[发明专利]用于光子检测的半导体结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于光子检测的半导体结构。

背景技术

现有技术中，例如根据美国专利US5,786,609A，公开了一种半导体检测器，其具有单极结构和实现为在底侧处的层的“返回电极”，该电极被设计为从耗尽区提取导电载流子。

发明内容

本发明的一个目的是提供能够节约生产成本的用于光子检测的半导体结构。

从在介绍中提到的半导体结构的类型出发，借由权利要求1的特征技术达到这个目的。

根据从属权利要求中提到的方法，可以得到本发明的有益的开发和实施例。

因此，根据本发明的用于光子检测的半导体结构，包括：由具有第一掺杂的半导体材料形成的衬底、设置在该衬底的前侧的接触区、由具有第二掺杂的半导体材料形成的偏置层，该偏置层设置在距离该接触区一距离的该半导体衬底的背侧上，其中该接触区至少部分地与该偏置层相对，以便在横向方向出现重叠区，保护环，其设置在该衬底的前侧上并围绕该接触区，其中在该接触区和该保护环之间可以施加反向电压，其特征在于该重叠区域具有至少达到该接触区和该偏置层之间距离的四分之一的横向范围。

保护环是一种保护性结构，通过施加到其的电势，可以将接触区与其周围或其他的半导体结构相屏蔽。除其他之外，特别地可以拦截杂散电荷载流子；这也就使得能够减少寄生电阻。

在根据本发明的半导体结构的情况下，该保护环使得相对于保护环在横向上能够形成耗尽，也就是说可以形成耗尽区，以便该接触区与其它区域诸如，如果需要，CMOS结构或传感器结构相屏蔽。

如果接触区例如仅仅通过施加到衬底上的金属接触形成，该接触区和该偏置层之间的距离可以对应于该衬底的厚度。

该偏置层对应地形成在该衬底的背侧上。本发明的意义内的重叠区域是其中接触区在横向范围上延伸在偏置层上的区域。

该半导体结构优选地可以用作光检测器。特别的，它可以用作红外范围的光检测器。在背侧上的偏置层可以用于在具有第一类型掺杂的前侧上的区域(衬底接触)和偏置层之间产生耗尽区。如果由于在耗尽区中吸收光子而产生电子-空穴对，那么由于耗尽区中的电场他们会分离。特别地，在衬底前侧上的衬底接触中可以检测到这些电子。

特别的，通过根据本发明的半导体结构，由于在背侧上的偏置层并不需要进行特别地接触连接，可以达到节省成本的目的。通常，对于商业上可获得的半导体结构的情况，在背侧上的这种层的接触连接可以由金属形成，特别地，线接合或形成硅通孔(TSV)。然而，该制造会导致高成本。然而，在根据本发明的半导体结构的情况下，可以避免形成这种类型的接触连接。由于形成重叠区域所达到的最小横向范围大于衬底厚度或接触区和背侧上的偏置层之间的距离的四分之一，偏置层可以被影响。

原则上，在制作这种类型的半导体结构期间，半导体材料常规的用于相应的衬底(例如储或硅)，而在制作工艺期间在不同的区域中可以形成不同的掺杂，例如重或轻掺杂以及相同符号或相反符号的掺杂。

根据本发明的半导体结构的更进一步基本优势是在半导体制造期间背侧处理可以被减少，例如在工艺线中。根据本发明的用于光子检测的半导体结构的一个更进一步优势是为了能够得到相对应的、足够的用于检测目的的耗尽区，可以采用减小的电压。

在本发明的一个优选的发展中，接触区被设计成可以达到这样的效果，即施加到所述接触区的电势可影响偏置层的电势。接触区本身被保护环围绕，保护环被同样的设置在衬底的前侧上，并由此被屏蔽。反向电压自身被同时施加到接触区和保护环之间，也就是说对应电压的一个极施加到接触区，另一个施加到保护环。除其他之外，电压的极性取决于衬底或半导体材料的其余部分的掺杂。如果横向范围选择为小于衬底厚度的四分之一，那么保护环电压将会充分地影响在接触区和背侧上的偏置层之间的衬底的体材料的区域中的电势。然而，由于横向范围选择为大于厚度的四分之一，也就是说达到衬底厚度的量级，电势会随着横向范围的增加变得越来越独立于保护环的电压。最终，不仅体材料中的电势受施加到接触区中的电势影响，并且偏置层的电势同样受影响。产生电势沟道，即在接触区和相对的偏置层之间的导电沟道。

接触区可以通过衬底表面上的金属连接形成。此外，然而，接触区也可以包括形成在衬底中的阱。该阱可以对应地具有与第一掺杂相比(也就是与衬底相比)相反符号的掺杂。这也使得实现为阱的接触区能够向衬底中更深地延伸并因此，举例来说，可以更大程度的影响偏置层的电势。