[發(fā)明專(zhuān)利]一種黑硅結(jié)構(gòu)及其制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210344396.2
• 申請(qǐng)日: 2012-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102842651A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李世彬;張鵬;吳志明;蔣亞?wèn)|
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/18;H01L31/028
• 代理公司: 成都行之專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光敏材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種黑硅結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

晶體硅由于易提純、易摻雜、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)在半導(dǎo)體行業(yè)中具有非常廣泛的應(yīng)用，但同樣也存在很多缺陷，如晶體硅表面對(duì)可見(jiàn)-紅外光的反射很高，而且因?yàn)榻麕挾却螅w硅不能吸收波長(zhǎng)大于1100nm的光波，當(dāng)入射光的波長(zhǎng)大于1100nm時(shí)，硅探測(cè)器對(duì)光的吸收率和響應(yīng)率將大大降低。在探測(cè)這些波段時(shí)必須使用鍺、砷化鎵銦等其他材料。由于這些材料的價(jià)格昂貴、熱力學(xué)性能和晶體質(zhì)量較差以及不能與現(xiàn)有的成熟的硅工藝兼容等缺點(diǎn)而限制了其在硅基器件方面的應(yīng)用。因此，減少晶體硅表面的反射、擴(kuò)展硅基和硅兼容光電探測(cè)器的探測(cè)波段仍然是目前最熱門(mén)的研究。

為了減少晶體硅表面的反射，人們采用了許多實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，如光刻技術(shù)、反應(yīng)離子束刻蝕、電化學(xué)腐蝕等。這些技術(shù)都能在一定程度上改變晶體硅表面及近表面形貌，達(dá)到減少硅表面反射的目的。在可見(jiàn)光波段，減少反射可以增加吸收，提高器件的效率。但在波長(zhǎng)超過(guò)1100nm時(shí)，如果不在硅禁帶中引入吸收能級(jí)，反射減少僅僅導(dǎo)致透射增加，因?yàn)楣璧慕麕挾茸罱K限制了其對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光的吸收。因此，要擴(kuò)展硅基和硅兼容器件的敏感波段，就必須在減少硅表面反射的同時(shí)增加禁帶內(nèi)的光子吸收。

黑硅材料作為一種對(duì)普通硅微結(jié)構(gòu)化后得到的新型功能材料對(duì)從近紫外-近紅外波段（250nm-2500nm）的光都能吸收，且吸收率高達(dá)90%。由于超高的光電導(dǎo)增益，黑硅材料產(chǎn)生的光電流是傳統(tǒng)硅材料的幾百倍。黑硅材料還能減少光傳感器的硅的使用量，其硅消耗量是傳統(tǒng)元件的幾百分之一，這樣就能節(jié)省成本，使產(chǎn)品更加便宜、小巧和輕便。厚度薄的元件也能集成在集成電路上。此外，基于黑硅生產(chǎn)的X感光設(shè)備的靈敏度非常高，拍片子是就可降低X光的放射量。由于用黑硅制造的光傳感元件能捕捉到極其微弱的光線(xiàn)，所以可用來(lái)制造夜視鏡和傳感器。這些應(yīng)用于低照明條件下得產(chǎn)品目前使用的敏感材料大部分是更加昂貴的砷化鎵，因此黑硅的應(yīng)用將有效降低這些產(chǎn)品的成本。

因此，黑硅材料是制作高靈敏度紅外探測(cè)器、高量子效率雪崩二極管(APD)、高響應(yīng)度紅外二極管及太陽(yáng)能電池的理想材料，在遙感、光通訊及微電子等領(lǐng)域都具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。

因此，提供對(duì)可見(jiàn)光以及近紅外光波段有良好的吸收性能、噪聲電流低、信噪比高、和/或操作簡(jiǎn)單、成本較低的黑硅結(jié)構(gòu)及其制造方法是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種對(duì)可見(jiàn)光以及近紅外光波段有良好的吸收性能的黑硅結(jié)構(gòu)及其制造方法。

本發(fā)明的目的之一是提供一種噪聲電流低、信噪比高的黑硅結(jié)構(gòu)及其制造方法。

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的技術(shù)方案包括：

一種制造黑硅結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括：獲取P型硅襯底；在所述P型硅襯底上形成黑硅層；在所述黑硅層中摻入受主雜質(zhì)，形成摻雜的黑硅層。

進(jìn)一步地，所述在所述P型硅襯底上形成黑硅層包括：使用反應(yīng)離子刻蝕法、飛秒激光法、電化學(xué)腐蝕法或者濕法刻蝕法在所述P型硅襯底上形成所述黑硅層。

進(jìn)一步地，所述在所述黑硅層中摻入受主雜質(zhì)包括：使用離子注入法向所述黑硅層中注入受主雜質(zhì)離子。

進(jìn)一步地，所述受主雜質(zhì)為硼、鋁、鎵或者銦。

進(jìn)一步地，該方法還包括：在所述摻雜的黑硅層上和所述P型硅襯底上形成電極。

進(jìn)一步地，該方法還包括：在所述摻雜的黑硅層上形成勢(shì)壘層。

進(jìn)一步地，所述勢(shì)壘層是氮化硅層或者氧化硅層。

本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了一種黑硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：P型硅襯底；摻雜的黑硅層，所述摻雜的黑硅層形成在所述P型硅襯底上，其中所述摻雜的黑硅層中摻入了受主雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，該黑硅結(jié)構(gòu)還包括勢(shì)壘層，所述勢(shì)壘層形成在所述摻雜的黑硅層上。

進(jìn)一步地，所述受主雜質(zhì)為硼、鋁、鎵或者銦。

本發(fā)明的實(shí)施例中，黑體結(jié)構(gòu)對(duì)可見(jiàn)光以及近紅外光波段有良好的吸收性能、噪聲電流低、信噪比高、并且操作簡(jiǎn)單、成本較低。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造黑硅結(jié)構(gòu)的方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的黑硅結(jié)構(gòu)的截面示意圖；

圖3是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的黑硅結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種制造黑硅結(jié)構(gòu)的方法包括步驟10、步驟12和步驟14。

步驟10：獲取P型硅襯底。