单光子雪崩检测器器件和半导体结构及其形成方法与流程

本申请的实施例涉及单光子雪崩检测器器件以及半导体结构及其形成方法。

背景技术：

1、单光子雪崩二极管(spad)是与光电二极管和雪崩光电二极管(apd)属于同族的固态光电检测器。与光电二极管和apd一样，spad基于半导体p-n结，该半导体p-n结可以用电离辐射(诸如伽马、x射线、β和/或α粒子)以及从紫外线(uv)到可见光波长再到红外(ir)的很大一部分电磁波谱来照射。在操作期间，器件中的电场将光生载流子加速到足以克服块状材料的电离能的动能，从而将电子从块状材料的原子中击出。电流载流子的大量雪崩呈指数增长，并且可以由少至单光子引发的载流子触发。spad能够检测提供可计数的短持续时间触发脉冲的单光子。然而，由于雪崩形成的速度很快，它们也可用于获取入射光子的到达时间。

技术实现思路

1、根据本申请的实施例，提供了一种单光子雪崩检测器(spad)器件，包括：硅衬底，包括在硅衬底的上表面中的凹槽；p型区域，布置在凹槽的下表面下方的硅衬底中；n型雪崩区域，布置在p型区域下方的硅衬底中，并且n型雪崩区域在p-n结处与p型区域相交；以及锗区域，设置在p-n结上方的凹槽内。

2、根据本申请的另一个实施例，提供了一种半导体结构，包括：半导体衬底；设置在半导体衬底中的硅基倍增区域；设置在半导体衬底中的锗基吸收区域，锗基吸收区域位于硅基倍增区域之上；以及硅基倍增区域和锗基吸收区域之间的电子沟道。

3、根据本申请的又一个实施例，提供了一种形成半导体结构的方法，包括：接收半导体衬底；执行离子注入以在半导体衬底的上表面下方形成横向连接区域；执行离子注入以形成垂直连接区域，其中垂直连接区域和横向连接区域相互接触以建立保护环；在半导体衬底的上表面中形成凹槽，凹槽被保护环横向地包围，并且凹槽由半导体衬底的凹陷的上表面和由半导体衬底的内侧壁限定；以及在凹槽中形成锗区域。

4、本申请的实施例涉及包括设置在半导体衬底中的锗区域的半导体器件。

技术特征：

1.一种单光子雪崩检测器器件，包括：

2.根据权利要求1所述的单光子雪崩检测器器件，其中所述锗区域与所述硅衬底在ge-si界面区域处相交，所述ge-si界面区域由具有在56.6纳米和54.3纳米之间的晶格常数的ge-si合金组成，并且其中所述ge-si界面区域限定为所述锗区域的外侧壁和下表面分别与所述硅衬底的内侧壁和凹陷的上表面相交处。

3.根据权利要求1所述的单光子雪崩检测器器件，还包括：

4.根据权利要求3所述的单光子雪崩检测器器件，其中，所述n型雪崩区域、所述n型横向连接区域和所述n型垂直连接区域共同建立大体上包围所述p型区域和所述锗区域的基本u形轮廓。

5.根据权利要求1所述的单光子雪崩检测器器件，还包括：

6.根据权利要求5所述的单光子雪崩检测器器件，还包括：

7.根据权利要求1所述的单光子雪崩检测器器件，其中所述锗区域包括：

8.根据权利要求7所述的单光子雪崩检测器器件，还包括：

9.一种半导体结构，包括：

10.一种形成半导体结构的方法，包括：

技术总结
在一些实施例中，本公开涉及一种单光子雪崩检测器(SPAD)器件，该器件包括硅衬底，该硅衬底包括在硅衬底的上表面中的凹槽。p型区域布置在凹槽的下表面下方的硅衬底中。n型雪崩区域布置在p型区域下方的硅衬底中，并在p‑n结处与p型区域相交。锗区域设置在p‑n结上方的凹槽内。根据本申请的其他实施例，还提供了半导体结构及其形成方法。

技术研发人员：简弘昌,林荣义,徐铭杰,黄冠杰,王子睿,黄世民,王铨中,杨敦年,朱怡欣,陈祥麟
受保护的技术使用者：台湾积体电路制造股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13