二极管元件和检测设备的制作方法
【专利摘要】提供了解决常规横向二极管元件的问题的二极管元件、检测设备等。在常规元件中，半导体界面出现在其表面上的两个电极之间的电流路径中，并且因此，由该界面所引起的噪声大。该二极管元件包括：第一导电类型的低载流子浓度层（103）；第一导电类型的高载流子浓度层（102）；以及，在半导体表面上形成的肖特基电极（104）和欧姆电极（105）。低载流子层（103）具有低于高载流子层（102）的载流子浓度的载流子浓度。该二极管元件包括在欧姆电极（105）下面形成的第一导电类型的杂质引入区域（106），并包括第二导电类型的杂质引入区域（107），以便在肖特基电极（104）和欧姆电极（105）之间的半导体表面上不与肖特基电极（104）电接触。第二导电类型的区域（107）与第一导电类型的区域（106）接触。
【专利说明】二极管元件和检测设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于电磁波检测设备中的二极管元件，具体来说，涉及对于从毫米波段到太赫兹波段(大于或等于30GHz或小于或等于30THZ)的频段中的电磁波(下面也称为太赫兹波)的检测设备和使用这样的元件的图像形成设备。
【背景技术】
[0002]作为对于太赫兹波的检测设备，到目前为止已知热式检测元件和量子型检测元件。热式检测元件的示例包括微测热福射计(a-S1、VOx等等),热电元件(LiTa03、TGS等)，以及戈莱池(Golay cell)。这样的热式检测元件将由电磁波的能量所引起的物理变化转换为热，然后，将温度变化转换为用于检测的热电动势或电阻。并不总是需要冷却，但是，因为使用热交换，响应相对较慢。量子型检测元件的示例包括本征半导体元件(MCT (HgCdTe)光电导元件等等)以及量子阱红外光电探测器(QWIP)。这种量子型检测元件捕捉电磁波作为光子，然后检测具有小带隙的半导体的光伏功率或电阻变化。响应相对较快，但是需要冷却，因为不能忽略这样的频率范围内的室温的热能。
[0003]作为具有相对快速的响应并且不需要冷却的检测设备，使用二极管元件的对于太赫兹波的检测设备处于开发过程中。该检测设备捕捉电磁波作为高频电信号，并且二极管元件整流并检测由天线等接收到的高频电信号。专利文献I公开了这样的检测设备。在专利文献I所公开的检测设备中，二极管元件是肖特基势垒二极管，并利用顶部天线和作为地的衬底作为两个电极，检测由CO2激光器发出的大约28THZ (具有10.6μπι的波长)的电磁波。
[0004]另一方面，除其中两个电极相对于衬底垂直地放置的垂直型肖特基势垒二极管以外，通常已知其中两个电极放置在衬底的表面上的横向型肖特基势垒二极管。专利文献2公开了这样的二极管元件。专利文献2中所描述的元件包括沿着肖特基电极的圆周的护圈，以便增强对反向偏压的电阻。
[0005]引用列表
[0006]专利文献
[0007]PTLl:日本专利申请公开N0.Η09-162424
[0008]PTL2:日本专利申请公开N0.S60-18959
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]然而，在专利文献I中所公开的常规垂直型二极管元件使用衬底作为地电极，如此，限制了可集成的天线的类型。在专利文献2中所公开的常规横向型二极管元件中，在表面上在两个电极之间的电流路径中出现半导体界面，如此，由该界面的状态所引起的噪声有时相对较大。
[0011]对问题的解决[0012]为了解决上文所提及的问题，根据本发明的一方面，提供了一种二极管元件，包括:
[0013]第一导电类型的低载流子浓度层；
[0014]在所述第一导电类型的低载流子浓度层下面形成的第一导电类型的高载流子浓度层；以及
[0015]在所述第一导电类型的低载流子浓度层的半导体表面上形成的肖特基电极和欧姆电极，其中:
[0016]所述第一导电类型的低载流子浓度层具有低于所述第一导电类型的高载流子浓度层的载流子浓度的载流子浓度；
[0017]所述二极管元件包括紧挨所述欧姆电极下面形成的第一导电类型的杂质引入区域；
[0018]所述二极管元件包括具有不同于所述第一导电类型的导电类型的第二导电类型的杂质引入区域，所述第二导电类型的杂质引入区域被形成为在所述肖特基电极和所述欧姆电极之间的所述半导体表面上不与所述肖特基电极电接触；以及
[0019]所述第二导电类型的杂质引入区域与所述第一导电类型的杂质引入区域接触。
[0020]进一步地，根据本发明的另一方面，提供了一种二极管元件，包括:
[0021]第一导电类型的低载流子浓度层；
[0022]在所述第一导电类型的低载流子浓度层下面形成的第一导电类型的高载流子浓度层；以及
[0023]在所述第一导电类型的低载流子浓度层的半导体表面上形成的肖特基电极和欧姆电极，其中:
[0024]所述第一导电类型的低载流子浓度层具有低于所述第一导电类型的高载流子浓度层的载流子浓度的载流子浓度；
[0025]所述二极管元件包括紧挨所述欧姆电极下面形成的第一导电类型的杂质引入区域；
[0026]所述二极管元件包括具有不同于所述第一导电类型的导电类型的第二导电类型的杂质引入区域，所述第二导电类型的杂质引入区域被形成为在所述肖特基电极和所述欧姆电极之间的所述半导体表面上与所述肖特基电极隔开；以及
[0027]所述第二导电类型的杂质引入区域与所述第一导电类型的杂质引入区域接触。
[0028]进一步地，根据本发明的再一个方面，提供了一种二极管元件，包括:
[0029]第一导电类型的低载流子浓度层；
[0030]在所述第一导电类型的低载流子浓度层下面形成的第一导电类型的高载流子浓度层；以及
[0031]在所述第一导电类型的低载流子浓度层的半导体表面上形成的肖特基电极和欧姆电极，其中:
[0032]所述第一导电类型的低载流子浓度层具有低于所述第一导电类型的高载流子浓度层的载流子浓度的载流子浓度；
[0033]所述二极管元件包括紧挨所述欧姆电极下面形成的第一导电类型的杂质引入区域；[0034]所述二极管元件包括具有不同于所述第一导电类型的导电类型的第二导电类型的杂质引入区域，所述第二导电类型的杂质引入区域是在所述肖特基电极和所述欧姆电极之间的所述半导体表面上形成的；
[0035]所述二极管元件在所述肖特基电极和所述第二导电类型的杂质引入区域之间具有被设置为高于所述肖特基电极和所述第一导电类型的低载流子浓度层之间的接触电阻值的接触电阻值；以及
[0036]所述第二导电类型的杂质引入区域与所述第一导电类型的杂质引入区域接触。
[0037]发明的有利效果
[0038]根据本发明，可以使二极管元件的半导体表面上的两个电极之间的电流路径绕开该半导体表面。因此，可以降低当在界面中诱捕或释放载流子(电子或空穴)时所引起的噪声(例如，Ι/f噪声或RTS噪声)。进一步地，提供第二导电类型的杂质引入区域以便不与肖特基电极电接触，以便与肖特基电极隔开，或使得肖特基电极和第二导电类型的杂质引入区域之间的接触电阻值高于肖特基电极和第一导电类型的低载流子浓度层之间的接触电阻值。因此，可以抑制由于pn 二极管结构所造成的电容的升高。因此，可以抑制RC低通滤波器的截止频率的降低，也可以提供用于超高频带，例如，从毫米波段到太赫波段(大于或等于30GHz且小于或等于30THz)中的电磁波检测设备。如此，可以提供其中两个电极被置于半导体表面上并降低噪声的横向型二极管元件、包括二极管元件的检测设备，以及使用这样的元件的图像形成设备。
[0039]通过下列参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他功能将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1示出了根据本发明的实施例1的二极管元件的结构。
[0041]图2示出了根据本发明的实施例1的二极管元件的结构和等效电路元件之间的对
应关系。
[0042]图3A示出了根据本发明的实施例2的二极管元件的结构。
[0043]图3B示出了根据本发明的实施例2的二极管元件的另一种结构。
[0044]图4示出了根据本发明的实施例3的检测设备的结构。
[0045]图5示出了根据本发明的实施例3的修改过的示例的检测设备的结构。
[0046]图6示出了根据本发明的示例I的检测设备的结构。
[0047]图7示出了根据本发明的示例2的检测设备的结构。
[0048]图8A是示出了根据本发明的示例I的检测设备的噪声特性的图。
[0049]图SB是示出了常规横向类型二极管元件的噪声特性的图。
【具体实施方式】
[0050]在根据本发明的元件中尽可能地防止两个电极之间的电流穿过半导体表面是十分重要的。因此，在两个电极之间的半导体表面的一部分上放置了具有与载流子相反的导电类型的第二导电类型的杂质引入区域。电荷载流子将相反的导电类型的区域视为势垒电势，并且因此绕开此区域流动。为了尽可能完全地使载流子绕开该半导体表面，希望使用这样的配置，其中第二导电类型的杂质引入区域与具有与流过电流路径的载流子的导电类型相同的导电类型的第一导电类型的杂质引入区域接触。在此配置中，第二导电类型的杂质引入区域和第一导电类型的杂质引入区域形成pn结，并且因此，如果在该配置中，pn结与肖特基势垒二极管并联，则添加了不需要的结电容，这在以高速操作的二极管元件等中会成为问题。因此，希望尽可能地防止上文所提及的pn 二极管连接到电极。这是为什么提供第二导电类型的杂质引入区域以便不与肖特基电极电接触的原因。另外，这还是为什么提供第二导电类型的杂质引入区域以便与肖特基电极隔开的原因。此外，这是为什么肖特基电极和第二导电类型的杂质引入区域之间的接触电阻值被设置为高于肖特基电极和低载流子浓度层之间的接触电阻值的原因。
[0051]下面，将参考附图描述本发明的实施例和示例。
[0052]实施例1
[0053]将参考图1和2来描述根据本发明的实施例1的二极管元件。如图1和2所示，根据此实施例的二极管元件包括衬底101、在衬底101上形成的第一导电类型的高载流子浓度层102，以及具有低于高载流子浓度层102的载流子浓度的载流子浓度的第一导电类型的低载流子浓度层103。在高载流子浓度层102的半导体的一部分和在高载流子浓度层102上形成的低载流子浓度层103的半导体的一部分中引入了杂质。以此方式形成的第一导电类型的杂质引入区域106和第二导电类型的杂质引入区域107部分地彼此接触，并且杂质被至少从半导体表面引入到高载流子浓度层102的深度处。肖特基电极104被放置成不与第二导电类型的杂质引入区域107电接触。欧姆电极105被放置成与第一导电类型的杂质引入区域106接触。在此实施例中，围绕肖特基电极104提供第二导电类型的杂质引入区域107，以成为类似于环形的形状，并且深度达到高载流子浓度层102。
[0054]在此实施例的配置中，高载流子浓度层102、低载流子浓度层103，以及肖特基电极104以陈述的顺序层叠，以形成肖特基势垒二极管。与肖特基电极104接触以形成肖特基势垒的低载流子浓度层103通常包括IO15到IO17CnT3量级的电荷载流子。第一导电类型的杂质引入区域106是用于以相对低的电阻在掩埋的导电层(高载流子浓度层)102和相同第一导电类型的欧姆电极105之间建立欧姆连接的结构。如此，在相同半导体表面(低载流子浓度层103的表面)上形成包括两个电极104和105的横向型二极管元件。
[0055]上文所提及的第一导电类型是例如η型。在此情况下，第二导电类型是P型。P型的杂质引入区域107被视为η型载流子(B卩，电子)的势垒电势。因此，来自肖特基电极104的电流避免了此势垒电势，并被注入具有低于低载流子浓度层103的电阻率的电阻率的高载流子浓度层(掩埋的导电层)102。如此，电流流过包括掩埋的导电层102的电阻器Rb202的下部电路(参见图2)。在此实施例中，此路径是常规电流路径。同时，P型杂质引入区域107与η型杂质引入区域106接触，并形成pn 二极管203。因此，穿过肖特基电极104和第二导电类型的杂质引入区域107之间的接触电阻器Rc204的电流被从pn结(P型杂质引入区域107和η型杂质引入区域106之间的结)向欧姆电极105提取。如此，电流也流过包括pn 二极管203的上部电路(参见图2)。在此实施例中，此路径是寄生电流路径。因此，肖特基电极104和第二导电类型的杂质引入区域107之间的接触电阻器Rc204必须具有充分大于肖特基势垒二极管(SBD) 201的电阻的电阻。
[0056]肖特基势垒二极管201的电阻常常在例如10 Ω到1ΜΩ的量级上的操作点使用，并且因此，希望接触电阻器Rc204具有大于肖特基势垒二极管201的电阻的电阻。当肖特基电极104和第二导电类型的杂质引入区域107不彼此电接触时，或者它们提供为彼此隔开时，该配置满足上文所提及的关系。没有如此处所使用的电接触的状态是指以10ΜΩ或更大的电阻进行电绝缘的状态。因此，允许肖特基电极104和杂质引入区域107之间的区域的重叠，只要上文所提及的条件中的任何一个被满足。
[0057]在此实施例中，可以任意选择载流子，但是，通过选择具有高迁移率的电子，可以缩短延迟时间，并可以使截止频率更高。进一步地，也可以通过选择半导体来选择迁移率。例如，作为半导体，可以选择基于Si的半导体、基于GaAs的半导体、基于InP的半导体(包括基于InGaAs的半导体)、基于InAs的半导体、基于InSb的半导体等等。上文所提及的半导体的列表按载流子的迁移率的递增顺序排列，并且因此，优选选择在列表中排序靠后的半导体。另一方面，如果选择基于Si的半导体,贝U可以在同一衬底上集成包括CMOS的MOSFET和BiCMOS的HBT的放大器，这是优选的。
[0058]如上文所描述的，在此实施例中，在半导体表面上的两个电极之间，可以使电流路径绕开半导体表面，并且可以降低当在界面中随机地捕获载流子时导致的噪声。进一步地，可以抑制由于pn 二极管结构所造成的电容的升高，并可以抑制RC低通滤波器的截止频率的降低，以实现用于超高频带，例如，从毫米波段到太赫波段(大于或等于30GHz且小于或等于30THz)中的电磁波检测设备。
[0059]实施例2
[0060]将参考图3A和3B来描述根据本发明的实施例2的二极管元件。此实施例是实施例I的修改示例。此实施例与实施例1的不同之处在于，欧姆电极305覆盖杂质引入区域306和307，并且肖特基电极304少量地重叠杂质引入区域307 (图3A)或在物理上与杂质引入区域307分开(图3B)。其他点类似于实施例1，而根据此实施例的二极管元件包括衬底301、高载流子浓度层302，以及低载流子浓度层303。在第二导电类型的杂质引入区域307覆盖两个电极304和305之间的半导体表面的限度内，第二导电类型的杂质引入区域307可以具有任何结构。在此实施例中，第一导电类型的杂质引入区域306不穿过高载流子浓度层302，但是，在第一导电类型的杂质引入区域306和高载流子浓度层302彼此接触的限度内，结构可以是任意的。
[0061]在此实施例中，例如，第一导电类型是η型，第二导电类型是P型。在此情况下，流入欧姆电极305的电流主要在P型区域307 —侧的η型区域306中流动。因此，通过提供欧姆电极305以便覆盖(η型区域306和ρ型区域307之间的)ρη结，电流不流过除金属一半导体界面以外的半导体表面，这是为了降低噪声所需要的。
[0062]在此实施例的情况下，欧姆电极305和ρ型区域307彼此电接触，并且因此，必须考虑在实施例1中未考虑的P型区域307和低载流子浓度层303之间的寄生pn 二极管。然而，至少在其中掩埋的导电层302中的电阻器Rb中的电压降小于此pn 二极管的扩散电势的区域，可以使用该二极管元件而不会有问题。例如，Si的pn 二极管的扩散电势大约是
0.6V，并且因此，在使用带有流过具有大约I Ω到10 Ω的电阻的电阻器Rb的在大约600mA到60mA内的电流的二极管元件的情况下，不需要考虑这样的pn 二极管。
[0063]在图3A中所示出的结构中，肖特基电极304的区域少量地与P型区域307的区域重叠。在下列估计的范围内允许区域的重叠。当与η型半导体组合地使用时要成为肖特基电极304的电极材料当与ρ型半导体组合地使用时经常成为欧姆电极。当P c/A是IOMΩ或更高时，由此断定没有电接触，其中，PC表示接触电阻率，并且A表示重叠的区域。假设肖特基电极304具有圆形形状，其直径是0.3 μ m，并且肖特基电极304和ρ型区域307之间的接触电阻率P c是0.1MΩ μ m2 (10_3 Qcm2)。然后，计算出A大约是0.01 μ m2或更小。在圆形形状的一侧的半径方向允许最多大约IOnm的重叠。可以理解，如图3B所示，可以提供肖特基电极304以便与ρ型区域307隔开。为了获得检测设备的较高的截止频率，使二极管元件小一些是有效的，但是，图3A中所示出的配置具有较高的尺寸精度余量，并且因此是更理想的。然而，图3A和3B中所示出的配置都具有降低噪声的效果。
[0064]实施例3
[0065]将参考图4来描述根据本发明的实施例3所述的检测设备。此实施例也是实施例1的修改示例。此实施例与实施例1的不同之处在于，使用半绝缘衬底401，而导电层(高载流子浓度层和低载流子浓度层)402和403由电介质408以岛状分离。更具体而言，电极404和405和导电层402和403以岛状置于衬底401上。进一步地，导电图案(天线)4041和4051分别连接到肖特基电极404和欧姆电极405。其他点类似于实施例1中的那些。更具体而言，根据此实施例的检测设备包括第一导电类型的杂质引入区域406和第二导电类型的杂质引入区域407。
[0066]在此实施例中，描述了其中以岛状形成二极管元件部分的检测设备的配置。当这样的岛409充分小于要被检测的电磁波的波长时，近似为集总参数元件是可能的。尺寸为大约几个微米的岛409可以被制造出来并且因此优选地作为用于从毫米波段到太赫波段的波段中的检测设备。因此，所有区域，包括空气，除充分小的导电部分402，403，404，405，406，以及407以外，都是电介质，可以通过导电图案4041和4051轻松地控制场(电场)。例如，作为天线4041和4051，可以集成共振型偶极天线或隙缝天线，或可以集成宽带对数周期天线。这样的对称天线的类型的数量大，并且因此，对称天线适合于检测设备。也可以在导电图案4041和4051的一部分中提供传输线路。进一步地，也可以使用诸如二极管元件和天线之间的阻抗匹配之类的现有的微波技术。
[0067]衬底401在将进行检测的频带中作为电介质。如果衬底401不吸收大量的自由载流子就足够了，除半绝缘GaAs和InP衬底之外，也可以使用具有相对较高的电阻率的FZ-Si衬底。当频率区域是ITHz或更高时，也可以使用具有20 Ω cm或更高的电阻率的CZ (MCZ) -Si衬底。类似地，作为电介质408，只须使用在将进行检测的频带中具有小介电损耗的电介质，并且可以使用氧化物膜SiO或氮化物膜SiN。在太赫波段，也可以使用苯并环丁烯(BCB)。
[0068]可以理解，也可以集成非对称天线。图5示出了此实施例的修改示例。代替如在上文所提及的专利文献I的元件中那样使用衬底作为地电极，使用欧姆电极405作为地导体图案5051。在此修改的示例中，衬底401的电阻率可以低，也可以高。在任何情况下，形成地电极以便包括地导体图案5051、高载流子浓度层402，以及第一导电类型的杂质引入区域406。可以形成作为上部电极的导体图案5041，以便与这样的地电极相对，使得可以轻松地形成非对称天线。例如，可以集成共振型补片天线。
[0069]在下文中，作为示例，描述了更具体的二极管元件和检测设备。
[0070]示例 I
[0071]描述对应于实施例3并且比实施例3更具体的本发明的示例I。将参考图6来描述根据此示例的检测设备。图6中所示出的此示例是可以用于检测电磁波的合适的二极管元件的示例。
[0072]在此示例中，使用Si衬底作为衬底601。使用根据FZ方法通过上拉形成的具有IkQcm的高电阻率的材料。采用电子作为载流子。η型载流子浓度和高载流子浓度层(夕卜延层)602的厚度分别是5 X IO19CnT3和400nm。η型载流子浓度和低载流子浓度层(外延层)603的厚度分别是5X IO17CnT3和lOOnm。在作为第一导电类型的杂质引入区域的离子注入区606，从半导体表面向200nm的深度处注入磷(P)，而区域606是η型的。在区域606，电子的数量就浓度而言为5X IO19CnT3或更高。可以理解，也可以注入砷(As)。在作为第二导电类型的杂质引入区域的离子注入区607，从半导体表面向50nm的深度处注入硼(B)，而区域607是ρ型的。在区域607中，空穴的数量，就浓度而言，大约是5X1018cm_3。那些区域606和607排列成彼此接触。
[0073]欧姆电极605被放置成使得第一离子注入区606紧挨欧姆电极605的下面，并与具有相对较高的浓度的P型区域607欧姆接触。在此示例中，使用Ti作为用于欧姆电极605的电极材料。进一步地，肖特基电极604被放置成不与第二离子注入区607电接触，并与具有相对低浓度的低载流子浓度层603 —起形成肖特基势垒。在此示例中，使用Ti作为用于肖特基电极604的电极材料。由Ti构成的肖特基电极604和欧姆电极605中的每一个的厚度是200nm，但是，本发明不仅限于此，厚度可以更小或更大。如此，形成可以应用本发明的二极管元件。
[0074]为了形成可以应用本发明的检测设备，形成包括半导体602、603、606以及607的岛609。岛的大小大约是50 μ m2或更小，以便检测大于或等于0.5THz以及小于或等于3THz的频带中的电磁波，其侧面被设计成大约是7μ m。进一步地,岛609被埋在SiO2的电介质608中，并且肖特基电极604和欧姆电极605分别通过接触孔连接到Ti/Al等的金属图案(天线)6041和6051。请注意，肖特基电极604的直径被设计成是0.6 μ m，并且肖特基电极604和欧姆电极605之间的距离被设计成是I μ m，以便RC低通滤波器的截止频率大约是3THz0
[0075]作为包括这样的二极管结构的两个电极作为输出端口的集成天线的示例，在本示例中使用了对数周期天线(图6的下半部)。设计天线6041和6051中的每一个，以便到外面的直径是250 μ m,到最里面的侧面的直径是10 μ m,具有0.7的对数周期的梳齿的数量是9，梳齿的角度是45度。使用高频的完整电磁仿真器HFSS vl2 (由Ansoft公司制造)来模拟这样的结构。确认可以检测0.2到2.5THz的宽频带中的电磁波。如此，形成了包括用于在肖特基电极和欧姆电极之间感应要被检测的电磁波的电场分量的天线以及二极管元件的检测设备。在该检测设备中，使用肖特基电极和欧姆电极作为天线的输出端口。
[0076]对于检测，由例如电流测量单元(未示出)通过读出线6052a和6052b读取检测电流。在此情况下，可以通过电压施加单元等(未示出)向读出线6052a和6052b施加偏压，以将电压设置在二极管元件的操作点。在本示例的二极管元件的情况下，当电压偏置到大约OV时,灵敏度闻。最佳偏压取决于肖特基电极604的电极材料等。对于本不例的配置，当肖特基电极604由诸如Ti之类的具有相对低的功函数的电极材料制成时，最佳偏压是大约OV的正向偏压，而当肖特基电极604由诸如Pt或Pd之类的具有相对高的功函数的电极材料制成时，最佳偏压是大约0.3到0.5V的正向偏压。
[0077]此示例的检测设备可以以下列方式来制造。首先，在Si衬底601上层叠外延层602和603。为实现晶体生长，可以应用CVD、MBE等。然后，以IOOnm的厚度形成等离子CVD氧化物膜。在等离子氧化物膜生长之后，执行图案化，以便抗蚀剂保留在对应于将要形成岛609的区域的部分中。在通过普通喷涂、曝光以及显影过程将形成岛609的部分中形成抗蚀剂之后，使用抗蚀剂作为掩膜，蚀刻作为底层的等离子氧化物膜。可以应用活性离子蚀刻(RIE)设备等，并且可以使用CF4和O2等的气体混合物，以便可以轻松地去除该氧化物膜。接下来，通过使用有机溶剂去除上文所提及的抗蚀剂。然后，使用图案化的等离子氧化物膜作为掩膜，蚀刻出高载流子浓度层602和低载流子浓度层603。可以利用基于卤素的气体，诸如SF6或Cl，通过干蚀刻轻松地实现蚀刻。在此情况下，优选地，蚀刻达到衬底601，以便获得与相邻的器件的电绝缘。
[0078]然后，通过在缓冲的氢氟酸等等中浸没，去除作为等离子氧化物膜的硬掩膜。在蚀刻岛609的过程中使用等离子氧化物膜作为硬掩膜的原因是，利用抗蚀剂作为掩膜在刻蚀过程中易于获得选择比率，并且等离子氧化物膜适合于降低由高载流子浓度层602和低载流子浓度层603所引起的抗蚀剂的组分的打出(knock-on)。接下来，图案化抗蚀剂，以便去除将形成离子注入区607的部分。然后，在IOkeV并以I X IO12离子/cm2的密度，离子注入硼。这导致区域607中的低载流子浓度层603成为大约5 X IO18CnT3的杂质密度的ρ型的区域，以形成P型杂质区域607。接下来，在去除在图案化区域607时使用的抗蚀剂之后，图案化抗蚀剂，以便去除将形成区域606的部分。
[0079]在这样的过程中，优选地，区域606在某种程度上重叠区域607。原因是，从限制η型载流子更多地流入到区域606的观点来看，在区域607和区域606之间不存在间隔是首选的。接下来，通过在80keV并以IXlO14离子/cm2的密度进行As离子注入，以大约5 X IO19CnT3的杂质密度形成高浓度η型杂质区域606，以便与高载流子浓度层602接触。通过在热处理炉内或灯退火炉中在诸如N2或Ar的惰性气体中，在850到1，000°C退火，激活掺杂在区域606和607中的杂质。在区域606和区域607重叠的区域中，区域606中的η型杂质的量大约是区域607中的ρ型杂质的量的十倍，并且因此，该区域中的导电类型完全变为η型。
[0080]接下来，图案化抗蚀剂，以便去除将形成电极604和605的部分。然后，使用电子束沉积来形成厚度为200nm的Ti膜。然后，通过所谓的剥离法(lift-off)来形成电极604和605，其中，浸没在有机溶剂中以去除Ti，将形成电极604和605的部分除外。在形成电极的过程中使用剥离法，以便避免由于处理中的损坏在低载流子浓度层603中产生缺陷。接下来，形成等离子氧化物膜的绝缘膜(电介质)608。当作为底层的岛609和电极604和605中的不规则性可以通过等离子氧化物膜反映以在图案化稍后描述的对数周期天线时具有焦深不足等效应时，可以执行下列过程。具体而言，在执行在等离子氧化物膜中掩埋之后，可以通过化学机械抛光(CMP)来平面化氧化物膜。然后，图案化抗蚀剂，以便在电极604和605上方进行去除，并执行通孔蚀刻。可以将上文所提及的RIE等等应用于蚀刻，可以应用CF4等作为气体。在去除抗蚀剂之后，通过分别溅射厚度IOnm和200nm，连续地形成Ti/Al膜。在膜形成之后，图案化抗蚀剂，以便形成对数周期天线6041和6051，并且使用上文所提及的RIE设备或带有更高等离子体密度的电子回旋共振(ECR)蚀刻设备，并施加基于卤素的气体，以去除Ti/Al的不需要的部分。去除抗蚀剂，并且通过上文所描述的过程，完成此示例的元件。应注意，在此示例中使用了离子注入法，但是，本发明不仅限于此，也可以使用扩散法来引入杂质。
[0081]为确认，在室温下评估此示例的二极管元件的噪声特性。为了进行比较，图8A是示出了此示例的检测设备的噪声特性的图，而图8B是示出了具有基本上相同的尺寸的常规横向型二极管元件的噪声特性的图以用于比较。水平轴表示检测电流的频率。测量是对于IOHz到1，OOOHz的范围作出的，其中，通过使用傅里叶变换谱分析器，Ι/f噪声频繁地出现。垂直轴表示噪声电流，这是通过使用由Stanford Research Systems, Inc.制造的相对低噪声的电流前置放大器SR570测量的。已知Ι/f噪声与偏置电流Ib成比例，并且因此，在实验中，使用20和10 μ A。从图8Α和8Β可以清楚地看出，此示例的元件(图8Α)具有比常规元件(图8Β)低的Ι/f噪声。至于斜率，对于由Ι/fa所表示的频率依从关系，存在此示例的元件(图8A)具有比常规元件(图8B)小的a的趋势。进一步地,在两个元件中,无偏置的噪声接近于被表达为V (4kT/Rd)的约翰逊噪声(热噪声)的水平，并且因此，噪声的大部分可以被视为约翰逊噪声。肖特基势垒的高度在制造时稍微不同，并且因此，二极管的电阻器Rd的电阻改变，这导致该水平的大约半位的差异，但是，作为要被测量的Ι/f噪声的背景，该水平非常低。换言之，在用于在太赫波段进行检测的肖特基势垒二极管中，在视频频率中诸如Ι/f噪声或RTS噪声的取决于流过元件的电流的噪声是主要的。因此，降低这样的噪声的此示例的二极管元件作为有效地降低噪声的横向型检测设备是极好的。
[0082]进一步地，根据此示例(或本发明)的多个检测设备可以设置成阵列，以形成图像形成设备，该图像形成设备包括用于基于由多个检测设备中的每一个检测到的电磁波的电场来形成电场分布的图像的图像形成部分。在此情况下，可以设置具有不同的天线方向的根据此示例(或本发明)的检测设备，以提供适应不同的偏振波的图像形成设备。进一步地，可以设置不同频率的共振天线，以提供适应不同频率的图像形成设备。
[0083]示例 2
[0084]将参考图7来描述根据本发明的示例2所述的检测设备。图7中所示出的此示例是示例I的修改示例。此示例是可以用于放大检测信号的目的的合适的检测设备的示例，并且检测信号可以由在同一个Si衬底601上集成的MOSFET来放大。
[0085]根据此示例的MOSFET包括栅电极701、栅绝缘膜702、源电极703、漏电极704，以及离子注入区705。为了放大检测信号，肖特基电极连接到线路706，以便检测信号被输入到MOSFET的栅电极701，并且由肖特基势垒二极管的电阻器、电阻器元件(未示出)等转换的已整流电压被输入到M0SFET。在此情况下，根据目的，选择欧姆电极605是否连接到源电极703以形成已知的源接地电路或欧姆电极605是否连接到漏电极704以形成已知的源跟随器电路。从不与肖特基电极604和欧姆电极605中的任何一个连接的其余电极输出从MOSFET输出的放大的检测信号。如此，可以形成包括二极管元件和用于输出检测信号的晶体管的检测设备，其中，该检测设备和晶体管置于同一个衬底上。
[0086]此示例的检测设备按如下方式来制造。首先，使用选择性外延生长来只在岛609的部分中执行外延层602和603的晶体生长。然后，使用类似于示例I的过程来在岛609的部分中形成检测设备。然后，使用标准CMOS过程等来在Si衬底601上形成M0SFET。可以通过标准CMOS过程来形成这样的配置，其中MOSFET作为检测设备的放大器被置于同一个衬底上，并且因此成本低。进一步地，随着线路706变短，在检测信号中产生的噪声较小，并且因此，以此方式在同一个衬底上集成也是方便的，并适于降低NF的目的。[0087] 也在此示例中，根据此示例(或本发明)的检测设备可以连接到矩阵线路，并且也可以使用MOSFET作为有源矩阵开关元件，以形成图像形成设备，该图像形成设备包括用于基于由多个高密度检测设备中的每一个检测到的电磁波的电场来形成电场分布的图像的图像形成部分。
[0088]虽然是参考示例性实施例描述本发明的，但是应该理解，本发明不仅限于所公开的示例性实施例。下列权利要求的范围应该有最广泛的解释，以便包含所有这样的修改并等效结构和功能。
[0089]本申请要求2011年7月13日提交的N0.2011-154370和2012年5月30日提交的N0.2012-122572的日本专利申请的优先权，这些社情此处以引用的方式全部并入本文中。
[0090]附图标记列表
[0091]101..?衬底
[0092]102..?第一导电类型(例如，η型)的高载流子浓度层
[0093]103...第一导电类型(例如，η型)的低载流子浓度层
[0094]104...肖特基电极
[0095]105...欧姆电极
[0096]106...第一导电类型(例如，η型)的杂质引入区域
[0097]107...第二导电类型(例如，P型)的杂质引入区域
【权利要求】
1.一种二极管元件,包括: 第一导电类型的低载流子浓度层； 在所述第一导电类型的低载流子浓度层下面形成的第一导电类型的高载流子浓度层；以及 在所述第一导电类型的低载流子浓度层的半导体表面上形成的肖特基电极和欧姆电极， 其中: 所述第一导电类型的低载流子浓度层具有低于所述第一导电类型的高载流子浓度层的载流子浓度的载流子浓度； 所述二极管元件包括紧挨所述欧姆电极下面形成的第一导电类型的杂质引入区域；所述二极管元件包括具有不同于所述第一导电类型的导电类型的第二导电类型的杂质引入区域，所述第二导电类型的杂质引入区域被形成为在所述肖特基电极和所述欧姆电极之间的所述半导体表面上不与所述肖特基电极电接触；以及 所述第二导电类型的杂质引入区域与所述第一导电类型的杂质引入区域接触。
2.—种二极管元件,包括: 第一导电类型的低载流子浓度层； 在所述第一导电类型的低载流子浓度层下面形成的第一导电类型的高载流子浓度层；以及 在所述第一导电类型的低载流子浓度层的半导体表面上形成的肖特基电极和欧姆电极， 其中: 所述第一导电类型的低载流子浓度层具有低于所述第一导电类型的高载流子浓度层的载流子浓度的载流子浓度； 所述二极管元件包括紧挨所述欧姆电极下面形成的第一导电类型的杂质引入区域；所述二极管元件包括具有不同于所述第一导电类型的导电类型的第二导电类型的杂质引入区域，所述第二导电类型的杂质引入区域被形成为在所述肖特基电极和所述欧姆电极之间的所述半导体表面上与所述肖特基电极隔开；以及 所述第二导电类型的杂质引入区域与所述第一导电类型的杂质引入区域接触。
3.—种二极管元件,包括: 第一导电类型的低载流子浓度层； 在所述第一导电类型的低载流子浓度层下面形成的第一导电类型的高载流子浓度层；以及 在所述第一导电类型的低载流子浓度层的半导体表面上形成的肖特基电极和欧姆电极， 其中: 所述第一导电类型的低载流子浓度层具有低于所述第一导电类型的高载流子浓度层的载流子浓度的载流子浓度； 所述二极管元件包括紧挨所述欧姆电极下面形成的第一导电类型的杂质引入区域； 所述二极管元件包括具有不同于所述第一导电类型的导电类型的第二导电类型的杂质引入区域，所述第二导电类型的杂质引入区域是在所述肖特基电极和所述欧姆电极之间的所述半导体表面上形成的； 所述二极管元件在所述肖特基电极和所述第二导电类型的杂质引入区域之间具有被设置为高于所述肖特基电极和所述第一导电类型的低载流子浓度层之间的接触电阻值的接触电阻值；以及 所述第二导电类型的杂质引入区域与所述第一导电类型的杂质引入区域接触。
4.根据权利要求1到3中的任何一个所述的二极管元件，其中，所述第二导电类型的杂质引入区域是在所述肖特基电极周围提供的。
5.根据权利要求1到4中的任何一个所述的二极管元件，其中，所述肖特基电极和所述欧姆电极，以及所述第一导电类型的低载流子浓度层和所述第一导电类型的高载流子浓度层以岛状设置于半导体衬底上。
6.—种检测设备,包括: 根据权利要求1到5中的任何一个所述的二极管元件；以及 用于在所述肖特基电极和所述欧姆电极之间感应要被检测的电磁波的电场分量的天线， 其中，所述肖特基电极和所述欧姆电极包括所述天线的输出端口。
7.一种检测设备，包括: 根据权利要求1到5中的 任何一个所述的二极管元件；以及 用于输出检测信号的晶体管 其中，所述检测设备和所述晶体管设置于同一个衬底上。
8.一种图像形成设备，包括设置成阵列的多个根据权利要求6或7所述的检测设备， 其中，所述图像形成设备基于由多个检测设备中的每一个检测到的电磁波的电场来形成电场分布的图像。
【文档编号】H01L31/0224GK103650167SQ201280033860
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月27日 优先权日:2011年7月13日
【发明者】关口亮太, 古藤诚 申请人:佳能株式会社