[發(fā)明專利]非接觸式保護(hù)環(huán)單光子雪崩二極管及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711173696.8
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN108039390A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝生;吳佳駿;毛陸虹
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/107
• 分類號(hào): H01L31/107;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

1.一種非接觸式保護(hù)環(huán)單光子雪崩二極管，其特征在于，所述非接觸式保護(hù)環(huán)單光子雪崩二極管與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，包括：襯底，

在襯底上設(shè)置有深N阱區(qū)，作為感光PN結(jié)的組成部分，起到隔離作用；在深N阱區(qū)內(nèi)分別設(shè)置N阱區(qū)域、P阱區(qū)域和重?fù)诫sP型區(qū)域，N阱區(qū)域用于包圍深N阱；P阱區(qū)域用于作為單光子雪崩二極管的保護(hù)環(huán)；

重?fù)诫sP型區(qū)域與深N阱區(qū)共同構(gòu)成P+/深N阱型感光PN結(jié)，PN結(jié)的耗盡區(qū)為雪崩倍增的主要發(fā)生區(qū)，同時(shí)重?fù)诫s的P型區(qū)域也作為光電探測器的陽極接觸區(qū)；

還包括：在N阱區(qū)域中設(shè)置有N阱接觸區(qū)，為重?fù)诫s的N型區(qū)域，作為光電探測器的陰極接觸區(qū)；在襯底中設(shè)置有襯底接觸區(qū)，為重?fù)诫s的P型區(qū)域；

上述各個(gè)區(qū)域均在硅晶圓上制備，在硅晶圓表面覆蓋有氧化層區(qū)域；

在氧化層區(qū)域上方通過通孔分別設(shè)置有陽極接觸區(qū)、陰極接觸區(qū)和P型襯底的金屬電極。

2.一種用于制造權(quán)利要求1所述的非接觸式保護(hù)環(huán)單光子雪崩二極管的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)利用CMOS工藝在P型輕摻雜硅襯底上形成深N阱；

2)在深N阱內(nèi)制備N型阱區(qū)，包圍深N阱，生成二氧化硅薄層；

3)在深N阱中制備P型阱區(qū)，作為器件的保護(hù)環(huán)；

4)在深N阱中心制備P型摻雜區(qū)域，該區(qū)域與深N阱共同構(gòu)成P+/深N阱型感光PN結(jié)；

5)在深N阱中制備N阱接觸區(qū)，該區(qū)域作為器件的陰極；

6)光刻出陰極、陽極和襯底的接觸通孔，并淀積一層鋁膜，之后光刻出電極圖形；

7)利用光刻、刻蝕及金屬化工藝制備高層互連金屬，用于將SPAD的電信號(hào)引出至接觸焊盤；

8)在芯片上表面順序淀積氧化硅/氮化硅鈍化層。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，

所述深N阱摻雜濃度約為4×1016cm-3，結(jié)深2μm，面積為12×12μm2。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，

所述P型阱區(qū)為寬度0.7μm的環(huán)狀區(qū)域；所述N阱接觸區(qū)的摻雜濃度為1019cm-3，面積0.5×1.5μm2。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，在深N阱內(nèi)制備N型阱區(qū)的步驟具體為：

在硅晶圓表面生成二氧化硅墊層和氮化硅薄膜，之后在二氧化硅和氮化硅薄層上進(jìn)行光刻，刻蝕出寬度約為1μm的環(huán)狀區(qū)域，進(jìn)行N型雜質(zhì)注入；

區(qū)域摻雜濃度約為1017cm-3，并包圍深N阱，然后高溫退火，重新生成二氧化硅層。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，

P型摻雜區(qū)域與P型阱區(qū)有0.3μm左右的間隔；摻雜濃度為1019cm-3，面積0.5×1.5μm2。