[發明專利]一種單光子雪崩二極管探測器結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201711446764.3
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108231947B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 楊冰;周偉;孫德明
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司;成都微光集電科技有限公司
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/18
• 代理公司: 31275 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 吳世華;陳慧弘

1.一種單光子雪崩二極管探測器結構的制造方法，其特征在于，單光子雪崩二極管探測器結構從下至上包括：

P型硅襯底；

并列形成于P型硅襯底中的深N阱和深P阱；

形成于深N阱和深P阱之間的第一深溝槽，所述第一深溝槽中填充有隔離材料，其作為單光子雪崩二極管區域和襯底電位引出區域之間的隔離；

所述深N阱中依次相連形成有N⁺區域和P⁺區域，所述N⁺區域和P⁺區域用于形成吸收光子的倍增區域；圍繞倍增區域依次形成有環形的第二深溝槽、N阱區域，所述第二深溝槽中填充有隔離材料，其作為單光子雪崩二極管陽極區域和陰極區域之間的隔離，所述N阱區域用于形成單光子雪崩二極管結構；所述N阱區域中形成有雪崩二極管的陽極引出端，所述P⁺區域中形成有雪崩二極管的陰極引出端；

所述深P阱中形成有P阱區域，所述P阱區域中形成有襯底引出端；

覆蓋于深N阱和深P阱表面的保護層；

所述單光子雪崩二極管探測器結構的制造方法包括以下步驟：

步驟S01：通過光刻和干法刻蝕方法，在P型硅襯底中形成第一深溝槽、第二深溝槽；

步驟S02：采用化學氣相淀積方法，在第一深溝槽、第二深溝槽內填充隔離材料作為隔離；

步驟S03：通過光刻和離子注入方法，在P型硅襯底中形成深N阱和深P阱；

步驟S04：采用熱氧化方法，在深N阱和深P阱表面的整個結構上生長保護層；

步驟S05：通過光刻和離子注入方法，在深N阱中形成用于吸收光子的倍增區域的N⁺區域和P⁺區域，P⁺區域中含有陰極引出端；形成雪崩二極管結構所需的N阱區域，以及形成N阱區域中的陽極引出端；

步驟S06：通過光刻和離子注入方法，在深P阱中形成P阱區域，以及在P阱區域中形成襯底引出端。

2.根據權利要求1所述的單光子雪崩二極管探測器結構的制造方法，其特征在于，還包括：

步驟S07：采用化學氣相淀積方法，在保護層上生長隔離層；

步驟S08：采用光刻和刻蝕方法，在隔離層、保護層上形成接觸孔；

步驟S09：采用物理氣相淀積方法，在隔離層上生長金屬層，使金屬層金屬分別連接陽極引出端、陰極引出端和襯底引出端；

步驟S10：采用光刻和刻蝕方法，在金屬層上定義和形成金屬連線圖形。

3.根據權利要求1所述的單光子雪崩二極管探測器結構的制造方法，其特征在于，所述隔離材料為二氧化硅或多晶硅。

4.根據權利要求1所述的單光子雪崩二極管探測器結構的制造方法，其特征在于，所述深N阱、N阱區域采用n^-注入，所述N⁺區域、陽極引出端采用n⁺注入，所述深P阱、P阱區域采用p^-注入，所述P⁺區域、襯底引出端采用p⁺注入。

5.根據權利要求1所述的單光子雪崩二極管探測器結構的制造方法，其特征在于，所述P型硅襯底材料采用包括P型襯底層和P型外延層的P型外延硅片，進行離子注入時，使所述深N阱和深P阱自P型外延硅片的表面向下形成于P型外延層中。

6.根據權利要求1所述的單光子雪崩二極管探測器結構的制造方法，其特征在于，所述第一深溝槽、第二深溝槽的下端低于深N阱和深P阱的下端。