔離溝槽(104)位于所述P型歐姆接觸層(103)的外周側(cè)，所述第一隔離溝槽(104)與第二隔離溝槽(109)上下對應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述襯底(101)的下端面開設(shè)有一凹槽，所述凹槽的內(nèi)徑與所述第一隔離溝槽(104)的外徑相匹配，所述凹槽的深度為100 ?300μπιο3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述第二隔離溝槽(109)開設(shè)于所述凹槽內(nèi)，所述第二隔離溝槽(109)的外徑與所述凹槽的內(nèi)徑相匹配。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述襯底(101)的材質(zhì)為S1、GaAs、GaN、InP、Ge、SiC、SOlSGOI。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述增透膜(102)上開設(shè)有至少一個用于將所述P型歐姆接觸層(103)裸露出來的電極通孔，所述P型歐姆接觸電極(106)借助所述電極通孔與所述P型歐姆接觸層(103)觸接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述增透膜(102)上設(shè)置有P型歐姆接觸電極(106)，所述P型歐姆接觸電極(106)設(shè)置于所述P型歐姆接觸層(103)上端面的兩側(cè)端部位置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述低暗電流高速PIN探測器包括一用于感光的有源區(qū)，所述有源區(qū)位于所述P型歐姆接觸電極(106)之間；還包括一用于傳遞光源的吸收區(qū)，所述吸收區(qū)位于所述P型歐姆接觸層(103)及N型歐姆接觸層(105)之間。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述第一隔離溝槽(104)的深度大于所述P型歐姆接觸層(103)的厚度，所述第一隔離溝槽(104)下端面所在平面低于所述P型歐姆接觸層(103 )下端面所在平面。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述第二隔離溝槽(109)的深度大于所述N型歐姆接觸層(105)的厚度，所述第二隔離溝槽(109)上端面所在的平面高于所述凹槽內(nèi)的N型歐姆接觸層(105)上端面所在的平面。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述第一隔離溝槽(104)與第二隔離溝槽(109)均為環(huán)形結(jié)構(gòu)且二者上下對應(yīng)，所述第一隔離溝槽(104)的深度為2?6μηι，所述第二隔離溝槽(109)的深度為0.1?6μηι。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述增透膜(102)的材質(zhì)為SiNx或S12,所述增透膜(102)的厚度為60?160nm。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低暗電流PIN探測器，其特征在于:所述阻隔材料的材質(zhì)為Si〇2,所述阻隔層(108)的材質(zhì)為Si〇2,所述阻隔層(108)的厚度為400?600nm。13.—種用于制備如權(quán)利要求1?8所述的低暗電流高速PIN探測器的加工方法，其特征 在于，包括如下步驟:步驟1、根據(jù)加工需要對電阻率2000 Q/cm以上襯底(101)的材質(zhì)進行選擇，并對所述 襯底(101)進行化學(xué)清洗，保證所述襯底(101)的潔凈度以免影響后期工藝，在所述襯底 (101)的上端面淀積一層400?600nm的Si〇2,隨后在所述襯底(101)的上端面進行光刻，之后 在光刻區(qū)域刻蝕出一圈第一隔離溝槽(104 )，刻蝕深度為2?6mi ;步驟2、對所述襯底(101)的上端面進行熱氧化處理，使所述襯底(101)的上端面形成一 層致密的Si02層，隨后在所述襯底(101)的上端面淀積一層2?6mi的Si02，以保證所述第一隔 離溝槽(104)被完全填充，之后對所述襯底(101)的上端面進行化學(xué)機械拋光，去除多余的 氧化物；步驟3、在所述襯底(101)的上端面淀積一層400?600nm的Si02，隨后在所述襯底(101)的 上端面進行光刻，并向所述光刻區(qū)域離子注入B，使所述襯底(101)的上端面形成P型歐姆接 觸層(103)，并保證其摻雜濃度為IX 1019?IX 102Q cm3;步驟4、對所述襯底(101)進行高溫退火處理，以將注入的雜質(zhì)離子激活，退火溫度為 900?1100°C，退火時間為30?60min;步驟5、在所述襯底(101)的上端面淀積一層60?100nm的SiN或Si02作為增透膜(102);步驟6、在所述襯底(101)的上端面進行光刻并在所述增透膜(102)上刻蝕出兩個電極 通孔，隨后在所述電極通孔的上方淀積500nm?2mi的A1以形成P型歐姆接觸電極(106)，并進 行光刻，腐蝕電極，露出用于感光的有源區(qū)；步驟7、將所述襯底(101)倒扣，使所述襯底(101)的下端面向上，在所述襯底(101)的下 端面進行光刻并刻蝕出一個深度為1〇〇~300mi的凹槽；步驟8、在所述襯底(101)的下端面淀積一層400?600nm的S i〇2，隨后對所述凹槽區(qū)域進 行光刻，并在所述凹槽內(nèi)刻蝕出一圈第二隔離溝槽(109)，刻蝕深度為0.1-6M1，并保證所述 第二隔離溝槽(109)與所述第一隔離溝槽(104)上下對應(yīng)；步驟9、對所述襯底(101)的下端面進行熱氧化處理，使所述襯底(101)的下端面形成一 層致密的Si02層，隨后在所述襯底(101)的下端面淀積一層0.1-6M1的Si02,以保證所述第二 隔離溝槽(109)被完全填充，之后對所述襯底(101)的下端面進行化學(xué)機械拋光，去除多余 的氧化物；步驟10、對所述襯底(101)下端面進行光刻，光刻完成后，向光刻區(qū)域內(nèi)離子注入P，形 成n型歐姆接觸層(105)，并保證其摻雜濃度為1X1019?1X102() cnf3,隨后對所述襯底 (101)進行低溫退火處理；步驟11、在所述n型歐姆接觸層(105)上再淀積一層500nm?2mi的A1，形成n型歐姆接觸 電極(107)，進而完成器件加工。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的低暗電流PIN探測器的加工方法，其特征在于:所述淀積加 工方法包括磁控濺射或PECVD生長;所述刻蝕加工方法包括干法刻蝕工藝或濕法腐蝕工藝。
【文檔編號】H01L31/0352GK105977337SQ201610562068
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】李沖, 劉巧莉, 豐亞潔, 呂本順, 郭霞, 王華強, 黎奔
【申請人】蘇州北鵬光電科技有限公司