半导体器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种半导体器件及其制备方法。

背景技术：

1、光电探测器(photo detector，pd)作为一种重要的光电转换器件，其作用是为将光信号转换为电信号，在很多应用领域中已获得广泛应用。高性能雪崩光电二极管(avalanche photo diode，apd)具有内部增益机制—碰撞离化效应，与传统的pin光电探测器相比，高性能雪崩光电二极管具有更高的灵敏度，在光纤通信网络、自由空间光通信、量子通信等领域有着广泛的应用前景。

2、高性能雪崩光电二极管仍存在着一些问题而有待改善，其中，器件边缘易发生提前击穿且器件漏电流(暗电流)过高是突出的问题点。目前，主要是利用刻蚀的方法在器件的外延层边缘制作垂直台阶，将器件的内部电场局限在器件中心区域，使强电场远离器件边缘，从而避免器件边缘被提前击穿并降低漏电流，然而，漏电流仍然较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制备方法，以解决现有的半导体器件的漏电流较高的问题。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种半导体器件，包括衬底及位于所述衬底上的外延层，所述外延层包括由下至上依次堆叠的第一接触层、倍增层、电荷层、吸收层及第二接触层；以及，

3、所述外延层中具有第一台阶和第二台阶，所述第一台阶从所述第二接触层延伸至所述吸收层内，所述第二台阶从所述第一台阶的底部延伸至所述第一接触层上，并且，所述第一台阶的下台阶面与台阶侧面的交界处呈弧形。

4、可选的，所述弧形为朝向所述吸收层内凹陷的圆弧形。

5、可选的，所述圆弧形的曲率半径大于100nm。

6、可选的，所述半导体器件还包括反射层、第一电极和第二电极；以及，

7、所述第二接触层的顶面为光线入射面，所述反射层设置于所述衬底的底面上，所述第一电极设置于所述第二台阶的下台阶面上，所述第二电极设置于所述第二接触层的顶面上。

8、可选的，所述半导体器件还包括反射层、第一电极和第二电极；

9、所述衬底的底面为光线入射面，所述反射层设置于所述第二接触层的顶面上，所述第一电极设置于所述第二台阶的下台阶面上；以及，

10、所述第二电极设置于所述第二接触层的顶面上；或者，所述反射层作为所述第二电极。

11、可选的，所述光线入射面上还设置有增透膜；和/或，所述外延层的外表面上设置有钝化层，所述第一电极和所述第二电极的顶部露出所述钝化层。

12、本发明还提供了一种半导体器件的制备方法，包括：

13、提供衬底；

14、在所述衬底上形成外延层，所述外延层包括由下至上依次堆叠的第一接触层、倍增层、电荷层、吸收层及第二接触层；

15、刻蚀所述第二接触层及所述吸收层的部分厚度，形成第一台阶，所述第一台阶的下台阶面与台阶侧面的交界处呈弧形；以及，

16、沿所述第一台阶的下台阶面继续刻蚀所述吸收层、所述电荷层及所述倍增层，并露出所述第一接触层，以形成第二台阶。

17、可选的，采用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第二接触层及所述吸收层的部分厚度。

18、可选的，刻蚀所述第二接触层及所述吸收层的部分厚度时，提高所述感应耦合等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体和保护气体的比例和/或提高所述感应耦合等离子体刻蚀工艺的反应腔室顶部的射频源的能量，使得所述第一台阶的下台阶面与台阶侧面的交界处呈弧形。

19、可选的，所述刻蚀气体的流量为80sccm～100sccm，所述保护气体的流量为5sccm～10sccm，所述感应耦合等离子体刻蚀工艺的反应腔室顶部的射频源的能量为300w～350w。

20、在本发明提供的半导体器件中，包括衬底及位于所述衬底上的外延层，所述外延层包括由下至上依次堆叠的第一接触层、倍增层、电荷层、吸收层及第二接触层；以及，所述外延层中具有第一台阶和第二台阶，所述第一台阶从所述第二接触层延伸至所述吸收层内，所述第二台阶从所述第一台阶的底部延伸至所述第一接触层上。本发明中的半导体器件具有三级台阶，可以有效降低器件边缘电场强度，避免器件边缘被提前击穿并降低漏电流；并且，所述第一台阶的下台阶面与台阶侧面的交界处呈弧形，从而避免交界处电场集中，降低了边缘电场强度，达到进一步降低漏电流的目的。相应的，本发明还提供了一种半导体器件的制备方法。

技术特征：

1.一种半导体器件，其特征在于，包括衬底及位于所述衬底上的外延层，所述外延层包括由下至上依次堆叠的第一接触层、倍增层、电荷层、吸收层及第二接触层；以及，

2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述弧形为朝向所述吸收层内凹陷的圆弧形。

3.如权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述圆弧形的曲率半径大于100nm。

4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括反射层、第一电极和第二电极；以及，

5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括反射层、第一电极和第二电极；

6.如权利要求4或5所述的半导体器件，其特征在于，所述光线入射面上还设置有增透膜；和/或，所述外延层的外表面上设置有钝化层，所述第一电极和所述第二电极的顶部露出所述钝化层。

7.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：

8.如权利要求5所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第二接触层及所述吸收层的部分厚度。

9.如权利要求8所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，刻蚀所述第二接触层及所述吸收层的部分厚度时，提高所述感应耦合等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体和保护气体的比例和/或提高所述感应耦合等离子体刻蚀工艺的反应腔室顶部的射频源的能量，使得所述第一台阶的下台阶面与台阶侧面的交界处呈弧形。

10.如权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体的流量为80sccm～100sccm，所述保护气体的流量为5sccm～10sccm，所述感应耦合等离子体刻蚀工艺的反应腔室顶部的射频源的能量为300w～350w。

技术总结
本发明提供了一种半导体器件，包括衬底及位于所述衬底上的外延层，所述外延层包括由下至上依次堆叠的第一接触层、倍增层、电荷层、吸收层及第二接触层；所述外延层中具有第一台阶和第二台阶，所述第一台阶从所述第二接触层延伸至所述吸收层内，所述第二台阶从所述第一台阶的底部延伸至所述第一接触层上。本发明中的半导体器件具有三级台阶，可以有效降低器件边缘电场强度，避免器件边缘被提前击穿并降低漏电流；并且，所述第一台阶的下台阶面与台阶侧面的交界处呈弧形，从而避免交界处电场集中，降低了边缘电场强度，达到进一步降低漏电流的目的。相应的，本发明还提供了一种半导体器件的制备方法。

技术研发人员：张舟
受保护的技术使用者：上海新微半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7