[發(fā)明專利]紅外雪崩二極管陣列裝置及形成方法、激光三維成像裝置

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• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN104752341A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發(fā)明（設計）人: 毛劍宏;韓鳳芹
• 申請（專利權）人: 上海麗恒光微電子科技有限公司
• 主分類號: H01L21/77
• 分類號: H01L21/77;H01L27/04;H01L31/107
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張亞利;駱蘇華

技術領域

本發(fā)明涉及三維成像技術領域，特別涉及紅外雪崩光電二極管陣列裝置及其形成方法、激光三維成像裝置及其形成方法。

背景技術

激光三維成像技術，是由激光雷達向探測目標發(fā)射出一系列掃描光束，從探測目標返回的回波信號的二維平面信息和激光雷達測距得到的距離信息來合成圖像的技術。

激光三維成像裝置通常包括：發(fā)射激光的激光雷達，接收從探測目標返回的回波信號的雪崩光電二極管陣列，處理由雪崩光電二極管陣列輸出的電信號的數據處理裝置。其中，雪崩光電二極管陣列為激光三維成像裝置中的核心部件。PN結反向電壓增大到一數值時，載流子倍增就像雪崩一樣，增加得多而快，利用這個特性制作的二極管就是雪崩二極管。

現(xiàn)有技術中利用CMOS工藝制造的雪崩二極管通常只能感應可見波段的激光，對紅外波段的激光進行感測的雪崩二極管普遍采用的材料為低鉻汞，由于低鉻汞的制備和CMOS工藝不兼容，因此，感測紅外波段激光的雪崩二極管的制造工藝和CMOS工藝不兼容。

由于雪崩光電二極管非常敏感，雪崩光電二極管陣列中相鄰的兩個雪崩光電二極管之間很容易發(fā)生串擾。因此，現(xiàn)有技術中，在具有CMOS控制電路的基底上形成雪崩光電二極管陣列的方法為：所有的雪崩光電二極管為分離的個體，將各個雪崩光電二極管一個個黏貼在具有CMOS控制電路的基底上，這樣各個雪崩光電二極管之間彼此分離，不會出現(xiàn)串擾的現(xiàn)象。對于紅外雪崩光電二極管陣列，也采用同樣的方法將紅外雪崩光電二極管陣列黏貼在具有CMOS控制電路的基底上。

另外，現(xiàn)有技術中，雪崩光電二極管與基底上的CMOS控制電路的連接方式為：雪崩光電二極管的P型區(qū)在襯底的背面與CMOS控制電路電連接，襯底正面的N型區(qū)通過引出的引線與CMOS控制電路連接，從N型區(qū)引出引線的方式將N型區(qū)與CMOS控制電路連接，造成激光三維成像裝置的布線非常繁瑣。紅外雪崩光電二極管陣列采用同樣的方式與基底上的CMOS控制電路連接。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的其中一個問題現(xiàn)有技術的紅外雪崩光電二極管的形成方法和CMOS工藝不兼容；

本發(fā)明解決的另一個問題是在具有CMOS控制電路的基底上形成紅外雪崩光電二極管陣列形成方法比較繁瑣；

本發(fā)明解決的又一個問題是紅外雪崩光電二極管陣列與CMOS控制電路的連接方式比較繁瑣。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種紅外雪崩二極管陣列裝置的形成方法，包括：

提供硅襯底；

在所述硅襯底正面形成呈陣列排列的重摻雜P型硅區(qū)、位于P型硅區(qū)上的本征鍺區(qū)、位于本征鍺區(qū)上的重摻雜N型鍺區(qū)；

紅外雪崩光電二極管包括所述P型硅區(qū)、所述本征鍺區(qū)和所述N型鍺區(qū)。

可選的，還包括在所述硅襯底中形成隔離環(huán)，相鄰的兩個紅外雪崩光電二極管中，至少其中一個周圍形成有環(huán)繞該紅外雪崩光電二極管的所述隔離環(huán)，所述隔離環(huán)的深度大于所述重摻雜P型區(qū)的深度，所述隔離環(huán)起到絕緣相鄰兩紅外雪崩光電二極管的作用。

可選的，形成隔離環(huán)和陣列排列的重摻雜P型硅區(qū)、本征鍺區(qū)、重摻雜N型鍺區(qū)的方法包括：

在所述硅襯底正面形成重摻雜P型硅層；

在所述重摻雜P型硅層上形成本征鍺層；

在所述本征鍺層上形成重摻雜N型鍺層；

在所述硅襯底中形成多個呈陣列排布的隔離環(huán)，陣列排列的隔離環(huán)將所述P型硅層、本征鍺層、重摻雜N型鍺層分割成陣列排列的重摻雜P型硅區(qū)、本征鍺區(qū)、重摻雜N型鍺區(qū)；

或者，

在所述硅襯底中形成呈陣列排列的隔離環(huán)；

在所述硅襯底上形成圖形化的掩膜層，覆蓋所述隔離環(huán)，暴露出需要形成紅外雪崩光電二極管陣列的區(qū)域；

以所述圖形化的掩膜層為掩膜，進行離子注入形成呈排列的重摻雜P型區(qū)；

在所述重摻雜P型區(qū)上形成本征鍺區(qū)；

在所述本征鍺區(qū)上形成重摻雜N型鍺區(qū)；

形成重摻雜N型鍺區(qū)后，去除所述圖形化的掩膜層；

或者，

在所述硅襯底正面形成重摻雜P型硅層；

在所述重摻雜P型硅層上形成本征鍺層；

在所述本征鍺層上形成重摻雜N型鍺層；

對所述重摻雜P型硅層、本征鍺層、重摻雜N型鍺層進行圖形化，形成陣列排列的重摻雜P型硅區(qū)、本征鍺區(qū)、重摻雜N型鍺區(qū)；

之后，在所述硅襯底中形成呈陣列排列的隔離環(huán)。

可選的，形成隔離環(huán)的方法包括：

對所述硅襯底進行干法刻蝕形成環(huán)形溝槽；

在所述溝槽的側壁和底部形成墊氧化層；