[發(fā)明專利]P－I－N半導(dǎo)體二極管及其形成方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710149300.6
• 申請(qǐng)日: 2007-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101159277A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許履塵;J·A·曼德?tīng)柭?/a>;程慷果
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號(hào): H01L27/144
• 分類號(hào): H01L27/144;H01L21/822
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所
• 代理人: 于靜;李崢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體器件，更具體而言，涉及集成的半導(dǎo)體p-i-n二極管及其制造方法。

背景技術(shù)

在多種應(yīng)用例如光互連、光纖通信、集成光電子學(xué)等等中，廣泛地使用光探測(cè)器作為光傳感器、光接收機(jī)、光耦合器。

硅基光探測(cè)器例如p-i-n二極管對(duì)于以高容量、與在相同襯底上集成的其它電路簡(jiǎn)單封裝的形式制造低成本光電探測(cè)器是有吸引力的。典型地，p-i-n二極管包括位于p型區(qū)域與n型區(qū)域之間的本征(i)或輕摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域。當(dāng)高密度光信號(hào)照射在耗盡的本征區(qū)域時(shí)，在二極管內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。當(dāng)反向偏置光電二極管時(shí)，即，n型區(qū)域處于比p型區(qū)域高的電壓勢(shì)，然后，電子被掃向n型區(qū)域而空穴移向p型區(qū)域，允許電流流動(dòng)通過(guò)器件。當(dāng)光信號(hào)消失時(shí)，光電二極管產(chǎn)生的電流停止。

p-i-n二極管被有利地用于單獨(dú)地探測(cè)成像象素或者用在聯(lián)合響應(yīng)數(shù)據(jù)的光束的信號(hào)的陣列結(jié)構(gòu)中。如此，光探測(cè)器已經(jīng)顯著地進(jìn)入了光成像和光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的領(lǐng)域。p-i-n二極管的另一個(gè)應(yīng)用是使用其作為射頻(RF)和微波頻率處的可變電阻。僅僅通過(guò)正向偏置的DC電流確定p-i-n二極管的電阻。對(duì)于開(kāi)關(guān)和衰減應(yīng)用，這樣的器件控制RF信號(hào)電平而不會(huì)引入失真。p-i-n二極管的另一重要優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)使用較小級(jí)別的DC激勵(lì)時(shí)它們控制大RF信號(hào)的能力。

在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)描述了p-i-n二極管的各種方面。相關(guān)的專利和出版物為：

Yoshida的美國(guó)專利No.6,111,305描述了一種p-i-n光電二極管，該p-i-n光電二極管具有厚度不大于依賴i型半導(dǎo)體區(qū)域中雜質(zhì)濃度的耗盡區(qū)域?qū)挾鹊膇型半導(dǎo)體區(qū)域，其中耗盡電極被附著到地或固定的電壓。此外，以條帶、同心環(huán)或觸角(antennae)的圖形配置耗盡電極。

Iriguchi的美國(guó)專利No.6,707,126描述了一種用于響應(yīng)光將光轉(zhuǎn)換為光電流的p-i-n光電二極管，和一種通過(guò)其輸出光電流的與該光電二極管集成的晶體管。在半導(dǎo)體層中水平地設(shè)置該p-i-n光電二極管。

Crow等的美國(guó)專利No.6,177,289描述了一種在其中具有多個(gè)蝕刻的溝槽的半導(dǎo)體襯底上的光學(xué)半導(dǎo)體探測(cè)器。在襯底上溝槽被形成為彼此分離的多個(gè)交替的n型和p型溝槽區(qū)域。接觸分別地連接n型區(qū)域和p型區(qū)域。

Yang等的美國(guó)專利NO.6,451,702描述了一種構(gòu)建橫向溝槽p-i-n光電二極管的方法，其中與其它電極類型并排同時(shí)地形成襯底中的構(gòu)圖并蝕刻的溝槽。

Kwark等的美國(guó)專利No.6,538,299描述了一種在襯底上形成的溝槽絕緣體上硅(SOI)，其中絕緣溝槽圍繞交替的p型和n型溝槽，并從襯底電絕緣器件。

關(guān)于p-i-n光電二極管的出版物包括M.Yang等的“A?High-Speed，High-Sensitivity?Silicon?Lateral?Trench?Photodetector”，IEEE?ElectronDevice?Letters，Vol.23，pp.395-397(2002)；和M.Yang等的“High?SpeedSilicon?Lateral?Trench?Detector?on?SOI?Substrate”，IDEM，pp.547-550(2001)。

目前，器件的形狀和結(jié)構(gòu)以限制硅p-i-n二極管的敏感度和/或響應(yīng)的硅的低吸收系數(shù)為特征。碰撞器件的平面表面的大多數(shù)光子被反射和丟失。由于單晶半導(dǎo)體材料多半對(duì)光子不透明，剩余的光子不可以較深地穿透到器件中。可以通過(guò)增加光信號(hào)的感應(yīng)面積(area)提高響應(yīng)，然而，該方法不利地影響了器件的面密度。

因此，工業(yè)中需要高響應(yīng)和高密度的p-i-n二極管陣列以及需要找到可以容易地集成在CMOS制造線中的相應(yīng)的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在單晶中形成的p-i-n二極管和/或其多個(gè)，每個(gè)p-i-n二極管被成形為高縱橫比的柱、尖峰或柱體。

另一目的是構(gòu)建一種高縱橫比p-i-n二極管的陣列，以便撞擊一個(gè)器件的表面的光能量，當(dāng)被反射時(shí)，反彈到緊密鄰近所述第一器件的第二器件，在一次或幾次反射之后，最終被所述陣列的所述p-i-n二極管中的一個(gè)吸收。

又一目的是通過(guò)以彼此緊密鄰近的形式設(shè)置形成陣列的p-i-n器件、利用形成所述陣列的所述p-i-n器件通過(guò)增加密度和優(yōu)化光能量(即光子)的吸收而增加光吸收的效率。

又一目的是使用光學(xué)透明介質(zhì)覆蓋p-i-n二極管的所述陣列以提高可靠性。