光電二極管以及半導體結構制造技術

本公開涉及一種光電二極管以及半導體結構，該光電二極管包括：第一部分，該第一部分由硅制成；以及第二部分，該第二部分由摻雜鍺制成，位于該第一部分上并且與該第一部分接觸，該第一部分包括形成p?n結的第一區域和第二區域的堆疊，并且鍺的摻雜水平隨著與p?n結相距的距離的增加而增加。

【技術實現步驟摘要】
光電二極管以及半導體結構相關申請的交叉引用本申請要求于2018年12月19日提交的法國專利申請號18/73335的優先權，其內容在法律允許的最大范圍內通過引用整體并入本文。
本公開總體涉及電子電路，并且更具體地涉及單光子雪崩光電二極管或SPAD(單光子雪崩二極管)光電二極管。
技術介紹
SPAD光電二極管包括p-n結，該p-n結被反向偏置到超過該結的擊穿電壓或雪崩電壓的電壓。在該偏置電壓處，p-n結周圍的電場足以使光生載流子到達結的空間電荷區或耗盡區，從而觸發雪崩現象，該雪崩現象轉變成光電二極管中電流的增加。SPAD光電二極管用作光電探測器。具體地，它們使得可以檢測光電二極管對單個光子的接收。
技術實現思路
需要一種SPAD光電二極管，其解決已知SPAD光電二極管的缺點中的全部或某些缺點。在一些實施例中，所公開的技術的SPAD光電二極管適合于檢測例如約950nm至約1500nm之間(優選地，950nm至1500nm之間)的近紅外中的光子。在一些實施例中，所公開的技術的SPAD光電二極管適合于在近紅外中進行檢測。一些實施例提供了一種適合于在近紅外中進行檢測的SPAD光電二極管，其中噪聲低于適合于在近紅外中進行檢測的已知SPAD光電二極管。一些實施例提供一種適合于在近紅外中進行檢測的SPAD光電二極管，其制造方法與CMOS技術中使用的常規制造方法兼容。一些實施例提供了一種適合于在近紅外中進行檢測的SPAD光電二極管，其在與便攜式應用兼容的偏置電壓處(例如，在小于20V的偏置電壓處)操作。因此，一些實施例提供了一種光電二極管，其包括：第一部分，該第一部分由硅制成；以及第二部分，該第二部分由摻雜鍺制成，位于該第一部分上并且與該第一部分接觸，該第一部分包括形成p-n結的第一區域和第二區域的堆疊，并且鍺的摻雜水平隨著與p-n結相距的距離增加而增加。根據一些實施例，第一區域摻雜有第一導電類型，并且第二區域摻雜有與第一導電類型相對的第二導電類型，第二區域位于第一區域上并且與第一區域接觸，并且鍺摻雜有第二導電類型。根據一些實施例，由鍺制成的第二部分位于第一部分的第二區域上并且與該第二區域接觸。根據一些實施例，第一部分還包括具有第一導電類型的摻雜層，該摻雜層設置在第二區域中、在第二部分下方并且與第二部分接觸。根據一些實施例，由硅制成的第一部分的摻雜水平被確定為使得在超過p-n結的雪崩電壓的、光電二極管的給定偏置電壓處，第二區域在p-n結與鍺之間跨越第二區域的整個厚度被耗盡。根據一些實施例，摻雜水平進一步被確定為使得在給定偏置電壓處，鍺沒有被耗盡。根據一些實施例，摻雜水平進一步被確定為使得在給定偏置電壓處，在第二部分位于在其上的第一部分的表面上，第一部分與第二部分之間的界面被耗盡。根據一些實施例，摻雜水平進一步被確定為使得在給定偏置電壓處，與第一部分和第二部分之間的異質結相對應的勢壘被抑制。根據一些實施例，第二部分填充延伸到第一部分的第二區域中的腔。根據一些實施例，第一部分還包括環形區域，該環形區域與第二區域相比更重地摻雜有第二導電類型，該環形區域在腔的底部處圍繞第二部分。一些實施例提供了一種用于制造如上文所定義的光電二極管的方法，該方法包括以下連續步驟：(a)形成由具有第一導電類型的摻雜硅制成的第一區域；(b)在第一區域上并且與第一區域接觸形成由具有第二導電類型的摻雜硅制成的第二區域；(c)從第二區域通過外延形成鍺，并且使鍺摻雜有第二導電類型，使得鍺的摻雜水平隨著與由第一區域和第二區域形成的p-n結相距的距離的增加而增加。根據一些實施例，步驟c)包括以下連續步驟：c1)在第二區域中蝕刻腔；c2)從第二區域通過外延形成鍺以填充所述腔。根據一些實施例，在步驟b)和c)之間，該方法還包括以下步驟：摻雜第二區域的一部分，以便在其中形成環形區域，該環形區域與第二區域相比，更重地摻雜有第二導電類型，該環形區域旨在與腔的底部處的鍺接觸并且圍繞腔的底部處的鍺。根據一些實施例，在通過外延形成鍺之前，該方法還包括以下步驟：摻雜第二區域，以便形成具有第一導電類型的摻雜層，該摻雜層旨在插入到具有第二導電類型的摻雜的第二區域與鍺之間。根據一些實施例，在步驟a)中，在由硅制成的襯底中形成第一區域，步驟b)包括以下連續步驟：b1)從襯底通過外延形成硅層；b2)通過使位于第一區域上并且與第一區域接觸的外延硅層的一部分摻雜有第二導電類型來形成第二區域。附圖說明以下通過說明而非限制的方式給出的具體實施例的描述中，參考附圖對上述特征和優點以及其他內容進行詳細描述，其中圖1以截面圖圖示了SPAD光電二極管的實施例；圖2以截面圖圖示了SPAD光電二極管的另一實施例；圖3至圖8是在示例方法下在制造關于圖1描述的類型的SPAD光電二極管的各個階段的結構的截面圖。具體實施方式在各個附圖中，相似特征已經由相似附圖標記表示。具體地，在各個實施例之間共有的結構特征和/或功能特征可以具有相同附圖標記并且可以具有相同的結構特性、尺寸特性和材料特性。為了清楚起見，僅對用于理解本文中所描述的實施例的操作和元件進行了說明和詳細描述。具體地，SPAD光電二極管可以與淬滅電路相關聯，該淬滅電路使得可以通過將光電二極管的端子處的電壓降低到擊穿電壓以下而在破壞光電二極管之前停止雪崩效應，該淬滅電路然后還使得可以將光電二極管的端子處的電壓恢復到使得能夠通過雪崩效應檢測光子的值。尚未對不同的淬滅電路進行描述，所描述的實施例與任何淬滅電路兼容。而且，尚未對其中提供SPAD光電二極管的應用和電子電路(具體地，集成電路)進行詳細描述，所描述的實施例與其中提供SPAD光電二極管的任何應用和任何電子電路兼容。除非另有說明，否則當提及彼此連接的兩個元件時，這意味著直接連接而沒有除了導體以外的任何中間元件，并且當提及耦合或彼此耦合的兩個元件時，這意味著這兩個元件可以連接或耦合、或通過一個或多個其他元件耦合。在以下公開中，除非另有說明，否則當提及絕對位置限定詞(諸如術語“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等)或相對位置限定詞(諸如術語“上方”、“下方”、“較高”、“較低”等)或方位限定詞(諸如“水平”、“豎直”等)時，參考圖中所示的方位。除非另有說明，否則表述“大約”、“約”、“基本上”和“左右”表示在10％以內，優選地，在5％以內。在以下公開中，當該區域中的載流子濃度例如小于1010cm-3時，認為半導體區域耗盡。圖1非常示意性地并且以截面圖圖示了SPAD光電二極管1的實施例。光電二極管1包括由硅制成的部分10，在部分10的頂部上安裝有由鍺制成的部分20。由鍺制成的部分20位于由硅制成的部分10上并且與部分10接觸。由硅制成的部分10包括具有第一導電類型(在該示例中，為n型)的摻雜區域101。比如，區域101本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種光電二極管，其特征在于，包括：/n第一部分，由硅制成，所述第一部分包括第一層和第二層的堆疊，所述第一層摻雜有第一導電類型，所述第二層摻雜有第二導電類型；以及/n第二部分，由鍺制成，并且與所述第一部分的所述第二層接觸，所述第二部分摻雜有所述第二導電類型，并且所述第二部分的摻雜水平朝向所述第二部分相對于所述第一部分的遠端表面增加。/n

【技術特征摘要】
20181219 FR 18733351.一種光電二極管，其特征在于，包括：
第一部分，由硅制成，所述第一部分包括第一層和第二層的堆疊，所述第一層摻雜有第一導電類型，所述第二層摻雜有第二導電類型；以及
第二部分，由鍺制成，并且與所述第一部分的所述第二層接觸，所述第二部分摻雜有所述第二導電類型，并且所述第二部分的摻雜水平朝向所述第二部分相對于所述第一部分的遠端表面增加。


2.根據權利要求1所述的光電二極管，其特征在于，所述第一層和所述第二層形成p-n結。


3.根據權利要求1所述的光電二極管，其特征在于，所述第二部分相對于所述第一部分豎直定位。


4.根據權利要求1所述的光電二極管，其特征在于，所述第一部分還包括摻雜有所述第一導電類型的第三層，所述第三層部分地設置在所述第二層與所述第二部分之間，并且與所述第二部分接觸。


5.根據權利要求2所述的光電二極管，其特征在于，所述第一部分的所述第一層和所述第二層的摻雜水平以及所述第二部分的所述摻雜水平被配置為使得：在超過所述p-n結的雪崩電壓的、所述光電二極管的給定偏置電壓處，所述第二層在所述p-n結與所述第二部分之間跨越所述第二層的整個厚度被耗盡。


6.根據權利要求5所述的光電二極管，其特征在于，所述摻雜水平還被配置為使得：在所述給定偏置電壓處，鍺的所述第二部分沒有被耗盡。


7.根據權利要求5所述的光電二極管，其特征在于，所述摻雜水平還被配置為使得：在所述給定偏置電壓處，所述第一部分與所述第二部分之間的界面被耗盡。


8.根據權利要求7所述的光電二極管，其特征在于，所述摻雜水平還被配置為使得：在所述給定偏置電壓處，與所述第一部分和所述第二部分之間的異質結相對應...

【專利技術屬性】
技術研發人員：Y·本哈穆，D·格蘭斯基，D·里多，
申請(專利權)人：意法半導體克洛爾二公司，
類型：新型
國別省市：法國;FR