[发明专利]一种深槽半导体光探测增益结构

说明书

本发明公开了一种深槽半导体光探测增益结构，其中，所述深槽半导体光探测增益结构包括半导体材料，所述半导体材料为第一导电杂质类型，在所述半导体材料的上表面向下开设多个深槽，所述深槽向其槽壁外扩散形成具有第二导电杂质类型的深槽扩散区，深槽扩散区在半导体材料里形成PN结，所述深槽位置形成具有第二导电杂质类型的深槽填充区，相邻两个深槽中，其中一个深槽作为光探测电极A，另一个深槽作为光探测电极B。通过该技术方案，解决了传统结构需要很高的工作电压、相应较为复杂的驱动电路和很厚的极低掺杂外延层或单晶材料，不便于与低压电信号处理兼容集成的技术问题。

技术领域

本发明属于半导体器件和集成电路技术领域，特别涉及一种具有光电流放大增益的深槽半导体光探测增益结构。

背景技术

随着集成电路等比例缩小摩尔定律发展到nm级尺寸，集成电路实现最重要的平面工艺发展逐渐缓慢下来，此时行业提出了集成电路的另一个不特别依赖Moore定律的技术发展方向，其中之一是除了平面图形结构外，器件结构向三维发展也是一个发展方向，在集成电路和器件向三维方向发展过程中，有一个技术方向是以现代深槽工艺为特点的发展，在MEMS(微机电系统)，超结器件，槽栅VDMOS(垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管)，存储器等器件中得到一定应用，在这种发展方向中，对于硅光探测器件，尤其是800nm到硅截止波长的光探测或光接收器件，这类器件需要更宽的与入射光线平行的耗尽层及其电场来有效敏感光生载流子，传统的解决方案都基于平面半导体工艺技术，并且这种宽耗尽层光探测器具有增益的主要结构是雪崩倍增二极管(APD)，需要很高的工作电压、相应较为复杂的驱动电路和很厚的极低掺杂外延层或单晶材料，不便于与低压电信号处理兼容集成。

发明内容

本发明实施例提供一种深槽半导体光探测增益结构及其制造方法，用以至少解决传统结构需要很高的工作电压、相应较为复杂的驱动电路和很厚的极低掺杂外延层或单晶材料，不便于与低压电信号处理兼容集成的技术问题。

一方面，本发明实施例提供一种深槽半导体光探测增益结构，包括半导体材料，所述半导体材料为第一导电杂质类型，在所述半导体材料的上表面向下开设多个深槽，所述深槽向其槽壁外扩散形成具有第二导电杂质类型的深槽扩散区，深槽扩散区的第二导电杂质类型与半导体材料的第一导电杂质类型是相反导电杂质类型，深槽扩散区在半导体材料里形成PN结，所述深槽位置形成具有第二导电杂质类型的深槽填充区，相邻两个深槽的深槽填充区和深槽扩散区中，其中一个深槽的深槽填充区和深槽扩散区作为光探测电极A，另一个深槽的深槽填充区和深槽扩散区作为光探测电极B，电极A和电极B施加工作电压形成横向耗尽层进行光探测并放大。

可选的，所述深槽为深宽比大于1的窄深槽。

可选的，所述深槽扩散区掺入第二导电杂质总量面密度大于等于5×10¹²/cm²。

优选的，被探测光线方向平行于所述深槽扩散区及深槽填充区的长度方向，垂直于半导体材料的上表面。

可选的，所述半导体材料是晶圆。

另一方面，本发明实施例提供一种深槽半导体光探测增益结构的制造方法，包括：

在半导体材料上表面向下开设多个深槽，所述半导体材料为第一导电杂质类型；

对深槽进行第二导电杂质掺杂，将所述第二导电杂质扩散到深槽槽壁外的半导体材料形成PN结及深槽扩散区，所述深槽扩散区的第二导电杂质类型与半导体材料的第一导电杂质类型是相反导电杂质类型；

对深槽进行填充第二导电杂质，形成深槽填充区。

可选的，所述对深槽进行第二导电杂质掺杂，具体包括：

对深槽侧壁进行第二导电杂质倾斜离子注入掺杂。

可选的，所述对深槽进行第二导电杂质掺杂之前，还包括：